HM-200型移动式高频X线机灯丝回路故障检修一例
引言
HM-200型移动式高频X线机由移动式车架（含控制台）、X射线管组件和限束器组成[1]。它的高压电路采用逆变技术，逆变器前级采用电容充电式供电，高压只在球管内产生，增加了设备的安全性[2]，由于采用了高频逆变电源，微机控制，可适应内阻较高的电源，利用一般病房所用的市电插座（AC220 V）。同时本机采用高能量组合式管头及移动式车架，结构紧凑，操作简单，安全可靠，整机移动轻巧，摆放方便，广泛应用于部队二级医院、野外医院、伤病员转送站等医疗单位的X射线摄影诊断工作[3-4]。高频X线机具有成像质量高、整体体积小、射线剂量小等优点[5]，较传统X线机应用了更多先进技术，也给维修带来难度，主电路的许多故障很难定位，甚至做出错误判断，扩大故障造成更大的经济损失[6]。现以维修工作中遇到的一例HM-200型X线机无法正常曝光的故障为例，总结维修经验，分析维修方法，以供参考。
1 故障现象
X线机自检通过，能正常开机。在任何条件下曝光时，X线机停止曝光并报错E33；故障代码E33：摄影ADMA小于设定值。
2 灯丝回路工作原理
此X线机mA采用逆变技术，微机设定的mA值（mA-SET）和管电流采样信号（mA-SAMP）经脉冲宽度调制器形成脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）的控制信号，然后形成灯丝电路的驱动信号[7]。灯丝逆变器件采用MOS管，经灯丝变压器初级形成完整回路；管电流采样为双边采样[8]。灯丝电路原理，见图1。
3 故障分析与处理
检查各电路板保险是否损坏；各接线头是否松动。经检测一切正常，继续排查。由于在正常摄影过程时按下曝光手闸一档，旋转阳极启动运转正常，再结合故障代码进行分析，高压部分应该正常，首先分析故障概率更大的灯丝回路[9-10]。
3.1 检查灯丝板
灯丝板的主要功能是根据微机板脉冲宽度调制器D16给出的灯丝逆变触发信号（即mA设定值与采样值控制的脉冲宽度信号），经光耦传输、场效应管放大驱动，变压器输出两路脉冲宽度相等但相位相差180°的触发信号，此信号将触发主逆变的IPM模块控制灯丝电流为灯丝增温[11-12]。灯丝板的接线端口示意图，见图2。
图1 HM-200型移动式高频X线机灯丝回路原理图
图2 HM-200型移动式高频X线机灯丝板接线端口示意图
首先检查灯丝板电源模块。PF1-1、PF1-2输入43 V交流电源，经灯丝板BR1整流、稳压电路稳压后成为40 V直流电源，为灯丝逆变电路提供电源；PF1-4、PF1-6经F2输入220 V交流电源，经T2变压为18 V交流电源，经BR2整流、N1稳压后成为12 V直流电源，为灯丝逆变触发电路提供电源。PF2-3、PF2-4之间的24 V直流电源以及PF2-6、PF2-8之间的15 V直流电源由开关电源模块提供。
测量灯丝板上检测端口40V+、40V0之间电压为40 V，则灯丝逆变电路电源正常；观察灯丝板LD5、LD6、LD7、LD8指示灯都点亮，则灯丝逆变触发电路电源正常。24 V、15 V直流电源正常，则开关电源正常。
检测灯丝板输出端口OUT1、OUT3之间的波形，按下手闸1进入灯丝加热状态时观察其输出波形。波形如图3所示，灯丝板输出正确无误。怀疑检测模块故障，测量采样板。
3.2 检查采样板
采样板的功能主要是通过取样电阻R和kV控制电路的闭环，调整kV触发信号的宽度控制X射线管电压的输出；通过中性点mA-、mA+的取样和mA控制电路的闭环，调整灯丝触发信号的宽度即可控制X射线管电流的输出[13]。
（1）不曝光时，用万用表测量采样板mA+、mA-对0 V的电压。测量值为0，中性点正常。
（2）曝光时，采用示波器测量采样板mA+、mA-对0 V的波形。使用示波器的触发模式：边沿触发；触发源CH1；触发方式正常；触发耦合直流；触发电平1 V；CH1接mA+；CH2接mA-；黑表笔接0 V；每格幅值1 V；每格时间轴10 ms。曝光条件68 kV、160 mA，进行曝光，观察其捕捉波形，波形如图4所示。1 V≈50 mA，mA+、mA-输出正常。
图3 灯丝板OUT1-OUT3检测波形图
图4 采样板电流采样点检测波形图
3.3 检查CPU板采样值
使用示波器触发模式，测量CPU板kV-SAMP和mA-SAMP的波形。示波器触发模式设置与测量采样板时相同，CH1接kV-SAMP，CH2接mA-SAMP，黑表笔接CPU板15V0。曝光条件68 kV、160 mA，进行曝光，观察其捕捉波形。kV-SAMP：1 V≈33 kV；mA-SAMP：1 V≈50 mA，如图5所示，波形kV-SAMP正常；mA-SAMP幅值小于设定值。
图5 CPU板采样点检测波形图
3.4 分析电路图，查找故障点
采样板测试点mA+、mA-输出波形正常；CPU板测试点mA-SAMP波形小于设定值，由此可知故障确定在此两点之间。根据电路图采用倒推法逐步查找故障点。
（1）CPU板采样电流部分电路图，如图6所示。
图6 HM-200型移动式高频X线机CPU板采样电流电路图
mA-SAMP是PC3-6传导的mA-值与PC3-5传导的mA+值经运算放大器TL084差分放大之后的结果。使用示波器触发模式测量PC3-6与PC3-5对CPU板+15V0的波形。示波器触发模式设置与测量采样板时相同，CH1接PC3-5，CH2接PC3-6，黑表笔接CPU板15V0。曝光条件68 kV、160 mA，进行曝光，观察其捕捉波形。由图7可见mA+波形正常；mA-波形小于设定值，由此可知故障点确定在采样板mA-采样电路。
图7 CPU板PC3-5、3-6检测波形图
（2）根据采样板mA-采样电路，如图8所示，运算放大器TL084此时承担电压跟随的作用，其输出端电压值应与同相输入端数值相等。同相输入端由两个稳压二极管形成保护电路，防止电压过大对后级电路造成冲击。
图8 HM-200型移动式高频X线机采样板mA-采样电路图
① 当X线机未曝光时，同相输入端应为中性点0 V，使用万用表测量mA-为0 V，同相输入端为3.5 V，输出端为3.5 V；② 拆掉运算放大器TL084，再进行测量，同相输入端电压值5.5 V，中性点向上漂移，猜测保护电路正向端稳压二极管损坏；③ 拆下二极管V15一端，将运算放大器TL084恢复原位，再进行测量同相输入端为0 V，输出端为0 V，中性点恢复正常；④ 使用示波器触发模式再次测量CPU板kV-SAMP、mA-SAMP波形，曝光条件68 kV、160 mA，进行曝光，观察其捕捉波形。如图9所示波形恢复正常，且X线机曝光正常未报错，故障点确定。更换V15二极管1N4148，故障排除。
图9 CPU板采样点检测波形图
4 讨论
当故障发生时，首先以机器故障代码作为维修的出发点，结合实际情况，区分故障报错信息的真实性，确定正确的维修方向。再根据设备工作原理进一步缩小故障判定范围，最后按照电路原理图、具体故障部位，逐步进行比较、分析，从具体表现出来的多种现象中找出真正的故障点，最终排除故障[14-15]。在此次维修中使用示波器的触发功能，捕获分析曝光波形信号，迅速缩小故障判定范围；然后结合电路原理图比较、分析电路中的静态工作点与动态工作点，是此次故障能够顺利排除的关键。
分析此故障是因设备长时间未启用，突然使用高kV摄影，引起管球放电造成的。在使用过程中应注意：当设备放置超过2周，再次使用之前，为保证X线管球的稳定可靠，请先选择小条件曝光，训练管球，kV条件从小到大（42～100 kV），100 mA，10 mAs，每次kV增加5 kV，间隔2.5 min。设备使用人员应严格遵守操作规程，正确掌握使用方法，做好日常维护、保养工作，这样才能充分发挥设备效能，减少设备故障率，延迟设备使用寿命[16]。
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One Case of Fault Diagnosis of Filament Circuit for HM-200 Mobile High-Frequency X-ray Machine