多共振器无线感应电源链接用于2D表面上的可穿戴设备和人体3D空间中的植入物
IEEE transactions on biomedical circuits and systems
|March 11, 2024
概括
本研究介绍了一种灵活的无线电力传输 (WPT) 系统,用于人体佩戴和植入式设备. 它以高效率和覆盖率安全地向人体提供电力.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 电气工程 电气工程
- 可穿戴技术可穿戴技术
背景情况:
- 无线电力传输 (WPT) 对于为植入式和可穿戴医疗设备供电至关重要.
- 现有的WPT系统在实现深层组织透和全身覆盖方面面临挑战.
- 对于长期的生物医学应用来说,安全高效的电力供应至关重要.
研究的目的:
- 开发一种基于共振的新型,可适应和灵活的诱导式WPT链接,用于全面覆盖人体.
- 为了实现无无线电源传输到深层组织植入式设备和表面水平的可穿戴设备.
- 实施闭环功率控制 (CLPC) 机制,以实现优化和安全的功率传输.
主要方法:
- 设计了一个带式发射器 (Belt-Tx) 和接收器 (Rx) 单元,结合了新的共振器配置 (对植入物平行,可穿戴设备交叉平行).
- 该系统在FCC批准的13.56 MHzISM频段运行,使用ANSYS HFSS进行建模,模拟和优化.
- 安全性通过特定吸收率 (SAR) 计算来评估,性能通过实施和表征来验证.
主要成果:
- 通过WPT链接,显示出高负载输送功率 (PDL) 超过350mW的上体应用和360mW的下体应用.
- 动力传输效率 (PTE) 在上体场景中达到了25%,在下体场景中达到了20%.
- 该系统实现了高达92%的人体覆盖率,计算的SAR值低于1.5W/kg,确保了安全.
结论:
- 拟议的基于共振的WPT链接提供了一种安全,灵活和高效的解决方案,用于为广泛的可植入和可穿戴生物医学设备提供动力.
- 可适应的共振器配置和CLPC机制确保了统一的功率输送和定位.
- 这项技术具有很大的潜力,可以推进长期的,不受约束的生物医学监测和治疗应用.
