醫用24V直流穩壓電源呼吸機轉換開關的設計與應用

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。

2.2 零狀態響應

設電容在某瞬間t0，而在t0之前瞬間(to-)電路未加電壓輸入，而且自身電壓處于零狀態;在t0瞬間電路加上輸入，由此而引起的響應定義為電路的零狀態響應。因此，零狀態響應是僅僅由于輸入所引起的。零狀態響應與輸入有關。在恒定輸入直流電源作用下，電路內的物理過程實質上是電容動態元件的儲能從無到有的增長過程。因此，對RC電路來說，隨著電容儲能的增長，電容電壓uc(t)也按指數規律在增長。即

其中uc(∞)為電容電壓的穩態值(t=∞時的數值)，τ=RC。在t=∞時，電容相當于開路，可由此算出uc(∞)，它與輸入電源有關。當uc(t)、uc(∞)、τ=RC確定時，就可以確定電容充電的時間長短。兩邊取對數，得

3 電路設計

3.1 比較器

圖3的B1是比較器，在它的反相端4腳由電阻R2、二極管D5和發光二極管F1組成參數穩壓器，在電源電壓24 V時，使B1的4腳箝位在2.9 V電壓，這時F1發光二極管正常發光，它有2個作用，第一個作用，起箝位電壓作用，第二個起指示24 V電壓正常供電的作用，其正常發光時電流為10mA左右。在B1比較器的同相端5腳由電阻R1、電位器W1和電阻R3組成串聯分壓器，通過調節W1，其分壓范圍在3.2～1.6 V范圍。B1比較器的輸出端2腳，由圖2可知，LM3