基于在线测试仪的层流室风机变频器维修

赵 安　种银保*　朱 彬　种红兵



基于在线测试仪的层流室风机变频器维修

赵 安①种银保①*朱 彬①种红兵①

[关键词]在线测试仪；变频器；芯片级维修；无图纸维修

①第三军医大学新桥医院医学工程科 重庆 400037

赵安,男,(1979-),博士研究生，工程师。第三军医大学新桥医院医学工程科，从事医疗设备维修及教学等工作。

在线测试仪(In-Circuit Tester)是一种重要的电路板芯片级维修工具，将不同电路板视为各种器件的连接组合，针对具体器件提供快捷有效的测试手段，能够在线检测各种类型的故障，并将定位到集成电路、元件、端口或电路结点上，其关键技术是利用后驱动技术实现在线元器件的隔离[1]。目前在线测试仪在工业仪器和军事装备的电路测试中应用广泛，但在医疗设备维修中较少见[2]。

层流室变频器(variable-frequency drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，根据层流室环境的实际需要，靠内部IGBT的通断，来调整输出电源的电压和频率来驱动电机，进而达到节能、调速的目的。主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元及微处理单元等组成[3]。以GE公司生产的层流室风机变频器故障维修为例，介绍在线测试仪用于芯片级维修的方法和步骤。

1　故障现象

住院部用电负荷大导致短暂停电，致使层流室风机变频器损坏较多，在给供电线路增加延时启动器之后，变频器故障率大幅降低，提示故障可能是复电之后瞬间冲击电压所致。由于无该变频器的图纸，变频器主电路板也完全被橡胶塑封，且变频器的安装方式和层流室的各种管道造成维修空间狭小，难以进行现场带电测试，给维修带来了较大的困难(如图1所示)。

图1　层流室风机及其变频器实物图

2　故障维修

在利用替换法确认了变频器故障之后，断开变频器与系统之间的连接。经测试，220 V交流变直流的电源板完好。使用万用表和ZD-9610型在线测试仪，按照以下步骤对变频器主板进行了故障排查。

(1)小心拆掉主板的橡胶塑封。由于橡胶层较厚，难以用化学试剂溶解，以手工拆卸为主。注意保护贴片的小三极管和电阻，极易被拆卸工具抠掉。

(2)利用万用表对通过大电流且易损坏的6个板载IGBT进行了测试，未发现存在击穿短路的情况。又用在线测试仪进行了功能测试，其测试方法及连接如图2(a)所示。选择栅级电压起始值5 V，栅级电压终止值10 V，漏级扫描电压±15 V，漏级串联阻抗1 K，点击“十步循环测试”，得到其特性曲线如图2(b)所示，显示功能完好。个别功能欠佳的IGBT功能测试显示，其饱和导通电压阈值升高，应予以更换。

图2　测试方法及连接图

(3)利用万用表对整板的贴片三极管进行测试，除个别有明显烧糊痕迹的之外，无损坏的情况。

(4)剩下的几块集成芯片，其中包括单片机8794、接口芯片20TWP5、比较器LM339、E2PROM(ATMEL 93C46B以及光耦等。对这些芯片除了采用较为费时费力的替换法外，可采用在线测试仪进行快速检测。主要采用VI测试法，即用测试仪产生一个变化的电压信号加在被测试对象上，同时记录不同电压下的电流。把随电压变化的电流在电压-电流座标系上标出，得到一条(阻抗)曲线。通过比较好、坏芯片在电路板相应结点的曲线的形状差异，进行故障判断。

通过在线测试仪VI测试对比，发现E2PROM(ATMEL 93C46B)的坏片与新片相比，存在多处差异。如图3所示，以5脚为参考，6、7脚的好坏芯片差异＞30%，提示E2PROM可能存在故障。

图3　型号为ATMEL 93C46B的E2PROM对比VI测试图

进一步采用RF3148型编程器来读取E2PROM内的程序和数据，并进行好坏芯片的内容比较。如图4所示，差异内容以红色高亮字符显示，进一步证实了E2PROM的故障。且所有待修的8块主板中，7块均存在E2PROM的故障。通过将正确的E2PROM的内容写入新片，修复了4块变频器主板，节约了维修经费。另外4块主板及其他器件的故障待排查。

图4　E2PROM内容比较界面图

检测发现单片机、接口芯片等数模混合芯片的好坏芯片之间也存在多处VI差异，但最终采用替换法证实所测芯片并未损坏，表明在线测试仪具有一定的假阳性率。假阳性产生的原因较复杂，未很好的隔离，导致受其他器件影响可能是主要原因，需要仔细甄别[1]。

3　讨论

板件级维修和芯片级维修是医疗设备常用的两种维修方式。前者是一旦确定故障后整板更换，后者是直接修复故障电路板[4]。因此，芯片级维修是一种深度维修方式。当前医院拥有的医疗设备品种繁多，芯片级维修所面临的困难越来越大，已经成为医院医学工程科多年来所面临的普遍问题[5]。究其原因：①医疗设备原理结构复杂，电路板集成化程度很高，对其进行芯片级维修需要扎实的专业知识和丰富的维修经验；②生产厂商出于技术保密和对维修市场的控制，一般不提供给医院电路图、维修手册、维修软件及密码等维修资料；③维修工具方法的落后，设备出现故障后，医院工程师一般仅能依靠万用表等简单工具判断故障[6]。

对于医院自主维修所面临的困境，多年来并未取得突破，导致医院更加依赖厂商的维修力量[7]。而所接触的厂商维修工程师，多半只会更换电路板或零配件，很少会开展芯片级维修，从而造成原本数十元钱就能解决的元器件故障，却要医院付出上万元的维修费用，而电路板故障往往是因为个别器件功能失效，故开展芯片级维修不但可以节约费用，还能锻造出过硬的维修队伍。在线测试仪在层流室风机变频器无图纸维修中的成功运用，表明任何时候都不应放弃自主维修的尝试和努力。

参考文献

[1]王侃.用在线测试仪维修医疗设备故障电路板的基本规则[J].中国医疗设备，2010，25(6)：127-128.

[2]高志远，白修宇，潘安宝.军工电子线路板测试技术综述[J].国防技术基础，2007(2)：50-52.

[3]张作良.基于小波变换和神经网络的电压型变频器故障诊断系统[D].中南大学控制科学与工程，2008.

[4]陈书林.CT设备电路板芯片级维修[J].医疗装备，2003，16(10)：47-48.

[5]杜昱铿.大型医疗设备芯片级维修探讨[J].中国医学装备，2011，8(10)：89-91.

[6]陈书林.用常用仪表维修现代影像设备电路板实践浅谈[J].医疗卫生装备，2008，29(10)：362-363.

[7]王喜顺.医疗器械电路板的维修浅析[J].医疗装备，2012，25(10)：86-87.

收稿日期：2015-06-16

作者简介

*通信作者:chongyinbao@163.net

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.03.049

[文章编号]1672-8270(2016)03-0153-02

[中图分类号]R197.39

[文献标识码]B