[发明专利]一种高性能呼吸机涡轮控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种呼吸机涡轮，尤其涉及一种呼吸机涡轮控制器及其控制方法。 

背景技术

呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置，已经在急救、麻醉、ICU和呼吸治疗领域中获得越来越广泛的应用。由于涡轮具有成本低、体积小、高效、易于控制等优点，采用涡轮作为气源的呼吸机越来越得到医疗设备行业的重视。一般的，呼吸机的涡轮部分包括涡轮、涡轮控制器、气容及降噪装置等。其中，涡轮控制器的性能直接影响呼吸机的整机指标。目前，采用涡轮作为气源动力的呼吸机至少存在如下问题：（1）涡轮控制器大多从国外购置，具有运输成本高、供货周期长、故障维修难等不利因素；（2）购买的涡轮控制器多为整体密封结构，机械尺寸不可调整，空间布局上需要做特定的考虑；（3）电气输入/输出接口种类少，比较难于与其他元器件匹配，实现数据共享。因此，设计一种满足国内呼吸机产品需求、扩展简洁、成本低廉的涡轮驱动器具有十分重要的市场价值。 

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺点，本发明提供了一种涡轮控制器，该涡轮控制器包括：上位控制部分、现场控制部分及电源管理模块；其中，上位控制部分包括：上位计算机、数/模转换器D/A模块、信号调理模块、电压/频率转换V/F模块、及电源模块；现场控制部分包括：现场控制模块、涡轮驱动模 块、涡轮电流检测模块、涡轮转速检测模块；电源管理模块包括核心电路电源模块及功率电源模块；在上位控制部分中，上位计算机具有控制与数据接口，用于输入控制涡轮运行的控制命令，并从现场控制部分接收与涡轮运行状态相关的数据，上位计算机输出的控制命令通过数/模转换器D/A模块转换成模拟信号，成为控制涡轮转速的电压信号经数/模转换器D/A模块转换后的信号输入到信号调理模块，在信号调理模中经过直流偏置和滤波进行信号调理后输入到电压/频率转换V/F模块，电压/频率转换V/F模块将模拟电压信号变换为频率信号，变换得到的频率信号被发送给现场控制模块以控制涡轮的运行；在现场控制部分中，现场控制模块接收经电压/频率转换V/F模块变换得到的频率信号并对接收到的频率信号进行处理，将经处理的频率信号传送到涡轮驱动模块，驱动涡轮运转；涡轮驱动模块用于驱动涡轮运转；涡轮电流检测模块用于检测涡轮运转时的电流，并将检测到的电流经模/数转换A/D变换后传送给现场控制模块；涡轮转速检测模块用于检测涡轮的转速，并将检测到的转速信号经电平转换后传送给现场控制模块；电源管理模块中的核心电路电源模块用于给上位计算机及现场控制模块提供电源，电源管理模块中的功率电源模块用于给驱动涡轮运转。 

本发明还提供了涡轮控制方法，其特征在于包括如下步骤：上位计算机发送一个涡轮转速控制命令，经数/模转换后变换成模拟信号，成为控制涡轮转速的电压信号，经数/模转换后的信号经过直流偏置和滤波进行信号调理后进行电压/频率转换后，模拟电压信号变换为频率信号，变换得到的频率信号被用以控制涡轮的运行。 

本发明可获得如下的技术效果：采用V/F技术实现转速控制电压-驱动电路输入频率的转换，可移植性好；采用霍尔器件采样涡轮电流，精度高，可靠性 好；运行状态灯显示涡轮的多种工作状态，不同的状态灯显示对应不同的工作状态，清晰简洁。 

附图说明

图1为本发明的涡轮控制器框图； 

图2为本发明的涡轮控制器的现场控制模块的结构图； 

图3涡轮控制器的现场控制模块的控制流程框图； 

图4为本发明的V/F芯片AD650配置电路； 

图5为本发明的涡轮电流采样芯片ACS714； 

图6为本发明的涡轮驱动电路。 

图7为本发明的电流环的模拟量数学模型； 

图8为本发明的电流环在忽略反电势影响后的简化数学模型； 

图9为本发明的电流环采用数字电路后的数学模型； 

图10为本发明速度环的数学模型； 

图11为将电流环设为一个增益为1的比例环节后，速度环的简化模型。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。