基于數字心電圖機教學平臺電池電量指示異常故障排除

摘 要：數字心電圖機教學實驗平臺主要基于ECG-6951D型心電圖機，全部電路對外開放并能任意設置故障。基于該平臺，通過對電池電量指示電路分析，根據常見故障類型詳述故障排除方法。

關鍵詞：數字心電圖機；電池電量指示；故障排除

引言

目前，數字心電圖機是我國醫用電子儀器的重要組成部分，其功能主要在于計量人體心臟活動中心肌細胞興奮所產生的各種電生理信號用以診斷心臟有無傳導阻滯等病理問題[1]。便攜式數字心電圖機通常采用交流220V和12V蓄電池雙電源供電模式，其中12V蓄電池為其在運動中使用供電，并時刻為打印機提供電源[2]。為了避免出現因電量不足造成設備無法正常運行或過放電引起蓄電池受損，在數字心電圖機中必須設計有電池電量指示電路，故而電量指示是電路構成中必不可少的基本單元電路[3]。而電池電量指示異常則會造成使用人員對醫療設備供電能力的誤判斷，嚴重者可致使醫療事故。因此對于醫用電子儀器與維護專業學生有必要掌握該電路故障排除方法。文章基于數字心電圖機教學平臺（上海譜康電子科技有限公司）詳述電池電壓指示電路，該平臺基于ECG-6951D型心電圖機，全部電路對外開放，能夠靈活設置典型故障可操作性強。

1 電池電量指示電路分析

電池電量指示電路由三端集成穩壓器TL431ACD、集成運放LM324AD、三極管Q2、Q3以及發光二極管D11、D12、D21組成。TL431ACD提供2.5V基準電壓[4]與LM324AD構成的電壓比較器進行比較輸出實現三段電壓指示。其中三段電壓比較器翻轉時電池電壓臨界值分別為（以串聯電阻總值R=R23+R29+R36+R139+R41=461.2KΩ計算）：第一段U6D+=（2.5V×461.2K）/（100K+40.2K）=8.22V；第二段U6C+=（2.5V×461.2K）/（100K+40.2K+10K）=7.67V；第三段U6B-=（2.5V×461.2K）/（100K+40.2K+10K+11K）=7.15V。

當電池電壓充足UBAT+≥8.22V時，U6D、U6C輸出為高電平，D11和D21點亮；U6B輸出為低電平，U6A輸出亦為低電平，Q2導通，D12點亮；當7.67V≤UBAT+≤8.22V時，U6D輸出為低電平，U6C輸出高電平，D21滅，D11仍點亮；U6B輸出狀態不變，D12仍點亮；當7.15V≤UBAT+≤7.67V時，U6D、U6C、U6B均輸出低電平，D11和D21滅，D12仍點亮；當UBAT+≤7.15V時，D11和D21保持熄滅狀態不變，U6B輸出變為高電平約為12V，該輸出電壓經過電阻R30、R138分壓后得到6V電壓加與U6A同相輸入端，U6A的輸出也為高電平，向電容器C15進行充電，當電容兩端的電壓高于6V，則輸出為低電平，D12亮，電容C15放電，當其再次低于6V時，輸出又變為高電平，D12滅，出現循環閃爍。

Q3為N溝道增強型絕緣柵型場效應管，當UGS>UGS（th）（一般為2-4V）開啟電壓時，MOS管能正常工作。MOS管柵極電壓UGS=（12V×R39）/（R39+R37）=6V>UGS（th），MOS管導通，保障二極管D11，D12，D21陰極均為低電平。

2 電池電量指示電路故障排除

電池電量指示電路故障現象可歸納為指示燈不亮，亮度異常，指示燈閃爍周期異常或不閃爍這幾種。文章先就最低電量指示燈D12始終點亮故障進行排除分析。由于D11、D21指示燈顯示正常說明TL431ACD基準電壓模塊、Q3二極管陰極低電壓供應模塊、U6C、U6D比較器模塊均正常。因為低電壓指示燈能夠點亮所以U6B和Q2應該正常。故可能發生的故障點在U6A或電容部分。首先先對U6A進行測試，即對LM324AD芯片1、2、3管腳電平測定，若U6A管腳2號腳始終為低電平，3號腳電壓在6V左右，1號腳輸出始終為高電平說明U6A正常，否則就需要更換LM324AD芯片。在排除U6A異常的情況下，對U6A2腳的電容進行測試判斷，用電容表測試C15對地電容值，若電容值顯示為0，說明電容被短路造成。亮度異常故障則考慮為限流電阻R33、R38、R35是否出現損壞，可以采用測阻值或是替代法來進行。指示燈不亮若出現全不亮則首先對Q3MOS管檢測是否正常，測定Q3管柵極電壓是否為6V，漏極電壓是否為低電平，若是則Q3管正常，說明問題出現在LM324芯片上面，替換芯片即可。若只出現某一路LED燈不亮，則需排查LED燈是否正常，相對用的比較器和電阻是否有損壞即可。

3 結束語

數字心電圖機是醫療電子設備的重要組成部分，為了保障該設備能夠正常運行，避免因為過放電致使蓄電池的損壞，電池電量指示不可或缺。本實驗教學平臺所采用的三段電池電量指示電路主要由LM324AD構成的比較器、三端集成穩壓器TL431ACD、三極管以及發光二極管組成。該電路主要故障類型為單個或全部指示燈不亮、亮度異常、閃爍周期異常或不閃爍，并根據不同故障現象結合電路原理分析進行故障排除。

參考文獻

[1]王沙木.數字心電圖機計量檢定項目的意義[J].黑龍江科技信息，2014（14）：2.

[2]趙東升.PHILIPS PageWriter Trim I 心電圖機直流開關電源供電的設計與實現[J].醫療設備，2014（27）：17-18.

[3]荊西京，王健琪，呂昊，等.用于醫療儀器的線顯示剩余電量指示電路設計[J].醫療衛生裝備，2008（29）：58-59.

[4]潘玉成.可調式精密穩壓集成電路TL431及應用[J].寧德師專學報（自然科學版），2006（20）：51-55.