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醫(yī)療器械

醫(yī)學(xué)治療儀全數(shù)字式專用變頻器的設(shè)計(jì)(一)

星之球激光 來源:電子電路網(wǎng)2012-05-23 我要評(píng)論(0 )   

前言 醫(yī)學(xué)治療儀的服務(wù)對(duì)象是人,由此決定了對(duì)其傳動(dòng) 控制系統(tǒng) 要求的嚴(yán)格性,尤其是用于治療頸椎病和腰椎間盤突出癥的治療設(shè)備,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性和準(zhǔn)確性提出了 更...

 前言

  醫(yī)學(xué)治療儀的服務(wù)對(duì)象是人,由此決定了對(duì)其傳動(dòng)控制系統(tǒng)要求的嚴(yán)格性,尤其是用于治療頸椎病和腰椎間盤突出癥的治療設(shè)備,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性和準(zhǔn)確性提出了 更高的要求:絕對(duì)不允許失速,不允許越位,且停車準(zhǔn)確。同時(shí)為了簡(jiǎn)化機(jī)械部分的設(shè)計(jì)及減少相關(guān)的傳感器,從機(jī)電一體化的原則考慮,將大部分控制功能由電氣控制來完成。

  治療儀傳動(dòng)系統(tǒng)要求電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在100~250r/min之間,再通過50∶1的機(jī)械減速器減速,傳動(dòng)扭矩》1.5Nm。擺動(dòng)幅度要求為頸椎:±30°~±60°;腰椎:±60°~±100°;起終點(diǎn)均應(yīng)控制在中心位置。轉(zhuǎn)速及擺幅均應(yīng)根據(jù)具體病例可調(diào)。

  2智能化全數(shù)字式專用變頻器的設(shè)計(jì)

 ?。?) 考慮到醫(yī)學(xué)治療儀的特殊要求,為了提高變頻器的工作可靠性和控制精度,采用智能化數(shù)字化設(shè)計(jì),同時(shí)也結(jié)合小型化的特點(diǎn),主功率器件采用日本三菱電機(jī)的 IGBT智能功率模塊(IPM)PM20CSJ060。輸入為單相220V交流,經(jīng)單相全橋整流器整流后供給智能功率模塊,輸出為三相220V交流,接 0.5kW三相異步電動(dòng)機(jī)(改為△接法)。

 ?。?) 采用INTEL公司的16位單片機(jī)80C196KC作為系統(tǒng)CPU,它具有運(yùn)算速度快,精度高,指令功能強(qiáng)等特點(diǎn)。并帶有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器,可以完 成模擬量和數(shù)字量信號(hào)的檢測(cè)??刂七\(yùn)算及數(shù)據(jù)處理,保護(hù)功能的邏輯判斷,給PWM產(chǎn)生電路SA4828送設(shè)定和控制數(shù)據(jù),以及管理鍵盤和數(shù)碼顯示等功能。

  (3)SPWM波發(fā)生器采用英國(guó)MITEL公司 的增強(qiáng)型運(yùn)動(dòng)控制大規(guī)模集成電路SA4828。該芯片作為一種獨(dú)立于微處理器的外設(shè)形式工作,但它可以受控于任何類型的微處理器而幾乎不需要附加任何邏輯 電路。管腳的配置使其能適用于大部分總線格式,包括復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線格式和RD/WR或R/W控制模式。由于僅在改變運(yùn)行狀態(tài)時(shí)需要微處理器的介入, 因此工作時(shí)芯片幾乎不占用CPU的資源。

  SA4828采用全數(shù)字化操作,載波頻率可達(dá)24kHz。內(nèi)部ROM中存有三種可選的輸出電源波形,諧波抑制技術(shù)可減少功率器件的損耗。16位頻率控制精度,三個(gè)獨(dú)立的幅值寄存器可進(jìn)行三相不平衡補(bǔ)償。利用SA4828設(shè)計(jì)的變頻器硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

  3SA4828的功能特點(diǎn)及工作原理

  3.1SA4828管腳圖及管腳功能說明

  SA4828管腳圖如圖2所示。管腳功能說明見表1。

        3.2SA4828內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及工作原理

  

  圖1采用SA4828的變頻器硬件結(jié)構(gòu)框圖

  

  圖2SA4828管腳圖

  圖3SA4828芯片內(nèi)部框圖

  圖3為SA4828的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,從圖中可以看到SA4828主要由三部分構(gòu)成:

 ?。?)接收并存儲(chǔ)微處理器命令(控制字)的部分,它主要由總線控制、總線譯碼、暫存器R0、R1…R5,虛擬寄存器R14、R15及32位初始化寄存器和48位控制寄存器構(gòu)成;

 ?。?)從波形ROMS讀取調(diào)制波形的部分,它由地址發(fā)生器和波形解壓縮緩沖器構(gòu)成;

 ?。?)三相輸出控制電路及輸出脈沖鎖存電路,每相輸出控制電路又由脈沖刪除電路和脈沖延遲電路組成。

  SA4828 芯片具有并行的接口與微處理器進(jìn)行通信。該接口和幾乎所有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器諸如8051、8096、6805、68000和TMS320等兼容而不需要 考慮總線的寬度及增加額外的邏輯電路。大多數(shù)的數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)可分為復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線和獨(dú)立的地址/數(shù)據(jù)總線,而大部分的微處理器不是WR/RD結(jié)構(gòu)就是R/W結(jié)構(gòu);而該芯片設(shè)計(jì)成可以與上述四種組合中的任一種配合使用。通過一個(gè)配置引腳(MUX)和一個(gè)寄存器選擇引腳(RS)的狀態(tài)來區(qū)別所有的總線格式。

  更重要的是,在系統(tǒng)異常情況(過流或過壓)下,一個(gè)緊急關(guān)斷輸入(SETTRIP)能不受微處理器的控制而迅速關(guān)斷所有的PWM輸出,這很好地解決了變頻器的快速保護(hù),避免了因CPU中斷服務(wù)指令周期所造成的延誤。

 

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