一種無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，包括體內(nèi)模塊和體外模塊，體內(nèi)模塊與體外模塊之間無任何傳輸線；所述的體外模塊包括強(qiáng)電供電單元、供電端功率變換單元、諧振變換單元、松耦合變壓器的原邊線圈，供電端弱電供電單元、供電端控制器、開關(guān)管驅(qū)動單元、光耦隔離單元、電流采樣單元、供電端信號調(diào)理單元、保護(hù)單元、電池狀態(tài)顯示模塊以及用于接收電池狀態(tài)信息的解調(diào)器；所述的體內(nèi)模塊包括松耦合變壓器的副邊線圈、受電端諧振變換單元、受電端功率變換單元及受電端控制器、電池充電管理模塊、電池、調(diào)制器和血泵。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小、重量輕，避免了在患者皮下鉆導(dǎo)線孔。
【專利說明】—種無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種醫(yī)療器械，具體涉及一種無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]左心室輔助裝置系統(tǒng)(LeftVentricular Assist Devices System,簡稱:LVADS)主要用于治療冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、高血壓性心臟病、心肌病等充血性心力衰竭的病人。LVADS是將血液從病人的左心室抽出，經(jīng)血泵加壓輸送至主動脈的裝置。該裝置由泵主體、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)三大部分組成。其用途是部分或完全代替心臟功能維持血液循環(huán)；其一減輕心臟負(fù)荷，增加冠脈流量，使衰竭的心臟得以在低代謝、卸負(fù)荷的狀態(tài)下恢復(fù)功能；其二是保證全身重要生命器官的灌注，防治多器官功能衰竭，以保證進(jìn)一步治療之有效。
[0003]現(xiàn)有的左心室輔助裝置系統(tǒng)的體內(nèi)部分與體外部分通過連接線連接，患者需要永久隨身攜帶電池包，由于具有連接線，需用在手術(shù)時在患者皮下鉆導(dǎo)線孔，增加了術(shù)后感染的風(fēng)險，不利于患者恢復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小、重量輕的無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，避免了在患者皮下鉆導(dǎo)線孔，更易于將血泵植入體內(nèi)；大大提高患者生活自由度，無感染風(fēng)險，提高了患者術(shù)后愈合速度，降低患者術(shù)后維護(hù)成本。
[0005]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0006]—種無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，包括體內(nèi)模塊和體外模塊，體內(nèi)模塊與體外模塊之間無任何傳輸線；所述的體外模塊包括強(qiáng)電供電單元、供電端功率變換單元、諧振變換單元、松耦合變壓器的原邊線圈，供電端弱電供電單元、供電端控制器、開關(guān)管驅(qū)動單元、光稱隔離單元、電流采樣單元、供電端信號調(diào)理單元、保護(hù)單元、電池狀態(tài)顯示模塊以及用于接收電池狀態(tài)信息的解調(diào)器；
[0007]所述的體內(nèi)模塊包括松耦合變壓器的副邊線圈、受電端諧振變換單元、受電端功率變換單元及受電端控制器、電池充電管理模塊、電池、調(diào)制器和血泵；
[0008]強(qiáng)電供電單元的輸出端分別與供電端功率變換單元、供電端弱電供電單元和保護(hù)單元相連；供電端功率變換單元分別與諧振變換單元的輸入端、開關(guān)管驅(qū)動單元的輸出端相連；諧振變換單元的輸出端分別與松耦合變壓器的原邊線圈、解調(diào)器和電流采樣單元相連；強(qiáng)電供電單元將市電整流為直流電，所述直流電具有母線電流和母線電壓；強(qiáng)電供電單元分別將母線電流和母線電壓輸入至保護(hù)電路，并將產(chǎn)生的直流電分別輸入至供電端功率變換單元和供電端弱電供電單元；供電端弱電供電單元將接收的直流電進(jìn)行功率變換以便為光耦隔離單元、供電端控制器、保護(hù)單元、信號調(diào)理單元供電；供電端功率變換單元在開關(guān)管驅(qū)動單元的控制下將接收的直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，并將所述高頻交流電輸入至諧振變換單元；諧振變換單元將接收的高頻交流電進(jìn)行調(diào)理獲得功率因數(shù)更高的高頻交流電，并將所述功率因數(shù)更高的高頻交流電輸入至松耦合變壓器的原邊線圈；松耦合變壓器的原邊線圈將接收的功率因數(shù)更高的高頻交流電發(fā)送至松耦合變壓器的副邊線圈；
[0009]電流采樣單元將采集的所述功率因數(shù)更高的高頻交流電的電流ia。輸入至信號調(diào)理單元，信號調(diào)理單元對電流ia。進(jìn)行調(diào)理后獲得調(diào)理后的電流id。，調(diào)理后的電流id。輸入至供電端控制器；供電端控制器根據(jù)所述調(diào)理后的電流id。輸出用于調(diào)整開關(guān)管驅(qū)動單元的控制信號；保護(hù)單元根據(jù)所述母線電流、母線電壓和直流電流id。輸出保護(hù)信號至供電端控制器，供電端控制器根據(jù)所述保護(hù)信號確定是否對功率變換單元進(jìn)行保護(hù)；供電端控制器輸出的控制信號通過光耦隔離單元發(fā)送至開關(guān)管驅(qū)動單元；
[0010]松耦合變壓器的副邊線圈將接收的電能發(fā)送至受電端諧振變換單元、受電端諧振變換單元進(jìn)行無功功率補(bǔ)償后發(fā)送至受電端功率變換單元，受電端功率變換單元進(jìn)行電能變換后發(fā)送至受電端控制器；受電端控制器通過電池充電管理模塊向電池充電，同時受電端控制器與血泵相連，以便控制血泵的運(yùn)轉(zhuǎn)；電池向血泵供電，血泵用于輔助心臟工作；
[0011]電池輸出的電池狀態(tài)信息通過調(diào)制器調(diào)制后發(fā)送至受電端控制器，受電端控制器根據(jù)調(diào)制后的電池狀態(tài)信息控制受電端功率變換單元使得受電端功率變換單元輸出搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流，所述搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流通過受電端諧振變換單元和副邊線圈發(fā)送至原邊線圈，原邊線圈與供電端諧振變換單元將接收的搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流發(fā)送至解調(diào)器，通過解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)獲得解調(diào)后的電池狀態(tài)信息，解調(diào)后的電池狀態(tài)信息送入供電端控制器，通過供電端控制器控制電池狀態(tài)顯示模塊顯示電池狀態(tài)信息，以便進(jìn)行及時充電。
[0012]所述受電端控制器根據(jù)調(diào)理后的電流id。輸出電池充滿狀態(tài)信息至電池狀態(tài)顯示模塊。
[0013]所述用于調(diào)整開關(guān)管驅(qū)動單元的控制信號為PWM信號，所述受電端控制器根據(jù)調(diào)理后的電流id。輸出用于調(diào)整開關(guān)管驅(qū)動單元的控制信號的方法如下:判斷當(dāng)前周期的id。是否大于前一周期的值；
[0014]如果當(dāng)前周期的id。大于前一周期的值時，判斷當(dāng)前頻率是否大于前一個周期的頻率，如果大于前一個周期的頻率，則提高PWM信號的工作頻率，如果小于前一個周期的頻率，則降低PWM信號的工作頻率；
[0015]如果當(dāng)前周期的id。小于前一周期的值時，判斷當(dāng)前頻率是否大于前一個周期的頻率，如果大于前一個周期的頻率，則降低PWM信號的工作頻率，如果小于前一個周期的頻率，則提高PWM信號的工作頻率。
[0016]所述供電端功率變換單元包括電感L、電容C和功率管Q ;電容C的一端與功率管Q的集電極相連，電容C的另一端與功率管Q的發(fā)射極兩端，電感L的一端作為輸入，電感L的另一端與功率管的集電極相連；功率管Q的基極與開關(guān)管驅(qū)動單元的輸出端相連；電容C的兩端分別與諧振變換單元的輸入端相連。
[0017]所述的松耦合變壓器的原邊線圈和副邊線圈均為匝數(shù)為15匝、直徑為50mm的多股絞合線線圈。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):[0019]本發(fā)明中所涉及的無線電能傳輸技術(shù)，利用了電磁感應(yīng)式無線電能傳輸技術(shù)，體外模塊與體內(nèi)模塊相互之間無任何電線連接，分別處于患者的體內(nèi)與體外?；颊邤[脫了可植入式左心室輔助系統(tǒng)體內(nèi)部分與體外部分的連接線，避免了在患者皮下鉆導(dǎo)線孔，更易于將血泵植入體內(nèi)；大大提高了患者生活自由度，無感染風(fēng)險，提高了患者術(shù)后愈合速度，降低了患者術(shù)后維護(hù)成本；結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)高速，長期和連續(xù)運(yùn)行。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，效率高，患者無感染風(fēng)險，不影響患者日常生活等特點(diǎn)，尤其是體積小和重量輕，特別適用于對體積，重量和溫升都有苛刻要求的左心室輔助系統(tǒng)。
[0020]本發(fā)明通過信息、能量同載波傳輸，不僅可以減小系統(tǒng)裝置體積，還能避免無線信息收發(fā)模塊與無線能量傳輸線圈之間的干擾，使得系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)組成示意圖。
[0022]圖2為單功率管諧振變換電路示意圖。
[0023]圖3為信號調(diào)理單元示意圖。
[0024]圖4為保護(hù)單元示意圖。
[0025]圖5為頻率跟蹤算法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面就結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，包括體內(nèi)模塊和體外模塊，體內(nèi)模塊與體外模塊之間無任何傳輸線；所述的體外模塊包括強(qiáng)電供電單元、供電端功率變換單元、諧振變換單元、松耦合變壓器的原邊線圈，供電端弱電供電單元、供電端控制器、開關(guān)管驅(qū)動單元、光耦隔離單元、電流采樣單元、供電端信號調(diào)理單元、保護(hù)單元、電池狀態(tài)顯示模塊以及用于接收電池狀態(tài)信息的解調(diào)器；所述的體內(nèi)模塊包括松耦合變壓器的副邊線圈、受電端諧振變換單元、受電端功率變換單元、受電端控制器、電池充電管理模塊、電池、調(diào)制器和血泵。
[0029]強(qiáng)電供電單元的輸出端分別與供電端功率變換單元、供電端弱電供電單元和保護(hù)單元相連；供電端功率變換單元分別與諧振變換單元的輸入端、開關(guān)管驅(qū)動單元的輸出端相連；諧振變換單元的輸出端分別與松耦合變壓器的原邊線圈、解調(diào)器和電流采樣單元相連；強(qiáng)電供電單元將市電整流為直流電，所述直流電具有母線電流和母線電壓；強(qiáng)電供電單元分別將母線電流和母線電壓輸入至保護(hù)電路，并將產(chǎn)生的直流電分別輸入至供電端功率變換單元和供電端弱電供電單元；供電端弱電供電單元將接收的直流電進(jìn)行功率變換以便為光耦隔離單元、供電端控制器、保護(hù)單元、信號調(diào)理單元供電；供電端功率變換單元在開關(guān)管驅(qū)動單元的控制下將接收的直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，并將所述高頻交流電輸入至諧振變換單元；諧振變換單元將接收的高頻交流電進(jìn)行調(diào)理獲得功率因數(shù)更高的高頻交流電，并將所述功率因數(shù)更高的高頻交流電輸入至松耦合變壓器的原邊線圈；松耦合變壓器的原邊線圈將接收的功率因數(shù)更高的高頻交流電發(fā)送至松耦合變壓器的副邊線圈。
[0030]電流采樣單元將采集的所述功率因數(shù)更高的高頻交流電的電流ia。輸入至信號調(diào)理單元，信號調(diào)理單元對電流ia。進(jìn)行調(diào)理后獲得調(diào)理后的電流id。，調(diào)理后的電流id。輸入至供電端控制器；供電端控制器根據(jù)所述調(diào)理后的電流id。輸出用于調(diào)整開關(guān)管驅(qū)動單元的控制信號；保護(hù)單元根據(jù)所述母線電流、母線電壓和直流電流id。輸出保護(hù)信號至供電端控制器，供電端控制器根據(jù)所述保護(hù)信號確定是否對功率變換單元進(jìn)行保護(hù)；供電端控制器輸出的控制信號通過光耦隔離單元發(fā)送至開關(guān)管驅(qū)動單元。
[0031]松耦合變壓器的副邊線圈將接收的電能發(fā)送至受電端諧振變換單元、受電端諧振變換單元進(jìn)行無功功率補(bǔ)償后發(fā)送至受電端功率變換單元，受電端功率變換單元進(jìn)行電能變換后發(fā)送至受電端控制器；受電端控制器通過電池充電管理模塊向電池充電，同時受電端控制器與血泵相連，以便控制血泵的運(yùn)轉(zhuǎn)；電池向血泵供電，血泵用于輔助心臟工作；
[0032]電池輸出的電池狀態(tài)信息通過調(diào)制器調(diào)制后發(fā)送至受電端控制器，受電端控制器根據(jù)調(diào)制后的電池狀態(tài)信息控制受電端功率變換單元使得受電端功率變換單元輸出搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流，所述搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流通過受電端諧振變換單元和副邊線圈發(fā)送至原邊線圈，原邊線圈與供電端諧振變換單元將接收的搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流發(fā)送至解調(diào)器，通過解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)獲得解調(diào)后的電池狀態(tài)信息，解調(diào)后的電池狀態(tài)信息送入供電端控制器，通過供電端控制器控制電池狀態(tài)顯示模塊顯示電池狀態(tài)信息，以便進(jìn)行及時充電。
[0033]本發(fā)明中的所有組成單元均采用硬件電路搭建。
[0034]為了減小系統(tǒng)體積，所述的供電端功率變換單元由單功率管諧振變換電路組成，該功率變換單元具有開關(guān)損耗小，變換效率受發(fā)射線圈與接收線圈距離影響較小。如圖2所示，所述供電端功率變換單元包括電感L、電容C和功率管Q ;電容C的一端與功率管Q的集電極相連，電容C的另一端與功率管Q的發(fā)射極兩端，電感L的一端作為輸入，電感L的另一端與功率管的集電極相連；功率管Q的基極與開關(guān)管驅(qū)動單元的輸出端相連；電容C的兩端分別與諧振變換單元的輸入端相連。
[0035]為了增加系統(tǒng)功率容量及無功功率補(bǔ)償，將高頻交流電通過諧振變換單元調(diào)理，使得得到的高頻交流電具有更高的功率因數(shù)。
[0036]強(qiáng)電供電單元輸出的信號經(jīng)供電端弱電供電單元進(jìn)行功率變換，以便達(dá)到供電端控制器、光耦隔離單元、供電端信號調(diào)理單元和保護(hù)單元所需功率等級。供電端弱電供電單元分別與供電端控制器、光耦隔離單元、供電端信號調(diào)理單元和保護(hù)單元相連并提供電能。為了隔離強(qiáng)電與弱電之間的電磁干擾，供電端控制器輸出的PWM信號經(jīng)過光耦隔離單元，通過開關(guān)管驅(qū)動單元與供電端功率變換單元相連并控制功率變換單元的功率管Q工作。
[0037]如圖3所示，信號調(diào)理單元包括兩個運(yùn)算放大器Q1與Q2、兩個二極管D1與D2、和多個電阻，其中兩個二極管的型號為SMBYT01-400，兩個運(yùn)算放大器的型號均選為TL084。通過對電流ia采樣，通過二階低通濾波器加電壓提升，將正負(fù)變化的交流信號提升為單極性的O?3.3V范圍內(nèi)的信號id。，接入供電端控制器。供電端控制器一方面可以根據(jù)所述信號id。調(diào)整所述PWM信號的頻率；另一方面可以根據(jù)信號id。的值向電池狀態(tài)顯示模式輸出電池充滿信息。
[0038]保護(hù)電路由母線電流過流保護(hù)電路、原邊諧振電流過流保護(hù)電路，母線欠壓保護(hù)電路三部分組成。設(shè)定母線電流大于母線電流閾值時，產(chǎn)生過流保護(hù)信號；原邊諧振電流峰值超過原邊諧振電流閾值時，產(chǎn)生過流保護(hù)信號，直流母線電壓低于直流母線電壓閾值時，產(chǎn)生欠壓保護(hù)信號，三路保護(hù)信號經(jīng)過與非門后送到供電端控制器的功率驅(qū)動保護(hù)中斷入口，繼而控制器直接封鎖所有PWM信號，保護(hù)電路上的元器件不被損壞。由于患者在呼吸及運(yùn)動過程中，會改變發(fā)射線圈與接收線圈之間距離，造成系統(tǒng)電氣特性變化(例如線圈電流1。的變化)。需要設(shè)計相應(yīng)的原邊諧振電流過流保護(hù)電路，來保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。原邊諧振電流過流保護(hù)電路由滯回比較器構(gòu)成，如圖4所示，當(dāng)經(jīng)過調(diào)理的線圈電流id。過流時，產(chǎn)生原邊諧振電流過流保護(hù)信號。圖中R6的電阻為變阻器，在電路中根據(jù)過流保護(hù)的閾值調(diào)節(jié)電阻值。當(dāng)信號低于這個閾值時，信號經(jīng)運(yùn)算放大后輸出，當(dāng)信號超過閾值時，輸出電平翻轉(zhuǎn)。滯回比較器輸出原邊諧振電流過流保護(hù)信號。母線電流過流保護(hù)電路，母線欠壓保護(hù)電路與原邊諧振電流過流保護(hù)電路類似，再此不再詳細(xì)描述。
[0039]為了將體內(nèi)的電池狀態(tài)信息發(fā)送回體外模塊，通過調(diào)制器將電池狀態(tài)信息搭載到交變電流中，并傳回體外模塊中。受電端控制器的作用是控制血泵運(yùn)轉(zhuǎn)在期望工況下。受電端功率變換單元對接收的電能進(jìn)行變換后發(fā)送至受電端控制器，受電端控制器通過電池充電管理模塊向電池充電，電池向血泵供電。同時受電端控制器與血泵相連，以便控制血泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，來維持心臟正常運(yùn)作。
[0040]在植入式左心室輔助系統(tǒng)中，對體內(nèi)部分的體積要求非常嚴(yán)格，以往的無線電能傳輸系統(tǒng)，大都用獨(dú)立的無線收發(fā)模塊來進(jìn)行體內(nèi)部分與體外部分之間的信息通訊。這種方式不僅增加了體內(nèi)部分的體積，并且容易受到傳輸能量的松耦合變壓器的電磁干擾而發(fā)送錯誤的信息，造成整個系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至不能工作。本發(fā)明將體內(nèi)模塊的電池狀態(tài)信息通過調(diào)制器，將信息搭載到高頻交變的電流中，原邊線圈接收到交變電流后，通過解調(diào)器將信息還原后送入供電端控制器中，通過供電端控制器控制電池狀態(tài)顯示模塊顯示電池狀態(tài)信息，所述電池狀態(tài)信息一般為電池欠電信息，以便提醒用戶進(jìn)行及時充電。
[0041]用戶在進(jìn)行無線充電的過程中，由于體內(nèi)體外線圈的距離隨著呼吸、線圈擺放位置、皮膚厚度不同時期的不同，會影響傳輸效率。無線電能傳輸技術(shù)研究結(jié)果表明，當(dāng)工作頻率與諧振頻率相等時，系統(tǒng)傳輸效率最高。而原邊線圈電流實(shí)時反映工作頻率與諧振頻率的偏差，因此，優(yōu)選地，采用圖5所述的頻率跟蹤算法實(shí)時地調(diào)整工作頻率，使得系統(tǒng)傳輸效率最高；并且該算法在不增加系統(tǒng)硬件的情況下，達(dá)到對系統(tǒng)的控制。具體方法如下:判斷當(dāng)前周期的idc大于前一周期的值；當(dāng)當(dāng)前周期的idc大于前一周期的值時，判斷當(dāng)前頻率是否大于前一個周期的頻率，如果大于前一個周期的頻率，則提高工作頻率，如果小于前一個周期的頻率，則降低工作頻率；當(dāng)當(dāng)前周期的idc小于前一周期的值時，判斷當(dāng)前頻率是否大于前一個周期的頻率，如果大于前一個周期的頻率，則降低工作頻率，如果小于前一個周期的頻率，則提高工作頻率；從而獲得使得系統(tǒng)達(dá)到最大效率傳輸狀態(tài)的PWM脈沖控制信號。
[0042]由于體內(nèi)部分需要植入患者體內(nèi)，要求體積小，效率高，發(fā)熱量少。所述的松耦合變壓器選用在高頻情況下趨膚效應(yīng)及鄰近效應(yīng)小的多股絞合線(litz)。具有體積小，散熱好等優(yōu)點(diǎn)。所述的松耦合變壓器具體由兩個15匝、直徑為50_的Iitz線圈組成。
[0043]在第一次使用時，需要給電池充電，將體外模塊接上交流電，然后將體外模塊貼近皮膚，通過體外模塊向體內(nèi)模塊的電池充電；通過體內(nèi)模塊的電池充電管理模塊控制電池充電的不同狀態(tài)(依次為恒流充電、恒壓充電、涓流充電三種狀態(tài))。當(dāng)電池充電在涓流充電狀態(tài)，原邊ia。接近于零，當(dāng)原邊ia。在接近于零狀態(tài)下保持15分鐘以上，可以認(rèn)為電池已經(jīng)充滿，此時在電池狀態(tài)顯示模塊輸出電池充滿的信息，用戶可以拿掉體外模塊，從而可以只利用體內(nèi)電池對血泵進(jìn)行供電。當(dāng)體內(nèi)電池沒電時，通過體外模塊的電池狀態(tài)顯示模塊進(jìn)行顯示，以便提醒用戶將體外模塊貼近皮膚，繼續(xù)為電池充電。
[0044]本發(fā)明未詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域公知常識。
【權(quán)利要求】
1.一種無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，包括體內(nèi)模塊和體外模塊，其特征在于，體內(nèi)模塊與體外模塊之間無任何傳輸線；所述的體外模塊包括強(qiáng)電供電單元、供電端功率變換單元、諧振變換單元、松耦合變壓器的原邊線圈，供電端弱電供電單元、供電端控制器、開關(guān)管驅(qū)動單元、光耦隔離單元、電流采樣單元、供電端信號調(diào)理單元、保護(hù)單元、電池狀態(tài)顯示模塊以及用于接收電池狀態(tài)信息的解調(diào)器； 所述的體內(nèi)模塊包括松耦合變壓器的副邊線圈、受電端諧振變換單元、受電端功率變換單元及受電端控制器、電池充電管理模塊、電池、調(diào)制器和血泵； 強(qiáng)電供電單元的輸出端分別與供電端功率變換單元、供電端弱電供電單元和保護(hù)單元相連；供電端功率變換單元分別與諧振變換單元的輸入端、開關(guān)管驅(qū)動單元的輸出端相連；諧振變換單元的輸出端分別與松耦合變壓器的原邊線圈、解調(diào)器和電流采樣單元相連；強(qiáng)電供電單元將市電整流為直流電，所述直流電具有母線電流和母線電壓；強(qiáng)電供電單元分別將母線電流和母線電壓輸入至保護(hù)電路，并將產(chǎn)生的直流電分別輸入至供電端功率變換單元和供電端弱電供電單元；供電端弱電供電單元將接收的直流電進(jìn)行功率變換以便為光耦隔離單元、供電端控制器、保護(hù)單元、信號調(diào)理單元供電；供電端功率變換單元在開關(guān)管驅(qū)動單元的控制下將接收的直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，并將所述高頻交流電輸入至諧振變換單元；諧振變換單元將接收的高頻交流電進(jìn)行調(diào)理獲得功率因數(shù)更高的高頻交流電，并將所述功率因數(shù)更高的高頻交流電輸入至松耦合變壓器的原邊線圈；松耦合變壓器的原邊線圈將接收的功率因數(shù)更高的高頻交流電發(fā)送至松耦合變壓器的副邊線圈； 電流采樣單元將采集的所述功率因數(shù)更高的高頻交流電的電流ia。輸入至信號調(diào)理單元，信號調(diào)理單元對電流ia。進(jìn)行調(diào)理后獲得調(diào)理后的電流id。，調(diào)理后的電流id。輸入至供電端控制器；供電端控制器根據(jù)所述調(diào)理后的電流id。輸出用于調(diào)整開關(guān)管驅(qū)動單元的控制信號；保護(hù)單元根據(jù)所述母線電流、母線電壓和直流電流id。輸出保護(hù)信號至供電端控制器，供電端控制器根據(jù)所述保護(hù)信號確定是否對功率變換單元進(jìn)行保護(hù)；供電端控制器輸出的控制信號通過光耦隔離單元發(fā)送至開關(guān)管驅(qū)動單元； 松耦合變壓器的副邊線圈將接收的電能發(fā)送至受電端諧振變換單元、受電端諧振變換單元進(jìn)行無功功率補(bǔ)償后發(fā)送至受電端功率變換單元，受電端功率變換單元進(jìn)行電能變換后發(fā)送至受電端控制器；受電端控制器通過電池充電管理模塊向電池充電，同時受電端控制器與血泵相連，以便控制血泵的運(yùn)轉(zhuǎn)；電池向血泵供電，血泵用于輔助心臟工作； 電池輸出的電池狀態(tài)信息通過調(diào)制器調(diào)制后發(fā)送至受電端控制器，受電端控制器根據(jù)調(diào)制后的電池狀態(tài)信息控制受電端功率變換單元使得受電端功率變換單元輸出搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流，所述搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流通過受電端諧振變換單元和副邊線圈發(fā)送至原邊線圈，原邊線圈與供電端諧振變換單元將接收的搭載電池狀態(tài)信息的高頻交變的電流發(fā)送至解調(diào)器，通過解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)獲得解調(diào)后的電池狀態(tài)信息，解調(diào)后的電池狀態(tài)信息送入供電端控制器，通過供電端控制器控制電池狀態(tài)顯示模塊顯示電池狀態(tài)信息，以便進(jìn)行及時充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，其特征在于，所述受電端控制器根據(jù)調(diào)理后的電流id。輸出電池充滿狀態(tài)信息至電池狀態(tài)顯示模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，其特征在于，所述用于調(diào)整開關(guān)管驅(qū)動單元的控制信號為PWM信號，所述受電端控制器根據(jù)調(diào)理后的電流id。輸出用于調(diào)整開關(guān)管驅(qū)動單元的控制信號的方法如下:判斷當(dāng)前周期的id。是否大于前一周期的值； 如果當(dāng)前周期的id。大于前一周期的值時，判斷當(dāng)前頻率是否大于前一個周期的頻率，如果大于前一個周期的頻率，則提高PWM信號的工作頻率，如果小于前一個周期的頻率，則降低PWM信號的工作頻率； 如果當(dāng)前周期的id。小于前一周期的值時，判斷當(dāng)前頻率是否大于前一個周期的頻率，如果大于前一個周期的頻率，則降低PWM信號的工作頻率，如果小于前一個周期的頻率，則提高PWM信號的工作頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，其特征在于，所述供電端功率變換單元包括電感L、電容C和功率管Q ;電容C的一端與功率管Q的集電極相連，電容C的另一端與功率管Q的發(fā)射極兩端，電感L的一端作為輸入，電感L的另一端與功率管的集電極相連；功率管Q的基極與開關(guān)管驅(qū)動單元的輸出端相連；電容C的兩端分別與諧振變換單元的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸?shù)目芍踩胧阶笮氖逸o助系統(tǒng)，其特征在于，所述的松耦合變壓器的原邊線圈和副邊線圈均為匝數(shù)為15匝、直徑為50_的多股絞合線線圈。·
【文檔編號】H02J17/00GK103595144SQ201310503652
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】白亮宇, 蘭燕, 劉慧敏, 賈利斌, 李新宇, 才小士, 郝永勤 申請人:北京航天控制儀器研究所, 泰達(dá)國際心血管病醫(yī)院