CN110829559A - 植入式医疗系统及其无线能量传输功率控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种植入式医疗系统及其无线能量传输功率控制方法和装置，所述装置包括发射线圈、控制器、发射电路和电流采样电路，所述发射电路用于利用当前输入电压通过所述发射线圈进行无线能量传输，所述电流采样电路用于采集发射线圈的实际电流值，所述控制器用于根据预定发射功率计算发射线圈电流指令值，并根据所述发射线圈的实际电流值与所述发射线圈电流指令值的差异调整所述输入电压。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电领域，具体涉及一种植入式医疗系统及其无线能量传输功率控制方法和装置。
背景技术
无线充电系统包括发射端和接收端，发射端通过在线圈上产生交流电流产生电磁场，接收端通过接收线圈将电磁场接收并耦合为电信号，进而传递给负载。
为了调节发射功率，现有的控制方案是将发射端的电压作为功率闭环的控制目标。即发射端根据所需的发射功率计算出电压的指令值，通过闭环控制使电压达到预期的指令值。
但发射端中有多级电路，现有技术是将前级电路的输入电压作为功率闭环的控制目标，而后级的电路往往存在较多的不一致性因素，例如电路所用的晶体管的导通电阻、电容或线圈偏差导致的谐振频率偏差、电容或线圈的等效串联电阻。这些在实际电路中往往存在容差，进而导致谐振电流Iac一致性降低，使实际发射功率与预期不符，无线传输功率的一致性降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无线能量传输功率控制方法，包括：
根据预定发射功率计算发射线圈电流指令值；
获取发射线圈以当前输入电压传输能量时的实际电流值；
根据所述发射线圈的实际电流值与所述发射线圈电流指令值的差异调整所述输入电压。
可选地，根据所述发射线圈电流实际值与所述发射线圈电流指令值的差异调整所述输入电压，包括：
根据所述发射线圈电流实际值与所述发射线圈电流指令值的差异计算输入电压指令值；
根据当前输入电压与所述输入电压指令值的差异调整所述输入电压。
可选地，所述输入电压是DC/DC电压调节电路向DC/AC电路提供的电压。
可选地，通过向DC/DC电压调节电路发送驱动信号调整所述输入电压。
本发明实施例还提供一种无线能量传输装置，包括发射线圈、控制器、发射电路和电流采样电路，所述发射电路用于利用当前输入电压通过所述发射线圈进行无线能量传输，所述电流采样电路用于采集发射线圈的实际电流值，所述控制器用于根据预定发射功率计算发射线圈电流指令值，并根据所述发射线圈的实际电流值与所述发射线圈电流指令值的差异调整所述输入电压。
可选地，所述装置还包括：
电压采样电路，用于采集发射电路的当前输入电压；
所述控制器用于根据所述发射线圈电流实际值与所述发射线圈电流指令值的差异计算输入电压指令值，并根据当前输入电压与所述输入电压指令值的差异调整所述输入电压。
可选地，所述发射电路包括DC/DC电压调节电路和DC/AC电路，所述输入电压是DC/DC电压调节电路向DC/AC电路提供的电压。
可选地，所述控制器通过向DC/DC电压调节电路发送驱动信号调整所述输入电压。
本发明还提供一种植入式医疗系统，包括上述无线能量传输装置，以及植入装置，用于接收所述无线能量传输装置传输的能量并执行治疗操作。
根据本发明提供的无线能量传输方法和装置，在对发射电路的功率闭环控制中，将发射线圈的电流作为控制目标值，即根据预期的发射功率计算预期的电流值，通过调节发射电路的输入电压将线圈电流控制达到预期的指令值来实现发射功率的调节，以确保发射功率达到预期，提高了功率发射的一致性。
本发明提供的植入式医疗系统采用上述无线能量传输装置可确保发射功率维持为预期值，避免因发射功率出现偏差导致植入装置发热或者充电效率低的问题，由此提高植入式医疗系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的一种无线能量传输装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中的另一种无线能量传输装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中的第三种无线能量传输装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中的植入式医疗系统的示意图。
图5为本发明实施例中的无线能量传输功率控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种无线能量传输装置，如图1所示该装置包括发射线圈L、发射电路11、控制器12和电流采样电路13。
发射电路11利用当前输入电压Vin通过发射线圈L进行无线能量传输。在开始传输前可以设定输入电压Vin的初始值，使得发射电路11以初始的输入电压Vin在发射线圈L上产生交流电流进而产生电磁场。
电流采样电路12用于采集发射线圈L以当前输入电压Vin传输能量时的实际电流值Iac。电流的采样方式包括但不限于通过shunt电阻、霍尔电流传感器、电流互感器等方式直接采样，也可以通过采样电容C或发射线圈L的电压来间接获得电流值。
控制器11用于根据预定发射功率P计算发射线圈电流指令值Iac’，并根据发射线圈的实际电流值Iac与发射线圈电流指令值Iac’的差异调整输入电压Vin。预定发射功率P为预期值，可以预先设置在控制器11中。控制器11通过调节输入电压Vin来间接将实际电流值Iac调节为预期的电流指令值Iac’，以达到预期的发射功率。
根据本发明实施例提供的无线能量传输装置，在对发射电路的功率闭环控制中，将发射线圈的电流作为控制目标值，即根据预期的发射功率计算预期的电流值，通过调节发射电路的输入电压将线圈电流控制达到预期的指令值来实现发射功率的调节，以确保发射功率达到预期，提高了功率发射的一致性。
图2示出了一种以直流电源供电的无线能量传输装置，如图2所示发射电路11包括DC/DC电压调节电路111和DC/AC电路112。
直流电压源Vpre首先经过DC/DC电压调节电路111，产生可调的直流电压Vin，Vin是后级DC/AC电路112的输入。DC/AC电路112将直流电压转换为交流电压，给电容C和发射线圈L组成的谐振回路。
电流采样电路13采集发射线圈L的电流Iac，传递给DC/DC电压调节电路111的控制芯片121。单片机122根据所需发射功率P计算出发射线圈电流指令值Iac’，控制芯片121通过调节DC/DC电压调节电路111的输出电压Vin来间接将线圈电流Iac调节为预期的指令值，以达到所需的发射功率。具体可以采用比例积分控制，根据给定值Iac’与实际输出值Iac构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象DC/DC电压调节电路111进行控制。
根据图2所示的电流单环闭环控制结构，单片机122根据预期的发射功率计算预期的电流值，控制芯片121将发射线圈的电流作为控制目标值，通过调节DC/DC电压调节电路的输出电压将线圈电流控制达到预期的指令值来实现发射功率的调节，以确保发射功率达到预期，提高了功率发射的一致性。
如图3所示，在一个可选地实施例中，无线能量传输装置还包括电压采样电路14，用于采集发射电路11的当前输入电压，具体是DC/AC电路的输入电压Vin。
单片机122根据发射线圈电流实际值Iac与发射线圈电流指令值Iac’的差异计算输入电压指令值Vin’，并根据当前输入电压Vin与输入电压指令值Vin’的差异调整输入电压Vin，进而使电流实际值Iac达到电流指令值Iac’。
根据上述可选方案，无线能量传输装置采用双闭环控制方式，即线圈电流外环和输入电压Vin内环。单片机根据预期的目标电流值和采样所得的实际电流值进行计算，得出所需的输入电压指令值Vin’并传递给DC/DC控制芯片。控制芯片将DC/DC输出电压Vin调节到单片机给出的指令值Vin’上，进而使线圈电流达到单片机内部的指令值上。双环的最终调节目的仍然是将线圈电流作为控制目标来调节发射功率，Vin只是内部中间量。
本发明的另一个实施例提供了一种植入式医疗系统，如图4所示该系统包括无线能量传输装置41和植入装置42。
其中无线能量传输装置41具体可以是如图1、图2或图3所示的装置。
植入装置42具体可以是脑起搏器、神经刺激器等植入人体内部的有源设备，用于接收无线能量传输装置41传输的能量并执行相应的治疗操作。
采用上述无线能量传输装置可确保发射功率维持为预期值，避免因发射功率出现偏差导致植入装置发热或者充电效率低的问题，由此提高植入式医疗系统的安全性。
本发明的另一个实施例提供了无线能量传输功率控制方法，该方法可以由无线能量传输装置执行，具体可以由装置中的控制芯片、单片机等部件执行。如图5所示该方法包括：
S1，根据预定发射功率计算发射线圈电流指令值Iac’；
S2，获取发射线圈以当前输入电压传输能量时的实际电流值Iac；
S3，根据发射线圈的实际电流值Iac与发射线圈电流指令值Iac’的差异调整输入电压Vin。
根据本发明实施例提供的无线能量传输方法，在对发射电路的功率闭环控制中，将发射线圈的电流作为控制目标值，即根据预期的发射功率计算预期的电流值，通过调节发射电路的输入电压将线圈电流控制达到预期的指令值来实现发射功率的调节，以确保发射功率达到预期，提高了功率发射的一致性。
结合图2和图3所示的结构，其中输入电压Vin可以是DC/DC电压调节电路向DC/AC电路提供的电压。执行本方法的控制芯片通过向DC/DC电压调节电路发送驱动信号调整输入电压Vin。
在一个可选的实施例中，上述步骤S3具体可以包括如下步骤：
根据所述发射线圈电流实际值Iac与所述发射线圈电流指令值Iac’的差异计算输入电压指令值Vin’；
根据当前输入电压Vin与所述输入电压指令值Vin’的差异调整输入电压Vin。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种无线能量传输功率控制方法，其特征在于，包括：
根据预定发射功率计算发射线圈电流指令值；
获取发射线圈以当前输入电压传输能量时的实际电流值；
根据所述发射线圈的实际电流值与所述发射线圈电流指令值的差异调整所述输入电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述发射线圈电流实际值与所述发射线圈电流指令值的差异调整所述输入电压，包括：
根据所述发射线圈电流实际值与所述发射线圈电流指令值的差异计算输入电压指令值；
根据当前输入电压与所述输入电压指令值的差异调整所述输入电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述输入电压是DC/DC电压调节电路向DC/AC电路提供的电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过向DC/DC电压调节电路发送驱动信号调整所述输入电压。
5.一种无线能量传输装置，其特征在于，包括发射线圈、控制器、发射电路和电流采样电路，所述发射电路用于利用当前输入电压通过所述发射线圈进行无线能量传输，所述电流采样电路用于采集发射线圈的实际电流值，所述控制器用于根据预定发射功率计算发射线圈电流指令值，并根据所述发射线圈的实际电流值与所述发射线圈电流指令值的差异调整所述输入电压。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
电压采样电路，用于采集发射电路的当前输入电压；
所述控制器用于根据所述发射线圈电流实际值与所述发射线圈电流指令值的差异计算输入电压指令值，并根据当前输入电压与所述输入电压指令值的差异调整所述输入电压。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述发射电路包括DC/DC电压调节电路和DC/AC电路，所述输入电压是DC/DC电压调节电路向DC/AC电路提供的电压。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器通过向DC/DC电压调节电路发送驱动信号调整所述输入电压。
9.一种植入式医疗系统，其特征在于，包括权利要求5-8中任一项所述的无线能量传输装置，以及植入装置，用于接收所述无线能量传输装置传输的能量并执行治疗操作。
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