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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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