[发明专利]一种提高CPT传输电路功率的方法

摘要

本发明公开了一种提高CPT传输电路功率的方法。电容耦合WPT技术目前还没有充分考虑IMC的设计。本发明如下：一、获取各电极自身及相互之间的参数。二、计算覆膜产生的电容。三、确定体内电极与体外电极之间的等效电路；四、设计输入匹配网络。五、设计输出匹配网络。本发明提出的对生物医学植入物系统进行的匹配方法，有效提高了系统的输出功率。本发明针对生物医学植入物所提供的匹配方法能够根据负载值大小选择进行匹配的位置，以达到对输出功率优化。本发明提出的L型匹配方法，相对于π型、T型等匹配方式，所用元器件较少，体积小，效益高。

主权项

1.一种提高CPT传输电路功率的方法，其特征在于：步骤一、获取第一体外电极P₁、第二体外电极P₃、第一体内电极P₂、第二体内电极P₄的长度L_P、面积A_P、覆膜厚度d_CO、覆膜的介电常数ε_{r_CO}；并获取无线传输距离d_T、无线传输介质介电常数ε_{r_T}、无线传输介质传导率σ_T、工作频率f、第一体外电极P₁与第二体外电极P₃的间距L_T；步骤二、计算覆膜产生的电容C_CO如式(1)所示；C_CO＝ε₀·ε_{r_CO}·A_P/d_CO  (1)式(1)中，ε₀为真空介电常数；步骤三、确定体内电极与体外电极之间的等效电路；等效电路由第一体外电极P₁与第一体内电极P₂之间的电容C_T1、第二体外电极P₃与第二体内电极P₄之间的电容C_T2，第一体外电极P₁与第一体内电极P₂之间的寄生电阻R_T12，第一体外电极P₁与第二体外电极P₃之间的寄生电阻R_T13，第一体外电极P₁与第二体内电极P₄之间的寄生电阻R_T14；第一体内电极P₂与第二体外电极P₃之间的寄生电阻R_T23；第一体内电极P₂与第二体内电极P₄之间的寄生电阻R_T24；第二体外电极P₃与第二体内电极P₄各自之间的交叉寄生电阻R_T34；根据式(2)，计算C_T1及C_T2的电容大小及R_T12、R_T13、R_T14、R_T23、R_T24、R_T34的电阻大小；步骤四、设计输入匹配网络；4‑1.选用L型阻抗匹配网络作为输入匹配网络；计算输入匹配网络的源阻抗Z_S,eq＝R_S,eq+jX_S,eq＝R_S和负载阻抗Z_L,eq＝R_L,eq+jX_L,eq；R_S为信号源内阻；输入匹配网络的源阻抗Z_S,eq的表达式如式(3)下：Z_L,eq＝2/(jωC_CO)+G  (3)式(3)中，G＝(R_T13F)/(R_T13+F)；F＝(M+E)(R_T14+H)/(M+E+R_T14+H)+D；D＝(NR_T23)/(B+N+R_T23)；H＝(NB)/(B+N+R_T23)；E＝(BR_T23)/(B+R_T23+N)；N＝R_T34+1/(jωC_T2)；M＝R_T12+1/(jωC_T1)；B＝(R_T24A)/(R_T24+A)；A＝1/(jωC_CO)+1/(jωC_CO)+R_L；R_L为负载阻抗；4‑2、若R_L,eq>R_S，则将输入匹配网络的第一输入电抗元件X_T1串联在回路上，第二输入电抗元件X_T2并联在第一体外电极P₁、第二体外电极P₃上；第一输入电抗元件X_T1、第二输入电抗元件X_T2的电抗值分别取X_TA1、X_TA2，计算公式如式(4)所示；式(4)中，Δ＝R_SR_L,eq(R_L,eq²+X_L,eq²‑R_SR_L,eq)；若R_L,eq<R_S，则将输入匹配网络的第一输入电抗元件X_T1并联在信号源的两端，第二输入电抗元件X_T2串联在回路上；第一输入电抗元件X_T1、第二输入电抗元件X_T2的电抗值分别取X_TB1、X_TB2，计算公式如式(5)所示；步骤五、设计输出匹配网络；5‑1.选用L型阻抗匹配网络作为输出匹配网络；计算输出匹配网络的源阻抗Z′_S,eq＝R′_S,eq+jX′_S,eq和负载阻抗Z′_L,eq＝R′_L,eq+jX′_L,eq＝R_L；输入匹配网络的源阻抗Z′_S,eq的表达式如式(6)下：Z'_S,eq＝2/(jωC_CO)+G'  (6)式(6)中，G'＝(R_T24F')/(R_T24+F')；F'＝(M'+E')(R_T23+H')/(M'+E'+R_T23+H')+D'；D'＝(N'R_T14)/(B'+N'+R_T14)；H'＝(N'B')/(B'+N'+R_T14)；E'＝(B'R_T14)/(B'+R_T14+N')；N'＝R_T34+1/(jωC_T2)；M'＝R_T12+1/(jωC_T1)；B'＝(R_T13A')/(R_T13+A')；A'＝1/(jωC_CO)+1/(jωC_CO)+R_S；5‑2、若R_L>R′_S,eq，则将输出匹配网络的第一输出电抗元件X′_T1串联在回路上，第二输出电抗元件X′_T2并联在负载的两端；第一输出电抗元件X′_T1与第二输出电抗元件X′_T2中，一个为电容，另一个为电阻；第一输出电抗元件X′_T1、第二输出电抗元件X′_T2的电抗值分别取X_RA1、X_RA2，计算公式如式(7)所示；若R_L<R′_S,eq，则将输出匹配网络的第一输出电抗元件X′_T1并联在第一体内电极P₂、第二体内电极P₄上，第二输出电抗元件X′_T2串联在回路上；第一输出电抗元件X′_T1、第二输出电抗元件X′_T2的电抗值分别取X_RB1、X_RB2，计算公式如式(8)所示；式(8)中，Δ′＝R′_S,eqR_L(R_L²+X′_S,eq²‑R′_S,eqR_L)。