采用电磁耦合的无线经皮充电电路的设计与实现

论文摘要

植入式医疗器件在现代医疗中发挥着越来越重要的作用,对于实际的植入式电子器件,电源的长期稳定供给是至关重要的问题。但是目前临床应用中的植入式电子器件都是使用一次性电池作为电源,一旦电池电量耗尽就不得不通过手术更换电池,这不仅给患者带来沉重的经济负担,还会增加患者的痛苦,给患者生活带来诸多不便。无线经皮电能传输是当今比较热门的研究领域,旨在有效解决植入式医疗器件的供电问题。本文利用体外发射能量的空心线圈和体内接收能量的空心线圈组成松耦合经皮变压器,基于电磁耦合完成生物体内外的无线能量传递,设计了经皮感应充电电路,采用高效E类功率放大器驱动体外能量发射线圈,在线圈周围空间产生高频交变磁场,把电能转换成磁场能量,体内能量接收线圈处于交变磁场内可将磁场能量转化为电能,感应产生的高频交变电信号再经过整流、滤波、稳压等电路,最终把体内线圈接收到的电能转换成可供充电管理芯片使用的工作电压,完成对可充电电池的充电过程。论文在了解无线能量传输的国内外发展现状基础上,首先从提高能量传输效率的角度给出了经皮变压器的设计依据,包括绕制线圈的导线材料选择、线圈形状和大小的确定等。其次,设计了无线经皮感应充电电路,包括体外能量发射模块、体内能量接收模块和充电管理模块。最后对无线经皮充电电路进行了离体实验,测试了影响能量传输效率的主要因素和充电过程的电池电压变化,结果表明电路工作稳定,额定容量为50mAh的锂离子可充电电池达到满充只需要8.5个小时,满足给定设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 课题的目的及意义
• 1.3 国外研究现状
• 1.4 国内研究现状
• 1.5 论文的主要研究内容
• 2 无线能量传输原理
• 2.1 电磁感应原理
• 2.2 经皮变压器模型
• 2.3 影响经皮能量传输效率的因素分析
• 2.4 本章小结
• 3 采用电磁耦合的无线经皮充电电路设计
• 3.1 E 类功率放大器用于经皮能量传输
• 3.2 无线能量发射、接收电路的设计
• 3.3 体内充电管理电路的设计
• 3.4 本章小结
• 4 无线经皮充电电路调试及实验结果
• 4.1 E 类功率放大器的调试
• 4.2 无线能量传输效率的实验及分析
• 4.3 电池充电时间的测试结果
• 4.4 本章小结
• 5 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献