一种心脏起搏器非接触电源系统的相图分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非接触供电及自动控制领域，具体涉及一种心脏起搏器非接触电源系 统的相图分析方法。
【背景技术】
[0002] 心脏起博器常用一次性电池供电，其中使用的高能量密度的锂原电池只有3到5 年的寿命，到期需要将起博器及电池一并更换，该供电方式需要病人多次手术。用非接触充 电装置代替一次性电池，可为心脏起搏器提供持续的电量供给。因此，如何保证可靠供电是 非接触充电技术实用化的关键。
[0003] 心脏起搏器非接触充电系统采用原边线圈和副边线圈电磁耦合的方式供电，其 内置部分通常由副边线圈获得感应电压，通过整流滤波电路得到幅值可变的直流电，用集 成芯片稳压电路获得稳定的直流电压，该电压经充电芯片向内置起搏器电池（或超级电容 器）充电。内置稳压电路是该技术薄弱的环节，许多优秀的开关电源产品都无法保证内置 稳压电路能够使用长达十几年乃至几十年的时间。通常内置稳压电路的集成芯片会发热， 从而使人体超过正常体温。
[0004] 另外，在心脏起搏器实用化进程中首先要解决的是抗干扰问题。非接触充电的频 率与电磁炉、开关电源等设备的频率比较接近，非接触充电系统常会遭遇强磁场干扰并感 应出过电压，从而影响非接触充电系统的安全运行。
[0005] 可以米用体外稳压电路省去由集成芯片构成的内置稳压电路。传统方案对输出电 流、电压检测常用硬件和软件滤波、数字算法等，这些方案通常取出几个开关周期甚至十几 个开关周期的离散值，对以上信号简单的取平均值或者经过硬件或软件滤波、数字算法等 算法得到处理结果，再反馈给原边的开关器件，从而控制原边线圈的开关器件并改变其占 空比。由于非接触电路磁场耦合关系和负载双重变化，应用上述方案反馈控制非接触电路， 实时性较差，出现磁场耦合晃动等剧烈变化时，纹波率最大可超过±20%，不满足非接触供 电的实时调节要求。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种心脏起搏器非接触电源系统的相图分 析方法。本发明采用相图理论可以快速地检测非接触电源系统的输出电流，有效地提高了 器检测时间，并采用无线反馈稳压算法稳定内置电路接收的能量，使非接触受电线圈（副 边线圈）的整流滤波后的电压保持稳定，从而省去内置稳压电路，降低内置电路的发热量， 提1?内置电路的可罪性并减小其体积。
[0007] 本发明的技术方案是：一种心脏起搏器非接触电源系统的相图分析方法，其步骤 如下：步骤一：搭建非接触电源系统； 所述非接触电源系统包括体内充电装置、体外供电装置和无线定位模块；所述体外供 电装置包括原边线圈、推挽式变换器电路、体外电压检测电路、驱动电路和体外无线模块； 所述体内充电装置包括副边线圈、整流滤波电路、体内电压检测电路、电流检测电路、充电 芯片、超级电容和体内无线模块；所述原边线圈与副边线圈组成非接触耦合变压器； 步骤二：利用体外电压检测电路将原边线圈两端的电压《ab转化为与其成比例的模拟 信号，然后传送至体外无线模块转化为数字量；利用体内电压检测电路将整流滤波电路的 输出电压^。转化为与其成比例的模拟信号，利用电流检测电路将整流滤波电路的输出电流 转化为与其成比例的模拟信号，将输出电压和输出电流的模拟信号分别传送至体内无线模 块并转化为相应的数字量； 步骤三：将体内无线模块得到的与输出电流i。和输出电压K成比例的数字量传送到体 外无线模块，并以体外无线模块中与电压^成比例的数字量为变量，利用描点法得到电压 ?ab和输出电流1'。的相图、电压和输出电压G的相图； 步骤四：用相图分析方法检测电压《ab和输出电流i。的相图、电压《ab和输出电压^的 相图的零极值点，按照零极值点将它们分解成8段，并根据零极值点的瞬时值得到输出电 压和输出电流平均值； 步骤五：根据输出电压和输出电流平均值，体外无线模块利用驱动电路反馈控制推挽 式变换器电路的占空比，从而稳定整流滤波电路的输出电压G。
[0008] 所述副边线圈两端并联有压敏电阻。
[0009] 所述无线定位模块、体内无线模块和体外无线模块采用ZigBee网络组成无线定 位网络，实现对心脏起搏器的定位及其之间的数据通信。
[0010] 所述体外供电装置的原边线圈与推挽式变换器电路相连接，推挽式变换器电路与 体外电压检测电路相连接，体外电压检测电路与体外无线模块相连接，体外无线模块与驱 动电路相连接，驱动电路与推挽式变换器电路相连接；所述体内充电装置副边线圈与整流 滤波电路相连接，整流滤波电路与充电芯片相连接，充电芯片与超级电容相连接，心脏起搏 器并联在超级电容的两端，从而实现对超级电容充电；所述体内电压检测电路并联在整流 滤波电路的两端，电流检测电路与整流滤波电路串联连接；体内电压检测电路、电流检测电 路与体内无线模块相连接，体内无线模块可以采集输出电压和输出电流。
[0011] 所述推挽式变换器电路包括两个分裂电感和两个开关管；所述体外无线模块通过 驱动电路作电平转换后，控制推挽式变换器电路中开关管交替导通和断开，从而调开关管 的占空比。
[0012] 所述体内电压检测电路和整流滤波电路之间并联有稳压管；所述体内无线模块和 体外模块的A/D端口设有稳压管。
[0013] 所述电压Wab和输出电流i。的相图、电压Wab和输出电压以的相图的8段分别包括 路径I ~W，各阶段的起始点为零极值点采样点，分别为点①~⑦。
[0014] 所述根据零极值点的瞬时值得到输出电压和输出电流平均值的方法的步骤为：判 断当前电路处于相图中的路径；判断其下一个零极值点；利用下一零极值点的采样值乘以 相应的修正系数得到输出电压G和输出电流i。的平均值值。
[0015] 所述判断当前电路处于相图中的路径方法是：首先判断电压^的瞬时极性是否 大于零；然后判断电压心是处于上升状态，还是下降状态；再判断当前输出电流是处于上 升状态，还是下降状态。
[0016] 本发明采用相图理论可以快速地检测非接触电源系统的输出电流，有效地提高了 其检测时间，使其缩短为开关器件的1/4~1/2开关周期，并利用点对点通信的无线模块实 现无线反馈稳压算法，稳定了其内置电路接收的能量，使非接触受电线圈整流滤波后的电 压保持稳定，经充电芯片向内置电池充电，从而省去内置稳压电路，进一步降低内置电路的 发热量，提高内置电路的可靠性并减小其体积。同时，本发明可以防止体内受电电感线圈因 外界干扰出现过电压而遭受冲击，提高了心脏起搏器非接触电源系统的稳定性。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的非接触电源系统。
[0018] 图2为本发明体外电压检测电路的电路原理图。
[0019] 图3为本发明电压^的交流采样信号的实验波形。
[0020] 图4为本发明体内电压检测电路的电路原理图。
[0021] 图5为本发