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磁共振梯度放大器的分析与检修
梯度系统是MRI系统的核心部件，它负责给梯度线圈供电使梯度线圈在成像空间产生一个X、Y、Z正交的三维空间线性变化的梯度磁场，由此使成像区域内各处的磁场不同，实现成像体素的选层和空间编码的功能。这三个梯度分别由三个正交的梯度直流线圈来产生，每一组线圈要求有一个独立的电流驱动放大器供电，要求放大器开关时间短，切换率高，输出电流精确，由于长期工作在高压大电流状态下，相对故障率比较高。本文将笔者遇到的一例梯度放大器故障分析与检修过程中所走的弯路作一整理，供同行们参考。
机型：GE Excite0.35T 故障现象：扫描时报错“Gradient Auxiliary Power Fault”，不能继续扫描。查看错误记录发现在前几天也有报错出现，询问技术人员说出错后继续扫描能继续扫，因此未重视该报错。查阅手册，该机型的梯度系统采用的是ANALOGIC公司生产的AN8295。该系统做成一个单独的模块，与系统相连的只有交流输入电源、梯度的负载（梯度线圈）、梯度数据接口。它接收从主机过来的数字化梯度信号，在内部转换成模拟信号，通过3个放大器放大后输出到梯度线圈上，由一个共用的开关电源供电。内部包括电源供电单元（PSU），三个梯度轴放大器，梯度控制器（GC）,输出过滤和冷却风扇等。主电源供电单元提供梯度放大器所需要的受梯度控制器（GC）控制开通和关断的高压，同时PSU也产生辅助的+8V直流电源供GC和+48V供冷却风扇。±15V、+5V供PSU控制用。
检修：首先观察梯度组件，在前面板上可见到Fault、Stdby、Ready三个指示灯，重启系统后观察梯度Stdby灯亮，定位后选好扫描序列保存后Ready灯亮，扫描开始时听到放大器起振声后Ready灯灭，Fault灯亮。从以上信息推断：梯度接受和处理梯度信号正常，故障是在梯度轴放大器工作时才出现。根据错误信息，首先用万用表测量各辅助电源的输出，发现与手册标称的一致，测量GC板上各供电的三端电源控制芯片电压也都正常。测量PSU高压输出，在Ready状态时输出为300V，Fault时电压快速下降。由此考虑是否是由于梯度轴放大器工作后供电电流过大引起电源保护。为明确电源保护的原因，我们把PSU单元从组件里拆下，对应实物画了一个框图，如图1所示：
从图中分析，主电源由相移谐振控制芯片UC3879控制全桥逆变电路构成，主要相关控制信号为误差放大器输入端（EA）,根据反馈信号来控制输出电压的大小；电流传感端（CS）,通过对主回路的电流取样保护主回路不过流；芯片初级供电端（Vin）,芯片内部逻辑和模拟部分供电端，通过对供电的控制来控制主电源的通断。明确了几个测量点后上机测试，发现EA和CS都没达到引起保护的条件，停机信号还是由PSU上的CPU发出的，这样排除了由于过流引起的保护。自此，维修似乎陷入死路，但在无意中打开后背板冷却风扇的门测量过程中发现机器突然又能正常扫描了。于是我们做了反复试验发现，当后背板合上时机器出故障，打开后过几分钟机器又正常。这两者之间唯一不同的就是机柜内的温度不同，而同温度有关的元件特性，只有电解电容的容量随着温度的增加而增加，而其它元件一般都随着温度的增加而性能下降。从而我们怀疑是内部某个电容性能不良引发的故障。
从前面的检修过程中分析，主电源能稳定地输出300V，热机时机器又能正常扫描，说明大功率部分应该没有问题，重点要查小信号处理部分电路。结合机器报错，重点又在辅助电源上。测量小信号处理部分辅助电源，分为三组输出：±21V和8.1V，其中±21V输出分别接三端稳压集成电路输出±15V,8.1V一路接5V稳压电路供PSU使用，一路送到GC板。用示波器监测8.1V输出电压，发现在故障发生时瞬间有大约1V的下降，这就说明故障确实在辅助电源上，由于故障是在轴放大器工作时出现，因此分析是由于轴放大器工作时，辅助电源要提供更多的功率输出给轴放大器小信号处理部分电路，从而导致辅助电源输出功率增加，而由于辅助电源故障带负载能力下降，不能输出足够的功率而导致输出电压下降。根据实物画出辅助电源草图如图2所示，该电路由单片电源控制芯片TOP227Y组成，能引起电源带负载能力下降的原因最有可能是接在控制极上的电容容量下降，使得当电源输出功率增加时，电流驱动能力不够，控制回路补偿不足引起。于是更换同规格电容后试机，机器正常。
总结：该机在检修过程中最大的误区是没有足够重视机器本身的报错，在用万用表检测辅助电源电压正常后就认为辅助电源没有问题，忽略了电源的带负载能力，从而在分析故障时多走了弯路。同时也提醒我们在检测机器时除了检测机器静态状况下的指标外，还要选择合适的工具检测动态指标，像本例故障中几毫秒的电压下降用万用表根本测不出。不过虽然多走了弯路，但我们对于整个梯度放大器的电路结构有了一个清晰的认识，积累了经验，有利于下次其他问题的维修。
欢迎爱好维修的同行交流指正，本人邮箱kong69072@163.com |
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发表于 2011-10-19 09:24:26
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发表于 2014-10-27 16:59:33
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