Placa de referencia open-source acelera desarrollo rápido de ventiladores médicos

Muchos dispositivos médicos requieren control de movimiento embebido preciso a bajas velocidades; durante la pandemia COVID‑19, los ventiladores se volvieron esenciales para el cuidado de pacientes.

Para acelerar el diseño de ventiladores, Trinamic Motion Control (subsidiaria de Maxim Integrated) presentó una placa de referencia open-source como parte de su iniciativa Trinamic Open‑Source Ventilator (TOSV). La placa TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF fusiona el controlador servo TMC4671 y el driver BLDC TMC6100 en un módulo compacto. Soporta operación 12‑36 V y hasta 6 A RMS, cumpliendo necesidades de potencia de ventiladores médicos y sistemas respiratorios.

La placa incorpora un conector estilo SBC tipo Raspberry Pi y espacio para add-on de sensor de presión, acelerando ciclos de diseño.

Los ventiladores deben monitorizar presión, flujo, volumen y tasa de respiración. El diseño de referencia incluye interfaz sensor Hall y conectores para add-ons opcionales de sensor de presión. Datos en tiempo real pueden visualizarse en una Raspberry Pi con touchscreen usando el firmware gratuito open-source de Trinamic.

El objetivo de Trinamic es demostrar que ventiladores pueden construirse con componentes fácilmente disponibles, evitando retrasos en cadena de suministro durante la pandemia. La compañía aclara que no fabrica ventiladores sino que proporciona una base de alta calidad para que fabricantes de equipos médicos produzcan dispositivos en masa rápidamente.

"Desde el inicio, elegimos un motor turbina high-RPM basado en diseño BLDC. Acoplado con sensores de presión y flujo volumétrico, el motor controlado dinámicamente permite tanto modos de ventilación controlada por presión como por flujo", explicó el fundador Michael Randt.

Aprovechando experiencia previa con control de turbina CPAP, Trinamic identificó los desafíos de control rápido y dinámico de motores BLDC de baja inductancia. Balancear alta frecuencia de conmutación contra ripple de corriente, y las resultantes pérdidas de conmutación y estator, es crítico. El controlador servo TMC4671 embebido genera PWM 100 kHz y clock de control de corriente independiente del microcontrolador. Esto reduce consumo de corriente del sistema hasta 15% comparado a 25 kHz, sin pérdida de rendimiento.

Una placa add-on para sensores I²C y analógicos soporta sensores de presión de múltiples fabricantes. El TMC4671+TMC6100‑TOSV‑REF puede enchufarse en un single-board computer para acceder a interfaz de usuario y funciones de control de alto nivel; en el proyecto TOSV, se usó una Raspberry Pi con display touchscreen.

La placa de referencia totalmente open-source, lanzada a mediados de julio, incluye esquemáticos hardware, firmware y software, todo licenciado bajo licencia MIT.