一种植入式心脏起博器磁耦合谐振无线充电装置

摘要

本发明公开了一种植入式心脏起博器磁耦合谐振无线充电装置，该装置包括高频激励源（10）、发射单元（20）、接收单元（30）、能量转换单元（40）和可充电电池；通过发射单元（20）与接收单元（30）的谐振电路的磁耦合谐振，实现电能从发射侧到接收侧的无线传输。能量转换单元（40）对接收单元（30）的电能进行平滑处理，经由电池管理芯片，得到满足心脏起搏器可充电电池充电所需要的电能。其中，高频激励源（10）和发射单元（20）属于体外部件；接收单元（30）和能量转换单元（40）属于体内部件。该装置通过无线方式对植入式心脏起搏器的可充电电池进行充电，从而延长电池的使用寿命，提高植入式心脏起搏器的使用期限。

主权项

一种植入式心脏起博器磁耦合谐振无线充电装置，该装置包括有高频激励源(10)、发射单元(20)、接收单元(30)、能量转换单元(40)和可充电电池；其中，高频激励源(10)和发射单元(20)属于体外部件；接收单元(30)和能量转换单元(40)属于体内部件；高频激励源(10)用于将输入的工频交流电经变压、整流滤波、逆变后输出双极性方波电压信号；发射单元(20)将接收到的双极性方波电压信号用于产生交变磁场，并耦合到接收单元(30)的接收线圈上；接收单元(30)用于感应发射单元(20)的交变磁场，并在接收线圈中感应后出高频电压信号；能量转换单元(40)用于连接接收单元(30)和植入式心脏起搏器的可充电电池两部分，对接收单元(30)输出的高频电电压信号进行平滑处理，转换成稳定的直流电，经由电池管理芯片后，对心脏起搏器可充电电池进行充电；高频激励源(10)包括有交流变压器(101)、整流滤波电路(102)、逆变电路(103)；交流变压器(101)将单相工频220V交流电变换为低压工频交流电输出给整流滤波电路(102)；整流滤波电路(102)将所述的低压工频交流电进行整流滤波处理，输出平直的直流电给逆变电路(103)；逆变电路(103)对所述的平直的直流电进行单相全桥逆变处理，输出双极性方波电压信号V₁₀；发射单元(20)包括发射线圈(201)、下基板(202)、上盖板(203)、匹配电容(204)；所述下基板(202)上设有用于放置发射线圈(201)的线圈凹槽(202A)；上盖板(203)上设有用于发射线圈(201)两端穿过的A通孔(203A)和B通孔(203B)，穿过所述A通孔(203A)和B通孔(203B)的发射线圈(201)的两端分别与匹配电容(204)的两端连接；发射线圈(201)与匹配电容(204)的并联连接形成并联谐振电路；或者，发射线圈(201)的一端连接有匹配电容(204A)的一端，匹配电容(204A)的另一端连接在正极方波电压信号上，发射线圈(201)的另一端连接在负极方波电压信号上，发射线圈(201)与匹配电容(204A)的串联连接形成串联谐振电路；接收单元(30)包括接收线圈(301)、PCB基板(302)和匹配电容(304)；所述的接收线圈(301)是采用覆铜技术在PCB基板(302)上制作出的螺旋线圈；所述的接收线圈(301)的两端分别与所述匹配电容(304)的两端连接；接收线圈(301)与匹配电容(304)的并联连接形成并联谐振电路；或者，接收线圈(301)的一端连接有匹配电容(304A)的一端，匹配电容(304A)的另一端连接在负极方波电压信号上，接收线圈(301)的另一端连接在正极方波电压信号上，接收线圈(301)与匹配电容(304A)形成串联谐振电路；接收单元(30)用于输出正负高频电压其特征在于：能量转换单元(40)包括整流电路(401)、滤波电路(402)、稳压电路(403)和充电管理电路(404)；整流电路(401)采用全桥整流方式，整流二极管D2的正极连接在接收单元30的负高频电压端上，且整流二极管D2的正极也与整流二极管D3的负极连接，整流二极管D2的负极连接在稳压芯片U7的1脚上；整流二极管D3的负极连接在接收单元30的负高频电压端上，且整流二极管D3的负极也与整流二极管D2的正极连接，整流二极管D3的正极接地；整流二极管D4的正极连接在接收单元30的正高频电压端上，且整流二极管D4的正极也与整流二极管D5的负极连接，整流二极管D4的负极连接在稳压芯片U7的1脚上；整流二极管D5的负极连接在接收单元30的正高频电压端上，且整流二极管D5的负极也与整流二极管D4的正极连接，整流二极管D5的正极接地；滤波电路(402)的作用是把整流后波形不平直的近似直流电修整成为尽可能平直的直流电，滤波电容C45的正极连接在稳压芯片U7的1脚上，滤波电容C45的负极接地；滤波电容C11的一端连接在稳压芯片U7的1脚上，滤波电容C11的另一端接地；稳压电路(403)中稳压芯片U7的1脚用于接收经整流滤波的电压信号，作为电压信号的输入；稳压芯片U7的2脚为稳压芯片输出端，即输出+5V电压信号；稳压芯片U7的3脚和5脚接地；稳压芯片U7的2脚与二极管D1的负极、电感L3的一端连接，二极管D1的正极与滤波电容C48的负极、滤波电容C12的一端连接，电感L3的另一端上连接滤波电容C48的正极、滤波电容C12的另一端，稳压芯片U7的4脚与+5V连接，作为稳压电路的反馈信号；稳压芯片U7的2脚输出的+5V电压信号供给充电管理电路(404)，且作为充电管理电路(404)的电源使用；所述的充电管理电路(404)的电路连接为：电池管理芯片U13的2脚、3脚和5脚经电阻R42接+5V电压；电池管理芯片U13的4脚接+5V电压，4脚经电容C61接地，4脚经电容C46接地；电容C61与电容C46形成滤波电路，该滤波电路对+5V电压进行滤波处理；电池管理芯片U13的7脚经电阻R45接+5V电压，7脚经电阻R31接地；电池管理芯片U13的8脚经电阻R3接+5V电压，8脚经电容C16接地；电池管理芯片U13的9脚经电阻R4接+5V电压，9脚经电容C65接地；电池管理芯片U13的10脚接地；电池管理芯片U13的12脚经电容C62接地；电池管理芯片U13的13脚经电阻R46接+5V电压；电池管理芯片U13的14脚经发光二极管LEDS1、电阻R44接+5V电压；电池管理芯片U13的15脚经发光二极管LEDS2、电阻R43接+5V电压；电池管理芯片U13的16脚接地；电池管理芯片U13的17脚接可充电电池的正极；电池管理芯片U13的18脚接可充电电池的正极；电池管理芯片U13的19脚一方面接可充电电池的正极，另一方面经电容C63接地。