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[供應]OLYMPUS UES-40高頻電刀APFC電源板的維修
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- 更新日期:2022-09-08 10:11:43
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OLYMPUS UES-40高頻電刀APFC電源板的維修
詳細信息
高頻電刀是根據高頻電流的“集膚效應”原理,利用刀頭高密度電流瞬間所產生的大量熱能,將表面組織快速脫水、融化、分解、蒸發,達到對肌體組織的切割、止血和凝固作用,有效縮短手術時間、減少術中出血等優點,被廣泛應用于臨床各類手術。  
 
高頻率、電流較大、功率可調、穩定性極好、高安全系數,就對電源部分提出極高的要求。
 
下面,我們來分析OLYMPUS
USE-40這款電刀的電源APFC(PowerFactorCorrection/功率因素校正)部分的原理、故障現象及維修思路。
 
首先看兩個案例
案例1:故障現象:開機后等待工作過程當中,突然“嘣”的一聲巨響后,面板顯示、指示燈全無。
 
案例2:故障現象:手術過程中設備突然停止工作,電源指示燈、面板皆無顯示。
引申上面兩個案例,我們先了解整個板塊的外形構造圖(如圖①)及其工作流程方框圖(如圖②)
 
 
                                    圖①                               
   
 
                                   圖②
 
從實物圖(圖①)以及工作流程方框圖(圖②)標示上我們可以看到,
由下面
   A:EMI(電磁干擾)濾波電路
   B:防浪涌電阻及繼電器節能電路
   C:副電源電路
   D:產生GT-DRIVER,作為PWM  信號部分
E:
升壓、濾波部分
   F:取樣反饋及保護電路部分
幾大部分通過精密連接構成整個主電源部分,為升壓式APFC(有源功率因數校正)電源,電流型控制,PF值高,總諧波失真(THD)小,效率高,輸出電壓高于輸入電壓,適用于75W~2000W功率范圍的應用場合。
 
圖②,市電AC220V經過抗干擾濾波電路(EMI)和防浪涌電路送到整流橋堆,得到DC300V(對應圖①A點),由FA5511、K2769、開關變壓器等組成微型開關電源,輸出副電源VCC17.5V(對應圖①C點),此電壓是整機正常工作的第一先決條件。
有了副電源提供VCC電壓并滿足工作條件,UC3854 eq\o\ac(○,16)16腳輸出PWM開關信號經過TC4426的②④腳輸入,⑤⑦腳輸出完成一級驅動放大,再經過IRFU120與IRFU9120構成的互補推動進行二次驅動放大(對應圖①D點),使其滿足后級大功率開關管工作,從而得到DC385V電壓(對應圖①E點)。下圖為升壓部分詳細電路圖見圖③(對應圖①E點)
 
          
                              圖③
 
在OLYMPUS
UES-40APFC電源板中,形成電壓外環以及電流內環反饋,構成一個雙閉環控制系統,外環穩定輸出電壓,內環實現輸入電流調控和整形,使之成為與電壓同相位的標準正弦波,以提高入端功率因數。內環的電流控制是對輸入端電流進行連續調控,使電網全周期向整流器提供電流。
為此,UC3854的⑤腳和④腳各通過一個電阻接在主電路中電流采樣電阻R的兩端,EQ\o\ac(○,11)11腳接在APFC主電路輸出端,⑥腳輸入線電壓波形,⑧腳輸入線電壓有效值,經過UC3854的內部運算處理,在eq\o\ac(○,16)16腳得到PWM信號,以控制開關管MOSFET。以UC3854的⑤腳、④腳相連的電流采樣、⑥腳的整流電壓波形、eq\o\ac(○,16)16腳的PWM驅動和MOSFET開關管,在UC3854的內部形成閉環的電流調節器;調控的結果使主回路的電流跟蹤整流電壓的波形。以UC3854的EQ\o\ac(○,11)11腳相連的電壓采樣和整流電壓的有效值及eq\o\ac(○,16)16腳PWM驅動等電路在UC3854的內部形成閉環電壓調節器,使APFC整流器輸出高穩定的直流電壓。APFC整流器中還設計了保護電路,當UC3854的⑩腳接高電平時,控制電路工作;芯片的工作電壓為l7V~22V,EQ\o\ac(○,15)15腳接一個穩壓管進行電壓限幅保護。EQ\o\ac(○,13)13腳接電容實現軟啟動功能,②腳處輸入峰值電流檢測,用來限制最大電流,以保護開關管。(原理圖可參見UC3854pdf資料內的典型應用例圖部分,如圖④)APFC電路中元件參數和雙閉環的分析實驗表明,其輸入端電流與電壓波形同相位,功率因數在0.98以上。
                              圖④
 
保護電路:由市電經電阻分壓整流后送到UC3854的使能控制⑩腳對芯片的工作狀態進行控制,ENA(使能)電壓達到15V開啟閥值電壓后,接通電源并經過一定延時后,基準電壓和驅動電壓(GT
Drv)才能建立。如果不用此功能,該信號應通過100kΩ電阻接到VCC。而另一組則同樣由電阻分壓經取樣后送到M51957B的②腳輸入,當輸入電壓低于1.25V時輸出一個低電平控制信號,使FA5511⑧腳也為低電平,從而IC停止工作。反之,②腳輸入電壓高于1.25V時,輸出高電平,故FA5511⑧腳也為高電平,為正常工作狀態。功能引腳及控制原理圖如圖⑤⑥
   
           圖⑤                                      圖⑥
 
節能電路:當電流通過防浪涌電阻后,后面副電源也相繼正常工作,并為繼電器提供12V控制電壓,使繼電器吸合把防浪涌電阻兩端進行短接,電流無阻通過,避免了電阻所帶來的功率耗損。達到節能與提高功率因數作用。電路見下圖⑦(對應圖①B點)
 
                   
                                      
                              圖⑦
   結合以上各個電路原理,我們來對案例進行回顧分析:
 
        分析案例1  
        在待機過程中故障發生,伴隨巨響,說明機器內部有零配件嚴重損壞。拆開檢測,發現圖①E部分的4個大功率開關管及共陰極整流二極管已經炸裂開,D部分的UC3854EQ\o\ac(○,15)15EQ\o\ac(○,16)16、TC4426②④⑤⑦、IRFU120、IRFU9120每個腳位之間都已擊穿短路,防浪涌電阻也損壞,可以斷定,是由于過流的原因造成開關管炸裂的,而開關管電流過大,可以追溯到驅動電路,即PWM輸出電路:當UC3854的性能不良或老化等因素,環型控制電路、電流與電壓反饋電路等都失效,加到開關管的電壓電流激烈上升,從而損壞
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