[发明专利]一种自适应恒压高效率无线供电系统

说明书

本发明公开了一种自适应恒压高效率无线供电系统，包括能量发射模块、能量接收模块、线圈模块和恒压闭环控制模块，能量发射模块包括逆E类功率放大器模块和功率放大器最佳状态自适应模块，能量接收模块包括整流模块、稳压模块、接收线圈和电容，线圈模块包括发射线圈、中继线圈，恒压闭环控制模块包括蓝牙通信模块、功率调控模块和PC端监测调控模块。本发明的无线供电系统能使得功率放大器处于零电流关断和零电流导数关断的最佳工作状态，提高无线能量传输的效率，能够在PC端监测调控模块调整刺激参数，且集成了数据采集、数据通信、远程控制等辅助功能，使得植入式医疗系统的性能得到进一步完善，扩大了临床医学上的应用范围和实用性。

技术领域

本发明属于无线供电技术领域，涉及到一种自适应恒压高效率无线供电系统。

背景技术

随着可穿戴式和可植入式微电子系统市场的逐渐起步，神经信号记录技术将在未来探索人类神经机能、治愈神经性疾病等方面起到关键作用。复杂神经假体、医疗神经性疾病、脑-机接口等研究领域核心技术的进步，对现代生物医疗技术的发展有着十分重大意义。国务院“十三五”国家战略性新产业规划纲要也重点指出，新一代信息技术、生物技术将是本阶段重点培育和发展的战略性新兴产业之一。

神经系统发生损伤会给病人带来巨大痛苦，而目前很难利用生物学方法治愈绝大部分的神经系统损伤。随着微电子技术和神经生物学相关领域技术的迅猛发展，产生了一个崭新的跨学科研究领域，即利用神经通路受损后存活神经元的功能，通过植入电极、功能集成电路以完成生物信息获取、处理和再生激励的功能，从而达到神经系统功能修复与重建的目的，而植入式功能集成电路面临着需要长久供电的问题，这就需要对其进行无线供电。人体无线能量传输技术避免了外接导线易感染的缺陷，也免去了多次进行外科手术更换电池给病人带来的痛苦，也降低了患者的医疗花费，这种供电技术在可行性和适用范围等方面都具有较大优势，是植入式医疗电子领域的一大热门研究方向。

目前，各种针对植入式医疗电子的无线供电方案较多，但大多数采用平面线圈进行发射，且没有设计中继线圈，能量传输效率较低。并且大多数充电方案只涉及到能量的传输而没有兼顾到对植入式医疗电子的检测与调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应恒压高效率无线供电系统，解决了现有外接导线对伤口造成易感染以及给患者带来多次手术的痛苦的问题，同时存在能量传输效率低、能量损耗大等问题。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种自适应恒压高效率无线供电系统，包括能量发射模块、能量接收模块、线圈模块、恒压闭环控制模块；

所述能量发射模块分别与线圈模块和恒压闭环控制模块连接，线圈模块通过能量接收模块与恒压闭环控制模块连接；

所述能量发射模块用于将直流电源所提供的直流功率转变为与驱动信号频率相同的交流功率，并在线圈模块处产生变化的磁场，再由能量接收模块电磁感应产生同频率的交流电压信号，完成能量由发射模块到接收模块的无线传递；所述能量发射模块包括逆E类功率放大器模块和逆E类功率放大器最佳状态自适应模块；

所述能量接收模块用于感应中继线圈的磁场变化并产生与发射交流电压信号同频率的交流电压信号，并将电磁感应产生的交流电压信号转换成稳定的直流电压信号，供给植入式神经刺激器，所述能量接收模块包括整流模块、稳压模块、接收线圈和电容，其中，接收线圈用于感应磁场变化，并产生感应交流电压信号，接收线圈和电容组成并联谐振网络，并联谐振网络的谐振频率与能量发射模块所发射的交流电压信号的频率相同；整流模块用于对接收线圈接收到的交流电压信号进行整流，并将整流后的电压信号传输给稳压模块；稳压模块对整流后的电压信号进行稳压，输出稳定的直流电压信号供给神经刺激器；

所述线圈模块包括发射线圈和多个中继线圈，所述发射线圈与中继线圈为头戴头盔型，所述发射线圈用于产生变化的磁场，中继线圈用于增强发射线圈与接收线圈间的耦合程度；