[發明專利]一種應用于無線供電植入式輔助供血裝置的分段可控阻抗匹配系統

有效

• 申請號: 201810541930.6
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108767992B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 朱春波;劉瀅;李陽;張劍韜;崔淑梅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/80
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 安琪

本發明提出了一種應用于無線供電植入式輔助供血裝置的分段可控阻抗匹配系統，屬于無線電能傳輸技術領域。所述分段可控阻抗匹配系統包括發射端和接收端；所述發射端包括電池、射頻源、切換電路、阻抗匹配電路、發射端諧振電容和發射線圈；所述分段可控阻抗匹配系統具有高效率、大功率無線電能傳輸特點。

技術領域

本發明涉及一種應用于無線供電植入式輔助供血裝置的分段可控阻抗匹配系統，屬于無線電能傳輸技術領域。

背景技術

基于高頻領域的無線電能傳輸技術由于其裝置尺寸較小、傳輸距離較遠的突出優勢而被廣泛應用于智能穿戴、手機等可移動電子設備領域。但現有的無線電能傳輸系統僅適用于定距離的傳輸模式，當距離發生變化時，為保證高傳輸效率及傳輸功率，需要針對不同傳輸距離重新設置Π型網絡的各個參數，導致該系統無法靈活適應變化的傳輸距離。若采用電子元件矩陣模式的阻抗匹配網絡，會使得整個系統體積過大且控制方式繁瑣，失去了高頻無線電能傳輸技術的尺寸優勢。現有的植入式人體輔助供血裝置傳輸距離較近，為1-5cm。手術風險較大，且患者活動范圍受到限制。另外，當傳輸距離發生變化時，系統傳輸效率急劇下降，距離較遠時可能導致系統無法正常工作，易導致生命危險。若采用電子元件矩陣模式的阻抗匹配網絡進行不同距離的匹配，會使得整個系統體積過大且控制方式繁瑣，失去了高頻無線電能傳輸技術的尺寸優勢。

發明內容

本發明為了解決現有植入式人體輔助供血裝置Π型阻抗匹配網絡在傳輸距離變化的場合下，電容及電感參數難以跟隨調整，傳輸效率低，控制方式繁瑣，當傳輸距離發生變化時，系統傳輸效率急劇下降，距離較遠時可能導致系統無法正常工作，易導致生命危險的問題，提出了一種具有可切換Π型阻抗匹配網絡的無線電能傳輸系統。所采取的技術方案如下：

一種應用于無線供電植入式輔助供血裝置的分段可控阻抗匹配系統，所述分段可控阻抗匹配系統包括發射端和接收端；所述發射端包括電池1、射頻源2、切換電路3、阻抗匹配電路4、發射端諧振電容5和發射線圈6；所述接收端包括接收線圈7、接收端諧振電容8、高頻整流器9、DC-DC轉換電路模塊10和負載11；其中，負載11指輔助供血裝置所述電池1的電能信號輸出端與所述射頻源2的電能輸入端相連；所述射頻源2的反射功率信號輸出端與所述阻抗匹配電路4的電能信號輸入端相連；所述阻抗匹配電路4的電能信號輸出端與所述阻抗匹配電路4的電能信號輸入端相連；所述阻抗匹配電路4的電能信號輸出端通過發射端諧振電容5與所述發射線圈6的電能信號輸入端相連；所述發射線圈6的耦合端與接收線圈7的耦合端耦合感應；所述接收線圈7的電能信號輸出端通過接收端諧振電容8與所述高頻整流器9的電能信號輸入端相連；所述高頻整流器9的電能信號輸出端與所述DC-DC轉換電路模塊10的電能信號輸入端相連；所述DC-DC轉換電路模塊10的電能信號輸出端與所述負載11的電能信號輸入端相連；所述分段可控阻抗匹配系統還包括檢測電路單元，所述檢測電路單元設置于發射端或接收端。

進一步地，所述阻抗匹配電路4采用CLC、LCL或LCC結構的三路射頻阻抗匹配電路；所述三路射頻阻抗匹配電路的阻抗值對應的距離為：5-8cm對應匹配電路的第一切換電路，所述第一切換電路中，電容X1的容值為300-600pF，電感X2的感值為200-300nH，電容X3的容值為500-1000pF；10-12cm對應匹配電路的第二切換電路，所述第二切換電路中，電容X1的容值為500-1200pF，電感X2的感值為200-400nH，電容X3的容值為1000-2000pF；15-18cm對應匹配電路的第三切換電路，所述第三切換電路中，電容X1的容值為1000-2000pF，電感X2的感值為300-500nH，電容X3的容值為2000-3500pF。

進一步地，所述檢測電路單元設置于發射端時，所述檢測電路單元包括檢測電路a1和控制電路a2；所述檢測電路包括定向耦合器，用于檢測發射功率的大小?？刂齐娐钒―SP或FPGA或ARM控制模塊，用于根據檢測電路傳遞的發射功率大小對阻抗電路進行切換控制。

進一步地，所述檢測電路單元設置于發射端時，所述分段可控阻抗匹配系統的阻抗匹配方法包括：