Carte de référence open-source accélère le développement rapide de ventilateurs médicaux

De nombreux dispositifs médicaux requièrent un contrôle de mouvement embarqué précis à basse vitesse ; pendant la pandémie COVID‑19, les ventilateurs sont devenus essentiels pour les soins aux patients.

Pour accélérer la conception de ventilateurs, Trinamic Motion Control (filiale de Maxim Integrated) a dévoilé une carte de référence open-source dans le cadre de son initiative Trinamic Open‑Source Ventilator (TOSV). La carte TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF fusionne le contrôleur servo TMC4671 et le driver BLDC TMC6100 en un module compact. Elle supporte une opération 12‑36 V et jusqu'à 6 A RMS, répondant aux besoins en puissance des ventilateurs médicaux et systèmes respiratoires.

La carte intègre un connecteur style SBC type Raspberry Pi et de l'espace pour un add-on capteur de pression, accélérant les cycles de conception.

Les ventilateurs doivent surveiller pression, débit, volume et fréquence respiratoire. Le design de référence inclut une interface capteur Hall et connecteurs pour add-ons capteur de pression optionnels. Les données temps réel peuvent être visualisées sur un Raspberry Pi équipé d'un écran tactile utilisant le firmware gratuit open-source de Trinamic.

L'objectif de Trinamic est de démontrer que les ventilateurs peuvent être construits à partir de composants facilement disponibles, contournant les retards de chaîne d'approvisionnement pendant la pandémie. L'entreprise clarifie qu'elle ne fabrique pas elle-même les ventilateurs mais fournit une base de haute qualité pour que les fabricants d'équipements médicaux puissent produire en masse rapidement.

Le fondateur Michael Randt a expliqué : « Dès le départ, nous avons choisi un moteur turbine haut RPM basé sur un design BLDC. Couplé avec capteurs de pression et débit volumétrique, le moteur à contrôle dynamique permet les modes de ventilation à contrôle de pression et à contrôle de débit. »

Tirant parti de l'expérience antérieure avec le contrôle de turbine CPAP, Trinamic a identifié les défis du contrôle rapide et dynamique de moteurs BLDC à faible inductance. L'équilibrage de la fréquence de commutation élevée contre le ripple de courant, et les pertes de commutation et stator résultantes, est critique. Le contrôleur servo embarqué TMC4671 génère un PWM 100 kHz et une horloge de contrôle de courant indépendante du microcontrôleur. Cela réduit la consommation de courant système jusqu'à 15 % comparé à une fréquence de 25 kHz, sans perte de performance.

Une carte d'add-on pour capteurs I²C et analogiques supporte des capteurs de pression de multiples fabricants. Le TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF peut être branché sur un ordinateur monocarte pour accéder à l'interface utilisateur et fonctions de contrôle haut niveau ; dans le projet TOSV, un Raspberry Pi avec écran tactile a été utilisé.

La carte de référence entièrement open-source, publiée mi-juillet, inclut schémas matériels, firmware et logiciel, tous sous licence MIT.