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临床台式离心机是临床诊断实验室的主力设备。离心机与众多工业和医疗设施一样,在幕后默默维护着我们的安全与健康。
Drucker Diagnostics总部位于美国宾夕法尼亚州中部,是临床台式离心机设计与制造领域的领军企业。Drucker Diagnostics离心机覆盖全球,每天处理无数份患者采样,完成常规检查、血液存储及紧急快速检查(STAT测试)等工作。如果您曾抽血检查,大概率是由Drucker Diagnostics离心机完成。
Drucker Diagnostics离心机常见于诊所、医院、急诊室以及血液库中。甚至我们最心爱的毛孩子也依靠Drucker Diagnostics离心机来保持健康幸福。
离心机的工作原理非常直观:机器内部预设了专为标准采样管设计的槽位,将样本至于其中。离心机在指定时间内以指定速度旋转样本。在旋转过程中,样本里密度不同的成分在离心力的作用下呈现物理分离。例如,血浆或血清便可从红细胞、白细胞和血小板中分离出来。
离心机的核心是电动机和电力电子设备。不相同的型号的离心机配备不一样的尺寸和额定值的电机,及相应规模的功率控制电子设备。在某些应用场景中,需要离心机的转速 (RPM) 更快,并且离心机的转子组件能够承载更高的质量。
离心机的设计非常多样化,没有通用解决方案。市场上通常存在多个型号,适用于不同的应用,这些应用对离心机的转速和扭矩有特定的要求。一个典型的离心机可能会采用任何类型的电动机技术,从同步交流电机到无刷直流电机等,以适应不一样的应用场景。
控制电子设备的任务是全面管理离心机的旋转周期,包括速度控制、转子不平衡和过度振动的检测、电气故障处理、功能安全以及操作员界面。
从传统的8位微控制器到基于专有架构的专用“一体式”IC,各种技术方案均有应用。离心机的设计初看简单,但实际上,为满足不同应用的灵活性和控制需求,系统模块设计面临着诸多挑战。
工程师们必须在功能、成本和可靠性之间找到平衡点,进行精细的离心机设计。在供应链紧张的情况下,使用特殊的IC可能会给产品设计的适应性带来重大挑战,影响到最终产品的持续供应。
LPC865是LPC800系列的最新产品,功耗低,引脚数少,节省空间。LPC865内置两个功能强大的柔性定时器模块 (FTM)、一个高速模数转换器 (ADC) 以及一个模拟比较器 (ACMP),在电机控制应用领域表现出色。
电机控制外设经过精心设计,可以通过专用的外设互连系统协同工作,从而支持实现各种常见的电机控制方案。
LPC865电机控制用例多种多样,从简单的无刷直流电机到永磁同步电机的磁场定向控制。LPC865是传统8位和16位部件的替代产品,LQFP-64封装,一万件起订量,零售价1.07美元。在Drucker Diagnostics的应用中,成本相比当前的MCU降低了6倍。
迁移到现代化、低成本的32位Cortex-M0+ MCU的其他好处包括:
LPC865的开关矩阵和简洁的IC封装特性,在简化设计和降低BOM成本方面提供了显著的双重优势。
SWM支持各种外设连接到任意引脚,极大地简化了印刷电路板的布局设计。这一特性在使用低成本PCB技术进行成本敏感型应用开发时尤其有益。
在I/O需求较低的情况下,工程师可以再一次进行选择5mm2的HVQFN32小型封装。而对需要更多GPIO引脚来连接按钮、LCD和电磁驱动器等机电元件的设计,LQFP64封装则提供了丰富的I/O资源。
作为向现代设计架构过渡的初步尝试,Drucker Diagnostics开展了一个试点项目,专注于评估LPC865的性能。
该试点项目旨在用无刷直流电机 (BLDC) 替换传统的同步交流电机和8位MCU。此外,该设计还采用了模块化的方法,保障成本效益。该试点设计使用了恩智浦LPC865 MCU、NexperiaBUK9Y43-60EMOSFETS于三相桥,以及On Semiconductor的NCD83591MNTXG栅极驱动器。
该试点项目的一个特点是拆分电力电子功能,相比电力电子架构具有更高的灵活性。LPC865和栅极驱动器具有通用特性,赋予了控制拓扑结构出色的敏捷性。在保持相同架构的前提下,能够从基于查找表的BLDC换向方案平滑过渡到无传感器控制方法。
提供更多的IO意味着能轻松实现更低的BOM成本,因为不再需要传统8位设计中常见的外部I/O扩展器。
Drucker Diagnostics的众多产品线涵盖了广泛的用户界面和I/O需求。部分产品具有用于报告操作状态的LCD,而别的产品只有简单的LED/按钮用户界面。此外,还需要在产品中控制辅助功能,如安全机械用的螺线提供了适量的I/O能力,能够在单个芯片上集成所有必要功能,大大降低了BOM成本。
“恩智浦通过提供性价比极高的一流技术解决方案,助力Drucker Diagnostics在产品领域保持一马当先的优势和成本效益,使人们的生活更安全、健康和高效。”
它不仅能以低成本成为简单无刷直流电机 (BLDC) 的优选,还拥有足够的解决能力,适用于那些有必要进行永磁同步电机 (PMSM) 磁场定向控制 (FOC) 的更高级应用。
下面列出了多个详细的应用笔记,指导您如何利用LPC865构建高级电机控制拓扑结构:
基于LPC86x的永磁同步电动机单电流采样控制解决方案,了解详情
通过按钮进行的人工用户控制输入/通过按钮实现的人机界面 (HMI) 操作
作为一个节点,加入到一个分布式工业级RS485网络中,并使用Profinet、Modbus或BACNET等标准化协议进行通信
一些电机控制选项在大多数情况下要额外的闪存空间、解决能力或USB等连接选项。恩智浦新发布的MCX A系列是一个保持简单性和低BOM成本的解决方案。MCX A153将闪存和RAM提升了一倍,同时配备了USB全速接口和96MHz Cortex-M33内核。它具有一致的电机控制功能和封装选项,是寻求额外功能的用户的理想选择。
Drucker Diagnostics与恩智浦及其LPC865在电机控制领域的合作正处于起步阶段。2024年,双方合作将持续推进,用现代化的控制架构,提升离心机的性能,同时确保成本效益。
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