趙華東

示波器在SOMATOM CT維修中的應(yīng)用

趙華東

0 引言

在醫(yī)療設(shè)備的故障中，往往因某些關(guān)鍵芯片出現(xiàn)問題[1]，而導(dǎo)致一些控制信號(hào)異常，使設(shè)備的動(dòng)作異常。這些情況中，示波器就成為了最有力的工具，它可以快速查找關(guān)鍵信號(hào)的情況，定位問題的根源。

下面對(duì)SOMATOM Plus 4 gantry FC CT故障修復(fù)案例進(jìn)行分析，并討論示波器在故障修復(fù)中的應(yīng)用技巧，僅供參考。

1 故障現(xiàn)象

啟動(dòng)SOMATOM Plus 4 gantry FC CT之后機(jī)器有啟動(dòng)動(dòng)作，但開機(jī)不能check up（檢查），也不能加載gantry（掃描架）掃描參數(shù)，出現(xiàn)剎車現(xiàn)象，并報(bào)錯(cuò)誤代碼“RTC_28/RTC_23”。查閱維修手冊(cè)RTC（RotationCtrl）為旋轉(zhuǎn)控制單元。

2 故障分析

打開CT側(cè)蓋，可以看到內(nèi)部各模塊的布局，如圖1所示。根據(jù)故障現(xiàn)象，初步判斷E301模塊（掃描控制單元機(jī)）出現(xiàn)故障。

圖1 主要模塊布局示意圖

圖2為E301模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。檢查發(fā)現(xiàn)，E301模塊中的黃色指示燈閃爍，具體規(guī)律為6次循環(huán)閃爍。接著檢查磁懸浮電動(dòng)機(jī)連線X3接口。E301輸出到X3接口，測(cè)量X3的定子線圈電阻值平衡，與標(biāo)稱參數(shù)一致。斷電，推動(dòng)gantry，檢查阻力情況和平穩(wěn)性。Gantry平穩(wěn)要滿足在不鎖定情況下能夠用手推到任意角度，且阻力均衡。因?yàn)榇帕K是機(jī)架平衡支撐單元，如果脫落，用手推動(dòng)會(huì)有較大阻力；如果用手推動(dòng)順暢，說明沒有脫落，可排除磁力塊脫落引起的E301過載。

圖2 E301結(jié)構(gòu)示意圖

測(cè)量輸入交流三相電壓為400 V，正常且穩(wěn)定。打開E301的變頻器（也稱電動(dòng)機(jī)伺服），測(cè)量AC/DC三相整流橋直流輸出為500V，正常。接下來檢查變頻驅(qū)動(dòng)和高頻晶閘管（insulated gate bipolar transistor，IGBT），IGBT的測(cè)量要離線，最好用機(jī)械表模擬觸發(fā)導(dǎo)通的二極管特性。拆下伺服器（此伺服器型號(hào)為LUST VF1410HF，最大輸出功率為42 kW，由德國LTI公司制造，電路如圖3所示），測(cè)試發(fā)現(xiàn)IGBT已經(jīng)被擊穿。IGBT型號(hào)為SKM40GD123D，參數(shù)最大電流為40 A，最大電壓為1 200 V。

SMK40GD123D這種大功率的變頻模塊一般都是歐洲和日本廠家生產(chǎn)，如果在國內(nèi)訂購，價(jià)格昂貴，而如此大功率的元件擊穿，驅(qū)動(dòng)IGBT的單元也可能會(huì)存在問題，特別是擊穿的那一組。

圖4為標(biāo)準(zhǔn)的IGBT原理圖。P&N是DC bus的輸入，經(jīng)過控制信號(hào)的調(diào)制后，輸出高頻交流電供給電動(dòng)機(jī)繞組，通過改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、電壓等參數(shù)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)時(shí)間和力矩等[2]。

3 故障排除

經(jīng)上述分析，可以判定IGBT損壞，需更換。接下來就要找到擊穿的原因。

圖3 LUST VF1410系列結(jié)構(gòu)圖

圖4 標(biāo)準(zhǔn)的IGBT原理圖

逆變器中IGBT的驅(qū)動(dòng)電路也有很多三極管和二極管被擊穿。查找IC資料，同品牌、同型號(hào)替換。這些IC都是很少見的型號(hào)，需要專門訂購，并且都是貼片封裝，需要熱風(fēng)臺(tái)加熱焊接，焊接時(shí)注意溫度和時(shí)間。焊好IC，更換好IGBT后，上機(jī)測(cè)試。開機(jī)，gantry有動(dòng)作但啟動(dòng)時(shí)有輕微震動(dòng)，check up測(cè)試能通過。但測(cè)試到最快單圈和剎車時(shí)發(fā)現(xiàn)，gantry會(huì)復(fù)位，而且變頻器（FC）的H1還會(huì)閃爍6次。針對(duì)此現(xiàn)象，在FC的輸出上接入鉗形電表檢測(cè)電流。

這時(shí)機(jī)器報(bào)錯(cuò)信息中提到了啟動(dòng)參數(shù)等A20的數(shù)據(jù)表。A20是RTC的參數(shù)設(shè)置，恢復(fù)原廠參數(shù)，然后燒寫到FC的控制板，希望能改善FC的工作狀態(tài)，但故障依舊。繼續(xù)檢查FC，拆下后測(cè)量IGBT和驅(qū)動(dòng)電路，IGBT完好，驅(qū)動(dòng)電路IC擊穿。

FC的CPU驅(qū)動(dòng)信號(hào)是0～8 kHz的脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation，PWM）方波。變頻器部分是一個(gè)利用固態(tài)電子器件的電力電子系統(tǒng)，大多數(shù)的變頻器是交流/交流轉(zhuǎn)換器，輸入及輸出都是交流的電壓。使用共同直流電源（common DC bus）或是以太陽能為電源時(shí)，會(huì)使用直流/交流轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)。交流/交流轉(zhuǎn)換器可分為3個(gè)部分：交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器、直流鏈（DC link）及直流轉(zhuǎn)換為交流的逆變器，其中又以電壓源變頻器（voltage-source inverter，VSI）最常見。

電壓源變頻器所用的整流器，最簡單的是三相、六步脈沖、全波整流的二極管電橋，其直流鏈包括一個(gè)大容量的電容，可以平滑直流輸出的漣波及提供后極逆變器穩(wěn)定的電壓輸入，再利用逆變器的主動(dòng)功率晶體將電壓轉(zhuǎn)換為近似弦波的交流電壓輸出。電壓源變頻器的輸入功因較導(dǎo)通角控制的電流源變頻器或負(fù)載換流變頻器要高，而且其失真量也較低。變頻器也可以規(guī)劃成將單相交流電轉(zhuǎn)換為三相交流電的相轉(zhuǎn)換器[3-5]。

變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方式有很多，其中最簡單的是U/f標(biāo)量控制，變頻器的輸出電壓和輸出頻率成正比，適用于定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載中。例如：460 V、60 Hz的電動(dòng)機(jī)，其電壓和頻率的比為460/60=7.67，電壓和頻率的關(guān)系稱為U/f曲線。有些U/f控制的變頻器有輸出電壓和輸出頻率平方成正比的曲線，或是多段可設(shè)定的U/f曲線。U/f控制可以適用在許多簡單的應(yīng)用中，但一些需要低速高轉(zhuǎn)矩、動(dòng)態(tài)速度調(diào)整、位置控制或轉(zhuǎn)矩控制的高階應(yīng)用中，不適合使用U/f控制。另外2種常用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)分別是矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制，根據(jù)輸出電流及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整輸出電壓的大小及角度，目的是精準(zhǔn)控制電動(dòng)機(jī)的磁通及轉(zhuǎn)矩。

變頻器的輸出是利用逆變器，用PWM的方式輸出交流電壓，其中正弦脈寬調(diào)制（sinusoidal pluse width modulation，SPWM）是最直接調(diào)整電動(dòng)機(jī)電壓及頻率的方式。在圖5中，有大小及頻率均可調(diào)整的參考弦波訊號(hào)及鋸齒型的載波訊號(hào)，若參考信號(hào)超過載波，則輸出高電位，反之，則輸出低電位，即可產(chǎn)生一個(gè)脈沖寬度隨時(shí)間變化的輸出訊號(hào)，輸出訊號(hào)在濾波后即接近弦波。變頻器的脈沖寬度調(diào)制除了SPWM外，還有其他的方式，其中空間矢量脈寬調(diào)制（space vector pluse width modulation，SVPWM）越來越受到歡迎。

圖5 SPWM的弦波輸入及二階（2-level）的PWM輸出

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了解了驅(qū)動(dòng)方式后，我們開始從驅(qū)動(dòng)信號(hào)入手，借助示波器，在線將DC bus的P&N懸空測(cè)試，CPU發(fā)出的待機(jī)信號(hào)波形在FC驅(qū)動(dòng)板各組的方波由2個(gè)HC08*的芯片分離放大到各組。其中一組方波明顯存在差異，圖6為正常波形。

R318.6；TH774

B

]1003-8868（2015）07-0149-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.07.149

317502浙江溫嶺，臺(tái)州市腫瘤醫(yī)院設(shè)備科（趙華東）