Open-source referentieboard versnelt snelle ontwikkeling van medische ventilatoren

Veel medische apparaten vereisen nauwkeurige embedded motion control bij lage snelheden; tijdens de COVID‑19-pandemie werden ventilatoren essentieel voor patiëntenzorg.

Om ventilatorontwerp te versnellen, onthulde Trinamic Motion Control (een Maxim Integrated-dochter) een open-source referentieboard als onderdeel van zijn Trinamic Open‑Source Ventilator (TOSV) initatief. Het TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF board combineert de TMC4671 servo-controller en TMC6100 BLDC-driver in een compacte module. Het ondersteunt 12‑36 V operatie en tot 6 A RMS, wat aan de stroombehoefte van medische ventilatoren en respiratoire systemen voldoet.

Het board bevat een SBC-connector in Raspberry Pi-stijl en ruimte voor een druk-sensor add-on, wat ontwerpcycli versnelt.

Ventilatoren moeten druk, stroom, volume en ademhalingsfrequentie monitoren. Het referentieontwerp bevat een Hall-sensorinterface en connectors voor optionele druk-sensor add-ons. Realtime data kan gevisualiseerd worden op een Raspberry Pi met touchscreen met behulp van Trinamic’s gratis, open-source firmware.

Trinamic’s doel is om te demonstreren dat ventilatoren gebouwd kunnen worden uit gemakkelijk beschikbare componenten, wat supply-chain vertragingen tijdens de pandemie omzeilt. Het bedrijf benadrukt dat het zelf geen ventilatoren produceert, maar een hoogwaardige basis biedt voor medische-apparatenfabrikanten om apparaten snel in massa te produceren.

“Vanaf het begin kozen we een hoge-RPM turbomotor gebaseerd op een BLDC-ontwerp. Gekoppeld met druk- en volumestroomsensoren, stelt de dynamisch gestuurde motor zowel druk-gecontroleerde als stroom-gecontroleerde ventilatiemodi in,” legde founder Michael Randt uit.

Door gebruik te maken van eerdere ervaring met CPAP-turbinebesturing, identificeerde Trinamic de uitdagingen van snelle, dynamische besturing van lage-inductie BLDC-motoren. Het balanceren van hoge schakelfrequentie tegen stroomripple, en de resulterende schakel- en statorverliezen, is cruciaal. De ingesloten TMC4671 servo-controller genereert een 100 kHz PWM en stroom-besturingsklok onafhankelijk van de microcontroller. Dit verlaagt systeemstroomverbruik met tot 15% ten opzichte van een 25 kHz frequentie, zonder prestatieverlies.

Een add-on board voor I²C en analoge sensoren ondersteunt druksensoren van meerdere fabrikanten. De TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF kan in een single-board computer worden gestoken om toegang te krijgen tot de gebruikersinterface en high-level controlefuncties; in het TOSV-project werd een Raspberry Pi met touchscreen-display gebruikt.

Het volledig open-source referentieboard, uitgebracht mid-juli, bevat hardware-schema’s, firmware en software, allemaal gelicenseerd onder de MIT-licentie.