趙 安　種銀保*　朱 彬　種紅兵

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基于在線測試儀的層流室風(fēng)機(jī)變頻器維修

趙 安①種銀保①*朱 彬①種紅兵①

[關(guān)鍵詞]在線測試儀；變頻器；芯片級維修；無圖紙維修

①第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 重慶 400037

趙安,男,(1979-),博士研究生，工程師。第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，從事醫(yī)療設(shè)備維修及教學(xué)等工作。

在線測試儀(In-Circuit Tester)是一種重要的電路板芯片級維修工具，將不同電路板視為各種器件的連接組合，針對具體器件提供快捷有效的測試手段，能夠在線檢測各種類型的故障，并將定位到集成電路、元件、端口或電路結(jié)點(diǎn)上，其關(guān)鍵技術(shù)是利用后驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線元器件的隔離[1]。目前在線測試儀在工業(yè)儀器和軍事裝備的電路測試中應(yīng)用廣泛，但在醫(yī)療設(shè)備維修中較少見[2]。

層流室變頻器(variable-frequency drive，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，根據(jù)層流室環(huán)境的實(shí)際需要，靠內(nèi)部IGBT的通斷，來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率來驅(qū)動電機(jī)，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元及微處理單元等組成[3]。以GE公司生產(chǎn)的層流室風(fēng)機(jī)變頻器故障維修為例，介紹在線測試儀用于芯片級維修的方法和步驟。

1　故障現(xiàn)象

住院部用電負(fù)荷大導(dǎo)致短暫停電，致使層流室風(fēng)機(jī)變頻器損壞較多，在給供電線路增加延時啟動器之后，變頻器故障率大幅降低，提示故障可能是復(fù)電之后瞬間沖擊電壓所致。由于無該變頻器的圖紙，變頻器主電路板也完全被橡膠塑封，且變頻器的安裝方式和層流室的各種管道造成維修空間狹小，難以進(jìn)行現(xiàn)場帶電測試，給維修帶來了較大的困難(如圖1所示)。

圖1　層流室風(fēng)機(jī)及其變頻器實(shí)物圖

2　故障維修

在利用替換法確認(rèn)了變頻器故障之后，斷開變頻器與系統(tǒng)之間的連接。經(jīng)測試，220 V交流變直流的電源板完好。使用萬用表和ZD-9610型在線測試儀，按照以下步驟對變頻器主板進(jìn)行了故障排查。

(1)小心拆掉主板的橡膠塑封。由于橡膠層較厚，難以用化學(xué)試劑溶解，以手工拆卸為主。注意保護(hù)貼片的小三極管和電阻，極易被拆卸工具摳掉。

(2)利用萬用表對通過大電流且易損壞的6個板載IGBT進(jìn)行了測試，未發(fā)現(xiàn)存在擊穿短路的情況。又用在線測試儀進(jìn)行了功能測試，其測試方法及連接如圖2(a)所示。選擇柵級電壓起始值5 V，柵級電壓終止值10 V，漏級掃描電壓±15 V，漏級串聯(lián)阻抗1 K，點(diǎn)擊“十步循環(huán)測試”，得到其特性曲線如圖2(b)所示，顯示功能完好。個別功能欠佳的IGBT功能測試顯示，其飽和導(dǎo)通電壓閾值升高，應(yīng)予以更換。

圖2　測試方法及連接圖

(3)利用萬用表對整板的貼片三極管進(jìn)行測試，除個別有明顯燒糊痕跡的之外，無損壞的情況。

(4)剩下的幾塊集成芯片，其中包括單片機(jī)8794、接口芯片20TWP5、比較器LM339、E2PROM(ATMEL 93C46B以及光耦等。對這些芯片除了采用較為費(fèi)時費(fèi)力的替換法外，可采用在線測試儀進(jìn)行快速檢測。主要采用VI測試法，即用測試儀產(chǎn)生一個變化的電壓信號加在被測試對象上，同時記錄不同電壓下的電流。把隨電壓變化的電流在電壓-電流座標(biāo)系上標(biāo)出，得到一條(阻抗)曲線。通過比較好、壞芯片在電路板相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的曲線的形狀差異，進(jìn)行故障判斷。

通過在線測試儀VI測試對比，發(fā)現(xiàn)E2PROM(ATMEL 93C46B)的壞片與新片相比，存在多處差異。如圖3所示，以5腳為參考，6、7腳的好壞芯片差異＞30%，提示E2PROM可能存在故障。

圖3　型號為ATMEL 93C46B的E2PROM對比VI測試圖

進(jìn)一步采用RF3148型編程器來讀取E2PROM內(nèi)的程序和數(shù)據(jù)，并進(jìn)行好壞芯片的內(nèi)容比較。如圖4所示，差異內(nèi)容以紅色高亮字符顯示，進(jìn)一步證實(shí)了E2PROM的故障。且所有待修的8塊主板中，7塊均存在E2PROM的故障。通過將正確的E2PROM的內(nèi)容寫入新片，修復(fù)了4塊變頻器主板，節(jié)約了維修經(jīng)費(fèi)。另外4塊主板及其他器件的故障待排查。

圖4　E2PROM內(nèi)容比較界面圖

檢測發(fā)現(xiàn)單片機(jī)、接口芯片等數(shù)?；旌闲酒暮脡男酒g也存在多處VI差異，但最終采用替換法證實(shí)所測芯片并未損壞，表明在線測試儀具有一定的假陽性率。假陽性產(chǎn)生的原因較復(fù)雜，未很好的隔離，導(dǎo)致受其他器件影響可能是主要原因，需要仔細(xì)甄別[1]。

3　討論

板件級維修和芯片級維修是醫(yī)療設(shè)備常用的兩種維修方式。前者是一旦確定故障后整板更換，后者是直接修復(fù)故障電路板[4]。因此，芯片級維修是一種深度維修方式。當(dāng)前醫(yī)院擁有的醫(yī)療設(shè)備品種繁多，芯片級維修所面臨的困難越來越大，已經(jīng)成為醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科多年來所面臨的普遍問題[5]。究其原因：①醫(yī)療設(shè)備原理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電路板集成化程度很高，對其進(jìn)行芯片級維修需要扎實(shí)的專業(yè)知識和豐富的維修經(jīng)驗(yàn)；②生產(chǎn)廠商出于技術(shù)保密和對維修市場的控制，一般不提供給醫(yī)院電路圖、維修手冊、維修軟件及密碼等維修資料；③維修工具方法的落后，設(shè)備出現(xiàn)故障后，醫(yī)院工程師一般僅能依靠萬用表等簡單工具判斷故障[6]。

對于醫(yī)院自主維修所面臨的困境，多年來并未取得突破，導(dǎo)致醫(yī)院更加依賴廠商的維修力量[7]。而所接觸的廠商維修工程師，多半只會更換電路板或零配件，很少會開展芯片級維修，從而造成原本數(shù)十元錢就能解決的元器件故障，卻要醫(yī)院付出上萬元的維修費(fèi)用，而電路板故障往往是因?yàn)閭€別器件功能失效，故開展芯片級維修不但可以節(jié)約費(fèi)用，還能鍛造出過硬的維修隊伍。在線測試儀在層流室風(fēng)機(jī)變頻器無圖紙維修中的成功運(yùn)用，表明任何時候都不應(yīng)放棄自主維修的嘗試和努力。

參考文獻(xiàn)

[1]王侃.用在線測試儀維修醫(yī)療設(shè)備故障電路板的基本規(guī)則[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2010，25(6)：127-128.

[2]高志遠(yuǎn)，白修宇，潘安寶.軍工電子線路板測試技術(shù)綜述[J].國防技術(shù)基礎(chǔ)，2007(2)：50-52.

[3]張作良.基于小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電壓型變頻器故障診斷系統(tǒng)[D].中南大學(xué)控制科學(xué)與工程，2008.

[4]陳書林.CT設(shè)備電路板芯片級維修[J].醫(yī)療裝備，2003，16(10)：47-48.

[5]杜昱鏗.大型醫(yī)療設(shè)備芯片級維修探討[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2011，8(10)：89-91.

[6]陳書林.用常用儀表維修現(xiàn)代影像設(shè)備電路板實(shí)踐淺談[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2008，29(10)：362-363.

[7]王喜順.醫(yī)療器械電路板的維修淺析[J].醫(yī)療裝備，2012，25(10)：86-87.

收稿日期：2015-06-16

作者簡介

*通信作者:chongyinbao@163.net

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.03.049

[文章編號]1672-8270(2016)03-0153-02

[中圖分類號]R197.39

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B