CPAP呼吸机对电机控制的需求
用面罩将持续的正压气流送入气道,使用此种方式给氧的机器称为CPAP呼吸机。
为了给氧气加压,通常需要用到一个体积小,转速高的电机。无刷直流(BLDC)电机因其高可靠性、高效率、低维护成本等优点而广泛用于各类呼吸机。
但是呼吸机是医疗设备,对电机控制有较高的性能要求,主要包括以下几方面:
CPAP呼吸机中BLDC电机系统
图1 CPAP呼吸机BLDC电机系统控制框图
NXP电机控制芯片选型参考
NXP呼吸机用BLDC控制案例
KE系列是恩智浦半导体提供的具有高扩展性的Arm Cortex M0+微控制器组合,这个系列拥有强大的外设,其中包含模拟、通信、定时器等,同时也具有多种规格的闪存和引脚。
该系列提供了低功耗、高耐用性和高能效的MCU,适用于入门级的32位解决方案。该系列特别增强了ESD/EMC性能,广泛适用于强电磁干扰环境下对成本、可靠性有较高要求的应用场合。
KE02作为KE系列中的入门级产品,具有较高的性价比。在以下的电机控制方案中,我们以KE02作为具体实现,下图展示了基于KE02的无传感器BLDC控制方案框图:
图2 基于KE02的呼吸机BLDC系统控制框图
其中ADC模块通过FTM init trigger与PWM进行同步,采集直流母线电压和非导通相反电动势来检测过零点,然后使用内部定时器FTM0延时30°电角度后进行换相操作。
由过零点或者换相时刻点之间的时间间隔,计算出当前电机实际转速,以实际转速和采集到的母线电流作为反馈,分别构造了转速控制环和电流控制环调节器,其中转速控制环输出为实际调速占空比,电流控制环输出为转速控制环输出的限幅值。
具体控制方案可以参考官方文档AN4796。
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