專利名稱：一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及麻醉機中電磁閥流量控制領域，尤其涉及一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置及方法。
背景技術：
麻醉機中通常采用電磁閥來精確控制氣體、液體的流量，電磁閥由電磁線圈和磁芯組成，是包含一個或幾個孔的閥體。當電磁線圈通電或斷電時，磁芯的運轉將導致流體通過閥體或被切斷，以達到改變流體方向的目的。為了保證麻醉機中電磁閥流量的大小穩定，通常由恒流源電路進行控制。恒流源電路，也叫作電流反射鏡電路，恒流源的實質是利用器件對電流進行反饋，動態調節設備的供電狀態，從而使得電流趨于恒定。恒流源電路就是要能夠提供一個穩定的電流以保證其它電路穩定工作，即要求輸出恒定電流，因此作為輸出級的器件應該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態的BJT或者MOSFET來實現。理想的恒流源具有以下特點:a)不因負載(輸出電壓)變化而改變；b)不因環境溫度變化而改變；c)內阻為無限大(以使其電流可以全部流出到外面)。圖1為采用MOSFET管的恒流源電路，該恒流源電路還具有低噪聲的特點。參見圖2，為現有技術中采用恒流源控制電磁閥流量的一種方式。其中，控制器通過DA轉換輸出一路模擬信號，通過該模擬信號直接控制一恒流源電路，該模擬信號的大小與恒流源電流成正比。也就是說，通過DA輸出的模擬信號，控制了流過電磁閥的電流，從而控制了電磁閥的流量。參見圖3，為現有技術中采用恒流源控制電磁閥流量的另一種方式。其中，控制器CTRL端輸出一控制信號，通過隔離電路控制一串接在電路中的MOS管，此處MOS管作為一個控制主回路的開關；控制器通過DA轉換輸出一路模擬電壓信號直接控制一恒流源電路，該模擬電壓信號的大小與恒流源電流成正比。MOS管為電壓控制元件，當柵源電壓達到導通值時，MOS管打開，電流流過，否則，回路處于截止狀態。該種實施方式即使恒流源電路發生了擊穿，通過這個開關也能控制電流不流過。比較上述兩種恒流源控制電磁閥流量的方式，前者由于是DA輸出直接控制恒流源，如果恒流源電路擊穿，則電磁閥將發生短路，不受控，可靠性較差，存在單一故障的風險；后者雖然在設計上避免了單一故障的風險，但由于采取了 MOS管來控制，電流流經MOS管會有一定的管壓降，而且如果MOS管工作在放大區會影響到恒流源電路的穩定，同時MOS管也會發熱，從而對電磁閥流量的控制精度產生影響。為了更好的實現對電磁閥流量的控制，本發明提出一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置及方法。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺陷和不足，提供一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置及方法，該裝置通過控制電源芯片是否輸出電壓信號給電磁閥來控制整個電路的工作狀態，降低了現有技術中可能存在的單一故障風險及由MOS管作為開關存在的管壓降及管發熱問題。為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的:一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置，所述裝置包括信號產生控制器電路、電源芯片、電磁閥、恒流源電路和電源芯片輸入控制電路，其中，電源芯片輸入控制電路用于將信號產生控制器電路輸出的信號傳輸到電源芯片，電源芯片輸出電壓到電磁閥，信號產生控制器電路還通過控制信號與恒流源之間的比例關系直接控制恒流源電流大小，從而實現恒流源對電磁閥流量的控制。進一步的，信號產生控制器電路具有使能控制端，電源芯片具有使能控制端，電源芯片輸入控制電路包括隔離保護電路。進一步的，隔離保護電路包括光電耦合器，信號產生控制器電路產生的使能信號通過光電耦合器連接到電源芯片的使能控制端。進一步的，電源芯片輸入控制電路包括功率開關管或繼電器，用于控制電源芯片的輸入信號。進一步的，所述電路用于比例閥、開關電磁閥及工業控制。本發明還公開一種基于所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置的控制方法，包括如下步驟:S1:信號產生控制器電路產生控制信號,控制電源芯片輸出電壓到電磁閥；S2:信號產生控制器電路輸出模擬信號控制恒流源電流大小；S3:恒流源電流大小控制電磁閥流量大小。進一步的，步驟SI中信號產生控制器電路產生的控制信號由電源芯片輸入控制電路控制電源芯片輸出電壓到電磁閥。進一步的，信號產生控制器電路產生使能信號由光耦隔離電路連接到電源芯片使倉泛考每。進一步的，信號產生控制器電路產生控制信號由功率開關管或繼電器連接到電源芯片輸入端。進一步的，步驟S2中信號產生控制器電路輸出模擬電壓信號，根據電壓與恒流源電流成正比關系控制恒流源大小。本發明公開一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置及方法，通過光電耦合隔離電路控制電源芯片使能端或者通過功率開關管、繼電器控制電源芯片的輸出電壓到電磁閥，從而控制整個裝置的工作狀態，降低了現有技術中存在的單一故障的風險，消除了采用MOS管作為控制電源開關的管壓降及發熱問題。該裝置結構簡單，采用光耦隔離保護更安全，該裝置控制精度高，可應用于工業控制方面。
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。圖1為恒流源電路；圖2為現有技術中采用恒流源控制電磁閥的一種方式；
圖3為現有技術中采用恒流源控制電磁閥的另一種方式；圖4為本發明麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置原理框圖；圖5為本發明麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置的一種具體實施例。圖6為本發明麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置方法框圖。
具體實施例方式
本發明的技術原理:通過控制電源芯片是否輸出電壓信號給電磁閥來控制整個裝置的工作狀態。當采用的電源芯片具有使能信號控制端時，使能信號可以控制電源芯片是否有輸出，通過信號產生控制器電路輸出一控制電磁閥供電電源的使能信號，可使電源芯片輸出可控。電源使能信號有效，電源芯片輸出電壓給電磁閥供電，使能信號無效，電源芯片不輸出電壓。當采用的電源芯片不具有使能控制端時，通過功率開關管或繼電器來控制電源芯片輸出。功率開關管能承受較大電流，漏電流較小，在一定條件下具有較好飽和導通及截止特性，一般不考慮其放大特性。繼電器是一種電控制器件，當輸入量(如電壓、電流、溫度等)達到規定值時，繼電器控制輸出電路的導通或斷開。也就是說當信號產生控制器電路輸出的控制信號達到功率開關管的導通值或繼電器的規定值時，電源芯片輸出電壓給電磁閥供電，否則，電源芯片不輸出電壓。本發明的實施方案即使發生恒流源電路擊穿也能有效控制電磁閥的關斷，而且沒有MOS管的電壓降與發熱問題。以下結合具體實施方式
和附圖對本發明技術方案作詳細說明。參見圖4，為本發明麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置原理框圖。該裝置包括信號產生控制器電路、電源芯片、電磁閥、恒流源電路和電源芯片輸入控制電路，其中，電源芯片輸入控制電路包括光耦隔離電路、功率開關管、繼電器等，電源芯片輸入控制電路用于將信號產生控制器電路輸出的信號傳輸到電源芯片，電源芯片輸入控制電路的狀態決定了電源芯片是否有輸出電壓到電磁閥。當采用的電源芯片具有使能信號控制端時，使能信號可以控制電源芯片是否有輸出，通過信號產生控制器電路輸出一控制電磁閥供電電源的使能信號，可使電源芯片輸出可控。電源使能信號有效，電源芯片輸出電壓給電磁閥供電，使能信號無效，電源芯片不輸出電壓。當采用的電源芯片不具有使能控制端時，通過功率開關管或繼電器來控制電源芯片輸出。功率開關管能承受較大電流，漏電流較小，在一定條件下具有較好飽和導通及截止特性，一般不考慮其放大特性。繼電器是一種電控制器件，當輸入量(如電壓、電流、溫度等)達到規定值時，繼電器控制輸出電路的導通或斷開。也就是說當信號產生控制器電路輸出的控制信號達到功率開關管的導通值或繼電器的規定值時，電源芯片輸出電壓給電磁閥供電，否則，電源芯片不輸出電壓。信號產生控制器電路還輸出一路模擬電壓信號直接控制恒流源電流，根據模擬電壓信號與恒流源電流成正比的關系，直接控制恒流源電流大小，從而實現恒流源對電磁閥流量的控制。
信號產生控制器電路由可編程邏輯器件及其輔助電路組成，本方案中涉及控制器的一路輸出控制信號經電源芯片輸入控制電路控制電源芯片的輸出電壓，另一路輸出模擬信號控制恒流源電流。恒流源電路圖1示出了一種具體的電路結構，根據不同的設計要求所采用的恒流源電路不同。圖1所示電路具有良好的低噪聲優點，對于噪聲有要求的場合適合選用該電路；當將FET晶體管由三極管代替時，恒流源適用于使用運放，對精度要求高的場合；在電路中與三極管并聯一穩壓管時，可以不用運放，電路結構簡單且控制精度高。無論采用哪種恒流源電路，可根據具體的設計要求進行最優選擇。參見圖5，為本發明麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置的一種具體實施例。該裝置包括信號產生控制器電路1、電源芯片2、電磁閥3、恒流源電路4和電源芯片輸入控制電路5。采用該裝置可實現通過控制電源芯片是否輸出電壓信號給電磁閥來控制整個裝置的工作狀態。信號產生控制器電路I輸出兩路控制信號，控制信號I輸出為模擬電壓信號，模擬電壓與恒流源電流成正比關系，因此通過控制輸出模擬電壓信號的大小可以控制恒流源電流大小，由恒流源電流大小可精確控制電磁閥流過的氣體流量大小；控制信號2輸出使能信號，該使能信號通過電源芯片輸入控制電路5傳輸到電源芯片2的輸入端或使能端，通過電源芯片輸入控制電路的狀態達到控制電源芯片是否有電壓輸出給電磁閥，從而控制整個裝置的工作狀態。電磁閥3具有輸入端口和輸出端口，輸入端口與電源芯片2的輸出連接，輸出端口與恒流源電路4的輸出端連接，此處電源芯片2的輸出電壓控制整個回路的工作狀態，恒流源電路4的電流大小控制電磁閥供給呼吸機中潮氣量大小,從而使病人觸發通氣時呼吸氣流大小可控。此外，與電磁閥還并聯有肖特基二極管及防沖擊電路，所述防沖擊電路可以為電阻與電容串聯電路。在本技術方案中電磁閥采用開關量控制，當電磁閥開或關的過程中，電流的突然變化會使回路中產生很強的反向感應電動勢，對回路中其它元件有影響，為了避免這種現象的出現，在電磁閥電路中并聯肖特基二極管及防沖擊電路，使產生的感應電動勢完全消耗在肖特基二極管及防沖擊電路上，從而起到延時泄放電能或磁場能的作用，減少對其他元器件造成影響。恒流源電路4采用MOSFET晶體管，該晶體管具有飽和輸出電流的伏安特性。該恒流源電路包括型號為0PA296的放大器、MOSFET晶體管、濾波電容CC7、反饋電容CC8、電容CClO及若干電阻。恒流源電路4的輸入信號為信號產生控制器I輸出的經濾波電容CC7將干擾濾除后的模擬電壓信號，恒流源電路4的輸出通過MOSFET晶體管源極輸出到電磁閥的恒定電流，其中信號產生控制器輸出的模擬電壓為恒定電壓值，從而保證恒流源輸出恒定電流。電源芯片輸入控制電路5將信號產生控制器電路I輸出的使能信號耦合隔離傳輸到電源芯片2的使能端，電源芯片2的使能端為高電平使能，該電路采用高電平觸發光電耦合器進行信號稱合傳輸。光電耦合器件是把發光器件和光敏器件組裝在一起，通過光線實現耦合構成電-光和光-電的轉換器件。當電信號送入光電稱合器的輸入端時，發光二極管通過電流而發光，光敏三極管受到光照后產生電流，CE導通；當輸入端無信號，發光二極管不亮，光敏三極管截止，CE不通。對于數字量，當輸入為低電平"0"時，光敏三極管截止，輸出為高電平"I";當輸入為高電平"I"時，光敏三極管飽和導通，輸出為低電平"0"。若基極有引出線則可滿足溫度補償、檢測調制要求。光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯系，也沒有共地，之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一側的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產生。此夕卜，光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當外部設備出現故障，甚至輸入信號線短接時，也不會損壞儀表。信號產生控制器電路I使能端輸出高電平，光電稱合器的發光二級管發光，光敏三極管導通，此時光電耦合器射極輸出低電平并傳輸到電源芯片2的使能端，電源芯片2為高電平使能，此時電源芯片2無輸出電壓到電磁閥，整個裝置處于斷路狀態；當信號產生控制器電路I使能端輸出低電平，光電耦合器的發光二級管不發光，光敏三極管處于截止狀態，輸出信號為高電平，電源芯片2使能觸發，電源芯片2輸出電壓到電磁閥，從而控制裝置處于工作狀態。電源芯片2選用型號為LM22676_ADJ的電源芯片，其使能端與電源芯片輸入控制電路5的輸出端連接，電源芯片2輸出端通過一 LC電路連接到電磁閥3的輸入端，該LC電路由電解電容C20、瓷片電容C21、瓷片電容C22和電感線圈L4串聯組成，電源芯片2與LC電路、肖特基二極管D9以及反饋電阻R82、R83，BOOT電容C19構成一降壓型開關電源，輸出穩定的直流電壓供給電磁閥。基于上述電路結構實現電磁閥流量控制的電源控制的方法，包括如下步驟:S1:信號產生控制器電路產生控制信號，控制電源芯片輸出電壓到電磁閥；信號產生控制器電路包括可編程邏輯控制電路及其輔助電路，該電路輸出一控制信號，控制電源芯片是否輸出電壓到電磁閥。信號產生控制器電路使能端為高電平時，光電耦合器發光二級管發光，光敏三極管導通，輸出低電平到電源芯片使能端，電源芯片使能端為低電平，無電壓輸出；信號產生控制器電路使能端為低電平時，光電耦合器發光二極管不發光，光敏三極管截止，輸出高電平到電源芯片使能端，電源芯片使能端高電壓有效，有電壓輸出到電磁閥，從而可以使整個電路的工作狀態可控。S2:信號產生控制器電路輸出模擬信號控制恒流源電流大小；信號產生控制器電路輸出一路模擬信號控制恒流源大小，模擬信號為電壓信號，模擬電壓與恒流源電流為正比關系，所以給定一個恒定的模擬電壓信號，即可保證輸出一個恒定的電流。S3:恒流源電流大小控制電磁閥流量大小。恒流源的大小由信號產生控制器電路控制，恒流源電流輸出給電磁閥，電磁閥的流量大小根據恒流源電流的大小進行變化。信號產生控制器電路通過電源芯片輸入控制電路控制電源芯片的輸出電壓到電磁閥，可實現準確控制電路的導通與截止；信號產生控制器電路輸出穩定的模擬電壓信號對恒流源電流進行控制，從而實現對電磁閥流量的精確控制，如應用在麻醉機中，該電磁閥流量控制電路除可準確控制麻醉機中電磁閥的開、關外，還可準確控制通入呼吸機的潮氣量，使病人在進行觸發通氣時，呼吸機可精確控制呼氣氣流的大小。有益效果:本發明公開一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置及方法，通過光電耦合隔離電路控制電源芯片使能端或功率開關管、繼電器控制電源芯片的輸出電壓到電磁閥，可實現對電磁閥的導通、截止，流量大小等進行精確控制，降低了現有技術中存在的單一故障的風險，消除了采用MOS管作為控制電源開關的管壓降及發熱問題。該裝置結構簡單，采用光耦隔離保護更安全，該裝置控制精度高，可應用于工業控制方面。
權利要求
1.一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置，所述裝置包括信號產生控制器電路、電源芯片、電磁閥和恒流源電路，其特征在于，所述電路還包括電源芯片輸入控制電路，其中，電源芯片輸入控制電路用于將信號產生控制器電路輸出的信號傳輸到電源芯片，電源芯片輸出電壓到電磁閥，信號產生控制器電路還通過控制信號與恒流源之間的比例關系直接控制恒流源電流大小，從而實現恒流源對電磁閥流量的控制。
2.根據權利要求1所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置，其特征在于，所述信號產生控制器電路具有使能控制端，電源芯片具有使能控制端，電源芯片輸入控制電路包括隔離保護電路。
3.根據權利要求2所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置，其特征在于，所述隔離保護電路包括光電耦合器，信號產生控制器電路產生的使能信號通過光電耦合器連接到電源芯片的使能控制端。
4.根據權利要求1所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置，其特征在于，所述電源芯片輸入控制電路包括功率開關管或繼電器，用于控制電源芯片的輸入信號。
5.根據權利要求1至4之一所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置，其特征在于，所述電源控制電路用于控制比例閥、開關電磁閥及工業控制。
6.一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 51:信號產生控制器電路產生控制信號，控制電源芯片的輸出電壓到電磁閥； 52:信號產生控制器電路輸出模擬信號控制恒流源電流大小； 53:恒流源電流大小控制電磁閥流量。
7.根據權利要求6所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制方法，其特征在于，步驟SI中信號產生控制器電路產生的控制信號由電源芯片輸入控制電路控制電源芯片的輸出電壓到電磁閥。
8.根據權利要求7所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制方法，其特征在于，信號產生控制器電路產生使能信號由光耦隔離電路連接到電源芯片使能端。
9.根據權利要求7所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制方法，其特征在于，信號產生控制器電路產生控制信號由功率開關管或繼電器連接到電源芯片輸入端。
10.根據權利要求6所述的麻醉機中電磁閥流量的電源控制方法，其特征在于，步驟S2中信號產生控制器電路輸出模擬電壓信號，根據電壓與恒流源電流成正比關系控制恒流源大小。
全文摘要
本發明公開一種麻醉機中電磁閥流量的電源控制裝置，所述裝置包括信號產生控制器電路、電源芯片、電磁閥、恒流源電路和電源芯片輸入控制電路，其中，電源芯片輸入控制電路用于將信號產生控制器電路輸出的信號傳輸到電源芯片，電源芯片輸出電壓到電磁閥，信號產生控制器電路還通過控制信號與恒流源之間的比例關系直接控制恒流源電流大小，從而實現恒流源對電磁閥流量的控制。該裝置降低了現有技術中存在的單一故障的風險，消除了采用MOS管作為控制電源開關的管壓降及發熱問題，結構簡單，采用光耦隔離保護更安全，該裝置控制精度高，可應用于工業控制方面。
文檔編號H02M3/155GK103187871SQ20111045534
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者何敏杰, 徐文, 張耀東 申請人:北京誼安醫療系統股份有限公司