飞利浦彩色超声IU22 多版本电源故障处理

2019-02-17张慧君李作家李子好

设备管理与维修 2019年11期

张慧君，李作家，李子好

（南方医科大学南方医院设备器材科，广东广州 510515）

0 引言

飞利浦iU/iE 系列彩色超声诊断仪是飞利浦公司生产的旗舰型高端彩超，目前广泛使用在国内外各大医院。在超声诊断仪出现的各种故障中，由电源故障引起的占有很大比例。由于电源部分功率消耗大，温度高，因而对设备造成的影响也比较大。而且，电源故障的表现形式也多种多样，经常表现为整个系统或系统的某一部分的功能故障，此类故障一旦出现，往往会严重影响超声诊断系统的正常运行。本文通过对其电源结构及原理进行深入的介绍和分析，并结合实际的维修案例，加深人们对医疗电子设备维护方面的认识，给超声诊断设备的维修提供重要的参考价值，并对其5 个版本的电源结构及原理进行深入分析，对其不同版本之间的区别进行对比和总结。

iU/iE 系列彩色多普勒超声诊断仪包含iU22 和iE33 两种机型，其中iU22 为全身彩超诊断仪，iE33 为心脏彩超诊断仪，两款机器在功能上各有侧重，在硬件结构上基本相似。经过不断改进，目前该系列机器已经从初始发布的A Cart 版本，逐步升级到B，C，D，E，F，G 和R Cart 版本，其性能也随之不断提高。机器的结构清晰，分为前端（Front End）、后端（Back End）和电源供应（Power Supply）等3 大主体部分。

从机器的硬件结构发展这个角度分析，可以把其分为A Cart，B/C Cart，D Cart 和E Cart 及之后这4 种版本，同一版本的iU22 和iE33 所使用的电源相同，本文只对A，B/C，D，E 版本进行阐述。

1 4种电源版本分析

1.1 A Cart

A Cart 的电源子系统由6 部分组成，各部分功能如下。

（1）AC Tray（A Cart）。过滤输入电压，有一个单元断路器控制输入电源的断开与闭合；为APS 和PPS 提供各种交流电压（100 V，120 V，230 V 或240 V）；为机器的各种外设（打印机等）提供交流电压；其上1 个绿色的LED 指示灯用来指示机器电源状态。

（2）High Voltage Switcher（A/B/C/D Cart）。将来自APS 的DC ±15 V 和+48 V 转换成±HV（DC±30～±120 V）；提供HV 给NAIM 的校准器进行低通滤波以减少噪声，然后送到channel boards。

（3）Platform Power Supply（A Cart）。提供DC +3.3 V，±5.0 V，±12 V，+12 VSB（Standby Battery Voltage，系统待机电压）和+5 VSB。+12 VSB 被用来作为+5 VSB 的校准，同时也用于电池充电。+12 VSB 和+5 VSB 当交流电供应时就会产生；提供12 V 给video monitor，+3.3 V 给触摸屏LCD，+5 V给CPM（控制面板）和触摸屏；操作电压AC（85～264）V，频率范围（47～63）Hz；过热、过压、过流保护，超过界线重启；用APS 和PPS 的状态来生成系统reset 信号。

（4）Acquisition Power Supply（A Cart）。提供DC+3.5 V，±5.3 V，±15 V 和+48 V；操作电压AC（85～264）V，频率范围（47～63）Hz；过热、过压、过流保护，超过界线重启；提供+48 V 给HV Switcher。

（5）Power Distribution Module（A Cart）。为Platform Power Supply 的电压输出提供低阻抗的连接通路，通过BUS BARS 接收来自Platform Power Supply 的电压再分配给其他的连接器；包含有电压检测电阻负责检测来自Platform Power Supply 的DC +3.3 V 和+5 V；提供电压测试点和LED 灯去指示Platform Power Supply 的工作情况。

（6）Standby Battery。负责在断电时提供5VSB 给系统，充足的电池电量可使系统维持4 h 待机状态；如果电池完全没电，系统将不能启动，直到电池充有一定电量后才能够启动；系统在使用中或插了电源线后都会对电池充电。

启动过程：首先，电源开关Circuit Breaker 被打开，AC Tray直接给APS 与PPS 供电，位于AC Tray 上面的绿色LED 指示灯被点亮，同时，PPS 把各种待机电压供应给Host Computer 和SIP Computer；当On/Standby 开关被按下后，Host Computer 与SIP Computer 会分别反馈一个PS_ON#_1 和PS_ON#_2 信号并合成为PS_ON 信号传输到PPS；此时PPS 与APS 开始进行握手过程，PPS 首先会发送一个PS_ON_n_ACQ 信号给APS，如果APS 处于正常工作状态，则会反馈一个ACQ_DC_OK_n 信号给PPS；PPS 与APS 握手成功后，就会把HOST 和SIP 所需要的各种工作电压输出给两者。此外，还会分别发送PWR_OK 信号给到HOST Computer 和SIP Computer；随后，HOST 和SIP 开始各自的启动过程，包括进入BIOS，加载操作系统，运行超声应用软件等。

1.2 B&C Cart

B/C Cart 的电源子系统由6 部分组成，各部分功能如下。

（1）AC Tray（B/C/D/E/F Cart）。用一个在AC Tray 后端的蓝色LED 灯指示电源状态。用一个继电器AC relay 控制供应到APS 和PPS，OEM 的电源输入，这个继电器AC relay 通过APDB的逻辑序列被激活；为交流电源线提供EMI（电磁干扰）过滤；发生并发送12VSB 待机电压给PPDB 使用；从ADPB 接收5 V 的电源点亮LED 电源指示灯。

（2）Acquisition Power Distribution Board（B/C/D Cart）。将来自APS 的电源分配给前端；用来自PPDB 的PS_ON_n 信号激活AC relay 并使它保持闭合状态；监测DC +3.65 V，+5.35 V，-5.35 V，+15 V，-15 V 和+48 V；用APS_DC_OK 信号和PPS_DC_OK信号（来自PPS）共同产生SPS_OK 信号；用从PPDB 产生的PLT_PWR_GOOD 信号和SPS_OK 信号共同产生DC_OK_OUT信号。这个DC_OK_OUT 信号阻止Host 和SIP 运行，直到所有的总线都在合适的电压范围内；在系统操作期间提供错误检测，如果电源供应出错，一个锁存状态发生，使AC relay 打开，禁止电源供应，同时使AC tray 的LED 灯闪烁；12 个LEDs 指示电源供应状态。6 个绿色的LEDs 指示正常的操作，6 个红色的LEDs 指示错误。

（3）Platform Power Distribution Board（B/C Cart）。将DC+12 V输入电压转换成+5 V，+3.3 V 和-12 V；将+12 VSB 转换成SW_BATT 或+5 VSB，这取决于系统是在正常操作状态还是待机状态；监控电压总线和转换器的状态，如果每个输出电压都处于正常范围内，就把各个输出合成为一个信号（PLT_POWER_GOOD）；PS_ON_n_HOST and PS_ON_n_SIP signals 共同产生PS_ON_n信号，这个信号送到APDB 用于激活AC relay 并使它保持在闭合状态。

启动过程：首先，当插上机器电源插头后，AC Tray 上的+12 V电源供应板将产生的+12 VSB 供应到PPDM 上，PPDM 把+12 VSB 转化为+5 VSB 后，分别提供给HOST Computer，SIP Computer 以及APDM，并点亮APDM 上的DS11 LED 指示灯；当ON/OFF 开关被按下后，HOST Computer 将产生并传输一个PS_ON_n 信号给PPDM，PPDM 将PS_ON_n 信号传送到APDM上，点亮LED 指示灯DS10，并启动APDM 上的2 s 定时器，随后APDM 产生一个Relay_ON_n 信号驱动AC Tray 上的继电器闭合，此时已经合并在一起的APS 和PPS 将得到所需要的交流电压，若两者的内部工作电压正常，将同时产生一个SPK_OK 信号返回给APDM，并点亮APDM 上的LED 指示灯DS4；此外，APS 还会把+12 V，50 A 传输到PPDM 上，PPDM上各电压范围正常时，会产生一个Plt_Power_Good 信号给APDM，并点亮APDM 上的LED 指示灯DS12；SPK_OK 信号和Plt_Power_Good 信号将通过一个与门电路停止2 s 定时器的计时。若SPK_OK 信号和Plt_Power_Good 信号没有同时产生，当2 s 定时器计时结束后，将产生一个信号断开AC Tray 上的继电器开关，停止对APS 和PPS 的电源供应，此时AC Tray 上的蓝色电源状态指示灯将会不断闪烁。

1.3 D Cart

启动过程：首先，当插上机器电源插头后，AC Tray 上的+12 V电源供应板将产生的+12VSB 送到SPD 板，AC Tray 上的蓝灯点亮，按下Switch On 开关，5V StangBy 电压从BTM 板送到SPD 板和主计算机，DS11 灯点亮。AC Tray 上的继电器吸合，交流电接通，从主计算机发出来的PS-ON 信号，此时点亮DS10灯，2 s 计时开始，期间PPS 提供12 V，50 A 到SPD 板，SPD 板返回Plt-Power-Good 到APDM 板，DS12 灯点亮，从APDM 板发出PS-ON 信号，点亮DS7 灯，2 s 计时停止，SPS-OK，APS 向HV Switcher 提供电压，APDM 板DS4 灯点亮，SPD 向计算机提供电压5 V，-5 V，12 V，-12 V，3.3 V，计算机启动。

1.4 E Cart

启动过程：首先，当插上机器电源插头后，AC Tray 上的+12 V电源供应板将产生的+12VSB 电压送到BSPC 板，AC Tray 上的蓝灯点亮。接着按下Switch On 开关，5V stand by 电压从PSBC 板送到SPD 板和主计算机，PSBC 板上的DS21 点亮，PSON 信号确认，PSBC 板上的DS20。Actray 上的继电器吸合，交流电接通，2 s 计时开始。PPS 提供120 V、5 A 到SPD 板。从PSBC 板发出的PS-ON 信号，2 s 计时终止。SPD 向计算机提供电压5 V，-5 V，12 V，-12 V，3.3 V，计算机启动。

2 1个维修案例

故障现象：开机后观察到在交流电源开关右侧的蓝色指示灯开启，但按下位于机器中部的按键（ON/STANDY），使机器得电，并开始进行初始化过程时仅仅维持（3～4）s（即液晶显示器刚显示PHILIPS 几个字母后），机器便突然断电，随即机器底部的交流开关蓝色指示灯开始不断地闪烁。再次按下按键（ON/STANDY），系统无任何反应。关闭交流开关，重新开机，故障依然。

故障分析：根据故障现象分析判断，怀疑系统的电源部分发生故障。IU22 的交流供电单元AC Tray 安装在设备底部后侧下部，打开盖后可看到一排供电指示灯。AC 220 V 经一个继电器向直流电源模块供电，直流电源模块的输出经电压监测和分配板送到后端和前端电路。前端供电电源（Acquisition Power，ACQ）两供电电源需要分别打开机器的机箱左右侧盖板才可以观察到。故障现象中AC Tra 的指示灯不亮，并不能简单的由此判断AC Tray 故障，指示灯反映的是AC Tray 和前后端供电电源的相互供电正常的指示。经测量供电系统主要由交流电源、+12 V 直流电源模块、+3.5 V，±5.3 V，±15 V 和+48 V 直流电源监测和分配模块及高压电源模块组成。

故障处理：运行一段时间后，机器间歇性死机，有时反复开机才能启动。调出系统信息记录，查维修手册后，发现AIM（电压转换、调节、分配模块）传感器报出的电压为-5.16 V，应为-（5.35～5.40）V。AIM（电压转换、调节、分配模块）传感器报出的电压为+5.09 V 应为+（5.3～5.40）V，UAVIO（标准音频、视频输入输出板）上传感器报出的电压为+11.35 V，应为+（12～12.05）V，FEC（前端控制板）上传感器报出的电压为+46.35 V，应为+（47.90～48.10）V，调节电源的输出测量点旁的微调电位器至正常范围后，问题彻底解决。