4008B型血液透析機電源故障維修案例分析

高婧穎 陸銀春* 戴 京 鄧 勇

血液透析機主要是用于慢性腎功能衰竭患者維持生命的治療設備，是急性腎功能衰竭、高血容量引起的急性左心衰和肺水腫以及重度藥物中毒等必要的急救醫療設備。血液透析機是集計算機、電子、機械、流體力學、生物化學、光學以及聲學等于一體的體外循環系統，包括監視器、控制單元、外部血液回路、透析液制備、運送水路以及電源模塊等。

目前，4008B型血液透析機(德國費森尤斯集團)已在各大醫院廣泛使用，該設備操作簡單、易于維護，采用了模塊化以及水路、電路完全分離的設計思路，便于功能模塊升級擴展，進一步提高了血液透析機的安全可靠性[1]。血液透析機因使用率高，故障率也較高，常見于透析液供給系統故障、血液監護警報系統故障以及電源模塊故障等，其中以透析液供給系統故障較多(約占70%)，電源模塊故障較少(約占2.5%)，針對電源損壞現象，廠家普遍采用直接更換電源模塊方式進行維修[2-4]。為此，結合應用實踐分析醫院在用的1臺4008B型血液透析機電源模塊故障的元器件級修理過程，提高了醫療設備元器件級的維修能力。

1 故障案例分析

1.1 故障現象

醫院一臺2014年8月啟用的費森尤斯4008B型血液透析機，在治療中斷電黑屏，所有指示燈不亮，面板按鍵無反應，重新按總電源開關開機無反應。

1.2 故障檢修

設備黑屏原因通常主要考慮以下3方面因素：①設備斷電，導致整機不能啟動；②顯示器故障，如排線松脫，背光燈、高壓板或掃描電路故障；③主機或顯示器控制電路故障[5]。

通過對血透中心護士了解開機運行中的具體情況，首先考慮為220 V市電問題，使用萬用表檢查電源插座內是否有電，未發現異常；再檢查電源插頭有無松脫，進行重新插拔后開機仍然黑屏，因此初步判斷為電源模塊故障。將機器后部外殼打開，檢查電源線保險絲，均正常。因2005年后生產的4008B型血液透析機電源模塊為開關電源，電源模塊將交流220 V市電轉化為直流5 V、12 V及24 V輸出。由于血液透析機正常開機后均會進行一系列自檢，其與電源模塊相關的報錯有“Power failure、Voltage failure”以及“Watchdog error等”。考慮當前整個顯示屏為黑屏，無法利用信息提示判斷故障，故針對電源模塊無任何直流輸出，分析電源板燒毀可能性較大。繼續拆機并分離出電源模塊后進一步檢測，注意到4008B型血液透析機采用模塊化設計，打開后蓋后，從上至下依次為顯示器及控制模塊、電源模塊和水路模塊。電源模塊上下兩根供電線分別給顯示器模塊及水路模塊，在拆解電源模塊時，需將顯示模塊向前推出，才可將顯示器供電線拔下，進而分解出電源模塊。該電源模塊外部由帶孔金屬板封閉，電源底部背面有一散熱塊。將金屬板罩子拆開，暴露出整體電源模塊，見圖1。

圖1 4008B型血液透析機開關電源模塊示圖

檢查電源內部共有兩塊電路板，一塊在底部，另一塊在側面。先觀察該電源模塊各部件情況，發現該電源模塊內部基本無灰塵沉積，可排除灰塵沉積導致的元器件短路。使用萬用表檢測模塊內側面上的4個保險絲均為正常，使用手電筒照射電路板觀察未見燒焦或變黑痕跡。繼續逐個觀察各元器件，發現電源板上有兩塊較大散熱片，表明附近有大功率器件需要進行散熱。在檢查其中一塊散熱片背后時發現一芯片上有爆裂痕跡，使用手機拍照后放大查看，確認為TOP246YN芯片損壞，見圖2。

圖2 損壞的TOP246YN芯片示圖

1.3 故障分析

查閱資料并檢索該芯片性能得知TOP246YN為常用開關電源管理芯片(見圖3)，屬于TOPSwitch-GX系列。TOP246采用與TOPSwitch相同的拓撲電路，以高性價比將高壓金屬-氧化物半導體場效應晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、脈沖寬度調制(pulse width modulation，PWM)控制器、故障自動保護功能及其他控制電路集成到一個硅片上。TOP246同時還集成了多項新功能，以降低系統成本，提高設計靈活性及效率。除標準漏極、源極和控制極外，不同封裝的TOP246還另有1～3個引腳，這些引腳根據不同封裝形式，可實現線電壓檢測、外部精確設定流限、遠程開關控制、與外部較低頻率的信號同步及頻率選擇(132 kHz或66 kHz)的功能。所有封裝形式的器件均具備軟啟動、132 kHz開關頻率(輕載時自動降低)、可降低電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)頻率調制、更寬的最大占空比、遲滯熱關斷及更大的爬電距離封裝的相同特性。此外，所有重要參數(如流限、頻率以及PWM增益等)的溫度容差及絕對容差更小、設計更簡化，系統成本更低。

圖3 TOP246YN開關電源管理芯片外觀圖及技術參數示圖

1.4 故障排除

在電子市場購買全新TOP246YN芯片，將原有芯片拆下，由于原有芯片是用鉚釘鉚在散熱片上，所以需用手槍鉆將鉚釘打掉，再利用螺絲和螺母將新購買的TOP246YN芯片固定在散熱片上。為保證TOP246YN散熱良好，在芯片與散熱片之間重新補涂散熱硅膠，并旋緊螺絲，盡量消除芯片與散熱片之間的縫隙。重新安裝好電源模塊后開機，自檢通過，故障排除。

2 討論

分析該芯片爆裂導致設備宕機的部分原因是由于鉚釘鉚接芯片與散熱片，難免會產生空隙，并且由于長時間高溫工作，空隙會因熱脹冷縮而有可能變大，當空隙大到導致兩者貼合不良時，芯片散熱不佳至高溫而燒爆。因此，在維修中遇到類似的芯片應注意散熱問題，在更換相同元器件時要確保散熱可靠。

3 結論

通過維修不常見的血液透析機電源模塊故障，提示臨床醫學工程人員，在遇到設備故障時，避免輕易更換昂貴的模塊，不可因缺乏相關技術資料或無熟練的電子電路技能而放棄自主維修。通過逐步排查，逐漸縮小問題范圍，靈活運用觀察法、排除法及替代法，對于電路板問題要多關注大功率器件的散熱問題，通過經驗積累，快速發現故障部件，最終通過元器件更換最低成本或零成本的解決故障，提高醫療設備元器件級的維修能力的同時節省維修費用的支出，降低醫院運行成本。