KUC711AE101 3BHB004661R0101具有倒相功能的電流功放中進(jìn)行V/I變換

采用勵磁線圈驅(qū)動方法實(shí)現(xiàn)外磁場驅(qū)動軸流式血泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在人工心臟研究過程中，血泵驅(qū)動能源的提供方式是人工心臟研究的關(guān)鍵問題之一。目前的外磁驅(qū)動方式采用體外旋轉(zhuǎn)磁場作為驅(qū)動能源，并通過體外旋轉(zhuǎn)永磁體的旋轉(zhuǎn)來帶動體內(nèi)永磁體的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)非接觸式磁場驅(qū)動。相比常規(guī)的能量傳遞方式，非接觸式磁場驅(qū)動技術(shù)沒有任何經(jīng)皮導(dǎo)線，因而可避免內(nèi)外貫通，從而大大降低了感染機(jī)會，提高了病人的生活質(zhì)量。本文對這種驅(qū)動方式中的外磁驅(qū)動電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。

1、血泵工作原理及交變磁場的產(chǎn)生

1 磁場驅(qū)動軸流式血泵工作原理

植入式血泵的驅(qū)動一般都采用外磁場驅(qū)動，主要原理是：利用體外的旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動血泵內(nèi)永磁體（血泵葉輪部分）的轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到無接觸驅(qū)動。

外磁場驅(qū)動軸流式血泵系統(tǒng)吸取并融合了機(jī)械心臟瓣膜和“軸流式”血泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了動脈腔 內(nèi)的“葉輪-永磁轉(zhuǎn)子體”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及植入方法，從而大大簡化了植入部分的結(jié)構(gòu)。血泵系統(tǒng)腔內(nèi)部分的工作原理采用了與軸流泵葉輪相同的機(jī)制，而驅(qū)動力的產(chǎn)生則通過體外可控交變磁場穿透人體和主動脈壁來驅(qū)動動脈腔內(nèi)的“葉輪-永磁轉(zhuǎn)子體”，以實(shí)現(xiàn)非接觸式動力傳遞，從而避免了密封，滲漏以有人體排異性等一系列傳統(tǒng)泵結(jié)構(gòu)難以克服的工程和醫(yī)學(xué)上的困難。該方案將產(chǎn)生交變驅(qū)動磁場 的“定子”置于體外，故應(yīng)通過傳感器采集相應(yīng)的人體自身信號和周圍環(huán)境信號，并在驅(qū)動控制裝置的控制下，通過適當(dāng)?shù)慕蛔兇艌鱿蝮w內(nèi)傳遞給渦輪的葉輪。在驅(qū)動力的持續(xù)帶動下，血泵可不斷將血液由左心室腔提升到主動脈腔，以達(dá)到心臟輔助的目的。其工作原理示意圖如圖1所示。

交變磁場的產(chǎn)生方法

交變磁場的產(chǎn)生采用勵磁線圈驅(qū)動法，它利用電機(jī)的工作原理將徑向充磁的永磁轉(zhuǎn)子作為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，在永磁體外按90o方向纏繞兩組線圈，通過可變頻脈沖電路分時(shí)驅(qū)動不同的線圈組，以達(dá)到驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的目的。其系統(tǒng)工作原理示意圖如圖。

驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

2.1驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)原理

血泵驅(qū)動電路包括占空比為50%的方波形成電路、雙向勵磁電流驅(qū)動電路以及雙向勵磁電流功放輸出電路等，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 方波形成電路

方波形成電路由555振蕩器構(gòu)成。圖4是由555構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生方波脈沖的電路圖。圖中當(dāng)R1=R2，C=10μF時(shí)，其占空比為50%。

2.3 雙向勵磁電流電路

該血泵驅(qū)動電路采用單電源供電方式，從而避免了實(shí)際應(yīng)用中采用多電源所帶來的方便，并大大簡化了驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)。占空比為50%的方波經(jīng)過4013觸發(fā)器分頻可實(shí)現(xiàn)兩組線圈作用時(shí)間的均勻分配，雙向勵磁電流驅(qū)動電路是血泵驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它將一路方波電壓變成具有差分功能的控制電壓，這兩路控制電壓就是產(chǎn)生雙向勵磁電流的驅(qū)動電壓。圖5給出了雙向勵磁電流驅(qū)動部分的電路原理圖以及電路中各點(diǎn)的電壓波形。

通過圖5中電阻和電容組成的延時(shí)積分電路可防止b、c點(diǎn)輸出電壓波形中出現(xiàn)毛刺。將b、c兩點(diǎn)的電壓波形同時(shí)加到兩個具有倒相功能的電流功放中進(jìn)行V/I變換，就可以在繞阻線圈中得到圖2所示的雙向勵磁電流。

2.4 功率放大電路

功率放大器電路原理圖如圖6所示。該放大器由LF347和OPA552及一些電阻組成。其中LF347與R1、R2、R3、R4、R5構(gòu)成差動輸入減法運(yùn)算放大器，放大倍數(shù)K1=R2/R1Uo= - 2（U1-U2）。OPA552與R6、R7、R8、RW1構(gòu)成了功率放大電路，其放大倍數(shù)K2可調(diào)，K2=（R7+RW1）/R6。該功率放大電路的總放大倍數(shù)為K=K1K2，放大器輸出電壓為：

Uout=K（U1-U2）

其中：K為增益，Uout是加在電動機(jī)兩端的電樞電壓。實(shí)際上，當(dāng)U。為正值時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)U。為負(fù)值時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。LF347和OPA552分別由±12V和±24V電源供電。

PM860K01 3BSE018100R1 ABB 控制器單元 PM860 PM860AK01

KUC720AE01 3BHB003431R0001 ABB DCS控制系統(tǒng) 驅(qū)動單元模塊

ABB CI871 交流 800M 通信接口 CI871K01

KUC711AE101 3BHB004661R0101 ABB DCS控制系統(tǒng) 機(jī)架電源

DSQC202 數(shù)據(jù)輸入模塊 ABB 系統(tǒng)控制單元 PLC模塊

DSPC170 數(shù)據(jù)輸入模塊 ABB 系統(tǒng)控制單元 PLC模塊

ABB 216EA62 1MRB178066R1E 1MRB150083R1E 輸入輸出模塊

CI867 3BSE043661R1 ABB Modbus TCP 接口 通信模塊

ABB 3BHE039203R0101 5SXE12-0184 GVC736CE101 機(jī)器人備件

ABB CP430T-ETH 1SBP260196R1001 控制面板

ABB PU519 3BSE018681R1 RTA板，帶雙通道 PU516

ABB 5SHY4045L0006 IGCT模塊高壓變頻器配件

ABB PM150V08 3BSE009598R1 中央單元模塊控制器

0745745Q ABB 處理器模塊 PLC系統(tǒng) 控制主板

ABB PM866K01 3BSE050198R1 處理器模塊

PM856K01 3BSE018104R1 ABB 處理器單元 控制 PM856 PM856AK01

ABB CI855K01 3BSE018106R1 MB 300 接口 接口模塊

ABB 216EA61b HESG324015R1 KHESG324258R3I發(fā)電機(jī)保護(hù)器模塊

ABB PPD115A102 AC800F PEC變頻器中央處理器

TU810V1 3BSE013230R1 ABB module 模塊底座 緊湊型模塊

ABB PCD231 控制系統(tǒng) 接口板模塊 PCD231B PCD231B101

BC810K02 ABB 模塊卡件 CEX總線互聯(lián)裝置 module

ABB模塊 5SHY4045L0001 3BHB018162R0001 IGCT可控硅主板模塊

ABB PM866K01 3BSE050198R1 處理器單元模塊 控制系統(tǒng)

ABB SCYC51010 58052515G 觸發(fā)脈沖板 SCYC51090 58053899E

ABB SCYC51020 58052582H 觸發(fā)脈沖板 SCYC51040 58052680E

P4LQA HENF209736R0003 ABB 模塊卡件 電氣隔離 module

07AC91 GJR5252300R0101 ABB CPU模塊 module 卡件

ACU-01B 3HNA024871-001/03 模塊控制器 ABB module

REF615C_E ABB module 模塊 REX521GHHPSH50G

5SDF0860H0003 ABB 變頻器 5SHY3545L0016 inverter

SC540 module ABB 子載體模塊 卡件 SC510

S-076N ABB 3BHB009884R0021 工控備件 module

CS513 3BSE000435R1 ABB DCS模塊 控制器系統(tǒng) 備件系統(tǒng)

ABB 5SHY3545L0010 3BHB013088R0001 原裝進(jìn)口 IGCT模塊

CP405 ABB 操作面板 觸摸屏 PLC備件 工控產(chǎn)品

ABB PFTL101A 0.5KN 3BSE004160R1 張力傳感器

3HAC5393-2 ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

SA9923A-E ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

3ASC25H204 ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

3HAC7998-2 ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

CSA463AE ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

UNS0881a-P.V1 3BHB006338R0001 ABB PCB電路板

REM615 HCMJAEADABC2BNN11E ABB 綜合保護(hù)裝置

IS200EROCH1ABB GE 電路板 CPU處理器模塊 電源模塊

5SHY35L4512 ABB 半導(dǎo)體IGCT系列

ABB PFEA112-20 3BSE030369R0020 張力控制器 PFEA112-65

3HAB8101-19 ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

ABB變頻器 ABB控制板SDCS-PIN-4 SDCS-PIN-41

PM783F 3BDH000364R0001 ABB 中央處理器

5SHY35L4510 ABB 半導(dǎo)體IGCT系列

SAFT110 ABB 電絕緣裝置接口 PLC模塊

CM772F 3BDH000368R0001 ABB 信號調(diào)節(jié)模塊

ABB REF542plus 1VCR007346 G0012 綜合保護(hù)器

PM510V16 3BSE011181R ABB CPU處理器 質(zhì)控器模塊

3HAB8859-1/03A ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

CI855 ABB 總線通信接口模塊 CI855K01 控制器AC 800M

瑞士 SCYC51010 ABB 采集卡模塊

ARC093AV1 ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

UAD149 3BHE014135R0011/UAD149A00-0-11 ABB 可編程控制器模塊

CI627? 3BSC980006R213 ABB 總線現(xiàn)場控制器 通信接口

3HAC2493-1 ABB 通訊網(wǎng)關(guān) 控制板 備件模塊

ABB 3BHE042816R0101 PCD244A101 控制柜主處理單元

ABB PPD113 PPD103B101 3BHE020455R0101 3BHE023784R2630 控制器

PFTL101B 5.0KN 3BSE004191R1 ABB 張力傳感器 控制系統(tǒng)

PFSK151 ABB 信號集中器板模塊 控制板 PLC卡件

ABB PFSK152 數(shù)字信號處理板 PFSK151 信號集中器板

ABB KUC321AE HIEE300698R0001 控制板 接口模塊 KUC720AE

ABB UFC760BE1142 3BHE0Q4573R1142 電路板 工控備件

ABB PM803F CPU控制器 電源模塊 AC800系列

ABB SNAT603CNT 61007041 串行接口模塊