一種基于無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統的制作方法
【專利摘要】本發明的一種基于無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統，屬于無線能量傳輸技術領域，其結構有發射端裝置和接收裝置，其特征在于，發射裝置包括：交/直流電轉換模塊(1)、大功率E類放大器模塊(2)、初級諧振器(3)、頻率跟蹤控制模塊(4)和信號源模塊(5)，接收裝置包括：次級諧振器(6)和整流濾波穩壓模塊(7)。本發明具有使用方便、安全性高、穩定性高、非接觸式供電等優點。
【專利說明】
一種基于無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統
技術領域
[0001]本發明屬于無線能量傳輸技術領域，具體涉及一種基于磁耦合諧振式無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統。
【背景技術】
[0002]自從人類進入電氣時代以來，電能的傳輸一直采用有線傳輸方式。隨著微電子技術的發展，尤其是植入式醫療儀器的發展，對現有的電子設備的供電方式提出了更高的要求。由于傳統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不能滿足電子技術發展的需要了。因此，基于此問題就產生了一種以非電氣直接接觸方式來傳輸電能的技術，即無線能量傳輸技術(WPT)。
[0003]目前大多數植入式醫療設備使用傳統的電池供電方式，這種供電方式雖然簡單，但是需要定期手術更換電池，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給植入式醫療設備充電的問題引起了人們廣泛的關注。現有的非接觸式充電技術是利用電磁感應方式，充電器與用電設備之間以電磁感應傳送能量，兩者之間雖然不用導線連接，但是傳輸距離僅能達到毫米級。這個距離遠遠不能滿足人們的需要。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是:克服【背景技術】存在的不足，利用磁耦合諧振式無線能量傳輸技術，提供一種非接觸式無線充電系統，以實現對植入式醫療設備的電池進行充電。
[0005]上述的技術問題可以通過以下技術方案實現:
[0006]—種基于無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統，其結構有發射端裝置和接收裝置，其特征在于，發射裝置包括:交/直流電轉換模塊1、大功率E類放大器模塊2、初級諧振器3、頻率跟蹤控制模塊4和信號源模塊5，接收裝置包括:次級諧振器6和整流濾波穩壓模塊7;
[0007]所述的交/直流電轉換模塊I的結構為:變壓器Trl的輸入端接220V的市電，變壓器Trl的一個輸出端與二極管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/直流電轉換模塊I的輸出負極，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的另一端接運放Ul的同相輸入端和穩壓管VDZl的陰極，三極管Tl的基極接運放Ul的輸出端，發射極接電阻R2的一端，并作為交/直流電轉換模塊I的輸出正極，記為端口 M1_0UT+，穩壓管VDZl的陽極接穩壓管VDZ2的陰極和滑動變阻器R5的一端，穩壓管VDZ2的陽極和滑動變阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑動變阻器R5的滑線端作為+5V供電端，記為端口Ml_0UT+5，電阻R2的另一端與滑動變阻器R3的一端相連，滑動變阻器R3的另一端與電阻R4的一端相連，滑線端與運放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、滑動變阻器R6的一端以及穩壓管VDZ3的陽極相連，電容C2的另一端、滑動變阻器R6的另一端以及穩壓管VDZ3的陰極共同接端口M1_0UT-，滑動變阻器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分別接運放Ul的正、負電源端，為運放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的結構為: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、輸出端負極，記為端口 M2-，端口M2_0UT+和端口 M2-分別與初級諧振器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]所述的初級諧振器3和所述的次級諧振器6的結構相同，均為方形平面螺旋諧振器，均由三層組成，中間是介質層為聚乙烯板，介質層的正面是方形螺旋銅片，反面是正方形環狀銅片；
[0010]所述的頻率跟蹤控制模塊4的結構為:電容C9的一端、電容ClO的一端、滑動變阻器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的另一端和滑動變阻器R8的另一端接地，電阻R7的一端接滑動變阻器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的另一端接運放U2的反相輸入端，運放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，與信號源模塊5的端口 M5_IN相連；
[0011]所述的信號源模塊5的結構為: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、滑動變阻器R18的一端相連，滑動變阻器R18的另一端接地，滑線端接芯片MAX038的8引腳，電阻R16的另一端與滑動變阻器R17的一端相連，滑動變阻器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]所述的整流濾波穩壓模塊7的結構為: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的另一端接發光二極管VD9的陰極，發光二極管VD9的陽極接芯片bq51013的OUT引腳，并作為整流濾波穩壓模塊7的輸出端，記為端口 M7_0UT，用于給負載電池充電。
[0013]電路的優選參數為，各電阻及滑動變阻器參數分別為，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；各電感參數為兒1:3111!1兒2:72111!1;二極管01，02，03，04，05，06，D7，D8的型號均為HER151;發光二極管D9的型號為BT102;穩壓管VDZ1，VDZ2，VDZ3的型號均為1N4734A;三極管Tl的型號為A928;M0S管Q1，Q2的型號為GT2301;運放U1、U2的型號均為F007;熱敏電阻NTC的型號為3D-25。
[0014]所述的初級諧振器3和次級諧振器6的優選參數為，正面導體層是正方螺旋形銅片，圈數15圈，銅片厚度0.07mm，銅片寬度0.8mm，各Bi間距0.1mm;介質層是邊長為50mm的正方形聚乙稀板，介質層厚度為0.4mm;背面導體層是由四個30mm X 20mm的長方形銅片頂點相連圍成的空心十字形狀，銅片的厚度為0.07_。
[0015]本發明的技術方案有以下有益效果:
[0016]1、使用方便，非接觸式供電，可以方便的對植入體內醫療設備的電池進行充電；
[0017]2、安全性高，本發明的發射裝置和接收裝置之間是利用磁場進行能量交換的，由于在近場范圍內，磁場的能量遠遠大于輻射能量，所以磁場對人體的輻射更小;磁場對周圍環境參數不敏感，所以穿透力更強；
[0018]3、穩定性高，本發明的發射裝置加入了頻率問題模塊，能夠很好的抑制頻率偏移，保證了系統更高效，更穩定的工作。
[0019]綜上，本發明的基于磁耦合諧振式無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統可以高效穩定的為植入體內的醫療設備進行充電，減輕了患者的痛苦和醫療成本。同時，本發明對植入式醫療設備的發展提供了一個新的平臺。
【附圖說明】
:
[0020]圖1為本發明的總體框圖。
[0021]圖2為本發明的交/直流電轉換模塊結構圖。
[0022]圖3為本發明的初級諧振器和次級諧振器的正面導體層結構示意圖。
[0023]圖4是本發明的初級諧振器和次級諧振器的背面導體層結構示意圖。
[0024]圖5為本發明的大功率E類功率放大器模塊的結構圖。
[0025]圖6為本發明的頻率跟蹤控制模塊的結構圖。
[0026]圖7為本發明的信號源模塊的結構圖。
[0027]圖8為本發明的整流濾波穩壓模塊的結構圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖進一步說明本發明的結構及工作原理，本發明中各元器件的優選參數已標于附圖中。
[0029]實施例1本發明的總體框架
[0030]參照圖1，本發明的基于磁耦合諧振式無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統的結構有，交/直流電轉換模塊1、大功率E類放大器模塊2、初級諧振器3、頻率跟蹤控制模塊4、信號源模塊5，次級諧振器6和整流濾波穩壓模塊7。其中交/直流電轉換模塊是負責把我們日常使用的220V交流電變換成系統所使用的低壓直流電為系統提供電能，本模塊有一個18V—36V的電壓輸出端，一個+5V電壓輸出端和一個-5V電壓輸出端;大功率E類放大器豐旲塊負責把t旲塊I的直流電能轉換成尚頻的交流電能送至初級諧振器;頻率跟t旲塊負責采集初級諧振器的信號頻率，并且跟蹤頻率，直接把頻率的變化反饋到信號源模塊使得信號源根據反饋進行頻率調整;信號源是給E類功率放大器提供方波信號的;整流濾波穩壓模塊是負責把次級諧振器接收到的交流能量轉化成穩定的+5V直流電壓給負載電池充電。[0031 ]實施例2本發明的交/直流電轉換模塊I
[0032]參照圖2，所述的交/直流電轉換模塊I的結構為:變壓器Trl的輸入端接220V的市電，變壓器Trl的一個輸出端與二極管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/直流電轉換模塊I的輸出負極，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的另一端接運放Ul的同相輸入端和穩壓管VDZl的陰極，三極管Tl的基極接運放Ul的輸出端，發射極接電阻R2的一端，并作為交/直流電轉換模塊I的輸出正極，記為端口 M1_0UT+，穩壓管VDZl的陽極接穩壓管VDZ2的陰極和滑動變阻器R5的一端，穩壓管VDZ2的陽極和滑動變阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑動變阻器R5的滑線端作為+5V供電端，記為端口Ml_0UT+5，本系統中所有需要+5V供電的端口均由此端口進行供電，電阻R2的另一端與滑動變阻器R3的一端相連，滑動變阻器R3的另一端與電阻R4的一端相連，滑線端與運放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、滑動變阻器R6的一端以及穩壓管VDZ3的陽極相連，電容C2的另一端、滑動變阻器R6的另一端以及穩壓管VDZ3的陰極共同接端口 M1_0UT-，滑動變阻器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分別接運放Ul的正、負電源端，為運放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的交流電轉換成直流電，為整個系統提供直流供電。
[0033]實施例3本發明的大功率E類功率放大器模塊2
[0034]參照圖5，所述大功率E類放大器模塊2的結構為: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、輸出端負極，記為端口M2-，端口 M2_0UT+和端口 M2-分別與初級諧振器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化成高頻率的交流電能，以驅動初級諧振線圈。
[0035]實施例4本發明的初級諧振器3和次級諧振器6
[0036]參照圖3，所述初級諧振器3和次級諧振器6的結構相同:正面導體層是正方螺旋形銅片，圈數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;介質層是邊長為50mm的正方形聚乙稀板，介質層厚度為0.4mm;背面導體層是由四個30mm X 20mm的長方形銅片頂點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]通過初級諧振器3和次級諧振器6可實現無線能量傳輸，次級諧振器6接收初級諧振器3發射的磁場，把磁場能轉化為交流電能。
[0038]實施例5本發明的頻率跟蹤控制模塊4
[0039 ]參照圖6，所述的頻率跟蹤控制模塊4的結構為:電容C9的一端、電容C1的一端、滑動變阻器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的另一端和滑動變阻器R8的另一端接地，電阻R7的一端接滑動變阻器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的另一端接運放U2的反相輸入端，運放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，與信號源模塊5的端口 M5_IN相連;該模塊實現了對初級諧振線圈信號進行頻率跟蹤，保證信號在初級諧振線圈的諧振頻率，一旦頻率變化，該模塊就對模塊5進行頻率調整，最終達到頻率穩定。
[0040]實施例6本發明的信號源模塊5
[0041]參照圖7，所述的信號源模塊5的結構為: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、滑動變阻器R18的一端相連，滑動變阻器R18的另一端接地，滑線端接芯片MAX038的8引腳，電阻R16的另一端與滑動變阻器R17的一端相連，滑動變阻器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。
[0042]實施例7本發明的整流濾波穩壓模塊7
[0043 ]參照圖8，所述的整流濾波穩壓模塊7的結構為: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的另一端接發光二極管VD9的陰極，發光二極管VD9的陽極接芯片bq51013的OUT引腳，并作為整流濾波穩壓模塊7的輸出端，記為端口 M7_0UT，用于給負載電池充電。該模塊實現了將模塊6接收到的交流電轉化成直流電，以供電池充電。
【主權項】
1.一種基于無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統，其結構有發射端裝置和接收裝置，其特征在于，發射裝置包括:交/直流電轉換模塊(I)、大功率E類放大器模塊(2)、初級諧振器(3)、頻率跟蹤控制模塊(4)和信號源模塊(5)，接收裝置包括:次級諧振器(6)和整流濾波穩壓模塊(7); 所述的交/直流電轉換模塊(I)的結構為:變壓器TrI的輸入端接220V的市電，變壓器Trl的一個輸出端與二極管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/直流電轉換模塊(I)的輸出負極，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的另一端接運放Ul的同相輸入端和穩壓管VDZl的陰極，三極管Tl的基極接運放Ul的輸出端，發射極接電阻R2的一端，并作為交/直流電轉換模塊(I)的輸出正極，記為端口 M1_0UT+，穩壓管VDZl的陽極接穩壓管VDZ2的陰極和滑動變阻器R5的一端，穩壓管VDZ2的陽極和滑動變阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑動變阻器R5的滑線端作為+5V供電端，記為端口 Ml_0UT+5，電阻R2的另一端與滑動變阻器R3的一端相連，滑動變阻器R3的另一端與電阻R4的一端相連，滑線端與運放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、滑動變阻器R6的一端以及穩壓管VDZ3的陽極相連，電容C2的另一端、滑動變阻器R6的另一端以及穩壓管VDZ3的陰極共同接端口 M1_0UT-，滑動變阻器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分別接運放Ul的正、負電源端，為運放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)的結構為: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、輸出端負極，記為端口 M2-，端口 M2_0UT+和端口 M2-分別與初級諧振器(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； 所述的初級諧振器(3)和所述的次級諧振器(6)的結構相同，均為方形平面螺旋諧振器，均由三層組成，中間是介質層為聚乙烯板，介質層的正面是方形螺旋銅片，反面是正方環形銅片； 所述的頻率跟蹤控制模塊(4)的結構為:電容C9的一端、電容ClO的一端、滑動變阻器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的另一端和滑動變阻器R8的另一端接地，電阻R7的一端接滑動變阻器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的另一端接運放U2的反相輸入端，運放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，與信號源模塊(5)的端口 M5_IN相連； 所述的信號源模塊(5)的結構為: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、滑動變阻器R18的一端相連，滑動變阻器R18的另一端接地，滑線端接芯片MAX038的8引腳，電阻R16的另一端與滑動變阻器R17的一端相連，滑動變阻器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； 所述的整流濾波穩壓模塊(7)的結構為: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的另一端接發光二極管VD9的陰極，發光二極管VD9的陽極接芯片bq51013的OUT引腳，并作為整流濾波穩壓模塊(7)的輸出端，記為端口 M7_0UT，用于給負載電池充電。2.根據權利要求1所述的一種基于無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統，其特征在于，各電阻及滑動變阻器參數分別為，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^;各電感參數為兒1:3111!1兒2:72111!1;二極管01，02，03，04，05，06，07，08的型號均為HER151;發光二極管D9的型號為BT102;穩壓管VDZ1，VDZ2，VDZ3的型號均為1N4734A;三極管Tl的型號為A928;M0S管Q1，Q2的型號為GT2301;運放U1、U2的型號均為R)07;熱敏電阻NTC的型號為3D-25。3.根據權利要求1或2所述的一種基于無線能量傳輸技術的植入式醫療設備充電系統，其特征在于，所述的初級諧振器(3)和次級諧振器(6)的結構均為，正面導體層是正方螺旋形銅片，圈數15圈，銅片厚度0.07mm，銅片寬度0.8mm，各Bi間距0.1mm;介質層是邊長為50mm的正方形聚乙稀板，介質層厚度為0.4mm;背面導體層是由四個30mm X 20mm的長方形銅片頂點相連圍成的空心十字形狀，銅片的厚度為0.07_。
【文檔編號】H02J7/02GK105896692SQ201610213791
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】于銀輝, 劉生成, 周恒 , 陳兆強, 張羽豐, 田小建
【申請人】吉林大學