오픈소스 레퍼런스 보드, 의료용 인공호흡기 신속 개발 가속화

많은 의료 기기는 저속에서 정밀한 임베디드 모션 제어를 필요로 합니다. COVID-19 팬데믹 동안 인공호흡기는 환자 치료에 필수적이 되었습니다.

인공호흡기 설계를 가속화하기 위해 트라이내믹 모션 컨트롤(Trinamic Motion Control, 맥심 인테그레이티드 자회사)은 트라이내믹 오픈소스 인공호흡기(TOSV) 이니셔티브의 일환으로 오픈소스 레퍼런스 보드를 공개했습니다. TMC4671+TMC6100-TOSV-REF 보드는 TMC4671 서보 컨트롤러와 TMC6100 BLDC 드라이버를 콤팩트한 모듈로 통합합니다. 12-36V 동작과 최대 6A RMS를 지원하여 의료용 인공호흡기와 호흡기 시스템의 전력 요구사항을 충족합니다.

이 보드는 라즈베리 파이 스타일의 SBC 커넥터와 압력 센서 애드온을 위한 공간을 통합하여 설계 주기를 가속화합니다.

인공호흡기는 압력, 유량, 부피, 호흡률을 모니터링해야 합니다. 레퍼런스 설계에는 홀 센서 인터페이스와 선택적 압력 센서 애드온 커넥터가 포함됩니다. 실시간 데이터는 트라이내믹의 무료 오픈소스 펌웨어를 사용하여 터치스크린이 장착된 라즈베리 파이에서 시각화할 수 있습니다.

트라이내믹의 목표는 인공호흡기가 팬데믹 동안 공급망 지연을 피하면서 쉽게 구할 수 있는 구성품으로 제작될 수 있음을 보여주는 것입니다. 회사는 인공호흡기 자체를 제조하지 않지만, 의료 기기 제조업체가 장치를 신속하게 대량 생산할 수 있는 고품질 기반을 제공합니다.

창립자 마이클 란트(Michael Randt)는 설명했습니다: "처음부터 우리는 BLDC 설계 기반의 고RPM 터빈 모터를 선택했습니다. 압력 및 유량 센서와 결합된 동적으로 제어되는 모터는 압력 제어 및 유량 제어 인공호흡 모드를 모두 가능하게 합니다."

CPAP 터빈 제어에 대한 이전 경험을 활용하여 트라이내믹은 저유도 BLDC 모터의 빠르고 동적인 제어 과제를 식별했습니다. 높은 스위칭 주파수와 전류 리플, 그에 따른 스위칭 및 고정자 손실 간의 균형이 중요합니다. 임베디드 TMC4671 서보 컨트롤러는 마이크로컨트롤러와 독립적인 100kHz PWM 및 전류 제어 클록을 생성합니다. 이는 25kHz 주파수 대비 성능 저하 없이 시스템 전류 소비를 최대 15%까지 줄입니다.

I²C 및 아날로그 센서를 위한 애드온 보드는 여러 제조업체의 압력 센서를 지원합니다. TMC4671+TMC6100-TOSV-REF는 단일 보드 컴퓨터에 연결되어 사용자 인터페이스와 고수준 제어 기능에 액세스할 수 있습니다. TOSV 프로젝트에서는 터치스크린 디스플레이가 있는 라즈베리 파이가 사용되었습니다.

2020년 7월 중순에 출시된 완전 오픈소스 레퍼런스 보드에는 하드웨어 회로도, 펌웨어, 소프트웨어가 포함되며, 모두 MIT 라이선스 하에 라이선스됩니다.