威力Force FX-8C電刀電源原理分析與故障維修案例

盛 況 孔德友 鄭冉冉

威力Force FX-8C電刀電源原理分析與故障維修案例

盛 況①孔德友①鄭冉冉①

威力電刀；電路原理分析；故障維修

盛況,男,(1986- ),碩士，工程師。濟寧醫(yī)學院附屬醫(yī)院醫(yī)學裝備處，從事醫(yī)療設備的管理與維修工作。

威力Force-8C型電刀是一款常見的手術(shù)設備，具有性能穩(wěn)定、操作簡單、切割速度快以及止血效果好等特點。使用中，電源故障最為常見。為此，對該設備所使用的電源模塊進行分析，繪制原理圖并提出故障解決方案。

1 威力電刀Force FX-8C電源結(jié)構(gòu)

威力電刀電源采用AC/DC反激拓撲結(jié)構(gòu)。交流電經(jīng)輸入EMI濾波器后進入橋式整流電路轉(zhuǎn)換為直流半波信號，經(jīng)由功率開關(guān)進行脈寬調(diào)制，將直流半波電壓轉(zhuǎn)換為高頻直流脈沖電壓，高頻變壓器將調(diào)壓后的直流脈沖電壓傳遞至變壓器副邊，最終經(jīng)輸出濾波電路形成穩(wěn)定的直流電壓輸出。脈寬調(diào)制電路作為控制端電路，以輸出電壓為反饋，由控制芯片對功率開關(guān)進行控制，保證在輸出功率變化時輸出電壓的穩(wěn)定[1-3](如圖1所示)。

圖1 電刀電源結(jié)構(gòu)圖

2 威力電刀Force FX-8C電源電路分析

2.1 變壓器原邊電路分析

變壓器原邊電路。輸入端先串聯(lián)負溫度系數(shù)熱敏電阻RT1，起機時RT1溫度低電阻大，啟動浪涌電流受到限制。開機一段時間后，其上流過的電流使電阻溫度升高，使阻值降低，對穩(wěn)態(tài)電源功率損耗的影響減小。MOV1作為壓敏電阻，在輸入端電壓異常升高時進行限壓，從而保護后級線路。而后接入共模電感T1、X電容C1和Y電容C3、C4組成的EMI濾波器用來抑制輸入側(cè)共模和差模干擾[4-5]。EMI濾波器后級接入整流橋芯片，將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流半波電壓，再經(jīng)過較大容值的電容C5，形成較為穩(wěn)定的直流電壓，接受功率開關(guān)Q1的調(diào)制，通過變壓器將能量傳遞至副邊(如圖2所示)。

2.2 變壓器副邊電路分析

威力電刀電源副邊側(cè)電路輸出共有3路。Pin1輸出12 V，Pin2，3輸出5.1 V，Pin4，5為電源模擬地端，Pin6輸出12 V。副邊側(cè)電路結(jié)構(gòu)較為清晰，均采用了傳統(tǒng)的LC濾波線路。結(jié)合圖2變壓器原邊電路分析，在開關(guān)Q1導通時，輸入電壓加在變壓器初級線圈上，初級同名端流出電流，次級同名端感應流入電流，次級二極管CRx反偏截止。初級電流線性上升，變壓器作為電感運行儲存能量，此階段無能量傳到次級，副邊電容單獨向負載供電。當功率管關(guān)斷時，次級二極管正偏導通，變壓器次級電流上升，經(jīng)過濾波后向各負載供電(如圖3所示)。

圖2 變壓器原邊電路圖

2.3 控制電路分析

電源采用了TL431和UC3844

芯片的組合電路作為副邊輸出端的采樣反饋控制。TL431為三端可調(diào)穩(wěn)壓源，其參考端(R)連接在由R25、R26、R27輸出串聯(lián)分壓電路。當Pin2，3端輸出電壓升高時，TL431參考端(R)電壓上升，使得其陰極端(K)電壓下降，經(jīng)過光耦CNY17-3的原邊電流If升高，從而光耦副邊電流Ic升高[6-9](如圖4所示)。

圖3 電源副邊輸出電路圖

圖4 CNY17-3、TL431電壓采樣電路圖

UC3844是電流控制型芯片，內(nèi)部含有電壓負反饋回路和峰值電流環(huán)路，采用嵌套結(jié)構(gòu)，電壓環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，電壓環(huán)路輸出連接在電流環(huán)路輸入?yún)⒖忌希碈omp Pin腳。環(huán)路最終輸出為PWM信號，通過Out Pin連接到原邊功率開關(guān)管驅(qū)動電路上。電源將副邊反饋電壓信號直接連在Comp Pin上，Vfb Pin接地，跳過電壓環(huán)，直接使用Comp Pin上信號作為峰值電流參考給予電流環(huán)。在Ic升高的情況下，電阻R7上壓降升高，Comp Pin上分壓會減小，經(jīng)過環(huán)路后會使得Out Pin引腳輸出的占空比下降，從而將電源整體輸出下調(diào)[10-12]。同理，當Pin2，3端輸出電壓降低時，環(huán)路控制使得Out Pin引腳輸出的占空比升高，從而將電源輸出上調(diào)(如圖5所示)。

圖5 UC3844電壓負反饋控制電路圖

3 電源故障分析及維修

3.1 故障現(xiàn)象

電刀在使用過程中出現(xiàn)關(guān)機重啟的現(xiàn)象。

3.2 故障分析與排除

對設備后端電源開關(guān)進行測量，排除開關(guān)老化、接觸不良等情況，同時注意到電刀無論在切凝模式或待機模式，均出現(xiàn)此故障，排除負載變化對于電刀電源產(chǎn)生影響的情況，判斷電源模塊供電不正常。斷開電源輸出連接線，使電源處于空載狀態(tài)，使用示波器抓取輸出電壓波形，發(fā)現(xiàn)故障時輸出為零，證實該故障與負載無關(guān)。取出電源從電源輸入端向后進行測量。前端EMI濾波器測試正常，表明輸入交流電可以正常到達整流橋，對整流橋側(cè)進行測試，其簡化結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 原邊側(cè)電路簡化結(jié)構(gòu)圖

使用萬用表二極管檔，依次測量交流輸入端到直流輸出端狀態(tài)，順序為ac、bc、da、db，發(fā)現(xiàn)正向?qū)妷壕s為0.5 V，反向截止狀態(tài)也均正常，表明整流橋路無故障。但測試cd兩點之間導通電壓時發(fā)現(xiàn)其值為1.0 V，即2個二極管串聯(lián)的導通電壓。單獨測量整流橋時，該讀數(shù)應為正常。參考原邊側(cè)電路簡化結(jié)構(gòu)，該電源整流橋后端連接一顆P6NK60Z型號的場效應管，此器件由于自身結(jié)構(gòu)的原因，其源極(S)和漏極(D)之間存在一個反并聯(lián)二極管，所以萬用表讀取的cd之間二極管正向?qū)妷簯摓閱晤w二極管的電壓，而不是2顆串聯(lián)后的電壓。將該場效應管取下后，測量源極(S)和漏極(D)二極管狀況，發(fā)現(xiàn)其無導通壓降，由此判斷該場效應管出現(xiàn)故障。更換同型號場效應管后，電刀重啟故障排除。

4 小結(jié)

將威力Force FX-8C電刀電源模塊分為電源變壓器原邊電路、副邊電路以及控制電路3個單元進行詳細的原理分析，給出詳細的電路原理圖，依據(jù)電路分析闡述1例電源故障分析與維修案例。隨著設備使用年限的增加，電路板上某些電子元件會逐漸老化，從而發(fā)生故障，在設備維修時，需要分析其電路原理，從而能夠快速定位故障器件，解決問題。

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1672-8270(2017)02-0143-03

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10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.042

2016-10-13

①濟寧醫(yī)學院附屬醫(yī)院醫(yī)學裝備處 濟寧 山東 272029