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[经验] 疫情下 医疗呼吸机 IC 与系统设计

2020-4-27 14:45:57  346 呼吸机
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自动化医疗呼吸机,无需操作员持续介入操作,便可实现安全的预期工作,为此需要具备三种基本组件:

  • 输入能量的电源,用于驱动装置
  • 电机和电机控制系统,用于将输入能量转化为压力和气流输出能量,以调节呼吸的时间和频率
  • 控制系统/控制器,用于监控医疗呼吸机的输出性能以及患者的状况,以了解患者是否有进行呼吸


                                                  什么是医疗呼吸机?
              
呼吸机的用途为以机械方式向肺部输入气体和排出气体,以断续或持续地辅助或控制肺部换气。该装置也可用于控制人体含氧量,例如,在手术期间,当失血导致患者体内缺氧或缺乏足够的氧气时,可以使用该装置;应尽量减少人为介入。
传感器和微控制器:在一些呼吸活动期间,肺部的绝对容积和肺部气体容积变化是最常见的呼吸指标。这需要使用一组传感器,以感测压力、容积和流量。传感器信息可调节微控制器的操作。基于传感器信息,微控制器 (MCU) 可控制 呼吸机泵的电机系统。
警报系统:警报系统是呼吸机装置的一个重要组成部分,该系统能提供患者参数,例如呼气容积或气道压力。换气系统必须能检测患者的呼吸活动。微控制器 (MCU) 通过传感器对呼吸气流和压力的变化进行测量。如在某个时间段内没有检测到吸气,监测器将发出警报。所设置的条件具体取决于每个系统。在不同的警报情形中,音频放大器用于通知相关内容,可对 PWM 周期进行编程,以发出警报。
门控:气动系统有两种气源 - 氧气和空气气源,由加压罐或压缩机供应。这两种气源由两个输入阀进行调节,以控制气罐的气体混合比例,在气罐中气体混合保持在某种压力限制范围内。如混合比例正确,处于正确的压力范围内,系统将把这种气体输给患者,以控制呼吸。肺部通过伸缩释放多余的压力,这称为被动式呼气,呼出的气体通常通过患者环路中的一个单向阀释放出去。


高端呼吸装置运用于急症监护呼吸支持系统,可供成人、儿童和婴幼儿使用。这种装置具有高换气性能、综合型监测功能,并兼具有效治疗功能。 广泛的治疗方案助力监控和满足几乎任何急性疾病患者的需求。这些方案包括低流速压力-低容积 (PV) 环操作、通过远程界面或按钮调节压力设置、通过软件帮助患者逐渐脱离使用呼吸机等功能。              
高端呼吸装置运用于急症监护呼吸支持系统,可供成人、儿童和婴幼儿使用。这种装置具有高换气性能、综合型监测功能,并兼具有效治疗功能。
广泛的治疗方案助力监控和满足几乎任何急性疾病患者的需求。这些方案包括低流速压力-低容积 (PV) 环操作、通过远程界面或按钮调节压力设置、通过软件帮助患者逐渐脱离使用呼吸机等功能。
智能型互联系统有助于管理患者接口渗漏问题。智能型医疗呼吸机装置可识别渗漏问题,并通过调节吸气触发器和终止点来解决渗漏问题,从而保持理想的同步状态。在(重症监护室外)运输期间,也需要确保呼吸支持和患者监测功能不受影响。因此采用电池为该装置提供所需的电力。
如突然出现电网电压损失的情况,不间断电源 (UPS) 系统 能提供备用电源,以确保持续提供气流,并对患者进行监测。此外,不间断电源也用于支持通信网络,这样便在需要时可随时访问患者数据。

              

鼓风机装置:无刷直流电机控制                                    

在鼓风机装置中,无刷直流电机 (BLDC) 为该装置驱动系统的基础元件。这些装置的设计需要耐受极端工作条件(甚至是高温条件,因为杀菌流程在 134°C 下进行),并具有高可靠性、精准的功能、以及较长的使用寿命。运行非常顺畅、噪音低、性能高、尺寸小、使用灵活均是这些装置的典型特征。小尺寸电力系统对于移动式呼吸机的设计而言,至关重要。电机控制要求鼓风机以毫秒为单位精准加速,并可迅速减速,以适应患者的呼吸活动和肺部功能。
英飞凌的无刷直流电机 (BLDC) 产品配有电源开关、微控制器、专用的电机控制 IC、栅极驱动器和传感器。
            
                            


利用英飞凌电源 IC、以及 800 V CoolMOS™ P7,可实现电源、充电器和适配器应用、以及控制器整体设计。准谐振反激式拓扑可减少开关损耗,允许采用更高的功率密度设计,降低辐射和传导发射,45W 评估板中展示了该拓扑技术。这种评估板展示了 45 W 通用型输入隔离反激式原理图,利用ICE2QS03G控制器和 P7 MOSFET 实现 19 V 输出。查看有关评估板、原理图和测试结果的所有内容。

如何对电池供电型装置和充电器系统进行验证?              
假冒产品会严重影响产品最终使用,并可能令系统制造商和原始设备制造商(OEM)生产的设备受损。因此,对于制造商而言,采取措施来保护其产品和品牌变得越来越重要。.
OPtiGA Trust B是一款强大的加密解决方案,对要求具有易于集成、可靠的身份验证功能的嵌入式系统而言,十分适用。这款安全解决方案旨在帮助系统和设备制造商对其原始产品的真实性、完整性和安全性进行保护。作为交钥匙式解决方案,它具有加强型保护功能,可阻止售后市场出现利用虚假产品进行更换,从而助力维护原始设备制造商 (OEM) 产品真实性,并确保给用户带来满意体验。
利用OPTIGA TRUST X SLS 32AIA提高互联/IoT 装置的安全性。OPTIGA™ Trust X 可减少集成工作量,且易于使用,因此它已成为那些缺乏安全专家人才,同时又想快速进入市场的客户的理想选择。这款优异的安全解决方案提高了性能,并降低功率损耗。可用于非富集操作系统,也可以采用紧凑型封装。这种方案支持新功能和商业模式,可帮助客户的产品在市场上脱颖而出,保持竞争优势。
XMCOPTIGA Trust的灵活组合可降低部署验证功能的研发成本。
               






王栋春 2020-4-27 21:34:07
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