关键词医疗器械维修电源重要性原理
随着技术的进步，各种高、精、尖的医疗器械在临床上得到广泛应用。不过，无论新设备功能如何先进，电源都是不可缺少的一环。虽然医疗器械原理各不相同，但电源原理大同小异。电源的工作环境比较恶劣，特别是开关电源需要承受高电压以及大电流的冲击，因此故障往往较多。统计显示，医疗器械故障当中电源故障的比例大于50%。[1]电源故障同电器元件与控制线路故障不同，会导致整个设备出现故障，因此电源维修的重要性受到人们的高度重视。
一、医疗器械维修中的电源
电源，是指为机械提供电能的相关装置，可以说是一切机械设备以及电子仪器的关键组成部分，也是转换电能为机械运转能源的器件。当代社会发展过程当中，常见电源设备是220V交流电转变为低电压电流，为各种电子、电气以及器械提供能源。机械工作环节，电源的作用不可替代，是电气设备的动力核心，同时也是电力电路控制的核心设备。电源质量的好坏直接决定着电气设备可靠性以及运行效率，也是发挥机械功能的核心影响因素。[2]在当代社会发展的过程当中，各种现代化的医疗器械广泛使用，大部分都是将信息技术以及计算机技术作为控制核心的小型化设备，功率往往比较高，配套供电设备重量轻、体积小、功能强以及效率高。因此，在现代化的医疗器械当中，大部分器械都是使用高效率开关电源，这种电源工作当中输入以及输出电压往往存在着比较大的波动，这就要求工作当中需要保持平均直流输出电压出现的波动在允许范围内。在这一背景下，及时通过某个固定频率来切换开关，通过导通长度调整输出电压。
二、医疗器械维修中电源的重要性
在此，以TOP227Y为例分析医院医疗器械维修中电源的重要性。
（一）开关电源工作的原理
TOP227Y是PI公司推出的Swicth系列芯片，集合控制脉冲信号的电路以及功率开关器等部件，这一开关电源有着集成度高、性能指标理想、电路简单、功耗低、输入电压与输入频率范围较宽、电源效率高、无须调试、电磁干扰比较低以及无须工频变压器等方面的特点。[3]在220V的时候交流电源经过电源齐整流波率之后分成两路输出，其中的一路经过高频变压器变换之后，再经过两个整流滤波器送到输出直流部分以及光耦合器部分，另一路则传送给TOP227Y的控制开关部分。
（二）开关电源的工作原理分析
医院医疗设备电源在工作当中，通常情况下都是使用高频变压器，在安装之初需要针对性研究变压器的电压转换、存储量以及隔离功能等。高压变压器研究方面，初级绕组需要反馈绕组以及同次级绕组才能够加以控制，同时将其全面归纳，使之可以同已有的技术完全不同，提高研究工作科学水平。在实际应用的过程当中，TOP227Y设备在导通电力的时候，电能就会转化成为磁场的形式，从而储存到初级绕组当中，设备运转停止的时候，磁场形式能量就会传递给次级绕组，最后传递到反馈绕组，发挥相应的作用。
（三）电源故障及其检修实例
故障现象：刚开机的时候电源供电+5V、+12v以及-12V都比较正常，检测液晶屏背光系统的升压板开关信号电压为+18v左右。在机器持续工作20min之后，整机就会反复重启，在30min之后暗屏。故障排除：通过检测发现电源供电+12v下降到+2.2v，+5V下降到0.3V，同时-12v下降到-3v，升压板信号开关端的电压则下降到0v。进一步检测发现升压板的温度较高，认真检查主板等元件以及电路和元件并未发现存在明显的损坏问题。因此，可以判断属于液晶屏背光升压板问题。该升压板是塑封模块，在维修的过程当中，可以使用国产SF-02S02升压板来替换电路图，之后使用高绝缘强度的材料包扎接线，然后固定升压板在原机的直流电池盒当中，开机测试之后正常工作。
综上所述，医疗器械维修当中电源起着重要作用，所以维修人员需要了解电源工作的原理，尤其是电源开关原理，加强对电源的保养与维护。在故障检修过程当中，认真细致地进行检查，准确定位故障的位置并予以维修，从而确保设备正常运行。
（作者单位为阜宁县人民医院）
参考文献
[1]周理明，蒋益钢，卢航.医疗器械维修的捷径――电源的维修[J].医疗卫生装备，2013，28（9）：91-92.
[2]陈宏军，张华.GEPr01000型多参数监护仪开关电源的原理与检修[J].医疗卫生装备，2014，32（6）：129-131.
[关键词]液晶彩电；开关电源；工作原理；检修技术
中图分类号：TM30文献标识码：A文章编号：1006-0278（2013）03-132-03
电源电路是液晶彩电重要的电路组成部分，其主要作用是为液晶彩电提供各种稳定的直流电压。开关电源分为串联型开关电源和并联型开关电源，液晶彩电的开关电源电路采用的均是并联型开关电源。
一、液晶彩电开关电源的工作原理
（一）液晶彩电的开关电源组成
液晶彩电的开关电源主要由过流过压保护电路、抗干扰电路、整流滤波电路、PFC（功率因数校正）电路、主开关电源电路、副开关电源电路及其它一些辅助电路等组成。液晶彩电开关电源组成框图如图1。
接通220V电源后副电源先工作，输出+5V电压给数字板上的微处理器（CPU），整机进入待机状态。当操作本机面板或遥控器上的开机键后，微处理器（CPU）输出开机电平，功率因数校正（PFC）电路与主开关电源电路工作，整机进入正常工作状态。值得一提的是，在部分液晶彩电中，CPU输出开机电平后，电源板上的PFC电路先工作，将+300V脉动直流电压转换成正常的直流电压（+380V左右）后，这时主开关电源的脉宽振荡器才开始工作，主开关变压器次级输出+12V、+24V电压。也就是说，在这类开关电源中，若PFC电路不工作，则主开关电源无输出。下面对各部分电路的作用及特点作一介绍。
1.过流过压保护电路
当电路有过流或过压时，保险管烧断，断开电源，保护电路元件。
2.交流抗干扰电路
交流抗干扰电路的作用有以下两个：一是滤除交流220V市电网中的高频干扰，以防影响液晶彩电的正常工作；二是滤除开关电源自身工作时产生的干扰信号，以防污染市电网，从而干扰其他电路和电器。该电路位于市电的输入处，其特征元件是电感与电容。
3.+300V整流电路
在液晶彩电中，+300V整流电路的作用是将交流市电变换成脉动直流电，其整流方式通常采用全桥整流。由于该电路后接功率因数校正（PFC）电路，故+300V整流后的滤波电容容量较小，通常采用0.1uF-0.47uF/450V的绦纶电容。
4.主开关电源电路
主开关电源的作用是输出+12V、+24V等电压，供给信号处理板及背光灯驱动板。这部分电路通常以一块PWM调控芯片为中心组成，其特征元件是开关变压器与输出电压整流滤波元件。值得一提的是：由于+24V或+12V的输出电流较大，故对整流二极管要求较高，一般采用低压差的大功率肖特基二极管，不能换用普通的整流二极管。
5.副开关电源电路
副开关电源的作用是输出+5V电压供给CPU。由于该电路的输出功率较小，只要接通电源，该部分电路即进入工作状态。
6.功率因数校正（PFC）电路
功率因数校正（PFC）电路的作用是将供电电压和电流的相位校正为同相位，提高功率因数，并将市电整流后的电压提升到约380V。
（二）液晶彩电开关电源工作原理分析
下面以TCLLCD3726液晶彩电的开关电源工作原理为例进行分析。该电源主要由抗干扰电路、桥式整流电路、滤波电路、PFC（功率因数校正）电路和开关稳压电路等电路组成。电路框图如图2。该开关电源的优点是工作范围宽、功耗低。效率达到98%以上，并且具有过流、过热、过压等完善的保护功能。
TCLLCD3726液晶彩电的开关电源电路原理图如附录所示。
从原理图看电路主要由三部分组成：一是以驱动控制电路IC6（NCP1377）和大功率MOSFET开关管Q5为核心的副电源，为主板提供+12V电压，降压后向微处理器控制系统提供+5V电源，同时为开关电路提供VCC（+15V）电压；二是该机主开关电源主要由开关电源控制芯片IC2（NCP1217）、MOSFET场效应开关管Q2、开关变压器T1、光耦IC3、精密基准电源IC4、待机、开机控制管Q4、Q12、IC5等组成，为主板提供+24V电压；三是以IC1（NCPl650）、MOSFET场效应管01等组成的功率因数校正（PFC）电路，将+300V电压提升到约+400V。
开机后，交流220V电压通过电源线接到保险管F1及由CX1、LF1、CX2、LF2等组成的抗干扰电路把供电电路引入的各种电磁干扰抑制掉，消除电网电压中的高频干扰脉冲；再经BD1、C1、C2、C3等组成的桥式整流电路整流滤波输出约300V直流电压。
整流滤波后约300V的直流电压分四路：第一路通过开关变压器T1初级绕组加至场效应管Q2漏极D上，为该管提供工作电源；第二路经过D3加在主开关电源控制器IC2（NCPl217）的⑧脚，给IC2提供启动电压，经集成块内部电路到⑥脚给电容C21充电，当充电到12.5V时，IC2开始启动，IC2进入正常的工作状态，连接⑧脚和⑥脚的内部电路断开，C2通过IC2内部电路进行放电，同时IC2⑤脚输出驱动信号，使Q2导通；第三路通过开关变压器T2初级绕组加至场效应管Q5漏极D上，为该管提供工作电源；第四路经过D11加在副开关电源控制器IC6（NCPl377）的⑧脚，给IC6提供启动电压，经IC6内部的恒流源给C34充电，当C34电压达到12.5V左右时，IC6开始启动，连接⑧脚和⑥脚的内部电路断开，C34开始通过IC6内部电路进行放电，同时IC6⑤脚输出驱动信号，经R40加到开关管Q5的栅极G，控制Q5的工作状态（导通或截止）。Q5工作后漏极电流产生变化，T2辅助绕组上感应电压，经D3整流、C34滤波、ZD5稳压后得VCC（15V）电压给IC6供电，IC6正常工作。T2次级产生的+12V电压，在主板降压后得到+5V电压为控制系统供电。此时开关机电路将主电源IC2（NCP1217）的②脚电压拉低而停止工作；二次开机后开关机控制电路解除对IC2②脚的控制，主电源启动工作，为主板提供+24V电压，同时，还为PFC校正电路ICl提供VCC供电，PFC校正电路启动工作，将+300V提升到+400V，整机进入开机状态。
主开关电源稳压电路由IC3、IC4等元件组成，当+24V电压上升时，IC3的导通电流变大，IC2②脚电压降低，IC2⑤脚输出激励脉冲电压宽度变窄，使主开关管Q2导通时间变短，+24V电压下降；当+24V电压下降时，IC3的导通电流变小，IC2②脚电压升高，IC2⑤脚输出激励脉冲电压宽度变宽，使主开关管Q2导通时间变长，+24V电压上升。
主开关电源过流保护电路由开关管Q2的源极（s极）电阻R20、取样电阻R17、滤波电容C22、IC2的③脚电流检测端组成。当流过Q2的电流增大时，R20上的电压随之增大，加到IC2③脚的电压亦增大，当该脚电压增大到阀值电压时，IC2关断⑤脚输出，Q2截止，开关变压器T1停止输出24V电压。
主开关电源过压保护电路设在开关电源的二次侧，由取样电路的稳压管ZD2、ZD3和Q3、IC3等元件组成，配合稳压控制电路，对一次侧驱动块在电路IC2进行控制。当电路有过压时，ZD2、ZD3被击穿导通，Q3导通，IC3导通使IC2②脚电压降低，IC2⑤脚没有激励电压输出，主开关管Q2停止工作，从而达到过压保护的目的。
副开关电源稳压电路由IC7、IC8等元件组成，当+12V电压上升时，IC8的导通电流变大，IC6②脚电压降低，IC6⑤脚输出激励脉冲电压宽度变窄，使副开关管Q5导通时间变短，+12V电压下降；当+12V电压下降时，IC8的导通电流变小，IC6②脚电压升高，IC6⑤脚输出激励脉冲电压宽度变宽，使副开关管Q6导通时间变长，+12V电压上升。
副开关电源过流保护电路由开关管Q5的源极（s极）电阻R39、取样电阻R42、滤波电容C32、IC6的③脚电流检测端组成。当因某种原因使流过开关管Q5的源极（s极）电阻R39的电流增大时，压降会升高，经R42使IC6的③脚电压上升，当该脚电压上升到阀值电压时，IC6将关断⑤脚输出，Q5截止，开关变压器T2停止输出12V电压。
副开关电源过压保护电路由开关变压器T2的一组二次绕组、限流电阻R35、滤波电容C31、IC6的①脚过电压检测端等构成，当输入T2的电压过大时，T2绕组也感应出过大的电压，经R35送到IC6的①脚，当检测电路检测到①脚电压超过额定数值7.2V时，IC6⑤脚停止输出驱动脉冲，使Q5截止，T2停止输出电压，从而起到保护作用。
二、液晶彩电开关电源电路的检修技术
（一）液晶彩电开关电源电路的检修方法
为提高液晶彩电维修的速度，下面简单谈一谈维修时常用的方法：
1.直观检测法
直观检测法是指检修人员通过视觉、听觉、嗅觉、触觉和经验找出故障的一种方法。首先了解电视机引起故障的原因和故障现象，初步判断故障部位；然后开机壳采取针对性的检查，如看电源线有无断线，印制板有无裂纹，铜箔有无断裂，元器件有无烧坏的痕迹。通电后看机内有无异常，若有应立即切断电源进行检查。
2.测电压法
电压检测法是通过测量电路或元器件的工作电压，并与正常值进行比较分析，判断故障的一种方法。主要测试电路的关键点电压、晶体管的各极工作电压以及集成电路各脚电压。因为这些电压是判断电路、晶体管或集成电路工作状态是否正常的重要依据。将测得的电压数据与正常工作电压进行比较，判断故障电路或故障元件。一般来说，电压变化大的地方，就是故障所在的部位。
3.测电阻法
指用万用表电阻挡测量集成电路、晶体管各脚或电路中某点对地电阻值，以及各元器件自身电阻值来判断部位的一种方法。它是检修电视机最基本的方法之一，对检测开路或短路性故障和驱动故障元件最有效。实际使用测电阻法时，由两种方法，即“在路”电阻检测法和“开路”电阻检测法。使用测电阻法时应注意以下两点：
（1）在路测量晶体管或集成电路对地电阻值时，因为晶体管或集成电路内部的PN结正向和反向电阻值的不同造成万用表红、黑表笔交替接地时所测量的电阻值不同。指针万用表测量时红表笔接地时测得的电阻值为正向电阻，黑表笔接地时测得的电阻值为反向电阻；数字万用表测量时黑表笔接地时测得的电阻值为正向电阻，红表笔接地时测得的电阻值为反向电阻。
（2）在路测量某一元件两端的阻值时，应认真分析和充分考虑电路其他元器件与被测元器件的串、并联的影响。
4.元件代替法
指用规格相同性能良好的元件，代替故障机上某个被怀疑而又不便测量的元器件来检查故障的一种方法。如果将某个元器件替换后，故障消除了，则证明原怀疑的元件确实坏了；否则，说明怀疑有误，此法应用比较普遍。
5.假负载法
在维修开关电源时，为区分故障是出在负载电路还是电源本身，经常需要断开负载，并在电源主输出端（一般为12V；24V）加上假负载进行试机。假负载一般选取（30～60W）/12V的灯泡，根据灯泡是否发光和发光的亮度，可知电源是否有电压输出及输出电压的高低，优点是直观方便。
（二）故障检修实例
检修实例1：
故障现象：开机三无（无光栅、无图像、无伴音）、电源指示灯不亮
故障分析：开机三无（无光栅、无图像、无伴音）、电源指示灯不亮，首先观察保险是否烧断，如果烧断（严重变黑），说明电路由严重短路故障，应重点检查压敏电阻ZV1、抗干扰电容CX1、CX2、整流桥BDl、滤波电容C1、C2、C3、C16、C17、功率因数校正场效应管Q1有无击穿短路，若上述元件都正常，则检查场效应管Q2、Q5是否击穿，如果Q2击穿还应检查变压器反峰吸收电路D4、C19等元件。如果保险管未烧断，应检查副开关电源电路。
故障检修：打开机壳，观察保险已烧断（严重变黑），用万用表的电压档测量PFC输出端已无电压，关机后用电阻挡测其对地正反向电阻值约为0Ω，说明有元件击穿短路。把滤波电容C16、C17焊出测量均正常，把场效应管Q2焊出测量S、D极之间的正反向电阻值均为OQ，说明Q2已击穿。把C19、R16、D4焊出检测均正常。
处理方法：更换同型号的场效应管Q2、保险管，开机工作正常。
检修实例2：
故障现象：开机三无（无光栅、无图像、无伴音）、电源指示灯亮
故障分析：开机三无（无光栅、无图像、无伴音）、电源指示灯亮，说明副开关电源已工作，故障在主电源、主电路板或逆变器电路。测量+24V电压是否正常，若+24V无输出，先测量IC2（NCPl217）的⑧脚是否有启动电压，测量开关机控制电路012的集电极电压是否为5V，是则查IC2（NCPl217）及其外部元件是否正常，否则检查开关机控制电路的Q4、Q12。+24V正常则检查主电路或逆变器电路。
故障检修：开机，用万用表的电压档测量+24V电压为0V，测量IC2（NCPl217）的⑧脚电压约为+380V，测量IC2（NCPl217）的②脚电压约为0V，测量待机控制P-ON端电压为高电平，测量Q4的c极电压约为0.03V，测量012的C极电压约为0V。关机，用万用表电阻挡测量012的C-E极在路正反向电阻值接近0Q，把012焊出测量其内部电阻接近0Q，说明Q12已击穿。
处理方法：更换同型号Q12，故障排除。
关键词：开关稳压电源滤波开关管光电耦合器
开关稳压电源是各种电子设备不可缺少的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术标准以及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元件工作在高频开关状态，功耗小，效率高等等特点，故目前它已经成为稳压电源的主流产品。重庆中国三峡博物馆使用了17个FDPS-15A开关稳压电源，主要用于给展厅和库房的温湿度传感器提供12V工作电源，由于该电源经常损坏，本人通过实物绘制出电路图，见图1，现结合其工作原理，熟悉其维修技巧和常见故障，有利于缩短展厅和库房温湿度数据的失联时间，同时提高自己的维修技能。
一、开关稳压电源的组成
由图1可以看出，开关稳压电源由开关震荡电路、控制电路及取样放大电路三大主要电路。以及附属的整流滤波电路组成。
交流220V，经桥式整流电路整流及C1滤波后，得到300V较为平滑的直流电后，送入开关变压器的初级，另一路经起动电阻R3给开关管Q1提供起动电压，使Q1导通，开关变压器的初级便产生电流，经Q5及附属电路形成正反馈，使Q1产生震荡。开关变压器次级便有电压输出，经Q3和C10等整流滤波后将12V电压输出。如果12V有偏离，经Q4取样放大，作用于光电耦合器的二极管，即可改变光电耦合器次级及光电接收管的阻值。去改变控制电路Q5从而改变Q1的震荡频率，从而使输出电压稳定在12V。
二、开关稳压电源的维修技巧和常见故障
开关稳压电源的维修分两部进行
1、断电状态下
看：看电路板及元器件有无明显烧焦痕迹，电容有无鼓包和漏液。
闻：闻电路板有无烧焦味。
问：问电源损坏的经过，是否有违规操作。
量：这一步就很关键了，必须熟练掌握每个元器件单独测量的方法与数据。在线测量前，应先检查C1两端有无电压，如果电源停震，C1两端有300V的直流电压，给测量带来危险，可用25W灯泡跨接放电，切忌用导线短路放电，这样对C1有损伤。安全后检查保险限流电阻有无开路，桥式整流电路及开关管有无短路，这是该电源故障高发部分。同时，在线测量其他三极管和光电耦合器以及12V输出端有无短路。发现有不正常，需把元件拆下来用万用表测量。当把损坏的元器件全部更换后，在线测量以上部位，阻值恢复正常，就进入下一步。
2、通电状态下
通电前，将电路板放置于绝缘垫上，通电1-2秒，立即断电。这1-2秒很关键，观察有无冒烟，有无异常。如果没有异常，用手摸元器件的温度，有无过热，如果有，说明还有元器件损坏，回到断电状态下，进一步检查。如果通电1-2秒无冒烟，无过高的温升。下一步直接接通电源。测量几个电压数据。第一，测量C1两端有无300V的直流。第二，测量有无12V的直流输出。如果12V电压值不对，可以调整R12可调电阻，使12V恢复，如果调整R12可调电阻，12V没得变化，检查R12本身和光电耦合器有无故障。
通常情况下，经过以上几步的维修，损坏的开关电源应该就能修好，下面举一例，最常见的故障。
常见故障分析：
我馆，各展厅和库房的温湿度数据，是通过DDC检测，回传到控制机房，直观的在电脑屏幕显示出来。有一天，突然一个展厅的数据变得无穷大，我立即去DDC控制箱，发现供电的空开已经断电，我没有立即合闸，而是用万用表测量负载，发现开关电源有短路，于是，拆下来拿回办公室，进行维修。打开外壳，发现限流电阻R1明显变黑，C1也有鼓包，进一步测量，Q1击穿，于是，把故障元器件拆下来，再测量线路的阻值，变正常。故更换这几个元件。通电1-2秒，立即断电，没得异常，温度也不高。直接通电，测量C1两端300V正常，输出12V偏低，调整R12，12V恢复正常。将该稳压电源连接在DDC控制电路里面，合上空开，观察DDC通讯灯闪亮正常，回到控制室观察，该展厅的温湿度数据已经正常，故障排除。
三、开关电源的维修参数
该稳压电源的地有两个，从图1可见，光电耦合器的次级端，对应的地是C1的负极。称“热地”。使用这个地的电路有，整流滤波、开关震荡电路、控制电路，即Q1和Q5这部分。另一个地是光电耦合器的初级端。即12V输出的负极，称“冷地”，使用这个地的电路有，开关变压器次级的整流滤波和取样放大电路，即Q4这部分。一下数据，用MF47型万用表测量，红表笔接地。现以热地和冷地为基准，提供各级电路的对地电阻，供维修参考。