【摘 要】
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应用无线电能传输技术为植入式医疗设备供电具有安全、灵活、可靠的优点。当发射线圈与接收线圈相对位置、设备工作状态或植入式锂电池荷电状态发生变化时,植入式无线电能传输系统的输出电压或电流会产生波动,影响植入式医疗设备的恒压供电或锂电池的恒流充电。同时由于植入人体内的部件体积受到限制,植入式无线电能传输系统的拓扑设计面临挑战。为此,本文将从谐振补偿网络出发,研究具有恒压或恒流功能的植入式无线电能传输系统
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（安全舒适高可靠植入式脊髓刺激器无线供电方法和系统研究,批准号:51677074）
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应用无线电能传输技术为植入式医疗设备供电具有安全、灵活、可靠的优点。当发射线圈与接收线圈相对位置、设备工作状态或植入式锂电池荷电状态发生变化时,植入式无线电能传输系统的输出电压或电流会产生波动,影响植入式医疗设备的恒压供电或锂电池的恒流充电。同时由于植入人体内的部件体积受到限制,植入式无线电能传输系统的拓扑设计面临挑战。为此,本文将从谐振补偿网络出发,研究具有恒压或恒流功能的植入式无线电能传输系统,开展的工作如下:首先,介绍植入式无线电能传输系统的结构和等效电路,分析SS型、SP型、PP型、PS型等四种基本补偿拓扑的输出特性,指出存在的不足。进一步分析了T型补偿网络和π型补偿网络等两种高阶补偿拓扑的输出特性,为研究适用于恒压或恒流植入式无线电能传输系统的谐振拓扑奠定基础。其次,通过在发射侧和接收侧采用T型补偿网络,构造出七种能够实现负载无关恒压输出的无线电能传输系统。通过对比系统的传输特性和元件数量,确定LCC-PS型无线电能传输系统是性能最佳的恒压植入式无线电能传输系统。同时为了实现输出电压在互感变化时维持不变,提出LCC-PS型无线电能传输系统的发射侧输出电压检测技术。开展了PSIM仿真验证,结果表明系统具有良好的恒压输出特性,所提输出电压检测方法能够准确地检测出系统输出电压。然后,通过在发射侧采用T型补偿网络,接收侧采用π型补偿网络,构造出七种能够实现负载无关恒流输出的无线电能传输系统,通过对比系统的传输特性和元件数量,确定LCC-SP型无线电能传输系统是性能最佳的恒流植入式无线电能传输系统,同时为了实现输出电流在互感变化时维持不变,提出LCC-SP型无线电能传输系统的发射侧输出电流检测技术。开展了PSIM仿真验证,结果表明系统具有良好的恒流输出特性,所提输出电流检测方法能够准确地检测出系统输出电流。最后,搭建了脊髓刺激器无线供电样机,验证了所研究的植入式无线电能传输系统的准确性。
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