[發明專利]具有充電電流自適應調節功能的經皮無線充電系統和方法

有效

• 申請號: 201710777040.0
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107332320B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李青峰;王偉明;馬伯志;薛林;李路明
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京品馳醫療設備有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/10;H02J50/12;A61N1/39;A61N1/378
• 代理公司: 北京市振邦律師事務所 11389
• 代理人: 李朝輝

本發明涉及一種具有充電電流自適應調節功能的經皮無線充電系統和方法，該系統包括置于人體之外的體外充電器和置于人體之內的體內植入裝置，其特征在于，體外充電器包括充電發射線圈，體內植入裝置包括無線充電接收線圈，整流濾波電路、檢測控制單元、充電電流控制電阻網絡和充電控制開關管；其中檢測控制單元檢測經過整流濾波電路的電壓，進而控制充電電流控制電阻的阻值和充電控制開關管開關程度，來控制充電電流的大小。本發明方案在保證植入裝置溫升在安全范圍內的前提下，根據在不同對位位置和充電距離時能量接收線圈接收能量大小的不同，自適應調節充電電流，最大化利用接收到的能量給電池充電，且保證充電過程穩定，調節過程響應快。

技術領域

本發明涉及一種醫療器械相關技術領域，尤其，涉及一種具有充電電流自適應調節功能的經皮無線充電系統。

背景技術

植入式醫療儀器種類很多，如植入式心臟起搏器、腦起搏器、神經刺激器、肌肉刺激器、心電記錄器等，目前這些植入醫療儀器，均需要有電池或充電系統來實現儀器的正常工作。

在目前的經皮無線充電應用中，有源植入式裝置常用金屬鈦作為外殼來封裝內部電子線路、電池等。金屬外殼、內部金屬部件等在無線充電時由于渦流效應會導致植入裝置存在發熱問題，針對該問題，目前多數專利方案以及上市產品旨在監測植入裝置溫度來調節體外發射功率大小，這種方案由于熱傳導的原因，反應較慢，效率低，而且對體內外裝置的相對位置和距離有嚴格要求。同時，根據植入裝置的參數來調節體外發射參數的方法，面臨系統響應延時長的問題。

發明內容

為解決經皮無線充電系統控制策略復雜、調節響應速度慢和/或體內外裝置嚴格的位置要求等問題，本發明提供一種具有充電電流自適應調節功能的經皮無線充電系統，包括置于人體之外的體外充電器和置于人體之內的體內植入裝置，其特征在于，體外充電器包括充電發射線圈，體內植入裝置包括無線充電接收線圈，整流濾波電路、檢測控制單元、充電電流控制電阻和充電控制開關管；其中檢測控制單元檢測經過整流濾波電路的電壓，進而控制充電電流控制電阻的阻值和充電控制開關管開關程度，來控制充電電流的大小。

進一步地，所述充電電流控制電阻是電阻網絡，所述檢測控制單元包括微控制器、電阻網絡控制單元，微控制器的檢測端用于檢測整流后電壓的幅值，并經過運算后向電阻網絡控制單元發送命令，電阻網絡控制單元根據所述命令在電阻網絡中選擇需要的電阻值。

進一步地，所述檢測控制單元還包括充電管理芯片，充電管理芯片根據該電阻網絡的電阻值控制充電控制開關管的開關程度，來控制充電電流的大小。

進一步地，所述整流濾波電路后方連接有濾波電容和穩壓電路。

進一步地，充電發射線圈發射固定頻率和功率的電磁場，體內根據充電接收線圈接收的能量大小，控制不同的充電電流。

進一步地，所述充電接收線圈為空心線圈或內含高磁導率磁芯的線圈或其表面涂覆有高磁導率磁性薄膜的線圈。

進一步地，所述充電接收線圈與諧振電容并聯或者串聯組成并聯或串聯諧振電路。

本發明還公開了一種具有充電電流自適應調節功能的經皮無線充電方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：體外充電器與體內植入裝置建立通信；

S2：體外充電器充電發射線圈發射固定頻率和功率的電磁場，體內植入裝置根據充電接收線圈接收的能量大小，控制不同的充電電流；

S3：若體內植入裝置充滿電，則向體外充電器發送充滿電信號，體內植入裝置關閉，否則進行步驟S2；

S4：體外充電器關閉。

進一步地，在步驟S1之前，有S0步驟：體外充電器和體內植入裝置均初始化。

進一步地，步驟S2進一步包括以下步驟：