JP7473547B2

JP7473547B2 - 調整電流電源

Info

Publication number: JP7473547B2
Application number: JP2021528036A
Authority: JP
Inventors: イェフーダセーン、
Original assignee: Healables Ltd
Current assignee: Healables Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2024-04-23
Anticipated expiration: 2039-07-02
Also published as: IL280385A; WO2020021526A2; CN112470385A; US11493943B2; EP3827511A2; WO2020021526A3; JP2021532516A; US20210141406A1; EP3827511A4; KR20210035838A

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、「定電流電源システム」と題する、２０１８年７月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／７０３，２４４号、および「バーストモード定電流電源システム」と題する、２０１８年７月２５日に前述の出願と同時に出願された米国仮特許出願第６２／７０３，２５６号の利益を主張する。

本発明は、調整電流源に基づく電力装置およびシステムに関する。

バッテリや電源コンセントなどの電源は、通常、特定の場合に直接印加できる調整電圧を提供する。対照的に、調整電流は、典型的には広範囲に変化する抵抗を有する生物学的負荷および類似の負荷にしばしば必要とされる。

図１は、調整電流源１００のための単純な従来構成のブロック図である。一次電気エネルギー源１０５は、ローカル（シャーシ）接地１０７に対して測定される電圧Ｖ_ｉｎを供給し、この電圧Ｖ_ｉｎは、昇圧器１１０の入力１１１に接続されて、電力出力ポイント１１２においてより高い電圧Ｖ_ｏｕｔ１０８を提供する。Ｖ_ｏｕｔ１０８は、可変抵抗Ｒ_ｖａｒを有する外部負荷１５０の１つのリードに接続される出力端子１３５に接続される。調整電流源１００の別の出力端子１３０は、外部負荷１５０の他のリード線に接続される。外部負荷１５０を介して調整電流Ｉ_ｌｏａｄ１４０を駆動することが望ましい。したがって、出力端子１３０は、その内部抵抗を自動的に変化させることによって調整電流Ｉ_ｌｏａｄ１４０を通すように調整される、電流調整器（電流レギュレータ）１２０に接続される。その結果、変化する調整電圧降下Ｖ_ｒｅｇ１４５が、電流調整器１２０の両端に現れ、これはＲ_ｖａｒの値の変化と共に変化する。

周知のように、電流調整器１２０は外部負荷１５０によって利用されずに無駄になる電力Ｐ＝Ｖ_ｒｅｇ＊Ｉ_ｌｏａｄを消費するので、電流源１００のような構成は非常に非効率的である。

公知の主電源定電流電源は、パルス幅変調（ＰＷＭ）のような機構を作動させるためにフィードバックが使用される電流調整器を統合している。いくつかの構成はこの技術に基づいているが、別個の電流調整器を備えた別個の昇圧器（および／または調整器）を提供するものではない。

したがって、電流源１００の単純性および信頼性を依然として保持する昇圧電圧を利用する、より効率的な調整電流源を有することが望ましい。この目的は、本発明の実施形態によって達成される。

本発明の実施形態によって提供されるような調整電流を適用することは、多種多様な治療シナリオにおける医学的および生物学的応用において特に有用である。特定の治療領域には、これらに限定されないが、以下のものが含まれる。
筋骨格系、皮膚および軟部組織の問題、
椎間板性、筋膜性、靭帯性または椎間関節痛を含む急性および亜急性の脊髄痛、
骨盤痛、
胸郭出口症候群、
四肢関節痛、急性および／または慢性、
変形性関節症、関節リウマチ、滑液包炎、
痛風、急性および／または慢性、
トリガ点痛、
負傷、急性および／または慢性（軟部組織損傷を含む）、
運動後の筋肉痛、
新たな疼痛または慢性疼痛を伴う骨折、
関節変性および／または脊椎／椎間板の問題を含む筋膜痛、
皮膚創傷治癒、アレルギー反応、
トレーニングの回復、鎮静、またはパフォーマンス、
リンパ浮腫、
サルコペニア、
皮膚皮肉の脂肪および／またはシワの減少、
電気穿刺、
神経：脳と中枢神経系の問題、
三叉神経痛、
神経根障害、
神経腫、
線維筋痛、
視床痛、
帯状疱疹：病変部の疼痛軽減、
ＰＴＳＤ（心的外傷後ストレス障害）の改善、
帯状疱疹後神経痛、
末梢神経障害、
脳震盪および／または脳霧を伴う脳損傷、
下垂体、後脳、中脳または髄質の亜急性損傷、
うつ病、
リラクゼーションや睡眠の問題、
手根管症候群、
パーキンソン病、
オピオイド嗜癖：予防と離脱症状の軽減、
内部臓器の問題、
肝臓に関する問題：毒性、肝臓障害、線維症、
膵臓の支持とインスリン抵抗性、
胃、食道、胆のう、小腸／大腸（便秘を含む）を含む消化管の問題、
腎結石の問題を含む腎臓のサポート、
肺のサポート、気管支炎、
尿管癒着、
副腎のサポート、
子宮出血、子宮筋腫の問題、
感冒／膿瘻、
一般的な炎症。

本発明の実施形態は、調整電圧の昇圧器に結合された調整電流源と、そのためのコントローラとを提供する。コントローラは負荷抵抗の変化を感知し、それに応じて、昇圧器の動作パラメータを調整して、電力損失の低減による効率の向上をもたらす。

したがって、本発明の一実施形態によれば、抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置が開示されている。前記調整電流源は、（ａ）入力電圧を供給する一次電気エネルギー源と、（ｂ）入力電圧を受け取り、電力出力ポイントから調整可能電圧を供給する昇圧器であって、前記調整可能電圧は前記昇圧器の制御ポイントにおいて制御信号を介して制御可能である昇圧器と、（ｃ）所定の調整負荷電流に従って抵抗性負荷を流れる電流を調整する電流調整器と、（ｄ）前記電流調整器の両端の電圧降下を測定し、前記電圧降下に従って前記制御ポイントを介して前記昇圧器を制御するコントローラと、を含む。

さらに、本発明の別の実施形態によれば、抵抗性負荷に調整電流を供給するための方法が開示されている。前記方法は、（ａ）所定の負荷電流を抵抗性負荷に流すために電流調整器を初期化するステップと、（ｂ）初期出力電圧を抵抗性負荷に出力するために昇圧器を初期化するステップであって、前記昇圧器は一次電気エネルギー源からの入力電圧を受け取り、前記昇圧器出力電圧は制御信号に従って制御可能であり、前記初期化ステップは第１の制御信号を前記昇圧器に送る、ステップと、（ｃ）電流調整器の電圧降下を測定して、電流調整器の電圧降下測定値を得るステップと、（ｄ）前記電流調整器の電圧降下測定値を所定の上限閾値と比較するステップと、（ｅ）前記電流調整器の電圧降下測定値が前記上限閾値よりも大きい場合に、第２の制御信号を前記昇圧器に送って、低減出力電圧を抵抗性負荷に出力するステップであって、前記低減出力電圧は前記出力電圧から増分出力電圧変化値を引いた値に等しい、ステップと、（ｆ）電流調整器の電圧降下測定値を所定の下限閾値と比較するステップと、（ｇ）電流調整器の電圧降下測定値が下限閾値よりも小さい場合、第３の制御信号を昇圧器に送って増加出力電圧を出力するステップとを含む。前記増加出力電圧は、出力電圧に増分出力電圧変化値を加えたものと等しい。

開示される主題は添付の図面と共に読まれるとき、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。
図１は、調整電流源のための従来構成のブロック図である。図２ａは、本発明の一実施形態による調整電流源のブロック図である。図２ｂは、図２ａの調整電流源に関連する一実施形態による調整電流源のブロック図である。図２ｃは、図２ｂの調整電流源に関連する、本発明の別の実施形態による調整電流源のブロック図である。図３は、本発明の別の実施形態による、調整電流を供給するための方法のフローチャートである。

説明を簡単かつ明確にするために、図に示される要素は必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、いくつかの要素の寸法は他の要素に対して誇張されている場合がある。加えて、参照番号は対応するまたは類似する要素を示すために、図面の間で繰り返されてもよい。

［詳細な説明］
図２ａは、本発明の一実施形態による調整電流源２００ａのブロック図である。一次電気エネルギー源２０５は、ローカル（シャーシ）接地２０７に対して測定される入力電圧Ｖ_ｉｎを供給し、これは、昇圧器２１０の入力２１１に接続されて、電力出力ポイント２１２において調整可能電圧Ｖ_ｏｕｔ２０８を提供する。特に、電圧Ｖ_ｏｕｔは、電圧Ｖ_ｉｎよりも大きくてもよい。Ｖ_ｏｕｔ２０８が可変抵抗Ｒ_ｖａｒを有する外部抵抗性負荷２５０の一方のリードに接続される出力端子２３５に接続される。調整電流源２００ａの別の出力端子２３０が外部負荷２５０の他方のリードに接続される。外部負荷２５０を介して調整電流Ｉ_ｌｏａｄ２４０を駆動することが望ましい。これにより、出力端子２３０は、その内部抵抗を自動的に変化させることによって、所定の調整負荷電流Ｉ_ｌｏａｄ２４０を通過させるように調整された電流調整器２２０に接続される。その結果、変化する調整器電圧降下Ｖ_ｒｅｇ２４５が、電流調整器２２０の両端に現れ、これはＲ_ｖａｒの値の変化とともに変化する。

この実施形態によれば、コントローラ２２５はＶ_ｒｅｇ２４５を感知し、それに従って昇圧器２１０の制御ポイント２１３に制御信号を出力し、昇圧器２１０は、出力電圧Ｖ_ｏｕｔ２０８を調整する。

コントローラ２２５は、パラメータセット２６０に従って出力電圧２０８を調整する。パラメータセット２６０は、
初期出力電圧値Ｖ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}２６２、
出力電圧値ΔＶ２６４の増分変化、
第１の調整器電圧降下閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２６６、および
第２の調整器電圧降下閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８、を含む。

なお、Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}＜Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}である。

コントローラ２２５は、図３に示される方法に関連して以下の議論で開示されるような手順に従って、パラメータセット２６０を利用して出力電圧２０８の調整を行う。

要するに、本発明の関連する実施形態は次のように制御を提供する。昇圧器２１０が外部負荷Ｒ_ｖａｒ２５０を介して所望の電流Ｉ_ｌｏａｄ２４０を駆動するために、コントローラ２２５によって（制御ポイント２１３を介して）最初に設定された電圧Ｖ_ｏｕｔ２０８をＶ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}２６２に供給する。外部負荷Ｒ_ｖａｒ２５０を流れる電流は、電流調整器２２０によってＩ_ｌｏａｄ２４０に制限される。コントローラ２２５は、電圧降下Ｖ_ｒｅｇ２４５を継続的に監視し、Ｖ_ｒｅｇ２４５が閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８を超える場合、これは、過剰な電力が電流調整器２２０によって消費されていること、および電流源２００ａが非効率的に動作していることを示す指標とみなされる。これに応じて、コントローラ２２５は、昇圧器２１０に信号を送り、減少電圧Ｖ_ｏｕｔ－ΔＶ_ｏｕｔを出力することにより、電圧降下Ｖ_ｒｅｇ２４５の低下、つまり、電力損失の抑制をもたらす。Ｖ_ｒｅｇ２４５の検知は連続的に繰り返され、Ｖ_ｒｅｇ２４５が閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８をなお超える場合、Ｖ_ｏｕｔをＶ_ｏｕｔ－ΔＶ_ｏｕｔへ低減させることは、Ｖ_ｒｅｇ２４５が閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８を超えなくなるまで繰り返される。

外部負荷抵抗Ｒ_ｖａｒ２５０が増加し、例えば、電圧降下Ｖ_ｒｅｇ２４５が閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２６６より低い値に低下した場合、コントローラ２２５は昇圧器２１０（再び、制御ポイント２１３を介して）へ信号を送り、上昇電圧Ｖ_ｏｕｔ＋ΔＶを出力する。Ｖ_ｒｅｇ２４５の検出が進む間、Ｖ_ｒｅｇ２４５がまだ閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２６６を下回っている場合、Ｖ_ｏｕｔからＶ_ｏｕｔ＋ΔＶ_ｏｕｔへの上昇は、Ｖ_ｒｅｇ２４５が閾値Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２６６を下回らなくなるまで繰り返される。Ｖ_ｒｅｇ２４５がＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２６６より下でもなく、Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８より上でもない場合、Ｖ_ｏｕｔに変更は行われない。

上記の実施形態およびその説明は例示的かつ非限定的であり、他の実施形態は、追加の電圧制御スキームを提供することが理解される。

図２ｂは、本発明の関連実施形態による調整電流源２００ｂのブロック図である。この関連実施形態の機能的特徴は、図２ａのパラメータセット２６０の値にそれぞれ対応して、Ｖ_{ｏｕｔーｉｎｉｔ}２７２、Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２７６、およびＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２７８を有するパラメータセット２７０を使用することである。しかしながら、電流源２００ｂに関するこの関連実施形態ではΔＶ_ｏｕｔ２７４がＶ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}に設定され、その結果、出力電圧をその初期値から低下させると、出力電圧は０ボルト（Ｖ_ｉｎｉｔ－ΔＶ_ｏｕｔ＝０）に低下され、出力電圧を０ボルトから上昇させると、出力電圧はその初期値（０＋ΔＶ_ｏｕｔ＝Ｖ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}）に復元される。すなわち、電流源２００ｂは「バーストモード」で動作し、ここで、電圧は昇圧器２１０によって、外部負荷に断続的に供給される。

外部負荷Ｒ_Ｖａｒを通る電流に連続性を持たせるために、出力端子２３５と局所接地２０７との間のコンデンサＣ２８０は、昇圧器２１０がＶ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}２７２を出力したときに電荷を蓄積し、昇圧器２１０が０ボルト（Ｖ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}－ΔＶ）を出力したときに放電する。オプションのダイオード２８２は、昇圧器２１０がゼロボルトを出力するときに、コンデンサＣ２８０が外部負荷Ｒ_ｖａｒを通じて放電することを保証する。ダイオード２８２は、昇圧器２１０が浮動電力出力ポイント２１２を特徴とする場合には不要である。さらに、コンデンサＣ２８０はオプションであり、昇圧器２１０がフローティング容量安定化電力出力ポイントを特徴とする場合には必要ではない。

図２ｂの構成は、放電中にコンデンサＣ２８０によって供給される電圧が実質的に低下し、Ｖ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}２７２よりも低くなり、これにより電力損失を抑制するという事実により、効率の改善を提供する。

図２ｃは、本発明の別の関連する実施形態による調整電流源２００ｃのブロック図である。調整電流源２００ｃも、電流源２００ｂ（図２ｂ）と同様に「バーストモード」で動作するが、修正パラメータセット（図２ｂのパラメータセット２７０として）を利用するのではなく、電流源２００ｃは昇圧器２１０のシャットダウンポイント２１５を介して「バーストモード」で動作する。シャットダウンポイント２１５は制御ポイント２１３とは別個であり、区別される。シャットダウン信号がシャットダウンポイント２１５に印加される時間の間、昇圧器２１０は動作を停止し、電力出力ポイント２１２でゼロボルトを供給する。シャットダウン信号が除去されると、昇圧器２１０は、制御ポイント２１３における信号に従って、電力出力ポイント２１２における電圧の供給を再開する。コンデンサＣ２８０およびダイオード２８２に関する上記のコメントは、調整電流源２００ｃにも適用される。

図３は、本発明の一実施形態による、調整された電流を供給するための方法３００のフローチャートである。関連する実施形態では、方法３００は、調整電流源２００ａのコントローラ２２５（図２ａ）によって実行される。

初期化ステップ３１０では、電流調整器（例えば、図２ａの電流調整器２２０）は所望の外部負荷電流Ｉｌｏａｄを通過させるように設定され、昇圧器（例えば、図２ａの昇圧器２１０）は電圧Ｖ_{ｏｕｔ－ｉｎｉｔ}２６２で出力電圧Ｖ_ｏｕｔ２０８に設定される。次いで、調整ループ開始ポイント３２０の後、電流調整器上の電圧降下Ｖ_ｒｅｇがステップ３２１で測定される。判定ポイント３２２において、Ｖ_ｒｅｇの測定値がＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８と比較され、Ｖ_ｒｅｇがＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８より大きい場合、ステップ３２３において、電圧Ｖ_ｏｕｔ２０８はＶ_ｏｕｔ－ΔＶに設定される。

一方、Ｖ_ｒｅｇがＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}２６８以下である場合、本方法は判定ポイント３２４に進み、Ｖ_ｒｅｇの測定値がＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２６６と比較される。Ｖ_ｒｅｇがＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}２６８よりも小さい場合、ステップ３２５において、電圧Ｖ_ｏｕｔ２０８はＶ_ｏｕｔ＋ΔＶに設定される。

Ｖ_ｒｅｇがＶ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｕｐｐｅｒ}より高くなく、Ｖ_{ｒｅｇ－ｔｈｒｅｓｈ－ｌｏｗｅｒ}より低くもない場合、Ｖ_ｏｕｔに変更は行われず、ループはＶ_ｒｅｇを監視し続ける

決定ポイント３２２および／または３２４が通過した後、調整ループ終了ポイント３３０において、制御は調整ループ開始ポイント３２０に戻り、実行が継続する。

Claims

抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
前記調整電流源は、
入力電圧を提供する一次電気エネルギー源と、
入力電圧を受け取り、電力出力ポイントから調整可能電圧を供給する昇圧器であって、前記調整可能電圧は前記昇圧器の制御ポイントにおける制御信号を介して制御可能である、昇圧器と、
所定の調整負荷電流に従って抵抗性負荷を流れる電流を調整する電流調整器と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を得るために前記電流調整器の両端の電圧降下を測定し、電圧降下に従って制御ポイントを介して昇圧器を制御するためのコントローラと、
初期出力電圧値と、増分出力電圧変化値と、第１の調整器電圧降下閾値と、第２の調整器電圧降下閾値と、を含むパラメータ集合と、
を含み、
第１の調整器電圧降下閾値は、第２調整器電圧降下閾値よりも小さく、
電圧降下に従って制御ポイントを介して昇圧器を制御することは、初期出力電圧値、増分出力電圧変化値、第１の調整器電圧降下閾値、および第２の調整器電圧降下閾値に応じて、制御ポイントを介して昇圧器を制御するステップ、を含み、
前記増分出力電圧変化値は、前記初期出力電圧値に等しく、
電圧降下に従って制御ポイントを介して昇圧器を制御することは、前記電流調整器の電圧降下測定値を第２の調整器電圧降下閾値と比較し、前記電流調整器の電圧降下測定値が第２の調整器電圧降下閾値より大きい場合、第２の制御信号を昇圧器に送り、前記出力電圧から増分出力電圧変化値を引いた値に等しい低減出力電圧を抵抗性負荷に出力するステップ、をさらに含み、
前記昇圧器は、前記第２の制御信号としてのシャットダウン信号によって信号を送られると、前記シャットダウン信号の時間は前記昇圧器の動作を停止させてゼロボルト出力を供給させるシャットダウンポイント、をさらに含む、
調整電流源装置。
前記昇圧器の前記電力出力ポイントと局所接地との間に接続されたコンデンサ、
をさらに備える、
請求項１に記載の調整電流源装置。
前記昇圧器および前記コンデンサの電力出力ポイントからの接続にダイオード、
をさらに備える、
請求項２に記載の調整電流源装置。
前記昇圧器の前記電力出力ポイントと局所接地との間に接続されたコンデンサ、
をさらに備える、
請求項１に記載の調整電流源装置。
前記昇圧器および前記コンデンサの電力出力ポイントからの接続にダイオード、
をさらに備える、
請求項４に記載の調整電流源装置。
抵抗性負荷に調整された電流を供給する方法であって、
前記抵抗性負荷に所定の負荷電流を流すために電流調整器の初期化を行う工程と、
前記抵抗性負荷に初期出力電圧を出力するために昇圧器の初期化を行う工程であって、前記昇圧器は一次電気エネルギー源から入力電圧を受け取り、前記昇圧器出力電圧は制御信号に応じて制御可能であり、当該工程は第１の制御信号を前記昇圧器に送ることを含む、工程と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を得るために、前記電流調整器の電圧降下を測定する工程と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を所定の上限閾値と比較し、前記電流調整器の電圧降下測定値が上限閾値より大きい場合、第２の制御信号を昇圧器に送り、前記出力電圧から増分出力電圧変化値を引いた値に等しい低減出力電圧を抵抗性負荷に出力する工程と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を所定の下限閾値と比較し、前記電流調整器の電圧降下測定値が下限閾値より小さい場合、第３の制御信号を昇圧器に送り、前記出力電圧に増分出力電圧変化値を加えた値に等しい増加出力電圧を出力する工程と、
を含み、
前記増分出力電圧変化値は前記初期出力電圧に等しく、
前記第２の制御信号はシャットダウン信号であり、前記昇圧器は、前記シャットダウン信号の時間は動作を停止する、
方法。
抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
一次電気エネルギー源と、
昇圧器と、
電流調整器と、
請求項６に記載の方法を実行するように構成されたコントローラと、
を含む、
調整電流源装置。
抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
一次電気エネルギー源と、
昇圧器と、
電流調整器と、
請求項６に記載の方法を実行するように構成されたコントローラと、
を含む、
調整電流源装置。
抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
一次電気エネルギー源と、
昇圧器と、
電流調整器と、
請求項６に記載の方法を実行するように構成されたコントローラと、
を含む、
調整電流源装置。