Nghiên cứu chế tạo thiết bị pha dịch lọc tự động dùng cho máy thận nhân tạo

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.03/11-15 QUYỂN BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHA DỊCH LỌC TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY THẬN NHÂN TẠO Mà SỐ: KC.03.TN14/11-15 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Chủ nhiệm đề tài: TS Vũ Duy Hải 9745 Hà Nội1 - 2013 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.03/11-15 QUYỂN BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHA DỊCH LỌC TỰ ĐỘNG DÙNG CHO MÁY THẬN NHÂN TẠO Mà SỐ: KC.03.TN14/11-15 Chủ nhiệm đề tài Xác nhận chủ tịch Hội đồng (Ký tên) TS Vũ Duy Hải Cơ quan chủ trì đề tài (Ký tên, đóng dấu) Hà Nội - 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Hà Nội, ngày tháng năm 2013 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I THÔNG TIN CHUNG Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo thiết bị pha dịch lọc tự động dùng cho máy thận nhân tạo Mã số đề tài: KC.03.TN14/11-15 Thuộc: Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ khí tự động hóa, mã số KC.03/11-15 Chủ nhiệm đề tài: Họ tên: Vũ Duy Hải Ngày, tháng, năm sinh: 09/04/1979 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Giảng viên Chức vụ: Phó trưởng Bộ mơn Điện thoại: Tổ chức: 04.38682099 Nhà riêng: 04.36830040 Mobile: 0904148306 Fax: 04.38682099 E-mail: hai.vuduy@hust.edu.vn Tên tổ chức công tác: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Địa tổ chức: Số Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Địa nhà riêng: 708 Nơ19, Khu Đơ thị Pháp Vân, Hồng Mai, Hà Nội Tổ chức chủ trì đề tài: Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Điện thoại: 04.38692136 Fax: 04.38692006 E-mail: khcn@hust.edu.vn Website: http://hust.edu.vn Địa chỉ: Số Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Họ tên thủ trưởng tổ chức: GS Nguyễn Trọng Giảng Số tài khoản: 3711.1.1057109 Kho bạc: Nhà nước Hai Bà Trưng, Hà Nội Tên quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục Đào tạo II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực đề tài: - Theo Hợp đồng ký kết: từ tháng 1/ năm 2012 đến tháng 12/ năm2012 - Thực tế thực hiện: từ tháng 1/ năm 2012 đến tháng 12/ năm2012 Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 730 tr.đ, đó: + Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 730 tr.đ + Kinh phí từ nguồn khác: tr.đ b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH: Theo kế hoạch Thực tế đạt Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) Ghi (Số đề nghị tốn) 3/2012 290 3/2012 290 290 6/2012 221 6/2012 221 203 12/2012 219 12/2012 219 219 Số TT c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Số TT Nội dung khoản chi Đơn vị tính: Triệu đồng Thực tế đạt Theo kế hoạch Tổng SNKH Nguồn khác Tổng SNKH Trả công lao động (khoa học, phổ thông) 350 350 350 350 Nguyên, vật liệu, lượng 300 300 282 282 Thiết bị, máy móc Xây dựng, sửa chữa nhỏ Chi khác 80 80 80 80 730 730 712 712 Tổng cộng Nguồn khác - Lý thay đổi (nếu có): Trong thuyết minh phê duyệt mua 06 bơm khuấy công suất cao, nhiên thực tế triển khai thiết kế cần 05 cái, 01 dự phịng khơng sử dụng Chủ nhiệm đề tài đề nghị hoàn trả lại phần kinh phí mua 01 bơm cho Nhà nước (18 triệu đồng) Các văn hành q trình thực đề tài/dự án: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực có); văn tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số TT Số, thời gian ban hành văn Tên văn QĐ số 1643/ QĐBKHCN ngày 8/6/2011 Phê duyệt danh mục đề tài NC KHCN tiềm thuộc lĩnh vực Cơng nghệ khí tự động hóa để xét chọn thực năm 2011 QĐ số 1811/ QĐBKHCN ngày 27/6/2011 Thành lập Hội đồng khoa học công nghệ tư vấn xét chọn tổ chức cá nhân chủ trì thực đề tài NC KHCN tiềm thực năm 2011 thuộc lĩnh vực Cơng nghệ khí tự động hóa QĐ số 2164/ QĐBKHCN ngày 22/7/2011 Phê duyệt tổ chức, cá nhân chủ trì thực đề tài NC KHCN tiềm để thực từ năm 2011 thuộc lĩnh vực Công nghệ khí tự động hóa QĐ số 3855/ QĐBKHCN ngày 15/12/2011 Phê duyệt kinh phí, tổ chức cá nhân chủ trì nhiệm vụ KHCN bắt đầu thực kế hoạch năm 2011 thuộc chương trình: Nghiên cứu ứng dụng phát triển cơng nghệ Có khí tự động hóa Mã số chương trình KC.03/11-15 HĐ số 14/2011/ HĐ-ĐTTNKC.03/11-15 ngày 12/1/2012 Hợp đồng NCKH phát triển công nghệ Ban chủ nhiệm Chương trình KHCN trọng điểm cấp Nhà nước KC.03/11-15, Văn phịng chương trình trọng điểm cấp nhà nước Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, chủ nhiệm đề tài TS Vũ Duy Hải Báo cáo định hình thực đề tài ngày 19/9/2012 Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài Kiến nghị: Trong thuyết minh phê duyệt mua 06 bơm khuấy công suất cao, nhiên thực tế triển khai thiết kế cần 05 cái, 01 dự phịng khơng sử dụng Chủ nhiệm đề tài đề nghị hồn trả lại phần kinh phí mua 01 bơm cho Nhà nước Ghi Tổ chức phối hợp thực đề tài, dự án: Số TT Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Khoa Thận nhân tạo, Bệnh viện Bạch Mai Khoa thận nhân tạo, Bệnh viện đa khoa Vĩnh Phúc Công ty TNHH Thiết bị Y tế Việt Phan Nội dung Sản phẩm chủ tham gia chủ yếu đạt yếu Phối hợp thử Thử nghiệm, nhận nghiệm xét đánh giá kết nghiên cứu Phối hợp khảo Khảo sát, phân sát, phân tích tích đánh giá trạng thực tế đánh giá Phối hợp nghiên Phối hợp thiết kế cứu, chạy thử phần khí cho đánh giá tồn thiết bị, phịng thí chạy thử đánh giá thiết bị nghiệm Tên tổ chức tham gia thực Khoa Thận nhân tạo, Bệnh viện Bạch Mai Khoa thận nhân tạo, Bệnh viện đa khoa Vĩnh Phúc Công ty TNHH Thiết bị Y tế Việt Phan Ghi Công ty TNHH Công ty TNHH Phối hợp nghiên Thiết bị Y tế Việt Thiết bị Y tế Việt cứu, chạy thử đánh giá Nhật Nhật phòng thí nghiệm Phối hợp chạy thử đánh giá thiết bị phịng thí nghiệm Cá nhân tham gia thực đề tài, dự án: (Người tham gia thực đề tài thuộc tổ chức chủ trì quan phối hợp, không 10 người kể chủ nhiệm) Số TT Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh Tên cá nhân tham gia thực Nội dung tham gia Sản phẩm chủ yếu đạt Vũ Duy Hải Vũ Duy Hải Khảo sát thực tế sở y tế Xây dựng tiêu kỹ thuật Thiết kế tổng thể hệ thống, xây dựng phương áp thiết kế Chạy thử phịng thí nghiệm, hiệu chỉnh thông số thiết kế Kết khảo sát thực tế sở y tế, xây dựng tiêu kỹ thuật thiết kế, thiết kế tổng thể hệ thống, đánh giá, hiệu chỉnh sản phẩm sau thiết kế Nguyễn Hữu Trung Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tự động pha dịch lọc từ chất rắn dạng bột sang dạng dịch đồng Hoàn thiện hệ thống để đưa chạy thử nghiệm sở y tế Lựa chọn phương pháp tự động pha dịch lọc từ chất rắn dạng bột sang dạng dịch đồng Hoàn thiện hệ thống để đưa chạy thử nghiệm sở y tế Phạm Mạnh Phạm Mạnh Hùng Hùng Khảo sát thực tế sở y tế Nghiên cứu xây dựng chế độ pha dịch khác nhau, phù hợp với hầu hết máy chạy thận sử dụng Việt Nam Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thiết kế khoang chứa dịch vô khuẩn Thiết kế khối nguồn cách ly cho hệ thống Xây dựng chế độ pha dịch khác nhau, phù hợp với hầu hết máy chạy thận sử dụng Việt Nam Lựa chọn phương pháp thiết kế khoang chứa dịch vô khuẩn Nguyễn Thúy Anh Nghiên cứu quy trình Xây dựng quy trình điều khiển lưu lượng điều khiển lưu lượng nước siêu tinh khiết Nguyễn Thái Hà Nguyễn Thúy Anh Ghi nước siêu tinh khiết RO RO Nghiên cứu thiết kế phần Xây dựng phần mềm khí, điện tử điều giao tiếp bàn phím khiển, cảnh báo an tồn, thị Xây dựng phần mềm giao tiếp bàn phím Đào Việt Hùng Đào Việt Hùng Khảo sát thực tế sở y tế Nghiên cứu phương pháp đo lường, kiểm soát nồng độ dịch sau pha theo tiêu chuẩn y tế Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế, chế tạo, lắp ráp toàn hệ thống Chạy thử phịng thí nghiệm, hiệu chỉnh thơng số thiết kế Lựa chọn phương pháp đo lường, kiểm soát nồng độ dịch sau pha theo tiêu chuẩn y tế Thử phịng thí nghiệm, hiệu chỉnh thơng số thiết kế Đinh Thị Nhung Lại Hữu Phương Trung Đinh Thị Nhung Nghiên cứu lựa chọn phương pháp bơm dịch vô khuẩn để cung cấp cho hệ thống điều trị thận nhân tạo Xây dựng phần mềm điều khiển hiển thị thông số chế độ rửa hệ thống Lựa chọn phương pháp bơm dịch vô khuẩn để cung cấp cho hệ thống điều trị thận nhân tạo Xây dựng phần mềm điều khiển hiển thị thông số chế độ rửa hệ thống Chử Đức Hoàng Đào Quang Huân Chử Đức Hoàng Nghiên cứu lựa chọn phương pháp bơm dịch pha lên phân lưu trữ vô khuẩn Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế, chế tạo, lắp ráp toàn hệ thống Lựa chọn phương pháp bơm dịch pha lên phân lưu trữ vô khuẩn Lựa chọn phương án thiết kế, chế tạo, lắp ráp toàn hệ thống Trương Ngọc Minh Phạm Phúc Ngọc Trương Ngọc Minh Nghiên cứu lựa chọn quy trình tự động điều khiển loại bơm pha dịch Nghiên cứu lựa chọn phương pháp kiểm soát áp lực dịch Lựa chọn quy trình tự động điều khiển loại bơm pha dịch Lựa chọn phương pháp kiểm soát áp lực dịch Nguyễn Hữu Dũng Nguyễn Hữu Dũng Nghiên cứu đặc trưng loại dịch lọc sử dụng sở y tế Nghiên cứu lựa chọn Báo cáo đặc trưng loại dịch lọc sử dụng sở y tế Đánh giá hệ thống phương pháp diệt khuẩn trình pha dịch Đánh giá hệ thống 10 Lê Thanh Lịch Lê Thanh Lịch Đánh giá hệ thống Tiếp thị sản phẩm Đánh giá hệ thống - Lý thay đổi (nếu có): Một cán bận cơng tác nên tham gia thực đề tài dự kiến Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Ghi Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Hội thảo: “Hệ thống thiết bị pha dịch lọc chạy thận nhân tạo tự động Việt Nam” Thời gian: 2012 Kinh phí: 10 triệu đồng Địa điểm: Trường ĐHBK HN Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Hội thảo: “Hệ thống thiết bị pha dịch lọc chạy thận nhân tạo tự động Việt Nam” Thời gian: 2012 Kinh phí: 10 triệu đồng Địa điểm: Trường ĐHBK HN Ghi Tóm tắt nội dung, công việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngoài) Số TT Các nội dung, công việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Thời gian (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Theo kế hoạch Thực tế đạt Người, quan thực Xây dựng tiêu kỹ thuật 2/2012thiết kế, thiết kế tổng thể hệ 4/2012 thống 4/2012 Vũ Duy Hải Phạm Mạnh Hùng Nguyễn Thái Hà ĐHBK Hà Nội Thiết kế khối diệt khuẩn 4/2012quá trình pha dịch 5/2012 4/2012 Phạm Phúc Ngọc ĐHBK Hà Nội Nguyễn Hữu Dũng Bệnh viện Bạch Mai Thiết kế khối đo lường nồng độ 4/2012dịch sau pha theo tiêu chuẩn 5/2012 y tế 4/2012 Phạm Phúc Ngọc Đào Việt Hùng ĐHBK Hà Nội Thiết kế khối kiểm soát nồng độ 5/2012dịch cho chế độ pha khác 7/2012 4/2012 Lại Hữu Phương Trung Đào Việt Hùng ĐHBK Hà Nội Thiết kế khối nguồn cách ly cho 5/2012hệ thống 7/2012 4/2012 Lại Hữu Phương Trung Phạm Mạnh Hùng ĐHBK Hà Nội Xây dựng phần mềm điều khiển 6/2012hiển thị thông số chế độ 8/2012 rửa hệ thống 4/2012 Đào Việt Hùng Lại Hữu Phương Trung ĐHBK Hà Nội Xây dựng phần mềm giao tiếp 5/2012bàn phím 8/2012 4/2012 Đào Việt Hùng Nguyễn Thúy Anh ĐHBK Hà Nội Thiết kế khối kiểm soát áp lực 5/2012dịch cung cấp cho máy chạy 8/2012 thận 9/2012 Đào Quang Huân Phạm Phúc Ngọc ĐHBK Hà Nội Thiết kế khối điều khiển giao 7/2012tiếp 9/2012 9/2012 Lại Hữu Phương Trung Nguyễn Thúy Anh ĐHBK Hà Nội 10 Thiết kế khối hiển thị 7/2012hình TFT-LCD 9/2012 9/2012 Phạm Phúc Ngọc Nguyễn Thái Hà ĐHBK Hà Nội 11 Thiết kế phần khí cho hệ 8/2012thống 9/2012 9/2012 Vũ Duy Hải ĐHBK Hà Nội Lê Thanh Lịch Công ty Việt Phan 12 Lắp ráp toàn hệ thống, đo 9/2012lường thông số kỹ thuật sau 10/2012 thiết kế 11/2012 Đào Quang Huân Đào Việt Hùng ĐHBK Hà Nội 13 Chạy thử phịng thí nghiệm, 10/2012đánh giá hiệu chỉnh thông số 12/2012 11/2012 Phạm Phúc Ngọc ĐHBK Hà Nội Lê Thanh Lịch Công ty Việt Phan III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN Sản phẩm KH&CN tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Số TT Tên sản phẩm tiêu chất lượng chủ yếu Đơn vị đo Số lượng Thiết bị pha dịch lọc tự động dùng điều trị thận nhân tạo công suất lớn, cung cấp đồng thời cho nhiều hệ thống điều trị thận nhân tạo đạt công suất 30lít/giờ Thiết bị 01 Theo kế hoạch Cơng suất pha 30lít/giờ Thực tế đạt Cơng suất pha 30lít/giờ b) Sản phẩm Dạng II: Số TT Yêu cầu khoa học cần đạt Tên sản phẩm Ghi Theo kế hoạch Thực tế đạt Phần mềm Phần mềm điều khiển cài đặt cho xử lý trung tâm điều khiển sản phẩm thiết kế thực chức điều khiển hoạt động toàn hệ thống Phần mềm điều khiển cài đặt cho xử lý trung tâm sản phẩm thiết kế thực chức điều khiển hoạt động toàn hệ thống Bản vẽ thiết kế Bản vẽ đầy đủ, rõ ràng, xác phần thiết kế đề tài Bản vẽ đầy đủ, rõ ràng, xác phần thiết kế đề tài c) Sản phẩm Dạng III: Số TT Tên sản phẩm 1-2 Bài báo khoa học nước Yêu cầu khoa học cần đạt Theo Thực tế kế hoạch đạt Tạp chí, kỷ Tạp chí, kỷ yếu hội nghị yếu hội nghị có phản biện có phản biện nước nước Số lượng, nơi cơng bố (Tạp chí, nhà xuất bản) Hội nghị quốc tế nước: The 4rd International Conference on Communications and Electronics (ICCE), 1-3th Aug 2012, Hue, Vietnam, pp: 647-651 d) Kết đào tạo: Số lượng Số TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo Theo kế hoạch Thực tế đạt Kỹ sư chuyên ngành Điện tử y sinh, Kỹ thuật y sinh 2-3 Ghi (Thời gian kết thúc) Đã bảo vệ tốt nghiệp đ) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN ứng dụng vào thực tế Số TT Tên kết ứng dụng Thời gian Thiết bị pha dịch lọc tự động dùng cho máy thận nhân tạo 12/20121/2013 Địa điểm (Ghi rõ tên, địa nơi ứng dụng) Khoa Thận nhân tạo, Bệnh viện Bạch Mai Kết sơ Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết cho việc pha dịch lọc (Giấy nhận xét kèm theo) Đánh giá hiệu đề tài, dự án mang lại: a) Hiệu khoa học công nghệ: (Nêu rõ danh mục công nghệ mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ cơng nghệ so với khu vực v th gii) 10 b) Tính toán số vòng dây Trong việc chọn lõi số vòng nhỏ cuộn sơ cấp để tránh tợng bÃo hòa lõi đợc cho công thức sau: Trong đó: Lm: Tính tự cảm Iover: dòng đỉnh xung cao Bsat: mật độ từ them bÃo hòa (Tesla) thờng chọn từ 0.3~0.35 T Ae: diện tích mặt cắt (lõi giữa) Hệ số vòng dây đợc tính nh sau: n= V Ro N = P V01 + VF N S1 Trong đó: NP, NS1: số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp V01: điện áp ngõ VF1: điện áp rơi Diode NS1 đợc làm tròn cho Np lớn N P c) Tính toán đờng kính dây quấn Đờng kính dây đợc tính dựa vào dòng hiệu dụng qua dây Mật độ dòng thông dụng 5A/mm Nh cuộn sơ cấp có dòng điện chảy qua 1,3A nên cỡ dây đợc xác định nh− sau: D = 0,45 I = 0,45 1,3 = 0,513 Các cỡ dây lại cuộn thứ cấp đợc tính toán tơng tự nh d) Chu kú xung nhÞp 135 T= 1 = = 10às 100 KHz f e) Tính toán thiết kế biến áp cách ly Công suất biến áp 350W b»ng Pt Ta cã c«ng st sư dơng Psd = 1,3.Pt = 1,3 x 350 = 455W Do vËy sÏ chọn biến áp có công suất 455W, chọn biến áp có lõi Ferit có hình chữ E có tiết diện lõi 1,3cm2 Cảm ứng từ B0max = 0,25T f) Chọn biến áp - Tính số vòng/ vol + Số vòng cuộn sơ cấp Gọi W1, W2 số vòng sơ cấp biến áp ta có thÓ tÝnh nh− sau: L1 = L = 104.U v f max S0 Trong đó: F: tần số biến áp xung Sc: thiết diện có ích, thiết diện lõi từ : cảm ứng từ Các cuộn dây w3, w4, w5, w6 tơng tự nh Dòng điện đầu vào I = 20 = 1,6 12 Cì d©y D = 0,63x I = 0,63 x 1,6 = 0,8 Các cỡ dây bên thứ cấp cịng t−¬ng tù nh− vËy Sơ đồ dây quấn biến áp cách ly hình 22 sau 136 L2 L3 L1 L4 L5 L6 L7 Hình 22: Sơ đồ dõy qun biÕn ¸p xung c¸ch ly Trên sơ đồ hình 22 sơ đồ dây quấn biến áp xung đó: L1 L2 hai cuộn dây sơ cấp biến áp xung L3 cuộn dây cấp nguồn hồi tiếp cho khối tạo dao động sau nguồn hoạt động L4 cuộn dây để lấy nguồn + 24VDC sau chỉnh lưu L5 cuộn dây để lấy nguồn + 5VDC sau chỉnh lưu L6 L7 hai cuộn dây để lấy nguồn ± 12VDC sau chỉnh lưu 4.7 Thiết kế khối chỉnh lưu lọc điện áp chiều thứ cấp đầu Chỉ tiêu thiết kế - Bộ chỉnh lưu có điện áp dịng điện phù hợp với yêu cầu đặt - Tần số làm việc từ vài trăm KHz đến hàng MHz - Dải nhiệt ổn định rộng Lựa chọn điot chỉnh lưu cho nguồn riêng biệt - Nguồn +24V/11A Dùng loại xung điot có điện áp cỡ vài trăm vơn, dịng điện > 20A Chọn điot xung có gắn tản nhiệt loại 40A/600V 137 Hình 24: Đi ốt chỉnh lưu cơng suất đơn 40A có chỗ gắn tản nhiệt - Nguồn 5V/5A Dùng loại xung điot có điện áp cỡ vài trăm vơn, dịng điện >10A Chọn điot xung có gắn tản nhiệt loi 15A/400V Hình 25: Sơ đồ cấu trúc bên sơ đồ chân C92M - Ngun 12V/0,5A Dùng loại xung điot có điện áp cỡ vài trăm vơn, dịng điện >3A Chọn điot xung có gắn tản nhiệt loại 5A/400V Hình 26: Cầu điốt chỉnh lưu cơng suất 5A có chỗ gắn tản nhiệt 138 Thiết kế mạch lọc nguồn đầu Thiết kế chi tiết mạch lọc đầu ra: Điện áp đầu 24VDC Để đảm bảo thường người ta chọn điện áp tụ điện cao điện áp lần điện áp sử dụng giá trị tụ lớn cang tốt (như trình bầy phần lọc nguồn sơ cấp) Ở điện áp chỉnh lưu 24V để đảm bảo an tồn ta chọn tụ điện có trị số 2200MF điện áp chịu đựng tối đa 100V Qua thực thiết kế đo lường từ thực nghiệm ta có sơ đồ sau thiết kế hoàn chỉnh mạch chỉnh lưu lọc nguồn thứ cấp sau: Mạch lọc nguồn đầu thiết kế tương đối đơn giản nguồn làm việc tần số cao Trị số tụ lọc nguồn không cần lớn mà cần cỡ vài trăm MF Các tụ lọc nhiễu tần số cao thông thường chọn cỡ khoảng 1nF D13 20A +24V FUSE + C1 1000MF/50V C2 L4 102 D14 +5V + C3 2200MF/35V C4 102 L5 L6 D15 ~ - L7 +12V + ~ + C5 2200MF/35V C6 102 -12V C7 2200MF/35V C8 102 + Hình 27: Sơ đồ mạch điện chỉnh lưu lọc nguồn thứ cấp 139 Trên hình sơ đồ mạch chỉnh lưu lọc nguồn thứ cấp sau thiết kế hoàn chỉnh Cầu ốt có tác dụng chỉnh lưu từ điện âp xoay chiều sang điện áp chiều, cầu chì 20A có tác dụng bảo vệ nguồn đầu (24V/11A) bị chập, tụ C1, C3, C5, C7 dùng để lọc san phẳng điện áp sau chỉnh lưu, tụ C2, C4, C6, C8 dùng để lọc xung nhiễu 4.8 Thiết kế khối hồi tiếp cách ly Chỉ tiêu thiết kế - Mạch đơn giản, có độ nhậy cao - Mạch cách ly tốt, hệ số truyền đạt, đạt tới > 70% Hình 28: Sơ đồ cấu trúc bên chân vi mạch PC817 La chn thit k Từ yêu cầu đặt ta chọn vi mạch PC817 hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đặt Thit k chi tit Phần hồi tiếp từ đầu để đa trở lại tầng dao động cần phải ghép có điện trở cách ly cao Do ®©y ta dïng bé ghÐp quang cã ký hiƯu PC 817 có sẵn thị trờng có thông số kỹ thuật sau: - Dòng IF vào cực đại 5mA Điện áp VCEO 35V Dòng IC 50mA Hệ số truyền đạt 50% Điện cách ly 5KV - Nhiệt độ làm việc từ 30 ữ +100C Sơ đồ cấu trúc bên sơ đồ chân vi mạch nh sau: 140 +24v IC2 Dao động ngn, ®iỊu khiĨn ®é réng xung PC817 R10 0,2K ILED VR 2K VR1 2K R11 6,7K Q2 R12 1,5K Hình 29: Sơ đồ mạch điện cách ly Từ sơ đồ cấu trúc bên thông số vi mạch nêu ta thiết kế khối tạo dao động có sơ đồ mạch điện nh sau: Để phản ánh điện áp đầu đem so sánh với đầu vào với yêu cầu cách ly cao sử dụng ghép quang để đa hồi tiếp trở lại đầu vào.Để điều khiển dòng chảy qua Opto (PC 817) sử dụng tranzito linh liện phụ bên Trong sơ đồ mạch điện cách ly bao gồm: Điện trở R10 dùng để hạn dòng ILED, điện trở R11, R12 VR1 điện trở tạo thiên áp cho Q2 làm việc Biến trở VR2 dùng để điều chỉnh điện áp theo yêu cầu thiết kế 4.9 Thit k h thống tản nhiệt cho tầng khuếch đại công suất nguồn Chỉ tiêu thiết kế Ở tầng khuếch đại làm việc sinh lượng nhiệt lớn đặc biệt tầng khuếch đại có cơng suất như: điện áp cao, dịng điện lớn Trong q trình làm việc Tranzito đóng mở liên tục van Tại dòng chiều làm cho Tranzito nóng lên nhanh khơng có biện pháp tản nhiệt cho chúng chúng bị hư chế độ làm việc bị thay đổi nhiệt độ sinh trình làm việc Trên thực tế có nhiều phương pháp để tản nhiệt như: - Làm mát cách gắng vào chúng cánh tản nhiệt đồng nhơm để nhiệt ngồi khơng khí Diện tích cánh tản nhiệt lớn khả tản nhiệt tốt - Làm mát dầu kết hợp với quạt hút gió 141 - Làm mát quạt hút gió… Từ phương pháp tản nhiệt nêu thực sử dụng nhiều Để nghiên cứu thiết kế cho nguồn hệ thống rửa lọc trình thiết kế thử nghiệm, thử tải với công suất tối đa khối công suất gắn lên tản nhiệt nhôm dày có nhiều cánh tản nhiệt thơng thường hệ số nhiệt tăng lên nhanh Những lúc dùng cảm biến đo nhiệt độ phịng thí nghiệm lên tới > 100ْC điều tiếp tục không đảm bảo cho tầng khuếch đại công suất làm việc ổn định tốt Khi tăng dần kích thước tản nhiệt lên nhiệt độ tăng lên không nhanh tức thời nhiệt độ cao đến nhiệt độ xác lập mà tản nhiệt lại lớn cồng kềnh chế tạo khó ta chọn phương án dùng loại tản nhiệt khác cho nguồn Để thiết kế gọn nhẹ đơn giảm mà hiệu cao nên ta chọn phương án làm mát nhôm cánh tản nhiệt làm tăng diện tích nhơm với khơng khí đồng thời kết hợp dùng quạt để hút nhiệt từ cánh tản nhiệt cách nhanh chóng Do ta chọn loại tản nhiệt vật liệu nhơm đúc có kết hợp với quạt để hút nhiệt độ cao từ tản nhiệt thoát dễ dàng nhằm tăng tuổi thọ cho tầng công suất hoạt động ổn định nguồn Lựa chọn thiết kế Qua tìm hiểu số loại tản nhiệt có sẵn thị trường ta nhận thấy: Công suất nguồn tương đối lớn để thu nhỏ kích thước nguồn nên ta chọn loại tản nhiệt có chất liệu nhơm đúc dày kết hợp gắn với quạt hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đặt Thiết kế chi tiết Để giảm kích thước trọng lượng q trình thi cơng thiết kế thử nghiệm ta thấy dùng loại tản nhiệt sau phù hợp với yêu cầu - Quạt sử dụng điện áp 24V/0,05A Hình 30: Tản nhiệt loại có kết cấu làm mát nhơm kết hợp với quạt gió làm khơng khí nóng - Tản nhiệt dùng loại nhơm có nhiều cánh nhiệtdễcódàng kích thước: x 7,5 x 3,5cm chạy xuyên qua tản tản nhiệt 142 Do ta chọn loại tản nhiệt có gắn quạt lắp trực tiếp vào tản nhiệt hinh sau Hình 31: Tản nhiệt gắn quạt để làm mát Hình ảnh sau thiết kế hồn chỉnh Hình 32: Tản nhiệt gắn với khối khuếch đại cơng suất 143 ĐO LƯỜNG CÁC THƠNG S SAU THIT K Khi đo nóng (các máy hoạt động bình thờng) điện trở cách ly trung bình cỡ khoảng 35 M dòng dò cỡ khoảng 9à Nh khối nguồn AC/DC có điện trở cách ly lớn dòng dò nhỏ đảm bảo đợc yêu cầu thiết kế đặt 144 Hình 33: Sơ đồ mạch in Sơ đồ khối điểm đo thử nghiệm tải giả DC OUT Chỉnh lu lọc điện áp chiều sơ cÊp Tạo dao động, điều chỉnh độ rộng xung, so sánh điện áp chuẩn +24V/11A ChØnh l−u vµ läc +5V/5A ®iƯn ¸p mét chiỊu thø cÊp +12V/0,5A mức Khch đại công suất nguồn Biến áp xung cách ly, hi tiếp cách ly AC IN 220V/50Hz U1 U2 U3 U4 -12V/0,5A Hình 34: Sơ đồ khối nguồn AC/DC điểm đo Bảng số liệu đo sau thiết kế hoàn chỉnh đo tải giả U1(V) I1(A) U2(V) I2(A) U3(V) I3(A) U4(V) I4(A) +24 10 +5 +12 0,4 -12 0,4 +24 10,5 +5 4,5 +12 0,45 -12 0,45 +24 11 +5 +12 0,5 -12 0,5 +24 11,5 +5 5,5 +12 0,55 -12 0,55 +23,6 12 +4,7 +12 0,6 -12 0,6 +22,5 12,5 +4,5 6,5 +12 0,65 -12 0,65 +21 13 4,2 +12 0,7 -12 0,7 145 Các số liệu đo đợc từ thực nghiệm điện trở cách ly (đo trực tiếp với nguồn điện áp lới 220v dùng thiết bị đo FLUKE-189) điện trở cách ly đầu vào đầu víi sè lần là 20 lượt 220v/50Hz AC/DC Rt¶i M 220v/50Hz AC/DC Rtải Hình 35: Sơ đồ khối điểm đo hai chế độ dòng dũ điện trở cỏch ly Kết đo hai chÕ ®é: Số lần đo Điện trở cách ly (MΩ) Dịng dị (µΑ) Lần 34 10 Lần 36 9,0 Lần 35 9,2 Lần 37,3 8,8 Lần 37 8,9 146 Lần 38 8,2 Lần 34,2 9,7 Lần 36 9,1 Lần 35,7 9,1 Lần 10 34,9 9,3 Lần 11 34 10,0 Lần 12 35,1 9,0 Lần 13 35 9,2 Lần 14 36,5 8,9 Lần 15 35 9,2 Lần 16 37 8,9 Lần 17 35,1 9,1 Lần 18 37,1 8,8 Lần 19 36 9,0 Ln 20 35 9,2 Nhận xét: Qua khảo sát ®o trªn 05 lần đo khác của bợ ng̀n AC/DC sau đã thiết kế hoàn chỉnh Ta nhận thy điện trở cách ly đo nguội trung bình ln o khoảng 200G (o bng thit b Tetaohm) 147 KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu thiết kế nguồn AC/DC cho hệ thống pha dịch A dịch B ứng dụng y tế nên yêu cầu an toàn điện cho người sử dụng đặc biệt quan trọng Do đó, chuyên đề nghiên cứu, khảo sát thực tế quy trình sử dụng, điện áp cung cấp để thiết kế khối nguồn cung cấp cho toàn hệ thống phải đạt tiêu chuẩn an toàn cao Với việc thiết kế cách ly đa mức, nguồn điện cung cấp cho tất phận hệ thống thiết kế đảm bảo an tồn tuyệt đối cho người sử dụng Các thơng số kỹ thuật thiết kế đáp ứng đầy đủ yêu cầu hệ thống nghiên cứu Sản phẩm nghiên cứu chuyên đề đưa vào tổng hợp để phục vụ cho việc thiết kế toàn hệ thống 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguồn liệu từ Internet Engineering Circuit Analysis 5th Ed - William H Hayt, Jack Kemmerly, Steven M Durbin - McGraw-Hill Introduction to Biomedical Engineering - John Enderle, Susan M Blanchard, Joseph Bronzino; 2nd Edition - Academic Press Engineering Design: A Project Based Introduction 2nd Edition - Clive L Dym, Patrick Little - Wiley Digital Integrated Circuits 2nd Ed - Jan M Rabaey, Anantha Chandrakasan, Borivoje Nikolic - Prentice Hall Digital Design - Frank Vahid - John Wiley & Sons 149