、14(：1和1八〔2 輸入輸出電壓電流信號(hào)，W及電感電流IL201和中間電壓信號(hào)V102、V105和VDC3。直流電 壓的測量采用電路分壓實(shí)現(xiàn)，直流電流和交流電流測量采用霍爾電流傳感器HCS-ES5-25A 和肥S-LTS-6A實(shí)現(xiàn)，交流電壓采用霍爾電壓傳感器HVS-AS5-05mA實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)完成狀態(tài) 檢測和界面處理后，通過面板與報(bào)警電路U205進(jìn)行顯示、按鍵操作和報(bào)警。面板與報(bào)警電 路U205采用LCD顯示模塊LMB404ABY顯示移動(dòng)式醫(yī)療器械電源系統(tǒng)的輸入輸出電壓和電 流、電池狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)；設(shè)有4個(gè)按鍵，分別為用于顯示內(nèi)容瀏覽的"前頁"按鍵和"后頁" 按鍵、用于消除報(bào)警聲音的"消聲"按鍵、用于故障清除和復(fù)位"清除故障"按鍵；聲音報(bào)警 采用=極管S9013驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。
[0025] DC/DC電路U203,把標(biāo)稱24V的VDC2通過推挽升壓變換為標(biāo)稱380V的VDC3,推 挽升壓電路采用兩只IRFP3077功率MOSFET和一個(gè)升壓高頻變壓器實(shí)現(xiàn)。DC/AC電路U204 為單相全橋逆變電路，在單片機(jī)的控制下，把VDC3變?yōu)闃?biāo)稱220V交流電壓VAC2輸出，功率 MOS陽T 采用 IPP50R140。
[0026] 參考圖3、4,單片機(jī)的軟件分為主程序和中斷程序，主程序完成內(nèi)存和外設(shè)的初始 化；逆變器的DC/DC升壓和DC/AC逆變的PWM控制分別在中斷程序TIMER1和TIMERS中完 成PWM占空比計(jì)算和更新，實(shí)現(xiàn)電壓升壓和逆變的實(shí)時(shí)控制。
[0027] 圖3的步驟S301，單片機(jī)首先進(jìn)行上電初始化，包括變量和外設(shè)初始化；之后進(jìn) 入步驟S302,完成ADC、TIMER1和TIMERS S個(gè)關(guān)鍵外設(shè)的配置和啟動(dòng)；ADC的輸出采用DMA 方式直接保存在單片機(jī)內(nèi)存中，減少CPU讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的次數(shù)和時(shí)間，提高單片機(jī)CPU 與外設(shè)的并發(fā)性；TIMER1和TIMERS的PWM工作頻率都采用20曲Z (周期為50 y巧，ADC的 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)采用TIMERS的事件觸發(fā)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)逆變過程中測量和控制的同步。步驟 S303到S304為循環(huán)體，單片機(jī)內(nèi)存中保存連續(xù)5次ADC測量結(jié)果，S303根據(jù)ADC測量數(shù)據(jù) 計(jì)算出電壓和電流值，并判斷電路工作狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。S304實(shí)現(xiàn)測量值和狀態(tài)顯示，化及 輸出報(bào)警聲音。逆變器中DC/DC升壓PWM控制采用PI反饋控制，DC/AC逆變PWM控制采用 電壓和電流雙環(huán)控制，電壓環(huán)采用重復(fù)學(xué)習(xí)控制，TIMER1和TIMERS具有相同的中斷程序結(jié) 構(gòu)，只是具體控制算法不同。由于DC/DC升壓轉(zhuǎn)換輸出為定值，TIMER1的PWM比較寄存器 的更新算法采用PI反饋控制，而DC/AC逆變輸出為高質(zhì)量的正弦波，TIMERS的PWM比較寄 存器的更新算法采用具有重復(fù)學(xué)習(xí)功能的電壓和電流雙環(huán)控制算法。
[0028] 圖4給出了 TIMERS的中斷程序流程圖。步驟S311根據(jù)測量和控制時(shí)間窗口從ADC 內(nèi)存緩沖區(qū)中獲取k、k-1、k-2和k-3次測量數(shù)據(jù)，即當(dāng)前和前S次測量值，S312進(jìn)行逆變 器工作狀態(tài)判斷和求取控制量，包括是否有外接電源和電池剩余電量是否足夠、VDC3是否 穩(wěn)定在逆變所需的最低電壓（330V) W上；當(dāng)滿足逆變條件時(shí)，才進(jìn)行逆變輸出。S313進(jìn)行 故障處理和更新PWM比較計(jì)數(shù)器值，當(dāng)有輸出短路或者長時(shí)間過載時(shí)，關(guān)掉PWM輸出，并在 主程序中進(jìn)行顯示，用戶可W通過面板的"清除故障"按鍵實(shí)現(xiàn)重新的逆變輸出；當(dāng)無故障 時(shí)，按具有重復(fù)學(xué)習(xí)功能的電壓和電流雙環(huán)控制算法更新TIMERS的比較寄存器值。
[0029] 圖4的電壓和電流雙環(huán)控制中的電壓外環(huán)采用重復(fù)學(xué)習(xí)控制算法，它結(jié)合了反饋 和廣義前饋控制，能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的正弦電壓輸出。重復(fù)學(xué)習(xí)控制的學(xué)習(xí)周期為20mS，為了保 證控制過程平滑性，采用4個(gè)學(xué)習(xí)周期的測量誤差加權(quán)后得到學(xué)習(xí)誤差，當(dāng)前誤差和學(xué)習(xí) 誤差如式（1)和（2)所示。
[0030] ，k) = (U,.(J) - U(t,k)) / (22()yli) (1)
[0031] GL(t，k)二 c〇e (t, k)+CiG (t, k_l)+C2G (t, k_2)+〇30 (t, k_3) (2)
[00對(duì)其中，Ur(t)為參考電壓，是逆變器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓，由u,.(0 = 220VIsin(100;r0 產(chǎn)生，并把一個(gè)周期（20m巧的400個(gè)點(diǎn)的數(shù)值保存在存儲(chǔ)器中，W便減少實(shí)時(shí)計(jì)算量； U扣k)為逆變器輸出電壓當(dāng)次的實(shí)時(shí)值，即為圖2中VAC2的測量值；e (t，k)為當(dāng)前實(shí)時(shí)誤 差，e^t，k)為當(dāng)前實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)誤差，由前四次測量誤差加權(quán)平均產(chǎn)生，取系數(shù)C。、Cl、C2和C 3 分別為0. 4、0. 3、0. 2和0. 1。電壓外環(huán)控制器的輸出為電流內(nèi)環(huán)的設(shè)定值，算法如式（3)和 (4)。
[0033] 1比(1：, k) = ifL 扣 k-l) +曰 k) (3)
[0034] if (t, k) = 0 e (1:，k)+irL 扣 k) (4)
[0035] 其中a和P分別為學(xué)習(xí)增益和反饋增益，可取為1. 5和4. 5。電流內(nèi)環(huán)控制器采 用限幅比例控制器。
[0036]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 移動(dòng)式醫(yī)療器械電源系統(tǒng)，其特征在于：包括AC/DC電路模塊、DC/DC與充電電路模 塊、裡電池模塊、逆變與界面電路模塊，其中AC/DC電路模塊把85?265V寬交流市電輸入 變?yōu)閮陕分绷麟娫摧敵?，一路?5V的主輸出，主輸出連接DC/DC與充電電路模塊，另一路 為30V的輔助輸出，輔助輸出連接逆變與界面電路模塊；DC/DC與充電電路模塊將輸入的直 流電轉(zhuǎn)化為符合要求的直流電，同時(shí)向裡電池模塊充電；逆變與界面電路模塊把大范圍變 化的外接電源或者裡電池存儲(chǔ)的電能變?yōu)闃?biāo)稱220V交流電源輸出，并且實(shí)現(xiàn)整個(gè)醫(yī)療器 械的電源系統(tǒng)的人機(jī)界面和報(bào)警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式醫(yī)療器械電源系統(tǒng)，其特征在于；所述的AC/DC電路 模塊采用功率因數(shù)校正控制巧片UCC28061和正反激控制巧片TFS770細(xì)及其外圍電路實(shí) 現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式醫(yī)療器械電源系統(tǒng)，其特征在于；所述的輸入到DC/DC 與充電電路模塊的直流電為AC/DC電路模塊經(jīng)二極管主輸出的45V直流電或者汽車車載的 12V、24V、42V的直流電，DC/DC與充電電路模塊輸出24V的標(biāo)稱電壓，同時(shí)對(duì)裡電池模塊充 電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式醫(yī)療器械電源系統(tǒng)，其特征在于：所述的逆變與界面 電路模塊采用STM32巧05單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電壓和電流采集、DC/DC升壓PI控制、DC/AC逆 變重復(fù)學(xué)習(xí)控制和電路保護(hù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)式醫(yī)療器械電源系統(tǒng)，其特征在于：所述的逆變與界面 電路模塊包括直流輔助電源、DC/DC電路、DC/AC電路、MCU電路、面板與報(bào)警電路，其中直流 輔助電源將AC/DC電路模塊經(jīng)二極管輔助輸出的30V直流電或者DC/DC與充電電路模塊輸 出的直流電變?yōu)?2V和5V直流電源，12V用于驅(qū)動(dòng)功率MOS陽T，5V再經(jīng)過LDO變?yōu)?. 3V作 為MCU電路的單片機(jī)工作電源，5V用于其它邏輯電路工作電源；DC/DC電路為升壓電路，與 DC/AC電路相連;MCU電路分別與DC/DC電路、DC/AC電路、面板與報(bào)警電路相連;MCU電路 包括STM32巧05單片機(jī)及其外圍電路，完成DC/DC和DC/AC控制算法，采用其TIMER1輸出 PWM波控制DC/DC電路，采用其TIMERS輸出PWM波控制DC/AC電路。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了移動(dòng)式醫(yī)療器械電源系統(tǒng)，包括AC/DC電路模塊、DC/DC與充電電路模塊、鋰電池模塊、逆變與界面電路模塊，其中AC/DC電路模塊把交流電輸入變?yōu)閮陕分绷麟娫摧敵?，一路主輸出連接DC/DC與充電電路模塊，另一路輔助輸出連接逆變與界面電路模塊；DC/DC與充電電路模塊將輸入的直流電轉(zhuǎn)化為符合要求的直流電，同時(shí)向鋰電池模塊充電；逆變與界面電路模塊把大范圍變化的外接電源或者鋰電池存儲(chǔ)的電能變?yōu)闃?biāo)稱220V交流電源輸出，并且實(shí)現(xiàn)整個(gè)醫(yī)療器械的電源系統(tǒng)的人機(jī)界面和報(bào)警。本實(shí)用新型的電源系統(tǒng)，有利于攜帶呼吸機(jī)和心電檢測儀等醫(yī)療設(shè)備的病床自由移動(dòng)，提高對(duì)病人的救護(hù)能力。
【IPC分類】H02M1-10
【公開號(hào)】CN204290698
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420796681
【發(fā)明人】李向陽, 田聯(lián)房
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日