Force FX-8C電刀常見故障的分析處理

馬繼鵬，鄭冉冉，周朋超

濟寧醫學院附屬醫院 醫學裝備處，山東 濟寧 272000

引言

高頻電刀是外科手術中常用設備，它利用集膚效應，熱效應和法拉利電磁效應在人體與電刀筆之間或雙極鑷子之間產生高電流，造成組織蛋白質變性，從而產生切割和凝固的效果[1]。采用高頻電刀可縮短手術時間，減少患者創面，失血量及輸血量，從而降低并發癥及手術費用。Force FX-8C電刀具有三種雙極模式：精確（低）、標準（中）、宏（高）雙極；三種單極切割模式：低壓、純切、混合；三種單極凝血模式：干燥（低）、電灼（中）、噴凝（高）；支持同時凝血；具有Valleylab REM接觸質量檢測系統；支持超聲電外科手術；具有用手控開關或腳控開關啟動；可調用最近使用的模式和模式設定值以及啟動音量可調等功能，可方便的滿足絕大部分手術需要[2]。因其使用頻率高，工作時間長，電流大，電子器件易老化以及附件易損壞等問題，造成電刀故障率較高，附件問題通過更換替代可及時排除故障，而主機問題往往需要拆機處理[3]。通過研究高頻電刀主機的維修分析與處理，可以深入了解電刀的結構，通過故障現象和測試工具的使用能及時定位故障，并完成維修，在此與同行分享四個維修案例，以提高醫院在用電刀的自主維修能力，降低設備維修時間和成本，更好地為醫院服務。

1 故障維修實例

1.1 故障一

1.1.1 故障現象

電刀開機后不定時自動重啟。

1.1.2 故障分析

原因：低壓電壓板故障，無法提供穩定的電壓給主控制器，造成主控制器重啟。

低壓電源板的電路原理框圖如下圖1所示，220 V交流電經過濾波后進入橋式整流電路，變為直流電壓，該電壓通過MOSFET的開關控制，被逆變為交流電，PWM芯片控制MOSFET的開關，并從輸出端檢測電壓變化后調整驅動MOSFET的信號脈寬，從而起到穩定電壓輸出的作用[3]。交流電經過多路輸出高頻變壓器的升壓和單管整流濾波后得到穩壓+5 V和±12 V直流電，為主控制器和各運算放大器供電[4-5]。

圖1 電刀低壓電源原理框圖

1.1.3 故障維修

首先排除開關氧化及線路接觸不良問題，再隔離負載，用示波器分別抓取橋式整流電路后的測試點1，MOSFET驅動信號測試點2，高頻變壓器輸出電壓測試點3。最終確定是MOSFET P6NK60Z故障，如圖2圓圈標記處所示，更換該器件后電刀工作正常。

圖2 電刀低壓電源實物圖

圖3 電刀功率輸出部分原理圖

1.2 故障二

1.2.1 故障現象

開機后，自檢可以通過，接上負極板后可以正常識別，REM燈由紅色變為綠色，設置好電切和電凝的輸出功率后，觸發電刀筆，這時報警161且無功率輸出。

1.2.2 故障分析

原因：161報警為射頻功率輸出電路或反饋電路出現問題。

電刀功率輸出部分電路圖如圖3所示，該電路由射頻功率MOSFET APT8030，門驅動電路，射頻功率變壓器T4，調諧電容C34、C41，繼電器組K2A，射頻輸出LCC濾波器等組成[6]。驅動信號來自控制電路的波形產生器，APT8030的源極連接高壓直流電源HVDC，通過開關MOSFET APT8030實現高壓直流電源變為交流電源，然后再通過高頻變壓器T4實現升壓，經過LCC濾波后輸出[7]。通過對繼電器組K2A的控制，可實現變壓器線圈初次極線圈匝數比的變化，以及決定高壓電源是否經過二極管CR2調整后再加到APT8030的源極，再配合APT8030柵極驅動信號的頻率、脈沖寬度、脈沖重復時間的變化，共同決定電切、電凝、單極、雙極的各模式的輸出波形[6]。

1.2.3 故障維修

根據上述原理，先用萬用表檢測量HVDC，發現是正常的，再檢測射頻功率管APT8030發現被擊穿，但更換該器件后發現仍然無功率輸出，測量射頻功率管的驅動信號，發現有正常驅動信號，但源極無信號，懷疑是繼電器故障，取下繼電器，發現繼電器底座部分觸點被氧化，變為黑色，導致接觸不良，繼電器底座如圖4標記所示，再更換該底座后電刀工作正常[8-9]。

圖4 電刀功率輸出部分繼電器底座圖

1.3 故障三

1.3.1 故障現象

開機后，自檢報警16。

1.3.2 故障分析

原因：波形發生器U9故障，導致無射頻驅動信號。

主控制板功能模塊圖如圖5所示：主控制器負責手柄、腳踏、按鍵信號的讀取，數碼屏的顯示，聲音報警信號的輸出，外部RAM數據的讀寫，串口數據的接收發送，劑量錯誤信號輸出，以及對功率輸出級峰值電壓的檢測，阻抗檢測，高壓檢測，電流、電壓的檢測和算法處理等工作[8]。反饋控制器負責對阻抗、高壓電源、電壓、電流的檢測以及算法處理，對高壓電源電壓的控制，負責輸出和繼電器組的控制。波形產生器接收反饋控制器的指令，產生射頻驅動信號，該信號的脈沖寬度、頻率、脈沖重復頻率可調。主控制器、反饋控制器、波形產生器通過雙接口RAM實現數據的共享[6,10]。

圖5 控制電路功能模塊圖

1.3.3 故障維修

U9芯片可從控制主板拔插下來，U9芯片如圖6中圓圈所示，檢測發現有管腳氧化，處理后重新安裝，電刀開機自檢正常。開機報警16的故障處理流程如圖7所示。

圖6 控制電路實物圖

圖7 威力ForceFX-8C電刀故障代碼16的處理流程

1.4 故障四

1.4.1 故障現象

開機后，自檢報警160，無法進入工作模式。

1.4.2 故障分析

原因：該錯誤代碼指向內部器件故障、劑量測試失敗或AD轉換顯示值失敗，一般為功率發射板故障導致。

高壓電源原理圖如圖8所示：220 V交流電通過CR80整流二極管進行全波整流，再通C22，C3大電容儲能和C29濾波，最終把220 VAC轉變為300 VDC。

通過控制4個N溝道的MOSFET IRF840的開關，實現逆變。其中Q1、Q4是一組，Q3、Q5是一組交替導通關閉，驅動信號T1A_DRIVE、T1C-DRIVE是通過變壓器T1進行了電磁耦合后驅動MOSFET，在變壓器T3初級形成峰值為600 V的交流信號，該交流信號由經變壓器T3后，再經過整流橋電路對該交流信號進行了整流，濾波最終形成直流高壓電源。通過調整驅動信號T1A_DRIVE、T1CDRIVE的占空比，實現高壓直流電壓（HVDC）的0～180 V可調，從而實現輸出功率的可調[6,11]。

圖8 高壓電源原理圖

1.4.3 故障分析

經過檢測HVDC，發現無電壓，排除控制電路失效原因，確定為高壓電源電路部分有問題[12]，測量整流橋CR80的輸入和輸出電壓正常，測量MOSFET IRF840發現Q1和Q4損壞，如圖9圓圈所示，導致無法正常導通。更換器件后電刀工作正常。

圖9 整流器件與逆變功率器件圖

2 電刀質控

維修后要參照國家電氣標準、計量標準、電刀使用說明書制定的質控表格[13]，對高頻電刀的外觀附件，低頻外殼漏電流，保護性接地電阻，絕緣電阻，高頻漏電流，輸出功率，接觸阻抗進行檢測，確保電刀維修后的使用安全[14-15]。

3 討論與總結

本文通過實際工作中遇到的故障現象，介紹了醫院在用Force FX-8C型號電刀的電路原理，包括低壓電源電路、射頻輸出電路、控制電路、高壓電源電路，并通過原理圖和實際硬件相結合的方式圖文并茂地展示了故障的分析及處理方法，方便同行們從理論層面掌握電刀的工作原理，并進行實際的維修工作。只有通過對電刀電路原理有深入了解，才能更快的確定故障器件，降低醫療設備的維修時間和維修費用，更好地為醫院服務。

該論文只是對電刀主機的故障進行了分析，是電刀故障中較難處理的問題，但發生的頻率較低。而實際故障報修中多是附件和電源線、電源開關的問題，如負極板接觸不良，極板線損壞，腳踏故障，電源線損壞，電源開關氧化等，所以遇到電刀故障，應先從這些地方進行排查。

在后續的工作中一方面應繼續提高電路的分析能力，另一方面應注重對高頻電刀的質量控制，包括維修后的質控和定期的質控，提前發現隱患，防患于未然。