微型軸流式血泵外磁驅(qū)動電路設計

1、微型軸流式血泵外磁驅(qū)動電路設計1 血泵工作原理及交變磁場的產(chǎn)生1.1 磁場驅(qū)動軸流式血泵工作原理植入式血泵的驅(qū)動一般都采用外磁場驅(qū)動，主要原理是：利用體外的旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動血泵內(nèi)永磁體（血泵葉輪部分）的轉(zhuǎn)動，從而達到無接觸驅(qū)動。外磁場驅(qū)動軸流式血泵系統(tǒng)吸取并融合了機械心臟瓣膜和“軸流式”血泵的結(jié)構(gòu)特點，確定了動脈腔 內(nèi)的“葉輪-永磁轉(zhuǎn)子體”結(jié)構(gòu)設計及植入方法，從而大大簡化了植入部分的結(jié)構(gòu)。血泵系統(tǒng)腔內(nèi)部分的工作原理采用了與軸流泵葉輪相同的機制，而驅(qū)動力的產(chǎn)生則通過體外可控交變磁場穿透人體和主動脈壁來驅(qū)動動脈腔內(nèi)的“葉輪-永磁轉(zhuǎn)子體”，以實現(xiàn)非接觸式動力傳遞，從而避免了密封，滲漏以有人體排異性等一

2、系列傳統(tǒng)泵結(jié)構(gòu)難以克服的工程和醫(yī)學上的困難。該方案將產(chǎn)生交變驅(qū)動磁場 的“定子”置于體外，故應通過傳感器采集相應的人體自身信號和周圍環(huán)境信號，并在驅(qū)動控制裝置的控制下，通過適當?shù)慕蛔兇艌鱿蝮w內(nèi)傳遞給渦輪的葉輪。在驅(qū)動力的持續(xù)帶動下，血泵可不斷將血液由左心室腔提升到主動脈腔，以達到心臟輔助的目的。其工作原理示意圖如圖1所示。1.2 交變磁場的產(chǎn)生方法交變磁場的產(chǎn)生采用勵磁線圈驅(qū)動法，它利用電機的工作原理將徑向充磁的永磁轉(zhuǎn)子作為電機的轉(zhuǎn)子，在永磁體外按90o方向纏繞兩組線圈，通過可變頻脈沖電路分時驅(qū)動不同的線圈組，以達到驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的目的。其系統(tǒng)工作原理示意圖如圖.2 驅(qū)動電路設計2.1驅(qū)動電

3、路結(jié)構(gòu)原理血泵驅(qū)動電路包括占空比為50%的方波形成電路、雙向勵磁電流驅(qū)動電路以及雙向勵磁電流功放輸出電路等，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。2.2 方波形成電路3方波形成電路由555振蕩器構(gòu)成。圖4是由555構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生方波脈沖的電路圖。圖中當R1=R2，C=10F時，其占空比為50%。2.3 雙向勵磁電流電路該血泵驅(qū)動電路采用單電源供電方式，從而避免了實際應用中采用多電源所帶來的方便，并大大簡化了驅(qū)動電路的設計。占空比為50%的方波經(jīng)過4013觸發(fā)器分頻可實現(xiàn)兩組線圈作用時間的均勻分配，雙向勵磁電流驅(qū)動電路是血泵驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它將一路方波電壓變成具有差分功能的控制電壓，這兩路控制電壓就是

4、產(chǎn)生雙向勵磁電流的驅(qū)動電壓。圖5給出了雙向勵磁電流驅(qū)動部分的電路原理圖以及電路中各點的電壓波形。通過圖5中電阻和電容組成的延時積分電路可防止b、c點輸出電壓波形中出現(xiàn)毛刺。將b、c兩點的電壓波形同時加到兩個具有倒相功能的電流功放中進行V/I變換，就可以在繞阻線圈中得到圖2所示的雙向勵磁電流。2.4 功率放大電路4功率放大器電路原理圖如圖6所示。該放大器由LF347和OPA552及一些電阻組成。其中LF347與R1、R2、R3、R4、R5構(gòu)成差動輸入減法運算放大器，放大倍數(shù)K1=R2/R1Uo= - 2（U1-U2）。OPA552與R6、R7、R8、RW1構(gòu)成了功率放大電路，其放大倍數(shù)K2可調(diào)，K2=（R7+RW1）/R6。該功率放大電路的總放大倍數(shù)為K=K1K2，放大器輸出電壓為：Uout=K(U1-U2)其中：K為增益，Uout是加在電動機兩端的電樞電壓。實際上，當U。為正值時，電機正轉(zhuǎn)，當U。為負值時，電機反轉(zhuǎn)。LF347和OPA552分別由12V和24V電源供電。3 實驗為檢驗交變磁場產(chǎn)生方法和驅(qū)