767p睡眠呼吸机最大压力设置（睡眠呼吸机压力值设定）

TMC4671控制方案分享TMC4671+TMC6200设计正压睡眠呼吸暂停机

TMC4671 是一款完全集成的伺服控制器，可为BLDC/PMSM 和两相步进电机以及直流电机和音圈提供磁场定向控制。所有控制功能均由硬件实现。集成ADC、位置传感器接口、位置插补器和启用的全功能伺服控制器，适用于各种伺服应用。

TMC4671 具有高达100kHz 的开关频率和控制器更新速率，并具有滤波和插值功能，例如数字霍尔信号插值，可实现更平稳的操作。该IC 可与各种编码器配合使用：从A/B/Z 增量简单数字或模拟霍尔传感器到高分辨率正弦/余弦模拟编码器。传感器可以灵活地映射为位置和速度控制环路的输入。凭借其Delta-Sigma 电流感应ADC，TMC4671 非常适合在隔离式Delta-Sigma 前端中使用。

TMC4671 有助于快速缩短高性能伺服控制器的上市时间，同时最大限度地提高驱动效率和动态性能。由于所有时间关键的计算都在硬件中进行，因此开发动态伺服控制器只需要几行代码。

此外，Trinamic还推出了开源TMC4671 + TMC6100-BOB。该开发板具有专用TMC4671-LA 伺服控制器IC 和通用高压栅极驱动器TMC6100。专为应用程序的快速原型设计而设计，使工程师能够在调整应用程序的同时立即检查Trinamic 芯片的电机性能。

TMC4671+TMC6100方案支持大功率电机运动控制，拥有更精准、更高效的解决方案。其中TMC4671是带有FOC的算法芯片，具有扭矩控制（FOC）、速度控制和位置控制；而TMC6100是一款三相BLDC预驱动芯片。

下面我们分享一下Excelpoint邀请的资深行业工程师沉工的实际设计经验。申工及其团队设计的正压睡眠呼吸暂停机硬件解决方案由电机控制系统、压力/流量测量系统、气路系统、加热/加湿系统和人机界面组成。

tmc4671控制方案---基于TMC4671+TMC6200设计的正压睡眠呼吸暂停机

大多数使用正压睡眠呼吸暂停机的患者在睡眠时使用该设备，因此呼吸机的通气舒适度和静音性能是重要指标。此外，睡眠呼吸暂停机的功能之一是在系统出现异常时进行检测并立即采取适当的保护措施。其核心点是换气扇的控制。

这款正压睡眠呼吸暂停机的硬件设计具有三个重要特点。第一个涵盖了极其动态的电机速度范围：在双层模式下，电机速度范围将在10,000rpm内和25,000rpm以上快速切换，并且速度切换时间可以小于0.5秒。其次，噪音可以保持尽可能小。通风机压力为10cm水柱时，一般要求低于30dB，高端产品可做到23dB及以下。第三，具有灵活便捷的系统诊断和保护机制：可以方便地结合驾驶员信息和相关传感器来定位相关异常事件，包括呼吸面罩脱落、呼吸管泄漏、风扇堵塞等。

家用正压睡眠呼吸暂停机需要小尺寸和最小的运行噪音。因此，电机控制需要使用FOC算法。根据负载（系统压力、流量情况）控制风机稳定运行并减少扭矩脉动，从而大大降低电机自身运行噪声。通常在产品开发时，工程师会选择直接购买风扇的驱动板，价格相对昂贵，而且接口控制不够灵活。神工的解决方案可以以更低的成本实现更好的性能和灵活性。

1、换气扇控制系统

表1 换气扇参数

图1 所用医用级风扇实物图

基于TMC4671和换气扇风扇参数，申工及其团队开发了风扇驱动板。电机控制部分的简要框图如下：

图2 电机控制部分简要框图

电机控制核心FOC算法和控制由ADI Trinamic的TMC4671完成，功率驱动部分和电流采样由ADI Trinamic的TMC6200完成。 TMC4671大大简化了电机控制部分的算法，释放了MCU的计算能力，让用户专注于系统应用级设计，例如更适合患者的压力-流量曲线。

压力值通过压力传感器反馈，经MCU进行PI运算后，其输出作为TMC4671的速度给定信号。 TMC4671 向TMC6200 输出风扇控制SVPWM 信号。 TMC6200作为MOS管门级驱动器，控制三相H桥驱动电机。将呼吸机压力维持在所需值或按给定曲线变化。

2、核心器件介绍

表2 系统核心部件

TMC4671是全球首款完全集成的伺服控制器IC，集成ADC、位置传感器接口（增加Encoder、HALL信号等）和位置插补器完整组件。

图3 TMC4671结构框图

该芯片采用级联闭环控制架构（位置环、速度环和电流环），如下图所示。

图4 TMC4671控制环路框图

FOC 算法是扭矩环路的核心，它将FOC 算法中包含的驻车和逆驻车变化等时间关键计算集成到硬件中。因此，开发动态伺服控制器只需要几行代码，不仅减轻了处理器的实时关键任务，而且还优化了设计周期并缩短了上市时间。

图5 TMC4671内部FOC算法框图

表3 TMC4671核心功能

TMC6200是一款专为永磁同步电机伺服或无刷直流电机设计的大功率栅极驱动器。可驱动几瓦到几千瓦的电机；它集成了FOC驱动系统的完整高压部分，适用于12V、24V或48V。系统。借助TMC6200，可以使用最少数量的外部组件构建具有全面保护和防护功能的坚固耐用的驱动器诊断。

TMC6200除了驱动三相H桥外，还完成电流信号的采集和转换。内置运算放大器和PGA，适用于不同功率的电机。采样相电流非常适合TMC4671中实现的delta-sigma电流测量，可以实现电流的低噪声采样，提高系统的控制精度。此外，TMC6200还提供完整的功率电平诊断功能，方便系统故障排除。

图6 TMC4671+TMC6200系统架构框图

图7 TMC6200框图

表4 TMC6200报警和保护功能概述

3、系统连接与测试

TMC4671和TMC6200都使用SPI与MCU通信，官方IDE可以轻松校准外设连接。标定完成后，用户只需通过SPI进行相关配置即可控制电机，非常方便高效。

下图是TMC4671和TMC6200的相关原理图。

图8 TMC4671和TMC6200相关原理图

图9 TMC4671和TMC6200相关原理图

图10 TMC4671和TMC6200相关原理图

4. PI调整技术难点

TMC4671调整电机控制参数也很方便。您可以通过官方IDE轻松设置系统的PI控制参数。官方原版RTMI调试器由于接口问题，不够灵活，无法连接到自己的目标板。申工及其团队设计了具有相同功能的模块，同时实现了调试信号的电气隔离。此外，还增加了电源和信号传输指示器。接口也改为2.54mm，还可以扩展至2.0mm或1.27mm。它可以很容易地转移到目标板上。

图11 具有隔离和信号指示功能的TMC4671 调试器

图12 HALL标识

图13 电机参数辨识

图14 PI参数调整

图15 速度与电流的关系

图16 使用内置双四阶滤波器优化性能

正压睡眠呼吸暂停机硬件设计方案采用TMC4671+TMC6200的组合，大大降低了高性能电机驱动器设计的门槛，让用户无需编写复杂耗时的底层即可非常快速地构建相关高性能电机应用司机，省钱。大量的调试时间；相关诊断功能可以让工程师在调试初期快速定位系统故障；借助TMC IDE，用户可以轻松地进行系统辨识和控制参数优化，加快产品设计定型；用户可以专注于产品本身的设计优化，这是未来电机控制应用的方向。 Excelpoint提供相关的技术指导和支持，可以帮助用户更好地设计并尽快将产品推向市场。