专利名称：比例电磁阀的控制方法
技术领域：
本发明涉及医疗系统的控制领域，具体地涉及诸如用在呼吸机中的比例电磁阀的
控制方法。
背景技术：
在气动电控型呼吸机产品的设计中，需要对患者的吸气流量和气道内压力进行控 制，目前优先采用的执行机构是比例电磁阀，其优点是结构简单、成本低廉、控制精度较好 且控制难度较低。在使用中需要向比例电磁阀输入电流以驱动阀芯运动，从而利用比例电 磁阀来控制气路的开启或关闭。 比例电磁阀主要依靠驱动电路输出电流来引起电磁阀阀芯的动作，目前比例电磁 阀的驱动电路通常采用由CPU控制的数_模转换器(DAC)来输出控制电压，再通过压_流 转换电路把电压信号转换为成比例的电流输出(输出电流的范围从几毫安到几安培)，通 过输出的电流来驱动比例电磁阀的阀芯运动。比例电磁阀的工作原理符合法拉利电磁感应 定律和"左手定则"，即在有电流i流经的线圈的垂直方向上存在磁场B时，则在线圈上产生 一个垂直于i和B组成平面的力F，线圈因电磁力F的作用而运动。F的方向由电流i和磁 场B的方向决定，一般地，在比例电磁阀中使用永磁铁产生磁场，因此要改变电磁力F的方 向就需要改变电流i的方向。 现有技术中常用的比例电磁阀中的压流转换电路采用单向恒流源电路驱动，即电 压和电流均保持为正值。比例电磁阀的阀芯在单向电流的驱动下只可向单一方向运动，而 阀芯的复位则依靠负载的反向作用力和阀芯自身重力实现。当比例电磁阀应用于高压流 体控制的情况下，阀芯的复位一般不存在问题，但如果在低压流体的情况下应用，则负载大 小、阀芯质量、摩擦系数等就会影响阀芯的复位。此外，比例电磁阀的安装方位也对阀芯的 复位有很大的影响，例如，在某些需要将比例电磁阀倒置安装的情况下，此时电磁阀的阀芯 不是像正放状态那样处于阀体的中下部，因此实现阀芯快速复位更加困难。虽然这种采用 单向驱动电路的比例电磁阀在负载反向作用力较大、安装方位固定、对于动态响应和迟滞 特性要求不高的应用场合应用很方便，但是，在与之相反的应用条件下，要实现阀芯良好的 复位就需要大幅度地增加电路的复杂程度以及相应的器件成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于比例电磁阀的控制方法，通过改进电路结构来实现 比例电磁阀阀芯的双向驱动控制。 针对上述目的，根据本发明提供了一种比例电磁阀的控制方法，其中，本控制方法 通过压流转换电路对比例电磁阀的阀芯进行双向驱动控制，压流转换电路包括接收第一 控制电压的第一运算放大器，该第一运算放大器的输出端连接至比例电磁阀的第一端；以 及接收第二控制电压的第二运算放大器，该第二运算放大器的输出端连接至比例电磁阀的
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优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，压流转换电路还包括第一 电阻，连接在第一运算放大器的反相输入端与反相输入端之间；以及第二电阻，连接在第二 运算放大器的反相输入端与输出端之间。 优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，第一运算放大器的反相输入 端与输出端之间短接。 优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，第一运算放大器和第二运算 放大器为视频运算放大器或功率运算放大器。 优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，第一电阻与第二电阻的阻值 相等。 优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，第一控制电压来自连接至第 一运算放大器的正相输入端的第一模拟信号发出装置，第二控制电压来自连接至第二运算 放大器的正相输入端的第二模拟信号发出装置。 优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，模拟信号发出装置为数模转 换器、电位器以及其他可以输出变化或固定的模拟信号的装置。 优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，第一模拟信号发出装置和第
二模拟信号发出装置均连接至数字信号发出装置并接收来自该装置的数字信号。 优选地，根据本发明的比例电磁阀的控制方法，其中，数字信号发出装置为单片
机、微控制器或微处理器。 本发明具有以下技术效果 根据本发明的比例电磁阀的控制方法通过简单的压流转换电路实现了比例电磁
阀的双向驱动控制，采用低成本的方案显著地提升了比例电磁阀的工作性能，同时降低了
对比例电磁阀的加工精度、装配工艺、安装使用条件、以及与负载条件的耦合性的要求，使
得本比例电磁阀不仅是用于高压流量控制，同时也是用于低压流量控制。 应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是
为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。
附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附解了本发 明的一些实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。附图中
图1示出了根据本发明的比例调节阀的压流转换电路的示意图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的具体实施方式
进行说明。 图1示出了根据本发明的比例电磁阀的控制方法的压流转换电路的示例性原理 图。通过图1中的压流转换电路就可以实现对比例电磁阀L的阀芯进行双向驱动控制，该压 流转换电路包括第一运算放大器A，其接收第一控制电压U1，该第一运算放大器A的输出 端1连接至比例电磁阀L的正极(第一端)；以及第二运算放大器B，其接收第二控制电压 U2，该第二运算放大器B的输出端7连接至比例电磁阀L的负极(第二端)。以往的比例电 磁阀只具有一个控制电压(通常为正电压)，因而只能对比例电磁阀的阀芯进行单向控制，而通过上述内容可知，根据本发明的控制方法的压流转换电路同时在比例电磁阀L的正极 和负极提供两个不同的控制电压U1、U2，并且由于两个控制电压U1、U2的大小均可调节，因 此通过这两个控制电压Ul、 U2就可以实现对阀芯的双向驱动，具体地控制方式将在下文中 详细描述。 进一步，根据本发明的压流转换电路还包括第一电阻R1，其连接在第一运算放 大器A的反相输入端2与第二运算放大器B的反相输入端6之间；以及第二电阻R2，其连 接在第二运算放大器B的反相输入端6与第二运算放大器B的输出端7之间。这两个电阻 Rl、 R2作为本发明的运算放大器的比例放大电阻，以使第二运算放大器B输出如下的运算 结果U3-U4二 (Ul-U2) (R1+R2)/R1。此外，第一运算放大器A的反相输入端2与其输出端 l之间短接。上述就是根据本发明的压流转换电路的基本构成原理，通过该电路就可以实现 对比例电磁阀L的阀芯的双向驱动控制。 具体地，上述的第一运算放大器A和第二运算放大器B可以是视频运算放大器或 功率运算放大器，这两种运算放大器的电路驱动能力可以满足驱动比例电磁阀L的阀芯所
需的电流范围。当然，满足上述条件的其他适合的运算放大器也可以使用。优选地，第一电 阻R1与第二电阻R2的阻值相等，这是为了化简运算，选择R1 = R2以使(R1+R2)/R1 = 2。
在进行应用时，第一控制电压Ul可以来自连接至第一运算放大器A的正相输入端 3的第一模拟信号发出装置(未示出)，而第二控制电压U2可以来自连接至第二运算放大 器B的正相输入端5的第二模拟信号发出装置(未示出)。具体地，上述的第一模拟信号发 出装置和第二模拟信号发出装置可以为数模转换器，当然，也可以选用其他的模拟信号发 出装置，例如电位器以及其他可以输出变化或固定的模拟信号的装置。数模转换器可以将 输入其中的数字信号转化为模拟信号，以提供给比例电磁阀。第一数模转换器和第二数模 转换器接收的数字信号可以来自与它们连接的数字信号发出装置(例如，型号atmegal28 的单片机、微控制器或微处理器等)。 上述为根据本发明的压流转换电路的基本构成方式，下面对其工作原理进行简要 说明。 首先通过数字信号发出装置向数模转换器发出数字信号，数模转换器将接收到的 数字信号转化为模拟信号(控制电压)输出至与之相连的运算放大器，即，第一控制电压U1 输入第一运算放大器A，第二控制电压U2输入第二运算放大器B。通过两个运算放大器A、 B的处理，分别从第一运算放大器A的输出端1输出第一输出电压U3，从第二运算放大器B 的输出端7输出第二输出电压U4，这两个输出电压U3、U4就被分别提供给比例电磁阀L的 正极和负极，即比例电磁阀L两端的电压^二U3-U4。根据运算放大器的工作原理可以得 出下列等式A = U3-U4 = 2 (Ul-U2)。根据欧姆定律，当Ul > U2时，I > 0，电流就由比例 电磁阀L的正极流入，即从电第一运算放大器A流向第二运算放大器B，此时阀芯就相应地 向正向运动。反之，当Ul < U2时，I < 0，电流由比例电磁阀L的负极流入，即从第二运算 放大器B流向第一运算放大器A，此时阀芯就向反向运动。从而就实现了阀芯的双向驱动控 制。 进一步，根据欧姆定律，流过比例电磁阀L的电流I = W/X， &为比例电磁阀L的 内阻。由此可见，只需要预先测得&就可以通过调整控制电压U1、U2来线性地调整施加至 比例电磁阀L的阀芯上压力大小。
以比例电磁阀应用于呼吸机中的情况的根据本发明的控制方法进行说明，假设比 例电磁阀正放，此时阀芯垂直定向且位于阀体的中下部，当阀芯向上(正向)运动，则关闭 呼气口，当阀芯向下(反向)运动，则开启呼气口。在机械通气的吸气阶段，吸气阀需要打 开供气，则需要输出相应压力以关闭呼气阀的呼气口从而防止气流泄漏，此时通过根据本 发明的压流转换电路向呼气比例电磁阀提供正向电流，从而关闭呼气口 ；在呼气阶段，吸气 阀要关闭以停止供气，则应立即将呼气阀的呼气口开启至最大以减小呼气阻力，此时向呼 气比例电磁阀提供负向电流，以使阀芯复位。应注意的是，由于在复位阶段也向阀芯提供了 驱动力，因此可以更好地克服负载阻力，从而加速阀芯复位的过程。此外，提供反向驱动力 还有助于克服比例电磁阀本身的零点压力，从而进一步加快阀芯的复位。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述控制方法通过压流转换电路对比例电磁阀(L)的阀芯进行双向驱动控制，所述压流转换电路包括第一运算放大器(A)，接收第一控制电压(U1)，所述第一运算放大器的输出端(1)连接至所述比例电磁阀(L)的第一端；以及第二运算放大器(B)，接收第二控制电压(U2)，所述第二运算放大器的输出端(7)连接至所述比例电磁阀(L)的第二端。
2. 根据权利要求1所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述压流转换电路还包括第一电阻(R1)，连接在所述第一运算放大器的反相输入端(2)与第二运算放大器的反相输入端(6)之间；以及第二电阻(R2)，连接在所述第二运算放大器的反相输入端(6)与所述第二运算放大器 的输出端(7)之间。
3. 根据权利要求1所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述第一运算放大器 的反相输入端(2)与所述第一运算放大器的输出端(1)之间短接。
4. 根据权利要求1所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述第一运算放大器 和所述第二运算放大器为视频运算放大器或功率运算放大器。
5. 根据权利要求2所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述第一电阻与所述 第二电阻的阻值相等。
6. 根据权利要求1所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述第一控制电压来 自连接至所述第一运算放大器的正相输入端(3)的第一模拟信号发出装置，所述第二控制 电压来自连接至所述第二运算放大器的正相输入端(5)的第二模拟信号发出装置。
7. 根据权利要求6所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述模拟信号发出装置为数模转换器、电位器以及其他可以输出变化或固定的模拟信号的装置。
8. 根据权利要求6所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述第一模拟信号发出装置和所述第二模拟信号发出装置均连接至数字信号发出装置并接收来自所述装置的 数字信号。
9. 根据权利要求8所述的比例电磁阀的控制方法，其特征在于，所述数字信号发出装 置为单片机、微控制器或微处理器。
全文摘要
本发明提供了一种比例电磁阀的控制方法，其中，本控制方法通过压流转换电路对比例电磁阀的阀芯进行双向驱动控制，压流转换电路包括接收第一控制电压的第一运算放大器，该第一运算放大器的输出端连接至比例电磁阀的第一端；以及接收第二控制电压的第二运算放大器，该第二运算放大器的输出端连接至比例电磁阀的第二端。压流转换电路还包括第一电阻，连接在第一运算放大器的反相输入端与反相输入端之间；以及第二电阻，连接在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间。
文档编号A61M16/20GK101745170SQ20081023931
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者刘冬, 李敬辉 申请人:北京谊安医疗系统股份有限公司