Kurze Entwicklungszeit für medizinische Beatmungsgeräte

TMC4671+TMC6100-TOSV-REF

Mit dem TMC4671+TMC6100-TOSV-REF stellt Trinamic ein Open-Source-Referenzdesign für medizinische Beatmungsgeräte vor. Das kompakte Modul bestehend aus dem TMC4671 und TMC6100 ist die ideale Lösung für eine schnelle Markteinführung von wichtigem Equipment.

TRINAMIC Motion Control, jetzt Teil von Maxim Integrated, stellt das TMC4671+TMC6100-TOSV-REF Referenz-Design-Board vor. Der BLDC-Servotreiber eignet sich für 12...36 V mit bis zu 6 A RMS, um medizinische Beatmungsgeräte oder Beatmungssysteme zu versorgen. Um die Designzyklen noch weiter zu beschleunigen, verfügt das Open-Source-Modul über einen SBC-Anschluss im Raspberry-Pi-Stil und bietet Platz für ein Drucksensor-Add-on-Board.

Automatische Beatmungsgeräte müssen mit geeigneter Sensortechnologie ausgestattet sein, um Änderungen wie Druckfluss, Volumen und Atemfrequenz zu überwachen und auf diese zu reagieren. Daher wird das Modul mit einer HALL-Sensorschnittstelle und den bereits erwähnten Anschlüssen für das optionale Drucksensor-Add-on-Board geliefert. Diese wichtigen Daten können mit Hilfe der kostenlosen Open-Source-Firmware, die von Trinamic für das Referenzdesign-Modul entwickelt wurde, direkt auf einem Raspberry Pi mit Touchscreen visualisiert werden.

Mit diesem Referenzdesign möchten wir Ingenieuren zeigen, wie medizinische Beatmungsgeräte unter Verwendung sofort verfügbarer Komponenten gebaut werden können, wobei die erhöhten Vorlaufzeiten traditioneller Komponenten während der COVID-19-Krise vermieden werden“, erklärt Michael Randt, Gründer von Trinamic. „Wir haben uns von Anfang an für einen Turbinenmotor mit hoher Drehzahl entschieden, der auf einem BLDC-Motor basiert. Zusammen mit Druck- und Volumenstromsensoren ermöglicht der dynamisch gesteuerte Motor sowohl druck- als auch flussgesteuerte Beatmungsmodi. Entsprechend dem Trinamic Open-Source-Ventilator (TOSV)-Projekt, das zu diesem Referenzdesign führte, sind sowohl Hardware als auch Software Open-Source.

Ausgehend von früheren Erfahrungen mit der Regelung von Turbinen von CPAP-Geräten war eines klar: Die schnelle und dynamische Regelung von BLDC-Motoren mit niedriger Induktivität kann eine besondere Herausforderung darstellen. Sie erfordert eine sorgfältige Abwägung des Kompromisses zwischen hoher Schaltfrequenz und Stromwelligkeit und den daraus resultierenden Schalt- bzw. Statorverlusten. Dank des verwendeten Servoregler-ICs TMC4671 erzeugt das Modul unabhängig vom Mikrocontroller eine PWM-Frequenz und einen Stromreglertakt von 100 kHz. Damit wird die Stromaufnahme des Systems ohne Leistungseinbußen um bis zu 15 Prozent im Vergleich zu einer Frequenz von 25 kHz reduziert.

TMC4671+TMC6100-TOSV-REF  Blockdiagram
TMC4671+TMC6100-TOSV-REF Blockdiagram

Ein Add-on-Board für I²C- und Analogsensoren ermöglicht die Unterstützung von Drucksensoren verschiedener Hersteller. Das TMC4671+TMC6100-TOSV-REF kann in einen Single-Board-Computer eingesteckt werden, um auf die Benutzerschnittstelle und hochrangige Steuerfunktionen zuzugreifen. Im Fall des TOSV-Projekts wird ein Raspberry Pi mit Touchscreen-Display verwendet.

Funktionen und Vorteile:

  • 1-Achs-BLDC-Servotreiber für bis zu 6 A RMS pro Phase
  • Versorgungsspannung von 12V..36V
  • Integrierter Überspannungsschutz
  • HALL-Sensorschnittstelle
  • Integrierter Temperatursensor
  • Digitaler I/O und analoge Eingänge
  • Anschluss für optionales Trinamic Add-on-Board oder kundenspezifisches Sensor-Interface-Board
  • Raspberry-Pi-Anschluss für externen SBC

Das Referenz-Board TMC4671+TMC6100-TOSV-REF ist ab sofort bei der MEV für 129,50 € erhältlich. Die gesamte Hardware, Firmware und Software ist Open-Source unter MIT-Lizenz.

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