用于根据影响电池容量的历史参数对植入式医疗设备中的电池进行充电的电路的制作方法

用于根据影响电池容量的历史参数对植入式医疗设备中的电池进行充电的电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种编程入可再充电电池植入式医疗设备(IMD)的控制电路中的算法，其可随时间(例如，IMD的使用寿命)的流逝根据影响可再充电电池容量的一个或多个参数对提供给所述可再充电电池的充电电流(Ibat)进行调整，其中所述一个或多个参数包括，例如，充电循环的数量、放电深度、负载电流和电池年龄。所述算法查阅随IMD的运行历史存储在参数日志中的这些参数，并且结合反映了这些参数对电池容量的影响的电池容量数据库来估算电池容量的变化，并且调整涓流充电路径和主动充电路径中的一者或两者内的充电电流以减缓电池容量的损失并延长IMD的使用寿命。
【专利说明】用于根据影响电池容量的历史参数对植入式医疗设备中的电 池进行充电的电路
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年1月16日提交的美国临时专利申请案61/928，342和61/928， 391的优先权。
技术领域
[0003] 本发明涉及植入式医疗设备领域，尤其涉及一种用于植入式医疗设备的电池充电 电路。
【背景技术】
[0004] 植入式刺激设备将电刺激递送到神经和组织以用于各种生物失常的治疗，例如， 用于治疗心律失常的起搏器，用于治疗心脏纤维颤动的去颤器，用于治疗耳聋的耳蜗激励 器，用于治疗失明的视网膜激励器，用于产生协调肢体运动的肌肉激励器，用于治疗慢性疼 痛的脊髓激励器，用于治疗运动和心理失常的皮质和深脑激励器以及用于治疗尿失禁、睡 眠呼吸暂停、肩部半脱位等的其它神经激励器。下文的描述一般将集中于本发明在脊髓刺 激(SCS)系统中的使用，例如公开于美国专利6,516,227中。然而，本发明可适用于任何植入 式医疗设备或任何植入式医疗设备系统。
[0005] SCS系统通常包括在图1A和1B中以平面图和横截面图示出的植入式脉冲生成器 (IPGHOdPG 10包括生物相容设备外壳30,其容纳有所述IPG运行所必需的电路和电池36。 IPG 10经由形成电极阵列12的一个或多个电机引线14耦合到电极16。电极16被配置成接触 患者的组织并且由柔性体18承载，所述柔性体18还容纳耦合到各个电极16的单个引线20。 引线20还耦合到邻面触点22，其可插入固定在IPG 10上的头部28中的引线连接器24，其中 所述头部可包含，例如，环氧树脂。一旦插入，邻面触点22就连接到头部触点26,所述头部触 点26又通过馈通引脚34经由外壳馈通32耦合到外壳30内的电路。
[0006] 在示出的IPG 10中，三十二个引线电极(E1-E32)分裂在四个引线14之间，其中头 部28含有2x2阵列的引线连接器24。然而，IPG中的引线和电极的数量是应用特定的，因此能 够变化。在SCS应用中，电极引线14典型地植入患者脊髓内硬脊膜的附近，并且当使用四引 线IPG 10时，这些引线通常在硬脊膜的左右侧中的每一侧分裂两个。邻面电极22隧穿患者 组织到达IPG外壳30所植入的远端位置，例如，臀部，在该点处其耦合到引线连接器24。在另 一示例中，四引线IPG 10还可用于深脑刺激(DBS)。在设计用于在需要刺激的部位直接植入 的其它IPG示例中，IPG可无引线的，而是具有出现在IPG主体上的用于接触患者组织的电极 16。
[0007] 如图1B的横截面中所示，IPG 10包括：印刷电路板(PCB)40。电耦合到PCB 40的是 电池36,在本示例中，电池36是可再充电的；耦合到PCB的顶面和底面的其它电路50a和50b; 遥测线圈42,其用于与外部控制器(未示出）无线通信;充电线圈44,其用于从用以对电池36 进行再充电的外部充电器90(图2)中无线接收磁性充电场；以及馈通引脚34(连接未示出）。 若电池36为永久的且不可再充电，则无需充电线圈44。（可在于2013年9月13日提交的美国 专利申请案序列号61/877,871中找到关于线圈42和44及其所通信的外部设备的进一步细 节)。
[0008] 用于IPG 10中的可再充电电池36的电池管理电路84描述于共同拥有的美国专利 申请公开案2013/0023943的一个示例中并且示于图2中。可再充电电池36可包含锂离子聚 合物电池，当充满电时，其可提供约4.2伏的电压(Vbat = Vmax )。然而，其它可再充电电池化 学也可用于电池36。
[0009] 外部充电器90通常为手持式电池供电设备，其从线圈92生成磁性非数据调制充电 场98(例如，80kHz)。在IPG 10中，前端充电电路96与磁场98相遇，此处通过在线圈中感生电 流对充电线圈44进行激励。包括整流器且可选地包括滤波电容器和电压-量值限制齐纳二 极管（例如，限制为5.5V)的整流器电路46对感生电流进行处理以建立电压V1 (例如，〈 5.5V)，将此电压通过防逆流二极管48以生成DC电压Vdc。耦合到充电线圈44的晶体管102可 由IPG 10进行控制(通过控制信号LSK)以在磁场98的生成过程中通过负载位移键控(Load Shift Keying)向外部充电器90回传数据，如众所周知的那样。
[0010] 向电池管理电路84提供Vdc，电池管理电路84连同IPG 10的运行所必需的其它电 路可位于专用集成电路(ASIC)上，其中IPG 10的运行所必需的其它电路包括：电流生成电 路（用于向电极16的所选一个(些)提供指定电流）；遥测电路(用于对与图1B的遥测线圈42 相关的数据进行调制和解调）；各种测量和生成器电路;系统存储器;等等。前端充电电路96 和电池36通常包含：芯片外(ASIC外）组件，连同IPG 10中的其它电子设备，例如遥测线圈 42;耦合到电极16的各种DC截断电容器（未示出）；微控制器100,其可通过数字总线88与 ASIC(以及电池管理电路84)通信；以及与本文关系不大的其它组件。在一个示例中，微控制 器 100可包含Part Number MSP430,其由Texas Instruments制造，描述于http:// www.ti.com/lsds/1i/microcontro1ler/16-bit_msp430/overview.page?DCMP = MCU_ other&HQS=msp430处的数据表中。ASIC可如美国专利申请公开案2012/0095529中所描述。 [0011] 图2中的电池管理电路84由两个电路块组成:充电电路80,其用于生成对电池36进 行充电的电流；以及负载隔离电路82,其用于将电池36可控地连接到在IPG 10的正常运行 过程中电池36所供电的负载75或与其断开。负载75可包含芯片内（ASIC内）电路块(例如电 流生成电路和前述的遥测电路)和芯片外(ASIC外)组件(例如微控制器100)两者。
[0012] 如所描绘，充电电路80、负载隔离电路82和电池36通常具有T形拓扑，其中充电电 路80介于前端充电电路96(Vdc)和电池36的正极端子(Vbat)之间，并且负载隔离电路82介 于Vbat和负载75之间。
[0013] 取决于若干条件，负载隔离电路82能够防止电池36(Vbat)向负载(Vload)供电。例 如，若负载75正引出相当高的电流（如由过电流检测电路74通过断定控制信号01来指示的 那样），或者若Vbat过低(如由欠压检测电路70通过断定控制信号UV来指示的那样），或者若 舌簧开关78指示外部磁场信号μ(例如，在由患者许可外部关机磁铁的存在的紧急情况下）， 负载75将通过开关62或64从Vbat去耦合，如由"或"门76辅助。若Vbat过高，则还提供放电电 路68以故意地消耗电池36。
[0014]与本公开内容更为相关的是充电电路80,其开始于Vdc，即前端充电电路96响应于 外部充电器90的磁场98而生成的DC电压。Vdc分成并联连接在Vdc和Vbat之间的充电电路80 中的两个路径:涓流充电（trickle charging)路径和主动充电(active charging)路径，其 任一者可用于向电池36(Vbat)提供充电电流(Ibat)。
[0015] 涓流充电路径是被动的，即，其运行不受控制信号的控制，并且除了由Vdc所提供 的生成用于电池36的充电电流（Itrickle)的功率之外无需其它功率。如所示，涓流充电路 径向限流电阻器50和一个或多个二极管52呈现Vdc，并且用于向电池36提供小充电电流 I tr i ck 1 e。当电池36显著耗尽时，即，若Vbat低于阈值Vt 1，例如2.7V，使用小涓流充电电流 尤其有效。
[0016] 为了生成Itrickle，vdc必须高于电阻器50和二极管52上的电压降与电池36的电 压Vbat之和。在典型条件下并且假设使用三个二极管52和一个200欧姆电阻器50,电阻器50 和二极管52上的电压降将为约2.0伏。因此，若Vdc大于约2.0V+Vbat，则Itrickle将被动地 流入电池36。若不满足此条件--其指示Vdc太小(或许因为外部充电器90和IPG 10之间的 耦合较差），或Vbat太高（其可当电池36被逐渐充电时出现)--二极管52将防止电池36通 过涓流充电路径反向消耗。Itrickle通常为大约10毫安。此为令人满意地小，这是因为若接 收到太高的充电电流(Ibat)，则显著耗尽的可再充电电池36可能被损坏，如我们所熟知。
[0017] 在图2中，主动充电路径从Vdc经由电流/电压源56前进到电池36,其中电流/电压 源56用于产生充电电流Iactive。在图2的示例中，主动充电路径还经过用于电池管理电路 的控制和保护量具，包括结合充电电流检测器72使用的充电电流感测电阻器58,以及结合 过压检测器66使用的过压保护开关60,以在电池电压Vbat超出最大值(例如Vmax = 4.2V)时 将主动充电路径断路。
[0018] 图3A示出用于主动充电路径中的电流/电压源56的电路。如其名称所暗示，源56可 被控制以在主动充电过程中向电池36提供恒定电流或恒定电压。源56包含由P通道晶体管 104和106组成的电流反射镜，其由Vdc供电并接收由参考电流生成器电路113提供的参考电 流Iref。电流反射镜控制晶体管104在电流反射镜输出晶体管106中反射Iref的表示以产生 主动充电电流Iactive。在所示出的示例中，并联有线连接Μ个输出晶体管106，因此输出晶 体管106所提供的电流等于Iactive=M*Iref。还可使用单个更宽的输出晶体管106(比电流 反射镜控制晶体管104宽Μ倍）。
[0019] 可通过控制信号Itrim[2:0]来调整用于产生Iref的参考电流生成器113,并且参 考电流生成器113还包含电流反射镜。如示出，将系统参考电流Γ (例如，1 OOnA)反射到晶体 管116、118和120,其各自串联耦合到由Itrim控制信号所控制的选通晶体管。晶体管116、 118和120优选为不同的宽度，或包含不同数量的并联晶体管，以提供对Iref的不同贡献。例 如，取决于1杜1111〇、1廿加1和1廿11112中的哪个控制信号是有效的，晶体管116、118和120可向 Iref分别贡献Γ *Ν、Γ *2N和Γ *4N，因此允许Iref以增量Γ *N从Γ *N变化到Γ *7N。可使用 额外的I tr im控制信号和额外的电流反射镜输出晶体管（例如，116-120)在更宽的范围内 和/或以更小的分辨度控制Iref。以此方式调整Iref继而通过上述电流反射镜晶体管104和 106的运行来调整Iactive。
[0020] 由源控制器86发出控制信号Itrim，其中源控制器86通过数字总线88与微控制器 100通信，因此微控制器100可控制源控制器86以继而通过Itrim和下文将进一步讨论的其 它控制信号来对源56进行控制。
[0021] 源56运行以生成充电电流所在的模式取决于微控制器100所知的电池电压Vbat的 量值。若电池36显著放空，即，Vbat〈Vtl (例如，2.7)，则微控制器100命令源控制器86停用源 56(Ch_en= '0'），从而断开启用晶体管108并防止产生Iactive。因此，在这种情况下，电池 36可仅通过涓流充电路径进行充电，并且只有当磁场98和Vdc存在并且充足时才如此。 [0022] 若Vbat>Vtl但是低于下文将进一步描述的上阈值Vt2(即，若Vtl〈Vbat〈Vt2)JI^Jg 56以恒定电流模式运行。在此模式中，启用源56(Ch_en= ' Γ )，允许Iactive根据由Itrim控 制信号表示值流动。当源56以恒定电流模式运行时，Iactive通常为大约50毫安。主动电流 路径中的P通道晶体管114在恒定电流模式中完全接通，因此允许Iactive无阻抗地流至电 池36。
[0023] 若Vbat>Vt2(例如，4.0V)，则源56以恒定电压模式运行。在此模式中，仍断定Ch_en 和Itrim控制信号。在本示例中，Vt2阈值的越过和充电模式的切换不依赖于微控制器100， 而是受到源56中的Vbat测量电路111的影响。在此电路111中通过高阻抗电阻器梯确定 Vbat，其中高阻抗电阻器梯产生指示Vbat的电压Va。在放大器112中对Va和已知的带隙参考 电压Vref进行比较。当Va>Vref时，指示Vbat>Vt2，放大器112开始断开晶体管114，并且源56 以恒定电压模式运行，向电池36的正端子提供基本上恒定电压。在此模式中，当电池36的内 部电池电压增大时，其内部电阻导致Iactive按指数规律下降，直到Vbat达到最大值Vmax (例如，4.2V)。此时，微控制器100将认为对电池36的充电完成，并且将再次断定Ch_en='0' 以进一步削减主动充电。（此外，也可断开过电压开关60)。相反，当Va〈Vref，指示Vbat〈Vt2 时，放大器112导通P通道晶体管114,并且，源56以恒定电流模式运行，如前述那样。视需要， 可使用控制信号Vtrim来微调电压Va以对本质上设定阈值Vt2的梯中的电阻进行微调。 [00 24] 图3B大体上示出充电电路80的运行以在充电会期（charging session)作为时间 的函数产生由严重耗尽电池36 (即，其中Vbat低于更低的阈值V(UV) = 2.0V)所接收的充电 电流(Ibat)，包括如前述由充电电路80启用的涓流、恒定电流和恒定电压模式。还示出这些 模式中的每一个的充电电流的典型值，以及作为百分数不出的电池36的容量。
[0025]图2的电池管理电路84提供额外的保护，例如，将二极管54连接在涓流充电路径和 主动充电路径之间以防止电池36通过过压开关60泄漏，同样如公开案'943中所解释。因此， 二极管54保护电池36不通过过电压开关60被非故意地放电，尤其在当Vbat已严重较低时 的、以及在因此可能难以向P通道晶体管60的栅极提供适当高的电压以使其断开时的不适 当时间处。

【发明内容】

[0026] 本发明公开了一种用于医疗设备的电路，包含:可再充电电池;控制电路，其被配 置成确定所述电池的容量；以及源电路，其被配置成向所述电池提供充电电流，其中所述控 制电路被配置成控制所述源电路以根据所确定的电池容量来调整所述电池充电电流的量 值。所述控制电路可包含:存储器，其被配置成存储对所述可再充电电池的容量具有影响的 至少一个参数，其中所述至少一个参数是选自由与下列各项相关的一个或多个参数组成的 群组:电池的先前充电、医疗设备用以提供治疗的先前使用、以及电池的年龄；以及算法，其 中所述控制电路被配置成执行所述算法以使用所述至少一个参数来确定所述电池的容量。
[0027] 所述至少一个参数可以时间的函数存储在所述存储器中，或者可存储为供所述算 法使用的当前值。所述至少一个参数还可包含从在所述电池的先前充电或所述医疗设备的 先前使用期间测量的至少一个其它参数中计算的值。
[0028] 与所述可再充电电池的先前充电相关的参数可包含:先前充电会期的数量、先前 充电会期开始时电池的电压、先前充电会期结束时电池的电压、先前充电会期的持续时间、 先前充电会期期间向电池提供的电荷、包含先前充电会期开始和结束时的电池电压差的放 电深度、以及先前充电会期期间向电池提供的电池充电电流。
[0029] 与医疗设备用以提供治疗的先前使用相关的参数包含:先前使用期间可再充电电 池的电压、先前使用期间从电池拉出的负载电流、先前使用期间从电池拉出的功率、先前使 用的持续时间以及先前使用期间从电池拉出的电荷。
[0030] 所述电路可进一步包含：电池容量数据库，其中所述电池容量数据库将所述至少 一个参数与电池容量的变化相关联，并且其中所述算法将所述至少一个参数与电池容量数 据库中的容量的变化进行比较以确定所述电池的容量。
[0031] 所述算法可被配置成通过生成用于控制所述源电路的一个或多个控制信号来调 整所述电池充电电流的量值。
[0032] 所述存储器可进一步包含:至少一个参数中每一个的权重或优先级，其中所述算 法被配置成使用所述至少一个参数的权重或优先级或两者来确定所述电池的容量。
[0033] 所述源电路可包含：电流反射镜，其被配置成根据接收到的参考电流产生电池充 电电流。所述控制电路可被配置成通过使用所述一个或多个控制信号调整所述参考电流的 量值来调整所述电池充电电流的量值。
[0034] 所述电路可进一步包含:前端电路，其被配置成在接收到无线充电场时生成DC电 压，其中所述源电路是由所述DC电压供电。所述前端电路可进一步包含:线圈，其被配置成 由所述无线充电场激励；以及整流器电路，其被配置成从所述被激励的线圈产生DC电压。
[0035] 所述算法可被配置成若确定所述可再充电电池的容量减小则减小所述电池充电 电流的量值。
[0036] 本发明还公开了一种用于对如前述配置的医疗设备的可再充电电池进行再充电 的方法，其包含:确定所述可再充电电池的容量；以及，根据所确定的可再充电电池的容量 调整向所述电池提供的电池充电电流。如前述，可根据所述至少一个参数来确定所述电池 的容量。所述方法可进一步在接收到无线充电场时生成DC电压，其中所述DC电压提供电力 以提供所述电池充电电流，所述DC电压是由前述前端电路生成。在所述方法中，若确定所述 可再充电电池的容量减小，则减小所述电池充电电流的量值，并且所述电池充电电流可沿 主动充电路径由源电路生成，其中通过控制所述源电路来调整所述电池充电电流的量值。 还可沿包含电阻的被动涓流充电路径向电池提供所述电池充电电流，其中通过调整所述电 阻来调整所述电池充电电流的量值。在所述医疗设备的使用寿命内可多次执行所述方法以 调整所述电池充电电流的量值。
[0037] 本发明还公开了一种可替选的用于医疗设备的电池充电电路，包含:可再充电电 池;前端电路，其被配置成在接收到无线充电场时生成DC电压;介于所述DC电压和所述电池 之间的被动涓流充电路径，其被配置成将第一电池充电电流传送到所述电池，其中所述涓 流充电路径包含电阻；以及控制电路，其被配置成调整所述电阻。
[0038] 可替选的控制电路可进一步被配置成执行算法，其中，所述算法被配置成确定所 述可再充电电池的容量。所述算法可进一步被配置成根据所确定的电池容量调整所述电 阻，其中所述算法被配置成若确定所述可再充电电池的容量减小则增大所述电阻。所述电 路还可包含如前述被配置成存储至少一个参数的存储器，其中所述算法被配置成使用所述 至少一个参数来确定所述可再充电电池的容量。如前述，所述电路还可包含电池容量数据 库，其中所述算法将所述至少一个参数与电池容量数据库中的容量的变化进行比较以确定 所述电池的容量。所述电阻可由多个电阻器级组成，其中所述控制电路被配置成通过将所 述电阻器级编程为包括或不包括在所述电阻内来调整所述电阻。所述电阻器级可被破坏性 地编程。所述涓流充电路径可进一步包含从所述DC电压向所述电池正向偏压的至少一个二 极管。所述电路可进一步包含介于所述DC电压和所述电池之间的主动充电路径，其被配置 成向所述电池传送第二电池充电电流，其中所述主动充电路径进一步包含用于生成所述第 二电池充电电流的源电路。当所述电池的电压高于阈值时，启用所述源电路以生成所述第 二电池充电电流。
【附图说明】
[0039] 图1A和1B以平面图和横截面图示出根据现有技术的具有可再充电电池的植入式 脉冲生成器(IPG)。
[0040] 图2示出根据现有技术的用于可再充电电池 IPG的电池管理电路，其包括涓流充电 路径和主动充电路径两者。
[0041] 图3A示出根据现有技术的用于主动电流路径中的电流/电压源的电路，而图3B以 时间的函数示出由涓流充电路径和主动充电路径两者提供的电池充电电流的图示。
[0042] 图4示出根据本发明一个方面的改良电池管理电路，尤其是可用于根据影响电池 容量的历史参数来调整涓流和主动充电电流的改良充电电路。
[0043]图5A示出根据本发明一个方面的容量相关的参数日志；图5B示出从所述日志确定 的当前容量相关的参数;而图5C示出电池容量数据库，其用于根据充电调整算法来调整充 电电流。
[0044] 图6A和6B示出根据本发明一个方面的充电调整算法所使用的用于调整涓流充电 路径中的电阻的电路；图6C至6F示出可用于配置可调整电阻的各种方式。
[0045] 图7A-7D以流程图的形式示出所述充电调整算法。
[0046] 图8示出根据本发明一个方面的在IPG使用寿命中的不同时间出现的不同充电会 期期间由涓流充电路径和主动充电路径两者提供的作为时间的函数的电池充电电流的图 示，以及所述充电调整算法调整这些电流的方式。
【具体实施方式】
[0047] 本发明人意识到特定参数可在例如IPG等植入式医疗设备的使用寿命中影响可再 充电电池的容量，包括电池年龄(A)以及与给予到可再充电电池上的应力有关的各种参数。 这些参数可与电池充电相关，例如：电池已被再充电的次数(Nc);用于对电池进行再充电的 充电电流（I bat);对电池进行再充电所用的时间（Tc )，其可结合充电电流来确定电池接收 的总电荷((^)((^ = ]^&1:*1'(3);以及放电深度，其指示充电会期开始到结束的电池电压差 (△Vbat)。这些参数还可与用于向頂D提供电力的电池的使用相关，例如在其中不会出现电 池充电的常规运行周期内由负载75从电池引出的电流（Iload)或电荷(Cu = Iload*Tu，其中 Tu等于使用时间）。
[0048] 这些参数倾向于随时间减小电池的容量，因为其构成可再充电电池内的化学和物 理变化。由于电池容量随时间降低，可再充电电池最终将损耗到其不能再被充电以使頂D运 行显著时间的点。电池的这种消耗是严重的，因为其要求外植手术以从患者移除MD，从而 更换MD中的可再充电电池，或更为可能的是向患者提供具有新的可再充电电池的新頂D。
[0049] 电池容量损失的进一步的严重性在于容量减小的可再充电电池将更容易被耗尽， 假设其总是按照IPG向患者提供的治疗刺激程序引出相同的功率的话。即，Vbat更易于受到 下降到不适合的低电平的影响，或者与当电池36是新的时相比更快如此。若Vbat严重耗尽， 即，例如，若Vbat〈2.0V，则难以恢复(再充电）电池36。在上文参考的可结合所公开的技术使 用的申请案61/928，342中对此进一步详细描述。
[0050] 本发明人已确定出希望的是根据上述一个或多个容量相关的参数来调整在充电 会期期间向頂D中的可再充电电池提供的电池充电电流（Ibat )，包括与电池充电相关的参 数(例如，此；]^1:;1'〇;(^; 八'\^1:)、电池使用（例如，11〇3(1)和/或电池年龄(4)。可根据记录 这些参数的頂D中的电池日志随时间（例如，随頂D的使用寿命)进行对Ibat的这种调整。 [00 51 ]具体地，可在IMD中运行的算法查阅随IMD的运行历史存储在参数日志中的这些参 数，并且调整Ibat(通常，通过减小Ibat)以减缓电池容量的随时间的损失，其可延长电池和 IPG的寿命。这种调整可应用于涓流充电电流、主动充电电流或两者。尽管减小Ibat可延长 在给定充电会期期间对电池进行充电所需的时间，但是对患者的这种潜在不便对于延长电 池/IPG寿命的益处来说通常应是不重要的，如所提及，这要求IPG外植手术的重大不便。 [0052]图4示出用于例如IPG 10等的具有可再充电电池36的植入式医疗设备的改良充电 电路180和逻辑。许多组件与如图2所示的现有技术相同，因此为简单起见不再描述。
[0053]不同之处在于图4的改良。首先，源控制器130被改变，除了控制电流/电压源56,其 还控制涓流充电路径中的可调电阻(Rtrickle)140。利用电荷栗135来辅助对可调电阻140 的这种控制。电路的这种新方面将参照图6A-图6F进行论述。
[0054]其次，微控制器100被编程以执行充电调整算法150。如下文将详细描述，此算法 150用于由主动充电路径中的源56(经由总线88和源控制器130)来控制电池充电，并且必要 时通过对电阻140进行调整而控制涓流充电。
[0055] 对充电调整算法150的输入为两个数据集:容量相关的参数日志120以及电池容量 数据库122，其详细示于图5A-5C中。简言之，容量相关的参数日志120含有历史参数，例如， 上文讨论的影响电池容量的历史参数，包括关于頂D10的过去充电和使用及其年龄的数据。 电池容量数据库122包含将参数与电池容量相关联的数据。优选地，此数据库122由制造商 基于其对参数与手边的特定可再充电电池36的相关性的理解进行编程。
[0056] 因此，充电调整算法150回顾与日志120中的电池容量相关的历史参数，并且鉴于 数据库122中的相关性回顾这些参数，从而以保持电池容量并延长其寿命的方式在IPG10的 寿命内适当地调整并控制电池充电。
[0057]尽管容量相关的参数日志120和电池容量数据库122被示出为编程入微控制器100 的存储器中，但是其可替代地位于微控制器100外部并且可被通常在微控制器100中运行的 充电调整算法150存取。
[0058] 图5A示出容量相关的参数日志120的一个示例。应注意，在IMD 10的正常运行过程 中可能已存储日志120中的一些或全部数据，因此日志120仅以方便的形式示出这种数据的 集合。为了易于观察，容量相关的参数日志120已被分成区部120c、120u和120a。
[0059] 区部120c含有在先前充电会期中取得或计算的历史参数，包括充电会期的数量 (Nc);充电会期开始和结束时电池36的电压(Vbat(i)，Vbat(f))，自其可计算放电深度（△ Vbat);以及充电电流I bat。应注意，优选地，I bat包含由主动充电路径中的源56所提供的实 际电流的测量结果，与源56(通过控制信号Itrim)被编程到的Iactive值相反。此为优选的， 因为对源56进行编程（图2)以提供特定Iactive不能保证此电流被实际提供到电池36。若外 部充电器90和頂D 10之间的耦合较差时尤其如此，向源56提供了太低而不能产生编程电流 的Vdc。可通过使用充电电流检测器72感测充电电流感测电阻器58上的电压降来测量日志 120中的实际Ibat，其中充电电流检测器72产生可被数字化的模拟信号CI(图2)。
[0060] 应注意，容量相关的参数日志120中的Ibat不含涉及在相关充电会期期间的涓流 充电路径（I trickle)的数据。因为与Iactive相比，I trickle通常较低，其作为与电池容量 相关的参数的贡献不重要，因此可忽略。这是幸运的，因为当出现显著涓流充电时难以精确 测量Itrickle，由于Vbat较低，因此10电路不可靠。
[0061 ]在区部120c还示出充电会期(Tc)的持续时间。此可使用頂D的内部时钟来确定，如 由可选地在日志120中提供的时间戳值反映的那样。从充电时间Tc可计算在充电会期期间 向电池提供的总电荷(Cc) (Cc = Ibat*Tc)。
[0062]区部120u示出与頂D 10的常规使用（例如，向患者提供治疗)期间的电池容量相关 的参数。如上述，頂D 10引出的功率(例如，Iload)影响电池容量，因而120u中包括Iload。尽 管未示出，但是在120u中还提供电池电压Vbat，其将提供对所引出功率的更真实的指示(P =I*V)，其也可作为参数包括在120u中。还提供使用持续时间(Tu)，从其可确定总电荷(Cu) (Iload*Tu)。应注意，当頂D 10运行时，Iload是动态参数，并且在当頂D 10向电极16实际提 供脉冲的这些时期内显著更高。像这样，这些脉冲的频率、持续时间和强度将影响（或在很 大程度上确定)Il〇ad和Cu，其可表示折合值或平均值。参看，例如，于2013 9月3日提交的美 国专利申请案序列号61/873,314。可还使用于2013年10月16日提交的美国专利申请案序列 号61/891，730中公开的技术直接测量11 〇&(1。尽管，为简单起见，区部120(3和12011中的时间 戳建议充电和使用在时间上不重合(注意交错的时间戳tx)，但是非必须如此，因为在充电 会期期间一般可继续使用頂D 10。
[0063]区部120a仅示出頂D的年龄，如由电流时间戳所反映的那样。应注意，日志120中的 起源于电池管理电路84中的一些参数（例如，Ibat、Iload)可通过总线88传送到微处理器 100以存储在日志120中。
[0064]容量相关的参数日志120的特定结构可变化，并且无需包含充电调整算法150所使 用的统一的单个结构或文件。尤其，若頂D 10中由于一些其它原因已记录一些参数，则参数 可以以不同的数据结构驻留于MD中，其仅由算法150查询。算法150可额外包括计算相关参 数(例如，电荷Cc，其等于Ibat*Tc)的能力，因此日志120无需为算法150的便利而预计算这 些值。
[0065] 应注意，示出的包含参数的日志120屈从于制造商偏好，并且或许甚至屈从于頂D 中使用的特定可再充电电池36的磨损的制造商经验。因此，制造商可能认为图5A中示出的 一些参数与电池容量无关(或仅具有较小相关性），因此日志120中可能不包括这些参数。其 它制造商可能认为未示出的额外参数与电池充电调整更为相关，因此可包括这种额外的参 数。简言之，如图5A所示的容量相关的参数日志120中所包括的参数应理解为仅是对电池充 电调整有用的参数的一个示例。
[0066] 如下文将详细论述，充电调整算法150将查阅日志120中的参数以在IPG10的寿命 中调整充电电流。图5B示出日志120中的数据以当前容量相关的参数120'的形式被汇总从 而供算法150更容易使用，其汇总了当前时间处的参数以供所述算法使用。例如，提供了在 MD的寿命中在充电期间施加到电池36的总电荷Cc(tot)，其包含来自日志120的区部120c 的电荷值Cc的和。如图5B所示，此合计电荷当前由值Cc(tot)2表示，其可随时间增长。类似 地，提供在IMD的使用期间消耗的总电荷Cu(tot)，其当前由值Cu(tot)2表示。在当前参数 120 '中还提供頂D已被充电的总次数Nc，如当前由Nc4表示，其将包含日志120的区部120c中 Nc的最后值。还通过对区部120c中的单个值取平均值来提供平均放电深度△ Vbat (avg)、以 及平均充电和使用电流Ibat(avg)和Iload(avg)。
[0067]日志120'中的当前容量相关的参数Z包含在使用中消耗的电荷(Cu(tot))与在充 电中施加到电池的电荷(Cc(tot))的比。此参数是相关的，并且应理想地等于1，因为不出问 题的情况下输入电池的电荷与从电池输出的电荷理论上应相同。当然，此比率的正确度取 决于如何精确地计算总电荷。尽管如此，即使不完美地测量总电荷，仍可建立用于适当操作 具有良好电池容量的頂D 10的基准值Z。若Z的值随时间降低，则此暗示在充电期间施加到 电池的增大量的电荷没有被MD中的电路使用，因而可存在电池容量问题，例如可再充电电 池36泄漏。
[0068]正如日志120中所包括的参数屈从于制造商偏好和经验，当前参数日志120'中所 包括的数据以及从日志120摘要这种数据的方式也是如此。为了引用一些简单示例，制造商 可认为较小放电深度（A Vbat)与电池容量和E0L算法160的运行无关，因此可从120'中的平 均值中排除小于阈值的值。或者，制造商可能希望包括放电深度在历史上高于此阈值的时 间的百分数，作为120 '中的当前参数。
[0069]当前参数120 '还可能未必反映在日志的整个历史上反映的数据。例如，当从日志 120中的最近数据确定时，]^31：(3￥8)、11〇3(1(3￥8)和比率2可能是更相关的，因此可仅使用 在最近时期(例如一个月）出现的日志中的数据来计算。若頂D 10运行的变化将影响电池容 量，则仅使用日志120的最近部分可尤其有用。
[0070] 图5B示出的参数仅提供可用于说明公开的技术的一个示例。当前容量相关的参数 120'可包含日志120的一部分，或者其相互独立。而且，可按照时间表自动更新当前容量相 关的参数120 '，或者一旦运行充电电流算法150，则对其进行计算或更新。
[0071] 图5C示出电池容量数据库122的一个示例。如前述，电池容量数据库122包含将日 志120中的参数(或优选地，日志120 '中所摘要的参数)与电池容量相关联的数据。如所示， 数据库122描绘了参数的特定值如何影响电池容量。例如，若在充电期间向电池提供的总电 荷包含值Cc(tot)2(或介于Cc(tot)2和Cc(tot)3之间的值），则数据库122反映出电池容量 减小2%。应注意，对电池容量的影响还可被反映在使用除百分数之外的值的数据库122中， 尽管本文为了易于说明使用了百分数。
[0072]如所述，优选地，由MD或电池制造商基于其对各个参数对电池容量的影响的理解 来确定数据库122中的数据。例如，在参数Cc(tot)的适当百分数调整的确定中，一旦到达Cc (t〇t)l、Cc(t〇t)2等等，则制造商可用实验方法确定或测量电池容量，并且相应地设定数据 库122中的百分数。
[0073] 如图5C中为简单起见所示，图5C中的参数值和百分数之间的关系仅反映了该参数 对电池容量的影响，而不考虑其它参数。替代地，尽管未示出，但是可反映更复杂的多参数 关系。例如，数据库122可反映取决于两个或两个以上参数的百分数:例如，若Cc(tot)>A，但 是Iload(avg)〈B，贝丨】百分数为C%;或者，若Δ Vba t (a vg) * I bat (a vg) = P (avg) >X，贝丨】百分数 为Y，等等。
[0074] 应注意，电池容量数据库122中的大多数参数反映出电池容量随着参数的值增大 而减小（因此为负百分数）。然而，并非总是这种情况，例如，对于上述比率Ζ。此外，尽管示出 所有参数导致电池容量的减小，但是并非总是这总情况，因为一些参数(尤其在使用不同的 电池化学时，或者给出如何对各种参数进行数学处理时)可能导致容量随时间增大(正百分 数)。
[0075] 此外，电池容量数据库122可包括关于参数的权重或优先级的数据，其中在调整充 电电流时充电调整算法150根据这些权重或优先级来应用这些参数。例如，可看出，制造商 认为充电中的总电荷(Cc(tot))为对电池容量具有最显著影响的参数。因此，向此参数提供 权重'1'（暗示在没有缩放的情况下将被算法150完全考虑），并且给予其最高优先级。相反， 平均放电深度（A Vbat(avg))被认为较不重要，因此具有权重0.5并且具有第四高优先级。 同样，数据库122中的这些权重和优先级屈从于制造商偏好和经验。
[0076] 在论述充电算法150的详细运行之前，在图6A-6F中示出可有用于对涓流充电路径 中的Rtrickle 140进行调整的源控制器130的修改。图6A示出在微控制器100,具体地，在充 电调整算法150的控制下由源控制器130进行的新的控制信号Vp_en和Rtrim[n:0]的发布。 控制信号Rtrim[n:0]用于调整Rtrickle 140的阻抗。在一些示例中，此调整是永久的，并且 通过烧断与Rtrickle 140相关联的恪丝Fx (图6C-6E)或反恪丝AFx (图6D、6E)来实现。还可 使用用于对Rtrickle进行编程的非破坏性的且可逆的方法（图6F)。控制信号Vp_en用于启 用电荷栗135以产生用于烧断熔丝Fx和反熔丝的高电压Vp，或者以其它方式对Rtricklel40 的电阻进行编程。
[0077]电荷栗135详细示于图6B中，并且用于从IPG 10中的电源产生编程电压Vp，其可为 Vbat。电荷栗135具有常规设计。时钟生成器132用于产生时钟信号φ?和φ2,其为异相的，因 此在不同时间处于高电平。时钟生成器132可从IPG 10中存在的系统时钟CLK中产生这些时 钟信号，所述时钟还可由微控制器100和前述ASIC接收。电荷栗135包含大量的二极管/电容 器级，其中时钟信号φ?和φ2分别升高被存储在奇数和偶数级中的电容器上的电压。二极管 可防止被存储在电容器上的电荷在电荷栗135中后向泄漏，因此各级的电压增大。使用这种 电荷栗，产生的编程电压Vp将为输入电压(例如，Vbat)、时钟信号的量值、使用的级的数量 以及二极管两端的阈值电压降的函数。可替代地使用其它高电压生成电路，包括基于不同 电容器的电荷栗、基于感应器的升压转换器，等等。这些电路中的一些可已经存在于IPG 10 并且用于其它目的，并且也可不时地额外用于产生Vp。
[0078] 图6C示出可调电阻Rtrickle 140的一个示例。如所示，Rtrickle包含主电阻器R， 其可包含上文结合现有技术论述的200欧姆电阻器。包括与R串联的多个级，其各自包含并 联耦合的微调电阻器Rx和熔丝Fx。熔丝Fx可具有如集成电路技术中所使用的常规设计，并 且可以以许多不同的方式形成。微调电阻器Rx可小于主电阻器R，并且可包含，例如，10欧 姆。
[0079] 正如Iactive在IPG10的寿命内通常根据存储在容量相关的参数日志120中的参数 而减小，Itrickle通常也通过Rtrim控制信号的运行而减小，因为这些相同的参数也将提示 许可I trick 1 e的调整。在这点上，新的IPG 10中的Rtrick 1 e 140优选地处于其最低点，因此 没有熔丝Fx最初被烧断。因而，通过熔丝Fx绕过微调电阻器Rx，并且Rtrickle = R。在各种时 间，充电调整算法150可判定应调整(例如，增大)Rtrickle 140。当此发生时，所述算法致使 微控制器100通过总线88向源控制器130发出信号，其进而断定Vp_en以及控制信号Rtrim中 的一个或多个。
[0080]例如，假设充电调整算法150已判定微调电阻器R0将被编程为与主电阻器R串联以 增大Rtrickle 140。（如下文将进一步论述，优选地，对Rtrickle 140的这种编程出现在电 池36已被充电之后。此可确保Vbat足够高以可靠地产生对Rtrickle编程所必需的电压和控 制信号）。优选地，源控制器130将首先发出控制信号Vp_en以向电荷栗135提供时间以产生 适当的编程电压Vp。一旦建立Vp，则源控制器130发出与微调电阻器R0相关联的控制信号 RtrimO。如图6C所示，将此控制信号呈现给耦合到熔丝F0两侧的晶体管，其致使在F0两端呈 现Vp和接地以将其烧断。（尽管未示出，但是可将Rtrim控制信号电平移动到Vp以确保对晶 体管的适当控制。应注意，从Vdc正向偏压到Vbat的下游二极管52(图4)可防止Vbat在编程 过程中短接到接地）。
[0081 ] 因此，在涓流充电路径中不再绕过微调电阻器R0,因此Rtrickle 140的电阻增大 到R+R0,由此减小Itrickle。随时间的流逝，如由充电调整算法150所指示，Rtrickle可进一 步增大以增加 R1 (通过根据Rtriml烧断熔丝F1)，等等。因此，可在IPG10的寿命内调整 Rtrickle和I trickle。一旦被编程，则当主动控制不可靠时，这种调整是被动的，并且非依 赖于在涓流充电期间必须被断言的控制信号。
[0082] 应注意，图6A-6C所示的用于调整Itrickle的手段仅为用于说明目的简单示例，并 且可进行许多变化。例如，如图6D所示，Rtrickle 140中的一个或多个级可包括能够从开路 状态编程为短路状态的反熔丝(AF)。因此，在编程之前，反熔丝AF被断开，并且Rtrickle(R+ RX)中包括微调电阻器RX。在编程之后，反熔丝绕过RX，其电阻随后从Rtrickle移除。注意 到，此提供其中可随时间减小Rtrickle 140的方式示例，如通过所述算法150确定，或用于 其它原因。
[0083] 在图6E示出的另一示增大例中，将处于Rtrickle 140的一个或多个级中的微调电 阻器并联连接。如所示，将微调电阻器中的一些与熔丝串联连接，而将其它与反熔丝串联连 接。因此，在编程之前，将具有熔丝的微调电阻器与微调电阻器RY并联耦合，由此有助于使 级的电阻减小到低于RY的值。对熔丝的编程(打开)允许所述级的总电阻增大，而对反熔丝 的编程(短路)允许总电阻减小，因此允许Rtrickle增大或减小，并且允许Itrickle分别减 小或增大。
[0084]图6F示出其中使用非易失性存储器单元对Rtrickle 140的一个或多个级进行非 破坏性地编程的另一示例。如所示，具有浮动栅的晶体管出现在微调电阻器上。当断定控制 信号Rtrim时，将控制电压传送到晶体管以允许通过将负电荷存储在浮动栅上以断开晶体 管(耗尽模式)对其进行编程，或通过移除浮动栅上的负电荷以接通晶体管(增强模式)对其 进行清除。优选地，对浮动栅晶体管的这种控制发生到浮动栅可在涓流充电过程中被动地 控制晶体管的运行的程度，而不断定晶体管控制信号，并且不管这种晶体管控制信号可能 浮动到的电压。本领域的技术人员将理解，提供给浮动栅以用于编程或擦除的控制电压将 不同，并且可由不同的电荷栗生成。简言之，通过对浮动栅晶体管进行编程，可将微调电阻 器RZ包括在Rtrickle中，并且可减小Itrickle。通过擦除浮动栅晶体管，可绕过微调电阻器 RZ，并且可增大I trickle。
[0085] 应注意，尽管关于电池容量和延长IPG中的可再充电电池寿命的关注已推动了所 公开的对Rtrickle和I trickle的调整，但是发明人相信这些调整凭其自身力量是新颖的。 这是显著的，因为可能希望出于与电池容量事项无关的原因来调整Itrickle或Rtrickle。 在一个示例中，可能希望通过Rtrickle来调整Itrickle，因为Vdc，即前端充电电路96(图2) 所产生的电压，在患者之间可能不同。Vdc根据外部充电器90的充电线圈92与IPG 10中的充 电线圈44之间的耦合变化，其中所述耦合受到线圈之间的距离、轴向偏移和角偏移的影响。 参看，例如，美国专利申请公开案2013/0096651。因为不同患者具有以不同的深度和角度植 入的IPG，所以Vdc在患者之间将不同。具有较浅（良好耦合)植入的第一患者将比具有较深 (不良耦合)植入的第二患者寄存更高的Vdc，由此寄存更高的Itrickle。因此，其可有效用 于将公开的调整用于涓流充电路径以减小第一患者的基线Itrickle电流（通过增大 Rtrickle)，或增大第二患者的基线Itrickle电流(通过减小Rtrickle)。在现有技术(例如， 图2)中，这种调整是不可能的，因为涓流充电路径(例如，电阻器50)的电阻在IPG的制造过 程中使用不可调整组件来预设。
[0086] 图7A示出一个示例中的充电调整算法150。如所示，优选地，无论何时充电会期开 始，即，当IPG 10感测到存在适用于充电的Vdc时，则算法150开始运行。然而，非必须严格如 此。替代地，算法150可按时间表运行(例如，一个月一次），因此可仅确定在该时间表上是否 许可调整。此外，可在充电会期外运行或确定算法150的一些部分。
[0087]若￥&&丨〈￥丨1 = 2.7￥，则可如前述开始涓流充电，或许使用在算法150的先前运行期 间调整的Rtrickle 140,如下文将解释。一旦在一些量的涓流充电之后Vbat>Vtl，或者若最 初Vbat>Vtl，则算法150准备使用源56进行主动充电。尤其，给定容量相关的参数日志120 (图5A)或当前容量相关的参数120'（图5B)，则算法150在此步骤确定最佳的Iactive(并且， 若必要，Rtrickle)的值。接着，将容量相关的参数与电池容量数据库122 (图5C)中的数据进 行比较以确定Iactive和/或Rtrickle。注意到，确定Iactive和Rtrickle发生在其中电池电 压适当地高(>2.7)的过程中的点以确保在微控制器100中能够可靠地出现这种处理。
[0088] 图7B进一步示出充电调整算法150可执行以确定如何调整Iactive的子步骤。算法 150可开始于将要被用于Iactive的初始值（1&(31:;^6(;[11；[1:))的假设。此可能为根据前述现 有技术的用于Iactive的值(例如，50mA)。
[0089] 算法150查询当前容量相关的参数120 '的值;若未提前确定和存储，则所述算法可 从此时的日志120确定该值。接着，如上文所解释，使用电池容量数据库122来确定针对这些 值中的每一个所许可的电池容量的百分数变化。为了易于理解随后的处理，在图7B中提供 百分数变化的实际值。此外，还可从数据库122检索各个参数的权重和优先级（若存在的 话)。
[0090] 此时，算法150将确定应用于Iactive( ini t)的总百分数变化，并且对数据进行的 以确定此总百分数变化的处理可以若干不同的方式出现，图7C示出所述方式中的一些。例 如，算法150可仅使用最大百分数变化(-7%)，基于此容量相关的参数对电池容量的影响最 大。替代地，算法150可对所确定的百分数进行求和(-28%)或取平均值(-3.5%)，从而在一 定程度上考虑各个参数的影响。
[0091 ]替代地，算法150可仅考虑特定数量(例如，X = 3)的最高确定的百分数(-7，-6，-5% )，并且从随后的分析中丢弃所有其它较低百分数，因为其对电池容量的影响太微小。接 着，如前述，可对这些剩余百分数进行求和(-18%)或取平均值(-6%)。替代地，可使用检索 到的权重(若存在)对这些剩余百分数进行加权，并求和(-9.2%)。
[0092] 替代地，算法150可仅考虑特定数量(例如，X = 3)的所确定的具有最高优先级（1，2 和3)的百分数（-2，-7，-5%)，若存在这种数据的话。接着，可对这些百分数进行求和（-14%)，取平均值(-4.7%)，或加权并求和(-10.6%)，如上文所述。
[0093] 在又一示例中，算法150可对所有确定的百分数进行加权，若存在这种加权数据的 话。接着，可对这些所得加权百分数进行求和(-14.1%)。此可包含对百分数进行处理的最 优选方式，因为考虑了所有方式，其中具有较小相关性的容量相关的参数对总百分数变化 的影响较小。替代地，最相关的加权百分数可被进一步考虑（-5.6，-3，-2%)和求和（-10.6%)〇
[0094] 用于处理所确定的百分数以达到指示出电池容量整体变化的总百分数变化的所 有这些替代方式均具有一些合理基础，并且当应用于调整Iactive时，其中的任一者将辅助 减缓IPG10的寿命中的电池容量的损失，虽然程度不同。取决于制造商偏好和经验，还可能 存在用于处理容量相关的参数的其它方式。
[0095] 一旦确定总百分数变化，则将其应用于IactiVe(init)以确定应由源56在IPG寿命 中的此点产生的Iactive的值，从而减缓电池容量的减小。此示于用于图7C所描绘的各种总 百分数变化的图7D中。尽管图7D中示出Iactive的调整符合为可再充电电池确定的总百分 数变化（即，以相同的百分数），但是应注意，非严格需要这些百分数的一一对应关系，并且 在将其应用于Iactive(init)之前可对总百分数变化执行其它比例放缩或处理。
[0096] 返回图7B，充电调整算法150此时可确定是否还应调整Rtrickle。可使用与用于调 整Iactive的相同的总百分数变化来进行这种调整，从而本质上尝试调整Itrickle以使其 与Iactive成比例。例如，假设涓流充电路径(包括Rtrickle 140和二极管52(图4))的总电 阻为约400欧姆。为简单起见，进一步假设如图6(3所示形成Rtrickle 140,允许Rtrickle增 大。进一步假设各级中的微调电阻器可对总涓流充电路径电阻增加10欧姆，即，增大2.5%。 随着总百分数变化跨过这些增量(即，-2.5 %、-5 %、-7.5 %等等），算法150可确定是时候在 下一个开路级烧断下一个熔丝（例如，F0、F1、F2等等）。以此方式，Itrickle将粗略地与 Iactive成比例。注意到，算法150不必在每个充电会期都调整Rtrickle，并且实际上，希望 在IPG10的寿命期间仅出现少量的对Rtrickle的编程，尽管此取决于Rtrickle 140中的各 个级可调整电阻的量以及使用的级的数量。
[0097]算法150并非总是能够根据Iactive所使用的总百分数变化来调整Rtrickle，因为 Rtrickle 140所使用的配置可能不能执行该变化。例如，假设在先前充电会期中总百分数 变化被确定为-3%，并且此时烧断熔丝F0以使Rtrickle 14增大2.5%。若确定稍后的单一 百分数为-1 %，则会优选地减小Rtrickle。然而，若如图6C所示配置Rtrickle，则电阻可能 不减小（仅增大），因此算法150将保留Rtrickle的电阻不变。（注意到，图6D-6F的Rtrickle 配置将允许Rtrickle减小）。
[0098] 在确定Iactive和Rtrickle之后，并且返回图7A，充电调整算法150接着控制源56 产生具有用于Iactive的所确定的（调整后的）值的充电电流。如前述，此涉及微控制器100 通过总线88指示源控制器130以断定适当的Itrim控制信号。应注意，可通过使用更多数量 的Itrim控制信号（因此，参考电流生成器电路113中更多数量的级（图3A))来以更细分辨率 在源56中调整Iactive。
[0099]如图7A中虚线框所示，充电调整算法150还可考虑所确定的Iactive是否处于限度 内，并且在此限度外可选择不调整Iactive，即使总百分数变化提示这样做也是如此。例如， 算法150可能不允许对高于或低于最大限度的Iactive进行调整。例如，算法150可能不允许 建立IactiveMOOmA，因为源56可能不能提供这种充电电流，或者因为这种充电电流将损坏 1?6或不安全。替代地，例如，算法150可能不允许1&(31:;^6〈811^，因为在低于此的电平下充电 可能太不重要(并导致较长的充电会期时间），从而使由算法150提供的减缓电池容量的减 小的益处被这些实际考虑事项重过。
[0100] 继续参照图7A，通过源56以所确定的Iactive对电池36进行主动充电，并且随着 \^^1:增大，将最终提供恒定电压充电，如上文所解释。当电池充满时(\^3&〖='\%^ = 4.2\〇， 充电停止。
[0101] 此时，若需要，充电调整算法150根据其更早期确定的值调整Rtrickle，即使在所 述算法的运行期间的更早期已发生涓流充电也是如此。换句话说，为了下一个充电会期的 益处，调整Rtrickle(由此调整Itrickle)。在算法150中此时调整Rtrickle是优选的，因为 电池36现在被充满，所以对Rtri ckl e 140的编程中所涉及的电路(包括电荷栗135)的运行 (图6A-6F)应最佳且最可靠。因此，如前述并且若可能，微控制器100通过总线88指示源控制 器130断定适当的Rtrim控制信号以对Rtrickle进行编程。同样，若Rtrickle处于最小或最 大限度外，算法150可选择不调整Rtrickle。
[0102] 应注意，充电调整算法150中所执行的步骤的所示顺序仅是示例，并且能够以不影 响其整体结果的方式对所公开的顺序进行改变。此外，并非所有的步骤均为必不可少的，并 且还可包括其它步骤。
[0103] 图8大体上示出在IPG10寿命内的时间ta、tb和tc出现的充电会期期间如由充电调 整算法150所控制的改良充电电路180的运行，以产生由严重耗尽的电池36所接收的作为时 间的函数的充电电流(Ibat)。在本示例中，为简单起见，通常假设容量相关的参数将通常许 可在IPG10的寿命内减小充电电流以保持电池容量并由此延长IPG的寿命。因此，可看出，通 过算法150的运行，Itrickle(由涓流充电路径通过Rtrickle产生)和Iactive(由源56产生） 两者均随时间而减小。因此，如所描绘，此可延长充满电池36所必需的时间以及充电模式变 化(在涓流充电、恒定电流充电和恒定电压充电之间）时所需的时间，这是因为由于充电电 流Itrickle和Iactive减小，Vbat将更为缓慢地增大。然而，注意到，此充电时间的延长可由 随时间的流逝出现的电池容量的减少而有所缓和，这会一直出现，尽管通过使用本发明公 开的技术减慢了其速率。
[0104] 尽管公开了充电调整算法150可有效用于调整Iactive和Itrickle两者，但是应注 意，所述算法可用于仅调整充电电流之一。实际上，非严格要求包括涓流充电路径，如上文 参考的美国临时专利申请案61/928，342中所论述。
[0105] 尽管公开了如从微控制器100到源控制器130的步骤出现的对充电电路180的控 制，但是非必须采用这种区分控制的方法。替代地，用于充电电路180的控制电路，包括能够 执行算法150的电路，可替代地集成入其它MD设计中，例如，位于单个集成电路上。充电电 路180本身还可集成有这种控制电路，例如，前述ASIC。
【主权项】
1. 一种用于医疗设备的电路，包含： 可再充电电池； 控制电路，其被配置成确定所述电池的容量；以及 源电路，其被配置成向所述电池提供充电电流； 其中，所述控制电路被配置成控制所述源电路以根据所确定的电池容量来调整所述电 池充电电流的量值。2. 如权利要求1所述的电路，其中，所述控制电路包含： 存储器，其被配置成存储对所述可再充电电池的容量具有影响的至少一个参数，其中， 所述至少一个参数是选自由与下列各项相关的一个或多个参数组成的群组：电池的先前充 电、医疗设备用以提供治疗的先前使用以及电池的年龄； 算法，其中所述控制电路被配置成执行所述算法以使用所述至少一个参数来确定所述 电池的容量。3. 如权利要求2所述的电路，其中，所述至少一个参数以时间的函数存储在所述存储器 中。4. 如权利要求2所述的电路，其中，所述至少一个参数存储为供所述算法使用的当前 值。5. 如权利要求2-4中任一项所述的电路，其中，所述至少一个参数包括从在所述电池的 先前充电或所述医疗设备的先前使用期间测量的至少一个其它参数中计算的值。6. 如权利要求2-4中任一项所述的电路，其中，与所述可再充电电池的先前充电相关的 参数包含:先前充电会期的数量、先前充电会期开始时电池的电压、先前充电会期结束时电 池的电压、先前充电会期的持续时间、先前充电会期期间向电池提供的电荷、包含先前充电 会期开始和结束时的电池电压差的放电深度、以及先前充电会期期间向电池提供的电池充 电电流。7. 如权利要求2-4或6中任一项所述的电路，其中，与医疗设备用以提供治疗的先前使 用相关的参数包含:先前使用期间可再充电电池的电压、先前使用期间从电池拉出的负载 电流、先前使用期间从电池拉出的功率、使用的持续时间以及先前使用期间从电池拉出的 电荷。8. 如权利要求2-7中任一项所述的电路，进一步包含：电池容量数据库，其中所述电池 容量数据库将所述至少一个参数与电池容量的变化相关联，其中所述算法将所述至少一个 参数与电池容量数据库中的容量的变化进行比较以确定所述电池的容量。9. 如权利要求2-8中任一项所述的电路，所述算法被配置成通过生成用于控制所述源 电路的一个或多个控制信号来调整所述电池充电电流的量值。10. 如权利要求2-9中任一项所述的电路，其中，所述存储器进一步包含:至少一个参数 中每一个的权重或优先级，其中所述算法被配置成使用所述至少一个参数的权重或优先级 或两者皆有来确定所述电池的容量。11. 如权利要求1-10中任一项所述的电路，其中，所述源电路包含：电流反射镜，其被配 置成根据接收到的参考电流产生电池充电电流。12. 如权利要求11所述的电路，其中，所述控制电路被配置成通过使用所述一个或多个 控制信号调整所述参考电流的量值来调整所述电池充电电流的量值。13. 如权利要求1-12中任一项所述的电路，进一步包含：前端电路，其被配置成在接收 到无线充电场时生成DC电压，其中，所述源电路是由所述DC电压供电。14. 如权利要求13所述的电路，其中，所述前端电路进一步包含:线圈，其被配置成由所 述无线充电场激励；以及整流器电路，其被配置成从所述被激励的线圈产生DC电压。15. 如权利要求1-14中任一项所述的电路，其中，所述算法被配置成若确定所述可再充 电电池的容量减小则减小所述电池充电电流的量值。16. -种对医疗设备的可再充电电池进行再充电的方法，包含： 确定所述可再充电电池的容量；以及 根据所确定的可再充电电池的容量调整向所述电池提供的电池充电电流的量值。17. 如权利要求16所述的方法，其中，所述医疗设备进一步包含:存储器，其被配置成存 储对所述可再充电电池的容量具有影响的至少一个参数，其中所述至少一个参数是选自由 与下列各项相关的一个或多个参数组成的群组：电池的先前充电、医疗设备用以提供治疗 的先前使用、以及电池的年龄;并且 其中，所述电池的容量根据所述至少一个参数来确定。18. 如权利要求17所述的方法，其中，与所述可再充电电池的先前充电相关的参数包 含:先前充电会期的数量、先前充电会期开始时电池的电压、先前充电会期结束时电池的电 压、先前充电会期的持续时间、先前充电会期期间向电池提供的电荷、包含先前充电会期开 始和结束时的电池电压差的放电深度、以及先前充电会期期间向电池提供的电池充电电 流。19. 如权利要求17或18所述的方法，其中，与医疗设备用以提供治疗的先前使用相关的 参数包含:先前使用期间可再充电电池的电压、先前使用期间从电池拉出的负载电流、先前 使用期间从电池拉出的功率、先前使用的持续时间以及先前使用期间从电池拉出的电荷。20. 如权利要求17-19中任一项所述的方法，其中，所述医疗设备进一步包含：电池容量 数据库，其将所述至少一个参数与电池容量的变化相关联，其中所述方法通过将所述至少 一个参数与所述电池容量数据库中的容量的变化进行比较来确定所述可再充电电池的容 量。21. 如权利要求16-20中任一项所述的方法，进一步包含:在接收到无线充电场时生成 DC电压，其中所述DC电压提供电力以提供所述电池充电电流。22. 如权利要求21所述的方法，其中，所述DC电压是由前端电路生成，所述前端电路进 一步包含:线圈，其被配置成由所述无线充电场激励；以及整流器电路，其被配置成从所述 被激励的线圈生成DC电压。23. 如权利要求16-22中任一项所述的方法，其中，若确定所述可再充电电池的容量减 小，则减小所述电池充电电流的量值。24. 如权利要求16-23中任一项所述的方法，其中，所述电池充电电流由源电路沿主动 充电路径生成，并且其中，通过控制所述源电路来调整所述电池充电电流的量值。25. 如权利要求16-24中任一项所述的方法，其中，沿包含电阻的被动涓流充电路径向 所述电池提供所述电池充电电流，并且其中，通过调整所述电阻来调整所述电池充电电流 的量值。26. 如权利要求16-25中任一项所述的方法，其中，在所述医疗设备的使用寿命内多次 执行所述方法以调整所述电池充电电流的量值。27. -种用于医疗设备的电池充电电路，包含： 可再充电电池； 前端电路，其被配置成在接收到无线充电场时生成DC电压； 介于所述DC电压和所述电池之间的被动涓流充电路径，其被配置成将第一电池充电电 流传送到所述电池，其中所述涓流充电路径包含电阻；以及 控制电路，其被配置成调整所述电阻。28. 如权利要求27所述的电路，其中，所述控制电路进一步被配置成执行算法，其中所 述算法被配置成确定所述可再充电电池的容量。29. 如权利要求28所述的电路，其中，所述算法进一步被配置成:根据所确定的电池容 量调整所述电阻。30. 如权利要求28所述的电路，其中所述算法被配置成若确定所述可再充电电池的容 量减小则增大所述电阻。31. 如权利要求28中任一项所述的电路，进一步包含:存储器，其被配置成存储对所述 可再充电电池的容量具有影响的至少一个参数，其中所述至少一个参数是选自由与下列各 项相关的一个或多个参数组成的群组：电池的先前充电、医疗设备用以提供治疗的先前使 用、以及电池的年龄。32. 如权利要求31所述的电路，其中所述算法被配置成使用所述至少一个参数来确定 所述可再充电电池的容量。33. 如权利要求32所述的电路，进一步包含：电池容量数据库，其中所述电池容量数据 库将所述至少一个参数与电池容量的变化相关联，并且其中所述算法将所述至少一个参数 与电池容量数据库中的容量的变化进行比较以确定所述电池的容量。34. 如权利要求27-33中任一项所述的电路，其中，所述电阻是由多个电阻器级组成。35. 如权利要求34所述的电路，其中，所述控制电路被配置成通过将所述电阻器级编程 为包括或不包括在所述电阻内来调整所述电阻。36. 如权利要求35所述的电路，其中，所述电阻器级被破坏性地编程。37. 如权利要求27-36中任一项所述的电路，其中，所述涓流充电路径进一步包含从所 述DC电压向所述电池正向偏压的至少一个二极管。38. 如权利要求27-37中任一项所述的电路，进一步包含:介于所述DC电压和所述电池 之间的主动充电路径，其被配置成向所述电池传送第二电池充电电流。39. 如权利要求38所述的电路，其中，所述主动充电路径进一步包含：用于生成所述第 二电池充电电流的源电路。40. 如权利要求39所述的电路，其中，当所述电池的电压高于阈值时启用所述源电路以 生成所述第二电池充电电流。
【文档编号】A61N1/378GK105916551SQ201580004988
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年1月12日
【发明人】戈兰·N·马恩费尔特, 拉斐尔·克尔布纳鲁, 乔迪·巴拉蒙
【申请人】波士顿科学神经调制公司