基于数字心电图机教学平台电池电量指示异常故障排除

摘 要：数字心电图机教学实验平台主要基于ECG-6951D型心电图机，全部电路对外开放并能任意设置故障。基于该平台，通过对电池电量指示电路分析，根据常见故障类型详述故障排除方法。

关键词：数字心电图机；电池电量指示；故障排除

引言

目前，数字心电图机是我国医用电子仪器的重要组成部分，其功能主要在于计量人体心脏活动中心肌细胞兴奋所产生的各种电生理信号用以诊断心脏有无传导阻滞等病理问题[1]。便携式数字心电图机通常采用交流220V和12V蓄电池双电源供电模式，其中12V蓄电池为其在运动中使用供电，并时刻为打印机提供电源[2]。为了避免出现因电量不足造成设备无法正常运行或过放电引起蓄电池受损，在数字心电图机中必须设计有电池电量指示电路，故而电量指示是电路构成中必不可少的基本单元电路[3]。而电池电量指示异常则会造成使用人员对医疗设备供电能力的误判断，严重者可致使医疗事故。因此对于医用电子仪器与维护专业学生有必要掌握该电路故障排除方法。文章基于数字心电图机教学平台（上海谱康电子科技有限公司）详述电池电压指示电路，该平台基于ECG-6951D型心电图机，全部电路对外开放，能够灵活设置典型故障可操作性强。

1 电池电量指示电路分析

电池电量指示电路由三端集成稳压器TL431ACD、集成运放LM324AD、三极管Q2、Q3以及发光二极管D11、D12、D21组成。TL431ACD提供2.5V基准电压[4]与LM324AD构成的电压比较器进行比较输出实现三段电压指示。其中三段电压比较器翻转时电池电压临界值分别为（以串联电阻总值R=R23+R29+R36+R139+R41=461.2KΩ计算）：第一段U6D+=（2.5V×461.2K）/（100K+40.2K）=8.22V；第二段U6C+=（2.5V×461.2K）/（100K+40.2K+10K）=7.67V；第三段U6B-=（2.5V×461.2K）/（100K+40.2K+10K+11K）=7.15V。

当电池电压充足UBAT+≥8.22V时，U6D、U6C输出为高电平，D11和D21点亮；U6B输出为低电平，U6A输出亦为低电平，Q2导通，D12点亮；当7.67V≤UBAT+≤8.22V时，U6D输出为低电平，U6C输出高电平，D21灭，D11仍点亮；U6B输出状态不变，D12仍点亮；当7.15V≤UBAT+≤7.67V时，U6D、U6C、U6B均输出低电平，D11和D21灭，D12仍点亮；当UBAT+≤7.15V时，D11和D21保持熄灭状态不变，U6B输出变为高电平约为12V，该输出电压经过电阻R30、R138分压后得到6V电压加与U6A同相输入端，U6A的输出也为高电平，向电容器C15进行充电，当电容两端的电压高于6V，则输出为低电平，D12亮，电容C15放电，当其再次低于6V时，输出又变为高电平，D12灭，出现循环闪烁。

Q3为N沟道增强型绝缘栅型场效应管，当UGS>UGS（th）（一般为2-4V）开启电压时，MOS管能正常工作。MOS管栅极电压UGS=（12V×R39）/（R39+R37）=6V>UGS（th），MOS管导通，保障二极管D11，D12，D21阴极均为低电平。

2 电池电量指示电路故障排除

电池电量指示电路故障现象可归纳为指示灯不亮，亮度异常，指示灯闪烁周期异常或不闪烁这几种。文章先就最低电量指示灯D12始终点亮故障进行排除分析。由于D11、D21指示灯显示正常说明TL431ACD基准电压模块、Q3二极管阴极低电压供应模块、U6C、U6D比较器模块均正常。因为低电压指示灯能够点亮所以U6B和Q2应该正常。故可能发生的故障点在U6A或电容部分。首先先对U6A进行测试，即对LM324AD芯片1、2、3管脚电平测定，若U6A管脚2号脚始终为低电平，3号脚电压在6V左右，1号脚输出始终为高电平说明U6A正常，否则就需要更换LM324AD芯片。在排除U6A异常的情况下，对U6A2脚的电容进行测试判断，用电容表测试C15对地电容值，若电容值显示为0，说明电容被短路造成。亮度异常故障则考虑为限流电阻R33、R38、R35是否出现损坏，可以采用测阻值或是替代法来进行。指示灯不亮若出现全不亮则首先对Q3MOS管检测是否正常，测定Q3管栅极电压是否为6V，漏极电压是否为低电平，若是则Q3管正常，说明问题出现在LM324芯片上面，替换芯片即可。若只出现某一路LED灯不亮，则需排查LED灯是否正常，相对用的比较器和电阻是否有损坏即可。

3 结束语

数字心电图机是医疗电子设备的重要组成部分，为了保障该设备能够正常运行，避免因为过放电致使蓄电池的损坏，电池电量指示不可或缺。本实验教学平台所采用的三段电池电量指示电路主要由LM324AD构成的比较器、三端集成稳压器TL431ACD、三极管以及发光二极管组成。该电路主要故障类型为单个或全部指示灯不亮、亮度异常、闪烁周期异常或不闪烁，并根据不同故障现象结合电路原理分析进行故障排除。

参考文献

[1]王沙木.数字心电图机计量检定项目的意义[J].黑龙江科技信息，2014（14）：2.

[2]赵东升.PHILIPS PageWriter Trim I 心电图机直流开关电源供电的设计与实现[J].医疗设备，2014（27）：17-18.

[3]荆西京，王健琪，吕昊，等.用于医疗仪器的线显示剩余电量指示电路设计[J].医疗卫生装备，2008（29）：58-59.

[4]潘玉成.可调式精密稳压集成电路TL431及应用[J].宁德师专学报（自然科学版），2006（20）：51-55.