经皮耦合无线可再充电系统的设计与研究

摘要

近几年来，经皮耦合无线可再充电系统受到了越来越多的关注。该系统中的核心元件-非接触变压器，消除了电能传输中的机械磨损和接触松动，因此安全性能好和寿命高，被应用在许多得特殊场合，比如植入式医疗器械、神经刺激器的锂电池充电等。同时显示出良好的可靠性、安全性与方便性，具有很好的医学价值和应用前景。
　　 本文分析了经皮耦合无线能量传输系统的基本原理，介绍了该系统中现存的核心技术问题，并针对经皮耦合系统进行了具体设计，本文的主要工作如下：
　　 (1)介绍了非接触变压器的理论基础，建立了等效电路模型，采用互感模型来分析非接触变压器的耦合性能，并阐述了无功补偿对变压器性能的影响。
　　 (2)介绍了有限元软件的基础电磁场理论知识，并利用该软件和实验测量两种方法对非接触变压器无线传输效率进行了仿真和实验的对比分析，同时针对非接触变压器漏感大的缺点，选取谐振电路拓扑结构进行无功补偿。
　　 (3)介绍了经皮耦合无线可再充电系统的硬件电路设计。依照从体外到体内的顺序对无线可再充电系统进行了相应的硬件电路设计。
　　 (4)介绍了经皮耦合无线可再充电系统的软件设计，包括主流程图，Zigbee无线通信模块等软件设计。
　　 本文设计了一套经皮耦合无线可再充电系统。该系统采用了体积小，重量轻的平板式磁路结构非接触变压器：采用了两块锂电池交替充电的方式，延长了经皮耦合无线充电器的使用寿命；实现了仅用1.5小时就可以把容量300mAH锂电池充满电；使用Zigbee无线通信实现体内体外的信息交互。但是由于人体的特殊结构，该系统尚未进行人体实验。