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方案

本发明专利技术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)。本发明专利技术具有使用方便、安全性高、稳定性高、非接触式供电等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线能量传输
，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。
技术介绍
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)。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。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服
技术介绍
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。上述的技术问题可以通过以下技术方案实现：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；所述的交/直流电转换模块1的结构为：变压器Tr1的输入端接220V的市电，变压器Tr1的一个输出端与二极管D1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D1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1的输出负极，记为端口M1_OUT-，二极管D2的阴极、二极管D4的阴极与电容C1的一端、电阻R1的一端以及三极管T1的集电极接在一起，电容C1的另一端接端口M1_OUT-，电阻R1的另一端接运放U1的同相输入端和稳压管VDZ1的阴极，三极管T1的基极接运放U1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1的输出正极，记为端口M1_OUT+，稳压管VDZ1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_OUT-，滑动变阻器R5的滑线端作为+5V供电端，记为端口M1_OUT+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U1的反相输入端相连，电阻R4的另一端接端口M1_OUT-，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_OUT-，滑动变阻器R6的滑线端作为-5V供电端，记为端口M1_OUT-5；端口M1_OUT+5和端口M1_OUT-5分别接运放U1的正、负电源端，为运放U1提供+5V和-5V电源；端口M1_OUT+和端口M1_OUT-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L1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L1的另一端与电感L2的一端、电容C4的一端以及MOS管Q1的漏极相连，电容C4的另一端与电容C5的一端、MOS管Q1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_OUT+，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_OUT+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，反面是正方形环状铜片；所述的频率跟踪控制模块4的结构为：电容C9的一端、电容C10的一端、滑动变阻器R8的一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端和芯片NE564的1引脚、10引脚一起接+5V供电端，电容C9的另一端、电容C10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R10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R11，6引脚还接电容C11的一端，电容C11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_OUT，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C19接地，1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Q1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、EN1引脚和EN2引脚均直接接地，AC1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COMM1引脚、BOOT1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的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(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)；所述的交/直流电转换模块(1)的结构为：变压器Tr1的输入端接220V的市电，变压器Tr1的一个输出端与二极管D1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D1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(1)的输出负极，记为端口M1_OUT‑，二极管D2的阴极、二极管D4的阴极与电容C1的一端、电阻R1的一端以及三极管T1的集电极接在一起，电容C1的另一端接端口M1_OUT‑，电阻R1的另一端接运放U1的同相输入端和稳压管VDZ1的阴极，三极管T1的基极接运放U1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(1)的输出正极，记为端口M1_OUT+，稳压管VDZ1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_OUT‑，滑动变阻器R5的滑线端作为+5V供电端，记为端口M1_OUT+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U1的反相输入端相连，电阻R4的另一端接端口M1_OUT‑，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_OUT‑，滑动变阻器R6的滑线端作为‑5V供电端，记为端口M1_OUT‑5；端口M1_OUT+5和端口M1_OUT‑5分别接运放U1的正、负电源端，为运放U1提供+5V和‑5V电源；端口M1_OUT+和端口M1_OUT‑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L1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L1的另一端与电感L2的一端、电容C4的一端以及MOS管Q1的漏极相连，电容C4的另一端与电容C5的一端、MOS管Q1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_OUT+，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_OUT+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C10的一端、滑动变阻器R8的一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端和芯片NE564的1引脚、10引脚一起接+5V供电端，电容C9的另一端、电容C10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R10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R11，6引脚还接电容C11的一端，电容C11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_OUT，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...

【技术特征摘要】
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(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)；所述的交/直流电转换模块(1)的结构为：变压器Tr1的输入端接220V的市电，变压器Tr1的一个输出端与二极管D1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D1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(1)的输出负极，记为端口M1_OUT-，二极管D2的阴极、二极管D4的阴极与电容C1的一端、电阻R1的一端以及三极管T1的集电极接在一起，电容C1的另一端接端口M1_OUT-，电阻R1的另一端接运放U1的同相输入端和稳压管VDZ1的阴极，三极管T1的基极接运放U1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(1)的输出正极，记为端口M1_OUT+，稳压管VDZ1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_OUT-，滑动变阻器R5的滑线端作为+5V供电端，记为端口M1_OUT+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U1的反相输入端相连，电阻R4的另一端接端口M1_OUT-，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_OUT-，滑动变阻器R6的滑线端作为-5V供电端，记为端口M1_OUT-5；端口M1_OUT+5和端口M1_OUT-5分别接运放U1的正、负电源端，为运放U1提供+5V和-5V电源；端口M1_OUT+和端口M1_OUT-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L1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L1的另一端与电感L2的一端、电容C4的一端以及MOS管Q1的漏极相连，电容C4的另一端与电容C5的一端、MOS管Q1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_OUT+，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_OUT+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
\tM2_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C10的一端、滑动变阻器R8的一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端和芯片NE564的1引脚、10引脚一起接+5V供电端，电容C9的另一端、电容C10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R10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R11，6引脚还接电容C11的一端，电容C11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...

【专利技术属性】
技术研发人员：于银辉，刘生成，周恒，陈兆强，张羽丰，田小建，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22