帮助COVID-19重症患者维持呼吸的呼吸机-电子发烧友网

COVID-19住院人数的迅速增加给全球呼吸机库存造成了前所未有的压力。我司安森美半导体及业务被美国国土安全部视为必不可少的重要的基础设施，因为我司是半导体器件供应商之一，而半导体器件是医疗设备制造商供应链中的关键器件。

我司的产品用于各种医疗设备，包括帮助COVID-19重症患者维持呼吸的呼吸机。

如果患者不能自行呼吸，呼吸机会使空气进出肺部，应用或用例可能相当广泛。通常，这机器会推动加湿和加热的空气及补充的氧气进入肺部。这设备用于重症监护室、急诊室、救护车（即急救情况）和家中。

医疗呼吸机方案框图

电网电压由桥式整流器GBU8K（800V，8A，200A过载峰值）进行整流。
功率因数校正(PFC)控制器NCP1654控制隔离电源单元的PFC升压级。它控制功率N-MOSFETFCPF250N65S3R0L（650V，12A，250mΩ）。
二极管MSR860G（600V，8A）也用于PFC升压。
NCP1654的辅助电源由NCP1399的专用输出供电（LLC级）。

隔离电源-谐振半桥LLC转换级

主控制器NCP1399驱动高边和低边N-MOSFET FCD260N65S3（650V，12 A，260mΩ）。它采用专用输出以驱动PFC控制器。此特性结合专有的跳周期模式技术，进一步提升轻载能效。NCP1399提供一系列保护功能，可确保任何应用的安全操作。这包括过载保护、过流保护，以防止硬开关周期、欠压检测、光耦合器开路检测、自动死区时间调整，过压(OVP)和过温(OTP)保护。同步整流控制器NCP4306用于半桥转换器次级端整流；它驱动N-MOSFET FQP55N10(100C，55A，26mΩ，TO-220)或NTMFS6H848NL(80 V，59 A，8.8mΩ，SO-8FL/ DFN-5封装）。从次级端到半桥控制器对NCP1399的响应由两个光耦合器FOD8717或FODM1008完成。

电源管理

两个LM2576降压转换器用于降低LLC级的输入电压。接下来是两个电源管理集成电路。NCV97310是三个输出稳压器，含一个低Iq的电池连接的3A 、2MHz非同步开关和两个低压1.5A 2MHz同步开关；全部使用集成功率晶体管。高压开关能够以恒定的2MHz开关频率将4.1V至18V的电池输入转换为5V或3.3V的输出，可提供高达3A的电流。NCP6922C在4x4 mm20引脚WQFN封装中集成两个高能效、带动态电压缩放(DVS)的800 mA降压DC-DC转换器和两个低压降(LDO)稳压器。

电池管理

开关电池充电器模块设计用于2-3-4电池单元应用。 NCP1871器件基于一个完整的NMOS DC-DC控制器构建，把高压充电器适配器电压降低到与电池组电压在相同范围的稳压系统电源。这限制了系统供电电压变化并提高了核心转换器的能效。该器件含压降监测、充电器适配器验证和模块以及智能电池连接控制。密切监控适配器电流、充电电流和系统电流，并提供图像给主机处理器。可经由一个I2C或系统管理总线接口编程。

微控制器(MCU)和处理

对于MCU管理方案，我们可提供标准逻辑器件–可编程时钟FS7140用于时钟分配。另外，我们的电压监控器NCP308用于监测CPU的输入电压电平（支持手册–外部重置）。此外，我们可以提供FAN3852麦克风上的语音指令输入所需的器件到数字前置放大器。对于器件反馈我们可以提供音频放大器NCP2820。LC823455是成熟的音频处理器，带有双ARMcortex M3和32位数字信号处理(DSP)。经验证，LC823455是采用Sensory算法（需授权，包括触发短语和多达75个命令）的语音用户接口（VUI）。LC823455还支持多达4个麦克风输入以及模拟和数字音频输出。为了处理来自传感器的输入，我们提供低噪声运算放大器和模数转换器NCD98010。为了控制连接到设备的可选USB，提供负载开关FPF1048和ESD8472保护。对于联接，我们提供医疗版本的RSL10蓝牙系统单芯片和双向光耦合器FOD8012A。

LCD显示和触摸屏模块

对于LCD应用，我们建议的器件主要用于背光驱动器和电容触摸LED驱动器CAT32。如果设计人员希望不闪烁地驱动背光灯，可使用NSI50150线性驱动器结合数字电位计来设置背光灯强度，使用环境光传感器LV0104CS进行外部光灵敏度测量，使用触摸数字转换器LC717A10AR来处理触摸输入。如果终端应用需要显示输出，可使用我们的HDMI ESD7104保护来保护数据线。

无刷直流(BLDC)驱动模块

对于气泵主要器件BLDC压缩机的驱动器，我们可提供LV8968BLDC门极驱动器，支持经由串行外设接口(SPI)、脉宽调制(PWM)输入进行编程，6个门极驱动器提供400mA门极电流到外部电源桥，因而可使用低阻抗功率FET以及逻辑电平FET。所有FET都有过流、短路、过温和门极欠压保护。多种保护和监测功能使该器件适合ISO26262应用。三个独立的低边源极引脚支持多个分流测量。该器件还包括一个可编程线性稳压器、一个快速电流检测放大器和一个支持微控制器的窗口看门狗。SPI接口支持实时参数设置和诊断。关键系统参数可编程到非易失性一次性可编程(OTP)存储器中。各种可选的外设以支持从简单的无传感器反电动势(BEMF)换向到复杂的磁场定向算法的电机控制。该方案可搭配Arduino DUE板使用。

阀模块

阀由集成N-FET预驱动器NCV7120的十六进制电磁线圈电流控制器控制。每个预驱动器通道都含具有抖动调制功能的可编程PWM电流控制器。它能够控制电磁线圈的6个低边N-MOSFET NTMFD5C680NL(3x，60V，26A，28mΩ)。为提高安全性和保护，该芯片集成3个高边预驱动器。内部装有电荷泵，可驱动高边N-MOSFET NTMFS5C442NL(40V，130A，2mΩ)作为反极性保护。为此使用了3个外部二极管HN2D02FUTW1T1G。两个MOSFET NTMFS5C468NL(40V，37A，10.3mΩ)用作故障保护。NCV7120经由SPI与主MCU通信。3个二极管MURS210T3G用于再循环。