CN103187871A - 一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置，所述装置包括信号产生控制器电路、电源芯片、电磁阀、恒流源电路和电源芯片输入控制电路，其中，电源芯片输入控制电路用于将信号产生控制器电路输出的信号传输到电源芯片，电源芯片输出电压到电磁阀，信号产生控制器电路还通过控制信号与恒流源之间的比例关系直接控制恒流源电流大小，从而实现恒流源对电磁阀流量的控制。该装置降低了现有技术中存在的单一故障的风险，消除了采用MOS管作为控制电源开关的管压降及发热问题，结构简单，采用光耦隔离保护更安全，该装置控制精度高，可应用于工业控制方面。

Description

一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置及方法

技术领域

本发明涉及麻醉机中电磁阀流量控制领域，尤其涉及一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置及方法。

背景技术

麻醉机中通常采用电磁阀来精确控制气体、液体的流量，电磁阀由电磁线圈和磁芯组成，是包含一个或几个孔的阀体。当电磁线圈通电或断电时，磁芯的运转将导致流体通过阀体或被切断，以达到改变流体方向的目的。为了保证麻醉机中电磁阀流量的大小稳定，通常由恒流源电路进行控制。

恒流源电路，也叫作电流反射镜电路，恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作，即要求输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。这可以采用工作于输出电流饱和状态的BJT或者MOSFET来实现。理想的恒流源具有以下特点：a)不因负载(输出电压)变化而改变；b)不因环境温度变化而改变；c)内阻为无限大(以使其电流可以全部流出到外面)。图1为采用MOSFET管的恒流源电路，该恒流源电路还具有低噪声的特点。

参见图2，为现有技术中采用恒流源控制电磁阀流量的一种方式。其中，控制器通过DA转换输出一路模拟信号，通过该模拟信号直接控制一恒流源电路，该模拟信号的大小与恒流源电流成正比。也就是说，通过DA输出的模拟信号，控制了流过电磁阀的电流，从而控制了电磁阀的流量。

参见图3，为现有技术中采用恒流源控制电磁阀流量的另一种方式。其中，控制器CTRL端输出一控制信号，通过隔离电路控制一串接在电路中的MOS管，此处MOS管作为一个控制主回路的开关；控制器通过DA转换输出一路模拟电压信号直接控制一恒流源电路，该模拟电压信号的大小与恒流源电流成正比。MOS管为电压控制元件，当栅源电压达到导通值时，MOS管打开，电流流过，否则，回路处于截止状态。该种实施方式即使恒流源电路发生了击穿，通过这个开关也能控制电流不流过。

比较上述两种恒流源控制电磁阀流量的方式，前者由于是DA输出直接控制恒流源，如果恒流源电路击穿，则电磁阀将发生短路，不受控，可靠性较差，存在单一故障的风险；后者虽然在设计上避免了单一故障的风险，但由于采取了MOS管来控制，电流流经MOS管会有一定的管压降，而且如果MOS管工作在放大区会影响到恒流源电路的稳定，同时MOS管也会发热，从而对电磁阀流量的控制精度产生影响。

为了更好的实现对电磁阀流量的控制，本发明提出一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置及方法，该装置通过控制电源芯片是否输出电压信号给电磁阀来控制整个电路的工作状态，降低了现有技术中可能存在的单一故障风险及由MOS管作为开关存在的管压降及管发热问题。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置，所述装置包括信号产生控制器电路、电源芯片、电磁阀、恒流源电路和电源芯片输入控制电路，其中，电源芯片输入控制电路用于将信号产生控制器电路输出的信号传输到电源芯片，电源芯片输出电压到电磁阀，信号产生控制器电路还通过控制信号与恒流源之间的比例关系直接控制恒流源电流大小，从而实现恒流源对电磁阀流量的控制。

进一步的，信号产生控制器电路具有使能控制端，电源芯片具有使能控制端，电源芯片输入控制电路包括隔离保护电路。

进一步的，隔离保护电路包括光电耦合器，信号产生控制器电路产生的使能信号通过光电耦合器连接到电源芯片的使能控制端。

进一步的，电源芯片输入控制电路包括功率开关管或继电器，用于控制电源芯片的输入信号。

进一步的，所述电路用于比例阀、开关电磁阀及工业控制。

本发明还公开一种基于所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置的控制方法，包括如下步骤：

S1：信号产生控制器电路产生控制信号，控制电源芯片输出电压到电磁阀；

S2：信号产生控制器电路输出模拟信号控制恒流源电流大小；

S3：恒流源电流大小控制电磁阀流量大小。

进一步的，步骤S1中信号产生控制器电路产生的控制信号由电源芯片输入控制电路控制电源芯片输出电压到电磁阀。

进一步的，信号产生控制器电路产生使能信号由光耦隔离电路连接到电源芯片使能端。

进一步的，信号产生控制器电路产生控制信号由功率开关管或继电器连接到电源芯片输入端。

进一步的，步骤S2中信号产生控制器电路输出模拟电压信号，根据电压与恒流源电流成正比关系控制恒流源大小。

本发明公开一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置及方法，通过光电耦合隔离电路控制电源芯片使能端或者通过功率开关管、继电器控制电源芯片的输出电压到电磁阀，从而控制整个装置的工作状态，降低了现有技术中存在的单一故障的风险，消除了采用MOS管作为控制电源开关的管压降及发热问题。该装置结构简单，采用光耦隔离保护更安全，该装置控制精度高，可应用于工业控制方面。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为恒流源电路；

图2为现有技术中采用恒流源控制电磁阀的一种方式；

图3为现有技术中采用恒流源控制电磁阀的另一种方式；

图4为本发明麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置原理框图；

图5为本发明麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置的一种具体实施例。

图6为本发明麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置方法框图。

具体实施方式

本发明的技术原理：通过控制电源芯片是否输出电压信号给电磁阀来控制整个装置的工作状态。

当采用的电源芯片具有使能信号控制端时，使能信号可以控制电源芯片是否有输出，通过信号产生控制器电路输出一控制电磁阀供电电源的使能信号，可使电源芯片输出可控。电源使能信号有效，电源芯片输出电压给电磁阀供电，使能信号无效，电源芯片不输出电压。

当采用的电源芯片不具有使能控制端时，通过功率开关管或继电器来控制电源芯片输出。功率开关管能承受较大电流，漏电流较小，在一定条件下具有较好饱和导通及截止特性，一般不考虑其放大特性。继电器是一种电控制器件，当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，继电器控制输出电路的导通或断开。也就是说当信号产生控制器电路输出的控制信号达到功率开关管的导通值或继电器的规定值时，电源芯片输出电压给电磁阀供电，否则，电源芯片不输出电压。

本发明的实施方案即使发生恒流源电路击穿也能有效控制电磁阀的关断，而且没有MOS管的电压降与发热问题。

以下结合具体实施方式和附图对本发明技术方案作详细说明。

参见图4，为本发明麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置原理框图。该装置包括信号产生控制器电路、电源芯片、电磁阀、恒流源电路和电源芯片输入控制电路，其中，电源芯片输入控制电路包括光耦隔离电路、功率开关管、继电器等，电源芯片输入控制电路用于将信号产生控制器电路输出的信号传输到电源芯片，电源芯片输入控制电路的状态决定了电源芯片是否有输出电压到电磁阀。

当采用的电源芯片具有使能信号控制端时，使能信号可以控制电源芯片是否有输出，通过信号产生控制器电路输出一控制电磁阀供电电源的使能信号，可使电源芯片输出可控。电源使能信号有效，电源芯片输出电压给电磁阀供电，使能信号无效，电源芯片不输出电压。

当采用的电源芯片不具有使能控制端时，通过功率开关管或继电器来控制电源芯片输出。功率开关管能承受较大电流，漏电流较小，在一定条件下具有较好饱和导通及截止特性，一般不考虑其放大特性。继电器是一种电控制器件，当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，继电器控制输出电路的导通或断开。也就是说当信号产生控制器电路输出的控制信号达到功率开关管的导通值或继电器的规定值时，电源芯片输出电压给电磁阀供电，否则，电源芯片不输出电压。

信号产生控制器电路还输出一路模拟电压信号直接控制恒流源电流，根据模拟电压信号与恒流源电流成正比的关系，直接控制恒流源电流大小，从而实现恒流源对电磁阀流量的控制。

信号产生控制器电路由可编程逻辑器件及其辅助电路组成，本方案中涉及控制器的一路输出控制信号经电源芯片输入控制电路控制电源芯片的输出电压，另一路输出模拟信号控制恒流源电流。

恒流源电路图1示出了一种具体的电路结构，根据不同的设计要求所采用的恒流源电路不同。图1所示电路具有良好的低噪声优点，对于噪声有要求的场合适合选用该电路；当将FET晶体管由三极管代替时，恒流源适用于使用运放，对精度要求高的场合；在电路中与三极管并联一稳压管时，可以不用运放，电路结构简单且控制精度高。无论采用哪种恒流源电路，可根据具体的设计要求进行最优选择。

参见图5，为本发明麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置的一种具体实施例。该装置包括信号产生控制器电路1、电源芯片2、电磁阀3、恒流源电路4和电源芯片输入控制电路5。采用该装置可实现通过控制电源芯片是否输出电压信号给电磁阀来控制整个装置的工作状态。

信号产生控制器电路1输出两路控制信号，控制信号1输出为模拟电压信号，模拟电压与恒流源电流成正比关系，因此通过控制输出模拟电压信号的大小可以控制恒流源电流大小，由恒流源电流大小可精确控制电磁阀流过的气体流量大小；控制信号2输出使能信号，该使能信号通过电源芯片输入控制电路5传输到电源芯片2的输入端或使能端，通过电源芯片输入控制电路的状态达到控制电源芯片是否有电压输出给电磁阀，从而控制整个装置的工作状态。

电磁阀3具有输入端口和输出端口，输入端口与电源芯片2的输出连接，输出端口与恒流源电路4的输出端连接，此处电源芯片2的输出电压控制整个回路的工作状态，恒流源电路4的电流大小控制电磁阀供给呼吸机中潮气量大小，从而使病人触发通气时呼吸气流大小可控。此外，与电磁阀还并联有肖特基二极管及防冲击电路，所述防冲击电路可以为电阻与电容串联电路。在本技术方案中电磁阀采用开关量控制，当电磁阀开或关的过程中，电流的突然变化会使回路中产生很强的反向感应电动势，对回路中其它元件有影响，为了避免这种现象的出现，在电磁阀电路中并联肖特基二极管及防冲击电路，使产生的感应电动势完全消耗在肖特基二极管及防冲击电路上，从而起到延时泄放电能或磁场能的作用，减少对其他元器件造成影响。

恒流源电路4采用MOSFET晶体管，该晶体管具有饱和输出电流的伏安特性。该恒流源电路包括型号为OPA296的放大器、MOSFET晶体管、滤波电容CC7、反馈电容CC8、电容CC10及若干电阻。恒流源电路4的输入信号为信号产生控制器1输出的经滤波电容CC7将干扰滤除后的模拟电压信号，恒流源电路4的输出通过MOSFET晶体管源极输出到电磁阀的恒定电流，其中信号产生控制器输出的模拟电压为恒定电压值，从而保证恒流源输出恒定电流。

电源芯片输入控制电路5将信号产生控制器电路1输出的使能信号耦合隔离传输到电源芯片2的使能端，电源芯片2的使能端为高电平使能，该电路采用高电平触发光电耦合器进行信号耦合传输。

光电耦合器件是把发光器件和光敏器件组装在一起，通过光线实现耦合构成电-光和光-电的转换器件。当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏三极管受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数字量，当输入为低电平″0″时，光敏三极管截止，输出为高电平″1″；当输入为高电平″1″时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平″0″。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地，之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一侧的各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。此外，光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。

信号产生控制器电路1使能端输出高电平，光电耦合器的发光二级管发光，光敏三极管导通，此时光电耦合器射极输出低电平并传输到电源芯片2的使能端，电源芯片2为高电平使能，此时电源芯片2无输出电压到电磁阀，整个装置处于断路状态；当信号产生控制器电路1使能端输出低电平，光电耦合器的发光二级管不发光，光敏三极管处于截止状态，输出信号为高电平，电源芯片2使能触发，电源芯片2输出电压到电磁阀，从而控制装置处于工作状态。

电源芯片2选用型号为LM22676_ADJ的电源芯片，其使能端与电源芯片输入控制电路5的输出端连接，电源芯片2输出端通过一LC电路连接到电磁阀3的输入端，该LC电路由电解电容C20、瓷片电容C21、瓷片电容C22和电感线圈L4串联组成，电源芯片2与LC电路、肖特基二极管D9以及反馈电阻R82、R83，BOOT电容C19构成一降压型开关电源，输出稳定的直流电压供给电磁阀。

基于上述电路结构实现电磁阀流量控制的电源控制的方法，包括如下步骤：

S1：信号产生控制器电路产生控制信号，控制电源芯片输出电压到电磁阀；

信号产生控制器电路包括可编程逻辑控制电路及其辅助电路，该电路输出一控制信号，控制电源芯片是否输出电压到电磁阀。信号产生控制器电路使能端为高电平时，光电耦合器发光二级管发光，光敏三极管导通，输出低电平到电源芯片使能端，电源芯片使能端为低电平，无电压输出；信号产生控制器电路使能端为低电平时，光电耦合器发光二极管不发光，光敏三极管截止，输出高电平到电源芯片使能端，电源芯片使能端高电压有效，有电压输出到电磁阀，从而可以使整个电路的工作状态可控。

S2：信号产生控制器电路输出模拟信号控制恒流源电流大小；

信号产生控制器电路输出一路模拟信号控制恒流源大小，模拟信号为电压信号，模拟电压与恒流源电流为正比关系，所以给定一个恒定的模拟电压信号，即可保证输出一个恒定的电流。

S3：恒流源电流大小控制电磁阀流量大小。

恒流源的大小由信号产生控制器电路控制，恒流源电流输出给电磁阀，电磁阀的流量大小根据恒流源电流的大小进行变化。

信号产生控制器电路通过电源芯片输入控制电路控制电源芯片的输出电压到电磁阀，可实现准确控制电路的导通与截止；信号产生控制器电路输出稳定的模拟电压信号对恒流源电流进行控制，从而实现对电磁阀流量的精确控制，如应用在麻醉机中，该电磁阀流量控制电路除可准确控制麻醉机中电磁阀的开、关外，还可准确控制通入呼吸机的潮气量，使病人在进行触发通气时，呼吸机可精确控制呼气气流的大小。

有益效果：本发明公开一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置及方法，通过光电耦合隔离电路控制电源芯片使能端或功率开关管、继电器控制电源芯片的输出电压到电磁阀，可实现对电磁阀的导通、截止，流量大小等进行精确控制，降低了现有技术中存在的单一故障的风险，消除了采用MOS管作为控制电源开关的管压降及发热问题。该装置结构简单，采用光耦隔离保护更安全，该装置控制精度高，可应用于工业控制方面。

Claims (10)

1.一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置，所述装置包括信号产生控制器电路、电源芯片、电磁阀和恒流源电路，其特征在于，所述电路还包括电源芯片输入控制电路，其中，电源芯片输入控制电路用于将信号产生控制器电路输出的信号传输到电源芯片，电源芯片输出电压到电磁阀，信号产生控制器电路还通过控制信号与恒流源之间的比例关系直接控制恒流源电流大小，从而实现恒流源对电磁阀流量的控制。

2.根据权利要求1所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置，其特征在于，所述信号产生控制器电路具有使能控制端，电源芯片具有使能控制端，电源芯片输入控制电路包括隔离保护电路。

3.根据权利要求2所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置，其特征在于，所述隔离保护电路包括光电耦合器，信号产生控制器电路产生的使能信号通过光电耦合器连接到电源芯片的使能控制端。

4.根据权利要求1所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置，其特征在于，所述电源芯片输入控制电路包括功率开关管或继电器，用于控制电源芯片的输入信号。

5.根据权利要求1至4之一所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制装置，其特征在于，所述电源控制电路用于控制比例阀、开关电磁阀及工业控制。

6.一种麻醉机中电磁阀流量的电源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：信号产生控制器电路产生控制信号，控制电源芯片的输出电压到电磁阀；

S2：信号产生控制器电路输出模拟信号控制恒流源电流大小；

S3：恒流源电流大小控制电磁阀流量。

7.根据权利要求6所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制方法，其特征在于，步骤S1中信号产生控制器电路产生的控制信号由电源芯片输入控制电路控制电源芯片的输出电压到电磁阀。

8.根据权利要求7所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制方法，其特征在于，信号产生控制器电路产生使能信号由光耦隔离电路连接到电源芯片使能端。

9.根据权利要求7所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制方法，其特征在于，信号产生控制器电路产生控制信号由功率开关管或继电器连接到电源芯片输入端。

10.根据权利要求6所述的麻醉机中电磁阀流量的电源控制方法，其特征在于，步骤S2中信号产生控制器电路输出模拟电压信号，根据电压与恒流源电流成正比关系控制恒流源大小。

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