WYD2000型野战手术灯充放电电路的改进

梁津国 胡红波

WYD2000型野战手术灯充放电电路的改进

梁津国①胡红波②

1 野战手术灯改进目的

为达到野战手术灯的现实使用要求，对其充放电电路进行改造是有必要的。随着科技发展，电路元件向着集成化、小型化发展，在新设计电路中，主要采用集成元件作为其控制元件[4-5]。同时，由于战用医疗仪器对环境的要求越来越高，且集成元件功能越来越多，为增加野战手术灯的实用用途提供了可能。经过对前期资料收集和调研，评估改进后的电路应具备以下7种功能。

(1)交流电源电压使用范围在110～240 V。满足战场环境电源的不稳定性，有利于援外及维和部队等在不同国家使用。

(2)电源板设计具有对大容量锂电池充电、过充电以及过放电保护功能，并对LED光源实现限流保护。

(3)取消外接直流电源的插座与备用线，避免错误连接导致电源板烧坏的情况发生。

(4)具有输入电流控制，可安全预充已过度放电的电池，关断电流＜0.1 µA。

(5)可调节参照电压和充电电流，并由控制环路监测系统监视整个充电电流，自动减小充电电流以防止过载。

(6)内置安全定时器以调整充电时间，自动结束充电。

(7)具备温度监控功能，防止温度过高损害电池。

WYD2000野战手术灯的现有技术指标与改进后的技术指标及功能对比见表1。

表1 野战手术灯改进前后性能对比

2 改进内容

2.1 充电流程设计

当野战手术灯接入外接电源时，电路自行进入预充电状态，此时电路将以一个较大的快充电流对电池进行充电，同时检测电池电压和温度，如果温度在允许范围内且电压高于低压门限，则电路维持恒流快充电状态，即电池恒流充电[6]。如果在快充电计时器终止前电压仍未达到极限值，则充电终止。

在恒压满充电状态时，电池为恒压充电。充电电流下降至150 mA或计时器终止，进入充电完成(TOPOFF)状态。此时电池继续以恒压充电直至计时器终止，进入结束状态[7]。在结束状态下，充电终止，直至电池电压降至低于重充电门限，此时进入复位状态，开始新的充电循环[8]。

在以上任何状态下，如果电池温度超过极限值，充电暂停，计时器延缓直至电池温度回到允许值内，充放电电路的运行流程如图1所示。

图1 野战手术灯充放电电路运行流程图

2.2 控制芯片选择

MAX1758是Maxim公司(美国美信)出品的开关型锂电池充电器，最多可充4个锂电池。标准充电电流精确度达±10%，标准充电电压误差＜±8%，内置定时器可控制充电时间防止过充，具有输入电流控制。充电前检测电池的电压，若电池电压＞2.5 V，按正常方式充电；若电池电压＜2.5 V，则用小电流充电，达到2.5 V后再以正常方式充电，这种预充电的方式称为预处理，一定程度上可以对锂电池进行修复。

MAX1758可调节参照电压和充电电流，并由控制环路监测系统监视整个充电电流，自动减小充电电流以防止过载。通过外置可调电热调节器监测电池温度，防止超过允许的充电温度范围(-40 ℃～+85 ℃)[9]。

2.3 电路搭建

系统包括前置整流部分、输出电流调节部分、充电时间设定部分、温度控制部分以及输出整流部分。前置整流部分采用稳压二极管和电容来稳定电压并滤除交流干扰。输出电流的调节通过调节MAX1758的相应引脚电压完成，可以通过内置电流感应电阻检测待充电电池两端电压来选择充电电流大小。通过外置电容(C4、C5)决定MAX1758内置计时器TIMER 1和TIMER 2的最大时限，其中TIMER 1用于设置预充、充满、TOP-OFF的时限；TIMER 2用于设置快充时限。当图中电容为1 nF时，预充、充满、TOP-OFF和快充时限分别为7.5 min、90 min、45 min和90 min。温度控制部分是由外置可调电热调节器监测电池温度，防止超过允许的充电温度范围。输出整流采用并联的电解电容对充电电流进行调整，实现了电路旁路、去耦和滤波等作用，电路图如图2所示。

图2 野战手术灯充放电电路图

3 电路测试结果

在实际电路搭建完毕后，利用锂电池组、温度计以及数字万用表对电路进行了测试。主要测试项目有电路的输出电压、输出电流、电池电压以及截止充电电流等，具体的测试结果见表2。

表2 野战手术灯充放电电路参数测试表

表中最大输出电压、最大输出电流以及关断电流三项均由数字万用表测出，测试结果来源取5次测试平均值。最高允许充电温度的测试是用电子温度计，数字万用表检测[10]。测试原理根据充电电路在温度过高时减少充电电流，在提高温度时观察数字万用表显示的充电电流，当充电电流改变过大时，即可认为此时的温度为充电电路的最大允许充电温度。最低允许充电温度由于条件限制(无法实现-40 ℃的环境条件)，未进行检测，同时，还对充电电路的充放电性能进行了检测，其测试结果见表3。

4 小结

WYD2000型野战手术灯充放电电路的改进作为手术灯改造的一部分，能够为其储能模块的管理提供较为实用的参考。改进后，在原有电路的基础上增加

表3 野战手术灯充放电电路性能测试表

了相应的保护功能，同时，管理芯片体积和重量均有减少，为电路模块的小型化创造了条件。但充放电电路还存在不足：①由于元件筛选的原因，未找到合适的双列直插元件，故对电路的整齐性有一定影响，且布线较复杂，也会对电路的测试构成一定的干扰；②在实际应用中，可以增加电量显示模块，方便电池的使用和维护[11]。随着实际使用，将进一步针对性的进行相关改进。

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[11]李传军，谢迅雷，滕越.提高野战手术灯的性能及其存储效益[J].医疗卫生装备，2010，31(8)：108，114.黄德生，柴欣，王宏春，等.新型野战医疗装备的应用体会及问题探讨[J].医疗卫生装备，2010，31(10)：107-107，115.胡军智，徐新民，杜生明，等.国内野战型太阳能LEO无影手术灯的发展现状[J].医疗卫生装备，2010，31(10)：111-112.牛黎明.锂电池在线充放电管理电路的设计[J].电子技术应用，2002，28(4)：11-13.朱兴喜，史兆荣，汤黎明，等.野外便携式高频止血器锂离子电池充电电路的设计应用[J].中国医学装备，2012，9(8)：7-11.王非，刘昊，田晓明.手持终端设备中的锂电池充电技术[J].电子器件，2004，27(4)：755-758.陈建清，沈汉鑫，缪传杰，等.一种能量转移型锂电池组均衡充电电路的设计[J].厦门大学学报(自然科学版)，2010，49(6)：812-814.胡清琮，陈琛，王菁，等.基于恒流/恒压方式的锂电池充电保护芯片设计[J].浙江大学学报：工学版，2008，42(4)：632-635.郑宏军，黎昕，孟祥国，等.MAX1758构成锂离子电池充电控制器的设计[J].电子技术，2004，31(5)：41-43.王洪辉，庹先国，余小平，等.基于单芯片的锂电池/组充电器设计[J].电源技术，2009，33(2)：127-129.阳瑞新，邓华军，邓集萱.一款基于锂离子电池移动电源的设计[J].科技视界，2013(20)：53-53.

野战手术灯；充电电路；预充电；温度监控

梁津国,男,(1980- ),硕士，主管技师。解放军第187医院医学工程科，从事军队卫生装备管理和维修工作。

2016-11-01

①解放军第187医院医学工程科 海南 海口 571159

②广州军区联勤部药品仪器检验所 广东 广州 510080

1672-8270(2017)05-0155-03

R197.39

B

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.05.043

2000年设计定型的WYD2000野战手术灯主要适用于战地、抢险救灾等突发事件以及卫生单位应急手术照明，其具有光源稳定，实用性广等优点[1]。随着电子和原材料等科学技术的发展以及部队使用、维修人员反映的意见和建议，该型手术灯在电源部分尚存在的缺点是：电路系统方面电源线路板的直流外接插口容易发生误操作烧坏电源板；电源电压使用范围窄，援外情况下无法适应交流电110 V的国家和地区，尤其在野外电压和频率不稳情况下手术照明效果欠佳[2]。电池方面采用铅酸电池，其重量较重、容量较小，可供电时间短，对维护保养要求较高，需要定期充放电，且在湿度大、盐度高以及气候闷热的南部，在未保养的情况下更易老化漏液[3]。