用于感應(yīng)電力傳輸?shù)姆答伩刂凭€圈驅(qū)動(dòng)器的制造方法【專利說明】用于感應(yīng)電力傳輸?shù)姆答伩刂凭€圈驅(qū)動(dòng)器[0001]相關(guān)申請的交叉引用[000引根據(jù)美國法典第35卷119條（e)款，本申請要求于2012年8月31日提交的第61/695,815號(hào)美國臨時(shí)申請的權(quán)益，該美國臨時(shí)申請的全部內(nèi)容通過引用合并在本文中?！?br>背景技術(shù)：
】[0003]感應(yīng)電力傳輸或發(fā)射經(jīng)常用于W無線方式向便攜式電子設(shè)備傳送電力。無線電力傳輸被用在各種應(yīng)用中，比如，對諸如智能電話、平板計(jì)算機(jī)和膝上型計(jì)算機(jī)的便攜式設(shè)備中的電池進(jìn)行再充電。該種電力傳輸系統(tǒng)還用于經(jīng)皮（即，通過皮膚）將電力發(fā)射至植入的醫(yī)療設(shè)備，W直接對植入物進(jìn)行供電或者對植入物的電池進(jìn)行再充電。[0004]如圖1所示，傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng)100通常包括驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈LPQ12)的線圈驅(qū)動(dòng)器114,該初級(jí)線圈LP(112)W感應(yīng)方式與位于電子設(shè)備120內(nèi)部的次級(jí)線圈LS(112)禪合并且對該次級(jí)線圈LS(112)進(jìn)行供電。下述文獻(xiàn)中描述了各種經(jīng)皮電力傳輸系統(tǒng)；W.Loke等人的"用于放射治療的0.5V亞mW無線磁跟蹤應(yīng)答器（A0.5Vsub-mWwirelessmagnetictrackingtransponderforradiationtherapy)"Sym.onVLSICir.，第172-173頁，2011年；Y.Liao等人的"用于主動(dòng)接觸鏡的3yW無線供電的COMS葡萄糖傳感器（A3yWwirelesspoweredCMOSglucosesensorforanactivecontactlens)"ISSCCDig.Tech,papers,第38-39頁，2011年；W及S.Lee等人的"用于也臟微型刺激器的具有近場充電特征的低電力雙向遙測裝置（Alow-powerbidirectionaltelemetrydevicewithanear-fieldchargingfeatureforacardiacmicrostimulator)'，IEEETran.Bio.Cir.Syst.，第5卷，第357-367頁，2011年8月。盡管一些植入物被設(shè)計(jì)成直接從植入物內(nèi)的電池獲得電力，然而仍必須通過外部電力發(fā)射器W無線方式對該些可再充電的電池進(jìn)行再充電。參見SeeE.Lee等人的"生物醫(yī)學(xué)可植入的陽S電池供電的微型刺激器（AbiomedicalimplantableFESbattery-poweredmicro-stimulator)'，IEEETran.Cir.Syst.I，第56卷，第2583-2596頁,2009年12月。在最近的發(fā)展中，已投入了許多努力來改進(jìn)植入物內(nèi)部的電力接收和電力管理。參見例如比Lee和M.化ovanloo的"電感供電生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的完全集成高能效直流至交流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)（PullyintegratedpowerefficientAC-to-DCconverterdesignininductivelypoweredbiomedicalapplications)"Proc.ofIE邸2011CICC,paper8.7,2011年。然而，夕['部發(fā)射器中的線圈驅(qū)動(dòng)器仍需要許多分立部件。參見W上引用的S.Lee等人2011年的文章并且還參見G.Kendir等人的"對E類放大器的感應(yīng)電力鏈路的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（Anoptimaldesignmethodologyforinductivepowerlinkwithclass-Eamplifier)'，IEEETran.Cir.Syst.I，第52卷，第857-866頁，2005年5月。[0005]在線圈驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中通常使用如圖2所示的E類放大器型系統(tǒng)210,參見W上引用的S.Lee等人2011年和G.Kendir等人2005年。除了分立電容器CT1(213)和CT2(215)之外，在此電路拓?fù)渲羞€需要笨重的RF扼流圈LC(211)。由于電力發(fā)射器通常是用于植入的醫(yī)療設(shè)備220的病人外部控制器的一部分，所W外部控制器小且輕量是重要的。因此，用于該種無線電力傳輸系統(tǒng)的線圈驅(qū)動(dòng)器應(yīng)當(dāng)使用最小數(shù)目的分立部件來實(shí)現(xiàn)小尺寸，并且應(yīng)當(dāng)具有低功耗使得僅需要小電池?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明涉及用于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)線圈驅(qū)動(dòng)器開關(guān)"接通時(shí)間"的反饋控制線圈驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)。該線圈是LC槽路的一部分，并且針對不同的工作頻率可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)線圈驅(qū)動(dòng)器開關(guān)"接通時(shí)間"而無需調(diào)節(jié)LC槽路的電感和電容的值。最優(yōu)線圈驅(qū)動(dòng)器開關(guān)"接通時(shí)間"還引起峰峰線圈電流的平方與由LC槽路電源傳送的電力的比率的最大化值。[0007]通過在控制時(shí)間將LC槽路可切換地禪合在電源與地之間來獲得最優(yōu)線圈驅(qū)動(dòng)器開關(guān)"接通時(shí)間"。采樣和保持電路監(jiān)測LC槽路輸出電壓，并且積分器電路對輸出電壓與指定參考電壓之間的差進(jìn)行積分，其中該指定參考電壓通常被設(shè)定成零伏特。本發(fā)明的許多獨(dú)特屬性之一是：在LC槽路禪合至地時(shí)生成斜坡電壓，然后將該斜坡電壓與積分器電路的輸出進(jìn)行比較。線圈驅(qū)動(dòng)器開關(guān)在斜坡電壓的值超過積分的差電壓的值時(shí)使LC槽路與地去禪。[0008]重復(fù)脈沖信號(hào)生成器W預(yù)定頻率向線圈驅(qū)動(dòng)器開關(guān)提供脈沖串。該脈沖串中的每個(gè)脈沖具有起始時(shí)間和脈沖寬度（"接通時(shí)間"），其中，通過如上所述的反饋回路來控制該脈沖寬度（"接通時(shí)間"），該反饋回路在識(shí)別的益處和優(yōu)點(diǎn)下使"接通時(shí)間"最優(yōu)化?！靖綀D說明】[0009]圖1是用于電子設(shè)備的電力傳輸系統(tǒng)的框圖。[0010]圖2是使用基于E類放大器的現(xiàn)有技術(shù)線圈驅(qū)動(dòng)器的電力傳輸系統(tǒng)的框圖。[0011]圖3是使用基于諧振直流-交流轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞木€圈驅(qū)動(dòng)器的電力傳輸系統(tǒng)的框圖。[0012]圖4A-4D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的針對用于線圈驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)的接通時(shí)間的各種值的定時(shí)波形。[0013]圖5A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的反饋控制線圈驅(qū)動(dòng)器的框圖。[0014]圖5B是針對圖5A中的斜坡生成器的輸出的定時(shí)波形。[0015]圖6是圖5A的電感器開關(guān)W及采樣和保持的示例性示意圖。[0016]圖7A-7B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對用于感應(yīng)電力傳輸?shù)木€圈驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行反饋控制的方法的流程圖。【具體實(shí)施方式】[0017]圖3是使用基于諧振直流-交流轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞木€圈驅(qū)動(dòng)器310的電力傳輸系統(tǒng)300的框圖。針對關(guān)于諧振直流-交流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的更多信息，參見N.Mohan,T.Undeland和W.Robbins,Powerelectronics:converters,applications,anddesi即，JohnWil巧&Sons，2003年，并且還參見M.化emel的"用于醫(yī)療植入物的高效傳輸(High-efficiencytransferformedicalimplants)'，IEEESolid-StateCir.Mag.，第3卷，第47-59頁，2011年。初級(jí)線圈LP(312)和分立電容器CT(314)形成用于向植入物320中的次級(jí)線圈LS(322)發(fā)射電力的諧振LC槽路。針對該樣的感應(yīng)鏈路，一個(gè)可能的工作頻率FO是在約120曲z處。參見E.Lee等人的"生物醫(yī)學(xué)可植入的陽S電池供電的微型刺激器(AbiomedicalimplantableFESbattery-poweredmicro-stimulator)"IEEETran.Cir.Syst.I，第56卷，第2583-2596頁，2009年12月。針對更高的工作頻率（例如，13.56MHz)，電容器CT(314)可W潛在地集成在芯片上W用于進(jìn)一步減少部件。[0018]如將相對于圖4A-4D和圖5A-5B所論述的，反饋回路通過控制開關(guān)MS(316)的"接通時(shí)間"（TON)來使線圈驅(qū)動(dòng)器310上的電力耗散最小化。線圈驅(qū)動(dòng)器310還能夠提供關(guān)于電力傳輸?shù)姆奇I控（ASK)調(diào)制，該是由于在一些應(yīng)用中從外部控制器經(jīng)由相同的感應(yīng)鏈路向植入物發(fā)送數(shù)據(jù)。參見例如W上引用的S.Lee等人2011年，并且還參見例女口R.Sarpeshkar,Ultralowpowerbioelectronics:fundamentals,biomedicalapplications,andbio-inspiredsystems,CambridgeUniversityPress,2010年。[0019]從輸入時(shí)鐘頻率FCLOCK得到線圈驅(qū)動(dòng)器310的工作頻率FO,其中，針對當(dāng)前應(yīng)用，F(xiàn)CL0CK=20XF0。針對線圈驅(qū)動(dòng)器310的適當(dāng)操作，選擇電容器CT(314)使得初級(jí)線圈LP(31リ和CT(314)的諧振頻率是化C=l/2nパLPXCIr?5并且比F0大（參見M.化emel的"用于醫(yī)療植入物的高效發(fā)射（Hi曲-efficiencytransmissionformedicalimplants)"IE邸Solid-StateCir.Mag.，第3卷，當(dāng)前第1頁1 2