醫學(xué)治療儀專(zhuān)用變頻器的研制

1前言

　　醫學(xué)治療儀的服務(wù)對象是人，由此決定了對其傳動(dòng)控制系統要求的嚴格性，尤其是用于治療頸椎病和腰椎間盤(pán)突出癥的治療設備，對傳動(dòng)系統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(chē)準確。同時(shí)為了簡(jiǎn)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(lái)完成。

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

　　2智能化全數字式專(zhuān)用變頻器的設計

　?。?）考慮到醫學(xué)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，采用智能化數字化設計，同時(shí)也結合小型化的特點(diǎn)，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(dòng)機（改為△接法）。

　?。?）采用INTEL公司的16位單片機80C196KC作為系統CPU，它具有運算速度快,精度高,指令功能強等特點(diǎn)。并帶有8路10位A/D轉換器，可以完成模擬量和數字量信號的檢測?？刂七\算及數據處理，保護功能的邏輯判斷，給PWM產(chǎn)生電路SA4828送設定和控制數據，以及管理鍵盤(pán)和數碼顯示等功能。

　?。?）SPWM波發(fā)生器采用英國MITEL公司的增強型運動(dòng)控制大規模集成電路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(lèi)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(xiàn)格式，包括復用的地址/數據總線(xiàn)格式和RD/WR或R/W控制模式。由于僅在改變運行狀態(tài)時(shí)需要微處理器的介入，因此工作時(shí)芯片幾乎不占用CPU的資源。

　　SA4828采用全數字化操作，載波頻率可達24kHz。內部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(gè)獨立的幅值寄存器可進(jìn)行三相不平衡補償。利用SA4828設計的變頻器硬件結構圖如圖1所示。

圖1 采用SA4828的變頻器硬件結構框圖

　　3SA4828的功能特點(diǎn)及工作原理

　　3.1SA4828管腳圖及管腳功能說(shuō)明

　　SA4828管腳圖如圖2所示。管腳功能說(shuō)明見(jiàn)表1。

圖2 SA4828管腳圖

表1 SA4828管腳說(shuō)明