Opensource-referentiebord richt zich op snelle inzet van medische ventilatoren

Veel medische apparaten hebben nauwkeurige, ingebouwde bewegingsbesturing nodig bij lage snelheid, en in het tijdperk van Covid-19 zijn medische ventilatoren een van de onderdelen van de medische apparatuur waar veel vraag naar is voor de behandeling van patiënten.

Om dit aan te pakken, heeft Trinamic Motion Control (onderdeel van Maxim Integrated) een open-source referentiekaart uitgebracht om het ontwerp van medische ventilatoren te versnellen, als onderdeel van het Trinamic Open-Source Ventilator (TOSV)-project. Het resulterende TMC4671+TMC6100-TOSV-REF referentie-ontwerpbord met zowel hardware als software als open-source, combineert de TMC4671- en TMC6100-apparaten in een compacte module. De BLDC-servodriver is geschikt voor 12 tot 36V met maximaal 6A RMS voor medische ventilatoren of beademingssystemen. Om ontwerpcycli nog verder te versnellen, heeft de open-sourcemodule een SBC-connector in Raspberry Pi-stijl en ruimte voor een uitbreidingskaart voor een druksensor.

Aangezien automatische ventilatoren moeten zijn uitgerust met de juiste sensortechnologie om veranderingen te bewaken en hierop te reageren, zoals drukstroom, volume en ademhalingsfrequentie, wordt de module geleverd met een Hall-sensorinterface en connectoren voor een optionele uitbreidingskaart voor druksensoren. Deze gegevens kunnen direct worden gevisualiseerd op een Raspberry Pi met touchscreen met behulp van de gratis, open-source firmware die is ontwikkeld voor de referentie-ontwerpmodule door Trinamic.

Het bedrijf zei dat het doel met dit referentieontwerp is om ingenieurs te laten zien hoe medische ventilatoren kunnen worden gebouwd met behulp van gemakkelijk verkrijgbare componenten, waarbij de langere doorlooptijden van traditionele componenten tijdens de Covid-19-crisis worden omzeild. Trinamic benadrukt dat het niet haar doel is om medische ventilatoren te produceren, maar om iets aan te bieden dat hoogwaardige ventilatie biedt die op korte termijn in massaproductie kan worden genomen door bedrijven in medische apparatuur.

De oprichter van Trinamic, Michael Randt, legt uit:“Vanaf het begin hebben we besloten om een ​​turbinemotor met hoog toerental te gebruiken op basis van een BLDC-motor. Samen met druk- en volumestroomsensoren maakt de dynamisch gestuurde motor zowel drukgestuurde als stroomgestuurde ventilatiemodi mogelijk.”

Op basis van eerdere ervaring met de besturing van CPAP-turbines (continuous positive airway pressure), zei Trinamic dat één ding duidelijk was:snelle en dynamische besturing van BLDC-motoren met lage inductie kan een uitzonderlijke uitdaging zijn. Het vereist een zorgvuldige afweging van de afweging tussen hoge schakelfrequentie en stroomrimpelingen en hun daaruit voortvloeiende schakel- en statorverliezen. Met zijn ingebedde TMC4671 servocontroller-IC genereert de module een PWM-frequentie en stroomcontrollerklok van 100 kHz, onafhankelijk van de microcontroller. Hiermee wordt het stroomverbruik van het systeem verminderd, zonder prestatieverlies, tot 15 procent in vergelijking met een frequentie van 25 kHz.

Een add-on board voor I2C en analoge sensoren maakt ondersteuning voor druksensoren van verschillende fabrikanten mogelijk. De TMC4671+TMC6100-TOSV-REF kan worden aangesloten op een computer met één bord om toegang te krijgen tot de gebruikersinterface en hoogwaardige besturingsfuncties. In het geval van het TOSV-project werd een Raspberry Pi met touchscreen-display gebruikt.

Het volledig open source referentiebord TMC4671+TMC6100-TOSV-REF is beschikbaar vanaf half juli. Alle hardware, firmware en software is open-source onder de MIT-licentie.