VELA 呼吸机供电系统分析与维修二例

申倩

东部战区总医院医学工程科（江苏南京 210002）

有创呼吸机作为无法自主呼吸危重患者急救或长时间生命支持的设备在我国已得到广泛应用。VELA呼吸机是有创呼吸机中比较主流的品牌之一，主要由主板、电源模块、电池组、人机交互组件、内置涡轮泵等组成，结构紧凑、安装方便，内置涡轮泵无需外部压缩空气，增加了临床使用的灵活性，既可使用高压氧气作为氧气供气源，也可在没有高压氧气的情况下使用低压氧气为患者供氧，同时内置电池为48 V、4000 mA·h 大容量镍氢电池组，可在无外部电源的情况下稳定工作8 h，其强大的续航能力为医师救治危重患者提供了可靠的保障，此外，还具有A/C、SIMV、CPAP 等多种通气模式可满足临床医师对不同患者的救治需要。

1 VELA 呼吸机电源模块基本电路分析

电源模块分为主电源和电源分配板两部分。呼吸机通电后主电源产生48 V 直流电，该电压供给电源分配板输入端，电源分配板输出各路分电压供呼吸机使用，同时电源分配板上的逻辑电路也负责各路分电压的监测和管理。

1.1 主电源

主电源以ML4841CP 电源管理芯片为核心设计，ML4841CP 电源管理芯片内部结构如图1所示。由于ML4841CP 电源管理芯片兼具功率因数校正和脉宽控制两个功能，所以应用此芯片设计开关电源无需单独的功率因数校正芯片和脉宽控制芯片，使电路结构大大简化，电源可靠性随之升高。该芯片PFC 部分及相关的外围电路将整流后的311 V 直流电压校正成400 V 左右直流电压，再通过该芯片的PWM 部分及相关的外围电路将400 V 直流电压变换成48 V 直流稳定电压。

图1 ML4841CP 电源管理芯片内部结构图

1.2 电源分配板

电源分配板由外部接口电路、开关逻辑电路（图2）、风扇转速控制电路（图2）、涡轮供电电容充电电路（图2）、DC-DC 电路、电池充电与状态指示电路组成，其中外部接口包括开关插口、冷却风扇插口、电源分配板与主板通信排线和电源分配板向主板供电排线。电源开关闭合后分配板中开关逻辑电路将主电源48 V 电压供给整个分配板使用，经过稳压芯片变换成5 V 和8 V 两路电压；同时，LM2576HV 芯片将主电源48 V 电压变换成12 V 电压和24 V 电压供整机使用。关于电池充电部分，主电源48 V 电压经过BOOST 变换芯片产生69 V 直流电压，为48 V 镍氢电池组充电提供电源。MC68HRC806JK3CDW 芯片控制电池组的充电，并产生电池组的充电状态信号驱动前面板的电池状态指示灯。

图2 开关逻辑电路、风扇转速控制电路及涡轮供电电容充电电路图

2 故障实例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

插上电源线后交流指示灯正常指示，打开电源开关后交流指示灯闪烁，同时显示屏闪烁，主板上三路电压指示灯亦闪烁，大约几秒后呼吸机恢复正常启动。

2.1.2 故障分析

此故障现象考虑是由于开机初期负载过大引起开关电源反复保护所致，开机的同时使用万用表测量48 V主供电，发现电压波动，几秒后呼吸机恢复正常启动，电压亦稳定。由于呼吸机正常启动后能稳定工作，所以充分印证了48 V 主供电没有问题，发生此故障是开机初期负载过大所致。分析呼吸机开机初期和稳定工作时负载基本一致，唯一区别是开机初期涡轮供电大电容需要充电，故考虑涡轮供电大电容充电电路出现问题导致开机初期充电电流过大。

2.1.3 故障解决方案

依照图2电路测量关键点，外部供电24 V 和12 V电压正常，主电源48 V 电压供电亦正常，故考虑是此部分电路元器件有损坏；首先测量涡轮供电电容充电用主开关管Q210，发现D 极和S 极之间短路，更换该开关管后，呼吸机恢复正常。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

打开电源开关呼吸机无反应，大约十几秒后呼吸机正常启动。

2.2.2 故障分析

插上电源线测量48 V 主供电，发现无电压输出，十几秒后48 V 正常输出，呼吸机随后正常启动，故考虑主电源损坏。

2.2.3 故障解决方案

将主电源从呼吸机上拆下单独加电，使用双通道示波器观察主电源上功率因数校正电容正极（CH1）与ML4841CP 电源管理芯片引脚（CH2）电压波形，如图3～5所示。

图3 修复前功率因数校正电容正极与ML4841CP 电源管理芯片13脚电压波形

图5 修复后功率因数校正电容正极与ML4841CP 电源管理芯片14脚电压波形

从图3主电源上电后CH1、CH2产生的电压波形可以看出：当ML4841CP 电源管理芯片13脚电压达到15 V 左右（箭头1所示）后，ML4841CP 电源管理芯片开始启动并将市电整流后311 V 直流电压校正成400 V 左右（箭头2所示）直流电压，但是功率因数校正电容正极电压不稳定，呈现递减状态（箭头2到箭头3区间），工作了几秒后功率因数校正电容正极电压恢复正常（箭头3以后CH1波形）。此过程中ML4841CP 电源管理芯片13脚电压正常，没有明显变化，说明ML4841CP 电源管理芯片供电正常，故再观察ML4841CP 电源管理芯片其他引脚电压波形是否正常。

从图4电源上电后CH1、CH2产生的电压波形可以看出：出现功率因数校正电容正极电压不稳定时，ML4841CP 电源管理芯片14脚输出电压亦不稳定。分析原因可能是ML4841CP 电源管理芯片自身不稳定或者14脚周围电路发生故障，沿着14脚检查外围电路，发现该脚主要是为晶振时钟电路和PWM 电压反馈电路供电，用万用表测量相关的元器件未发现问题，排除周围电路故障；更换ML4841CP 电源管理芯片，上电后用示波器观察功率因数校正电容正极与ML4841CP 电源管理芯片14脚电压波形，发现恢复正常，故障得以排除。

图4 修复前功率因数校正电容正极与ML4841CP 电源管理芯片14脚电压波形

3 小结

呼吸机电源结构比较复杂，电路电压及电流故障无法通过肉眼排查，只有维修人员熟练掌握维修工具，譬如万用表、示波器等，通过定量分析才能发现故障现象，找出故障原因，因此，维修人员需不断加强自身的专业能力，以更好地为临床医疗服务提供帮助。