醫(yī)學治療儀專用變頻器的研制

1前言

　　醫(yī)學治療儀的服務對象是人，由此決定了對其傳動控制系統(tǒng)要求的嚴格性，尤其是用于治療頸椎病和腰椎間盤突出癥的治療設備，對傳動系統(tǒng)的安全性和準確性提出了更高的要求：絕對不允許失速，不允許越位，且停車準確。同時為了簡化機械部分的設計及減少相關(guān)的傳感器，從機電一體化的原則考慮，將大部分控制功能由電氣控制來完成。

　　治療儀傳動系統(tǒng)要求電機轉(zhuǎn)速控制在100～250r/min之間，再通過50∶1的機械減速器減速，傳動扭矩>1.5Nm。擺動幅度要求為頸椎：±30°～±60°;腰椎:±60°～±100°；起終點均應控制在中心位置。轉(zhuǎn)速及擺幅均應根據(jù)具體病例可調(diào)。

　　2智能化全數(shù)字式專用變頻器的設計

　　（1）考慮到醫(yī)學治療儀的特殊要求，為了提高變頻器的工作可靠性和控制精度，采用智能化數(shù)字化設計，同時也結(jié)合小型化的特點，主功率器件采用日本三菱電機的IGBT智能功率模塊（IPM）PM20CSJ060。輸入為單相220V交流，經(jīng)單相全橋整流器整流后供給智能功率模塊，輸出為三相220V交流，接0.5kW三相異步電動機（改為△接法）。

　　（2）采用INTEL公司的16位單片機80C196KC作為系統(tǒng)CPU，它具有運算速度快,精度高,指令功能強等特點。并帶有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，可以完成模擬量和數(shù)字量信號的檢測。控制運算及數(shù)據(jù)處理，保護功能的邏輯判斷，給PWM產(chǎn)生電路SA4828送設定和控制數(shù)據(jù)，以及管理鍵盤和數(shù)碼顯示等功能。

　　（3）SPWM波發(fā)生器采用英國MITEL公司的增強型運動控制大規(guī)模集成電路SA4828。該芯片作為一種獨立于微處理器的外設形式工作，但它可以受控于任何類型的微處理器而幾乎不需要附加任何邏輯電路。管腳的配置使其能適用于大部分總線格式，包括復用的地址/數(shù)據(jù)總線格式和RD/WR或R/W控制模式。由于僅在改變運行狀態(tài)時需要微處理器的介入，因此工作時芯片幾乎不占用CPU的資源。

　　SA4828采用全數(shù)字化操作，載波頻率可達24kHz。內(nèi)部ROM中存有三種可選的輸出電源波形，諧波抑制技術(shù)可減少功率器件的損耗。16位頻率控制精度，三個獨立的幅值寄存器可進行三相不平衡補償。利用SA4828設計的變頻器硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 采用SA4828的變頻器硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　3SA4828的功能特點及工作原理

　　3.1SA4828管腳圖及管腳功能說明

　　SA4828管腳圖如圖2所示。管腳功能說明見表1。

圖2 SA4828管腳圖

表1 SA4828管腳說明