Reparatie van de GE-echografievoeding: handleiding voor het oplossen van problemen

De schakelende voeding is een van de belangrijkste modules in een GE-echografiesysteem. Deze zet de binnenkomende wisselstroom om in verschillende stabiele gelijkspanningen die nodig zijn voor de besturingskaart van het systeem, de beeldverwerkingsprocessor, het beeldscherm, de front-end-acquisitiecircuits, de koelventilatoren en andere functionele modules.

Wanneer de schakelende voeding een storing vertoont, kan het gebeuren dat het echografiesysteem niet opstart, herhaaldelijk opnieuw opstart, geen indicatielampjes laat branden, onverwacht uitschakelt, afwijkende beelden weergeeft of dat de stroomtoevoer naar een of meer interne modules uitvalt.

Aangezien een voeding voor medische echografie normaal gesproken voorzien is van hoogspanningsgelijkrichting, vermogensfactorcorrectie, pulsbreedtemodulatie, hoogfrequente schakelingen, meerdere uitgangsspanningen en beveiligingsschakelingen, mogen technici geen onderdelen vervangen zonder eerst vast te stellen welk circuit het probleem veroorzaakt. Een systematische, stapsgewijze aanpak bij het opsporen van storingen is doorgaans effectiever.

Sluit de printplaat bij het repareren van een GE-schakelende voeding voor echografie niet meteen aan op het lichtnet. Begin met een zorgvuldige visuele inspectie. Controleer de zekering, de vermogensweerstanden, de elektrolytische condensatoren, de gelijkrichterbrug, de schakeltransistoren, de hoogvermogensdiodes, de spoelen, de transformatoren, de connectoren en de printplaat op zichtbare schade.

Veelvoorkomende waarschuwingssignalen zijn onder meer verbrande plekken, gebarsten onderdelen, opgezwollen condensatoren, verkleurde weerstanden, beschadigde isolatie, loszittende connectoren, verkoolde printplaatmaterialen en gebroken soldeerverbindingen.

Controleer vervolgens met een multimeter of de belangrijkste stroomcomponenten kortsluitingen, onderbrekingen of een afwijkende weerstand vertonen. Belangrijke onderdelen die moeten worden gecontroleerd zijn onder meer:

• De gelijkrichterbrug voor de wisselstroomingang;
• Primaire schakeltransistoren of vermogens-MOSFET’s;
• Hoogfrequente en hoogstroom-gelijkrichterdiodes;
• Weerstanden of thermistoren voor het beperken van de inschakelstroom;
• Invoerzekeringen en beveiligingscomponenten;
• Uitgangsgelijkrichterdiodes en filtercondensatoren;
• Stroomdetectieweerstanden en poortweerstanden.

Meet de weerstand in de voorwaartse en achterwaartse richting tussen elke uitgangsrail en aarde. Als een uitgangsrail een ongewoon lage weerstand vertoont, controleer dan de gelijkrichtdiode, de filtercondensator, de componenten voor spanningsregeling en het aangesloten belastingscircuit.

Wanneer een defect onderdeel wordt aangetroffen, vervang dan niet alleen het zichtbaar beschadigde onderdeel. Een kortsluiting in een schakeltransistor kan bijvoorbeeld ook schade veroorzaken aan het gate-aandrijfcircuit, de stroomdetectieweerstand, het snubber-netwerk, de PWM-regelaar of aanverwante beveiligingscomponenten.

Vervangende onderdelen moeten voldoen aan de oorspronkelijke specificaties wat betreft nominale spanning, stroomcapaciteit, nominaal vermogen, schakelsnelheid, temperatuurkarakteristieken en behuizingstype.

Nadat de voorlopige inspectie is afgerond en beschadigde onderdelen zijn vervangen, kan de voeding worden getest onder goed geïsoleerde en stroombeperkte omstandigheden.

Als de voeding nog steeds niet normaal opstart, controleer dan het pulsbreedtemodulatiecircuit en het vermogensfactorcorrectiecircuit.

Het PWM-circuit stuurt de schakeltransistor aan en regelt de energieoverdracht via de hoogfrequente transformator. Het PFC-circuit verbetert de golfvorm van de ingangsstroom en verhoogt in veel ontwerpen de gelijkgerichte DC-busspanning tot een hoger geregeld niveau.

Voordat u deze schakelingen meet, dient u de onderdeelnummers van de regelaar te achterhalen en de bijbehorende gegevensbladen van de componenten of de modelspecifieke onderhoudsdocumentatie te raadplegen. Technici moeten het volgende begrijpen:

• Het normale voedingsspanningsbereik van de regelaar;
• De opstart- en onderspanningsbeveiligingscondities;
• De functies van de timingweerstand en de timingcondensator;
• De normale uitgang van de referentiespanning;
• De ingangen voor feedback, activering, stroomdetectie en beveiliging;
• De verwachte golfvorm aan de uitgang van de driver.

Verschillende GE-echografiemodellen kunnen gebruikmaken van verschillende voedingsarchitecturen. Testwaarden moeten daarom worden beoordeeld aan de hand van het circuitontwerp, het gegevensblad van de controller, de markeringen op de voedingskaart en de relevante service-informatie.

In een voeding die is uitgerust met een PFC-trap, kan de gelijkspanning over de hoofdfiltercondensator helpen bepalen of de ingangsgelijkrichter en de PFC-schakelingen in werking zijn.

Bij een ingangsspanning van ongeveer 220 VAC ligt de spanning na bruggelijkrichting doorgaans rond de 300 VDC. Wanneer een actieve PFC-fase normaal opstart, kan de gelijkspanningsbus, afhankelijk van het ontwerp, stijgen tot ongeveer 380–400 VDC.

Als er geen spanning staat op de hoofdfiltercondensator, controleer dan het wisselstroom-ingangscircuit, de zekering, het EMI-filter, de overspanningsbeveiliging, de gelijkrichterbrug, de condensator en de bijbehorende aansluitingen.

Als de spanning op ongeveer 300 VDC blijft in een circuit dat een hogere, door PFC geregelde spanning zou moeten leveren, kan het zijn dat de gelijkrichterfase wel werkt, terwijl de PFC-boostfase niet actief is. Controleer in dit geval de voeding van de PFC-controller, het opstartcircuit, de boost-spoel, de vermogens-MOSFET, de fast-recovery-diode, de stroomdetectieweerstand en het spanningsfeedbacknetwerk.

Nadat u hebt gecontroleerd of er spanning op de hoogspannings-gelijkstroombus staat, gaat u verder met het controleren van de PWM-regelaar.

Meet eerst de voedingsaansluiting van de controller, die vaak is aangeduid met VCC of VC. Controleer of de controller voldoende opstartspanning ontvangt en of de voeding stabiel blijft nadat de voeding in werking is getreden.

Controleer vervolgens de referentiespanningsuitgang, de startbesturingsaansluiting, de terugkoppelingingang, de stroomdetectie-ingang en de pinnen die betrekking hebben op de beveiliging. Een afwijkende spanning op een van deze pinnen kan ervoor zorgen dat de regelaar geen schakelsignaal kan genereren.

Onder goed geïsoleerde testomstandigheden kan een oscilloscoop worden gebruikt om de golfvormen van de oscillator en de driver te observeren. Afhankelijk van de controller kan de CT-aansluiting een zuivere zaagtand- of driehoekige golfvorm vertonen. Zo produceert de CT-aansluiting van een TL494-schakeling normaal gesproken een zaagtandachtige golfvorm, terwijl andere controllers mogelijk een driehoekige timinggolfvorm gebruiken.

De uitgangsaansluiting moet een regelmatige reeks stuurpulsen afgeven. Als de controller een normale voedingsspanning heeft maar geen oscillatorgolfvorm vertoont, controleer dan de timingweerstand, de timingcondensator, de controller-IC en het uitschakelcircuit.

Als de oscillator wel werkt maar er geen uitgangspulsen aanwezig zijn, controleer dan de activeringsingang, de terugkoppelingslus, de overstroombeveiliging, de overspanningsbeveiliging en de voorwaarden voor onderspanningsuitschakeling.

Als er PWM-pulsen aanwezig zijn bij de regelaar, maar de schakeltransistor niet werkt, controleer dan de aandrijftransistor, de pulstransformator, de gate-weerstand, de isolatiecomponenten, de printsporen en de schakeltransistor zelf.

Sommige ultrasone schakelvoedingen maken gebruik van achtpins-controllers uit de UC38xx-serie, waaronder de UC3842, UC3843, UC3844 en UC3845.

Veelvoorkomende oorzaken van storingen in dit soort schakelingen zijn onder meer:

• Een opstartweerstand voor open circuit;
• Een hogere weerstandswaarde in het opstartnetwerk;
• Een defecte PWM-regelaar;
• Een uitgedroogde of lekkende VCC-filtercondensator;
• Een afwijkende voeding van de hulpwikkeling;
• Een beschadigde stroommeetweerstand;
• Een defecte optocoupler of terugkoppelingsschakeling;
• Schade veroorzaakt door een schakeltransistor die eerder kortgesloten was.

De opstartweerstand levert normaal gesproken een initiële laadstroom van de hoogspannings-gelijkstroombus naar de VCC-condensator van de regelaar. Als deze weerstand open komt te staan of aanzienlijk in waarde toeneemt, kan het zijn dat de PWM-regelaar zijn opstartdrempel nooit bereikt.

Een versleten VCC-condensator kan ook leiden tot herhaalde opstartpogingen, af en toe een klikgeluid, abnormale geluiden, een onstabiele werking of het niet opstarten.

Een beschadigde startweerstand moet worden vervangen door een onderdeel dat voldoet aan de oorspronkelijke eisen op het gebied van weerstand, vermogen, spanning, temperatuur en veiligheid. Als u bij het kiezen van een vervangend onderdeel alleen op de fysieke afmetingen let, kan dit leiden tot herhaalde storingen.

Als de spanning op de hoofd-gelijkstroombus ontbreekt, onstabiel is of niet tot het verwachte niveau wordt opgevoerd, controleer dan het PFC-circuit systematisch.

Belangrijke aansluitingen van de PFC-regelaar kunnen onder meer zijn:

• De VCC- of VC-voedingsaansluiting;
• De start- of besturingsaansluiting;
• De CT- en RT-oscillatoraansluitingen;
• De uitgangsaansluiting van de driver;
• De ingang voor stroomdetectie;
• De ingang voor spanningsterugkoppeling;
• De ingangen voor overspannings- en onderspanningsbeveiliging.

Controleer naast de besturings-IC ook de PFC-schakeltransistor, de boost-diode, de boost-spoel, de stroommeetweerstand, de DC-bus-meetweerstanden en de hulpvoeding.

Een PFC-storing wordt niet altijd veroorzaakt door een defecte regelaar. Een afwijkend terugkoppelingssignaal, een onjuiste waarde van de bemonsteringsweerstand, een ontbrekende hulpvoeding, een beveiligingssituatie of een te hoge belasting stroomafwaarts kunnen ervoor zorgen dat het circuit niet opstart.

Om deze reden moet de diagnose worden gebaseerd op een combinatie van pin-spanningen, golfvormen, componenttests en de bedrijfsomstandigheden van het circuit.

Een GE-schakelende voeding voor echografieapparatuur kan meerdere spanningsrails leveren voor verschillende systeemmodules. Als de voeding wel opstart maar het echografiesysteem nog steeds niet correct werkt, meet dan elke uitgang afzonderlijk.

Typische uitvoerproblemen zijn onder meer:

• Er ontbreekt één uitgangsspanning;
• De uitgangsspanning is te hoog of te laag;
• De spanning is normaal zonder belasting, maar daalt bij belasting;
• De output stijgt en daalt periodiek;
• De rimpelspanning is te hoog;
• De voeding schakelt uit na een korte tijd in bedrijf te zijn geweest.

Als slechts één uitgang afwijkend is, controleer dan de gelijkrichterdiode, de filtercondensator, de spoel, de connector, de soldeerverbindingen en de belasting die op die rail is aangesloten.

Als meerdere uitgangen tegelijkertijd te hoog of te laag zijn, controleer dan de hoofdregelkring, de optokoppelaar, de spanningsreferentie, de bemonsteringsweerstanden en de bijbehorende compensatiecomponenten.

Een versleten uitgangscondensator kan bij meting met een multimeter nog steeds een ogenschijnlijk normale gemiddelde gelijkspanning aangeven, terwijl de werkelijke rimpel in werkelijkheid te groot is. Bij vermoeden van problemen met de uitgangsrimpel moet daarom een oscilloscoop worden gebruikt.

Langdurige blootstelling aan hitte, stof, trillingen en herhaalde thermische cycli kan leiden tot intermitterende storingen in de stroomvoorziening. Sommige storingen treden pas op nadat het echografiesysteem al enige tijd in bedrijf is geweest.

Controleer de volgende punten zorgvuldig:

• Warmtegeleidende pads of warmtegeleidende pasta tussen vermogenscomponenten en koellichamen;
• Werking van de koelventilator en luchtstroom;
• Stofophoping rond koellichamen en ventilatieopeningen;
• Gebarsten soldeerverbindingen op stroomcomponenten;
• Loszittende pinnen van transformatoren en spoelen;
• Geoxideerde, oververhitte of loszittende connectoren;
• Vochtschade, corrosie of verkoold materiaal van de printplaat.

Wanneer een storing als gevolg van temperatuur wordt vermoed, mogen gekwalificeerde technici gecontroleerde thermische tests uitvoeren, waarbij de betreffende spanningsrails en golfvormen worden bewaakt. Al deze tests moeten worden uitgevoerd met de juiste elektrische isolatie en persoonlijke beschermingsmiddelen.

Het herstellen van de uitgangsspanning van de voeding is niet de laatste stap. Nadat de onderdelen zijn vervangen, moet de gerepareerde printplaat aan een uitgebreide functionele en veiligheidscontrole worden onderworpen.

Controleer of alle uitgangsspanningen binnen de opgegeven bereiken blijven. Controleer de uitgangsrimpel, het belastingsvermogen, het opstartgedrag, de temperatuur, het stroomverbruik en, indien van toepassing, de beveiligingsfuncties.

Controleer na het opnieuw installeren van de voeding of het echografiesysteem normaal opstart en of het beeldvormingssysteem, het beeldscherm, het bedieningspaneel, het koelsysteem, de gegevensverwerkingsmodules en de aangesloten sondes correct functioneren.

Een geschikte inbrandtest op last- of systeemniveau kan helpen bij het opsporen van intermitterende storingen. Let tijdens deze test op het volgende:

• Of het systeem nu opnieuw opstart of onverwacht wordt afgesloten;
• Of de uitgangsspanning in de loop van de tijd afwijkt;
• Of stroomcomponenten abnormaal heet worden;
• Of de koelventilator en de luchtstroom normaal blijven;
• Of de voeding abnormale klik- of fluitgeluiden produceert;
• Of er een brandlucht waarneembaar is of zichtbare oververhitting optreedt;
• Of het volledige echografiesysteem tijdens langdurig gebruik stabiel blijft.

Hoewel schakelende voedingen voor GE-echografieapparatuur op het eerste gezicht ingewikkeld lijken, kunnen de meeste ontwerpen worden onderverdeeld in een aantal basisonderdelen: bescherming van de wisselstroomingang, gelijkrichting en filtering, PFC-correctie, PWM-regeling, hoogfrequente omzetting, secundaire gelijkrichting, meerdere gelijkstroomuitgangen, regeling via terugkoppeling en beveiligingsschakelingen.

Een praktische aanpak bij het opsporen van storingen is om te beginnen bij de ingangstrap en vervolgens door te gaan naar de gelijkrichter, het PFC-circuit, de PWM-regelaar, de schakeltrap, de uitgangscircuits, de terugkoppelingslus en de aangesloten belastingen.

Door inzicht te krijgen in de werking van elk circuitgedeelte, de bedrijfsvereisten van de PWM- en PFC-regelaars in kaart te brengen en metingen van weerstand, spanning, golfvorm, temperatuur en belasting te combineren, kunnen technici storingen nauwkeuriger opsporen en onnodige vervanging van componenten voorkomen.

Aangezien echografiesystemen medische hulpmiddelen zijn en hun voedingen gevaarlijke elektrische energie bevatten, mogen reparatiewerkzaamheden uitsluitend worden uitgevoerd door opgeleid personeel. De geldende GE-servicedocumentatie voor echografiesystemen, de gegevensbladen van onderdelen, de lokale voorschriften inzake elektrische veiligheid en de onderhoudsprocedures voor medische hulpmiddelen hebben altijd voorrang boven algemene informatie over het oplossen van storingen.