[发明专利]无线电力传输拾取器及控制方法、系统及操作方法

说明书

一种无线电力传输次级线圈或拾取器具有谐振电路和连接到所述谐振电路且可操作以在所述谐振电路中的振荡电压或电流中产生相移的开关。控制器配置成操作所述开关以在所述谐振电路的所述振荡电压或电流中引入一个或多个受控相移，所述受控相移对数据进行编码以供耦合电路检测。

技术领域

本发明涉及感应电力传输(IPT)系统(也称为无线电力传输(WPT)系统)，且与数据和(无线)电力传输以及IPT系统主电源的操作特别相关。更确切地说，本发明涉及一种用于使用利用能量注入和相移产生的相移键控将数据从无线电力传输次级线圈或拾取器传输到无线电力传输初级线圈的系统和方法。

本发明可在多个其它领域和应用中找到应用，其中之一是可穿戴装置，确切地说是植入式装置。

背景技术

感应电力传输(IPT)是无线电力传输(WPT)的一种形式，其使用电感器穿过气隙或通过皮肤传输电力而不具有物理接触。初级电感器中的交流电会产生时变磁场。电流被诱发于位于时变磁场内的次级电感器中。此电流可用于为电路供电。通常，每个电感器中串联或并联有谐振电容器，以消除所要操作频率下的电抗。

在过去的十年中，感应电力传输(IPT)技术已在许多需要无线电力传输的工业和消费者应用中得到越来越多的应用，这主要是由于其能够以安全、可靠和方便的方式提供高水平的电力传输。IPT能够操作空间上受限或需要长期消耗大量电力以至于无法使用电池的许多植入式医疗装置。此类应用包含神经记录、神经刺激、光遗传学、心脏压力监测、眼内压力监测和颅内压力监测。

除电力之外，还可以通过各种方式在感应链路上传输数据。负载调制/负载移位键控 (LSK)已在RFID和无线电力应用中使用了很多年，以将数据从次级线圈传输到初级线圈。通过调制IPT链路的次级侧上的负载，将数据从次级线圈传输到初级线圈。负载的变化被检测为初级电感器上电压的幅度调制。LSK需要在次级线圈与初级线圈之间建立强耦合，以便可以检测到初级线圈处的幅度变化。对于体内深处的小型植入式装置而言，情况并非如此。此外，LSK技术通常将开关与并联调谐的次级拾取器并联使用，将其短路并断开以改变初级线圈所受的反射负载。因此，LSK的主要缺点是数据速率受限，且品质因数(Q)较高，并且在LSK开关闭合时干扰电力传输。

无源相移键控(PPSK)已用于以更高的数据速率传输数据，其具有与LSK相似的可检测性。PPSK具有与LSK相同的局限性，且只有在初级线圈与次级线圈之间存在强耦合时，才能检测到初级线圈处的调制。脉冲无线电(IR)方法以不同的时间间隔传输电力和数据。可在图1中看到IR方法的已知实施方案。在基于IR的方法中，施加到次级线圈的急剧脉冲用于引发可在初级线圈处检测到的衰减振荡。因此，由于在很大程度上由植入线圈时间常数τ＝2L₂/R₂，等同于τ＝2Q₂/ω表示的衰减振荡，数据速率受到符号间干扰(ISI)的限制。为了获得具有所要的次级线圈的Q的高数据速率，需要使用高载波频率，所述高载波频率可能会限制传输到植入物的最大比吸收率(SAR)受限功率。为了解决基于IR的技术的此缺点，还采用了脉冲谐波调制(PHM)技术，所述技术可以通过将仔细定时的脉冲施加到次级线圈来抑制振铃并提高数据速率。但是，脉冲使用了额外的电力，且所述脉冲时序和幅度对初级线圈与次级线圈之间的耦合敏感。

由于基于IR的方法通常是AM调制的一种形式且使用例如包络检测的非相干解调方法，因此已实施基于相位的调制方案。与接收器处的每一位相同能量的幅度调制相比，这些基于相位的调制方案被检测到误差的概率可能更低。然而，由于谐振电感器和电容器中大量存储的能量而导致在谐振感应拾取器中移相的困难已阻止采用例如二进制PSK(BPSK)之类的方法。改变相位可花费多个谐振周期，且每个相位变化都需要等于的能量，以使谐振电压为零，并在新的相位处重新开始谐振。