在 医 学 研 究 中， 离 心 机 是 常 用 的 实 验 设 备， Sigma1-13 型离心机采用无刷变频电机，具有噪音小、升降速度快、结构紧凑、操作简单等优点，深受广大科研人员喜爱。目前该款离心机已经停产，市场代替品是 Sigma1-14 型。但该款离心机在我院实验室中仍有相当数量。笔者在维修该款离心机的实践中，对其结构原理、故障排除有了一定积累，与同行分享如下。

结构原理

离心机工作原理，见图 1。关闭盖门以后，两个微动开关闭合，220 V 交流电压经过整流滤波以后，形成 310 V 直流电压“（U+）”。同时 CPU 控制模块通电工作，
“Open”（开盖）按钮旁边的“Cover”指示灯亮。按下 “Start/Stop”按钮启动，“Cover”指示灯熄灭，“Start/ Stop”旁的“Run”指示灯处于闪烁状态，离心机电机在 CPU 模块的控制下通过变频模块的驱动开始转动，同时测速传感器反馈转速信号，CPU 模块通过比较设定转速和测量转速，输出合适的控制信号，使电机转速稳定在所设转速。

当离心时间到，或按下“Start/Stop”按钮后，电机开始减速，如果减速过程中电机反馈的能量使 U+ 超过一定数值，则制动电路的比较器输出控制信号使场效应管导通，过高的直流电压在制动电阻上得以释放，从而保护变频电路 ^[1]。当电机完全停止后，“Run”指示灯灭， “Cover”指示灯亮，此时按下“Open”按钮，开盖电磁阀动作，盖门打开，同时两个微动开关打开，整机电源关闭。
电机运行中如果电流过大，电流取样电阻上的电压就会升高，升高到一定值后，过流保护电路起作用，将信号反馈回 CPU 模块，CPU 模块停止向变频电路输出控制信号，从而有效保地护电路。

故障实例

0.1 故障一

2.1.1  故障现象
开机后，关闭盖门，“Cover”指示灯亮，按下“Open”
2.1.2  故障排除
检查电路，发现是控制电磁阀的场效应管 IRF830 损坏。原因极有可能是异常电流冲击所致。开盖电磁阀控制电路原理图，见图 2。更换新的场效应管 IRF830 后，故障解决。

0.2 故障二

2.2.1  故障现象
开盖功能正常，按下“Start/Stop”按钮后，电机转速很慢，不能按照设置转速正常运转。
2.2.2  故障排除
此类故障多属于测速电路故障 ^[2]。
测速传感器及其引线示意图，见图 3。测速传感器 UGN3177是锁存型霍尔集成电路，当电机转动时，磁环的“N”“S”极交替接近霍尔传感器，“OUTPUT”端输出脉冲信号，其频率与电机转速成正比 ^[3]。由于该传感器位于电机正下方，当离心腔内有液体漏入离心机内部时，很容易腐蚀该传感器及其引线。从而导致 CPU 模块无法测量电机转速，电机无法正常运转。更换新的 UGN3177，故障解决。
图3 测速传感器及其引线示意图
离心机使用完毕后，要取出转头，将腔体内杂物、积液等清理干净，否则杂物掉落电机下部，极易腐蚀电机和测速传感器 ^[4-5]。笔者维修时将测速传感器和接线端用硅胶涂抹封闭，可有效防止漏液腐蚀。开机过程中，内部有打火声音，发出焦糊味。

2.3.2  故障排除
打开机箱，发现有颗固定门锁的螺钉掉在了电路板与变频电路的场效应管之间，导致 6 个场效应管 IRF830 中的 2 个损坏。更换同型号的场效应管，重新开机，关闭盖门，“Cover”指示灯亮，按下“Open”按钮，指示灯熄灭一下，又亮，但开盖电磁阀没有动作。按下“Start/Stop” 按钮，电机也不能启动。
首先查找开盖电磁阀无法动作的原因（参考图 2），测量两个光电耦合器 SFH6106-3 和场效应管 IRF830 均正常。接通电源，在线测量发现 +15 V 电源的测试点电压为 0。 +15 V 电源的电路，见图 4。查看电路板，测量 +15 V 和信号地间的电阻，发现为短路。此 +15 V 电源主要为制动电路的比较器 LM393、变频电路的驱动部分供电。极有可能是变频电路损坏时，导致稳压芯片 TL431C 或 LM393 击穿短路。采用逐个排除故障的思路，先焊下 TL431C，测量 +15 V 和信号地间的电阻仍为短路，再焊下 LM393，测量电路板上短路状态消失。测量 LM393 的 4、8 脚间的电阻为短路，说明该芯片已被击穿。重新焊上 TL431C，再次开机，测量 +15 V 电源输出正常，按下 “Open”按钮，电磁阀动作，盖门打开，“Cover”指示灯灭。这样就证明原来的 TL431C 没有损坏。
换上新的 LM393，重新关闭盖门，按下“Start/Stop” 按钮，“Cover”指示灯灭，“Run”指示灯不亮，电机无法启动，几秒种后，“Cover”指示灯亮。CPU 模块很可能接收到某种信息，处于保护状态。
查看电路，CPU 模块与变频电路之间通过 7 个光电耦合器 SFH6345 传递信号，其中 6 个 SFH6345 用于驱动变频电路，1 个用于传递过压、过流保护信号。
过压和过滤保护电路工作原理，见图 5。当 U+ 超过一定值后，比较器 LM393 的 7 脚输出高电平，场效应管 IRF830 导通，过高电压通过制动电阻得以释放。
此时 1 脚输出仍为低电平，光电耦合器 SFH6345 导通，CPU 模块无须过压保护。如果制动电路失效，电压 U+ 再度上升，导致 LM393 的 1 脚输出为高电平，则 SFH6345 截止，CPU 模块得到信号，中断向变频电路输出信号，从而保护变频电路。当流过电机的电流超过一定限值时，电流取样电阻 R68 两端的电压升高导致三极管 V23 导通，从而使 SFH6345 截止，CPU 模块启动过流保护。
待机状态下，在线测量 LM393 的 1 脚电压为 0，光电耦合器应该导通，但测量 SFH6345 的 5、6 脚电压为 5 V，说明此光电耦合器可能损坏。更换新的 SFH6345 后，电机正常启动，各项功能正常。
此故障只因一颗小螺丝钉的掉落引起了一连串的元器件损坏。因此仪器生产厂家在设计产品时，应该尽可能避免在电路板上方设计经常活动的部件，否则很容易造成紧固件松动后掉落在电路板上。由于空间所限无法避开时，可以考虑安装挡板等隔离措施。
 

总结

目前，医学研究实验仪器用户使用说明书里都没有电路原理图，甚至结构原理框图也没有。厂家维修一般都采用直接更换电路板的方式，收费昂贵。特别是一些进口仪器停产后，维修配件供应中断，出故障以后，只能报废，浪费了科研经费。笔者在历次维修中，不断积累电路原理图等资料，逐渐摸清了仪器的电路工作原理，采用“元件级维修”方式，有效地保障了科研工作的顺利进行。

当仪器电路板上有很多器件连带损坏时，要首先搞清楚电路板各功能模块的工作原理和控制流程，采用“先易后难”、“顺藤摸瓜”的原则，逐步排除故障。最后总结故障实例三的排除思路（图 6），以供参考。