医用呼吸机DC-DC24V稳压电源模块设计原理
医用呼吸机通常运用24 V直流稳压电源模块，当沟通电网掉电时，医用呼吸机无直流电源模块供应，然后形成呼吸机无法正常作业;而通常短延时的UPS电源模块在电网掉电时，最长供应应负载的电源模块，也只能坚持30分钟摆布，这对正在运用呼吸机的患者来说是远远不够的。并且通常的UPS电源模块报价较贵，病患家庭难以承受如此昂扬的费用。为了解决这一问题，有必要规划一种使用于呼吸机的廉价、不间断电源模块。经过规划一种变换开关，当电网长时间掉电的情况下，主动变换为蓄电池供电，把蓄电池中的直流能量变换成一种能长时间不间断供应的直流稳压电源模块来供应呼吸机正常作业，然后到达以低价的本钱就能保持患者生命的意图。
一、总体规划
平常呼吸机由市电驱动作业，在沟通电网断电时，对比器电路主动检测到断电直流压降，输出一个低电平信号，在设定的时刻内，经过一级延时、自锁器、二级延时电路送给驱动器，驱动器执行开关变换动作，将呼吸机转为由电池组1供电;当电池组1长时间作业，电压降至预订值时，对比器电路检测到预订值压降，输出一个低电平信号，在设定的时刻内，经过一级延时、自锁器、二级延时电路送给驱动器，驱动器执行开关变换动作，将呼吸机作业于电池1转为由电池组2供电;这么可以确保呼吸机在沟通电网断电后有较长的作业时刻。
这一作业方案总体规划，它由对比器、一级延时、自锁器、二级延时、驱动器、呼吸机、市电以及电池组1和电池组2所构成。
二、元器件特性
2.1 LM339对比器
LM339由4组独立的精密电压对比器构成，具有低失调电压的特色。它特别为在较大的电压规模内单电源模块作业而规划，最大可在36 V直流下作业，但也可在双电源模块电压下作业，最大+18 V直流电源模块下作业。每一片LM339芯片内由4个对比器构成，每个对比器由一对同相输入端Q1和反相输入端Q4和一个输出端Q8构成;由图中可见，LM339输出是发射极接地NPN晶体管的集电极开路方式。集电极互连供应输出“或”功用。输出上拉电阻可衔接任何电源模块电压，输出管吸入电流受有用驱动量和β的影响。到达最大约束电流(大约16 mA)，输出管要退出饱满，输出电压很快上升。
2.2 零状况呼应
设电容在某刹那间t0，而在t0之前刹那间(to-)电路未加电压输入，并且本身电压处于零状况;在t0刹那间电路加上输入，由此而致使的呼应界说为电路的零状况呼应。因而，零状况呼应是只是由于输入所致使的。零状况呼应与输入有关。在安稳输入直流电源模块效果下，电路内的物理进程实质上是电容动态元件的储能从无到有的添加进程。因而，对RC电路来说，跟着电容储能的添加，电容电压uc(t)也按指数规则在添加。其间uc(∞)为电容电压的稳态值(t=∞时的数值)，τ=RC。在t=∞时，电容相当于开路，可由此算出uc(∞)，它与输入电源模块有关。当uc(t)、uc(∞)、τ=RC确守时，就可以断定电容充电的时刻长短。两头取对数，得
三 电路规划
3.1 对比器
图3的B1是对比器，在它的反相端4脚由电阻R2、二极管D5和发光二极管F1构成参数稳压器，在电源模块电压24 V时，使B1的4脚箝位在2.9 V电压，这时F1发光二极管正常发光，它有2个效果，第一个效果，起箝位电压效果，第二个起指示24 V电压正常供电的效果，其正常发光时电流为10mA摆布。在B1对比器的同相端5脚由电阻R1、电位器W1和电阻R3构成串联分压器，经过调理W1，其分压规模在3.2～1.6 V规模。B1对比器的输出端2脚，由图2可知，LM339内部Q8是发射极接地NPN晶体管的集电极开路OC门方式，R4是其上拉电阻，R4接电容C1，当对比器输出高电平常，由于2脚是OC门方式，R4和C1构成串联电路，C1电容无法充电，当2脚输出低电平常，LM339内部Q8晶体管导通，R4和C1构成串联电路，C1这时开端充电。详细2脚是输出高电平仍是低电平，是由B1对比器的4脚和5脚电压决议的，当5脚电压高于4脚电压，就输出高电平;当5脚电压低于4脚电压就输出低电平，完结电压对比的效果;由于B1对比器的5脚电压分压是在3.2～1.6 V规模，彻底掩盖B1对比器4脚电压2.9 V，所以当5脚电压高于2.9 V，2脚就输出高电平，当5脚低于2.9 V，2脚就输出低电平，这一电平的输出，为后续的延时电路做准备。
3.2 一级延时电路
由于呼吸机在电源模块变换进程中，需求牢靠地变换，所以需求加延时电路。在对比器B1的2脚为开路状况时，晶体三极管T1是处于截止状况的，所以C1是无法充电的，只有当对比器B1的2脚为低电平常，由C1和R4构成的串联电路，C1开端由零状况开端充电，当电容充电到0.7 V时，晶体管T1开端导通，跟着C1充电电压不断地添加，经过T1射极跟从，R6上电压不断地添加，这意味着R6上的电流不断地添加，R6上的电流不断地添加，又致使风上的电压不断地添加，直到R5上的电压到达2 V电压，这个电压被F2发光二极管箝位在2 V。电容C1充电电压按6公式指数曲线添加。
呼吸机需求直流24 V电压供电，呼吸机在翻开电源模块开关K1时，由于内部有滤波电容，在发动本身电源模块时，有一个很大的浪涌电流，形成供应电源模块电压降低到10 V，大约延时2 s才回到24 V安稳电压。由于电源模块下降到10 V，这10 V的电压，经过R1、W1、R3的分压，对比器B1的5脚在W1的上端分压得到1.334V电压，这一电压比对比器B1的4脚电压低，形成对比器B1的2脚输出低电平，发动后续C1和R4一级延时电路，依据呼吸机在发动时这一特色，所以延时时刻有必要大于2 s，才不至于后续电路发生误动作。
3.3 自锁电路
由于发光二极管F2导通时被箝位在2 V，此2 V电压把对比器B2的6脚、B3的10脚、B4的8脚箝位在2 V，而对比器B2的7脚、B3的11脚、B4的9脚被D6箝位在0.7 V，这说明B2、B3、B4反相端的电位都大于B2、B3、B4同相端的电位，此刻，B2、B3、B4输出都一起处于导通状况。这时即便对比器B1的2脚假如处于开路状况也不影响B2、B3对比器输出的导通状况，由于C1和R4串联可以经过B2、B3导通状况对C1进行充电，C1的充电又加快R6上电压的添加，R6上的电流也跟着添加，直到T1到达导通，这一进程是一个正反馈进程，此刻电路处于自锁状况，也就是说，对比器B1输入端的任何电压改变，其2脚输出改变都不会影响后续电路。
3.4 二级延时电路
一旦自锁电路处于自锁时，二级延时电路就开端延时，二级延时电路由C2和R8所构成，由于自锁时，对比器B4的14脚，处于导通状况，这给C2和R8供应了充电的回路，当C2上的电压充电到必定电压时，T2晶体管开端导通，但还不是彻底导通，由于跟着C2上的电压充电，T2的发射极上的电流是跟着C2上的电压添加而添加的，最终到达导通。其充电的时刻，依据上面式(2)计算。
3.5 驱动器
驱动器是由电阻R10、T3中功率晶体管3DA87以及继电器J1和J2构成，当三体管T2导通时，经过3DA87进一步电流扩大得到一个可以使继电器吸合的作业电流，由于J1和J2是相同类型的继电器并联，则两继电器一起被驱动，把E1和E2直流电源模块切换到E3和E4电源模块，电阻R9是为了避免三体管T2在截止状况时由于有一个穿透电流ICEC。这一穿透电流很容易被三极管3DA87扩大，致使三极管3DA87导通发生误动作，为了避免这一景象，所以在T2的集电极到地之间接一个R9电阻，降低对T3的影响，穿透电流在R9上树立的电压不足以翻开3DA87三极管，图3中凡的效果同R9的效果是相同的。
3.6 一级延时时刻和二级延时时刻计算
呼吸机正常作业时，作业电压是24 V，当下降到21 V电压时，呼吸机也许作业就不安稳，所以有必要变换到E3和E4的24 V电压上。当电池E1和E2作业了很长一段时刻，电压下降到21 V，就也许形成对比器B1的5脚电压小于4脚电压，发动对比器B1的2脚输出低电平。为C1和R4一级延时电路做准备，延时电路发动，致使电路自锁。
自锁器是在R5电压大于0.7 V电压时开端自锁的，当R5电压在0.7 V时，其上电流为0.7 mA，这时，R6上的2 K电阻可取得1.2 V的电压，经过T1管发射极到基极PN结0.7 V电压，在C1电容上，可得到充电电压2.1 V电压，依据式(2)一级延时时刻：驱动器是在C2充电到0.7 V电压时才开端作业的，所以二级延时时刻：从以上计算看出，搅扰小于3 s，电路不会自锁，大于3秒电路会自锁，从电压降到21 V到继电器J1和J2牢靠变换，需5 s时刻，这么就确保了呼吸机变换开关的牢靠性。
3.7 整机作业原理与电路调试
第一步：调理W1电位器，把滑动端调到最上端，接通沟通220 V电压，这时D8负端取得24 V直流电压，F1发光二极管发光，指示24V,电源模块www.gztoppower.com.现已上电。接通呼吸机开关K1，呼吸机取得24 V直流电压。接着接通K开关，E1和E2串联24 V电池电压经过D3和D4被接入电路，此刻，呼吸机取得的电压是由D8和D3输出来决议的，当D8输出的对地电压高于D3输出的对地电压时，D3反相偏置而截止，呼吸机取得的作业电压就由电网供应的能量来决议，反之，就由电池供应能量。
第二步：断开市电，使D8输出为0 V，此刻，呼吸机由E1和E2电池供应电压24 V。
第三步：调理W1电位器滑动端到最下端，此点电压比对比器B1的4脚电压低，此刻，对比器B1的2脚输出低电平，接着C1和R4延时充电，随后把T1接通，在R5上树立2V电压，此电压大于D6电压，经过对比，使B2、B3、B4输出低电平，C1和R4持续充电，此进程是一个正反馈进程，把对比器2脚锁死，即便对比器2脚改变也不会影响C1和R4持续充电。电路自锁后，经过C2和R8持续延时充电，打通晶体管T2和T3，T3驱动J1和J2线包，继电器J1和J2常闭点2和4刹那间接通J1和J2常开点1和3，把串联E3和E4电池接入电路，供应应呼吸机24 V电源模块。为了指示电池电压变换成功，在继电器J1的常闭开关中，接一R12和F3串联支路，当开关变换成功后，24 V加在该串联支路上，发光二极管F3发光，表示开关变换成功。
电路中D1和D2是降压二极管，由于电动摩托车4节电瓶在充溢电压时，电压可到达51 V直流电压，为了在呼吸机上得到24 V的直流电压，所以要用D1和D2来进行降压。电路中K是双刀双掷开关，当开关K按下时，常开点闭合，接通电源模块，一起C1两头的常闭点断开，C1和R4延时充电;当开关K断开时，电源模块断开，C1两头被闭合，C1放电。
四、结束语
呼吸机变换开关相当于一台UPS电源模块，但从作业原理上又不同于UPS电源模块，UPS电源模块在电网断电时，供应的是沟通220 V电压。而呼吸机变换开关在电网断电时，给负载供应的是长时间的直流电压，此电压由电动摩托车电池替代，所以呼吸机在电网断电的情况下能长时间作业。依据这一作业原理，它可用在当电网断电时，需求直流作业的任何额外电压负载，所以它有着很广泛的使用。从长时间使用中，它作业安稳牢靠。 了解更多电源模块信息请点击http://www.gztoppower.com/news/industry.html 广州顶源电子科技有限公司 地 址：广东省广州市天河区科学城敬业三街7号玉树工业园D栋 电 话：020-82019000 传 真：020-82019111 邮 箱：sales@gztoppower.com 网 站：http://www.gztoppower.com
