Verkürzte Entwicklungszeit für medizinische Beatmungsgeräte

Mit dem TMC4671+TMC6100-TOSV-REF stellt Trinamic ein Open-Source-Referenzdesign für medizinische Beatmungsgeräte vor. Das kompakte Modul bestehend aus dem TMC4671 und TMC6100 ist die ideale Lösung für eine schnelle Markteinführung von wichtigem Equipment.

Hamburg, 13. Juli 2020 – TRINAMIC Motion Control GmbH & Co. KG, jetzt Teil von Maxim Integrated, kündigt das TMC4671+TMC6100-TOSV-REF an. Der BLDC-Servotreiber eignet sich für 12…36V mit bis zu 6 A RMS (Root-Mean-Square Average = Effektivwert für den Strom), um medizinische Beatmungsgeräte oder Beatmungssysteme zu versorgen. Um die Designzyklen noch weiter zu beschleunigen, verfügt das Open-Source-Modul über einen Anschluß im Raspberry-Pi-Stil für SBC (Single-Board Computer = Einplatinenrechner) und bietet Platz für ein Drucksensor-Add-on-Board.

Automatische Beatmungsgeräte müssen mit geeigneter Sensortechnologie ausgestattet sein, um Änderungen wie Druckfluß, Volumen und Atemfrequenz zu überwachen und auf diese zu reagieren. Daher wird das Modul mit einer HALL-Sensorschnittstelle und den bereits erwähnten Anschlüssen für das optionale Drucksensor-Add-on-Board geliefert. Diese wichtigen Daten können mit Hilfe der kostenlosen Open-Source-Firmware, die von Trinamic für das Referenzdesign-Modul entwickelt wurde, direkt auf einem Raspberry Pi mit Touchscreen visualisiert werden.

„Mit diesem Referenzdesign möchten wir Ingenieuren zeigen, wie medizinische Beatmungsgeräte unter Verwendung sofort verfügbarer Komponenten gebaut werden können, wobei die erhöhten Vorlaufzeiten traditioneller Komponenten während der CoViD-19-Krise vermieden werden“, erklärt Michael Randt, Gründer von Trinamic. „Wir haben uns von Anfang an für einen Turbinenmotor mit hoher Drehzahl entschieden, der auf einem BLDC (Brush-Less Direct Current = Bürsten-Losen Gleich-Strom) Motor basiert. Zusammen mit Druck- und Volumenstromsensoren ermöglicht der dynamisch gesteuerte Motor sowohl druck- als auch flußgesteuerte Beatmungsmodi. Entsprechend dem Trinamic Open-Source-Ventilator (TOSV)-Projekt, das zu diesem Referenzdesign führte, sind sowohl Hardware als auch Software Open-Source.“

Ausgehend von früheren Erfahrungen mit der Regelung von Turbinen von CPAP (Continuous Positive Airway Pressure = Kontinuierlicher Positiver Atemwegs-Druck) Geräten war eines klar: Die schnelle und dynamische Regelung von BLDC-Motoren mit niedriger Induktion kann eine besondere Herausforderung darstellen. Sie erfordert eine sorgfältige Abwägung des Kompromisses zwischen hoher Schaltfrequenz und Stromwelligkeit und den daraus resultierenden Schalt- bzw. Stator-Verlusten. Dank des verwendeten Servoregler-ICs TMC4671-LA erzeugt das Modul unabhängig vom Mikrocontroller eine PWM (Pulse-Width Modulation = Puls-Weiten-Modulation) Frequenz und einen Stromreglertakt von 100 kHz. Damit wird die Strom-Aufnahme des Systems ohne Leistungseinbußen um bis zu 15 Prozent im Vergleich zu einer Frequenz von 25 kHz reduziert.

Ein Add-on-Board für I²C- und Analogsensoren ermöglicht die Unterstützung von Drucksensoren verschiedener Hersteller. Das TMC6100+TMC4671-EVAL-KIT und das TMC4671+TMC6100-BOB können in einen Single-Board-Computer / Einplatinenrechner eingesteckt werden, um auf die Benutzerschnittstelle und hochrangige Steuerfunktionen zuzugreifen. Im Fall des TOSV-Projekts wird ein Raspberry Pi mit Touchscreen-Display verwendet.

Das Referenz-Board TMC4671+TMC6100-TOSV-REF ist seit Mitte Juli über die Vertriebskanäle von Trinamic erhältlich. Die gesamte Hardware, Firmware und Software ist Open-Source unter der MIT-Lizenz mittels dieser Integrierte Entwicklungsumgebung (Integrated Development Environment = IDE): www.trinamic.com/support/software/tmcl-ide.

Funktionen und Vorteile:

  • 1-Achs-BLDC-Servotreiber für bis zu 6 A RMS pro Phase
  • Versorgungsspannung von 12V…36V
  • Integrierter Überspannungsschutz
  • HALL-Sensorschnittstelle
  • Integrierter Temperatursensor
  • Digitaler I/O und analoge Eingänge
  • Anschluss für optionales Trinamic Add-on-Board oder kundenspezifisches Sensor-Interface-Board
  • Raspberry-Pi-Anschluss für externen SBC

Über TRINAMIC Motion Control

Mit Trinamic, jetzt Teil von Maxim Integrated, ist Bewegungssteuerung super simpel. Durch die Umwandlung digitaler Informationen in präzise physische Bewegung machen wir das Unmögliche möglich.

Die Kombination aus der analogen Leistungsprozeß- und Kommunikationstechnik von Maxim Integrated und dem Fachwissen von Trinamic auf dem Gebiet der Bewegungssteuerung ermöglicht intelligente Bewegung. Die hochmodernen ICs, Module, mechatronischen Systeme und Entwickler-Toolkits von Trinamic helfen Softwareingenieuren die Markteinführungszeit ihrer Produkte zu verkürzen und gleichzeitig effiziente, ruhige und geräuscharme Präzisionsantriebe zu entwickeln.

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