持続的気道陽圧法(CPAP) IC

説明

持続的気道陽圧(CPAP)呼吸法は、閉塞性睡眠時無呼吸症候群の主要な治療法です。

CPAP装置は、物理的にはわずかな陽気圧を生成する小型のブロワーで構成されます。このわずかな陽気圧が閉塞性睡眠時無呼吸の患者の口腔内に送られると、気道を開いた状態に維持し、無呼吸の症状を軽減または除去することができます。

市場では多数のCPAPの設計が入手可能です。複雑さに基づいて機能が異なります。大部分の設計は、調整可能なマスク圧力を備えています。一部の設計は、無呼吸事象の検出に基づいて変化する自動化された圧力レベルを備えています。呼吸サイクルに基づいて圧力を自動的に調整するものもあり、呼気時には減圧されます。水タンクを備え、空気の加湿が可能な設計もあります。

ページ上部の「設計上の考慮点」、「回路」、および「ブロック図」の各タブをクリックして、設計を完成させるために役立つ情報をご覧ください。


CPAP装置は、可変気圧出力を備えたブロワー機構で構成されます。気圧の変更は、マイクロコントローラベースのエンベデッドシステムによって制御されます。エンベデッドシステムは、空気監視センサーとモーター制御センサーからの入力を備えています。

マスクの空気は、温度、湿度、および圧力を測定する入力センサーによって監視されます。モーター関連のセンサーには、モーター巻線電流入力とモーター電圧が含まれます。その他に、温度などのシステムセンサーがあります。

システム出力には、モーター速度と音響アラームまたは音声アラームが含まれます。

ユーザーインタフェースは、主としてオン/オフと圧力制御ボタン、および圧力インジケータで構成されます。これらのインジケータは、高価なシステムではバックライト付きのLCD上で、安価なシステムでは単にLEDの点灯で実装することができます。

一部のCPAP装置はバッテリ駆動のポータブル型ですが、大部分はベッドサイドに設置し商用電源を使用するプラグイン設計です。商用電源で動作する装置も、停電時にサービスを提供するため限定的なバッテリバックアップを備えている場合があります。

送気マスク監視シグナルチェーン


送気ラインは、温度、湿度、および圧力のセンサーを含んでいます。圧力の測定値は機器の動作に必須ですが、湿度と温度の監視によって安全を確保することができます。

送気ラインのセンサーには、I2C出力を備えるものと、アナログ出力を備えるものがあります。I2C出力のセンサーは、マイクロコントローラに直接接続されます。アナログ出力のセンサーは、ローレベル(mV)出力またはハイレベル(0~5V)出力のいずれかを備えます。通常、これらの信号はオペアンプを介してマルチチャネルADCに供給され、そこで信号がデジタルに変換されます。次に、そのデジタル情報がI2CやSPIなどのシリアルインタフェースを介してマイクロコントローラに供給されます。このアプリケーション向けに推奨されるシグナルチェーン製品については、ブロック図を参照してください。

このアプリケーションでは、温度と圧力の両方が非常に狭い範囲になります。予想される温度は+50°F~+110°Fの範囲で、予想される圧力は4~20ミリバールの範囲です。湿度を使用する場合は、40%~80%の範囲です。アナログシグナルチェーンは、範囲が狭くサンプリングレートが比較的低いため、低コストのマルチチャネル10または12ビットアナログ-デジタルコンバータによって固定され、所望の監視性能を実現することができます。INLの仕様を見て、選択するADCが必要な精度を備えていることを確認してください。予算の範囲内でINLが最も小さく、必要な分解能を提供するものを選んでください。mV出力のセンサーを使用する場合は、ADCより低いノイズ特性を持つオペアンプも選択してください。

ブロック図を参照して、このアプリケーションの送気ライン監視機能を実装するためのマキシムの推奨ICをご覧ください。

ページのトップへ戻る |

モーター制御および監視


送気マスクの圧力センサー入力は、ブロワーの速度を制御するために使用されます。ブロワーのモーターは、一般に1k RPMから最大で30または40k RPMの範囲で回転して必要な圧力を生み出します。これは非常に高速で、しかもCPAPアプリケーションの場合、速度を非常に素早く変化させる必要があります。そのため、モーター巻線内の電流を監視し、モーターが動的に過負荷にならないことを確保する必要があります。

電源とバッテリが正常であることを確保するため、通常はモーターの入力電圧が監視されます。電圧の監視は、電圧監視チップまたは簡素なコンパレータを使って行うことができます。

モーター巻線内の電流は0A~2Aの大きさです。そのため、通常は12ビットADCによってmVの範囲に必要な分解能が提供されます。最も高いモーター速度でサンプリングを行うために、ADCはかなり高速で動作する必要があります。電流値を電圧に変換して増幅するため、モーター電流は最初に電流検出アンプに供給されます。

マキシムの電流検出アンプとADCは、巻線の電流の監視に広く使用されています。ブロック図を参照して、このアプリケーションのモーター制御および監視機能を実装するためのマキシムの推奨ICをご覧ください。

ページのトップへ戻る |

電源


完全にバッテリ駆動の装置も存在しますが、CPAP装置は一般に商用電源とバッテリバックアップを使用します。

モーターは、通常は12V~24Vの標準DC電圧を使用します。そのため、バッテリを使用する場合はマルチセルバッテリにする必要があり、バッテリは通常はCPAPの筐体の外部に配置されます。マルチセルリチウムイオンバッテリには、バッテリセルバランス回路と、バッテリチャージャおよび残量ゲージが必要です。

標準的な電源は、ACアダプタを使用して12VDCまたは24VDCを約2Aで生成します。これは、モーターを全速で動作させるのに十分です。内部電源レールはスイッチングレギュレータとLDOによって供給され、必要な電圧レールが生成されます。CPAPアプリケーションで使用されるバッテリは、通常はCPAPの筐体の外部にあります。

マキシムのステップダウンスイッチングレギュレータとLDOは、入力DC電圧からICの電圧レールを生成するために広く使用されています。さらに、マキシムのバッテリチャージャ、セルバランス回路、および残量ゲージは、バッテリ管理に使用されています。

ブロック図を参照し、電源とバッテリのブロックをクリックして、このアプリケーション用のマキシムの推奨ICをご覧ください。

ページのトップへ戻る |



監視回路 RTC ハーフブリッジドライバ CSアンプ VREF オペアンプ LCDバックライトドライバ LCD電源および制御 RS-232 スピーカドライバ Temp バッテリチャージャ 残量ゲージ 電圧モニタ バッテリ絶縁 ステップダウンDC-DC ステップアップDC-DC LDO ADC ADC オーディオコーデック
種類 ID PDF タイトル
チュートリアル 4685 持続的気道陽圧法(CPAP)人工呼吸器装置の機能
種類 型番 タイトル
評価ボード MAX9860EVKIT MAX9860の評価キット
評価ボード MAX9918EVKIT MAX9918の評価キット