用于可植入医疗装置的电源断电流测量的制作方法_4

文档序号:9731107阅读:来源:国知局
。总之,它仅在一些实现方式中是必要的,其中该测量电路102在其下降时并且在开关电路102被断开时测量Vbat’一次。
[0068]Vbat’1也可以在t = 0处断开开关电路102之后显著地发生,如图7示出的。在此,在t = 0处开关电路102已经被断开并且Vbat’已经开始下降之后在t = 0.25处测量Vbat’1。同样地,在t = l.5处开关电路102被闭合之前显著地在t = l.25处测量Vbat’2。在该示例中使用在两个测量之间的不同的较小的时间段A T(1.25-0.25 = 1.0秒)而将Δ Vbat ’与Ibat相关,即,
[0069]Ibat(avg)= ΔVbat,*Cbat/ΔT,
[0070]在该示例中将使用较小质量阀值Vbat(th)(例如,IV)以解释在两个测量之间
[0071]的较小的时间段ΔΤ。
[0072]应当记住的是,用于确定Vbat’下降的速率的相关的时间段ΔΤ—即,与负载电流Ibat (avg)成比例一包括测量之间的时间段,但这仅在开关电路102被断开时。这在图7中不是问题,因为在开关被断开时进行测量Vbat’ 1和Vbat’2,并从而△ T简单地包括那些测量之间的差。然而,如果测量Vbat ’ 1过去很久,例如在t = -10s(可能在Vbat的IPG的日程监测期间),则开关电路102断开之前的时间未被包括在ΔΤ中。例如,如果在这种情况下在t = 0处开关电路102被断开并且在1.25s处测量Vbat’2,则反映Vbat’的下降速率的相关时间段是Λ T = 1.25s,而不是11.25s。总之,有关的时间段Δ T不必由Vbat,测量所采取的时间来限定。
[0073]图8进一步不出开关电路102的个不例的细节。最后,在本不例中电池(Vbat)和IPG电路(Vbat’)由P沟道晶体管106连接或断开。晶体管106可以包括高侧电源开关107中的组件,诸如由Analog Devices公司制造的零件号ADP190/ADP191,其另外地包括逆变器101、电平移位器103和二极管109。优选使用这些部件,因为它们提供了低在电阻(约0.1欧姆),体积小,并且汲取很少的功率。新增的107之外是N沟道晶体管104和上拉和下拉电阻器R1和R2,其优选是大的(例如,1兆欧)以保存功率。这些附加组件是优选的,以确保电池14p(Vbat)默认连接到IPG电路(Vbat’),即使当IPG 10被首先供电时也是如此。在这种情况下,R2将Sbat拉到地(Sbat = 0),以确保晶体管104处于关闭,并且R1将变频器101的输入拉到高,这将反过来(通过电平移位器103)将晶体管106的栅极拉低,从而闭合晶体管106并且将Vbat’连接到Vbat。当Sbat被认定采取公开测量(Sbat = 1)时,晶体管104闭合,将接地传递到逆变器101的输入并且主导上拉电阻R1。从而逆变器101将(通过电平移位器103)晶体管106的栅极拉到高,从而断开该晶体管并且将Vbat与Vbat’断开连接。然而图8的开关电路102仅仅是一个示例,和可以使用更简单的电路。例如,Sbat可以被直接提供给逆变器101的输入,或者可以被提供到诸如106的单个晶体管的栅极。虽然Sbat是有效高的以在电流测量期间断开开关电路102,而但在其它示例中它可以为有效低的。
[0074]如前所述,本发明期望确定从特定电源(除了主电源Vbat之外)汲取电流的能力,以缩小可能汲取过量电流的IPG 10中的电路。电流测量电路105适于这种测量。例如,如示出在图9A中,除了如前从主电源电压Vbat测量电流汲取(Ibat)之外,电流测量电路105也被配置成同时确定从V+电源电压的汲取的电流(1+),即由DC-DC转换器62(图4)提供的,以给DAC64供电而产生治疗脉冲。在这方面,请注意,电容C+与电源电压V+’并联出现,它可以包括在转换器62的输出中和DAC 64的输入中固有的电容,但是其将可能主要包括添加到过滤器的意图电容并稳定V+。
[0075]如所示,A/D74接收Vbat’和V+’作为输入,并且使用启用信号ENbat和EN+时间复用它们的测量,如在图9B中详细示出的。在这个示例中,在t = 0之前,该微控制器58已经指示DC-DC转换器62产生18V的V+的最大电压。EN+被激活以测量V+’1,接着激活ENbat测量Vbat’1。然后,开关电路102在t = 0处如之前那样被断开(Sbat=l)。另外地,微控制器58禁用转换器62(S+=1),这使得V+’根据C+和从其汲取的电流1+而下降。所描绘的V+’将平稳下降,因为电流1+不应该经历显著变化,并且测量期间保持在显著的值以允许DAC 64在不中断的情况下产生电流脉冲。启用信号EN+和ENbat再次被激活以朝着时间段Tbat的结束来测量V+’2和Vbat’2,并且在t = 1.5处开关电路102再次被闭合并且转换器62被启用(Sbat = S+=0)。然后A Vbat’和△ V+’可以被计算(在IPG或外部装置中)以确定Ibat(avg)(如上所述)和I+(avg),其中
[0076]I+(avg)= ΔV+’*C+/Tbat
[0077]Δ Vbat’和Δ V+’还可以与阀值Vbat(th)和V+(th)进行比较以进行质量确定Ibat和1+是否太高。在该示例中阀值V+(th)能够被设为0.55V。
[0078]虽然图9A和图9B示出了同时确定Ibat和1+的便利性,但是注意1+也可以不在开关电路102处将Vbat断开连接的情况下由其自己确定。替代地,微控制器58可以简单地暂时禁用DC-DC转换器62(例如,S+=l从t = 0到1.5),以防止其进一步生成电源电压V+,并且允许V+ ’下降以允许进行1+测量。
[0079]这个示例示出了额外开关电路102的使用不一定需要按公开的技术测量电流并将电流汲取负载与它的源隔离。如在图9C中示出的,如果可以禁用产生特定电源(例如,V+)的电路(诸如DC-DC转换器62),则在暂时时间段内的这个禁用能够有效地操作以将负载(V+)与其电源断开连接而不需要开关电路102。实际上,禁用电源生成电路块可以实际上涉及断开开关以将该块与其电源断开连接,在这种情况下,这内置禁用开关如公开的开关电路102那样有效地使用。
[0080]虽然在图9C中没有示出,但是在IPG10中的升压转换器70也可以类似地由微控制器58进行启用和禁用,从而允许在时间段Tup上经由Vup’1和Vup’2测量从电源电压Vup(即,Iup)汲取的电流。在另一示例中,如果希望的是测量从电源电压Vd汲取的Id,则必要的的是:暂时禁用产生Vd的调节器46,或暂时禁用将Vup提供到调节器48的升压转换器70上游。然而,在这些示例中不能假设这些电源电压必须可以在相同的时间段内被禁用,如前面所述(Tbat)的Vbat中。这是因为连接到每个电源电压的负载电路将有它们自己的电容,其将确定在给定的正在汲取的电流下,电源处的电压将多快下降。
[0081]图10A-10C提供以下复杂方案,其中电流测量电路105被缩放使得每个电源电压(Vbat、Vup、Va、Vd、Vf、V+)设置有其自己的开关电路(102bat、102up、102a、102d、102f、102+)以能够独立或同时测量从这些电源中的每一个汲取的电流(分别为I bat、Iup、I d、I a、I f、1+)。另外地,这些电源电压的一些分支设置有开关电路102,以评估刚刚从这些分支汲取的电流。例如,如在图10A中示出的,电源电压到DC-DC转换器62A(Vbat的分支)设置有开关电路102dc,其允许确定仅转换器62的电流(Idc)。同样地,电源电压到调节器48(Vup的分支)设置有开关电路102_48,其允许确定仅调节器的电流(148)。其他电源电压,或它们的分支,或其电流汲取期望知道的在IPG 10中的实际上任何电压都可以同样地设置有其自己的专用开关电路102。
[0082]应当指出,在图10A中描绘的特定开关电路102可以已经存在于给定的IPG10中,并且从而该预先存在的开关只需要由微控制器58进行适当控制,并根据公开的技术连接到电流测量电路105。如已经指出的,这可以是用于升压转换器70和DC-DC转换器62的情况。IPG10中的其他电路可以同样地已经具有也可以被使用的合适的开关电路。总之,对于多个电源的公开的电流测量技术的实施方式可以不一定需要将开关电路102添加到每个感兴趣的电源。尽管如此,在所描绘的实施例中将简单假设,离散的开关电路102用于每个电源。
[0083]如在图10B中示出的,在IPG中的微控制器58被编程(110)有时间段Tx,其中各种开关电路102χ应经由各自的控制信号Sx被断开,以允许测量从关联的电源电压Vx汲取的电流。再次,这样的时间段Tx将取决于固有或在各种电源处有意提供的电容Cx。优选地确定Tx以允许从电源电压Vx汲取的电路在不间断地情况下继续这么做,并且没有停止操作,因为这种电路没有接收可接受的电力。例如,如果在电源电压Vd处的电容Cd相对大,并且如果预期的汲取的电流Id相对小,则其中应该使用信号Sd暂时断开开关电路102D的测量时间Td可以相对大。如果需要,并且如果它不会干扰IPG 10的操作,则为特定的负载电路可以改变Cx,以促进测量电流Ix。例如,如果在电源电压Vf处的电容Cf相对小,并且如果该预期的电流汲取Id相对大,则电容Cf可以有意增加以降低当断开连接时Vf’下降的速率,从而允许期间测量I f (Vf ’ 1、Vf ’ 2)的时间段Tf增加。
[0084]另外地,确定何时各种电压小号Vx’应被测量的启用信号ENx可以与存储在微控制器58中的值Tx相关联,或者基于该值Tx来确定,使得微控制器58可以在适当的时间发出测量启用信号ENx和开关控制信号Sx。例如,如果微控制器58知道用于给定的电源电压的Tx,并且当被调用以认定Sx暂时断开电源电压Vx以测量其电流Ix时,它可以就在Sx的认定(当开关102x断开时)之前认定启用信号ENx,以启用A/D 74测量Vx’1,又再一次就在解除认定Sx之前(当开关102x再次闭合时)测量Vx’2。然而,如上所述,Vx’l和Vx’2的测量需要确定ΔVx’,因此就在开关电路102x的状态改变之前Ix不需发生,并从而微控制器58可以根据Tx在不同时刻处认定ENx(参见,例如,图7)。图10C示出,在给定适于每个电源的电流测量的特定时间段Tx下,可控制各种开关电路102x所处的不同时序的示例。
[0085]如图10B所示,复用器108可以用于控制根据启用信号ENx在任何给定时刻由A/D74测量的电源电压Vx,并且微控制器58可以仲裁启用信号ENx的发出以确保一次仅测量一个电压。注意复用器108非常可以具有另外的输入以允许A/D 74测量IPG中的其它电压,并且样本和保持电路可以在对A/D 74的表示之前稳定该电压。参见,例如,美国专利申请公布2012/0095529。
[0086]从而图10A-10C的电流测量电路105允许在任何电源电压Vx处的电流Ix在任何时间被测量而不干扰IPG 10操作。如果需要并且如图10B所示,微控制器58也可以被编程
(110)有阀值Vx (th)以允许关于各种电流IX做出质量确定,如上所述。确定在
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