通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构和驱动控制方法技术

一种通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构和驱动控制方法，该结构包括第一电流采样接口、第二电流采样接口、第一电压采样接口和气体特征采样接口，还包括速度传感器接口和第二电压采样接口中的至少一种；第一电流采样接口、第一电压采样接口和可选的速度传感器接口的组合用于以第一控制模式控制涡轮电机；速度传感器接口和第二电压采样接口中的任一者、第二电流采样接口和第一电压采样接口的组合用于以第二控制模式控制涡轮电机；在第一控制模式和第二控制模式下，涡轮电机分别具有不同的电流信号特征和/或用于驱动涡轮电机的驱动开关器件分别具有不同的开关频率；气体特征采样接口用于连接气体特征采样装置以测量涡轮电机产生的气体的特征。机产生的气体的特征。机产生的气体的特征。

【技术实现步骤摘要】
通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构和驱动控制方法


[0001]本申请涉及通气设备
，更具体地涉及一种通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构和驱动控制方法。

技术介绍

[0002]呼吸机、麻醉机等作为对特定对象的重要通气设备，需要同时具备的特性包含高性能和高可靠性。无刷电机驱动的电控涡轮是电控呼吸机、麻醉机的核心部件，其性能和可靠性很大程度上决定了呼吸机、麻醉机的品质。
[0003]电控涡轮电机的控制方法有FOC(矢量控制)和BLDC(方波控制)两种。FOC通过控制作用在电机的电压幅值和相角，制造出一个旋转的磁场，引导转子跟随旋转。BLDC则是合理选择功率器件的开关次序，让电机转子顺序沿着正六边形的顶点旋转。FOC技术的优点在于力矩抖动小，在呼吸机/麻醉机低流速、小压力模式下，流速更加平稳，压力波动小；在呼吸机低速氧疗功能模式下，FOC技术可以提供稳定的更小的低流速，流速控制分辨率更高。FOC技术的缺点在于需要更为精确的电流传感器或速度传感器支持，按照速度和角度获取方式，FOC可分为有感FOC和无感FOC两类。其中，有感FOC需要Hall器件或编码器测量速度和角度，而这两种器件都有怕碰撞、高温和振动的问题，如在呼吸机/麻醉机工作状态中进行转运，或在救护车、飞机等运动平台上使用，都有一定的概率会损坏Hall器件和编码器。无感FOC则严重依赖电流采样，而电流采样硬件线路在进入运放放大之前的信号属于弱信号，易受到周围电磁干扰，是硬件中最为敏感的部分。在需要工作在复杂电磁环境中，如军用麻醉机、军用呼吸机等，存在一定风险使电流采样失效，降低控制品质甚至使涡轮停转。
[0004]BLDC(方波控制)技术的优点在于对电流采样依赖程度低，即使电流采样失效仍可维持正常运转；BLDC(方波控制)类似地也可分为有感和无感两类。其中有感BLDC使用Hall器件，无感BLDC通过测量电机反电势过零点实现。假设Hall器件损坏，则可转为无感BLDC继续维持运转；而电机反电势是强信号，根据电机和转速不同，在几V到几百V之间，几乎不受其他外部电磁信号影响，具有很高的可靠性。BLDC技术的缺点在于力矩抖动较大，尤其在低转速下抖动幅度更为明显，在呼吸机/麻醉机运行在低流速或低压力模式下时，气流稳定性较差；在低速氧疗功能模式下时，能够维持稳定的最低流速较高，流速控制的分辨率较低。
[0005]目前，传统的涡轮电机控制方案是在FOC和BLDC二者之间选择一个，这样就必须在高性能和高可靠性之间做出取舍，难以对二者兼收并蓄。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题而提出了本申请。根据本申请一方面，提供了一种通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构，所述驱动硬件拓扑结构包括第一电流采样接口、第二电流采样接口、第一电压采样接口和气体特征采样接口，还包括速度传感器接口和第二电压采样接口中的至少一种，其中：所述第一电流采样接口、所述第一电压采样接口和可选的所述速度传感器接口的组合用于以第一控制模式对所述涡轮电机进行控制；所述速度传感器接
口和所述第二电压采样接口中的任一者、所述第二电流采样接口和所述第一电压采样接口的组合用于以第二控制模式对所述涡轮电机进行控制；其中，在所述第一控制模式和所述第二控制模式下，所述涡轮电机分别具有不同的电流信号特征和/或用于驱动所述涡轮电机的驱动开关器件分别具有不同的开关频率；其中，所述气体特征采样接口用于连接气体特征采样装置以对所述涡轮电机产生的气体的特征进行测量。
[0007]根据本申请另一方面，提供了一种通气设备的涡轮电机的驱动控制方法，包括：控制所述涡轮电机在第一控制模式下工作；测量所述涡轮电机产生的气体的特征；监控所述涡轮电机的运行情况、所述涡轮电机产生的气体的特征以及所述直流母线电压中的至少一项，以确定是否产生第一触发条件；当产生所述第一触发条件时，控制所述涡轮电机从所述第一控制模式切换至第二控制模式工作；可选的，监控所述涡轮电机的运行情况、所述涡轮电机产生的气体的特征以及所述直流母线电压中的至少一项，以确定是否产生第二触发条件；当产生所述第二触发条件时，控制所述涡轮电机从所述第二控制模式切换至所述第一控制模式工作；其中，在所述第一控制模式和所述第二控制模式下，所述涡轮电机分别具有不同的电流信号特征和/或用于驱动所述涡轮电机的驱动开关器件分别具有不同的开关频率。
[0008]根据本申请再一方面，提供了一种通气设备，所述通气设备包括涡轮电机和上述驱动硬件拓扑结构，所述通气设备还包括存储器和处理器，所述存储器上存储有由所述处理器运行的可执行程序，所述处理器在运行所述可执行程序时执行上述通气设备的涡轮电机的驱动控制方法。
[0009]根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构、通气设备的涡轮电机的驱动控制方法和通气设备能够实现以不同的控制模式对涡轮电机进行控制，使得通气设备能够高性能且高可靠性地应用于各种不同场景。
附图说明
[0010]通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
[0011]图1示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构包括的接口示意图。
[0012]图2示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构实现有感FOC控制模式和有感BLDC控制模式所包括的接口示意图。
[0013]图3示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构实现无感FOC控制模式和无感BLDC控制模式所包括的接口示意图。
[0014]图4示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构实现有感FOC控制模式和无感BLDC控制模式所包括的接口示意图。
[0015]图5示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构实现无感FOC控制模式和有感BLDC控制模式所包括的接口示意图。
[0016]图6示出根据本申请实施例的驱动控制方法的示意性流程图。
[0017]图7示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构实现有感FOC控制模式和有感BLDC控制模式的更具体的硬件接口示意图。
[0018]图8示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构和驱动控制方法中主备模式电角度示意图。
[0019]图9示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构和驱动控制方法中主模式的电流波形示意图。
[0020]图10示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构和驱动控制方法中备模式的电流波形示意图。
[0021]图11示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱动控制方法中以速度稳定误差作为判断切换依据的示意图。
[0022]图12示出根据本申请实施例的通气设备的涡轮电机的驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通气设备的涡轮电机的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述驱动硬件拓扑结构包括第一电流采样接口、第二电流采样接口、第一电压采样接口和气体特征采样接口，还包括速度传感器接口和第二电压采样接口中的至少一种，其中：所述第一电流采样接口、所述第一电压采样接口和可选的所述速度传感器接口的组合用于以第一控制模式对所述涡轮电机进行控制；所述速度传感器接口和所述第二电压采样接口中的任一者、所述第二电流采样接口和所述第一电压采样接口的组合用于以第二控制模式对所述涡轮电机进行控制；其中，在所述第一控制模式和所述第二控制模式下，所述涡轮电机分别具有不同的电流信号特征和/或用于驱动所述涡轮电机的驱动开关器件分别具有不同的开关频率；其中，所述气体特征采样接口用于连接气体特征采样装置以对所述涡轮电机产生的气体的特征进行测量。2.根据权利要求1所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述第一电流采样接口包括相电流采样接口，所述第二电流采样接口包括直流母线电流采样接口。3.根据权利要求1所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述第一电流采样接口和所述第二电流采样接口均包括直流母线电流采样接口。4.根据权利要求2或3所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述第一电压采样接口包括直流母线电压采样接口。5.根据权利要求2或3所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述速度传感器接口包括霍尔器件接口或编码器件接口。6.根据权利要求2或3所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述第二电压采样接口包括反电势采样接口。7.根据权利要求1所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述气体的特征包括以下中的至少一下：压力、流速和温度，所述气体特征采样装置包括以下中的至少一项：压力传感器、流速传感器和温度传感器。8.根据权利要求1所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述第一控制模式为有感矢量控制模式或无感矢量控制模式，所述第二控制模式为有感方波控制模式或无感方波控制模式；其中，所述第一控制模式的电流信号为正弦波，所述第二控制模式的电流信号为方波；所述第一控制模式的所述开关频率比所述第二控制模式更高。9.根据权利要求1所述的驱动硬件拓扑结构，其特征在于，所述第一控制模式为有感方波控制模式或无感方波控制模式，所述第二控制模式为有感矢量控制模式或无感矢量控制模式；其中，所述第一控制模式的电流信号为方波，所述第二控制模式的电流信号为正弦波；所述第一控制模式的所述开关频率比所述第二控制模式更低。10.一种通气设备的涡轮电机的驱动控制方法，其特征在于，所述方法包括：控制所述涡轮电机在第一控制模式下工作；测量所述涡轮电机产生的气体的特征；监控所述涡轮电机的运行情况、所述涡轮电机产生的气体的特征以及所述直流母线电压中的至少一项，以确定是否产生第一触发条件；
当产生所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曹磊，
申请(专利权)人：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：