Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №2, 2023 / с. 43-47

Динамическое управление выходными характеристиками систем индуктивного питания имплантатов с усилителем мощности класса Е

                                

Е.В. Селютина, Э.А. Миндубаев, А.А. Данилов


Аннотация

Смещения передающей и принимающей катушек в системах индуктивного питания (ИП) с усилителем мощности (УМ) класса Е ведут к изменению уровня выходной мощности, что критично для питания имплантируемых медицинских приборов. Динамическое управление параметрами систем ИП является перспективным вариантом компенсации влияния смещений катушек индуктивности. В статье рассмотрены варианты динамического управления, при которых обеспечивается постоянный уровень выходной мощности систем ИП независимо от смещений катушек. Исследованы варианты, в которых используется динамическое управление номиналами конденсаторов в нагрузочной цепи УМ класса Е.


Сведения об авторах

Елена Викторовна Селютина, инженер,
Эдуард Адипович Миндубаев, канд. техн. наук, доцент,
Арсений Анатольевич Данилов, канд. физ.-мат. наук, доцент, Институт биомедицинских систем, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», г. Москва, г. Зеленоград,

Список литературы

1. Ben Dhaou I., Ebrahimi M., Ben Ammar M., Bouattour G., Kanoun O. Edge devices for internet of medical things: Technologies, techniques, and implementation // Electronics. 2021. Vol. 10. № 17. PP. 2104-1-2104-20.
2. Jourand P., Puers R. A Class-E driven inductive power delivery system covering the complete upper body // Sensors and Actuators A: Physical. 2012. Vol. 183. PP. 132-139.
3. Knecht O., Kolar J.W. Performance evaluation of series- compensated IPT systems for transcutaneous energy transfer // IEEE Transactions on Power Electronics. 2018. Vol. 34. № 1. PP. 438-451.
4. Hong S., Jeong S., Lee S., Sim B., Kim H., Kim J. Low EMF design of cochlear implant wireless power transfer system using a shielding coil / 2020 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Signal/Power Integrity (EMCSI). 2020. PP. 623-625.
5. Sivaji V., Grasse D.W., Hays S.A., Bucksot J.E., Saini R., Kilgard M.P., Rennaker II R.L. ReStore: A wireless peripheral nerve stimulation system // Journal of Neuroscience Methods. 2019. Vol. 320. PP. 26-36.
6. Liu H., Shao Q., Fang X. Modeling and optimization of class-E amplifier at subnominal condition in a wireless power transfer system for biomedical implants // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. 2017. Vol. 11. № 1. PP. 35-43.
7. Popovic Z., Garcia J.A. Microwave class-E power amplifiers: A brief review of essential concepts in high-frequency class-E PAs and related circuits // IEEE Microwave Magazine. 2018. Vol. 19. № 5. PP. 54-66.
8. Yang T.L., Zhao C.Y., Chen D.Y. Feedback analysis and design of inductive power links driven by Class-E amplifiers with variable coupling coefficients // Journal of Zhejiang University SCIENCE C. 2010. Vol. 11. № 8. PP. 629-636.
9. Yang T., Zhao C., Chen D. Feedback analysis of transcutaneous energy transmission with a variable load parameter // ETRI Journal. 2010. Vol. 32. № 4. PP. 548-554.
10. Hwang S.H., Kang C.G., Son Y.H., Jang B.J. Software-based wireless power transfer platform for various power control experiments // Energies. 2015. Vol. 8. № 8. PP. 7677-7689.
11. Tang K., Yang H., Xie H., Cao Y. Small-signal modeling for adaptive closed-loop control in two-coil wireless power system / 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). 2020. Vol. 2020-March. PP. 3120-3124.
12. Tasneem N.T., Biswas D.K., Mahbub I. A CMOS closed-loop miniaturized wireless power transfer system for brain implant applications // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. 2020. Vol. 105. № 3. PP. 335-345.
13. Stoecklin S., Yousaf A., Gidion G., Reindl L., Rupitsch S.J. Simultaneous power feedback and maximum efficiency point tracking for miniaturized rf wireless power transfer systems // Sensors. 2021. Vol. 21. № 6. PP. 2023-1-2023-28.
14. Mindubaev E.A., Selyutina E.V., Danilov A.A. Tuning of class E power amplifier for compensating the effect of the receiver coil implantation depth on the operation of a wireless transcutaneous energy transfer system // Biomedical Engineering. 2020. Vol. 54. № 4. PP. 258-261.
15. Selyutina E.V., Mindubaev E.A. Effects of class E power amplifier parameters on output power of inductive wireless power transfer system with capacitive tuning / 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). 2021. PP. 2874-2878.
16. Carta R., Thonй J., Gosset G., Cogels G., Flandre D., Puers R. A self-tuning inductive powering system for biomedical implants // Procedia Engineering. 2011. Vol. 25. PP. 1585-1588.
17. Suetsugu T., Wei X., Kuga S., Oyama N. Switched capacitor discrete control of class e amplifier to achieve nominal operation // IEEJ Journal of Industry Applications. 2015. Vol. 4. № 4. PP. 402-408.
18. Trigui A., Hached S., Mounaim F., Ammari A.C., Sawan M. Inductive power transfer system with self-calibrated primary resonant frequency // IEEE Transactions on Power Electronics. 2015. Vol. 30. № 11. PP. 6078-6087.
19. Kong F., Huang Y., Najafizadeh L. A coil misalignment compensation concept for wireless power transfer links in biomedical implants / 2015 IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC). 2015. PP. 1-4.
20. Hirayama K., Furukawa Y., Shirakawa T., Suetsugu T., Maruta H., Kurokawa F. Switched capacitor discrete control ofvoltage dividing class E amplifier to achieve sub nominal operation / 2016 IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA). 2017. PP. 714-718.
21. Huang Z., Wang L., Zhang Y., Liu R. Design of WPT RF power supply based on dual directional coupler and capacitor array impedance matching network // IEEE Access. 2020. Vol. 8. PP. 68209-68218.
22. Issi F., Kaplan O. Design and application of wireless power transfer using Class-E inverter based on Adaptive Impedance-Matching Network // ISA Transactions. 2022. Vol. 126. PP. 415-427.