一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路和方法技术

本发明专利技术属于植入式医疗设备领域，涉及充放电电路和方法，该电路包括处理器、直流升压模块、电压反馈电路、电容；电容充电开关电路包括第一PMOS管、第一NMOS管和驱动电路；驱动电路控制第一PMOS管和第一NMOS管对电容充电；第一PMOS管与第一NMOS管并联，并联的第一端连接电容，第二端连接直流升压模块输出端口；电容充电时第一NMOS管GS电压进入截至区前，第一PMOS管GS电压进入导通区；第一PMOS管和第一NMOS管电学参数关系为|V2

【技术实现步骤摘要】
一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路和方法


[0001]本专利技术属于植入式医疗设备领域，特别涉及对植入式医疗设备充电、放电电路的改进。

技术介绍

[0002]植入式心脏起搏器、除颤器、CRTD具有电刺激治疗功能，这些植入式医疗设备在其内部需要设置充放电电路以在需要进行治疗时产生治疗电刺激脉冲。上述植入式医疗设备植入到人体内后将会在人体内持续工作数年至十年之久，这就要求植入式医疗设备具有极低的功耗。
[0003]早期的起搏器振荡器和电压倍增器作为产生脉冲的发生装置。参照图1所示脉冲发生器在输出端产生脉冲信号，参照图中标识电子元器件标识的参数，该脉冲信号高电平为2.8v低电平为地。电压倍增器阳极电平为5.6V，在进行起搏治疗时所述阴极、阳极与心脏组织形成放电回路，放电回路对心脏起到起搏刺激治疗的作用。
[0004]该早期起搏器产生的起搏脉冲幅度、波形和脉宽都由硬件电路决定，并且无法根据需要调节，并且功耗相对较高。
[0005]也有起搏器充放电电路使用开关芯片控制电容充放电，但开关芯片也存在功耗高的问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题本专利技术提供植入式医疗设备使用的充放电电路。本专利技术充放电控制电路使用MOS管组合控制，使用特定参数关系的NMOS管和PMOS管并联的方式解决对充电过程中电压变化导致的NMOS或PMOS的GS电压进入截至区导致断流的问题。
[0007]具体而言，本专利技术的超低功耗充放电电路，其包括：处理器，用于提供充放电控制信号；直流升压模块，用于将电源电压转换为逐渐上升的充电电压；电压反馈电路，与所述处理器反馈端口耦合用于向所述处理器提供电压反馈信号；电容，通过充电开关电路与所述直流升压模块的输出端口连接；所述电容通过放电开关电路与电刺激治疗电极连接；其特征在于，所述充电开关电路，包括第一PMOS管、第一NMOS管以及驱动电路；所述驱动电路根据处理器控制信号控制所述第一PMOS管和第一NMOS管对所述电容充电；所述第一PMOS管与第一NMOS管并联，所述并联的第一PMOS管和第一NMOS管的第一端连接所述电容，第二端连接直流升压模块的输出端口；所述第一PMOS管和第一NMOS管被选型为：在所述电容充电过程中所述第一NMOS管GS电压进入截至区前，所述第一PMOS管GS电压进入导通区。
[0008]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，在第一PMOS进入导通区以后，第一NMOS进入截至区以前第一NMOS管和第一PMOS管同时导通，并在第一NMOS管进入截至区以后所述第一PMOS管单独导通。
[0009]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述第一PMOS管和第一NMOS管电学参数满足关系式|V2-V4|<V0-V1；其中V2为所述第一PMOS管GS导通电压，V4为电容充电开始时所述第一PMOS管GS初始电压；所述V0为电容充电开始时所述第一NMOS管GS初始电压，所述V1为所述第一NMOS管GS截止电压。
[0010]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述V4的值为0。
[0011]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述驱动电路包括第二NMOS管、第三NMOS管、第二PMOS管、第一电阻以及第二电阻；所述第一PMOS管的G极通过第二NMOS管与地连接，所述第二NMOS管通过第一电阻与直流升压模块的输出端口连接；所述第一PMOS管的G极通过第二PMOS管与电源输出端口连接，所述第二PMOS管的G极通过第三NMOS管与地连接；所述第三NMOS管通过第二电阻与直流升压模块的输出端口连接；所述第一NMOS管和第二NMOS管G极与处理器第一充电控制端口连接，所述第三NMOS管G极与处理器第二充电控制端口连接。
[0012]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述放电开关电路包括第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管以及第三PMOS管和第三电阻；所述第四NMOS管连接电刺激治疗电极和电容，第四NMOS管的G极通过第五NMOS管与地连接，第四NMOS管的G极通过第三PMOS管与直流升压模块的输出端口连接；第三PMOS管的G极通过第六NMOS管与地连接；所述第三PMOS管的G极通过第四电阻与所述直流升压模块的输出端口连接；所述第五NMOS管G极与处理器第二放电控制端口连接，所述第六NMOS管G极与处理器第一放电控制端口连接。
[0013]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述电刺激治疗电极通过第七NMOS管与地连接，所述第七NMOS管G极与处理器电极接地控制端口连接。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述电压反馈电路包括电压跟随器以及第一反馈电阻和第二反馈电阻；所述第一反馈电阻和第二反馈电阻串联，第一反馈电阻连接直流升压模块的输出端口，第二反馈电阻接地；所述电压跟随器与所述第第二反馈电阻连接，所述电压跟随器的输出端与处理器的电压反馈输入端口连接。
[0014]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述电刺激治疗电极为环电极，还包括与所述环电极形成电刺激回路的固定电极，所述固定电极通过接地电容与地连接。
[0015]本专利技术还提供应用于上述电路充电方法，其中处理器被配置为执行步骤：将所述第一NMOS管G极设置为高电平，所述第一PMOS管G极设置低电平；启动所述直流升压模块，对所述电容充电；通过电压反馈电路监测充电电压，所述电压达到预设值后设置所述第一NMOS管G极设置为低电平，所述第一PMOS管G极为高电平。
[0016]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述步骤“所述第一NMOS管G极设置高电平，所述第一PMOS管G极设置低电平”进一步包括：处理器的第一充电控制端口输出高电平信号，所述第二充电控制端口输出低电平信号；所述步骤“所述电压达到预设值后设置所述
第一NMOS管G极设置为低电平，所述第一PMOS管G极为高电平”进一步包括：处理器的第一充电控制端口输出低电平信号，第二充电控制端口输出高电平信号。
[0017]本专利技术还提供应用于上述电路的充放电方法，其中处理器被配置为执行步骤：第一充电控制端口输出高电平信号，第二充电控制端口输出低电平信号，以使所述充电开关电路导通；启动所述直流升压模块，对所述电容充电，同时通过电压反馈电路监测充电电压；达到预设电压后，第一充电控制端口输出低电平信号，第二充电控制端口输出高电平信号，以停止对所述电容充电；第一放电控制端口输出高电平信号，第二放电控制端口输出低电平信号，以释放电容存储的电荷；等到达到预设脉宽，第一放电控制端口输出低电平信号，第二放电控制端口输出高电平信号，以停止所述电容放电；等待预设延迟时间，实现电刺激与反向尾迹放电间隔；电极接地控制端口输出高电平信号，以使所述电刺激治疗电极反向尾迹放电。
[0018]作为本专利技术一实施方式的进一步改进，停止对所述电容充电后，处理器继续监测直流升压模块直至达到预设电压后，关闭直流升压模块DC-DC Booster；所述直流升压模块的预设电压V>VCp+VGS_N4，其中VCp是电容电压，VGS_N4是第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路，其包括：处理器，用于提供充放电控制信号；直流升压模块，用于将电源电压转换为逐渐上升的充电电压；电压反馈电路，与所述处理器反馈端口耦合用于向所述处理器提供电压反馈信号；电容，通过充电开关电路与所述直流升压模块的输出端口连接；所述电容通过放电开关电路与电刺激治疗电极连接；其特征在于，所述充电开关电路，包括第一PMOS管、第一NMOS管以及驱动电路；所述驱动电路根据处理器控制信号控制所述第一PMOS管和第一NMOS管对所述电容充电；所述第一PMOS管与第一NMOS管并联，所述并联的第一PMOS管和第一NMOS管的第一端连接所述电容，第二端连接直流升压模块的输出端口；所述第一PMOS管和第一NMOS管被选型为：在所述电容充电过程中所述第一NMOS管GS电压进入截至区前，所述第一PMOS管GS电压进入导通区；所述第一PMOS管和第一NMOS管电学参数满足关系式|V2-V4|<V0-V1；其中V2为所述第一PMOS管GS导通电压，V4为电容充电开始时所述第一PMOS管GS初始电压；所述V0为电容充电开始时所述第一NMOS管GS初始电压，所述V1为所述第一NMOS管GS截止电压。2.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路，在第一PMOS管GS电压进入导通区以后第一NMOS管GS电压进入截至区前第一NMOS管和第一PMOS管同时导通，并在第一NMOS管GS电压进入截至区以后所述第一PMOS管单独导通。3.根据权利要求2所述的一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路，其特征在于，所述V4的值为0。4.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路，其特征在于，所述驱动电路包括第二NMOS管、第三NMOS管、第二PMOS管、第一电阻以及第二电阻；所述第一PMOS管的G极通过第二NMOS管与地连接，所述第二NMOS管通过第一电阻与直流升压模块的输出端口连接；所述第一PMOS管的G极通过第二PMOS管与电源输出端口连接，所述第二PMOS管的G极通过第三NMOS管与地连接；所述第三NMOS管通过第二电阻与直流升压模块的输出端口连接；所述第一NMOS管和第二NMOS管G极与处理器第一充电控制端口连接，所述第三NMOS管G极与处理器第二充电控制端口连接。5.根据权利要求4所述的一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路，其特征在于，所述放电开关电路包括第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管以及第三PMOS管和第三电阻；所述第四NMOS管连接电刺激治疗电极和电容，第四NMOS管的G极通过第五NMOS管与地连接，第四NMOS管的G极通过第三PMOS管与直流升压模块的输出端口连接；第三PMOS管的G极通过第六NMOS管与地连接；所述第三PMOS管的G极通过第四电阻与所述直流升压模块的输出端口连接；所述第五NMOS管G极与处理器第二放电控制端口连接，所述第六NMOS管G极与处理器第一放电控制端口连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路，其特征在于，所述电刺激治疗电极通过第七NMOS管与地连接，所述第七NMOS管G极与处理器电极接地控制端口连接。7.根据权利要求1所述的一种用于植入式医疗设备的超低功耗充放电电路，其特征在于，所述电压反馈电路包括电压跟随器以及第一反馈电阻和第二反馈电阻；...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪峰，平利川，
申请(专利权)人：苏州无双医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：