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。濟寧醫學院附屬醫院醫學裝備處，從事醫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設備，具有性能穩定、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電源結構

威力電刀電源采用AC/DC反激拓撲結構。交流電經輸入EMI濾波器后進入橋式整流電路轉換為直流半波信號，經由功率開關進行脈寬調制，將直流半波電壓轉換為高頻直流脈沖電壓，高頻變壓器將調壓后的直流脈沖電壓傳遞至變壓器副邊，最終經輸出濾波電路形成穩定的直流電壓輸出。脈寬調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進行控制，保證在輸出功率變化時輸出電壓的穩定[1-3](如圖1所示)。

圖1 電刀電源結構圖

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。輸入端先串聯負溫度系數熱敏電阻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，對穩態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，將交流電壓轉換成直流半波電壓，再經過較大容值的電容C5，形成較為穩定的直流電壓，接受功率開關Q1的調制，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。副邊側電路結構較為清晰，均采用了傳統的LC濾波線路。結合圖2變壓器原邊電路分析，在開關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。當功率管關斷時，次級二極管正偏導通，變壓器次級電流上升，經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為三端可調穩壓源，其參考端(R)連接在由R25、R26、R27輸出串聯分壓電路。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，內部含有電壓負反饋回路和峰值電流環路，采用嵌套結構，電壓環為外環，電流環為內環，電壓環路輸出連接在電流環路輸入參考上，即Comp Pin腳。環路最終輸出為PWM信號，通過Out Pin連接到原邊功率開關管驅動電路上。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，直接使用Comp Pin上信號作為峰值電流參考給予電流環。在Ic升高的情況下，電阻R7上壓降升高，Comp Pin上分壓會減小，經過環路后會使得Out Pin引腳輸出的占空比下降，從而將電源整體輸出下調[10-12]。同理，當Pin2，3端輸出電壓降低時，環路控制使得Out Pin引腳輸出的占空比升高，從而將電源輸出上調(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 故障現象

電刀在使用過程中出現關機重啟的現象。

3.2 故障分析與排除

對設備后端電源開關進行測量，排除開關老化、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，均出現此故障，排除負載變化對于電刀電源產生影響的情況，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，使用示波器抓取輸出電壓波形，發現故障時輸出為零，證實該故障與負載無關。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，對整流橋側進行測試，其簡化結構如圖6所示。

圖6 原邊側電路簡化結構圖

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，順序為ac、bc、da、db，發現正向導通電壓均約為0.5 V，反向截止狀態也均正常，表明整流橋路無故障。但測試cd兩點之間導通電壓時發現其值為1.0 V，即2個二極管串聯的導通電壓。單獨測量整流橋時，該讀數應為正常。參考原邊側電路簡化結構，該電源整流橋后端連接一顆P6NK60Z型號的場效應管，此器件由于自身結構的原因，其源極(S)和漏極(D)之間存在一個反并聯二極管，所以萬用表讀取的cd之間二極管正向導通電壓應該為單顆二極管的電壓，而不是2顆串聯后的電壓。將該場效應管取下后，測量源極(S)和漏極(D)二極管狀況，發現其無導通壓降，由此判斷該場效應管出現故障。更換同型號場效應管后，電刀重啟故障排除。

4 小結

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

R197.39

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10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.042

2016-10-13

①濟寧醫學院附屬醫院醫學裝備處 濟寧 山東 272029