Placa de Referência Open-Source Acelera Desenvolvimento Rápido de Ventiladores Médicos

Muitos dispositivos médicos requerem controle de movimento embarcado preciso em baixas velocidades; durante a pandemia de COVID-19, ventiladores tornaram-se essenciais para cuidado de pacientes.

Para acelerar design de ventiladores, a Trinamic Motion Control (subsidiária da Maxim Integrated) revelou uma placa de referência open-source como parte de sua iniciativa Trinamic Open-Source Ventilator (TOSV). A placa TMC4671+TMC6100-TOSV-REF funde o controlador servo TMC4671 e driver BLDC TMC6100 em um módulo compacto. Suporta operação 12-36 V e até 6 A RMS, atendendo às necessidades de potência de ventiladores médicos e sistemas respiratórios.

A placa incorpora conector no estilo SBC de Raspberry Pi e espaço para add-on de sensor de pressão, acelerando ciclos de design.

Ventiladores devem monitorar pressão, vazão, volume e taxa de respiração. O design de referência inclui interface de sensor Hall e conectores para add-ons opcionais de sensor de pressão. Dados em tempo real podem ser visualizados em um Raspberry Pi equipado com touchscreen usando o firmware gratuito open-source da Trinamic.

O objetivo da Trinamic é demonstrar que ventiladores podem ser construídos de componentes prontamente disponíveis, contornando atrasos de supply-chain durante a pandemia. A empresa esclarece que não fabrica ventiladores, mas fornece base de alta qualidade para fabricantes de equipamentos médicos produzirem dispositivos em massa rapidamente.

O fundador Michael Randt explicou: "Desde o início, escolhemos um motor turbina de alto RPM baseado em design BLDC. Acoplado com sensores de pressão e vazão-volumétrica, o motor dinamicamente controlado permite tanto modos de ventilação controlada por pressão quanto por vazão."

Aproveitando experiência prévia com controle de turbina CPAP, a Trinamic identificou os desafios de controle rápido e dinâmico de motores BLDC de baixa indutância. Balancear alta frequência de chaveamento contra ripple de corrente, e as resultantes perdas de chaveamento e estator, é crítico. O controlador servo TMC4671 embarcado gera PWM de 100 kHz e clock de controle de corrente independente do microcontrolador. Isso reduz consumo de corrente do sistema em até 15% comparado a frequência de 25 kHz, sem perda de performance.

Uma placa add-on para sensores I²C e analógicos suporta sensores de pressão de múltiplos fabricantes. O TMC4671+TMC6100-TOSV-REF pode ser plugado em um single-board computer para acessar interface de usuário e funções de controle de alto nível; no projeto TOSV, um Raspberry Pi com display touchscreen foi usado.

A placa de referência totalmente open-source, lançada em meados de julho, inclui esquemáticos de hardware, firmware e software, todos licenciados sob licença MIT.