奧林巴斯UHI-3腹腔鏡氣腹機兩例電路故障維修分析

趙東升，孔康輝

河南省人民醫院 醫學裝備部，河南 鄭州 450003

引言

奧林巴斯UHI-3氣腹機用于外科腹腔鏡手術，通過向腹腔內注入二氧化碳氣體，維持腹腔手術區域氣壓，形成必要的手術空間和醫生的手術視野，是一款性能優良、可靠性高的手術輔助設備，然而一旦出現電路故障，將無法保障手術繼續進行，必須通過備用機完成手術[1-3]。氣腹機出現電源故障時，常規的維修方法是模塊化維修，即更換故障的電路板，但其維修成本高，會增加醫院的負擔[4-10]。檢索相關文獻發現，氣腹機相關研究主要集中在機械結構和維護管理方面，芯片級電路板維修方面的研究很少[11-19]。本文以奧林巴斯UHI-3腹腔鏡氣腹機兩例電路故障維修實踐為例，從故障現象、故障判斷、故障分析、維修延伸四個方面進行分析，還原電路板的電路原理圖，分析故障的電路板，查找故障的元器件，以期以極低的代價實現芯片級修復，節省維修費用，降低運行成本。

1 UHI-3氣腹機電路介紹

1.1 電路板布局及電源板電壓輸出

奧林巴斯UHI-3腹腔鏡氣腹機電路板布局如圖1所示。1號電路板輸出+15、-15和+5 V三路直流電壓，2號電路板輸出兩路+24 V直流電壓，3號電路板是主控板，進行壓力信號采集和信號輸出。1號和2號電源板輸出端子直流電壓如圖2所示。

圖1 氣腹機電路布局圖

圖2 電源板端子輸出電壓圖

1.2 氣腹機的基本原理

氣腹機的基本原理是二氧化碳氣瓶通過減壓閥將壓力減到0.6 Mpa，進入氣腹機內部，經過兩次減壓閥減壓，達到0.08～0.14 MPa，通過2級電磁閥流量調節，輸送至患者腹腔。主控板通過腹壓傳感器和壓差式流量傳感器采集信號，通過處理器運算，輸出電信號控制電磁閥啟閉，實現腹腔壓力的自動控制。電路結構原理圖如圖3所示。

圖3 UHI-3氣腹機電路原理圖

2 電源板1故障

2.1 故障現象

氣腹機接通電源，打開電源開關后，顯示面板全部黑屏，發出報警音，重啟無效。

2.2 故障處理

2.2.1 故障判斷

拆機優先檢查電源板1和電源板2，按圖2檢測點位。對電源板1輸出端進行帶電檢測，+5和-15 V正常，橙黑端子輸出電壓應為+15 V，實測6.5 V；對電源板2進行帶電檢測，+24 V輸出正常，初步判斷電源板1故障。

2.2.2 故障分析

通過故障現象只有+15 V一路輸出電壓偏低，排除電源板變壓器前級故障，重點分析變壓器后級15 V電路。通過對電路板進行圖紙還原，分析畫出的±15 V電路原理圖（圖4）發現，影響到+15 V輸出的元器件包括二極管D70、電容C70、二極管D72、電容C72、電阻和7815穩壓集塊，用數字萬用表二極管擋排除D70、D72故障，用數字萬用表電阻擋排除電阻故障、用電容表檢測電容C70、C72電容值，檢測值都在正常范圍內，最后鎖定7815芯片。用電烙鐵焊下7815芯片，輸入端接入直流15 V電源進行測試，輸出端電壓6.5 V，確定7815芯片損壞，更換新的7815芯片，試機后運行正常。

圖4 ±15 V電路原理圖

2.3 維修延伸

本例電源板1故障，根據圖4電路原理圖，檢測到損壞的元器件并進行更換，完成了維修，若要掌握該電源板其他功能區域電路原理，需要對相應區域電路原理圖進行分析和還原。

2.3.1 輸出+5 V電路原理圖及可能故障分析

輸出+5 V電路原理圖如圖5所示，若+5 V輸出異常，應優先排除大功率元器件YG801C04，設備的長時間持續使用，散熱不良可能導致大功率元器件損壞。還應檢測電容C51、C52、C56、C57電容值是否在正常范圍內，以及二極管ZD51、IC三極管、電阻、光耦是否正常。電容隨著使用時間的延長或高溫環境使用，會導致容量衰減或漏電，可以通過電容測量表進行檢測。光耦內部由發光二極管和光導通管組成，發光二極管發光實現光導通管導通，可以通過數字萬用表二極管擋判斷輸入端發光二極管是否損壞，本例中的光耦型號是2561，從電路板上去掉測量測得的正向壓降是0.997 V，反向壓降是無窮大，單獨測量輸出端的電阻值是無窮大，若用兩塊數字萬用表，一塊在輸入端用用歐姆檔紅黑表筆正向接入，另一塊在輸出端測通斷，輸入端相當于給發光二極管的電源，輸出端通則可以判定光耦正常。

圖5 +5 V電路原理圖

2.3.2 變壓器前級電路原理圖及可能出現的故障分析

根據電源板1變壓器前級電路原理圖（圖6），若電源板1輸出端3路電壓檢測值為0，則可能變壓器前級電路出現故障。先帶電檢測整流橋輸出端直流電壓（應為300 V左右），若檢測值異常，可能是整流橋前端保險管、濾波器、整流橋、電容C12等的故障。當電容C12漏電或整流橋損壞時，可能導致爆保險的故障發生。若檢測值正常，則優先檢查場效應管TR11，作為大功率元器件，由于工作在相對高溫環境，電源每次啟動時的電流沖擊，都可能導致場效應管的損壞。本例中場效應管的型號是2SK2044，在電路板上用數字萬用表二極管擋2腳接黑表筆、3腳接紅表筆，測得的壓降是0.505 V，1腳接黑表筆、3腳接紅表筆測得的壓降是0.707 V，若萬用表二極管擋任意兩腳測得的壓降為0或遠低于正常值，考慮場效應管損壞或周邊相連元件損壞。日常維護中應檢查場效應管背部和散熱片之間的導熱硅脂是否老化，確保導熱性能良好，降低大功率元器件損壞的概率。除此之外，還應排除各個IC三極管、電容C18是否損壞。

圖6 變壓器前級電路原理圖

3 主控板故障維修

3.1 故障現象

接通電源開機后，自檢基本正常，自檢結束立即發出報警音，所有面板指示燈除了GAS SUPPLY壓力檢測指示條，其他全部熄滅，GAS SUPPLY壓力檢測指示條指示燈亮2～3 s后熄滅，故障界面如圖7所示，持續發出報警音，重啟多次，可能某一次能正常開機。

圖7 氣腹機故障界面

3.2 故障判斷

開機檢測電源板1和電源板2，輸出的+5、±15和+24 V全部正常，故障可能在主控板（圖8）。根據自檢結束時GAS SUPPLY壓力檢測指示條指示燈亮2～3 s后熄滅這一故障特征，初步把關注點集中在壓力傳感器，通過檢測主控板壓力傳感器TP3、TP4、TP6三個檢測點電壓值，發現TP3電壓1.01 V，TP4電壓3.01 V，TP6電壓1.03 V，氣腹機是在沒有連接氣源狀態下檢測的，三個壓力傳感器檢測點測到的電壓應該相當，TP4電壓3.01 V明顯和其他的兩個傳感器存在差異，故障初步鎖定在壓力傳感器。

圖8 主控板

3.3 故障分析

通過故障點位電路原理圖還原，檢測到TP4電壓異常，由于142PC02G壓力傳感器比較昂貴，從芯片入手進行排除，R20電阻和C37電容檢測值正常，三個壓力傳感器輸入信號來自IC277UK電源管理芯片7腳，排除芯片IC277UK故障，142PC02G壓力傳感器輸出端連接DG408DY芯片S2腳，導致TP4檢測點電壓異常可能與芯片DG408DY有關，更換新的DG408DY芯片后，氣腹機運行正常。壓力傳感器的電路圖如圖9所示。

圖9 壓力傳感器的電路圖

3.4 維修延伸

醫療設備的主控板相對比較復雜，故障排除難度大。通過本例故障經驗，積累電路板的數據至關重要，可以通過數據差異巡查到故障芯片[7-8]。表1列舉了UHI-3氣腹機主控板30個檢測點位在設備不連接二氧化碳氣源、自檢通過狀態下測得的直流電壓數據，為以后的維修積累了參考材料，以便快速鎖定控制板故障芯片區域。

表1 奧林巴斯氣腹機主控板各檢測點電壓值（V）

4 討論與總結

針對奧林巴斯UHI-3氣腹機使用中出現的電路故障，常規的做法是模塊化維修，即更換掉故障的整塊電路板，維修代價高、使用成本增加[17-19]。本文提供的兩個維修案例，通過電路板電路原理圖還原，再通過原理圖分析故障，查找到故障的芯片，以極低的成本成功實現了芯片級的維修，創新之處在于提供了醫療設備芯片級維修思路的一次成功實踐經驗。作為醫療設備工程師，對于沒有圖紙的電路板，通過電路板電路原理圖全部或局部還原，能夠對電路板的芯片布局結構有更深的了解，在此基礎上能夠很方便地實現芯片級的維修。

本文通過奧林巴斯UHI-3氣腹機電路板兩個芯片級維修案例的思路和故障排除方法，總結如下芯片級電路板維修經驗：電源板故障時應了解電源板的各路正常輸出電壓，盡量把故障區域鎖定到電路板上比較小的區域，通過還原電路板電路原理圖，分析判斷故障的元器件；每一次的維修都是經驗的積累，不僅要積累維修案例，還應掌握各種電路板相應點位的檢測信號值。作為醫療設備維修工程師，注重積累維修案例經驗及電路板各個點位的檢測信號值，那么，維修設備的效率和深度都將有所提高。