十六浦官方网站十六浦官方网站是用于治疗在十六浦官方网站状态下，病人上呼吸道阻塞的一种设备。十六浦官方网站的上呼吸道阻塞 会造成鼾声、血氧降低、代谢紊乱等状况，长期会导致或加重各种慢性疾病：如高血压、糖尿病、心脑血管疾病、神经性疾病等。十六浦官方网站十六浦官方网站通过对患者呼吸道持续输送一定压力的气流，从而形成气体支架，支 撑患者的气道开放，保证患者的呼吸通畅，消除鼾声以及OSAHS所带来的负面影响。
本次技术型授权代理商Excelpoint世健邀请到 了 行业资深工程师沈工来分享他的实战设计经验。沈工及团队设计的十六浦官方网站十六浦官方网站十六浦官方网站硬件方案 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等组成 。
多数使用十六浦官方网站十六浦官方网站十六浦官方网站的患者是在十六浦官方网站期间使用该设备，所以十六浦官方网站的通气舒适度及静音性能是其重要指标。另外 ， 十六浦官方网站十六浦官方网站的功能之一是在系统 发生异常时 ， 能及时发现并立即采取适合的保护措施，其核心要点即是十六浦官方网站风机的控制。
这款华纳国际娱乐最新网址 十六浦官方网站十六浦官方网站十六浦官方网站硬件设计方案有三个重要特征。第一涵盖极高动态的电机转速范围：双水平模式下，电机转速范围会在10000rpm以内及 25000rpm 以上快速切换，转速切换时间可低于 0.5 秒。第二可维持尽可能小的噪声。十六浦官方网站压力为 10cm 水柱时，一般要求低于 30dB ，高端的产品可以做到 23dB 及以下。第三具有灵活方便的系统诊断，保护机制：以方便的结合驱动器信息及相关传感器定位相关异常事件，包括呼吸面罩脱落、呼吸管路漏气、风机堵转等等。
家用十六浦官方网站十六浦官方网站十六浦官方网站要求小巧的体积及极小的运行噪声，因此电机控制需要采用FOC算法，根据负载 （系统压力和流量状况），控制风机稳定运行，减小转矩脉动，从而大大减少电机自身的运行噪声 。通常工 程师在产品开 发中，会选择直接购买风机配套的驱动板，这样成本相对比较高，而且接口控制不够灵活。 沈工的方案则能以较低的成本达到更好的性能及灵活度。
1.十六浦官方网站风机控制系统
表1 十六浦官方网站风机参数
图1 所用医用级风机实物图
在TMC4671和十六浦官方网站风机参数的基础上， 沈工及团队 开发 了风机驱动板，电机控制部分简要框图如下：
图2 电机控制部分简要框图
电机控制核心FOC算法及控制由 ADI Trinamic 的 TMC4671 完成，功率驱动部分及电流采样使用 ADI Trinamic 的 TMC6200 完成。 TMC4671 极大简化了电机控制部分的算法，解放了 MCU 的算力，使用户可以专注于系统应用级的设计，如更适于患者的压力流量曲线等。
压力值通过压力传感器反馈，经由MCU进行 PI 运算后，其输出作为 TMC4671 的速度给定信号， TMC4671 输出风机控制 SVPWM 信号给 TMC6200 ， TMC6200 作为 MOS 管门级驱动，控制三相 H 桥以驱动电机运行，使十六浦官方网站压力保持在需要的值或按给定的曲线变化。
2.核心器件介绍
表2 系统核心器件
TMC4671是一款 ADI Trinamic 于2020 年发布的全球首个具有针对 BLDC /PMSM和两相步进 电动机 以及 直流电动机 和音圈的磁场定向控制的全集成伺服控制器IC、集成 ADC 、 位置传感器 接口 （增量式编码器，HALL信号等）和位置插值器的完整组件。
图3 TMC4671结构框图
芯片采用级联的闭环控制架构（位置环、速度环和电流环），如下图所示。
图4 TMC4671控制环框图
转矩环核心的FOC算法，将 FOC 算法包含的 Park ，反 Park 变化等时间关键性的计算都集成在硬件中。因此开发动态伺服控制器只需几行代码，这不仅减轻了处理器处理实时关键任务的负担，还优化了设计周期，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是一个大功率门驱动器，专为永磁同步电机伺服或无刷直流电机设计，可以驱动从几瓦特到几千瓦的电机；集成了 FOC 驱动系统的全高电压部分，适用于 12V 、 24V 或 48V 系统。使用 TMC6200 ，可以最少数量的外部组件来构建具有完全保护和保护功能的坚固驱动器诊断。
TMC6200除驱动三相 H 桥外，还完成电流信号的采集及转换，其内置运放及 PGA ，适合不同功率的电机。采样相电流，非常适用于 TMC4671 中实现的 Δ-Σ 电流测量，可实现对电流的低噪声采样，提高系统的控制精度。另外 TMC6200 提供了完善的功率级诊断功能，方便系统的故障处理。
图6 TMC4671+TMC6200系统架构框图
图7 TMC6200框图
表4 TMC6200告警及保护功能概览
3.系统连接和测试
TMC4671及 TMC6200 均采用 SPI 与 MCU 通信，官方的 IDE 可方便对外围连接进行标定。标定结束后，用户只需通过 SPI 进行相关配置即可对电机进行控制，十分方便高效。
下图是TMC4671及 TMC6 200相关原理图。
图8 TMC4671及 TMC6200 相关原理图
图9 TMC4671及 TMC6200 相关原理图
图10 TMC4671及 TMC6200 相关原理图
4.技术难点
PI 调节
TMC4671对电机控制参数的调整也十分便捷，通过官方的 IDE 可以方便的设置系统的 PI 控制 参数，官方原装的RTMI调试器由于接口问题关系，连接自己的目标板不够灵活。沈工及团队设计了 一个相同功能的模块，同时实现了调试信号的电气隔离，另外加上了电源及信号传输指示灯，接口也改成了2.54mm，也可扩展为 2.0mm 或 1.27mm ， 可十分方便的转接到目标板。
图11 带隔离及信号指示的 TMC4671 调试器
图12 HALL识别
图13 电机参数识别
图14 PI参数调整
图15 转速与电流关系
图16 使用内置双四阶滤波器优化性能
华纳国际娱乐最新网址 十六浦官方网站十六浦官方网站十六浦官方网站硬件设计方案使用TMC4671+TMC6200的 组合，大大降低了高性能电机驱动器设计的门槛，使用户可以非常快速 地 搭建相关的高性能电机应用，无需编写复杂费时的底层驱动， 节省了了大量 的调试时间；相关诊断功能使工程师在调试初期可快速定位系统故障；配合TMC IDE，用户可以方便 地进 行系统辨识和控制参数优化，加速产品设计定型；用户可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世健提供相关技术指导和支持，能帮助用户更好地进行设计，尽快让产品上市。
