萬曼VENTImotion2無創呼吸機Code16故障分析與排除

施駿，劉華，姚旭峰

1. 上海市寶山區中西醫結合醫院 醫學裝備處，上海 201999；2. 上海健康醫學院，上海 201318

引言

萬曼VENTImotion2無創呼吸機為雙水平無創正壓通氣，具有操作簡便、患者易于接受等優點，是針對慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）并II型呼吸衰竭的必要治療設備[1]。該無創呼吸機由設備后部入口吸入空氣，空氣經過空濾棉、細菌過濾器后進入風道，由渦輪機轉動產生壓縮空氣，再經通氣管路到達患者的面罩以無創性方式將患者與呼吸機相連而進行正壓輔助通氣[2-3]。隨著使用時間延長，設備故障現象逐漸開始出現，本文就萬曼VENTImotion2無創呼吸機報Code16錯誤代碼故障現象，在無技術手冊條件下對該設備進行故障分析與排除。

萬曼VENTImotion2無創呼吸機主要由電源盒、主程序板、電機驅動板、渦輪機組成。電源盒將市電進入電源后經整流濾波轉為高壓直流電，通過開關部分轉為高頻率低脈沖，再經整流濾波輸出需要的低壓直流電[4]，為無創呼吸機提供電源供給。電機驅動板主要根據主程序板發出信號通過邏輯電路驅動開關管帶動渦輪機工作。主程序板是以用戶設置參數為基準，通過傳感器接收參數與之對比，不斷將工作信號與電機驅動板間相互通信來控制整機的工作。渦輪機是根據電機驅動板給出工作電壓來進行工作的裝置，做功使氣體壓力升高而提供空氣氣源[5]。本臺設備采用的是純銅三相無刷直流電機，帶有霍爾元件，用于檢測轉子的位置[6]。

在萬曼VENTImotion2無創呼吸機的使用中，發現發生故障報錯代碼最多的是Code16，廠家不提供技術手冊，使用手冊中指出報此故障代碼需要聯系廠家。然而，針對此故障廠家提出更換電機驅動板與渦輪，維修費用高。該故障通常發生在設備使用3 年左右，且無技術資料，元器件級維修在當前難以實施[7]。由于此報錯為多發故障現象，所以在此故障的研究上，具有一定意義。

1 Code16報錯的故障現象與處理

1.1 Code16故障來源確認

使用一臺工作正常的無創呼吸機部件與報錯Code16的故障機進行逐一更換，通過“替換法”[8]可以確認故障代碼發生的根源在于電機驅動板，而非電源、渦輪等其他部件。此電機驅動板為貼片多層板，無法通過排線直接觀察電路走向。對其進行通電觀察，發現每當報錯Code16時，電機驅動板上最左側印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）標注MOT的LED都會被點亮。根據經驗判斷此英文標注的LED為電機故障報警燈。鑒于此電路板為多層板，我們對其進行了X線曝光，實現了快速獲取X光圖像的功能，可即刻得其灰度圖像[9]。電機驅動板X線曝光圖如圖1所示。發現4個LED采用共陽極連接，陰極分別連接不同模塊接收信號，而MOT燈的陰極，連接到了一塊型號為MC33035DW的芯片的14腳。

圖1 電機驅動板X線曝光圖

1.2 單片無刷直流馬達控制電路MC33035DW工作原理分析

MC33035DW是高性能第二代單片無刷直流馬達控制電路。它包含實現開環、三相或四相馬達控制所需的全部功能。此電路包括轉子位子檢測器、溫度補償基準、鋸齒波振蕩器，還有三個集電極開路的高速驅動器和三個高電流的圖騰柱低速驅動器適用于驅動功率MOS管。該芯片還包含一些有保護特點的電路，如欠電壓鎖定，時間延遲可選的周期接周期限流控制，內部過熱保護電路和一個獨特的故障輸出，易于和微控制系統連接（圖2）。另外，MC33035DW芯片的三相全波換相波形，如圖3所示。

1.3 小結

分析此芯片工作原理可以知道當電機工作處于如過流過溫異常狀態時，管腳14便會輸出一個低電平的故障信號。正常工作的萬曼VENTImotion2無創呼吸機電機驅動板上MC33035DW芯片管腳14與微控制系統連接，通過人為接地設置為低電平時，即會報Code16故障，說明此故障有很強的對應性，因電機運行部分報錯引起。

基于MC33035DW對于電機的過流、過熱、欠壓鎖定保護設計，與純銅結構電機放置于風道內的散熱設計，電機故障所導致的Code16報錯非常少。所以在遇到Code16報錯代碼時，我們優先排除電機供電電路部分故障。

圖2 MC33035DW功能管腳圖

圖3 MC33035DW芯片的三相全波換相波形

2 Code16典型案例分析

2.1 案例一：二極管老化

2.1.1 故障分析

由圖2可見，電機速度通過管腳1、2、24三個高速驅動輸出與19、20、21三個低速驅動輸出做上下驅動輸出，通過控制型號N10L16的MOS管驅動電機。MOS管在與電機間連接串聯了整流二極管SM5404（圖4），整流二極管具有明顯的單向導電性，擊穿電壓高，反向漏電流小。此二極管限定工作電流3 A，在MOS管后與電機的連接，用于電機的保護電路。而從圖4也可以看到，為得到低速運轉，使用中會高頻通斷電源回路而影響整流二極管的壽命。

圖4 圓柱形SM5404整流二極管所在位置圖

2.1.2 故障檢修過程

發生Code16故障現象后，通過對整個電機回路元器件的排查，我們發現一個SM5404整流二極管斷路，觀察發現此管碳化，并已從中間斷裂，更換整流二極管后設備正常運行。

2.1.3 小結

故障呼吸機使用頻率高，空濾棉積灰嚴重；呼吸機要達到設定通氣量，將會消耗更大的功率，而更大的功率則對應發熱量的增加。所以，電壓的高頻通斷以及負載量的增加對整流二極管的損傷都非常嚴重，前者由于工作設計而無法改變，后者則可通過日常保養維護來進行改善。

2.2 案例二：線路板受潮導致的信號傳輸開路

2.2.1 故障檢修過程

報錯Code16后，對電機、MOS管、驅動芯片以及邏輯電路等分別進行供電電壓與輸入輸出信號的檢測，檢查發現各部件均正常，隨后利用示波器對信號源進行采集觀察，發現CPU輸出電機初始運動信號正常，而電機未轉動，霍爾元件的位置反饋沒有刷新，造成了故障的發生。接著排查連接排線，發現CPU連接MC33035DW驅動芯片24腳的連接排線測試不通，而后對驅動芯片24腳使用示波器進行檢測，僅采集到少量的雜波信號，排查到了問題所在后，我們利用專業PCB跳線單芯線對此段信號排線進行飛線，維修后進行開機檢測，測試功能正常。用放大鏡觀察PCB排線，可見排線上部涂層有較多氧化斑點，推斷為PCB板受潮引起。

2.2.2 小結

電機驅動板以貼片為主，貼片板集成度高、體積小、成本低，因而使用范圍越來越廣。但是從插件板到貼片板；從單層板到多層板，PCB受氧化的情況卻依舊存在，不僅發生在焊點，PCB排線同樣會發生氧化現象。此呼吸機電機驅動板的PCB設計中，信號排線因其只傳導信號壓，做得很細，有的線徑甚至小于0.5 mm。

3 總結

對于無創呼吸機來說，空氣源的清潔與否在一定程度上影響著其使用壽命。無創呼吸機多工作于定壓狀態，如果空氣源積污嚴重，會增加氣體進入阻力，而為達到設定工作壓力，電機將以更大的運行功率進行補償，使其長期處于高負荷的工作狀態，將會增加故障發生的可能。空氣源的清潔，就是對無創呼吸機空氣過濾棉的定期清洗與細菌過濾器的定期更換，保障空氣源通暢，減低設備運行負荷，防止因空氣源阻塞所導致的設備過載。

隨著科學技術的不斷發展，設備電路板已經做很精巧。元器件集成度高，排線也越來越細，而線徑做細后，一旦發生輕微氧化便極易影響設備信號故障的發生從而導致設備停機或無法正常使用。所以在使用完后，需要將其存放于陰涼干燥處進行保存，保證設備處于一個良好的狀態，防止因存放環境潮濕而造成PCB板的排線或焊點氧化引發的故障。

通過以上故障的檢修，我們可以了解到，做好呼吸機的日常維護工作是十分重要的[10]。臨床科室由于工作任務重等原因，在設備日常保養維護上往往缺乏重視，部分呼吸機在過濾器積灰過多情況下會發生報警[11]，但現用設備無此功能情況下，作為設備管理部門，應當在日常巡檢過程中對設備的日常維護保養情況進行檢查，同時查看備用設備存放環境是否符合要求。在設備維修完成后需要對其進行質量檢測，確保其在臨床上的使用質量。

4 討論

萬曼VENTImotion2無創呼吸機一旦出現Code16故障代碼后，每次開機點擊運行即在設備屏幕中彈出該錯誤代碼，無法正常使用。通過“替換法”我們發現該故障問題來源于電機驅動板；鑒于此PCB上具有故障報警燈且為多層板，我們通過X線曝光得其灰度圖像后查找故障報警燈排線，最終發現該報警燈陰極連接電機驅動板中MC33035DW芯片14腳的接地被點亮，查此芯片為具有獨立故障輸出的直流無刷電機驅動芯片，14腳為此芯片的故障輸出，所以此故障代碼的報錯，由電機運行部分引起。上述故障中，一例為整流二極管碳化、另一例為PCB排線氧化，針對故障現象進行原因分析，發現上述故障的發生，可能由設備缺乏日常維護與存放環境潮濕所導致。因此在日常工作中，需要對設備日常維護保養進行監督；并對臨床科室內設備存放進行指導。

呼吸機作為生命支持類設備，在臨床上起到了非常重要的作用。無創呼吸機的使用是否完好，關系到患者的使用及安全，其使用質量和日常維護是分不開的。在臨床科室提倡設備專管責任制，設備專管后管理員能對設備有更好的認識與了解，能夠在設備出現較小異常現象時發現問題及時處理，降低設備故障的發生。在設備維修后要進行質量控制工作，保證維修后呼吸機的質量安全，更好地為臨床服務[12]。

醫工隊伍是醫院醫療設備器械管理和維護不可缺失的力量[13]。通過總結故障原因，我們發現在日常巡檢中，對設備日常維護情況監管力度的不足在一定程度上增加了設備故障發生的情況。只有在工作中不斷積累經驗，才能提高維修技能，保證設備的正常使用[14]。醫療設備的維修，要遵循從外到內、由易到難的維修原則[15]。逐步將板件更換級維修提升到配件級維修。配件級維修，可以節省大量資金和縮短維修周期[16]，降低醫療設備全生命周期管理中使用成本。