1、医科达 Precise 直线加速器高压联锁故障维修实例 金剑 黄海 聂娟娟 万里 孟燔 武汉市第一医院设备处 关键词： 医科达 Precise 直线加速器; 高压联锁; 故障维修; 作者简介：黄海, E-mail:收稿日期：2017-02-18Fault maintenance for high-voltage interlock of Elekta Precise linear accelerator: case reportKeyword： Elekta Precise linear accelerator; high-voltage interlock; fault maintenanc
2、e; Received： 2017-02-180 引言医用电子直线加速器是目前最常用的放射治疗设备, 其原理是利用微波电场, 沿直线加速电子得到较高的能量后对人体病变组织进行照射, 以达到治疗肿瘤的目的1。熟练掌握加速器的结构和原理, 及时排除机器常见故障, 不仅可以使临床放疗工作正常进行, 同时对患者较好的治疗也能起到一定的保障作用。现对我院医科达 Precise 直线加速器常见的一例故障进行简要的分析排除, 以供参考。1 故障维修1.1 故障现象打开加速器准备进行治疗时, 机器启动正常, 其状态为“ready to start”, 按出束键, 不能正常出束, 且状态栏显示“HT C.B.
3、(高压联锁) ”故障, 如图1 所示。图 1 医科达 Precise 直线加速器高压连锁故障界面 下载原图1.2 故障分析检查发现 ICCA 柜空气开关 CB1 (HT) 断开 (如图 2 所示) , 可能是由于高压联锁电路漏电或者短路所致, 需结合相关电路图进行逐步检测排除。图 2 医科达 Precise 直线加速器 ICCA 柜 下载原图1.3 故障排除医科达 Precise 直线加速器的高压联锁电路主要由输入电路和后级电路 2 个部分组成。因此, 主要从这 2 个部分对故障进行排除。1.3.1 高压联锁输入电路故障排除图 3 为加速器的高压联锁输入部分电路图。正常情况下, 当稳压器三相供
4、电输出, 系统给信号使接触器 CONA 吸合, 三相电通过常闭 CB1 (HT) , 机器状态为readytostart 时, 按下“start”键, 接触器 CONJ、CONK、COND 会吸合, 其中电阻 R1、R2、R3 并联接触器 COND 各触点, 接触器 COND 吸合会比 CONJ、CONK稍微晚 0.2 s, 作用是抑制浪涌电流, 之后三相供电输入滤波电路 (filter) 。而在实际操作中, 当按“start”键进行出束时, 观察发现, 该输入部分电路中继电器 CONJ、CONK 吸合后, COND 再吸合, 而当 COND 吸合的瞬间触发空气开关 CB1 断开, 致使加速器
5、无法正常出束。据此, 首先初步分析可能为该电路中与接触器 COND 并联的电阻或滤波 (filter) 输入级中的电感短路或因漏电致使对地短路所致, 需分别进行排除。断开电路, 用万用表对该部分电路中上述的几个电阻和电感逐个进行检测:(1) 输入电路电阻检测。经测量, 电路中与接触器 COND 并联的 3 个电阻R1、R2、R3 的阻值均为 13.5 左右, 且对地电阻为 55 k, 这 2 组阻值均在正常值范围内, 则电阻故障排除。(2) 输入级电感检测。排除电阻故障后, 继续测量 filter 输入级中的电感L1、L2、L3 与对地之间的阻值, 测量结果均大于 1 M, 属正常阻值范围,
6、则电感故障排除。1.3.2 后级电路故障排除高压发生控制电路中的电流经高压联锁输入电路中的 filter 输出级电感L1、L2、L3 后, 流入高压连锁后级电路 (如图 4 所示) 中, 而三相供电通过滤波电路后, 经过 6 个二极管整流, 给 C1、C2 充电到 DC300 V。这个 DC 300 V是充电变压器的输入端, 由晶体管 TR1、TR2 控制, 这 2 个部件是绝缘栅双极型晶体管 (insulated gate bipolar transistor, IGBT) , 由低压电路控制, 充电变压器输出给脉冲成形网络 (PFN) 2。该部分电路的检测过程如图 4 所示。图 3 高压连
7、锁输入电路 下载原图图 4 高压联锁后级电路 下载原图(1) 输出级电感检测。检查 filter 输出级中的 L1、L2、L3, 发现 L1、L2、L3与对地之间的阻值均大于 1 m, 阻值正常, 则排除 filter 输出级电感短路或因漏电对地短路。(2) 后级二极管检测。综合以上各部分的检测结果分析说明, 在断电时, 静态情况下高压联锁后级电路没有短路, 此故障现象有可能是电路通电时, 后级二极管被激活后短路或对地短路, 需检测排除。因电路通电后, 6 个二极管D1、D2、D3 所处电路为高压区, 不可带电检测。将后级电路所有元件连线解除, 并做好相应标记以便复原。用万用表检测此 6 个二
8、极管, 发现每个二极管都为单向导通, 未击穿短接, 且其 PN 结间导通电压正常, 均为 DC 0.43 V 左右。(3) 后级 RC 充放电电路检测。通电后, D1、D2、D3 上下类似通路, 在由R3、R5 和 C1、C2 组成的 RC 电路中, 静态检测电容 C1 上端正极和电容 C2 下端负极, 发现上下通路, 则可判断此段 RC 电路中的器件存在故障, 需逐个测量:(1) 经测量, 电阻 R3 阻值为无穷大, R5=47 k。而由电路图可知, 正常情况下 R3=R5=47 k, 则判定 R3 损坏, 需更换;(2) 经进一步分析可知, 电阻 R3 损坏形成开路并不能造成该 RC 电路
9、短路, 则说明电容 C1、C2 存在问题。用电阻挡检测 C1、C2 充放电过程发现, 这 2 个电容充放电不同, 电容 C2 阻值变化范围为 1005 000, 耗时少于 20 s;而 C1 充放电时阻值变化范围是 2 M 到几十兆欧, 而由电路图可知正常情况下C1=C2=4 700F, 则判断 C1 容量降低, 需更换。(4) 后级 IGBT 检测。IGBT 是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有金属-氧化层半导体场效应晶体管 (metal-oxide-semiconductor field-effeet transistor, MOSFET) 的
10、高输入阻抗和大功率晶体管 (giant transistor, GTR) 的低导通压降 2 个方面的优点。GTR 饱和压降低, 载流密度大, 但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小, 开关速度快, 但导通压降大, 载流密度小。IGBT 综合了以上 2 种器件的优点, 驱动功率小而饱和压降低。因后级电路 RC 部分故障, 大多因其所在电路中其他部分短路引起, 为慎重考虑, 继续检测后级 IGBT:(1) 检测 IGBT (TR1) 的输出端 C1、C2E1、E2, 发现 C1、C2E1 短路;(2) 检测 IGBT (TR2) 的输出端 C1、C2E1、E2, 发现 C2E1、E2 短路。综
11、合以上检测结果可知, 该后级电路短路的最终原因是由 IGBT 短路引起的, 短路路线示意图如图 5 中箭头标注所示。更换 R3、C1 和 TR1、TR2, 还原各部件后开机检测, 出束正常, 故障排除。2 小结C1、C2 的功能是提供 300 V 直流电压给后级充电变压器, TR1、TR2 控制 300 V直流电压通断。当 TR1、TR2 输出端断开时, C1、C2 还需要借助 R3、R5 放电, 否则长期存在的高压会对前级二极管后级的 IGBT 产生威胁;当 R3 损坏开路后, C1 可以通过 C1 正极、TR1 的 C1 端、TR1 的 C2E1 端、P1、P2、TR2 的 C2E1 端、
12、TR2 的 E2 端、C2 负极放电, 或者通过 D1、D2、D3 6 个二极管放电。此案例中二极管抵抗住了电容的高压放电, 而 TR1、TR2 被高压击穿。因此空气开关CONJ、CONK、COND 吸合后, 二极管激活导通, TR1、TR2 被高压击穿而产生回路短路, 过流触发空气开关 CB1 断开, 导致加速器无法正常出束治疗。对加速器系统在实际工作中出现的故障, 我们应仔细观察, 综合分析, 以尽快找出故障出现的原因, 进而缩短加速器的维修时间, 节约维修成本, 提高设备的使用率, 同时也能够提升自己分析、排除故障的能力。图 5 高压连锁后级电路 下载原图参考文献1顾本广.医用加速器M.北京:科学出版社, 2003. 2胡杰.医用直线加速器 14 年的使用总结J.中国医疗器械杂志, 2010, 34 (1) :66-68.
