一种基于无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统的制作方法
【专利摘要】本发明的一种基于无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统，属于无线能量传输技术领域，其结构有发射端装置和接收装置，其特征在于，发射装置包括：交/直流电转换模块(1)、大功率E类放大器模块(2)、初级谐振器(3)、频率跟踪控制模块(4)和信号源模块(5)，接收装置包括：次级谐振器(6)和整流滤波稳压模块(7)。本发明具有使用方便、安全性高、稳定性高、非接触式供电等优点。
【专利说明】
一种基于无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统
技术领域
[0001]本发明属于无线能量传输技术领域，具体涉及一种基于磁耦合谐振式无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统。
【背景技术】
[0002]自从人类进入电气时代以来，电能的传输一直采用有线传输方式。随着微电子技术的发展，尤其是植入式医疗仪器的发展，对现有的电子设备的供电方式提出了更高的要求。由于传统的电能传输方式都是采用接触式传输，所以这种电能传输方式已经不能满足电子技术发展的需要了。因此，基于此问题就产生了一种以非电气直接接触方式来传输电能的技术，即无线能量传输技术(WPT)。
[0003]目前大多数植入式医疗设备使用传统的电池供电方式，这种供电方式虽然简单，但是需要定期手术更换电池，给患者带来了额外的痛苦。因此寻找一种非接触式充电技术给植入式医疗设备充电的问题引起了人们广泛的关注。现有的非接触式充电技术是利用电磁感应方式，充电器与用电设备之间以电磁感应传送能量，两者之间虽然不用导线连接，但是传输距离仅能达到毫米级。这个距离远远不能满足人们的需要。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服【背景技术】存在的不足，利用磁耦合谐振式无线能量传输技术，提供一种非接触式无线充电系统，以实现对植入式医疗设备的电池进行充电。
[0005]上述的技术问题可以通过以下技术方案实现:
[0006]—种基于无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统，其结构有发射端装置和接收装置，其特征在于，发射装置包括:交/直流电转换模块1、大功率E类放大器模块2、初级谐振器3、频率跟踪控制模块4和信号源模块5，接收装置包括:次级谐振器6和整流滤波稳压模块7;
[0007]所述的交/直流电转换模块I的结构为:变压器Trl的输入端接220V的市电，变压器Trl的一个输出端与二极管Dl的阴极、二极管D2的阳极、二极管D5的阴极、二极管D6的阳极接在一起，另一个输出端与二极管D3的阴极、二极管D4的阳极、二极管D7的阴极、二极管D8的阳极接在一起，二极管Dl的阳极、二极管D3的阳极、二极管D6的阴极和二极管D8的阴极接在一起，作为交/直流电转换模块I的输出负极，记为端口 M1_0UT-，二极管D2的阴极、二极管D4的阴极与电容Cl的一端、电阻Rl的一端以及三极管TI的集电极接在一起，电容Cl的另一端接端口 M1_0UT-，电阻Rl的另一端接运放Ul的同相输入端和稳压管VDZl的阴极，三极管Tl的基极接运放Ul的输出端，发射极接电阻R2的一端，并作为交/直流电转换模块I的输出正极，记为端口 M1_0UT+，稳压管VDZl的阳极接稳压管VDZ2的阴极和滑动变阻器R5的一端，稳压管VDZ2的阳极和滑动变阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑动变阻器R5的滑线端作为+5V供电端，记为端口Ml_0UT+5，电阻R2的另一端与滑动变阻器R3的一端相连，滑动变阻器R3的另一端与电阻R4的一端相连，滑线端与运放Ul的反相输入端相连，电阻R4的另一端接端口M1_0UT-，二极管D5的阳极、二极管D7的阳极与电容C2的一端、滑动变阻器R6的一端以及稳压管VDZ3的阳极相连，电容C2的另一端、滑动变阻器R6的另一端以及稳压管VDZ3的阴极共同接端口M1_0UT-，滑动变阻器R6的滑线端作为-5V供电端，记为端口Ml_0UT-5;端口M1_0UT+5和端口 Ml_0UT-5分别接运放Ul的正、负电源端，为运放Ul提供+5V和-5V电源;端口 M1_0UT+和端口 M1_0UT-分别与大功率E类放大器模块2的端口 M2_IN+和端口 M2-相连；
[0008]所述大功率E类放大器模块2的结构为:电容C3的一端与电感LI的一端相连并作为大功率E类放大器模块2的输入端正极，记为端口 M2_IN+，电感LI的另一端与电感L2的一端、电容C4的一端以及MOS管QI的漏极相连，电容C4的另一端与电容C5的一端、M0S管QI的源极以及MOS管Q2的漏极相连，电感L2的另一端与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与电容C7的一端相连，电容C7的另一端与电容C8的一端相连，并作为大功率E类放大器模块2的输出端正极，记为端口 M2_0UT+，电容C8的另一端与电容C5的另一端、电容C3的另一端以及MOS管Q2的源极接在一起，并作为大功率E类放大器模块2的输入、输出端负极，记为端口 M2-，端口M2_0UT+和端口 M2-分别与初级谐振器3正面的方形螺旋铜片的两端相连，端口M2_0UT+还与频率跟踪控制模块4的端口 M4_IN相连，端口 M2-接地；
[0009]所述的初级谐振器3和所述的次级谐振器6的结构相同，均为方形平面螺旋谐振器，均由三层组成，中间是介质层为聚乙烯板，介质层的正面是方形螺旋铜片，反面是正方形环状铜片；
[0010]所述的频率跟踪控制模块4的结构为:电容C9的一端、电容ClO的一端、滑动变阻器R8的一端、电阻R9的一端、电阻RlO的一端和芯片NE564的I引脚、10引脚一起接+5V供电端，电容C9的另一端、电容ClO的另一端和滑动变阻器R8的另一端接地，电阻R7的一端接滑动变阻器R8的滑线端，电阻R7的另一端接芯片NE564的2引脚，电阻R9的另一端接芯片NE564的16引脚，电阻RlO的另一端接芯片NE564的3引脚和4引脚，芯片NE564的4引脚、5引脚、7引脚分别通过电容C13、电容C14和电容C12接地，8引脚直接接地，12引脚和13引脚之间接相互并联的电容C15可变电容C16，6引脚和7引脚之间接电阻Rll，6引脚还接电容Cll的一端，电容Cll的另一端作为频率跟踪控制模块4的输入端，记为端口M4_IN，电容C17的一端接芯片NE564的14引脚，另一端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接运放U2的反相输入端，运放U2的同相输入端通过电阻R14接地，反相输入端和输出端之间接电阻R13，正、负电源端分别接+5V电源和-5V电源，输出端接电阻Rl 5的一端，电阻Rl 5的另一端作为频率跟踪控制模块4的输出端，记为端口 M4_0UT，与信号源模块5的端口 M5_IN相连；
[0011]所述的信号源模块5的结构为:芯片MAX038的2引脚、3引脚、4引脚、6引脚、7引脚、9引脚、11引脚、12引脚、13引脚、15引脚均直接接地，5引脚通过电容C18接地，17引脚和20引脚分别接+5V电源和-5V电源，并分别通过电容C20和电容C19接地，I引脚与电阻R16的一端、滑动变阻器R18的一端相连，滑动变阻器R18的另一端接地，滑线端接芯片MAX038的8引脚，电阻R16的另一端与滑动变阻器R17的一端相连，滑动变阻器R17的另一端与滑线端相连以及芯片MAX038的10引脚相连，并作为信号源模块5的输入端，记为端口 M5_IN，芯片MAX038的19引脚作为信号源模块5的输出端，记为端口 M5_0UT，接大功率E类放大器模块2中的MOS管Ql和MOS管Q2的栅极；
[0012]所述的整流滤波稳压模块7的结构为:芯片bq51013的AD引脚、PGND引脚、ENl引脚和EN2引脚均直接接地，AC I引脚与电容C21的一端、电容C2 2的一端、电容C2 3的一端、电容C24的一端以及电容C28的一端相连，电容C21的另一端、电容C22的另一端分别与芯片bq51013的⑶MMl引脚、BOOTl引脚相连，电容C24的另一端与电容C25的一端、电容C26的一端、电容C27的一端以及芯片bq51013的AC2引脚相连，电容C25的另一端、电容C26的另一端、电容C27的另一端、电容C28的另一端分别与芯片bq51013的B00T2引脚、C0MM2引脚、CLAMP2引脚、CLAMPl引脚相连，电容C23的另一端、芯片bq51013的AC2引脚分别与次级谐振器6正面的方形螺旋铜片的两端相连，芯片bq51013的IUM引脚和PGND引脚之间接电阻R19，VTSB引脚和TS/CTRL引脚之间接电阻R20，TS/CTRL引脚通过并联电阻R21和热敏电阻NTC接地，RECT引脚通过电容C29接地，OUT引脚通过电容C30接地，CHG引脚接电阻R22的一端，电阻R22的另一端接发光二极管VD9的阴极，发光二极管VD9的阳极接芯片bq51013的OUT引脚，并作为整流滤波稳压模块7的输出端，记为端口 M7_0UT，用于给负载电池充电。
[0013]电路的优选参数为，各电阻及滑动变阻器参数分别为，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 ;各电容参数分别为，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；各电感参数为儿1:3111!1儿2:72111!1;二极管01，02，03，04，05，06，D7，D8的型号均为HER151;发光二极管D9的型号为BT102;稳压管VDZ1，VDZ2，VDZ3的型号均为1N4734A;三极管Tl的型号为A928;M0S管Q1，Q2的型号为GT2301;运放U1、U2的型号均为F007;热敏电阻NTC的型号为3D-25。
[0014]所述的初级谐振器3和次级谐振器6的优选参数为，正面导体层是正方螺旋形铜片，圈数15圈，铜片厚度0.07mm，铜片宽度0.8mm，各Bi间距0.1mm;介质层是边长为50mm的正方形聚乙稀板，介质层厚度为0.4mm;背面导体层是由四个30mm X 20mm的长方形铜片顶点相连围成的空心十字形状，铜片的厚度为0.07_。
[0015]本发明的技术方案有以下有益效果:
[0016]1、使用方便，非接触式供电，可以方便的对植入体内医疗设备的电池进行充电；
[0017]2、安全性高，本发明的发射装置和接收装置之间是利用磁场进行能量交换的，由于在近场范围内，磁场的能量远远大于辐射能量，所以磁场对人体的辐射更小;磁场对周围环境参数不敏感，所以穿透力更强；
[0018]3、稳定性高，本发明的发射装置加入了频率问题模块，能够很好的抑制频率偏移，保证了系统更高效，更稳定的工作。
[0019]综上，本发明的基于磁耦合谐振式无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统可以高效稳定的为植入体内的医疗设备进行充电，减轻了患者的痛苦和医疗成本。同时，本发明对植入式医疗设备的发展提供了一个新的平台。
【附图说明】
:
[0020]图1为本发明的总体框图。
[0021]图2为本发明的交/直流电转换模块结构图。
[0022]图3为本发明的初级谐振器和次级谐振器的正面导体层结构示意图。
[0023]图4是本发明的初级谐振器和次级谐振器的背面导体层结构示意图。
[0024]图5为本发明的大功率E类功率放大器模块的结构图。
[0025]图6为本发明的频率跟踪控制模块的结构图。
[0026]图7为本发明的信号源模块的结构图。
[0027]图8为本发明的整流滤波稳压模块的结构图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图进一步说明本发明的结构及工作原理，本发明中各元器件的优选参数已标于附图中。
[0029]实施例1本发明的总体框架
[0030]参照图1，本发明的基于磁耦合谐振式无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统的结构有，交/直流电转换模块1、大功率E类放大器模块2、初级谐振器3、频率跟踪控制模块4、信号源模块5，次级谐振器6和整流滤波稳压模块7。其中交/直流电转换模块是负责把我们日常使用的220V交流电变换成系统所使用的低压直流电为系统提供电能，本模块有一个18V—36V的电压输出端，一个+5V电压输出端和一个-5V电压输出端;大功率E类放大器丰旲块负责把t旲块I的直流电能转换成尚频的交流电能送至初级谐振器;频率跟t旲块负责采集初级谐振器的信号频率，并且跟踪频率，直接把频率的变化反馈到信号源模块使得信号源根据反馈进行频率调整;信号源是给E类功率放大器提供方波信号的;整流滤波稳压模块是负责把次级谐振器接收到的交流能量转化成稳定的+5V直流电压给负载电池充电。[0031 ]实施例2本发明的交/直流电转换模块I
[0032]参照图2，所述的交/直流电转换模块I的结构为:变压器Trl的输入端接220V的市电，变压器Trl的一个输出端与二极管Dl的阴极、二极管D2的阳极、二极管D5的阴极、二极管D6的阳极接在一起，另一个输出端与二极管D3的阴极、二极管D4的阳极、二极管D7的阴极、二极管D8的阳极接在一起，二极管DI的阳极、二极管D3的阳极、二极管D6的阴极和二极管D8的阴极接在一起，作为交/直流电转换模块I的输出负极，记为端口 M1_0UT-，二极管D2的阴极、二极管D4的阴极与电容Cl的一端、电阻Rl的一端以及三极管Tl的集电极接在一起，电容Cl的另一端接端口 M1_0UT-，电阻Rl的另一端接运放Ul的同相输入端和稳压管VDZl的阴极，三极管Tl的基极接运放Ul的输出端，发射极接电阻R2的一端，并作为交/直流电转换模块I的输出正极，记为端口 M1_0UT+，稳压管VDZl的阳极接稳压管VDZ2的阴极和滑动变阻器R5的一端，稳压管VDZ2的阳极和滑动变阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑动变阻器R5的滑线端作为+5V供电端，记为端口Ml_0UT+5，本系统中所有需要+5V供电的端口均由此端口进行供电，电阻R2的另一端与滑动变阻器R3的一端相连，滑动变阻器R3的另一端与电阻R4的一端相连，滑线端与运放Ul的反相输入端相连，电阻R4的另一端接端口 M1_0UT-，二极管D5的阳极、二极管D7的阳极与电容C2的一端、滑动变阻器R6的一端以及稳压管VDZ3的阳极相连，电容C2的另一端、滑动变阻器R6的另一端以及稳压管VDZ3的阴极共同接端口 M1_0UT-，滑动变阻器R6的滑线端作为-5V供电端，记为端口 Ml_0UT-5 ；端口 Ml_0UT+5和端口 M1_0UT_5分别接运放Ul的正、负电源端，为运放Ul提供+5V和-5V电源;端口 M1_0UT+和端口 M1_0UT-分别与大功率E类放大器模块2的端口M2_IN+和端口M2-相连;该模块把220V的交流电转换成直流电，为整个系统提供直流供电。
[0033]实施例3本发明的大功率E类功率放大器模块2
[0034]参照图5，所述大功率E类放大器模块2的结构为:电容C3的一端与电感LI的一端相连并作为大功率E类放大器模块2的输入端正极，记为端口M2_IN+，电感LI的另一端与电感L2的一端、电容C4的一端以及MOS管Ql的漏极相连，电容C4的另一端与电容C5的一端、MOS管Ql的源极以及MOS管Q2的漏极相连，电感L2的另一端与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与电容C7的一端相连，电容C7的另一端与电容C8的一端相连，并作为大功率E类放大器模块2的输出端正极，记为端口 M2_0UT+，电容C8的另一端与电容C5的另一端、电容C3的另一端以及MOS管Q2的源极接在一起，并作为大功率E类放大器模块2的输入、输出端负极，记为端口M2-，端口 M2_0UT+和端口 M2-分别与初级谐振器3正面的方形螺旋铜片的两端相连，端口 M2_OUT+还与频率跟踪控制模块4的端口 M4_IN相连，端口 M2-接地;该模块是把直流电能转化成高频率的交流电能，以驱动初级谐振线圈。
[0035]实施例4本发明的初级谐振器3和次级谐振器6
[0036]参照图3，所述初级谐振器3和次级谐振器6的结构相同:正面导体层是正方螺旋形铜片，圈数15圈，铜片厚度0.07mm，铜片宽度0.8mm，各匝间距0.Imm，如图3所示;介质层是边长为50mm的正方形聚乙稀板，介质层厚度为0.4mm;背面导体层是由四个30mm X 20mm的长方形铜片顶点相连围成的空心十字形状，铜片的厚度为0.07_，如图4所示。
[0037]通过初级谐振器3和次级谐振器6可实现无线能量传输，次级谐振器6接收初级谐振器3发射的磁场，把磁场能转化为交流电能。
[0038]实施例5本发明的频率跟踪控制模块4
[0039 ]参照图6，所述的频率跟踪控制模块4的结构为:电容C9的一端、电容C1的一端、滑动变阻器R8的一端、电阻R9的一端、电阻RlO的一端和芯片NE564的I引脚、10引脚一起接+5V供电端，电容C9的另一端、电容ClO的另一端和滑动变阻器R8的另一端接地，电阻R7的一端接滑动变阻器R8的滑线端，电阻R7的另一端接芯片NE564的2引脚，电阻R9的另一端接芯片NE564的16引脚，电阻RlO的另一端接芯片NE564的3引脚和4引脚，芯片NE564的4引脚、5引脚、7引脚分别通过电容C13、电容C14和电容C12接地，8引脚直接接地，12引脚和13引脚之间接相互并联的电容C15可变电容C16，6引脚和7引脚之间接电阻Rll，6引脚还接电容Cll的一端，电容Cll的另一端作为频率跟踪控制模块4的输入端，记为端口M4_IN，电容C17的一端接芯片NE564的14引脚，另一端接电阻Rl 2的一端，电阻Rl2的另一端接运放U2的反相输入端，运放U2的同相输入端通过电阻R14接地，反相输入端和输出端之间接电阻R13，正、负电源端分别接+5V电源和-5V电源，输出端接电阻R15的一端，电阻R15的另一端作为频率跟踪控制模块4的输出端，记为端口 M4_0UT，与信号源模块5的端口 M5_IN相连;该模块实现了对初级谐振线圈信号进行频率跟踪，保证信号在初级谐振线圈的谐振频率，一旦频率变化，该模块就对模块5进行频率调整，最终达到频率稳定。
[0040]实施例6本发明的信号源模块5
[0041]参照图7，所述的信号源模块5的结构为:芯片MAX038的2引脚、3引脚、4引脚、6引脚、7引脚、9引脚、11引脚、12引脚、13引脚、15引脚均直接接地，5引脚通过电容C18接地，17引脚和20引脚分别接+5V电源和-5V电源，并分别通过电容C20和电容C19接地，I引脚与电阻R16的一端、滑动变阻器R18的一端相连，滑动变阻器R18的另一端接地，滑线端接芯片MAX038的8引脚，电阻R16的另一端与滑动变阻器R17的一端相连，滑动变阻器R17的另一端与滑线端相连以及芯片MAX038的10引脚相连，并作为信号源模块5的输入端，记为端口 M5_IN，芯片MAX038的19引脚作为信号源模块5的输出端，记为端口M5_OUT，接大功率E类放大器模块2中的MOS管Ql和MOS管Q2的栅极;该模块为模块2提供方波信号。
[0042]实施例7本发明的整流滤波稳压模块7
[0043 ]参照图8，所述的整流滤波稳压模块7的结构为:芯片bq51013的AD引脚、PGND引脚、ENl引脚和EN2引脚均直接接地，ACl引脚与电容C21的一端、电容C22的一端、电容C23的一端、电容C24的一端以及电容C28的一端相连，电容C21的另一端、电容C22的另一端分别与芯片bq51013的COMMl引脚、B00T1引脚相连，电容C24的另一端与电容C25的一端、电容C26的一端、电容C27的一端以及芯片bq51013的AC2引脚相连，电容C25的另一端、电容C26的另一端、电容C27的另一端、电容C28的另一端分别与芯片bq51013的B00T2引脚、C0MM2引脚、CLAMP2引脚、CLAMPl引脚相连，电容C23的另一端、芯片bq51013的AC2引脚分别与次级谐振器6正面的方形螺旋铜片的两端相连，芯片bq51013的IUM引脚和PGND引脚之间接电阻R19，VTSB引脚和TS/CTRL引脚之间接电阻R20，TS/CTRL引脚通过并联电阻R21和热敏电阻NTC接地，RECT引脚通过电容C29接地，OUT引脚通过电容C30接地，CHG引脚接电阻R22的一端，电阻R22的另一端接发光二极管VD9的阴极，发光二极管VD9的阳极接芯片bq51013的OUT引脚，并作为整流滤波稳压模块7的输出端，记为端口 M7_0UT，用于给负载电池充电。该模块实现了将模块6接收到的交流电转化成直流电，以供电池充电。
【主权项】
1.一种基于无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统，其结构有发射端装置和接收装置，其特征在于，发射装置包括:交/直流电转换模块(I)、大功率E类放大器模块(2)、初级谐振器(3)、频率跟踪控制模块(4)和信号源模块(5)，接收装置包括:次级谐振器(6)和整流滤波稳压模块(7); 所述的交/直流电转换模块(I)的结构为:变压器TrI的输入端接220V的市电，变压器Trl的一个输出端与二极管Dl的阴极、二极管D2的阳极、二极管D5的阴极、二极管D6的阳极接在一起，另一个输出端与二极管D3的阴极、二极管D4的阳极、二极管D7的阴极、二极管D8的阳极接在一起，二极管Dl的阳极、二极管D3的阳极、二极管D6的阴极和二极管D8的阴极接在一起，作为交/直流电转换模块(I)的输出负极，记为端口 M1_0UT-，二极管D2的阴极、二极管D4的阴极与电容Cl的一端、电阻Rl的一端以及三极管Tl的集电极接在一起，电容Cl的另一端接端口M1_0UT-，电阻Rl的另一端接运放Ul的同相输入端和稳压管VDZl的阴极，三极管Tl的基极接运放Ul的输出端，发射极接电阻R2的一端，并作为交/直流电转换模块(I)的输出正极，记为端口 M1_0UT+，稳压管VDZl的阳极接稳压管VDZ2的阴极和滑动变阻器R5的一端，稳压管VDZ2的阳极和滑动变阻器R5的另一端接端口 M1_0UT-，滑动变阻器R5的滑线端作为+5V供电端，记为端口 Ml_0UT+5，电阻R2的另一端与滑动变阻器R3的一端相连，滑动变阻器R3的另一端与电阻R4的一端相连，滑线端与运放Ul的反相输入端相连，电阻R4的另一端接端口 M1_0UT-，二极管D5的阳极、二极管D7的阳极与电容C2的一端、滑动变阻器R6的一端以及稳压管VDZ3的阳极相连，电容C2的另一端、滑动变阻器R6的另一端以及稳压管VDZ3的阴极共同接端口 M1_0UT-，滑动变阻器R6的滑线端作为-5V供电端，记为端口 Ml_0UT-5 ；端口Ml_0UT+5和端口 Ml_0UT-5分别接运放Ul的正、负电源端，为运放Ul提供+5V和-5V电源;端口M1_0UT+和端口 M1_0UT-分别与大功率E类放大器模块(2)的端口 M2_IN+和端口 M2-相连； 所述大功率E类放大器模块(2)的结构为:电容C3的一端与电感LI的一端相连并作为大功率E类放大器模块(2)的输入端正极，记为端口 M2_IN+，电感LI的另一端与电感L2的一端、电容C4的一端以及MOS管QI的漏极相连，电容C4的另一端与电容C5的一端、M0S管QI的源极以及MOS管Q2的漏极相连，电感L2的另一端与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与电容C7的一端相连，电容C7的另一端与电容C8的一端相连，并作为大功率E类放大器模块(2)的输出端正极，记为端口 M2_0UT+，电容C8的另一端与电容C5的另一端、电容C3的另一端以及MOS管Q2的源极接在一起，并作为大功率E类放大器模块(2)的输入、输出端负极，记为端口 M2-，端口 M2_0UT+和端口 M2-分别与初级谐振器(3)正面的方形螺旋铜片的两端相连，端口 M2_OUT+还与频率跟踪控制模块(4)的端口M4_IN相连，端口M2-接地； 所述的初级谐振器(3)和所述的次级谐振器(6)的结构相同，均为方形平面螺旋谐振器，均由三层组成，中间是介质层为聚乙烯板，介质层的正面是方形螺旋铜片，反面是正方环形铜片； 所述的频率跟踪控制模块(4)的结构为:电容C9的一端、电容ClO的一端、滑动变阻器R8的一端、电阻R9的一端、电阻RlO的一端和芯片NE564的I引脚、10引脚一起接+5V供电端，电容C9的另一端、电容ClO的另一端和滑动变阻器R8的另一端接地，电阻R7的一端接滑动变阻器R8的滑线端，电阻R7的另一端接芯片NE564的2引脚，电阻R9的另一端接芯片NE564的16引脚，电阻RlO的另一端接芯片NE564的3引脚和4引脚，芯片NE564的4引脚、5引脚、7引脚分别通过电容C13、电容C14和电容C12接地，8引脚直接接地，12引脚和13引脚之间接相互并联的电容C15可变电容C16，6引脚和7引脚之间接电阻Rll，6引脚还接电容Cll的一端，电容Cll的另一端作为频率跟踪控制模块(4)的输入端，记为端口M4_IN，电容C17的一端接芯片NE564的14引脚，另一端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接运放U2的反相输入端，运放U2的同相输入端通过电阻R14接地，反相输入端和输出端之间接电阻R13，正、负电源端分别接+5V电源和-5V电源，输出端接电阻R15的一端，电阻R15的另一端作为频率跟踪控制模块(4)的输出端，记为端口 M4_0UT，与信号源模块(5)的端口 M5_IN相连； 所述的信号源模块(5)的结构为:芯片MAX038的2引脚、3引脚、4引脚、6引脚、7引脚、9引脚、11引脚、12引脚、13引脚、15引脚均直接接地，5引脚通过电容C18接地，17引脚和20引脚分别接+5V电源和-5V电源，并分别通过电容C20和电容Cl9接地，I引脚与电阻R16的一端、滑动变阻器R18的一端相连，滑动变阻器R18的另一端接地，滑线端接芯片MAX038的8引脚，电阻R16的另一端与滑动变阻器R17的一端相连，滑动变阻器R17的另一端与滑线端相连以及芯片MAX038的10引脚相连，并作为信号源模块(5)的输入端，记为端口 M5_IN，芯片MAX038的19引脚作为信号源模块(5)的输出端，记为端口M5_OUT，接大功率E类放大器模块(2)中的MOS管Ql和MOS管Q2的栅极； 所述的整流滤波稳压模块(7)的结构为:芯片bq51013的AD引脚、PGND引脚、ENl引脚和EN2引脚均直接接地，ACl引脚与电容C21的一端、电容C22的一端、电容C23的一端、电容C24的一端以及电容C28的一端相连，电容C21的另一端、电容C22的另一端分别与芯片bq51013的COMMl引脚、B00T1引脚相连，电容C24的另一端与电容C25的一端、电容C26的一端、电容C27的一端以及芯片bq51013的AC2引脚相连，电容C25的另一端、电容C26的另一端、电容C27的另一端、电容C28的另一端分别与芯片bq51013的B00T2引脚、⑶MM2引脚、CLAMP2引脚、CLAMPI引脚相连，电容C23的另一端、芯片bq51013的AC2引脚分别与次级谐振器(6)正面的方形螺旋铜片的两端相连，芯片bq51013的IUM引脚和PGND引脚之间接电阻R19，VTSB引脚和TS/CTRL弓I脚之间接电阻R20，TS/CTRL弓I脚通过并联电阻R21和热敏电阻NTC接地，RECT弓I脚通过电容C29接地，OUT引脚通过电容C30接地，CHG引脚接电阻R22的一端，电阻R22的另一端接发光二极管VD9的阴极，发光二极管VD9的阳极接芯片bq51013的OUT引脚，并作为整流滤波稳压模块(7)的输出端，记为端口 M7_0UT，用于给负载电池充电。2.根据权利要求1所述的一种基于无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统，其特征在于，各电阻及滑动变阻器参数分别为，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 ;各电容参数分别为，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^;各电感参数为儿1:3111!1儿2:72111!1;二极管01，02，03，04，05，06，07，08的型号均为HER151;发光二极管D9的型号为BT102;稳压管VDZ1，VDZ2，VDZ3的型号均为1N4734A;三极管Tl的型号为A928;M0S管Q1，Q2的型号为GT2301;运放U1、U2的型号均为R)07;热敏电阻NTC的型号为3D-25。3.根据权利要求1或2所述的一种基于无线能量传输技术的植入式医疗设备充电系统，其特征在于，所述的初级谐振器(3)和次级谐振器(6)的结构均为，正面导体层是正方螺旋形铜片，圈数15圈，铜片厚度0.07mm，铜片宽度0.8mm，各Bi间距0.1mm;介质层是边长为50mm的正方形聚乙稀板，介质层厚度为0.4mm;背面导体层是由四个30mm X 20mm的长方形铜片顶点相连围成的空心十字形状，铜片的厚度为0.07_。
【文档编号】H02J7/02GK105896692SQ201610213791
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】于银辉, 刘生成, 周恒 , 陈兆强, 张羽丰, 田小建
【申请人】吉林大学