具有多闭环温度控制和保护功能的经皮无线充电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种植入式医疗仪器用具有多闭环温度控制和保护功能的经皮无线充电装置，通过多闭环温度控制和最高温度保护设计实现不同充电阶段、不同对位位置等情况下，经皮无线充电装置热安全和高的能量传递效率。即通过对温度高稳态精度的控制实现短充电时间稳定充电，保证充电过程热安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于植入式医疗仪器的具有多闭环温度控制和保护功能的经皮无线充电装置，属于植入式医疗仪器

技术介绍
近年来，随着无线技术和锂充电电池技术的发展，可充电的植入式医疗仪器产品已经成为发展的主流趋势。植入式医疗仪器植入患者体内，需要采用经皮无线充电方式，该充电方式一般基于电磁耦合原理，利用电磁场穿透人体皮肤向植入式医疗仪器传递能量。植入式医疗仪器一般使用生物相容性的金属钛密封，由于电磁耦合过程中钛外壳存在涡流效应等影响，易引发充电过程中植入式医疗仪器发热问题。同时，充电过程中很难对植入体内的钛外壳内部的耦合线圈准确对位，存在由于体内外耦合线圈对位位置过偏或充电对位时间过长弓I起体内植入式医疗仪器发热增加的问题。金属介质，对位位置，不同充电阶段充电功率变化以及体内能量接收线圈体积受限带来的发热问题是影响可充电植入式医疗仪器安全性的核心问题，即热安全是当前的技术应用瓶颈。2012年FDA网站显示有这类产品烫伤引发的大规模召回(7万多台)。针对发热问题，US2013105115利用相变材料吸收热量从而抑制仪器温升增加，US5991665利用冷却风扇进行温度控制，US20110022125通过调整发射功率和占空比进行温度反馈的闭环控制，闭环长距离充电专利W02009/055579 A1，通过反馈温度和磁场强度等参数，用来调整发射信号幅度，频率或占空比等参数，实现单一闭环控制。通过提高对位，从而提高耦合效率，减小发热的有:US20110022125采用旋转偏心磁芯来调整体内外装置的对位关系，US20130023958采用多个传感线圈检测体内外装置的相对位置并在屏幕上进行对位显示。然而，以上的方案中，针对体内植入式医疗仪器在不同体内外耦合线圈对位位置、不同充电阶段，会导致经皮无线充电装置的最佳工作点不同，充电效率也不同，进而导致体内装置发热也不同，都未能实现对温度高稳态精度的控制，同时，额外的传感器模块或散热模块会带来系统硬件结构复杂的问题。为彻底解决经皮无线充电装置的发热问题，可以采用多闭环温度控制和最高温度保护双重措施。获得不同对位位置，不同充电阶段下，高的温度稳态精度和快速、有效的热保护。从而实现保障热安全的前提下，提高经皮无线充电装置能量传递速度，实现快速稳定充电的目的。如果温度控制的稳态精度不高，可能频繁触发温度保护电路，影响能量传输的效率，表现为充电时间延长，充电过程不稳定。总之，以多闭环温度控制为核心，辅以最高温度保护功能，提高经皮无线充电装置的热安全性，保证充电稳定、快速和安全。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种能够满足植入式医疗仪器要求的具有多闭环温度控制和保护功能的经皮无线充电装置，通过多闭环温度控制和最高温度保护，实现不同充电阶段、不同对位位置等情况下经皮无线充电装置安全和快速稳定充电。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案: 一种用于植入式医疗仪器的无线充电装置，所述植入式医疗仪器具有金属制成的外壳和可充电电池，所述无线充电装置包括体外发射装置和体内接收装置，其特征在于，所述无线装置还包括第一双闭环控制系统和第二双闭环控制系统； 所述第一双闭环控制系统包括第一闭环控制单元和第二闭环控制单元； 所述第一闭环控制单元包括充电控制模块，所述充电控制模块能够检测所述体内接收装置向所述可充电电池输出的充电功率，并且根据所述可充电电池的充电功率设定值调整向所述可充电电池输出的充电功率； 所述第二闭环控制单元包括外壳温度控制模块，所述外壳温度控制模块能够检测所述外壳的温度，并且根据所述外壳温度的设定值调整通过体外向体内的充电功率； 所述第二双闭环控制系统包括第三闭环控制单元和第四闭环控制单元； 所述第三闭环控制单元包括整流滤波电压控制模块，所述整流滤波电压控制模块能够检测所述体内接收装置的整流滤波电路的输出电压，并且根据向体内的发射功率的设定值调整电源变换电路的发射功率； 所述第四闭环控制单元包括发射功率控制模块，所述发射功率控制模块能够检测所述外壳的温度，并且根据所述外壳的温度调整所述向体内的发射功率的设定值。优选地，所述植入式医疗仪器的体内向体外通信路径按顺序包括体内微处理器、体内通信电路、体内通信线圈、体外通信线圈和体外通信线圈。优选地，所述第一闭环控制单元使用闭环控制器5、反馈系数K3 ;其输入为充电功率设定值，输出为可充电电池的充电参数，反馈为第一闭环控制单元的输出。优选地，所述第二闭环控制单元使用闭环控制器1、反馈系数K1 ;其输入为外壳温度设定值，输出为通过体外向体内通信路径传递的充电功率设定值，反馈为所述外壳温度。优选地，所述第三闭环控制单元使用闭环控制器3、反馈系数K2 ;其输入为发射功率给定值Pg，输出为用于控制电源变换电路的发射功率，反馈为整流滤波的输出电压采样值。优选地，所述第四闭环控制单元使用控制器2 ;其输入为所述外壳温度控制模块的输出，其输出为发射功率给定值Pg。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果: (1)多闭环温度控制和保护功能的经皮无线充电装置。通过直接采样控制钛壳温度和间接采样控制整流滤波电压这两个参数，实现控制钛壳温度这一总控制目标。多闭环温度控制系统包括由4个闭环控制组成的2个双闭环控制系统。能够实现在外界干扰(不同充电阶段、不同对位位置等情况)的情况下，控制充电过程稳定，从而钛壳温度具有合适的稳态精度，以保证在短的充电时间内安全、稳定的完成充电过程。(2)植入可充电电池温度升高或植入人体的钛外壳温度升高，都可能给病人带来热伤害风险。当温度高于设定最高温度，设计温度保护功能触发，强行切断经皮无线充电装置功率传输过程，保障其热安全。因温度超过设定温度后，保护是直接断开体内充电电路，因此，与通过通信传递的热保护方式相比，热保护迅速，更安全。以多闭环温度控制为核心，辅以最高温度保护功能，提高经皮无线充电装置能量传输过程的热安全性，最大程度的保证充电稳定、快速和安全。【附图说明】图1植入可充电电池和钛壳温度保护示意图图2多闭环温度控制系统示意图 图3充电功率设定示意图【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的植入式医疗仪器用具有多闭环温度控制和保护功能的经皮无线充电装置的实施方式做出详细说明。图1是植入可充电电池和钛壳温度保护示意图。植入可充电电池温度升高或钛壳温度升高，都可能给病人带来热伤害风险。当发生植入式医疗仪器温度高于设定的目标温度，植入可充电电池和钛壳温度保护功能将被触发，强行断开无线充电电路，并给与患者对应的提示，保障其热安全。钛壳118温度采样电阻31，通过专用胶紧贴在钛壳内侧。植入可充电电池27温度采样电阻32，通过专用胶紧贴于电池表面。温度当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于植入式医疗仪器的无线充电装置，所述植入式医疗仪器具有金属制成的外壳和可充电电池，所述无线充电装置包括体外发射装置和体内接收装置，其特征在于，所述无线装置还包括第一双闭环控制系统和第二双闭环控制系统；所述第一双闭环控制系统包括第一闭环控制单元和第二闭环控制单元；所述第一闭环控制单元包括充电控制模块，所述充电控制模块能够检测所述体内接收装置向所述可充电电池输出的充电功率，并且根据所述可充电电池的充电功率设定值调整向所述可充电电池输出的充电功率；所述第二闭环控制单元包括外壳温度控制模块，所述外壳温度控制模块能够检测所述外壳的温度，并且根据所述外壳温度的设定值调整通过体外向体内的充电功率；所述第二双闭环控制系统包括第三闭环控制单元和第四闭环控制单元；所述第三闭环控制单元包括整流滤波电压控制模块，所述整流滤波电压控制模块能够检测所述体内接收装置的整流滤波电路的输出电压，并且根据向体内的发射功率的设定值调整电源变换电路的发射功率；所述第四闭环控制单元包括发射功率控制模块，所述发射功率控制模块能够检测所述外壳的温度，并且根据所述外壳的温度调整所述向体内的发射功率的设定值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京品驰医疗设备有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11