电源管理系统在血液净化设备中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 电源管理系统在血液净化设备中的 应用 【摘 要】血液净化设备是将患 者血液引出体外并通过一种净化装置， 除去其中某些致病物质，调节电解质平 衡，再将血液输回患者，并在治疗过程 中对血液进行全程监控报警的设备1。 一旦断电必然对患者造成巨大的风险， 因此在血液净化设备中必然会对电源管 理系统的设计应用有更高的要求。文章 首先对血液净化设备中电源管理系统的 作用进行简单系统的描述，其次对电源 管理系统的各个组成部分进行了分析介 绍，最后提出了血液净化设备中一种电 源管理系统的应用解决方案。 中国论文网 /8/view-12934747.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 【关键词】血液净化设备 电源 管理系统 应用解决方案 随着电力事业的发展，各类大中 型医院基本都配备了应急电源系统，有 效降低了医院长时间断电的风险。但是 短时间的断电对精密医疗设备造成的危 害不容忽视2。特别是对血液净化设备 等生命支持系统，短时间的断电不但会 对设备内部元器件造成损害，更会对正 在接受治疗的患者带来生命危险。因此， 在血液净化设备中配备电源管理系统是 十分必要的。 1 电源管理系统在血液净化设备 的作用 血液净化设备基本都配备有蓄电 池，但是蓄电池只能维持血泵运转和操 作 示，而血液净化设备的回路监控 报警、温度控制、液体平衡功能都无法 正常工作。遇到停电的状况只能给患者 回血，结束治疗，给患者造成很大的不 便。因此加强电力供应保障，提供一款 能维持血液净化设备在停电情况下继续 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 工作的电源管理系统是非常重要的3。 电源管理系统就是对电源实时监 测和控制的系统。通过对血液净化设备 接入的市电电源及蓄电池电量的实时监 控，进而完成电源的切换和蓄电池的充 放电操作，并把获取的电源信息反馈到 控制系统，做到实时监控，实时显示， 对电源进行有效的管理和控制，提高电 源系统的可靠性。 2 电源管理系统的构成 电源管理系统由主电源断电检测 电路、电源切换电路、电池电量监测电 路、电池充电电路、直流升压电路、数 据处理及主控制电路、人机界面、主电 源及铅酸蓄电池构成。系统方块图如图 1。 血液净化设备使用 AC220V 作为 主电源供电，在设备内部再降压转变为 直流电。铅酸蓄电池作为备用电源使用， 可以选择 DC12V 电池，如果需要 DC24V 或者更高的直流电源可以将铅 酸蓄电池串联使用。直流升压电路主要 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 为铅酸蓄电池充电用。在主电源正常工 作的情况下充电电路会根据检测到的电 池电压对电池进行不同状态的充电。电 源切换电路用来主动切换主电源和备用 电源，需要极短的反应时间。主电源断 电检测电路用来时间监测主电源电压， 采集电压数据并将数据传输给主控电路。 电池电量检测电路用来测量电池的实时 电量情况，采集电池电压数据并将数据 传输给主控电路。主控系统根据采集到 的模拟电压数据通过自带 AD 转换器转 换成需要的数据，来判断主电源及备用 电池的状态并在人机界面显示，同时控 制对备用电池的电量监测。 3 电源管理系统的应用解决方案 3.1 电池充电电路 充电模块选用的一款开关模式的 铅酸蓄电池充电控制芯片，它采用一个 高效均流模式控制回路精确控制铅酸蓄 电池的充电。该芯片兼有充电逻辑控制 和均流 PWM 控制，可根据电池端电压 及充电电流采用电流调节或电压调节控 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 制充电。芯片内部带有欠压锁定环路来 取保输出转换开关切换前为负载提供有 效的工作电压。外芯片包含：一个采样 电流差动放大器、一个 1.5%精度参考 电平、一个 3.9mV%的线性热敏电阻、 电压和电流误差放大器、PWM 锁存器、 充电状态解码单元及集电极输出驱动器 等单元电路。电路原理图如图 2。 该电路可以按照铅酸蓄电池的三 段充电特性曲线充电。以 12V 铅酸蓄电 池为例，第一阶段：充电电路提供一个 恒流的充电电流 I（0.12CA0.15CA） 给蓄电池充电，蓄电池容量快速增加直 到蓄电池电压上升到过充电压 14.8V， 进入第二阶段过压充电。第二阶段：充 电电压保持恒压 14.80.1V 并略高于电 池额定电压充电，以使蓄电池能量达到 最终饱和，充电电流逐渐下降到过过冲 终止电流（0.03CA） ，蓄电池充满进入 第三阶段涓流浮充阶段。第三阶段：充 电电路为蓄电池提供一个恒压并带有温 度补偿的浮充电压 U（13.80.1V）为蓄 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 电池充电以维持蓄电池容量不变，同时 提供一个很小的浮充电流弥补蓄电池自 身放电带来的容量损失，此后蓄电池在 使用过程中电压下降到过压电压的 90% 后，充电电路会自动进入第一阶段充电 4。12V 铅酸蓄电池充电特性曲线如图 3。 3.2 电源切换电路 该电路的工作原理是：以 DC12V 供电电压为例，TL431 作为精 密电压基准源可以按照 12V 电源的通断 状态控制三极管 Q5 的通断。当 12V 供 电正常时，Q5 截止，Q6 导通，Q4 截 止，Q3 栅极高电压，源极漏极之间截 止，仅由主电源供电。当 12V 供电中断 时，Q5 导通，Q6 截止，Q4 导通，Q3 栅极低电压，源极漏极之间导通，由 BAT+供电。电路原理图如图 4。 R22 ，R21 用来调整 TL431 的输 出电压，可选 14K，2K。Q2，Q3 可选 IRF5305。Q4，Q6 可选 BCR503。Q5 可选 A1015。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 3.3 电量检测电路 电量检测电路采用 TI 公司的 BQ2013H 芯片。该芯片是专门为可充 电电池设计。在电池的负极和线路板的 地之间串接一个检测电阻，芯片通过监 测检测电阻的电压降来判断电池的充放 电状态，当 VSRVSS 表示充电，当 VSRVSS 表示放电。通过检测 VSB 随 时间变化的电压对铅酸蓄电池剩余电量 进行精确测量。最初的电池容量、自放 电率、显示模式和电荷补偿可以用芯片 的引脚 PROG16 设置。电池从满到空 的一个放电周期中，实际的电池容量可 以由芯片自动学习。自带单总线串行通 信接口可方便的与处理器连接，响应外 部串口的命令，进行数据传输。 BQ2013H 适用于高放电率系统中的高 容量电池电量检测5。以 MSP430F149 做处理器，与 BQ2013H 读写程序如下： 电路原理图如图 5。 4 结语 -精选财经经济类资料-