一種基于無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種基于無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)，屬于無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)有發(fā)射端裝置和接收裝置，其特征在于，發(fā)射裝置包括：交/直流電轉(zhuǎn)換模塊(1)、大功率E類放大器模塊(2)、初級(jí)諧振器(3)、頻率跟蹤控制模塊(4)和信號(hào)源模塊(5)，接收裝置包括：次級(jí)諧振器(6)和整流濾波穩(wěn)壓模塊(7)。本發(fā)明具有使用方便、安全性高、穩(wěn)定性高、非接觸式供電等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種基于無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自從人類進(jìn)入電氣時(shí)代以來，電能的傳輸一直采用有線傳輸方式。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是植入式醫(yī)療儀器的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有的電子設(shè)備的供電方式提出了更高的要求。由于傳統(tǒng)的電能傳輸方式都是采用接觸式傳輸，所以這種電能傳輸方式已經(jīng)不能滿足電子技術(shù)發(fā)展的需要了。因此，基于此問題就產(chǎn)生了一種以非電氣直接接觸方式來傳輸電能的技術(shù)，即無線能量傳輸技術(shù)(WPT)。
[0003]目前大多數(shù)植入式醫(yī)療設(shè)備使用傳統(tǒng)的電池供電方式，這種供電方式雖然簡(jiǎn)單，但是需要定期手術(shù)更換電池，給患者帶來了額外的痛苦。因此尋找一種非接觸式充電技術(shù)給植入式醫(yī)療設(shè)備充電的問題引起了人們廣泛的關(guān)注?，F(xiàn)有的非接觸式充電技術(shù)是利用電磁感應(yīng)方式，充電器與用電設(shè)備之間以電磁感應(yīng)傳送能量，兩者之間雖然不用導(dǎo)線連接，但是傳輸距離僅能達(dá)到毫米級(jí)。這個(gè)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服【背景技術(shù)】存在的不足，利用磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)，提供一種非接觸式無線充電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)植入式醫(yī)療設(shè)備的電池進(jìn)行充電。
[0005]上述的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種基于無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)有發(fā)射端裝置和接收裝置，其特征在于，發(fā)射裝置包括:交/直流電轉(zhuǎn)換模塊1、大功率E類放大器模塊2、初級(jí)諧振器3、頻率跟蹤控制模塊4和信號(hào)源模塊5，接收裝置包括:次級(jí)諧振器6和整流濾波穩(wěn)壓模塊7;
[0007]所述的交/直流電轉(zhuǎn)換模塊I的結(jié)構(gòu)為:變壓器Trl的輸入端接220V的市電，變壓器Trl的一個(gè)輸出端與二極管Dl的陰極、二極管D2的陽極、二極管D5的陰極、二極管D6的陽極接在一起，另一個(gè)輸出端與二極管D3的陰極、二極管D4的陽極、二極管D7的陰極、二極管D8的陽極接在一起，二極管Dl的陽極、二極管D3的陽極、二極管D6的陰極和二極管D8的陰極接在一起，作為交/直流電轉(zhuǎn)換模塊I的輸出負(fù)極，記為端口 M1_0UT-，二極管D2的陰極、二極管D4的陰極與電容Cl的一端、電阻Rl的一端以及三極管TI的集電極接在一起，電容Cl的另一端接端口 M1_0UT-，電阻Rl的另一端接運(yùn)放Ul的同相輸入端和穩(wěn)壓管VDZl的陰極，三極管Tl的基極接運(yùn)放Ul的輸出端，發(fā)射極接電阻R2的一端，并作為交/直流電轉(zhuǎn)換模塊I的輸出正極，記為端口 M1_0UT+，穩(wěn)壓管VDZl的陽極接穩(wěn)壓管VDZ2的陰極和滑動(dòng)變阻器R5的一端，穩(wěn)壓管VDZ2的陽極和滑動(dòng)變阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑動(dòng)變阻器R5的滑線端作為+5V供電端，記為端口Ml_0UT+5，電阻R2的另一端與滑動(dòng)變阻器R3的一端相連，滑動(dòng)變阻器R3的另一端與電阻R4的一端相連，滑線端與運(yùn)放Ul的反相輸入端相連，電阻R4的另一端接端口M1_0UT-，二極管D5的陽極、二極管D7的陽極與電容C2的一端、滑動(dòng)變阻器R6的一端以及穩(wěn)壓管VDZ3的陽極相連，電容C2的另一端、滑動(dòng)變阻器R6的另一端以及穩(wěn)壓管VDZ3的陰極共同接端口M1_0UT-，滑動(dòng)變阻器R6的滑線端作為-5V供電端，記為端口Ml_0UT-5;端口M1_0UT+5和端口 Ml_0UT-5分別接運(yùn)放Ul的正、負(fù)電源端，為運(yùn)放Ul提供+5V和-5V電源;端口 M1_0UT+和端口 M1_0UT-分別與大功率E類放大器模塊2的端口 M2_IN+和端口 M2-相連；
[0008]所述大功率E類放大器模塊2的結(jié)構(gòu)為:電容C3的一端與電感LI的一端相連并作為大功率E類放大器模塊2的輸入端正極，記為端口 M2_IN+，電感LI的另一端與電感L2的一端、電容C4的一端以及MOS管QI的漏極相連，電容C4的另一端與電容C5的一端、M0S管QI的源極以及MOS管Q2的漏極相連，電感L2的另一端與電容C6的一端相連，電容C6的另一端與電容C7的一端相連，電容C7的另一端與電容C8的一端相連，并作為大功率E類放大器模塊2的輸出端正極，記為端口 M2_0UT+，電容C8的另一端與電容C5的另一端、電容C3的另一端以及MOS管Q2的源極接在一起，并作為大功率E類放大器模塊2的輸入、輸出端負(fù)極，記為端口 M2-，端口M2_0UT+和端口 M2-分別與初級(jí)諧振器3正面的方形螺旋銅片的兩端相連，端口M2_0UT+還與頻率跟蹤控制模塊4的端口 M4_IN相連，端口 M2-接地；
[0009]所述的初級(jí)諧振器3和所述的次級(jí)諧振器6的結(jié)構(gòu)相同，均為方形平面螺旋諧振器，均由三層組成，中間是介質(zhì)層為聚乙烯板，介質(zhì)層的正面是方形螺旋銅片，反面是正方形環(huán)狀銅片；
[0010]所述的頻率跟蹤控制模塊4的結(jié)構(gòu)為:電容C9的一端、電容ClO的一端、滑動(dòng)變阻器R8的一端、電阻R9的一端、電阻RlO的一端和芯片NE564的I引腳、10引腳一起接+5V供電端，電容C9的另一端、電容ClO的另一端和滑動(dòng)變阻器R8的另一端接地，電阻R7的一端接滑動(dòng)變阻器R8的滑線端，電阻R7的另一端接芯片NE564的2引腳，電阻R9的另一端接芯片NE564的16引腳，電阻RlO的另一端接芯片NE564的3引腳和4引腳，芯片NE564的4引腳、5引腳、7引腳分別通過電容C13、電容C14和電容C12接地，8引腳直接接地，12引腳和13引腳之間接相互并聯(lián)的電容C15可變電容C16，6引腳和7引腳之間接電阻Rll，6引腳還接電容Cll的一端，電容Cll的另一端作為頻率跟蹤控制模塊4的輸入端，記為端口M4_IN，電容C17的一端接芯片NE564的14引腳，另一端接電阻R12的一端，電阻R12的另一端接運(yùn)放U2的反相輸入端，運(yùn)放U2的同相輸入端通過電阻R14接地，反相輸入端和輸出端之間接電阻R13，正、負(fù)電源端分別接+5V電源和-5V電源，輸出端接電阻Rl 5的一端，電阻Rl 5的另一端作為頻率跟蹤控制模塊4的輸出端，記為端口 M4_0UT，與信號(hào)源模塊5的端口 M5_IN相連；
[0011]所述的信號(hào)源模塊5的結(jié)構(gòu)為:芯片MAX038的2引腳、3引腳、4引腳、6引腳、7引腳、9引腳、11引腳、12引腳、13引腳、15引腳均直接接地，5引腳通過電容C18接地，17引腳和20引腳分別接+5V電源和-5V電源，并分別通過電容C20和電容C19接地，I引腳與電阻R16的一端、滑動(dòng)變阻器R18的一端相連，滑動(dòng)變阻器R18的另一端接地，滑線端接芯片MAX038的8引腳，電阻R16的另一端與滑動(dòng)變阻器R17的一端相連，滑動(dòng)變阻器R17的另一端與滑線端相連以及芯片MAX038的10引腳相連，并作為信號(hào)源模塊5的輸入端，記為端口 M5_IN，芯片MAX038的19引腳作為信號(hào)源模塊5的輸出端，記為端口 M5_0UT，接大功率E類放大器模塊2中的MOS管Ql和MOS管Q2的柵極；
[0012]所述的整流濾波穩(wěn)壓模塊7的結(jié)構(gòu)為:芯片bq51013的AD引腳、PGND引腳、ENl引腳和EN2引腳均直接接地，AC I引腳與電容C21的一端、電容C2 2的一端、電容C2 3的一端、電容C24的一端以及電容C28的一端相連，電容C21的另一端、電容C22的另一端分別與芯片bq51013的⑶MMl引腳、BOOTl引腳相連，電容C24的另一端與電容C25的一端、電容C26的一端、電容C27的一端以及芯片bq51013的AC2引腳相連，電容C25的另一端、電容C26的另一端、電容C27的另一端、電容C28的另一端分別與芯片bq51013的B00T2引腳、C0MM2引腳、CLAMP2引腳、CLAMPl引腳相連，電容C23的另一端、芯片bq51013的AC2引腳分別與次級(jí)諧振器6正面的方形螺旋銅片的兩端相連，芯片bq51013的IUM引腳和PGND引腳之間接電阻R19，VTSB引腳和TS/CTRL引腳之間接電阻R20，TS/CTRL引腳通過并聯(lián)電阻R21和熱敏電阻NTC接地，RECT引腳通過電容C29接地，OUT引腳通過電容C30接地，CHG引腳接電阻R22的一端，電阻R22的另一端接發(fā)光二極管VD9的陰極，發(fā)光二極管VD9的陽極接芯片bq51013的OUT引腳，并作為整流濾波穩(wěn)壓模塊7的輸出端，記為端口 M7_0UT，用于給負(fù)載電池充電。
[0013]電路的優(yōu)選參數(shù)為，各電阻及滑動(dòng)變阻器參數(shù)分別為，Rl:1kQ，R2:300Q，R3:300Ω ,R4:300Q ,R5:lkQ ,R6:lkQ ,R7:2kQ ,R8:10kQ ,R9:510Q ,R10:lkQ ,Rll:lkQ，R12:20kΩ ,R13:200kQ ,R14:200kQ ,R15:3kQ ,R16:10kQ ,R17:50kQ ,R18:25kQ ,R19:100Q，R20:7.81kQ ,R21:13.98kQ ,R22:lkQ ;各電容參數(shù)分別為，Cl: lmF，C2: lmF，C3: luF，C4:53mF，C5:53mF，C6:403mF，C7:2nF，C8:63nF，C9:1OOuF，C10:0.0luF，Cll:1OOOpF，C12:0.01uF，C13:0.01uF，C14:0.01uF，C15:47pF，C16:5-20pF，C17:1000pF，C18:20pF，C19:luF，C20:1uF，C21:22nF，C22:1OnF，C23:2nF，C24:63nF，C25:1OnF，C26:22nF，C27:0.47uF，C28:0.47沾，029:10沾，030:1沾；各電感參數(shù)為兒1:3111!1兒2:72111!1;二極管01，02，03，04，05，06，D7，D8的型號(hào)均為HER151;發(fā)光二極管D9的型號(hào)為BT102;穩(wěn)壓管VDZ1，VDZ2，VDZ3的型號(hào)均為1N4734A;三極管Tl的型號(hào)為A928;M0S管Q1，Q2的型號(hào)為GT2301;運(yùn)放U1、U2的型號(hào)均為F007;熱敏電阻NTC的型號(hào)為3D-25。
[0014]所述的初級(jí)諧振器3和次級(jí)諧振器6的優(yōu)選參數(shù)為，正面導(dǎo)體層是正方螺旋形銅片，圈數(shù)15圈，銅片厚度0.07mm，銅片寬度0.8mm，各Bi間距0.1mm;介質(zhì)層是邊長(zhǎng)為50mm的正方形聚乙稀板，介質(zhì)層厚度為0.4mm;背面導(dǎo)體層是由四個(gè)30mm X 20mm的長(zhǎng)方形銅片頂點(diǎn)相連圍成的空心十字形狀，銅片的厚度為0.07_。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案有以下有益效果:
[0016]1、使用方便，非接觸式供電，可以方便的對(duì)植入體內(nèi)醫(yī)療設(shè)備的電池進(jìn)行充電；
[0017]2、安全性高，本發(fā)明的發(fā)射裝置和接收裝置之間是利用磁場(chǎng)進(jìn)行能量交換的，由于在近場(chǎng)范圍內(nèi)，磁場(chǎng)的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輻射能量，所以磁場(chǎng)對(duì)人體的輻射更小;磁場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境參數(shù)不敏感，所以穿透力更強(qiáng)；
[0018]3、穩(wěn)定性高，本發(fā)明的發(fā)射裝置加入了頻率問題模塊，能夠很好的抑制頻率偏移，保證了系統(tǒng)更高效，更穩(wěn)定的工作。
[0019]綜上，本發(fā)明的基于磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)可以高效穩(wěn)定的為植入體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行充電，減輕了患者的痛苦和醫(yī)療成本。同時(shí)，本發(fā)明對(duì)植入式醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展提供了一個(gè)新的平臺(tái)。
【附圖說明】
:
[0020]圖1為本發(fā)明的總體框圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的交/直流電轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖3為本發(fā)明的初級(jí)諧振器和次級(jí)諧振器的正面導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的初級(jí)諧振器和次級(jí)諧振器的背面導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明的大功率E類功率放大器模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖6為本發(fā)明的頻率跟蹤控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖7為本發(fā)明的信號(hào)源模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖8為本發(fā)明的整流濾波穩(wěn)壓模塊的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作原理，本發(fā)明中各元器件的優(yōu)選參數(shù)已標(biāo)于附圖中。
[0029]實(shí)施例1本發(fā)明的總體框架
[0030]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的基于磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有，交/直流電轉(zhuǎn)換模塊1、大功率E類放大器模塊2、初級(jí)諧振器3、頻率跟蹤控制模塊4、信號(hào)源模塊5，次級(jí)諧振器6和整流濾波穩(wěn)壓模塊7。其中交/直流電轉(zhuǎn)換模塊是負(fù)責(zé)把我們?nèi)粘Ｊ褂玫?20V交流電變換成系統(tǒng)所使用的低壓直流電為系統(tǒng)提供電能，本模塊有一個(gè)18V—36V的電壓輸出端，一個(gè)+5V電壓輸出端和一個(gè)-5V電壓輸出端;大功率E類放大器豐旲塊負(fù)責(zé)把t旲塊I的直流電能轉(zhuǎn)換成尚頻的交流電能送至初級(jí)諧振器;頻率跟t旲塊負(fù)責(zé)采集初級(jí)諧振器的信號(hào)頻率，并且跟蹤頻率，直接把頻率的變化反饋到信號(hào)源模塊使得信號(hào)源根據(jù)反饋進(jìn)行頻率調(diào)整;信號(hào)源是給E類功率放大器提供方波信號(hào)的;整流濾波穩(wěn)壓模塊是負(fù)責(zé)把次級(jí)諧振器接收到的交流能量轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的+5V直流電壓給負(fù)載電池充電。[0031 ]實(shí)施例2本發(fā)明的交/直流電轉(zhuǎn)換模塊I
[0032]參照?qǐng)D2，所述的交/直流電轉(zhuǎn)換模塊I的結(jié)構(gòu)為:變壓器Trl的輸入端接220V的市電，變壓器Trl的一個(gè)輸出端與二極管Dl的陰極、二極管D2的陽極、二極管D5的陰極、二極管D6的陽極接在一起，另一個(gè)輸出端與二極管D3的陰極、二極管D4的陽極、二極管D7的陰極、二極管D8的陽極接在一起，二極管DI的陽極、二極管D3的陽極、二極管D6的陰極和二極管D8的陰極接在一起，作為交/直流電轉(zhuǎn)換模塊I的輸出負(fù)極，記為端口 M1_0UT-，二極管D2的陰極、二極管D4的陰極與電容Cl的一端、電阻Rl的一端以及三極管Tl的集電極接在一起，電容Cl的另一端接端口 M1_0UT-，電阻Rl的另一端接運(yùn)放Ul的同相輸入端和穩(wěn)壓管VDZl的陰極，三極管Tl的基極接運(yùn)放Ul的輸出端，發(fā)射極接電阻R2的一端，并作為交/直流電轉(zhuǎn)換模塊I的輸出正極，記為端口 M1_0UT+，穩(wěn)壓管VDZl的陽極接穩(wěn)壓管VDZ2的陰極和滑動(dòng)變阻器R5的一端，穩(wěn)壓管VDZ2的陽極和滑動(dòng)變阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑動(dòng)變阻器R5的滑線端作為+5V供電端，記為端口Ml_0UT+5，本系統(tǒng)中所有需要+5V供電的端口均由此端口進(jìn)行供電，電阻R2的另一端與滑動(dòng)變阻器R3的一端相連，滑動(dòng)變阻器R3的另一端與電阻R4的一端相連，滑線端與運(yùn)放Ul的反相輸入端相連，電阻R4的另一端接端口 M1_0UT-，二極管D5的陽極、二極管D7的陽極與電容C2的一端、滑動(dòng)變阻器R6的一端以及穩(wěn)壓管VDZ3的陽極相連，電容C2的另一端、滑動(dòng)變阻器R6的另一端以及穩(wěn)壓管VDZ3的陰極共同接端口 M1_0UT-，滑動(dòng)變阻器R6的滑線端作為-5V供電端，記為端口 Ml_0UT-5 ；端口 Ml_0UT+5和端口 M1_0UT_5分別接運(yùn)放Ul的正、負(fù)電源端，為運(yùn)放Ul提供+5V和-5V電源;端口 M1_0UT+和端口 M1_0UT-分別與大功率E類放大器模塊2的端口M2_IN+和端口M2-相連;該模塊把220V的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，為整個(gè)系統(tǒng)提供直流供電。
[0033]實(shí)施例3本發(fā)明的大功率E類功率放大器模塊2
[0034]參照?qǐng)D5，所述大功率E類放大器模塊2的結(jié)構(gòu)為:電容C3的一端與電感LI的一端相連并作為大功率E類放大器模塊2的輸入端正極，記為端口M2_IN+，電感LI的另一端與電感L2的一端、電容C4的一端以及MOS管Ql的漏極相連，電容C4的另一端與電容C5的一端、MOS管Ql的源極以及MOS管Q2的漏極相連，電感L2的另一端與電容C6的一端相連，電容C6的另一端與電容C7的一端相連，電容C7的另一端與電容C8的一端相連，并作為大功率E類放大器模塊2的輸出端正極，記為端口 M2_0UT+，電容C8的另一端與電容C5的另一端、電容C3的另一端以及MOS管Q2的源極接在一起，并作為大功率E類放大器模塊2的輸入、輸出端負(fù)極，記為端口M2-，端口 M2_0UT+和端口 M2-分別與初級(jí)諧振器3正面的方形螺旋銅片的兩端相連，端口 M2_OUT+還與頻率跟蹤控制模塊4的端口 M4_IN相連，端口 M2-接地;該模塊是把直流電能轉(zhuǎn)化成高頻率的交流電能，以驅(qū)動(dòng)初級(jí)諧振線圈。
[0035]實(shí)施例4本發(fā)明的初級(jí)諧振器3和次級(jí)諧振器6
[0036]參照?qǐng)D3，所述初級(jí)諧振器3和次級(jí)諧振器6的結(jié)構(gòu)相同:正面導(dǎo)體層是正方螺旋形銅片，圈數(shù)15圈，銅片厚度0.07mm，銅片寬度0.8mm，各匝間距0.Imm，如圖3所示;介質(zhì)層是邊長(zhǎng)為50mm的正方形聚乙稀板，介質(zhì)層厚度為0.4mm;背面導(dǎo)體層是由四個(gè)30mm X 20mm的長(zhǎng)方形銅片頂點(diǎn)相連圍成的空心十字形狀，銅片的厚度為0.07_，如圖4所示。
[0037]通過初級(jí)諧振器3和次級(jí)諧振器6可實(shí)現(xiàn)無線能量傳輸，次級(jí)諧振器6接收初級(jí)諧振器3發(fā)射的磁場(chǎng)，把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為交流電能。
[0038]實(shí)施例5本發(fā)明的頻率跟蹤控制模塊4
[0039 ]參照?qǐng)D6，所述的頻率跟蹤控制模塊4的結(jié)構(gòu)為:電容C9的一端、電容C1的一端、滑動(dòng)變阻器R8的一端、電阻R9的一端、電阻RlO的一端和芯片NE564的I引腳、10引腳一起接+5V供電端，電容C9的另一端、電容ClO的另一端和滑動(dòng)變阻器R8的另一端接地，電阻R7的一端接滑動(dòng)變阻器R8的滑線端，電阻R7的另一端接芯片NE564的2引腳，電阻R9的另一端接芯片NE564的16引腳，電阻RlO的另一端接芯片NE564的3引腳和4引腳，芯片NE564的4引腳、5引腳、7引腳分別通過電容C13、電容C14和電容C12接地，8引腳直接接地，12引腳和13引腳之間接相互并聯(lián)的電容C15可變電容C16，6引腳和7引腳之間接電阻Rll，6引腳還接電容Cll的一端，電容Cll的另一端作為頻率跟蹤控制模塊4的輸入端，記為端口M4_IN，電容C17的一端接芯片NE564的14引腳，另一端接電阻Rl 2的一端，電阻Rl2的另一端接運(yùn)放U2的反相輸入端，運(yùn)放U2的同相輸入端通過電阻R14接地，反相輸入端和輸出端之間接電阻R13，正、負(fù)電源端分別接+5V電源和-5V電源，輸出端接電阻R15的一端，電阻R15的另一端作為頻率跟蹤控制模塊4的輸出端，記為端口 M4_0UT，與信號(hào)源模塊5的端口 M5_IN相連;該模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)初級(jí)諧振線圈信號(hào)進(jìn)行頻率跟蹤，保證信號(hào)在初級(jí)諧振線圈的諧振頻率，一旦頻率變化，該模塊就對(duì)模塊5進(jìn)行頻率調(diào)整，最終達(dá)到頻率穩(wěn)定。
[0040]實(shí)施例6本發(fā)明的信號(hào)源模塊5
[0041]參照?qǐng)D7，所述的信號(hào)源模塊5的結(jié)構(gòu)為:芯片MAX038的2引腳、3引腳、4引腳、6引腳、7引腳、9引腳、11引腳、12引腳、13引腳、15引腳均直接接地，5引腳通過電容C18接地，17引腳和20引腳分別接+5V電源和-5V電源，并分別通過電容C20和電容C19接地，I引腳與電阻R16的一端、滑動(dòng)變阻器R18的一端相連，滑動(dòng)變阻器R18的另一端接地，滑線端接芯片MAX038的8引腳，電阻R16的另一端與滑動(dòng)變阻器R17的一端相連，滑動(dòng)變阻器R17的另一端與滑線端相連以及芯片MAX038的10引腳相連，并作為信號(hào)源模塊5的輸入端，記為端口 M5_IN，芯片MAX038的19引腳作為信號(hào)源模塊5的輸出端，記為端口M5_OUT，接大功率E類放大器模塊2中的MOS管Ql和MOS管Q2的柵極;該模塊為模塊2提供方波信號(hào)。
[0042]實(shí)施例7本發(fā)明的整流濾波穩(wěn)壓模塊7
[0043 ]參照?qǐng)D8，所述的整流濾波穩(wěn)壓模塊7的結(jié)構(gòu)為:芯片bq51013的AD引腳、PGND引腳、ENl引腳和EN2引腳均直接接地，ACl引腳與電容C21的一端、電容C22的一端、電容C23的一端、電容C24的一端以及電容C28的一端相連，電容C21的另一端、電容C22的另一端分別與芯片bq51013的COMMl引腳、B00T1引腳相連，電容C24的另一端與電容C25的一端、電容C26的一端、電容C27的一端以及芯片bq51013的AC2引腳相連，電容C25的另一端、電容C26的另一端、電容C27的另一端、電容C28的另一端分別與芯片bq51013的B00T2引腳、C0MM2引腳、CLAMP2引腳、CLAMPl引腳相連，電容C23的另一端、芯片bq51013的AC2引腳分別與次級(jí)諧振器6正面的方形螺旋銅片的兩端相連，芯片bq51013的IUM引腳和PGND引腳之間接電阻R19，VTSB引腳和TS/CTRL引腳之間接電阻R20，TS/CTRL引腳通過并聯(lián)電阻R21和熱敏電阻NTC接地，RECT引腳通過電容C29接地，OUT引腳通過電容C30接地，CHG引腳接電阻R22的一端，電阻R22的另一端接發(fā)光二極管VD9的陰極，發(fā)光二極管VD9的陽極接芯片bq51013的OUT引腳，并作為整流濾波穩(wěn)壓模塊7的輸出端，記為端口 M7_0UT，用于給負(fù)載電池充電。該模塊實(shí)現(xiàn)了將模塊6接收到的交流電轉(zhuǎn)化成直流電，以供電池充電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)有發(fā)射端裝置和接收裝置，其特征在于，發(fā)射裝置包括:交/直流電轉(zhuǎn)換模塊(I)、大功率E類放大器模塊(2)、初級(jí)諧振器(3)、頻率跟蹤控制模塊(4)和信號(hào)源模塊(5)，接收裝置包括:次級(jí)諧振器(6)和整流濾波穩(wěn)壓模塊(7); 所述的交/直流電轉(zhuǎn)換模塊(I)的結(jié)構(gòu)為:變壓器TrI的輸入端接220V的市電，變壓器Trl的一個(gè)輸出端與二極管Dl的陰極、二極管D2的陽極、二極管D5的陰極、二極管D6的陽極接在一起，另一個(gè)輸出端與二極管D3的陰極、二極管D4的陽極、二極管D7的陰極、二極管D8的陽極接在一起，二極管Dl的陽極、二極管D3的陽極、二極管D6的陰極和二極管D8的陰極接在一起，作為交/直流電轉(zhuǎn)換模塊(I)的輸出負(fù)極，記為端口 M1_0UT-，二極管D2的陰極、二極管D4的陰極與電容Cl的一端、電阻Rl的一端以及三極管Tl的集電極接在一起，電容Cl的另一端接端口M1_0UT-，電阻Rl的另一端接運(yùn)放Ul的同相輸入端和穩(wěn)壓管VDZl的陰極，三極管Tl的基極接運(yùn)放Ul的輸出端，發(fā)射極接電阻R2的一端，并作為交/直流電轉(zhuǎn)換模塊(I)的輸出正極，記為端口 M1_0UT+，穩(wěn)壓管VDZl的陽極接穩(wěn)壓管VDZ2的陰極和滑動(dòng)變阻器R5的一端，穩(wěn)壓管VDZ2的陽極和滑動(dòng)變阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑動(dòng)變阻器R5的滑線端作為+5V供電端，記為端口 Ml_0UT+5，電阻R2的另一端與滑動(dòng)變阻器R3的一端相連，滑動(dòng)變阻器R3的另一端與電阻R4的一端相連，滑線端與運(yùn)放Ul的反相輸入端相連，電阻R4的另一端接端口 M1_0UT-，二極管D5的陽極、二極管D7的陽極與電容C2的一端、滑動(dòng)變阻器R6的一端以及穩(wěn)壓管VDZ3的陽極相連，電容C2的另一端、滑動(dòng)變阻器R6的另一端以及穩(wěn)壓管VDZ3的陰極共同接端口 M1_0UT-，滑動(dòng)變阻器R6的滑線端作為-5V供電端，記為端口 Ml_0UT-5 ；端口Ml_0UT+5和端口 Ml_0UT-5分別接運(yùn)放Ul的正、負(fù)電源端，為運(yùn)放Ul提供+5V和-5V電源;端口M1_0UT+和端口 M1_0UT-分別與大功率E類放大器模塊(2)的端口 M2_IN+和端口 M2-相連； 所述大功率E類放大器模塊(2)的結(jié)構(gòu)為:電容C3的一端與電感LI的一端相連并作為大功率E類放大器模塊(2)的輸入端正極，記為端口 M2_IN+，電感LI的另一端與電感L2的一端、電容C4的一端以及MOS管QI的漏極相連，電容C4的另一端與電容C5的一端、M0S管QI的源極以及MOS管Q2的漏極相連，電感L2的另一端與電容C6的一端相連，電容C6的另一端與電容C7的一端相連，電容C7的另一端與電容C8的一端相連，并作為大功率E類放大器模塊(2)的輸出端正極，記為端口 M2_0UT+，電容C8的另一端與電容C5的另一端、電容C3的另一端以及MOS管Q2的源極接在一起，并作為大功率E類放大器模塊(2)的輸入、輸出端負(fù)極，記為端口 M2-，端口 M2_0UT+和端口 M2-分別與初級(jí)諧振器(3)正面的方形螺旋銅片的兩端相連，端口 M2_OUT+還與頻率跟蹤控制模塊(4)的端口M4_IN相連，端口M2-接地； 所述的初級(jí)諧振器(3)和所述的次級(jí)諧振器(6)的結(jié)構(gòu)相同，均為方形平面螺旋諧振器，均由三層組成，中間是介質(zhì)層為聚乙烯板，介質(zhì)層的正面是方形螺旋銅片，反面是正方環(huán)形銅片； 所述的頻率跟蹤控制模塊(4)的結(jié)構(gòu)為:電容C9的一端、電容ClO的一端、滑動(dòng)變阻器R8的一端、電阻R9的一端、電阻RlO的一端和芯片NE564的I引腳、10引腳一起接+5V供電端，電容C9的另一端、電容ClO的另一端和滑動(dòng)變阻器R8的另一端接地，電阻R7的一端接滑動(dòng)變阻器R8的滑線端，電阻R7的另一端接芯片NE564的2引腳，電阻R9的另一端接芯片NE564的16引腳，電阻RlO的另一端接芯片NE564的3引腳和4引腳，芯片NE564的4引腳、5引腳、7引腳分別通過電容C13、電容C14和電容C12接地，8引腳直接接地，12引腳和13引腳之間接相互并聯(lián)的電容C15可變電容C16，6引腳和7引腳之間接電阻Rll，6引腳還接電容Cll的一端，電容Cll的另一端作為頻率跟蹤控制模塊(4)的輸入端，記為端口M4_IN，電容C17的一端接芯片NE564的14引腳，另一端接電阻R12的一端，電阻R12的另一端接運(yùn)放U2的反相輸入端，運(yùn)放U2的同相輸入端通過電阻R14接地，反相輸入端和輸出端之間接電阻R13，正、負(fù)電源端分別接+5V電源和-5V電源，輸出端接電阻R15的一端，電阻R15的另一端作為頻率跟蹤控制模塊(4)的輸出端，記為端口 M4_0UT，與信號(hào)源模塊(5)的端口 M5_IN相連； 所述的信號(hào)源模塊(5)的結(jié)構(gòu)為:芯片MAX038的2引腳、3引腳、4引腳、6引腳、7引腳、9引腳、11引腳、12引腳、13引腳、15引腳均直接接地，5引腳通過電容C18接地，17引腳和20引腳分別接+5V電源和-5V電源，并分別通過電容C20和電容Cl9接地，I引腳與電阻R16的一端、滑動(dòng)變阻器R18的一端相連，滑動(dòng)變阻器R18的另一端接地，滑線端接芯片MAX038的8引腳，電阻R16的另一端與滑動(dòng)變阻器R17的一端相連，滑動(dòng)變阻器R17的另一端與滑線端相連以及芯片MAX038的10引腳相連，并作為信號(hào)源模塊(5)的輸入端，記為端口 M5_IN，芯片MAX038的19引腳作為信號(hào)源模塊(5)的輸出端，記為端口M5_OUT，接大功率E類放大器模塊(2)中的MOS管Ql和MOS管Q2的柵極； 所述的整流濾波穩(wěn)壓模塊(7)的結(jié)構(gòu)為:芯片bq51013的AD引腳、PGND引腳、ENl引腳和EN2引腳均直接接地，ACl引腳與電容C21的一端、電容C22的一端、電容C23的一端、電容C24的一端以及電容C28的一端相連，電容C21的另一端、電容C22的另一端分別與芯片bq51013的COMMl引腳、B00T1引腳相連，電容C24的另一端與電容C25的一端、電容C26的一端、電容C27的一端以及芯片bq51013的AC2引腳相連，電容C25的另一端、電容C26的另一端、電容C27的另一端、電容C28的另一端分別與芯片bq51013的B00T2引腳、⑶MM2引腳、CLAMP2引腳、CLAMPI引腳相連，電容C23的另一端、芯片bq51013的AC2引腳分別與次級(jí)諧振器(6)正面的方形螺旋銅片的兩端相連，芯片bq51013的IUM引腳和PGND引腳之間接電阻R19，VTSB引腳和TS/CTRL弓I腳之間接電阻R20，TS/CTRL弓I腳通過并聯(lián)電阻R21和熱敏電阻NTC接地，RECT弓I腳通過電容C29接地，OUT引腳通過電容C30接地，CHG引腳接電阻R22的一端，電阻R22的另一端接發(fā)光二極管VD9的陰極，發(fā)光二極管VD9的陽極接芯片bq51013的OUT引腳，并作為整流濾波穩(wěn)壓模塊(7)的輸出端，記為端口 M7_0UT，用于給負(fù)載電池充電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)，其特征在于，各電阻及滑動(dòng)變阻器參數(shù)分別為，Rl:lkQ ,R2:300Q ,R3:300Q ,R4:300Q，R5:1kQ ,R6:lkQ ,R7:2kQ ,R8:10kQ ,R9:510Q ,R10:lkQ ,Rll:lkQ ,R12:20kQ，R13:200kΩ ,R14:200kQ ,R15:3kQ ,R16:10kQ ,R17:50kQ ,R18:25kQ ,R19:100Q ,R20:7.81kQ，R21:13.98k Ω ,R22:lkQ ;各電容參數(shù)分別為，Cl: lmF，C2: lmF，C3: luF，C4:53mF，C5:53mF，C6:403mF，C7:2nF，C8:63nF，C9:100uF，C10:0.01uF，Cll:1000pF，C12:0.01uF，C13:0.01uF，C14:0.01uF，C15:47pF，C16:5-20pF，C17:1000pF，C18:20pF，C19:luF，C20:luF，C21:22nF，C22:1OnF，C23:2nF，C24:63nF，C25:1OnF，C26:22nF，C27:0.47uF，C28:0.47uF，C29:1OuF，〇30:11^;各電感參數(shù)為兒1:3111!1兒2:72111!1;二極管01，02，03，04，05，06，07，08的型號(hào)均為HER151;發(fā)光二極管D9的型號(hào)為BT102;穩(wěn)壓管VDZ1，VDZ2，VDZ3的型號(hào)均為1N4734A;三極管Tl的型號(hào)為A928;M0S管Q1，Q2的型號(hào)為GT2301;運(yùn)放U1、U2的型號(hào)均為R)07;熱敏電阻NTC的型號(hào)為3D-25。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于無線能量傳輸技術(shù)的植入式醫(yī)療設(shè)備充電系統(tǒng)，其特征在于，所述的初級(jí)諧振器(3)和次級(jí)諧振器(6)的結(jié)構(gòu)均為，正面導(dǎo)體層是正方螺旋形銅片，圈數(shù)15圈，銅片厚度0.07mm，銅片寬度0.8mm，各Bi間距0.1mm;介質(zhì)層是邊長(zhǎng)為50mm的正方形聚乙稀板，介質(zhì)層厚度為0.4mm;背面導(dǎo)體層是由四個(gè)30mm X 20mm的長(zhǎng)方形銅片頂點(diǎn)相連圍成的空心十字形狀，銅片的厚度為0.07_。
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK105896692SQ201610213791
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月7日
【發(fā)明人】于銀輝, 劉生成, 周恒 , 陳兆強(qiáng), 張羽豐, 田小建
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)