第二非門U2B,所述振蕩器的兩端分別接對(duì)地電容Cl、C2,振蕩器的兩端并聯(lián)第一電阻Rl,所述第一非門U2A的輸入與振蕩器的一端連接,第一非門U2A的輸出端經(jīng)第二電阻R2與振蕩器的另一端連接,第一非門U2A的輸出端與第二非門U2B的輸入端連接,第二非門U2B的輸出端與分頻電路的輸入端連接。分頻電路為分頻器Ul。
[0031]所述驅(qū)動(dòng)電路包括依次串聯(lián)的一級(jí)非門電路、二級(jí)非門電路和三級(jí)非門電路;所述一級(jí)非門路包括一個(gè)非門U2C,所述二級(jí)非門電路包括三個(gè)并聯(lián)的非門U2D、U2E、U2F,三個(gè)非門的輸入端并聯(lián),三個(gè)非門的輸出端并聯(lián);所述三級(jí)非門電路包括六個(gè)并聯(lián)的非門U3A、U3B、U3C、U3D、U3E、U3F,六個(gè)非門的輸入端并聯(lián),六個(gè)非門的輸出端并聯(lián);所述一級(jí)非門的輸入端與分頻電路的輸出端連接,所述三級(jí)非門電路的輸出端與斬波電路的輸入端連接。
[0032]所述斬波電路包括扼流線圈LI和場(chǎng)效應(yīng)管Ml,所述扼流線圈的一端與保護(hù)電路的第一輸出端連接,所述扼流線圈的另一端分別與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接;所述場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接,源極接地。扼流圈LI的電感量是1uH及以上,額定工作電流大于3A,場(chǎng)效應(yīng)管Ml的門極驅(qū)動(dòng)電壓與邏輯非門的驅(qū)動(dòng)電壓相匹配,這樣簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路,提高功率放大器的穩(wěn)定性。Ul、U2(U2A、U2B、U2C、U2D、U2E)、U3(U3A、U3B、U3C、U3D、U3E、U3F)的工作電源是5V,扼流線圈LI的VCC是9V與15V之間的工作電源是電源連接器提供的恒壓源。
[0033]所述阻抗匹配電路為類型匹配電路,包括線圈L2、第一電容Cl、第二電容C2和第三電容C3 ;所述線圈L2的一端分別與場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極、第一電容Cl的一端連接,第一電容Cl的另一端接地;所述線圈L2的另一端與第二電容C2的一端連接,第二電容C2的另一端分別與第三電容C3的一端、發(fā)射天線的輸入端連接,所述第三電容C3的另一端接地。
[0034]所述發(fā)射天線包括發(fā)射線圈L11、第十電容C10、第^^一電容Cll和第十二電容C12 ;所述發(fā)射線圈Lll與第十二電容C12并聯(lián),所述發(fā)射線圈Lll的一端與第十電容ClO連接,另一端與第十一電容Cl I連接,所述第十電容ClO的另一端接地,所述第十一電容Cl I的另一端與分別與第二電容C2、第三電容C3連接。L2采用多匝緊密繞制的空心線圈,以減少磁性介質(zhì)的所引入的損耗。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特征表現(xiàn)為以f0為中心的帶通濾波器,在本實(shí)施案例中fo的范圍為1-20MHZ,優(yōu)選6.78MHzο
[0035]如圖3所示,發(fā)射天線的結(jié)構(gòu)是由發(fā)射線圈并聯(lián)高壓云母電容后再串聯(lián)兩個(gè)高壓云母電容;發(fā)射線圈與屏蔽體印制在同一電路板上。具體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,發(fā)射線圈是由兩匝線圈與屏蔽體組成,屏蔽體是弧形結(jié)構(gòu),并布置在兩匝發(fā)射線圈的下方,屏蔽體接地。發(fā)射線圈印制在電路板上,以便大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)線圈的分布參數(shù)一致。發(fā)射線圈的厚度為2盎司及以上,表面采用沉金,減少發(fā)射線圈的高頻內(nèi)阻,降低發(fā)熱量。如圖3所示,發(fā)射線圈與電子元件在同一印刷電路板上,電子元件優(yōu)選表面貼裝元件。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明采用特殊的保護(hù)電路設(shè)計(jì)與保護(hù)方法,精簡(jiǎn)了電路設(shè)計(jì),提高了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性;特殊的控制方法,實(shí)現(xiàn)了人體內(nèi)外間的信號(hào)與能量的同時(shí)傳遞;電路與天線為一體,有效地解決了批量生產(chǎn)所面臨的發(fā)射天線一致性問題;特殊的功率放大電路與諧振電路,實(shí)現(xiàn)了射頻電刺激波的高功率、高效率的發(fā)射;特殊的頻率選擇,可降低體內(nèi)植入端的接收線圈的體積,為毫米級(jí)的植入電刺激器提供可能。本發(fā)明適合用于微型植入電刺激器的無線持續(xù)供電,同時(shí)也可用于體內(nèi)電刺激器的充電,具有很好的安全性和實(shí)用性,能帶來很好的實(shí)用價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,并不用于限制本發(fā)明,顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:包括控制電路和發(fā)射天線,所述控制電路包括無線通訊電路、微控制器、E類振蕩功率放大器和阻抗匹配電路,所述阻抗匹配電路與發(fā)射天線連接; 所述無線通訊電路與微控制器通訊; 所述穩(wěn)壓電路對(duì)電源進(jìn)行電壓變換,以供控制電路工作;所述穩(wěn)壓電路的第一輸出端分別與無線通訊電路的電源端、微控制器電源端連接,穩(wěn)壓電路的第二輸出端與E類振蕩功率放大器的電源輸入端連接; 所述微控制器的第一輸出端與E類振蕩功率放大器連接,所述微控制器的第二輸出端與保護(hù)電路的輸入端連接;所述保護(hù)電路的電源輸入端與電源連接,所述保護(hù)電路的輸出端與E類振蕩功率放大器連接; 所述E類振蕩功率放大器的輸出端與阻抗匹配電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述E類振蕩功率放大器包括依次連接的振蕩電路、分頻電路、驅(qū)動(dòng)電路和斬波電路;所述振蕩電路、分頻電路和驅(qū)動(dòng)電路的電源輸入端分別與穩(wěn)壓電路的第二輸出端連接;所述斬波電路的電源輸入端與保護(hù)電路的輸出端連接,所述斬波電路的輸出端與阻抗匹配電路連接;所述微控制器的第一輸出端與分頻電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述振蕩電路包括振蕩器、第一非門和第二非門,所述振蕩器的兩端分別接對(duì)地電容,振蕩器的兩端并聯(lián)第一電阻,所述第一非門的輸入與振蕩器的一端連接,第一非門的輸出端經(jīng)第二電阻與振蕩器的另一端連接,第一非門的輸出端與第二非門的輸入端連接,第二非門的輸出端與分頻電路的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)電路包括依次串聯(lián)的一級(jí)非門電路、二級(jí)非門電路和三級(jí)非門電路;所述一級(jí)非門路包括一個(gè)非門,所述二級(jí)非門電路包括三個(gè)并聯(lián)的非門,三個(gè)非門的輸入端并聯(lián),三個(gè)非門的輸出端并聯(lián);所述三級(jí)非門電路包括六個(gè)并聯(lián)的非門,六個(gè)非門的輸入端并聯(lián),六個(gè)非門的輸出端并聯(lián);所述一級(jí)非門的輸入端與分頻電路的輸出端連接,所述三級(jí)非門電路的輸出端與斬波電路的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述斬波電路包括扼流線圈(LI)和場(chǎng)效應(yīng)管(M1),所述扼流線圈的一端與保護(hù)電路的輸出端連接,所述扼流線圈的另一端分別與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接;所述場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接,源極接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述阻抗匹配電路為類π型匹配電路,包括線圈(L2)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)和第三電容(C3);所述線圈(L2)的一端分別與場(chǎng)效應(yīng)管(Ml)的漏極、第一電容(Cl)的一端連接,第一電容(Cl)的另一端接地;所述線圈(L2)的另一端與第二電容(C2)的一端連接,第二電容(C2)的另一端分別與第三電容(C3)的一端、發(fā)射天線的輸入端連接,所述第三電容(C3)的另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述發(fā)射天線包括發(fā)射線圈(Lll)、第十電容(ClO)、第^^一電容(Cll)和第十二電容(C12);所述發(fā)射線圈(Lll)與第十二電容(C12)并聯(lián),所述發(fā)射線圈(Lll)的一端與第十電容(ClO)連接,另一端與第十一電容(Cll)連接,所述第十電容(ClO)的另一端接地,所述第十一電容(Cll)的另一端與分別與第二電容(C2)、第三電容(C3)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述發(fā)射線圈由兩匝線圈和屏蔽體構(gòu)成,發(fā)射線圈與屏蔽體印制在同一電路板上;所述屏蔽體為弧形結(jié)構(gòu),其設(shè)置于兩匝線圈的下方,所述屏蔽體接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型植入電刺激無線射頻供電裝置,其特征在于:所述穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路分別通過電源連接器與電源連接;所述電源連接器為磁性連接器,能將直流電源與無線射頻供電裝置斷開。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型植入電刺激無線射頻供電裝置,屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。由該裝置產(chǎn)生的射頻電磁波可以為微型植入電刺激器在深層組織持續(xù)提供能量。該裝置由控制電路與發(fā)射天線組成;控制電路包括微控制器、無線通訊電路、E類振蕩功率放大器及匹配網(wǎng)絡(luò),發(fā)射天線包括線圈及對(duì)應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。該裝置運(yùn)用E類振蕩功率放大器將直流電源斬波調(diào)制為半正弦射頻信號(hào),通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)將半正弦射頻信號(hào)濾波為正弦信號(hào),由發(fā)射天線通過諧振放大為電流射頻信號(hào)。本發(fā)明可高效穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電磁場(chǎng),安全驅(qū)動(dòng)體內(nèi)微型植入電刺激器,同時(shí)可為其他無線終端系統(tǒng)提供能量供給。
【IPC分類】H02J17-00
【公開號(hào)】CN104539063
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510020542
【發(fā)明人】李耀
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日