Development of the power supply and control system for the hemodialysis machine

• Autorzy: Yaskiv Volodymyr , Yaskiv Anna

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.3745

Warianty tytułu

PL

Rozwój układu zasilania i sterowania urządzenia do hemodializy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes new approaches to creating an autonomous compact system with automatic control for hemodialysis. It is proposed to organize a closed circuit for cleaning the dialysis solution using an electrolytic regenerator as a function of the concentration of urea in it. The functional diagram of the created system is presented and described. To power the regenerator, ensure thermal stabilization of the solution, and power auxiliary electronic and electrical equipment, a multi-channel power supply and control system for the hemodialysis machine based on high-frequency magnetic amplifiers has been developed and researched. The advantages of power switches based on high-frequency magnetic amplifiers in comparison with transistor switches, including in the construction of controlled power sources, are given. The principle of operation of the voltage regulator on high-frequency magnetic amplifiers is described. Theoretical and experimental oscillograms are given. Photographs of the experimental unit as well as an industrial sample of the multi-channel power supply and control system of the hemodialysis machine are provided. Their main technical characteristics are given. Conclusions to the conducted work are formulated. Carrying out the regeneration of the dialysis solution significantly reduces its costs – 2 liters of solution, which is suitable for use for 6 months, is enough for the operation of the device. Existing hemodialysis machines are a stationary open system using a single-use dialysis solution at a rate of up to 35 l/h, which ties the machine to stationary clinical conditions. Introducing feedback on the concentration of urea in the dialysis solution allows you to automate the blood purification procedure, as well as automatically complete hemodialysis at the necessary time, and also eliminates the dependence of the device on the conditions of the hospital.

PL

Do zasilania regeneratora, stabilizacji termicznej roztworu oraz zasilania pomocniczych urządzeń elektronicznych i elektrycznych opracowano i zbadano wielokanałowy układ zasilania i sterowania aparatu do hemodializy oparty na wzmacniaczach magnetycznych wysokiej częstotliwości. Przedstawiono zalety wyłączników mocy opartych na wzmacniaczach magnetycznych wysokiej częstotliwości w porównaniu z wyłącznikami tranzystorowymi, w tym w budowie sterowanych źródeł prądu. Opisano zasadę działania regulatora napięcia we wzmacniaczach magnetycznych wysokiej częstotliwości. Podano oscylogramy teoretyczne i eksperymentalne. Przedstawiono fotografie jednostki doświadczalnej oraz próbkę przemysłową wielokanałowego układu zasilania i sterowania aparatu do hemodializy. Podano ich główne parametry techniczne. Sformułowano wnioski z przeprowadzonej pracy. Przeprowadzenie regeneracji płynu do dializy znacząco obniża jego koszty – do pracy urządzenia wystarczają 2 litry płynu, który wystarcza na 6 miesięcy. Istniejące aparaty do hemodializy to stacjonarne systemy otwarte wykorzystujące roztwór do dializy jednorazowego użytku z szybkością do 35 l/h, co wiąże urządzenie ze stacjonarnymi warunkami klinicznymi. Wprowadzenie informacji zwrotnej o stężeniu mocznika w płynie dializacyjnym pozwala zautomatyzować procedurę oczyszczania krwi, a także automatycznie zakończyć hemodializę w wymaganym czasie, a także eliminuje zależność urządzenia od warunków panujących w szpitalu.

Słowa kluczowe

EN

hemodialysis; power supply and control system; rectangular hysteresis loop; high-frequency magnetic amplifier

PL

hemodializa; układ zasilania i sterowania; prostokątna pętla histerezy; wzmacniacz magnetyczny wysokiej częstotliwości

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 13, nr 3
• Strony: 23--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., fot., wykr.

Twórcy

autor

Yaskiv Volodymyr

• Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Faculty of Applied Information Technologies and Electrical Engineering, Ternopil, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-0043-3909

autor

Yaskiv Anna

• Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Faculty of Applied Information Technologies and Electrical Engineering, Ternopil, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-3101-7107

Bibliografia

• [1] Brkovic M., Cuk S.: Novel single-stage AC-to-DC converters with magnetic amplifiers and high power factor. IEEE APEC Conf. Rec. 1, 1995, 447–453.
• [2] Chen C. L., Wen C. C.: Magamp application and limitation for multiwinding flyback converter. IEE Proceedings – Electric Power Applications 152(3), 2005, 517–525.
• [3] Costa T. H. et al.: A safety engineering on the design of hemodialysis systems. IEEE International Conference on Consumer Electronics (ICCE), Las Vegas, 2018, 1–2 [http://doi.org/10.1109/ICCE.2018.8326292].
• [4] Dyvak M., Yaskiv V., Yaskiv A.: Simulation and Numerical Optimization of Specific Characteristics of the Unified Range of Power Converters. 12th International Conference on Advanced Computer Information Technologies – ACIT 2022, 2022, 13–17 [http://doi.org/10.1109/ACIT54803.2022.9913076].
• [5] Galad M. et al.: Comparison of parameter and efficiency of transformerless inverter topologies. IEEE Intenational Conference on Electrical Drives and Power Electronics 2015, 65–68.
• [6] Harada K., Nabeshima T.: Applications of magnetic amplifiers to high-frequency dc-to-dc converters. Proc. IEEE 76(4), 1988, 355–361.
• [7] Hang L.J., Gu Y.L., Lu Z.Y., Qian Z.M., Xu D.H. Magamp post regulation for LLC series resonant converter with multi-output. 31st Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society – IECON, 2005, 207–213 [http://doi.org/10.1109/IECON.2005.1568977].
• [8] Lee J., Chen D. Y., Jamerson C. Magamp post regulators-practical design considerations to allow operation under extreme loading conditions. Proceedings of the IEEE APEC-98, 1988, 368–376.
• [9] Mammano B.: Magnetic amplifier control for simple, low-cost, secondary regulation. Unitrode corporation [now Texas Instruments]. Lexington, MA 02173, 2001, SLUP129 [https://www.ti.com/lit/ml/slup129/slup129.pdf].
• [10] Saliba J. et al.: Nanostructured porous silicon membrane for hemodialysis. 2nd International Conference on Advances in Biomedical Engineering, Tripoli, Lebanon, 2013, 145–147 [http://doi.org/10.1109/ICABME.2013.6648868].
• [11] Saturable cores for mag-amps, – Toshiba,
• [12] https://pdf.directindustry.com/pdf/toshiba-america-electronics-components/saturable-cores-mag-amps/33679-562725.html#search-en-saturable-cores-mag-amps
• [13] Sezdi M., Benli İ.: Disinfection in hemodialysis systems. Medical Technologies National Congress (TIPTEKNO), Antalya, 2016, 1–4 [http://doi.org/10.1109/TIPTEKNO.2016.7863132].
• [14] Sharma R.: Soft Switched Multi-Output PWM DC-DC Converter. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS) 3(3), 2013, 328–335.
• [15] Tape Wound Cores for Magnetic Amplifier Chokes, Nanocrystalline VITRO-PERM 500 Z, Preliminary Product Leaflet Vacuumschmelze, GmbH &Co. KG. [https://www.vacuumschmelze.de/fileadmin/documents/broschueren/kbbrosch/PKVP500Z_10.pdf].
• [16] Wen C. et al.: Magamp Post Regulation for Flyback Converter. Proc. of IEEE Power Electron. Spec. Conf., 2001, 333–338.
• [17] Yahya M. B. et al.: Measurement of water transfer changes during hemodialysis cycle. 2nd International Conference on Advanced Technologies for Signal and Image Processing (ATSIP), Monastir, 2016, 313–318
• [18] Yaskiv V. et al.: Synchronous Rectificier in High-Frequency 24V/15A MagAmp Power Converter. IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Istanbul, 2020, 113–117.
• [19] Yaskiv V. et al.: Synchronous rectification in High-Frequency MagAmp Power Converters. Proceedings of the International Conference Advanced Computer Information Technologies – ACIT 2018, Ceske Budejovice 2018, 128–131 [http://ceur-ws.org/Vol-2300/] (available 23.03.2020).
• [20] Yaskiv V. et al.: System of Power Supply and Control of the Apparatus “the Artificial Kidney”. IEEE International Conference on Modern Problems of Telecommunications, Computer Science and Engineers Training TCSET’2000, Lviv-Slavsko, 2000, 162.
• [21] Yaskiv V. et al.: Modular High-Frequency MagAmp DC-DC Power Converter. 9th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT). Ceske Budejovice, 2019, 213–216.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).