稳压型倍压电路、植入式医疗设备和无线供电医疗设备

技术领域

本公开涉及电子电路技术领域，更具体地，涉及一种稳压型倍压电路、植入式医疗设备和无线供电医疗设备。

背景技术

基于近场磁耦合的无限功率传输系统近年来被广泛的应用于可植入式医疗领域，传统的无线功率传输系统为多级结构，如图1所示，被动式倍压器作为无限功率传输系统的第一级，能够实现对输入正弦电压的整流并转化为直流电压。后一级为电源管理电路，如开关稳压器，线性稳压器等，可将前级输出的直流电压进行稳压调节到所需电压。传统的多级无线功率传输系统功率传输效率低，结构复杂且占用面积大，不利用便携式移动设备使用。

目前，现有的无限功率传输系统存在以下问题：1.传统被动式倍压器中MOS晶体管采用二极管接法，输入信号需要大于MOS晶体管阈值电压才能使其导通，信号才能传输，导致被动式倍压器电路传输效率低下；2.为实现对输入电压的整流与稳压两种功能，需要多级电路级联使用，导致整体系统功率传输效率低下，并且电路规模庞大不利于便携式系统使用。

发明内容

为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种稳压型倍压电路，能够同时实现整流和稳压功能，且结构简单、占用面积小、具有较高的功率传输效率。

本公开实施例的一个方面提供了一种稳压型倍压电路，包括：整流模块，被配置为对输入端输入的交流电压进行整流，以从输出端输出直流电压；滤波模块，被配置为对上述直流电压进行滤波；反馈模块，被配置为基于上述直流电压产生反馈电压；稳压模块，包括：第一比较器，基于由上述反馈电压和预设的参考电压输出第一控制信号；以及泄流晶体管，上述泄流晶体管的源极和漏极连接在上述输出端的高压端和接地端之间，栅极接收上述第一控制信号，以控制上述泄流晶体管的导通和截止；以及控制模块，被配置成基于上述第一控制信号和上述输入端的正压端的正向电压信号控制上述整流模块输出上述直流电压。

根据本公开的一些实施例，上述整流模块包括：第一整流模块，连接在上述输入端的正压端和上述输出端的高压端之间；以及第二整流模块，连接在上述输入端的正压端和上述输出端的接地端之间，上述控制模块在上述第一控制信号为高电平时控制上述第一整流模块和上述第二整流模块关闭、并使上述泄流晶体管导通，使得上述直流电压下降；当上述第一控制信号为低电平时，使得上述第一整流模块和上述第二整流模块交替导通以对上述交流电压整流、并使上述泄流晶体管截止。

根据本公开的一些实施例，当上述第一控制信号为低电平时，当上述输入端的正压端的正向电压信号高于上述输出端的高压端的电压时，上述第一整流模块导通而上述第二整流模块截止；当上述第一控制信号为低电平时，当上述输入端的正压端的正向电压信号低于上述输出端的接地端的电压时，上述第二整流模块导通而上述第一整流模块截止。

根据本公开的一些实施例，上述第一整流模块包括P型晶体管，上述P型晶体管的源极连接至上述输入端的正压端，上述P型晶体管的漏极连接至上述输出端的高压端，上述P型晶体管的栅极连接至上述控制模块的一个输出端；以及上述第二整流模块包括N型晶体管，上述N型晶体管的漏极连接至上述输入端的正压端，上述N型晶体管的源极连接至上述输出端的接地端，上述N型晶体管的栅极连接至上述控制模块的另一个输出端。

根据本公开的一些实施例，上述控制模块包括：第二比较器，上述第二比较器的负向输入端连接至上述输入端的正压端，上述第二比较器的正向输入端连接至上述输出端的高压端；以及第三比较器，上述第三比较器的负向输入端连接至上述输入端的正压端，上述第三比较器的正向输入端连接至上述输出端的接地端。

根据本公开的一些实施例，上述控制模块还包括：或门，上述或门的第一输入端连接至上述第一比较器的输出端，上述或门的第二输入端连接至上述第二比较器的输出端，上述或门的输出端连接至上述P型晶体管的栅极；反相器，上述反相器的输入端连接至上述第一比较器的输出端；以及与门，上述与门的第一输入端连接至上述反相器的输出端，上述与门的第二输入端连接至上述第三比较器的输出端，上述与门的输出端连接至上述N型晶体管的栅极。

根据本公开的一些实施例，上述滤波模块包括：第一电容，上述第一电容的正端连接至上述输出端的高压端，上述第一电容的负端连接至上述输入端的负压端；以及第二电容，上述第二电容的正端连接至上述第一电容的负端，上述第二电容的负端连接至上述输出端的接地端。

根据本公开的一些实施例，上述反馈模块包括连接在上述输出端的高压端和接地端之间的两个反馈电阻，上述第一比较器的正向输入端连接至两个上述反馈电阻之间，以接收上述反馈电压，上述参考电压输入到上述第一比较器的负向输入端。

本公开的实施例的另一方面提供了一种植入式医疗设备，包括：接收天线，适用于无线接收外部的功率信号；如上述的稳压型倍压电路，适用于将上述功率信号中的交流电压转换成直流电压；以及医疗设备主体，基于上述直流电压对人体进行治疗。

本公开的实施例的另一方面提供了一种无线供电医疗系统，包括：发射天线，适用于发射功率信号；以及如上述的植入式医疗设备。

根据本公开实施例的一种稳压型倍压电路，通过控制模块将整流模块和稳压模块结合在一起，这样可以基于稳压模块的工作状态控制整流模块的工作方式，使得对输入的交流电压进行整流输出直流电压的同时还可以对输出的直流电压进行稳压。

附图说明

图1为现有技术中多级无限功率传输系统的原理方框图；

图2为本公开实施例的稳压型倍压电路的原理方框图；以及

图3为本公开实施例的稳压型倍压电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。但是，本公开能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本公开的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

为便于本领域技术人员理解本公开技术方案，现对如下技术术语进行解释说明。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

根据本公开一个方面的发明构思，为了解决传统被动式倍压器采用二极管接法、输入信号需要大于晶体管阈值电压才能使其导通的问题，本公开采用比较器将整流模块和稳压模块结合在一起，在保证整体电路功率传输效率的同时实现整流和稳压两种功能，且实现了电路结构简单、占用面积小以及利于便携式移动设备所使用。

图2为本公开实施例的稳压型倍压电路的流程示意图。

根据本公开的实施例，如图2所示，一种稳压型倍压电路包括整流模块、滤波模块、反馈模块、稳压模块和控制模块，其中，稳压模块包括第一比较器和泄流晶体管。整流模块被配置为对输入端输入的交流电压(例如正弦波电压)进行整流，以从输出端输出直流电压。滤波模块被配置为对直流电压进行滤波。反馈模块被配置为基于直流电压产生反馈电压。第一比较器C

根据本公开的实施例，当反馈电压高于参考电压V

根据本公开的实施例，第一比较器C

根据本公开实施例的一种稳压型倍压电路，通过采用第一比较器C

根据本公开的实施例，参见图2，整流模块包括第一整流模块和第二整流模块。第一整流模块连接在输入端的正压端和输出端的高压端之间。第二整流模块连接在输入端的正压端和输出端的接地端之间。控制模块在第一控制信号为高电平时控制第一整流模块和第二整流模块关闭、并使泄流晶体管M

根据本公开的实施例，当第一控制信号为低电平时，当输入端的正压端的正向电压信号V

图3为本公开实施例的稳压型倍压电路的电路结构示意图。

根据本公开的实施例，如图3所示，第一整流模块包括P型晶体管M

根据本公开的实施例，控制模块包括第二比较器C

根据本公开的实施例，控制模块还包括或门OR，或门OR的第一输入端连接至第一比较器C

根据本公开的实施例，或门OR的逻辑功能为当或门OR有多个输入端时，只要有一个输入为高电平则输出为高电平。与门AND的逻辑功能为只有当所有输入端都为高电平时，输出才为高电平，否则输出为低电平。

根据本公开的实施例，参见图2，当第一控制信号为高电平时，或门OR接收高电平信号，P型晶体管M

根据本公开的实施例，当第一控制信号为低电平时，当输入端的正压端的正向电压信号V

这样的实施方式中，利用比较器跨过晶体管的阈值电压直接控制晶体管导通，这种主动式整流功能可以提高传输效率，在实现整流功能的同时根据第一控制信号为高电平或低电平对泄流晶体管M

根据本公开的实施例，滤波模块包括第一电容C

根据本公开的实施例，当第一控制信号为低电平时，当输入端的正压端的正向电压信号V

这样的实施方式中，利用第一电容C

根据本公开的实施例，输入端的负压端的负向电压信号V

根据本公开的实施例，在第一电容C

根据本公开的实施例，反馈模块包括连接在输出端的高压端和接地端之间的两个反馈电阻，第一比较器C

根据本公开的实施例，反馈模块包括连接在输出端的高压端和接地端之间的两个反馈电阻，两个反馈电阻分别为第一反馈电阻R

根据本公开的实施例，当第一反馈电压高于参考电压V

根据本公开的实施例的另一方面提供的一种植入式医疗设备，例如可以植入人体内的抗心衰设备(例如起搏器)、人体植入芯片等，包括：适用于无线接收外部的功率信号的接收天线；如上述各个实施例所述的适用于将功率信号中的交流电压转换成直流电压的稳压型倍压电路；以及基于直流电压对人体进行治疗的医疗设备主体。接收天线可以接收外部的控制信号和交流功率信号(例如正弦波电压)，并将接收的交流功率信号通过稳压型倍压电路转换成稳定的直流电压，以对医疗设备主体供电。

在另一些实施例中，本公开实施例的稳压型倍压电路可以应用在便携式移动设备中，以接收无线功率信号，为便携式移动设备供电。

根据本公开的实施例的另一方面提供的一种无线供电医疗系统包括适用于发射功率信号的发射天线、以及如上述实施例所述的植入式医疗设备。发射天线适用于发射控制信号和交流功率信号(例如正弦波电压)，接收天线将接收的交流功率信号通过稳压型倍压电路转换成稳定的直流电压，以对医疗设备主体供电。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。