一种应用于血液透析机的动力系统及其控制方法与流程

本发明涉及医疗设备设备
技术领域：
，具体涉及一种应用于血液透析机的动力系统及其控制方法。
背景技术：
：血液透析机上的应用于血液透析机的动力系统是一个非常重要的部件，主要用于病人血液在血液透析管路中循环流动。目前公知的应用于血液透析机的动力系统为有感无刷电机，有感无刷电机靠电机内部的霍尔传感器检测电机转子的相位，为电机驱动电路提供最佳换相时机。如果电机内部的霍尔传感器失效，驱动电路无法获得正确的转子相位，电机很容易停机，甚至锁死，导致病人血液在管路中凝固。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种应用于血液透析机的动力系统，用于解决应用于血液透析机的动力系统因为电机内部的霍尔传感器失效而导致电机停机或锁死的问题；本发明的目的之二在于提供一种应用于血液透析机的动力系统的控制方法，用于驱动应用于血液透析机的动力系统。本发明的内容如下：一种应用于血液透析机的动力系统，包括bldc电机以及用于驱动所述bldc电机的微控制器和三相驱动桥，所述微控制器的输入端分别与所述bldc电机的u、v、w三相电压输入端连接，所述微控制器的输出端与所述三相驱动桥的控制端连接，所述三相驱动桥的输入端与稳压电源vdd连接，所述三相驱动桥的输出端分别连接于所述bldc电机的u、v、w三相电压输入端。优选的，所述微控制器包括主控单元cpu、数模转换单元adc、串口单元usic、比较器单元acmp、位置接口单元posif、捕获比较单元ccu4和捕获比较单元ccu8；所述主控单元cpu分别与所述数模转换单元adc、所述串口单元usic、所述位置接口单元posif、所述捕获比较单元ccu4以及所述捕获比较单元ccu8连接；所述位置接口单元posif分别与所述比较器单元acmp、所述捕获比较单元ccu4以及所述捕获比较单元ccu8连接；所述主控单元cpu用于进行数据处理和数据交换；所述数模转换单元adc用于实现模拟信号和数字信号之间的转换；所述串口单元usic用于连接外部设备，且进行所述bldc电机的调试；所述bldc电机的u、v、w三相电压输入端分别与所述比较器单元acmp连接；所述比较器单元acmp用于所述bldc电机反电动势相位电压的过零检测；所述位置接口单元posif的输入端设置有滤波器，用于配合所述捕获比较单元ccu4实现bldc电机的硬件换相、换相延时以及滤波；所述捕获比较单元ccu8用于给所述三相驱动桥输出六路pwm信号，pwm信号用于控制所述三相驱动桥的通断，并通过所述三相驱动桥驱动bldc电机。优选的，所述比较器单元acmp包括三个独立的电压比较器，所述bldc电机的u、v、w三相电压输入端分别连接于三个所述电压比较器的反相输入端，三个所述电压比较器的同相输入端连接于虚拟稳态中心点，三个所述电压比较器的输出端分别连接于所述位置接口单元posif。优选的，所述捕获比较单元ccu4包括分别与位置接口单元posif连接的第一子单元cc40和第二子单元cc41；第一子单元cc40用于接收来自位置接口单元posif的电流信号并将有效的电流信号反馈给位置接口单元posif，位置接口单元posif通过查表的方式确定bldc电机转子的当前位置；第二子单元cc41用于根据电机转子转动60度的时间来计算出bldc电机的转速，并将转速数据传递给主控单元cpu。优选的，所述三相驱动桥包括形成三相驱动的三个独立驱动桥，所述三个独立驱动桥包括a相驱动桥、b相驱动桥和c相驱动桥，每一相驱动桥均包括开关管q1和开关管q2，开关管q1和开关管q2的栅极分别与所述捕获比较单元ccu8的输出端连接，开关管q1的漏极与所述稳压电源vdd连接，关管q1的源极分别与所述开关管q2的漏极和所述bldc电机的u相电压输入端连接，开关管q2的源极接地。本发明还公开了一种基于上述的应用于血液透析机的动力系统的控制方法在，包括以下步骤：s1.获取bldc电机的反电动势数据；s2.根据所述反电动势数据确定bldc电机反电动势的过零点数据；s3.对所述过零点数据进行pwm同步屏蔽，并以事件请求的方式进行数据传递；s4.根据所述过零点数据确定bldc电机的换相点时间；s5.根据所述换相点时间对bldc电机进行换相控制。优选的，步骤s4确定bldc电机的换相点时间的具体步骤包括：s41.启动位置接口单元posif，通过位置接口单元posif的输入滤波器滤除输入噪声并获取有效的请求事件；s42.根据有效的请求事件通过查表的方式判断bldc电机转子的当前位置；s43.根据bldc电机转子的当前位置判断bldc电机的换相点时间。优选的，步骤s5中根据所述换相点时间对bldc电机进行换相控制的具体步骤包括：s51.配置并启动捕获比较单元ccu8，设定捕获比较单元ccu8为多通道模式；s52.在捕获比较单元ccu8写入三相驱动桥的驱动数据，在换相点时间进行数据输出；s53.获取bldc电机的转速，根据bldc电机的转速进行换相延时。本发明的有益效果为：本发明采用bldc电机代替传统有感无刷电机，根据无刷电机相线的反电动势获得电机转子的相位，无需使用霍尔元件，可以避免霍尔元件失效的问题，提升了应用于血液透析机的动力系统工作的可靠性。附图说明图1所示为本发明实施例的原理框图；图2所示为本发明实施例的换相的原理框图；图3所示为本发明实施例的应用于血液透析机的动力系统控制方法的流程图；图4所示为本发明的的应用于血液透析机的动力系统控制方法步骤s3的具体流程图；图5所示为本发明的的应用于血液透析机的动力系统控制方法步骤s4的具体流程图。具体实施方式上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。请参照图1，本实施例公开的一种应用于血液透析机的动力系统，包括bldc电机1以及用于驱动所述bldc电机1的微控制器2和三相驱动桥3，所述微控制器2采用英飞凌的xmc1300控制器，其输入端分别与所述bldc电机1的u、v、w三相电压输入端连接，所述微控制器2的输出端与所述三相驱动桥3的控制端连接，所述三相驱动桥3的输入端与稳压电源vdd连接，所述三相驱动桥3的输出端分别连接于所述bldc电机1的u、v、w三相电压输入端。所述三相驱动桥3包括形成三相驱动的三个独立驱动桥，三个独立驱动桥包括a相驱动桥、b相驱动桥和c相驱动桥，每一相驱动桥均包括开关管q1和开关管q2，开关管q1和开关管q2的栅极分别与所述捕获比较单元ccu8的输出端连接，开关管q1的漏极与所述稳压电源vdd连接，关管q1的源极分别与所述开关管q2的漏极和所述bldc电机1的u相电压输入端连接，开关管q2的源极接地。所述微控制器2包括主控单元cpu、数模转换单元adc、串口单元usic、比较器单元acmp、位置接口单元posif、捕获比较单元ccu4和捕获比较单元ccu8；所述主控单元cpu分别与所述数模转换单元adc、所述串口单元usic、所述位置接口单元posif、所述捕获比较单元ccu4以及所述捕获比较单元ccu8连接；所述位置接口单元posif分别与所述比较器单元acmp、所述捕获比较单元ccu4以及所述捕获比较单元ccu8连接；所述主控单元cpu用于进行数据处理和数据交换；所述数模转换单元adc用于实现模拟信号和数字信号之间的转换；所述串口单元usic用于连接外部设备，且进行所述bldc电机1的调试；所述bldc电机1的u、v、w三相电压输入端分别与所述比较器单元acmp连接；所述比较器单元acmp用于所述bldc电机1反电动势相位电压的过零检测，本实施例采用bldc电机1代替传统有感无刷电机，根据无刷电机相线的反电动势获得电机转子的相位，无需使用霍尔元件，可以避免霍尔元件失效的问题，提升了应用于血液透析机的动力系统工作的可靠性；所述比较器单元acmp包括三个独立的电压比较器，所述bldc电机1的u、v、w三相电压输入端分别连接于三个所述电压比较器的反相输入端，三个所述电压比较器的同相输入端连接于虚拟稳态中心点，三个所述电压比较器的输出端分别连接于所述位置接口单元posif。bldc电机1一端的电压信号存在电感续流尖峰和pwm开关噪声，为了避免每次换相后，电感续流尖峰导致三个所述电压比较器输出错误的信号，本实施例将三个所述电压比较器输出的高频开关信号按照pwm同步屏蔽，既可以检测出有效信号，又可以避免rc滤波电路造成的电压相位偏移。所述位置接口单元posif的输入端设置有滤波器，用于配合所述捕获比较单元ccu4实现bldc电机1的硬件换相、换相延时以及滤波；请参照图2，所述捕获比较单元ccu4包括分别与位置接口单元posif连接的第一子单元cc40和第二子单元cc41；第一子单元cc40用于接收来自位置接口单元posif的电流信号并将有效的电流信号反馈给位置接口单元posif，位置接口单元posif通过根据表1确定bldc电机转子的当前位置；相位号比较器u比较器v比较器w110120013011401051106100表1表1中，1表示比较器输出高电平，0表示比较器输出低电平。第二子单元cc41用于根据电机转子转动60度的时间来计算出bldc电机1的转速，并将转速数据传递给主控单元cpu。所述捕获比较单元ccu8设定为多通道模式，用于写入三相驱动桥3的驱动信号以及给所述三相驱动桥3输出六路互补pwm信号，pwm信号用于控制所述三相驱动桥3的通断，并通过所述三相驱动桥3驱动bldc电机1。本实施例中，捕获比较单元ccu8输出的互补pwm包括同步整流成份，所以本实施例的三相驱动桥3中没有设置续流二极管，续流所产生的热量消耗在开关管的导通内阻而非二极管上，提高了能量利用效率。请参照图3，本实施例还公开一种基于上述的应用于血液透析机的动力系统的控制方法，包括以下步骤：s1.获取bldc电机的反电动势数据；s2.根据所述反电动势数据确定bldc电机反电动势的过零点数据；s3.对所述过零点数据进行pwm同步屏蔽，并以事件请求的方式进行数据传递；s4.根据所述过零点数据确定bldc电机的换相点时间；s5.根据所述换相点时间对bldc电机进行换相控制。请参照图4，步骤s4确定bldc电机的换相点时间的具体步骤包括：s41.启动位置接口单元posif，通过位置接口单元posif的输入滤波器滤除输入噪声并获取有效的请求事件；s42.根据有效的请求事件通过查表的方式判断bldc电机转子的当前位置；s43.根据bldc电机转子的当前位置判断bldc电机的换相点时间。请参照图5，步骤s5中根据所述换相点时间对bldc电机进行换相控制的具体步骤包括：s51.配置并启动捕获比较单元ccu8，设定捕获比较单元ccu8为多通道模式；s52.在捕获比较单元ccu8写入三相驱动桥的驱动数据，在换相点时间进行数据输出；s53.获取bldc电机的转速，根据bldc电机的转速进行换相延时。以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。当前第1页12