呼吸机转换开关的设计与应用

3．2 一级延时电路
由于呼吸机在电源转换过程中，需要可靠地转换，所以需要加延时电路。在比较器B1的2脚为开路状态时，晶体三极管T1是处于截止状态的，所以C1是无法充电的，只有当比较器B1的2脚为低电平时，由C1和R4组成的串联电路，C1开始由零状态开始充电，当电容充电到0．7 V时，晶体管T1开始导通，随着C1充电电压不断地增加，通过T1射极跟随，R6上电压不断地增加，这意味着R6上的电流不断地增加，R6上的电流不断地增加，又引起风上的电压不断地增加，直到R5上的电压达到2 V电压，这个电压被F2发光二极管箝位在2 V。电容C1充电电压按公式指数曲线增长。
呼吸机需要直流24 V电压供电，呼吸机在打开电源开关K1时，由于内部有滤波电容，在启动自身电源时，有一个很大的浪涌电流，造成供给电源电压降低到10 V，大概延时2 s才回到24 V稳定电压。由于电源下降到10 V，这10 V的电压，通过R1、W1、R3的分压，比较器B1的5脚在W1的上端分压得到1．334V电压，这一电压比比较器B1的4脚电压低，造成比较器B1的2脚输出低电平，启动后续C1和R4一级延时电路，根据呼吸机在启动时这一特点，所以延时时间必须大于2 s，才不至于后续电路产生误动作。
3．3 自锁电路
由于发光二极管F2导通时被箝位在2 V，此2 V电压把比较器B2的6脚、B3的10脚、B4的8脚箝位在2 V，而比较器B2的7脚、B3的11脚、B4的9脚被D6箝位在0．7 V，这说明B2、B3、B4反相端的电位都大于B2、B3、B4同相端的电位，此时，B2、B3、B4输出都同时处于导通状态。这时即使比较器B1的2脚如果处于开路状态也不影响B2、B3比较器输出的导通状态，因为C1和R4串联可以通过B2、B3导通状态对C1进行充电，C1的充电又加速R6上电压的增加，R6上的电流也跟着增加，直到T1达到导通，这一过程是一个正反馈过程，此时电路处于自锁状态，也就是说，比较器B1输入端的任何电压变化，其2脚输出变化都不会影响后续电路。
3．4 二级延时电路
一旦自锁电路处于自锁时，二级延时电路就开始延时，二级延时电路由C2和R8所组成，因为自锁时，比较器B4的14脚，处于导通状态，这给C2和R8提供了充电的回路，当C2上的电压充电到一定电压时，T2晶体管开始导通，但还不是彻底导通，因为随着C2上的电压充电，T2的发射极上的电流是随着C2上的电压增加而增加的，最后达到导通。其充电的时间，根据上面式(2)计算。
3．5 驱动器
驱动器是由电阻R10、T3中功率晶体管3DA87以及继电器J1和J2组成，当三体管T2导通时，经过3DA87进一步电流放大得到一个可以使继电器吸合的工作电流，由于J1和J2是相同型号的继电器并联，则两继电器同时被驱动，把E1和E2直流电源切换到E3和E4电源，电阻R9是为了防止三体管T2在截止状态时由于有一个穿透电流ICEC。这一穿透电流很容易被三极管3DA87放大，导致三极管3DA87导通产生误动作，为了防止这一现象，所以在T2的集电极到地之间接一个R9电阻，降低对T3的影响，穿透电流在R9上建立的电压不足以打开3DA87三极管，图3中凡的作用同R9的作用是一样的。
3．6 一级延时时间和二级延时时间计算
呼吸机正常工作时，工作电压是24 V，当下降到21 V电压时，呼吸机可能工作就不稳定，所以必须转换到E3和E4的24 V电压上。当电池E1和E2工作了很长一段时间，电压下降到21 V，就可能造成比较器B1的5脚电压小于4脚电压，启动比较器B1的2脚输出低电平。为C1和R4一级延时电路做准备，延时电路启动，引起电路自锁。
自锁器是在R5电压大于0．7 V电压时开始自锁的，当R5电压在0．7 V时，其上电流为0．7 mA，这时，R6上的2 K电阻可获得1．2 V的电压，通过T1管发射极到基极PN结0．7 V电压，在C1电容上，可得到充电电压2．1 V电压，根据式(2)一级延时时间：

驱动器是在C2充电到0．7 V电压时才开始工作的，所以二级延时时间：

从以上计算看出，干扰小于3 s，电路不会自锁，大于3秒电路会自锁，从电压降到21 V到继电器J1和J2可靠转换，需5 s时间，这样就保证了呼吸机转换开关的可靠性。
3．7 整机工作原理与电路调试
第一步：调节W1电位器，把滑动端调到最上端，接通交流220 V电压，这时D8负端获得24 V直流电压，F1发光二极管发光，指示24 V电源已经上电。接通呼吸机开关K1，呼吸机获得24 V直流电压。接着接通K开关，E1和E2串联24 V电池电压通过D3和D4被接入电路，此时，呼吸机获得的电压是由D8和D3输出来决定的，当D8输出的对地电压高于D3输出的对地电压时，D3反相偏置而截止，呼吸机获得的工作电压就由电网提供的能量来决定，反之，就由电池提供能量。
第二步：断开市电，使D8输出为0 V，此时，呼吸机由E1和E2电池提供电压24 V。
第三步：调节W1电位器滑动端到最下端，此点电压比比较器B1的4脚电压低，此时，比较器B1的2脚输出低电平，接着C1和R4延时充电，随后把T1接通，在R5上建立2V电压，此电压大于D6电压，通过比较，使B2、B3、B4输出低电平，C1和R4继续充电，此过程是一个正反馈过程，把比较器2脚锁死，即使比较器2脚变化也不会影响C1和R4继续充电。电路自锁后，通过C2和R8继续延时充电，打通晶体管T2和T3，T3驱动J1和J2线包，继电器J1和J2常闭点2和4瞬间接通J1和J2常开点1和3，把串联E3和E4电池接入电路，提供给呼吸机24 V电源。为了指示电池电压转换成功，在继电器J1的常闭开关中，接一R12和F3串联支路，当开关转换成功后，24 V加在该串联支路上，发光二极管F3发光，表示开关转换成功。
电路中D1和D2是降压二极管，因为电动摩托车4节电瓶在充满电压时，电压可达到51 V直流电压，为了在呼吸机上得到24 V的直流电压，所以要用D1和D2来进行降压。电路中K是双刀双掷开关，当开关K按下时，常开点闭合，接通电源，同时C1两端的常闭点断开，C1和R4延时充电；当开关K断开时，电源断开，C1两端被闭合，C1放电。

4 结束语
呼吸机转换开关相当于一台UPS电源，但从工作原理上又不同于UPS电源，UPS电源在电网断电时，提供的是交流220 V电压。而呼吸机转换开关在电网断电时，给负载提供的是长时间的直流电压，此电压由电动摩托车电池替代，所以呼吸机在电网断电的情况下能长时间工作。根据这一工作原理，它可用在当电网断电时，需要直流工作的任何额定电压负载，所以它有着很广泛的应用。从长期应用中，它工作稳定可靠。