医用开关电源的原理及维修

湛江中心人民医院设备科 王科文



医用开关电源的原理及维修

湛江中心人民医院设备科 王科文

【摘要】本文介绍常见的医用开关电源的发展方向和原理，并利用实例介绍了电源常见故障的维修和一般的维修方法。

【关键词】开关电源；工作原理；维修实例

开关电源是以现代电子技术为基础，通过控制开关管导通和截止的时间比，从而保持恒定的输出电压的一种电源。其一般由脉冲宽度调制控制IC和MOSFE两部分构成。开关电源有很多优点，它抛弃了传统的工频变压器，使用高频电子振荡线路，与其它线性稳压电源比较同样的负载能力，体积更小、重量更轻，功耗更小，效率却大为提高。因此开关电源在很多医疗仪器设备中得到广泛的应用。各种检验诊疗仪器、含有显示器的医疗设备、X光电视系统、超声、不间断电源等等都采用了开关电源。所以了解开关电源的原理对我们工程人员来说就变得特别重要。能有助于我们快讯找到故障部位修好仪器。

1 医用开关电源的工原理

医用开关电源目前普遍采用的脉冲宽度调制变换式开关电源。开关电源种类有很多种，但工作原理都一样，都是把220V交流电通过整流滤波电路得到的300V直流电压。电源开关管的连续导通和关断使感性储能元件中产生脉动电流，然后通过耦合，转换为需要的脉动电压．再将脉动电压进行脉冲整流滤波、稳压得到稳定的直流电压。开关电源都由输入电路、功率变换电路、控制电路、输出电路和保护电路等组成。其中功率变换电路是开关电源的核心。输入电路主要包括线路干扰滤波器、浪涌电流抑制电路和整流滤波电路。线路滤波器的就是滤除从电源线进来来至电网中的高频干扰电。浪涌电流抑制电路主要用于控制滤除浪涌电流。整流滤波电路是把输入的交流电压变为平稳的直流电压。其分为两大类分别是电容输入型和扼流圈输入型。其中电容输入型是目前的开关电源常采用的方式。功率变换电路由开关控制电路和变压器两大部分组成。控制电路的主要作用是向驱动电路提供矩形脉冲序列并且控制脉冲频率和宽度，使之输出符合要求目标电压。开关控制电路的驱动方式有他激式和自激式两种。功率变换电路分为谐振型、绝缘型和非绝缘型等。开关晶体管的控制方式有脉冲频率调制、脉冲宽度调制、频率和脉宽混合调制三种，其中脉冲宽度调制最为常见。输出电路是把变压器输出的方波电压经过相关电路得到符合要求的直流恒定电压。保护电路的作用是是保护电源在特殊情况下工作不正常的情况不被烧坏，电源保护电路主要有以下有四种：过压保护、过流保护、过热保护和软启动保护。过热保护是医疗仪器在使用中电源最容易出现本的一种保护，通常在仪器散热不佳的时候电源温度过高就会停止输出。

2 开关电源的未来发展方向

开关电源的发展方向是可靠性高、抗干扰能力强，能耗损失低，体积小并模块化。要想实现开关电源轻、薄、小的则必需使其工作在高频状态下。因此元器件的高智能、化集成化和材料上的创新和应用以及元器件的小型化是未来发展的方向。特别是贴片式元器件的应用。使开关电源的薄、小、轻成为了可能。

3 电源故障的几种原因

(1)电源长期使用导致元器件性能参数发生改变或元器件损坏导致电源不能正常工作；

(2)负载电路的电压不在额定电压允许范围上负载工作不正常导致电压不正常自动保护而停止工作止工作；

(3)负载过大或短路使额定电压下的电流超过电源设计电流允许范围，电源自动过流保护而停止工作；

(4)电源因外界原因导致输出电压超出设计的额定电压允许范围从而自动保护而停止工作；

(5)电源散热不良常引起电源过热从而导致电源过热保护而停止工作。

4 电源维修的一般原则

在维修电源时，我们必须先了解电源的工作原理，在弄清电源的工作原理才能开始维修操作。医疗电子设备中，为了使医疗设备正常运行，而不会因电源问题造成损坏，医用开关电源电路中的保护电路设计得比较多，当其输出电路工作在电压过高或电压过低以空载或其负载电流不在其正常工作范围时，均会自动保护到截流状态，所有电压输出端均停止输出。开关电源发生故障维修测试时不要空载，在其主电压输出端和地之间，接灯泡或相应的电阻作为电源的假负载，然后方根据电源的故障现象结合电源的工作原理分析故障原因，找出产生故障的元器件。开关电源经常有元器件被击穿的现象，在无电压输出的情况下。我们可以先测一下电源的输入端，如果有为短路则肯定开关电源前极有电子元器件击穿，如为断路可以先考虑换保险，如为一较大电阻值则表整流滤波电路基本正常，应重点考虑其它地方。我们在维修时应把自己的安全放在第一位，测量或更换元器件前先确保在无电状态下。更换元器件时一定尽量采用相同型号的元器件，不可随意代换，在没有相同型号的器件的情况下，应尽量选择参数一样的。对于看到的变色、变质、变形的器件应立即更换掉，维修时不能随意拧动可调部件。

5 常见故障分析及排除

保险丝熔断：

保险丝熔断的故障由电流增大造成，一般由整流二极管或整流堆、逆变的功率开关管、高压滤波电解电容被击穿等造成。其产生这种情况的主要原因是整流滤波电路及振荡变换电路长时间工作在大电流、高压的状态下，当输出负载较远超其范围或市电的输入交流电压变化较大或超其工作电压范围，则会保险丝就会出现熔断的故障。

输出电压不稳或直流电压无输出：

在确认保险丝没有熔断的情况下，如所有直流电压均无输出，其可能引起该现象的原因有：

(1)电源中出现短路、开路现象。

(2)整流滤波电路中的整流二极管被击穿。

(3)振荡电路没有起振或电源负载过大。

(4)滤波电容击穿或漏电。

(5)过流保护电路、过压保护电路出现故障等。

处理方法：先用万用表电阻档测量电源+5V对地的电阻，如果大于0.8Ω，那么说明电源输出部分无短路现象。将原负载去掉(输出电压较高的时候应加假负载)测量各输出端的输出电压，如果还没有电压输出，那么故障出现在电源的控制电路中和保护电路中。可用万用表检测相关元器件是否损坏。

电源负载能力差：

一般来说电源负载能力差的可能原因是高压滤波电容漏电或损坏，晶体管工作点参数发生偏移，整流二级管或整流堆损坏，稳压二极管在发热时出现漏电等。我们在维修时应检测并更换有问题的元器件。

开关电源是医疗设备上用得最广的一种电源，作为一个设备科工程师一定要了解其工作原理。维修工作应遵从先易后难的准则．先检查电源外围的简单的电路，如无法查出故障原因再检查核心主要复杂的电路，根据故障产生的现象分析其产生的可能的原因，判断出现故障的大致位置．才能及时有效的解决电源的出现的各种故障。同时，维修时要注意工作经验的积累、维修后及时做总结。使个人的技术水平在不断的学习和积累中提高。

参考文献

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