CN102117052A - 用于比例阀的驱动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种比例阀驱动控制装置，包括：驱动单元，接收控制信号的输入，并将所述控制信号转换成驱动信号，并根据所述驱动信号控制比例阀的开度；驱动反馈单元，与所述驱动单元相连接，用于监测所述驱动单元的所述驱动信号，并提供一监测信号；逻辑处理单元，与所述驱动反馈单元相连接，对所述驱动反馈单元输出的所述监测信号进行处理，并提供一保护信号；供电和保护单元，连接在所述逻辑处理单元与比例阀之间，根据所述逻辑处理部件输出的所述保护信号执行比例阀保护操作。该驱动控制装置使得对比例阀的控制具有高精确度和高安全性。

Description

用于比例阀的驱动控制装置
技术领域
本发明涉及医疗通气设备领域，具体而言，涉及用于比例阀的驱动控制装置。
背景技术
在使用呼吸机等医疗通气设备对患者进行机械通气的过程中，对通气量的大小实施精确安全控制是非常重要的，特别是婴幼儿患者和危重症患者，不合适的通气量会给患者带来危险，甚至危及生命。因此对控制通气流量的比例阀实施精确安全控制成为至关重要的环节，即要求比例阀的驱动电路能够精确安全的驱动比例阀。
比例阀驱动电路设计方式主要以PWM脉宽调制控制方式和恒流源方式为主。PWM脉宽调制的控制方式易颤振，具有较强的电磁干扰；而恒流源控制方式拓扑结构较复杂。并且这两种控制电路都是开环控制，不具有控制输出结果反馈的功能，影响了其在应用上的准确性和安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有反馈和保护功能的比例阀驱动控制装置，使得对比例阀的控制具有高精确度和高安全性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种比例阀驱动控制装置，包括：驱动单元，接收来自逻辑处理单元的控制信号，并将控制信号转换成驱动信号，并根据驱动信号控制比例阀的开度；驱动反馈单元，连接驱动单元与逻辑处理单元之间，用于监测驱动单元的驱动信号，并逻辑处理单元提供一监测信号；逻辑处理单元，分别与驱动单元、驱动反馈单元和供电和保护单元相连接，对驱动反馈单元输出的监测信号进行处理，并向供电和保护单元提供一保护信号；供电和保护单元，连接在逻辑处理单元与比例阀之间，根据逻辑处理部件输出的保护信号执行比例阀保护操作。
优选地，驱动单元为恒流源驱动电路。
优选地，恒流源驱动电路包括一跟随电路，用于稳定所输入的控制信号，其中，跟随电路包括第一运算放大器和第一电阻，第一运算放大器的一个输入端接收控制信号，另一输入端连接到该输出端的反馈信号，其输出端连接至第一电阻。
优选地，恒流源驱动电路还包括：第二运算放大器，其第一输入端通过第一电阻连接至第一运算放大器的输出端，第二输入端与采样电阻的一端相连，在第二输入端与其输出端之间还并联一电容；MOS管，其栅极通过第二电阻连接至第二运算放大器的输出端，其漏极连接至比例阀，其源极与采样电阻的一端相连；采样电阻，其一端还连接到MOS管的源极，其另一端接地。
优选地，MOS管的栅极设置有滤波电路，用于吸收开关噪声。
优选地，采样电阻为多个，多个采样电阻并联。
优选地，供电和保护单元为带有使能端的电源电路，电源电路的一个输入端连接到使能端以接收保护信号，另一输入端连接至外部电源，输出端连接至比例阀。
优选地，控制信号的电压范围为0～1.2V，驱动信号的电流范围为0mA～600mA，电压和电流呈线性关系。
本发明具有以下有益效果：
1.在本发明中，由于在比例阀驱动控制装置中采用了驱动反馈单元，通过对比例阀驱动信号的监测和反馈，实现了比例阀驱动的闭环控制，提高了通气的准确性和安全性。
2.在本发明中，由于在比例阀驱动控制装置中采用了供电和保护单元，在驱动电路出现故障的时候能有效的切断电源，保护患者安全，提高了通气的安全性。
3.在本发明的恒流源驱动电路的MOS管的栅极设计有滤波电路，用来吸收开关噪声。以及使用高精度电阻作为采样电阻，并且以多电阻并联的形式使电阻分流，从而降低大电流流过时带来的温度变化影响电阻精度。上述方法有效地提高了控制驱动的精确度和低干扰。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明一个实施例的比例阀驱动控制装置框图；
图2示出了本发明一个实施例的比例阀驱动控制装置电路原理图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
图1示出了本发明一个实施例的比例阀驱动控制装置框图，包括：驱动单元10、驱动反馈单元20、逻辑处理单元30以及供电和保护单元40。
如图1所示，逻辑处理单元30分别与驱动单元10、驱动反馈单元20和供电和保护单元30相连接，驱动单元10还连接至驱动反馈单元20和比例阀，供电和保护单元40还与比例阀相连，在本实施例中，来自逻辑处理单元30的低电压的模拟控制信号输入到驱动单元10，驱动单元10将控制电压信号转换成稳定的驱动电流输出给比例阀，以控制比例阀的开度。然后，反馈控制单元20将驱动输出的结果做采样并输出给逻辑处理单元30，如果采样结果与输入的控制信号不一致，则立刻对供电和保护单元40输出保护信号，供电和保护单元40将立刻切断供电，使呼吸阀处于打开状态，防止对患者造成憋气等危险。驱动单元10、驱动反馈单元20、逻辑处理单元30以及供电和保护单元40组成了一个具有反馈和保护功能的闭环的比例阀驱动控制装置，有效地提高了通气设备应用的准确性和安全性。
图2示出了本发明一个实施例的比例阀驱动控制装置电路原理图，如图2所示，低电压的模拟控制信号进入驱动单元时，首先经过一个跟随电路，跟随电路由一运算放大器组成，该跟随电路起到稳定输入信号和前后电阻阻抗匹配的作用。而后进入由运算放大器、MOS管和采样电阻组成的恒流源驱动电路，恒流源驱动电路的运算放大器的一输入端接收跟随电路所输出的控制信号，另一输入端与采样电阻的一端相连，该运算放大器的输出端与MOS管的栅极相连，MOS管漏极连接至比例阀。该运算放大器依据控制信号和来自采样电阻的采样信号不断调整对MOS管的栅极控制，实现小反馈，最终使采样电阻的电压等于控制信号电压，此时流过采样电阻的电流正是流过比例阀的电流，也就实现了低电压控制大电流的功能。控制线号的电压范围是0～1.2V，控制信号从0V连续的增加到1.2V的过程中，比例阀中的电流则对应的从0mA连续的增加到600mA，电压和电流呈线性关系。
为了提高控制精确度，首先，在MOS管的栅极设计了由电容和电阻组成的滤波电路，用来吸收开关噪声，减少电磁干扰。其次，使用高精度电阻做采样电阻，并且以多电阻并联的形式使电阻分流，从而降低大电流流过时带来的温度变化影响电阻精度，有效提高控制驱动的精确度。
反馈控制单元使用运算放大器组成比例放大电路，通过采集驱动输出结果，并输出至逻辑处理单元，逻辑处理单元将采样信号与输入的控制信号比较，如果不一致则向供电和保护单元提供一保护信号。
供电和保护单元本质是带有使能端的电源电路，其使能端的功能是控制电源输出，使能端正是保护信号的输入端，在驱动电路出现故障的时候根据保护信号切断电源，能有效地保护患者安全。
本实施例中的驱动控制电路具有反馈和保护的功能，能够实现高精度，高稳定，高安全和低干扰的驱动比例阀。另外，该驱动电路还可以解决低电压控制信号如何精确驱动大电流比例阀的问题。
以上所述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。

Claims (8)

1.一种比例阀驱动控制装置，其特征在于，包括：
驱动单元，接收来自逻辑处理单元的控制信号，并将所述控制信号转换成驱动信号，并根据所述驱动信号控制比例阀的开度；
驱动反馈单元，连接所述驱动单元与逻辑处理单元之间，用于监测所述驱动单元的所述驱动信号，并所述逻辑处理单元提供一监测信号；
逻辑处理单元，分别与所述驱动单元、所述驱动反馈单元和供电和保护单元相连接，对所述驱动反馈单元输出的所述监测信号进行处理，并向所述供电和保护单元提供一保护信号；
供电和保护单元，连接在所述逻辑处理单元与比例阀之间，根据所述逻辑处理部件输出的所述保护信号执行比例阀保护操作。
2.根据权利要求1所述的比例阀驱动控制装置，其特征在于，所述驱动单元为恒流源驱动电路。
3.根据权利要求2所述的比例阀驱动控制装置，其特征在于，所述恒流源驱动电路包括一跟随电路，用于稳定所输入的控制信号，其中，所述跟随电路包括第一运算放大器和第一电阻，所述第一运算放大器的一个输入端接收所述控制信号，另一输入端连接到该输出端的反馈信号，其输出端连接至第一电阻。
4.根据权利要求3所述的比例阀驱动控制装置，其特征在于，所述恒流源驱动电路还包括：
第二运算放大器，其第一输入端通过第一电阻连接至第一运算放大器的输出端，第二输入端与所述采样电阻的一端相连，在第二输入端与其输出端之间还并联一电容；
MOS管，其栅极通过第二电阻连接至所述第二运算放大器的输出端，其漏极连接至所述比例阀，其源极与所述采样电阻的一端相连；
采样电阻，其所述一端还连接到所述MOS管的源极，其另一端接地。
5.根据权利要求4所述的比例阀驱动控制装置，其特征在于，所述MOS管的栅极设置有滤波电路，用于吸收开关噪声。
6.根据权利要求4所述的比例阀驱动控制装置，其特征在于，所述采样电阻为多个，所述多个采样电阻并联。
7.根据权利要求1所述的比例阀驱动控制装置，其特征在于，所述供电和保护单元为带有使能端的电源电路，所述电源电路的一个输入端连接到所述使能端以接收所述保护信号，另一输入端连接至外部电源，输出端连接至所述比例阀。
8.根据权利要求1所述的比例阀驱动控制装置，其特征在于，所述控制信号的电压范围为0～1.2V，所述驱动信号的电流范围为0mA～600mA，所述电压和所述电流呈线性关系。
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