呼吸機轉換開關的設計與應用

摘要：從使用呼吸機病人角度出發，呼吸機在市電停電的情況下，呼吸機在一瞬間應該立即恢復供電，不然，對病人就有生命危險。呼吸機電源轉換開關就是為解決這一問題而設計，此轉換開關通過比較、延時自鎖、延時驅動，控制呼吸機進行電源切換，提供給呼吸機正常的直流電源，保證呼吸機不間斷地供電。
關鍵詞：呼吸機；病人；電源切換；延時自鎖

醫用呼吸機通常使用24 V直流穩壓電源，當交流電網掉電時，醫用呼吸機無直流電源供給，從而造成呼吸機無法正常工作；而一般短延時的UPS電源在電網掉電時，最長提供給負載的電源，也只能保持30分鐘左右，這對正在使用呼吸機的病人來說是遠遠不夠的。而且一般的UPS電源價格較貴，病患家庭難以承受如此高昂的費用。為了解決這一問題，有必要設計一種應用于呼吸機的廉價、不間斷電源。通過設計一種轉換開關，當電網長時間掉電的情況下，自動轉換為蓄電池供電，把蓄電池中的直流能量轉換成一種能長時間不間斷提供的直流穩壓電源來供給呼吸機正常工作，從而達到以低廉的成本就能維持病人生命的目的。

1 總體設計
平時呼吸機由市電驅動工作，在交流電網斷電時，比較器電路自動檢測到斷電直流壓降，輸出一個低電平信號，在設定的時間內，經過一級延時、自鎖器、二級延時電路送給驅動器，驅動器執行開關轉換動作，將呼吸機轉為由電池組1供電；當電池組1長時間工作，電壓降至預定值時，比較器電路檢測到預定值壓降，輸出一個低電平信號，在設定的時間內，經過一級延時、自鎖器、二級延時電路送給驅動器，驅動器執行開關轉換動作，將呼吸機工作于電池1轉為由電池組2供電；這樣可以保證呼吸機在交流電網斷電后有較長的工作時間。

這一工作方案總體設計由圖1系統框圖所示。它由比較器、一級延時、自鎖器、二級延時、驅動器、呼吸機、市電以及電池組1和電池組2所組成。

2 元器件特性
2．1 LM339比較器
LM339由4組獨立的精密電壓比較器組成，具有低失調電壓的特點。它特地為在較大的電壓范圍內單電源工作而設計，最大可在36 V直流下工作，但也可在雙電源電壓下工作，最大+18 V直流電源下工作。每一片LM339芯片內由4個比較器組成，每個比較器由一對同相輸入端Q1和反相輸入端Q4和一個輸出端Q8組成；由圖中可見，LM339輸出是發射極接地NPN晶體管的集電極開路形式。集電極互連提供輸出“或”功能。輸出上拉電阻可連接任何電源電壓，輸出管吸入電流受有效驅動量和β的影響。達到最大限制電流(大約16 mA)，輸出管要退出飽和，輸出電壓很快上升。