CN101785896A - 比例阀控制方法及其电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种比例阀控制方法，对阀接口电路中的比例阀V1的通气流量进行控制，包括以下步骤：处理器发出预设的数字量电压；模数转换电路将数字量电压转换成模拟量电压；参考电压调节电路将模拟量电压调节为参考电压；驱动电路根据参考电压控制比例阀V1的开度；电流检测电路检测比例阀V1的工作状态是否正常；若比例阀的工作状态正常，则输出检测结果至处理器，并由处理器控制比例阀V1的通气流量；若比例阀的工作状态出现异常，则保护电路强行截断驱动电路。本发明还提供了一种比例阀控制电路。本发明提供的比例阀控制方法及其电路对流量的动态调节，有效控制通气流量，提高机器的可靠性和安全性。
Description
【技术领域】
本发明涉及医疗器械的控制，尤其涉及一种比例阀控制方法及其电路。
【背景技术】
目前，医疗电子产品例如呼吸机和麻醉机，是重病患者的重要抢救工具，在临床应用越来越普遍，如何提高通气的可靠性和安全性，对临床具有重要意义。呼吸机与麻醉机主要由气路结构和电气控制两大部分组成，气路结构提供病人呼吸气流回路，电气控制部分提供阀、传感器等器部件的驱动，以及对参量监测的传感器信号的提取处理，从而实现对气流量的调节和监控，以达到给病人提供适度气流量的目的。
目前大多数机器采用比例阀，实现对气流量的调节，这种方法控制流量的原理装置如图6所示，该装置包括处理与转换电路110、参考电压调节电路120、驱动电路130、阀接口电路140与驱动电流检测电路150。处理与转换电路110输出预设电压，该电压经过参考电压调节电路120处理成一参考电压，该参考电压的大小决定了流经阀接口电路140中比例阀V1的电流大小，流经比例阀V1的电流大小决定了阀开度，进而控制流经阀的气流量，实现对流量的控制。而阀接口电路140中二极管D1泄放感性负载阀的电流，起续流保护作用。驱动电流检测电路150，检测阀的驱动电流的大小，将阀的驱动电流转换成电压，送给ADC采集并分析处理，进而判断阀的工作状态，给出参考处理，例如报警等。
该电路仅实现流量的动态调节，缺乏异常保护措施。比如：如果驱动电路130包含的运放U1B的负电源(-VCC)由于某种原因断掉，分析电路易知，驱动管Q1的栅极(连接电阻R5的一端)始终处于高电平，驱动管Q1一直处于导通状态(试验表明也是如此)，阀V1相应处于供电打开状态。此时，处理器输出的参考电压起不到控制作用，气流量处于失控状态，如果该阀V1控制给病人通气，则气流会远远不断流入病人肺部，将会损伤病人。因而从通气安全角度考虑，该电路方案未起到安全防护作用。
现有技术需要改进和提高。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效提高安全性的比例阀控制方法以及基于该方法的电路。
本发明提供一种比例阀控制方法，对阀接口电路中的比例阀V1的通气流量进行控制，处理器发出预设的数字量电压，数模转换模块将所述数字量电压转换成模拟量电压，参考电压调节电路将所述模拟量电压调节为参考电压，其特征在于，还包括：驱动电路根据参考电压控制比例阀V1的开度；电流检测电路检测比例阀V1的工作状态是否正常；若比例阀的工作状态正常，则输出检测结果至处理器，并由处理器控制比例阀V1的通气流量；若比例阀的工作状态出现异常，则保护电路强行截断驱动电路，比例阀V1截断气道回路。
作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤：在驱动电路中增加去尖峰电容；当驱动电路中产生尖峰电流时，所述去尖峰电容消除所述尖峰电流，保护驱动管Q1。
作为本发明的进一步改进，若所述比例阀V1的工作状态正常，则输出检测结果至处理器，并由处理器控制比例阀V1的通气流量这一步骤还包括以下步骤：所述比例阀V1控制气道管路的流量大小；流量传感器检测病人气道回路气流量，将检测结果送给处理器；所述处理器根据所述病人气道回路流量发出预设的数字量电压，并通过数模转换模块与参考电压调节电路将所述数字量电压转换为参考电压；所述驱动电路再次根据所述参考电压调节比例阀V1的开度。
本发明还提供一种比例阀控制电路，对阀接口电路中的比例阀V1的通气流量进行控制，包括处理与转换电路与参考电压调节电路，该处理与转换电路发出的数字量电压并将其转换为模拟量电压，该模拟量电压发送至参考电压调节电路，调节为参考电压，还包括：驱动电路，连接于所述参考电压调节电路，根据所述参考电压提供参考驱动电流；保护电路，连接于所述驱动电路，用于当比例阀V1的工作状态出现异常，强行截断所述驱动电路；电流检测电路，连接于所述驱动电路，将所述驱动电流转化为电压进行采集，并对所述驱动电流进行检测，输出电流检测结果至所述处理器。
本发明与现有技术相比较的有益效果是：
(1)本发明采用保护电路在***出现故障时，能及时截断比例阀，提高了设备的安全性；
(2)本发明通过保护电路实现对流量的动态调节，有效控制通气流量；
(3)本发明在驱动电路中通过尖峰电容对驱动管Q1进行保护，提高机器的可靠性和安全性。
【附图说明】
图1是本发明比例阀控制***一种实施方式的模块图；
图2是本发明比例阀控制方法一种实施方式的流程图；
图3是本发明比例阀控制电路第一种实施方式的电路图；
图4是本发明比例阀控制电路第二种实施方式的电路图；
图5是本发明比例阀控制电路第三种实施方式的电路图；
图6是本发明比例阀控制电路现有技术的电路图。
【具体实施方式】
下面结合附图和本发明的实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明比例阀控制***一种实施方式的模块图。本实施方式包括处理与转换电路110，参考电压调节电路120，驱动电路130，阀接口电路140，电流检测电路150与保护电路160。其中，处理与转换电路110包括处理器与数模转换模块，参考电压调节电路120的一端连接于处理与转换电路110，另一端连接于驱动电路130，阀接口电路140、电流检测电路150与保护电路160均与该驱动电路130电连接。
另外，该实施方式还包括气道管路170与流量传感器180。气道管路170连接阀接口电路140，流量传感器170的一端连接于处理与转换电路110，另一端连接于气道管路170。
图2是本发明比例阀控制方法一种实施方式的流程图。在步骤S100中，处理器发出预设的数字量电压。
在步骤S102中，数模转换模块将数字量电压转换成模拟量电压。
在步骤S104中，参考电压调节电路120将模拟量电压调节为参考电压。
在步骤S106中，驱动电路130根据参考电压控制比例阀V1的开度。在本发明中，驱动电路130中增加了去尖峰电容，当驱动电路130中产生尖峰电流时，去尖峰电容消除尖峰电流，保护驱动管Q1。
在步骤S108中，电流检测电路150检测比例阀V1的工作状态是否正常，具体为，电流检测电路150根据比例阀V1的流量大小是否正常或者流量是否按节律，判断比例阀V1是否正常工作。
若比例阀的工作状态正常，则输出检测结果至处理器，并由处理器控制比例阀V1的通气流量。具体步骤为：在步骤S110中，比例阀V1控制气道管路170的流量大小；在步骤S112中，流量传感器180检测病人气道回路气流量，将检测结果送给处理器；重新进入步骤S100中，处理器再次发出预设的数字量电压。
若比例阀V1的工作状态出现异常，则进入步骤S114，保护电路160强行截断驱动电路130，比例阀V1截断气道回路，发出报警信息。
其中，比例阀V1开度的大小决定了气道管路170的流量大小，流量传感器180检测病人气道回路气流量，将气流量检测结果送给处理器。整个过程是一个闭环，处理器通过预设电压，先控制输出一定的流量，驱动电路130根据流量大小，调节比例阀V1的开度，进而实现流量的精确控制。电流检测电路150负责检测比例阀V1的工作状态，当出现异常时，给出报警信息。如果异常发生时，处理器所输出的参考电压无法控制，则保护模块160强行截断驱动电路130，以对硬件故障造成异常通气进行阻隔，确保通气的安全性。
图3是本发明比例阀控制电路第一种实施方式的电路图。在本实施方式中，比例阀控制电路对阀接口电路140中的比例阀V1的通气流量进行控制，包括处理与转换电路110、参考电压调节电路120、驱动电路130、保护电路160与电流检测电路150。其中，阀接口电路140包括驱动电源+VCC、比例阀V1以及感性负载续流二极管D1，该电路提供阀接口以及续流保护。处理与转换电路110包括处理器与数模转换模块，处理器发出数字量电压，数模转换模块将数字量电压转换为模拟量电压，并对保护电路160进行控制。该处理与转换电路110发出的数字量电压并将其转换为模拟量电压，该模拟量电压发送至参考电压调节电路120，调节为参考电压，其中，参考电压调节电路120主要起缩放作用。
驱动电路130连接于参考电压调节电路120，根据参考电压提供参考驱动电流，其包括运算放大器U1B、电阻R4、电阻R5、电阻R6，电容C2与驱动管Q1。电阻R5连接与运算放大器U1B的输出端与驱动管Q1的栅极之间，电容C2连接于所述运算放大器U1B的反相输入端与输出端之间，电阻R4连接于所述运算放大器U1B的反相输入端与驱动管Q1的源极之间，电阻R6连接于所述驱动管Q1的源极与地之间。
保护电路160连接于驱动电路130，用于当比例阀V1的工作状态出现异常，强行截断所述驱动电路，包括二极管D2与继电器K1，接收处理器发出的信号S。继电器K1的第一输入控制端连接于驱动管Q1的漏极，第二输入控制端连接于控制阀V1，第一输出端连接于二极管D2的正极，第二输出端连接于二极管D2的负极。该保护电路160对处理器预设电压无法控制的阀动作进行控制保护，当通气出现异常，处理器强制发控制信号，保护电路160关断比例阀V1的通路，进而控制流量，并发出报警信息。
电流检测电路150连接于驱动电路130，使用跟随电路对驱动电流进行监测，将驱动电流转化为电压进行采集，并对所述驱动电流进行检测，输出电流检测结果至所述处理器。电流检测电路150包括运算放放大器U1C、运算放大器U1D与电阻R7，其中电阻R7连接于驱动管Q1的源极与运算放大器U1C的同相输入端之间，运算放大器U1C的输出端连接于运算放大器U1D的同相输入端，运算放大器U1D的输出端输出检测结果至处理器。
图4是本发明比例阀控制电路第二种实施方式的电路图。本实施方式与图2所示的第一种实施方式的不同之处在于，驱动电路130包括运算放大器U1B、电阻R4、电阻R5、电阻R6，电容C2与驱动管Q1，还包括电容C4，电容C4为去尖峰电容，连接于驱动管Q1的漏极与地之间。电流检测电路150使用巴特沃斯滤波电路，并增加了箝位保护电路。保护电路160的控制信号为负逻辑信号。
图5是本发明比例阀控制电路第三种实施方式的电路图。本实施方式与图2所示的第一种实施方式的不同之处在于，保护电路160连接于驱动管Q1的源极与电阻R6之间，其继电器K1的第一输入控制端连接于驱动管Q1的源极，第二输入控制端连接于电阻R6，第一输出端连接于二极管D2的正极，第二输出端连接于二极管D2的负极。电容C3连接于所述驱动管Q1的漏极与电阻R7之间，电容C4连接于电阻R7与地之间。
本发明所提供的比例阀控制方法及其电路，通过保护电路实现对流量的动态调节，有效控制通气流量，并且通过尖峰电容对驱动管Q1进行保护，提高机器的可靠性和安全性，解决了图6所示的现有技术中驱动管Q1损坏率较高，并且缺乏对实现流量的动态调节之外的异常保护的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种比例阀控制方法，对阀接口电路中的比例阀V1的通气流量进行控制，处理器发出预设的数字量电压，数模转换模块将所述数字量电压转换成模拟量电压，参考电压调节电路将所述模拟量电压调节为参考电压，其特征在于，还包括：
驱动电路根据所述参考电压控制比例阀V1的开度；
电流检测电路检测比例阀V1的工作状态是否正常；
若所述比例阀的工作状态正常，则输出检测结果至处理器，并由处理器控制比例阀V1的通气流量；
若所述比例阀V1的工作状态出现异常，则保护电路强行截断所述驱动电路，所述比例阀V1截断气道回路。
2.根据权利要求1所述的比例阀控制方法，其特征在于，还包括驱动电路消除尖峰电流以保护驱动管Q1的过程。
3.根据权利要求1所述的比例阀控制方法，其特征在于，若所述比例阀V1的工作状态正常，则输出检测结果至处理器，并由处理器控制比例阀V1的通气流量还包括：
所述比例阀V1控制气道回路的流量大小；
流量传感器检测病人气道回路气流量，将检测结果送给处理器；
所述处理器根据所述病人气道回路流量发出预设的数字量电压，并通过数模转换模块与参考电压调节电路将所述数字量电压转换为参考电压；
所述驱动电路再次根据所述参考电压调节比例阀V1的开度。
4.一种比例阀控制电路，对阀接口电路中的比例阀V1的通气流量进行控制，包括处理与转换电路与参考电压调节电路，该处理与转换电路包括处理器和数模转换模块，所述处理器发出数字量电压，所述数模转换模块将所述数字量电压转换为模拟量电压，所述参考电压调节电路用于将所述模拟量电压调节为参考电压，其特征在于，还包括：
驱动电路，连接于所述参考电压调节电路，根据所述参考电压提供参考驱动电流；
保护电路，连接于所述驱动电路，用于当比例阀V1的工作状态出现异常，强行截断所述驱动电路；
电流检测电路，连接于所述驱动电路，将所述驱动电流转化为电压进行采集，并对所述驱动电流进行检测，输出电流检测结果至所述处理器。
5.根据权利要求4所述的比例阀控制电路，其特征在于：还包括气道管路与流量传感器，其中气道管路连接于阀接口电路，流量传感器一端连接于气道管路，另一端连接于处理与转换电路，其中所述比例阀V1控制所述气道管路的流量，流量传感器检测病人气道回路气流量，将所述气流量检测结果送给所述处理器。
6.根据权利要求5所述的比例阀控制电路，其特征在于：所述驱动电路包括运算放大器U1B、驱动管Q1、电阻R4、电容C2、电阻R5与电阻R6，其中，电阻R5连接于所述运算放大器U1B的输出端与驱动管Q1的栅极之间，电容C2连接于所述运算放大器U1B的反相输入端与输出端之间，电阻R4连接于所述运算放大器U1B的反相输入端与驱动管Q1的源极之间，电阻R6连接于所述驱动管Q1的源极与地之间；所述电流检测电路包括运算放大器U1C、运算放大器U1D与电阻R7，其中，电阻R7连接于所述驱动管Q1的源极与运算放大器U1C的同相输入端之间，所述运算放大器U1C的输出端连接于所述运算放大器U1D的同相输入端，所述运算放大器U1D的输出端输出。
7.根据权利要求6所述的比例阀控制电路，其特征在于：所述保护电路连接于所述驱动电路与所述阀接口电路之间，包括二极管D2与继电器K1，其中，所述继电器K1的第一输入控制端连接于所述驱动管Q1的漏极，第二输入控制端连接于所述控制阀V1，第一输出端连接于所述二极管D2的正极，第二输出端连接于所述二极管D2的负极。
8.根据权利要求7所述的比例阀控制电路，其特征在于：所述驱动电路还包括电容C3与电容C4，所述电容C3与电容C4均为去尖峰电容，所述电容C3连接于所述驱动管Q1的漏极与栅极之间，所述电容C4连接于所述驱动管Q1的栅极与地之间。
9.根据权利要求7所述的比例阀控制电路，其特征在于：所述驱动电路还包括电容C4，所述电容C4为去尖峰电容，连接于所述驱动管Q1的漏极与地之间。
10.根据权利要求5所述的比例阀控制电路，其特征在于：所述保护电路连接于所述驱动管Q1的源极与电阻R6之间，包括二极管D2与继电器K1，其中，所述继电器K1的第一输入控制端连接于所述驱动管Q1的源极，第二输入控制端连接于所述电阻R6，第一输出端连接于所述二极管D2的正极，第二输出端连接于所述二极管D2的负极；所述驱动电路还包括电容C3与电容C4，所述电容C3与电容C4均为去尖峰电容，电容C3连接于所述驱动管Q1的漏极与电阻R7之间，电容C4连接于电阻R7与地之间。
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Denomination of invention: Proportional valve control method and circuit thereof Effective date of registration: 20191212 Granted publication date: 20111102 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Qianhai branch Pledgor: Shenzhen Poople Science and Technology Co., Ltd. Registration number: Y2019440020035 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 518000 Area A, 9th floor, 6th floor, Building C, 71-3 Xintian Avenue, Fuyong Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: SHENZHEN PROBE SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Shenzhen City, Nanshan District 518000, Guangdong Province along the road No. 37 Building No. 3 2A/2B jinlimei Patentee before: SHENZHEN PROBE SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20210107 Granted publication date: 20111102 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Qianhai branch Pledgor: SHENZHEN PROBE SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2019440020035 |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518000 area a, 6th floor, 9th floor, building C, 71-3 Xintian Avenue, Fuyong street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Pubo Medical Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 area a, 6th floor, 9th floor, building C, 71-3 Xintian Avenue, Fuyong street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN PROBE SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |