
CPAP呼吸機對電機控制的需求
用面罩將持續的正壓氣流送入氣道,使用此種方式給氧的機器稱為CPAP呼吸機。
為了給氧氣加壓,通常需要用到一個體積小,轉速高的電機。無刷直流(BLDC)電機因其高可靠性、高效率、低維護成本等優點而廣泛用于各類呼吸機。
但是呼吸機是醫療設備,對電機控制有較高的性能要求,主要包括以下幾方面:

CPAP呼吸機中BLDC電機系統

圖1 CPAP呼吸機BLDC電機系統控制框圖
NXP電機控制芯片選型參考

NXP呼吸機用BLDC控制案例
KE系列是恩智浦半導體提供的具有高擴展性的Arm Cortex M0+微控制器組合,這個系列擁有強大的外設,其中包含模擬、通信、定時器等,同時也具有多種規格的閃存和引腳。
該系列提供了低功耗、高耐用性和高能效的MCU,適用于入門級的32位解決方案。該系列特別增強了ESD/EMC性能,廣泛適用于強電磁干擾環境下對成本、可靠性有較高要求的應用場合。
KE02作為KE系列中的入門級產品,具有較高的性價比。在以下的電機控制方案中,我們以KE02作為具體實現,下圖展示了基于KE02的無傳感器BLDC控制方案框圖:

圖2 基于KE02的呼吸機BLDC系統控制框圖
其中ADC模塊通過FTM init trigger與PWM進行同步,采集直流母線電壓和非導通相反電動勢來檢測過零點,然后使用內部定時器FTM0延時30°電角度后進行換相操作。
由過零點或者換相時刻點之間的時間間隔,計算出當前電機實際轉速,以實際轉速和采集到的母線電流作為反饋,分別構造了轉速控制環和電流控制環調節器,其中轉速控制環輸出為實際調速占空比,電流控制環輸出為轉速控制環輸出的限幅值。
具體控制方案可以參考官方文檔AN4796。
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