Open-Source Referenzboard beschleunigt schnelle Entwicklung medizinischer Beatmungsgeräte

Viele Medizinprodukte erfordern präzises eingebettetes Motion Control bei niedrigen Geschwindigkeiten; während der COVID-19-Pandemie wurden Beatmungsgeräte essenziell für Patientenversorgung.

Um Beatmungsgeräte-Design zu beschleunigen, enthüllte Trinamic Motion Control (eine Maxim Integrated Tochter) ein Open-Source Referenzboard als Teil seiner Trinamic Open-Source Ventilator (TOSV) Initiative. Das TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF Board vereint den TMC4671 Servo-Controller und TMC6100 BLDC Driver in einem kompakten Modul. Es unterstützt 12-36 V Betrieb und bis zu 6 A RMS, was den Power-Bedarf medizinischer Beatmungsgeräte und Respirationssysteme erfüllt.

Das Board incorporiert einen SBC Konnektor im Raspberry Pi Style und Platz für ein Drucksensor-Add-on, was Design-Zyklen beschleunigt.

Beatmungsgeräte müssen Druck, Flow, Volumen und Respirationsrate überwachen. Das Referenzdesign beinhaltet ein Hall-Sensor-Interface und Konnektoren für optionale Drucksensor-Add-ons. Echtzeitdaten können auf einem Raspberry Pi mit Touchscreen visualisiert werden, nutzend Trinamics kostenlose, Open-Source Firmware.

Trinamics Ziel ist zu demonstrieren, dass Beatmungsgeräte aus readily available Komponenten gebaut werden können, um Supply-Chain-Delays während der Pandemie zu umgehen. Das Unternehmen klärt, dass es Beatmungsgeräte nicht selbst fertigt, sondern eine hochwertige Foundation für Medizinprodukte-Hersteller bereitstellt, um Geräte schnell zu massenproduzieren.

Founder Michael Randt erklärte: „Von Anfang an wählten wir einen High-RPM Turbinenmotor basierend auf BLDC Design. Gekoppelt mit Druck- und Volumen-Flow-Sensoren ermöglicht der dynamisch kontrollierte Motor sowohl druckkontrollierte als auch flow-kontrollierte Ventilationsmodi.“

Nutzend vorige Erfahrung mit CPAP Turbinenkontrolle, identifizierte Trinamic die Herausforderungen schneller, dynamischer Kontrolle von Low-Induction BLDC Motoren. Balancing High Switching Frequency gegen Current Ripple, und die resultierenden Switching- und Stator-Losses, ist kritisch. Der eingebettete TMC4671 Servo-Controller generiert 100 kHz PWM und Current-Control Clock unabhängig vom Mikrocontroller. Dies reduziert Systemstromverbrauch um bis zu 15 % im Vergleich zu 25 kHz Frequenz, ohne Performance-Verlust.

Ein Add-on Board für I²C und Analog-Sensoren unterstützt Drucksensoren von mehreren Herstellern. Der TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF kann in einen Single-Board-Computer gesteckt werden, um User Interface und High-Level Control Functions zuzugreifen; im TOSV Projekt wurde ein Raspberry Pi mit Touchscreen Display genutzt.

Das voll Open-Source Referenzboard, released mid-July, beinhaltet Hardware Schematics, Firmware und Software, alle lizenziert unter MIT License.