一种生物医用的无线能量传输系统技术方案

本发明专利技术涉及一种生物医用的无线能量传输系统，通过采用传输距离最远可达米极范围的磁耦合谐振式无线能量传输技术，满足了一般生物医用植入设备传输距离的需求，并通过实现可重构整流器在半波整流器、全波整流器和倍压器这三种工作模式下运行，控制不同工作模式的占空比，实现不仅能够保证传输效率的同时，还能使得体内接收电路的输出功率可调；并考虑到不同工作模式下的整流器的输入电容不同会导致体内谐振电路的失谐问题，还引入谐振调节单元，保证体内外谐振电路在同一谐振频率，提高传输效率；另外还通过电压调整器和过压保护电路，使得生物医用植入式设备的供电电压安全稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种生物医用的无线能量传输系统
本专利技术涉及无线能量传输领域，特别是涉及一种生物医用的无线能量传输系统。
技术介绍
随着半导体集成电路技术、无线信息技术、医疗电子技术的迅猛发展，电子、生物、医疗等诸多领域已相互融合、彼此促进。其中，对以生物医用为目的的生物医学微电子技术的研究已成为了一个新的热点研究领域。而信号传递和能量传输是生物医学微电子技术所涉及的两个最主要的领域，在生物医用无线信号传输技术不断发展和逐步成熟的同时，传统的微化学电池组供电方式已经不能满足植入式设备的使用需求，因而生物医用无线能量传输技术成为未来发展的着重点，引起了广泛关注。目前，已有的生物用无线能量传输系统采用经皮无线能量传输和感应式无线能量传输技术，由于其输出距离近而在生物医用领域难以推广。2007年，虽然麻省理工学院MarinSoljacic等人提出磁耦合谐振式的无线能量传输技术可以解决传输距离的问题，但是这些已有的大量研究仅仅是针对特定的负载和传输距离情况下，优化系统传输效率和输出效率。在实际的生物医用领域，人的移动和体内环境复杂多变，会导致收发线圈之间的距离发生变化，甚至出现收发线圈对不准的情况，而发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物医用的无线能量传输系统，其特征在于：包括体外发射电路和体内接收电路；所述体外发射电路包括供电电源、死区时间发生器、栅极驱动电路、功率放大器和体外谐振电路；所述供电电源的输出端分别与所述死区时间发生器、栅极驱动电路和功率放大器的电源输入端电连接；所述死区时间发生器的输出端与栅极驱动电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的输出端与所述功率放大器的输入端电连接；所述功率放大器的输出端与所述体外谐振电路的输入端电连接；所述体外谐振电路将由功率放大器输出的能量发射到所述体内接收电路；以及，所述体内接收电路包括体内谐振电路、谐振调节单元、可重构整流器、电压调整器、微控制单元和过压保护控制电路；所述体...

【技术特征摘要】
1.一种生物医用的无线能量传输系统，其特征在于：包括体外发射电路和体内接收电路；所述体外发射电路包括供电电源、死区时间发生器、栅极驱动电路、功率放大器和体外谐振电路；所述供电电源的输出端分别与所述死区时间发生器、栅极驱动电路和功率放大器的电源输入端电连接；所述死区时间发生器的输出端与栅极驱动电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的输出端与所述功率放大器的输入端电连接；所述功率放大器的输出端与所述体外谐振电路的输入端电连接；所述体外谐振电路将由功率放大器输出的能量发射到所述体内接收电路；以及，所述体内接收电路包括体内谐振电路、谐振调节单元、可重构整流器、电压调整器、微控制单元和过压保护控制电路；所述体内谐振电路与所述体外谐振电路通过磁场耦合，接收由所述体外谐振电路发射的能量，且所述体内谐振电路的输出端与所述谐振调节单元的输入端电连接；所述谐振调节单元的输出端与所述可重构整流器的输入端电连接，输出第一交流信号和第二交流信号；所述可重构整流器的输出端与所述电压调整器的输入端电连接，输出直流信号；所述电压调整器的第一输出端用于接入生物医用植入式设备，输出稳定的直流电压；且所述电压调整器的第二输出端与所述过压保护控制电路的第一输入端电连接，输出基准电压；所述微控制单元的输入端与所述可重构整流器的输出端电连接，并接收所述直流信号；微控制单元的第一输出端与所述谐振调节单元的第一控制端电连接，输出第一控制信号；微控制单元的第二输出端和第三输出端分别与所述可重构整流器的第一模式控制端和第二模式控制端电连接，分别输出第一模式切换信号和第二模式切换信号；且，所述微控制单元通过第一模式切换信号和第二模式切换信号控制所述可重构整流器在半波整流器、全波整流器和倍压器这三种工作模式之间切换，并通过控制不同工作模式的占空比，实现可重构整流器的输出端输出的功率可调；所述过压保护控制电路的第一输入端与所述可重构整流器的输出端电连接，并接收所述直流信号；过压保护控制电路的第二输入端与所述电压调整器的第二输出端电连接，并接收所述基准电压；过压保护控制电路的输出端与所述谐振调节单元的第二控制端电连接，输出第二控制信号。2.根据权利要求1所述的生物医用的无线能量传输系统，其特征在于：所述功率放大器为D类功率放大器，由一P型MOS管和一N型MOS管构成；所述P型MOS管和所述N型MOS管的栅极一同构成功率放大器的输入端，其源极分别接入供电电源和接地，其漏极相互串接；以及，所述体外谐振电路由一体外谐振电容和一体外谐振电感构成；所述体外谐振电容一端电连接于所述P型MOS管的漏极，另一端与所述体外谐振电感的一端串接；所述体外谐振电感的另一端与N型MOS管的源极共地。3.根据权利要求1或2所述的生物医用的无线能量传输系统，其特征在于：所述可重构整流器包括栅极控制单元、第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管和第四MOS晶体管、第一滤波电容和第二滤波电容；所述栅极控制单元的第一控制端和第二控制端分别为所述第一模式控制端和第二模式控制端，分别接入所述第一模式切换信号和第二模式切换信号；栅极控制单元的第一输入端和第二输入端接入所述第一交流信号和第二交流信号，第三输入端接入所述直流信号，第四输入端接入一节点电压，第五输入端接地；且栅极控制单元的四个输出端分别输出第一栅极控制信号、第二栅极控制信号、第三栅极控制信号和第四栅极控制信号；所述第一MOS晶体管的栅极接入所述第一栅极控制信号，源极与第二MOS晶体管的源极共地，漏极与第三MOS晶体管的源极串接并接入所述栅极控制单元的第一输入端；所述第二MOS晶体管的栅极接入所述第二栅极控制信号，漏极与第四MOS晶体管的源极串接，并接入所述栅极控制单元的第二输入端；所述第三MOS晶体管的栅极接入所述第三栅极控制信号，漏极与第四晶体管的漏极串接并接入所述栅极控制单元的第三输入端；所述第四MOS晶体管的栅极接入所述第四栅极控制信号，漏极为可重构整流器的输出端，输出所述直流信号；所述第一滤波电容和第二滤波电容的一端相互串接，并输出所述节点电压；且所述第一滤波电容的另一端与所述第四MOS晶体管的漏极电连接，第二滤波电容接地。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，李斌，黄沫，陈兆权，吴朝晖，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44