医用控温毯控制系统设计方案

一、医用控温毯的实用意义

在临床环境下，物理升降温的治疗方法非常常见。物理降温可用于亚低温治疗法，脑组织受损的患者可依赖亚低温治疗（28~35℃）使脑部在血氧不足的情况下有更高的耐受度；物理升温可用于手术或康复治疗，防止术后并发症或全身麻醉时间过长而出现的体温过低情况。

传统物理升降温常常采用冰袋冷敷、擦拭酒精、电热毯加热、热水袋热敷等手段来保持患者正常体温，但都难以控制温度，且费时费力，又存在漏电或过度加热致烫伤等风险，而医用控温毯的存在大大降低了医护工作者的工作难度。它通过控制设备内循环液体的温度，从而调控人体温度，达到恢复正常体温的目的。

与国外医疗环境条件相比，国内医用控温产品的发展起步相对较晚，所以国产医用控温毯和国外同类型产品相比仍存在一定差距，主要体现在安全可靠性能、控温精度及UI操作界面等方面。

二、医用控温毯控温原理

市面上大部分医用控温毯依赖于压缩机制冷和加热管实现升降温，但其缺点是不够绿色环保、成本高、所占空间体积大、噪音困扰及安全隐患大等。2015年 Zhang Guijie设计了一款通过半导体制冷器（Thermo Electric Cooler），TEC）来作为升降温模块的医用控温毯控制系统，对传统医用控温毯的缺点进行改善。

TEC是利用帕尔贴效应，通过在半导体组成的PN结两端施加DC电流，将电能转化为热能来发热的。如图所示，在冷端，电流从N型半导体到P型半导体时会吸热；而在热端，电流则在从P型半导体流向N型半导体时放热。电源正负极对调时，冷热端也要对调。

【半导体控温原理图】

三、主控系统电路主要元件选择

【控制系统总体方案】

控制系统分为两部分，一是主控系统电路，二是驱动电路。下面是主控系统电路中主要元件的选择。

TEC半导体制冷器FL-200W-24HC，V=24V，I=12.5A

中央处理器 STM32F103VET6

数字隔离器 ADuM1201 /ADuM1200/ADuM1300

数字温度传感器 DS18B20

高精度人体温度传感器 ADT7320

数字控制模拟电子开关芯片 CD4051

线性电流传感器 ACS712-20A

信号放大器 OP07

非接触式读写卡芯片 MFRC522

存储芯片 AT24C04

隔离开关电源 NES-15-12

三端稳定器 LM78L05/AMS1117-3.3

反向电荷泵芯片 MAX660

隔离DC-DC电源模块 VRB1205YMD-6WR2/B0505D-1WR2

四、驱动电路总体结构

驱动电路主要由H桥模块电路和继电器模块电路构成。

1. H桥模块电路：将电源24V电压转化为可调的输出电压传递给继电器模块，并为隔离端供电，输出电流给主控系统。

2. 继电器模块：将接受的信号实现成相应的动作，达到H桥模块电路和半导体制冷器之间的通断效果，对TEC进行双重保护，提高工作安全性。

【控制输入总体结构】

五、H桥模块驱动电路设计

H桥模块电路主要由H桥驱动电路、滤波电路、以及其他电路这三个部分构成。其中，H桥驱动电路是整个模块的核心。

【H桥驱动电路】

六、H桥驱动电路中MOS管的选择

H桥驱动电路中的功率MOS管可采用VBsemi台湾微碧品牌的VBE1606，具有6.3mΩ极低的导通电阻，Vds=60V，可耐受175℃的运行温度，Id=97A（TC=25℃），参数完全可以满足驱动本电路中使用的TEC的需求条件。

可供选择的VBsemi微碧MOS管型号

①VBE1606

②VBL1606

③VBNCB1603

④VBN1603

⑤VBM1606

【可供选择的VBsemi微碧MOS管型号】

七、微碧半导体MOS管封装及应用

微碧半导体企业主要产品的封装有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN等系列封装产线。

微碧部分MOS管产品封装

广泛应用于3C数码、安防设备、测量仪器、广电教育、家用电器、军工/航天、可穿戴设备、汽车电子、网络通信、物联网IoT、新能源、医疗电子、照明电子、智能家居、电脑主板显卡、MID\UMPC 、GPS、蓝牙耳机、PDVD、车载DVD、汽车音箱、液晶显示器、移动电源、手机电池（锂电池保护板）、LED电源等产品。微碧半导体有限公司以饱满的激情，拼搏务实的干劲，不断创新进取，致力于为客户群体打造出一座高效、便捷、直通、优质的服务桥梁。

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