经皮无线供能系统多物理场仿真技术

为了研究人工心脏经皮无线供能系统各电路电量与物理场场量之间的相互关系以及系统生物安全性,提出一种多物理场仿真研究方法。基于COMSOL仿真软件建立了经皮无线供能系统的电-磁-热多物理场耦合模型,模型包括电路模型和几何模型,电路模型主要包括逆变电路、补偿电路和整流滤波电路,几何模型主要包括发射线圈、接收线圈及人体皮肤生物组织模型。通过仿真计算获得经皮无线供能系统在谐振和非谐振状态下各电路的电流、电压波形及生物组织安全性指标比吸收率、场强和温度的数值,并参照国际人体电磁安全和人体生理学标准进行安全性评估。仿真结果表明,系统工作在谐振频率160 kHz时,生物组织最大场强为28.2 V/m,最大比吸收率为0.10 W/kg,最大温度为38.8℃,均小于ICNIRP导则中对应的限值87 V/m、2 W/kg以及生理学上温度限值41℃,且非谐振状态下各安全性指标值均减小。该研究为人工心脏经皮无线供能系统的设计和优化提供了有力的分析工具。

一种经皮无线供能系统

研究了一种经皮无线供能系统.首先通过电路分析得到系统电压增益和传输效率等特性函数,同时根据经皮无线供能典型技术参数进行特性分析,在此基础上设计了基于能量注入的变频恒压控制方案,使得无线供能系统在负载和传输距离变化时始终高效率运行.搭建了经皮无线供能的实验系统,实验结果验证了理论分析和设计方案的正确性,在固定传输距离的整个负载变化范围内整机效率基本保持恒定,典型传输距离内的整机效率达到83%以上.利用多物理场仿真软件进行人体组织安全性仿真实验,仿真结果表明最大电场强度、比吸收率和最高温度均低于限值.

植入式微电子神经信道桥接系统体内无线供电模块设计及实验

"植入式微电子神经桥芯片"是采用微电子的方法实现脊髓损伤功能恢复的植入式系统。为解决这一系统的供能问题,设计并制作了无线经皮能量传输系统的体内供电模块。该模块包括接收线圈、整流芯片和稳压芯片,其中接收线圈利用印刷电路板(PCB)实现,整流芯片和稳压芯片利用CMOS工艺实现。通过板上芯片封装(COB)技术,将各个部分组成体内供电模块。配合前期制作的发射模块,利用猪皮等动物组织,进行模拟植入情况的"包埋式"能量传输实验。实验结果表明,尽管动物组织对能量传输效率的影响较大,但体内供电模块仍然可以为后续芯片电路提供1.8 V的工作电压,初步实现了神经桥芯片的供能。