一种移相控制电路、系统及一种通气治疗设备的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种移相控制电路、系统及一种通气治疗设备。


背景技术：

2.通气治疗设备包括加热系统，目前加热系统有多种控制方式。其中一种较优的方式是控制可控硅的导通或者关断，来实现加热系统处于工作或者不工作状态。一般对可控硅的控制采用移相控制，移相控制方式的控制波动很小、系统的输出电流、电压相对平滑，并且加热系统的整体体积小、结构相对简单。
3.目前加热控制系统中实现移相控制是通过数字信号处理(digital signal processing，简称dsp)或者单片机作主控制单元，dsp芯片或者单片机中内置软件算法，利用软件算法计算导通角，实现对可控硅的移相控制。
4.但上述移相控制方式，需要采集母线侧电压、进行a/d转换、dsp芯片或者单片机需要运算得到导通角，不但加热系统的结构较为复杂，并且dsp芯片或者单片机运算能力需求较高，增加了通气治疗设备的成本。更为关键的是，由于dsp芯片或者单片机导通角需要时间，导致对应导通角的移相控制信号会滞后于实际需求，造成可控硅的通断不能很好的满足加热系统的恒功率需求，影响通气治疗设备的治疗效果。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种移相控制电路、系统及一种通气治疗设备，提出了一种纯硬件电路实现对可控硅的移相控制的技术方案。
6.第一方面，提供了一种移相控制电路，所述电路包括：第一过零点检测单元、第二过零点检测单元、积分触发单元、驱动能力增强单元；
7.所述第一过零点检测单元和所述第二过零点检测单元均接收交流电信号，输出方波信号至所述积分触发单元，所述方波信号表征所述交流电信号的正负半周分别过零点的状态；
8.所述积分触发单元接收所述方波信号，输出窄脉冲触发信号至所述驱动能力增强单元；
9.所述驱动能力增强单元接收所述窄脉冲触发信号，输出移相控制信号至可控硅。
10.可选地，所述方波信号包括：正半周方波信号和负半周方波信号；所述第一过零点检测单元包括：第一比较器；
11.所述第一比较器接收所述交流电信号，所述第一比较器输出所述正半周方波信号至所述积分触发单元；或者
12.所述第一比较器接收所述交流电信号，所述第一比较器输出所述负半周方波信号至所述积分触发单元。
13.可选地，所述第二过零点检测单元包括：第二比较器；
14.所述第二比较器接收所述交流电信号，所述第二比较器输出所述正半周方波信号至所述积分触发单元；或者
15.所述第二比较器接收所述交流电信号，所述第二比较器输出所述负半周方波信号至所述积分触发单元。
16.可选地，所述积分触发单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一三极管、第二三极管以及第三比较器；
17.所述第一电阻的第一端与第一基准电压端连接，所述第一基准电压端产生基准电压；
18.所述第一电阻的第二端与所述第一比较器的输出端、所述第一电容的第一端分别连接；
19.所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端连接；
20.所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端、所述第一三极管的基极分别连接；
21.所述第三电阻的第二端和所述第一三极管的发射极均接地；
22.所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的集电极、所述第七电阻的第二端、所述第三电容的第一端、所述第三比较器的同相端分别连接；
23.所述第四电阻的第一端与第二基准电压端连接，所述第二基准电压端产生所述基准电压；
24.所述第四电阻的第二端与所述第二比较器的输出端、所述第二电容的第一端分别连接；
25.所述第二电容的第二端与所述第五电阻的第一端连接；
26.所述第五电阻的第二端与所述第二三极管的基极、所述第六电阻的第一端分别连接；
27.所述第六电阻的第二端和所述第二三极管的发射极均接地；
28.所述第三比较器的反相端接收参考电压；
29.所述第三比较器的输出端与所述驱动能力增强单元连接；
30.所述第七电阻的第一端与第三基准电压端连接，所述第三基准电压端产生所述基准电压。
31.可选地，所述驱动能力增强单元包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第四电容、二极管、第三三极管以及光电可控硅；
32.所述第八电阻的第一端与第四基准电压端连接，所述第四基准电压端产生所述基准电压；
33.所述第八电阻的第二端与所述第三比较器的输出端、所述第九电阻的第一端分别连接；
34.所述第九电阻的第二端与第四电容的第一端连接；
35.所述第四电容的第二端与所述二极管的阴极、所述第十电阻的第一端、所述第三三极管的基极分别连接；
36.所述二极管的阳极接地；
37.所述第三三极管的发射极接地；
38.所述第三三极管的集电极与所述光电可控硅的第二端连接；
39.所述光电可控硅的第一端与所述第十一电阻的第二端连接；
40.所述第十一电阻的第一端与第五基准电压端连接，所述第五基准电压端产生所述基准电压；
41.所述光电可控硅的第三端、第四端均与所述可控硅连接。
42.可选地，所述第三比较器的同相端，接收所述第三电容的第一端上的积分电压；
43.所述第三比较器在所述积分电压的值大于所述参考电压的值时，输出所述窄脉冲触发信号至所述驱动能力增强单元。
44.可选地，所述电路还包括：母线侧分压单元；
45.所述母线侧分压单元包括：第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻以及第十六电阻；
46.所述第十二电阻的第一端与所述母线侧连接；
47.所述第十二电阻的第二端与所述第十三电阻的第一端连接；
48.所述第十三电阻的第二端与所述第十四电阻的第一端、所述第一比较器的同相端、所述第二比较器的反相端分别连接；
49.所述第十四电阻的第二端与所述第十五电阻的第二端、第十六电阻的第一端、所述第一比较器的反相端、所述第二比较器的同相端分别连接；
50.所述第十五电阻的第一端与第六基准电压端连接，所述第六基准电压端产生所述基准电压；
51.所示第十六电阻的第二端接地。
52.可选地，所述电路还包括：母线侧分压单元；
53.所述母线侧分压单元包括：第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻以及第十六电阻；
54.所述第十二电阻的第一端与所述母线侧连接；
55.所述第十二电阻的第二端与所述第十三电阻的第一端连接；
56.所述第十三电阻的第二端与所述第十四电阻的第一端、所述第一比较器的反相端、所述第二比较器的同相端分别连接；
57.所述第十四电阻的第二端与所述第十五电阻的第二端、第十六电阻的第一端、所述第一比较器的同相端、所述第二比较器的反相端分别连接；
58.所述第十五电阻的第一端与第六基准电压端连接，所述第六基准电压端产生所述基准电压；
59.所述第十六电阻的第二端接地。
60.第二方面，提供一种移相控制系统，所述移相控制系统包括：可控硅、如第一方面任一所述的移相控制电路；
61.所述移相控制电路接收交流电信号，输出移相控制信号至所述可控硅。
62.第三方面，提供一种通气治疗设备，所述通气治疗设备包括：加湿系统；
63.所述加湿系统包括：可控硅、如第一方面任一所述的移相控制电路。
64.本实用新型提供的移相控制电路，第一过零点检测单元和第二过零点检测单元均
接收交流电信号，输出表征交流电信号的正负半周分别过零点的状态的方波信号至积分触发单元，积分触发单元接收方波信号，输出窄脉冲触发信号至驱动能力增强单元；驱动能力增强单元接收窄脉冲触发信号，输出移相控制信号至可控硅。
65.本实用新型提供的移相控制电路，创造性的采用纯硬件的方式产生移相控制信号，实现可控硅的移相控制，不需要a/d转换的同时，也不再需要dsp芯片或者单片机采用软件算法计算导通角来实现可控硅的移相控制。由于纯硬件电路不需要运算，不会出现对应导通角的移相控制信号滞后于实际需求的情况，只要到达需求的导通角，即可产生移相控制信号，从而很好的保证了可控硅的通断，很好的满足了加热系统的恒功率需求，极大改善通气治疗设备的治疗效果。另外，由于不再需要dsp芯片或者单片机，避免了对软件和dsp芯片或者单片机算力依赖的同时，还间接降低了通气治疗设备的成本，具有较高的实用性价值。
附图说明
66.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
67.图1是本实用新型实施例一种移相控制的模块化示意图；
68.图2是本实用新型实施例一种优选的移相控制电路结构示意图；
69.图3是本实用新型实施例中一种优选的母线侧分压单元的结构示意图；
70.图4是本实用新型实施例中积分过程中的波形示意图。
具体实施方式
71.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
72.图1示出了本实用新型实施例一种移相控制的模块化示意图。移相控制电路包括：第一过零点检测单元、第二过零点检测单元、积分触发单元、驱动能力增强单元。第一过零点检测单元和第二过零点检测单元均接收交流电信号，利用纯硬件电路的处理后输出方波信号至积分触发单元，输出的方波信号表征交流电信号的正负半周分别过零点的状态。即，第一过零点检测单元、第二过零点检测单元完成了交流电信号的过零点检测。
73.积分触发单元接收方波信号后，利用纯硬件电路的处理后输出窄脉冲触发信号至驱动能力增强单元；由于窄脉冲触发信号的电压较低，驱动能力不能满足驱动可控硅的需求，所以需要对该窄脉冲触发信号的驱动能力进行增强。因此，驱动能力增强单元接收窄脉冲触发信号后，利用纯硬件电路实现对窄脉冲触发信号的驱动能力增强，产生移相控制信号，最终输出移相控制信号至可控硅，实现对可控硅的移相控制。
74.上述技术方案，创造性的采用纯硬件的方式产生移相控制信号，实现可控硅的移相控制。由于纯硬件电路不需要运算，不会出现对应导通角的移相控制信号滞后于实际需
求的情况，只要到达需求的导通角，即可产生移相控制信号，从而很好的保证了可控硅的通断，很好的满足了加热系统的恒功率需求，极大改善通气治疗设备的治疗效果。另外，由于不再需要dsp芯片或者单片机，避免了对软件和dsp芯片或者单片机算力依赖的同时，还间接降低了通气治疗设备的成本，具有较高的实用性价值。
75.基于上述移相控制电路，本实用新型实施例一种优选的移相控制电路结构示意图参照图2所示。图2中包括：第一比较器u1、第二比较器u2、第三比较器u3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3、二极管d、以及光电可控硅g。
76.需要说明的是，本实用新型实施例中为了更清晰的表明对可控硅的移相控制，图2中示出了一种示例性的可控硅与负载电路，该部分电路包括：四个电阻r17、r18、r19、r20；一个电容c5；可控硅q4；负载j5。由于该部分电路与目前已知的可控硅与负载电路相同或者相似，具体结构以及原理不做过多说明。
77.本实用新型实施例中，一种优选的第一过零点检测单元可以包括：第一比较器u1；一种优选的第二过零点检测单元可以包括：第二比较器u2。由于交流电信号一般为正弦波信号，其分为正半周信号和负半周信号，因此对应的发布信号也包括：正半周方波信号和负半周方波信号。为了检测正半周信号过零点和负半周信号过零点，所以需要两个比较器。第一比较器u1接收交流电信号后，可以输出正半周方波信号至积分触发单元；或者第一比较器u1接收交流电信号后，可以输出负半周方波信号至积分触发单元。同理，第二比较器u2接收交流电信号后，可以输出正半周方波信号至积分触发单元；或者，第二比较器u2接收交流电信号后，可以输出负半周方波信号至积分触发单元。图2中以第一比较器u1输出正半周方波信号至积分触发单元，第二比较器u2输出负半周方波信号至积分触发单元为例进行了示例性的表示，具体的结构在下文说明，先不赘述。
78.实用新型实施例一种优选的积分触发单元包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一三极管q1、第二三极管q2以及第三比较器u3。
79.第一电阻r1的第一端与第一基准电压端连接，第一基准电压端产生基准电压，如图2中3.3v即表示基准电压。本发明实施例中，第一基准电压端、第二基准电压端、第三基准电压端、第四基准电压端、第五基准电压端均提供基准电压3.3，当然，也可以根据实际需求，各个基准电压端提供不同的基准电压。
80.第一电阻r1的第二端与第一比较器u1的输出端、第一电容c1的第一端分别连接；第一电容c1的第二端与第二电阻r2的第一端连接；第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第一端、第一三极管q1的基极分别连接；第三电阻r3的第二端和第一三极管q1的发射极均接地gnd；第一三极管q1的集电极与第二三极管q2的集电极、第七电阻r7的第二端、第三电容c3的第一端、第三比较器u3的同相端分别连接。
81.本实用新型实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第七电阻r7、第一电容c1、第一三极管q1以及第三电容c3构成一个积分电路，该积分电路为正半周方波信号的积分电路，对应正弦波交流电信号正半周期间，在第三电容c3上进行积分，该积分过程是一
个标准的积分过程，在积分过程中利用第三比较器u3与参考电压值v
‑
ctrl进行比较，第三比较器u3的同相端接收第三电容c3的第一端上的积分电压，在积分电压的值大于参考电压v
‑
ctrl的值时，输出窄脉冲触发信号至驱动能力增强单元，即，确定在某一时刻输出一个触发信号，该时刻对应正弦波电信号在正半周的导通角，即，该触发信号就作为移相控制的控制信号，具体原理在下文说明。
82.与上述结构相似，第四电阻r4的第一端与第二基准电压端连接，第二基准电压端产生基准电压3.3v；第四电阻r2的第二端与第二比较器u2的输出端、第二电容c2的第一端分别连接；第二电容c2的第二端与第五电阻r5的第一端连接；第五电阻r5的第二端与第二三极管q2的基极、第六电阻r6的第一端分别连接；第六电阻r6的第二端和第二三极管q2的发射极均接地gnd。可以理解的是，第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻r7、第二电容c2、第二三极管q2以及第三电容c3同样也构成一个积分电路，该积分电路为负半周方波信号的积分电路，对应正弦波交流电信号负半周期间，在第三电容c3上进行积分，该积分过程也是一个标准的积分过程，在积分过程中同样利用第三比较器u3与参考电压值v
‑
ctrl进行比较，第三比较器u3的同相端接收第三电容c3的第一端上的积分电压，在积分电压的值大于参考电压v
‑
ctrl的值时，输出窄脉冲触发信号至驱动能力增强单元，即，确定在某一时刻输出一个触发信号，该时刻对应正弦波电信号在负半周的导通角，即，该触发信号就作为移相控制的控制信号，具体原理在下文说明。
83.本实用新型实施例中，第三比较器u3的反相端接收参考电压v
‑
ctrl；第三比较器u3的输出端与驱动能力增强单元中第八电阻r8的第二端连接；第七电阻r7的第一端与第三基准电压端连接，第三基准电压端产生基准电压3.3v。
84.本实用新型实施例一种优选的驱动能力增强单元包括：第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第四电容c4、二极管d、第三三极管q3以及光电可控硅g。
85.本实用新型实施例中，第八电阻r8的第一端与第四基准电压端连接，第四基准电压端产生基准电压3.3v；第八电阻r8的第二端与第三比较器u3的输出端、第九电阻r9的第一端分别连接；第九电阻r9的第二端与第四电容c4的第一端连接；第四电容c4的第二端与二极管d的阴极、第十电阻r10的第一端、第三三极管q3的基极分别连接；二极管d的阳极接地gnd；第三三极管q3的发射极接地gnd；第三三极管q3的集电极与光电可控硅g的第二端连接；光电可控硅g的第一端与第十一电阻r11的第二端连接；第十一电阻r11的第一端与第五基准电压端连接，第五基准电压端产生基准电压3.3v；光电可控硅g的第三端、第四端均与可控硅连接。图2中所示具体为：光电可控硅g的第三端通过一个电阻与可控硅的第一端连接，光电可控硅g的第四端直接与可控硅的第二端连接，光电可控硅g的第四端通过另一个电阻与可控硅的第三端连接。
86.本实用新型实施例中，为了实现对正弦波交流电正负半周过零点的检测，移相控制电路还包括：母线侧分压单元；如图3示出了本实用新型实施例中一种优选的母线侧分压单元的结构示意图，该母线侧分压单元包括：第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15以及第十六电阻r16；第十二电阻r12的第一端与母线侧l连接；第十二电阻r12的第二端与第十三电阻r13的第一端连接；第十三电阻r13的第二端与第十四电阻r14的第一端、第一比较器u1的同相端、第二比较器u2的反相端分别连接。第十三电阻r13的第二端产生的电压vl表征正弦波交流电正负半周的电压，其分别输入至第一比较器u1的同
相端、第二比较器u2的反相端。而第十四电阻r14的第二端与第十五电阻r15的第二端、第十六电阻r16的第一端、第一比较器u1的反相端、第二比较器u2的同相端分别连接，第十五电阻r15的第一端与第六基准电压端连接，第六基准电压端产生基准电压3.3v；第十六电阻r16的第二端接地gnd。第十四电阻r14的第二端产生的电压vb表征正弦波交流电的基础电压，一般为0v，其分别输入第一比较器u1的反相端、第二比较器u2的同相端。通过这样的连接方式，即可利用比较器的特性，实现第一比较器u1接收交流电信号vl、vb后，可以输出正半周方波信号至积分触发单元；第二比较器u2接收交流电信号vl、vb后，可以输出负半周方波信号至积分触发单元。
87.基于上述理论，可以理解的是，也可以是第十三电阻r13的第二端与第十四电阻r14的第一端、第一比较器u1的反相端、第二比较器u2的同相端分别连接；第十四电阻r14的第二端与第十五电阻r15的第二端、第十六电阻r16的第一端、第一比较器u1的同相端、第二比较器u2的反相端分别连接。这样的连接方式，实现了第一比较器u1接收交流电信号vl、vb后，可以输出负半周方波信号至积分触发单元；第二比较器u2接收交流电信号vl、vb后，可以输出正半周方波信号至积分触发单元。
88.基于图2的电路结构示意图，本实用新型的移相控制电路的工作原理是：第一比较器u1和第二比较器u2分别接收交流电信号vl、vb，基于自身的特性，在同一时刻，只可能有一个比较器输出高电平。例如：在vl大于vb期间，即交流电信号为正半周时，第一电容c1在vl大于vb的跳变瞬间，即正半周过零点的瞬间，第一电容c1会感应出一个窄的高电平脉冲，该窄的高电平脉冲会使得第一三极管q1导通，第一三极管q1导通后，第三电容c3的第一端上的电压会通过第一三极管q1接地而放电变为0v。窄的高电平脉冲结束后，第一三极管q1关断，第三电容c3的第一端上开始积分，此积分过程即为正弦波交流电信号的正半周内在第三电容c3上进行积分的过程，该过程中的积分波形可以参见图4所示的波形示意图，图4中横轴表示时间t，纵轴表示电压v，斜线表示积分过程中不断上升的积分电压值，横线表示参考电压值v
‑
ctrl。
89.由于积分电压输入至第三比较器u3的同相端，而第三比较器u3的反相端输入为参考电压值v
‑
ctrl，因此，当积分电压的值大于参考电压值v
‑
ctrl时，第三比较器u3就输出窄脉冲触发信号至驱动能力增强单元，即，当积分电压的值大于参考电压值v
‑
ctrl的时刻输出一个触发信号，该时刻对应正弦波交流电信号在正半周的导通角，即，该触发信号就为可控硅移相控制的控制信号。由于该触发信号为窄脉冲触发信号，窄脉冲触发信号的电压较低，驱动能力不能满足驱动可控硅的需求，所以需要对该窄脉冲触发信号的驱动能力进行增强。
90.上述窄脉冲触发信号经过第九电阻r9、第十电阻r10、第四电容c4、二极管d、第三三极管q3的作用，变为一个固定宽度的脉冲信号，该固定宽度的脉冲信号的驱动能力增强，其作为光电可控硅g的源边，利用光电可控硅g的特性，产生移相控制信号，实现对可控硅的通断控制。即，本实用新型的移相控制电路采用纯硬件的方式产生移相控制信号，实现可控硅的移相控制。
91.基于上述移相控制电路，本实用新型实施例还提供一种移相控制系统，所述移相控制系统包括：可控硅、如以上任一所述的移相控制电路；所述移相控制电路接收交流电信号，输出移相控制信号至可控硅。
92.基于上述移相控制电路，本实用新型实施例还提供一种通气治疗设备，所述通气治疗设备包括：加热系统；所述加热系统包括：可控硅、如以上任一所述的移相控制电路。
93.通过上述实施例，本实用新型的移相控制电路采用纯硬件的方式产生移相控制信号，实现可控硅的移相控制，不需要a/d转换的同时，也不再需要dsp芯片或者单片机采用软件算法计算导通角来实现可控硅的移相控制。由于纯硬件电路不需要运算，不会出现对应导通角的移相控制信号滞后于实际需求的情况，只要到达需求的导通角，即可产生移相控制信号，从而很好的保证了可控硅的通断，很好的满足了加热系统的恒功率需求，极大改善通气治疗设备的治疗效果。另外，由于不再需要dsp芯片或者单片机，避免了对软件和dsp芯片或者单片机算力依赖的同时，还间接降低了通气治疗设备的成本，具有较高的实用性价值。
94.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
95.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。