微型可植入式无线能量传输系统

发布时间：2017-09-15 08:32

  本文关键词：微型可植入式无线能量传输系统

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【摘要】：在过去十年来,可植入式电子设备发展迅速,但在供电、体积和生物兼容性等方面仍然存在问题,无线能量传输技术在解决上述问题中具有明显优势。与传统的电感耦合式系统相比,磁谐振式无线能量传输系统在能量传输效率与相对位置参数方面有更大的优势,并可实现近全方位的高效能量传输,具有低损耗、不受周围环境因素影响等特点。本文采用两种方式设计了柔性立体双电感线圈,第一种是采用聚酰亚胺封装材料设计柔性PCB (Printed Circuit Board)双电感交叠线圈。依据理论分析以及阻抗分析仪测试得到谐振子的有效电感、有效交流电阻、电容和品质因数,分析了线圈的股数和匝数对线圈性能的影响。并利用网络分析仪测试四线圈传输的S参数,计算传输效率。第二种是采用生物兼容性优异的聚对二甲苯材料设计不同参数的柔性双电感交叠线圈,详细设计了谐振子制作的集成工艺流程,并采用新薄膜材料实现了谐振子的双面pad结构。并对初步的流片实验结果进行了分析。最后,设计发射端的E类功率放大电路,输入端加入反相器驱动电路,接收端采用整流稳压电路,提供稳压输出。本论文研究了微型可植入电子设备的磁谐振式无线能量传输技术,运用两种方式设计了柔性立体双电感谐振子,测量了相关数据。采用两个内径为6mm的相同设计参数的柔性PCB立体双电感线圈搭建无线能量传输系统。在特定条件下且工作频率为13.56MHz时,测试系统的传输效率最大值达到21.24%,输出端电压达到1.477V。实现了小体积并且供电性能良好的无线能量传输,对微型可植入电子设备的发展具有重要意义。
【关键词】：立体双电感 工艺流程 传输效率 磁谐振 无线能量传输系统
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.6;TN402
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 序言8-11
• 1 引言11-16
• 1.1 国内外研究现状11-12
• 1.2 商用发展情况12-14
• 1.3 论文主要研究工作14-16
• 2 磁谐振无线能量传输系统模型16-26
• 2.1 无线能量传输基本原理16-20
• 2.1.1 RLC串联谐振电路17-18
• 2.1.2 GLC并联谐振电路18-19
• 2.1.3 串联谐振电路与并联谐振电路的比较19-20
• 2.2 无线能量传输系统模型20-25
• 2.2.1 谐振子理论分析基础20-21
• 2.2.2 两线圈能量传输系统21-23
• 2.2.3 四线圈能量传输系统23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 柔性立体谐振子的结构设计26-35
• 3.1 植入式医疗材料的生物兼容性26-27
• 3.2 基于Polyimide的柔性PCB谐振子结构设计27-28
• 3.2.1 聚酰亚胺27
• 3.2.2 基于Polyimide的柔性PCB谐振子结构设计27-28
• 3.3 基于Parylene的柔性立体谐振子的结构设计28-34
• 3.3.1 聚对二甲苯28-30
• 3.3.2 基于Parylene的柔性立体谐振子集成结构设计30-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 基于Parylene的柔性立体谐振子集成工艺方案35-44
• 4.1 MEMS单项工艺35-37
• 4.1.1 电镀35-36
• 4.1.2 厚胶光刻36
• 4.1.3 热剥离薄膜36-37
• 4.2 基于Parylene的柔性立体谐振子的集成工艺流程37-41
• 4.3 基于Parylene的柔性立体谐振子工艺的初步试验结果41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 测试系统及实验平台搭建44-52
• 5.1 立体谐振子参数的测试44-45
• 5.2 四线圈磁谐振能量传输模块的测试45-47
• 5.3 无线能量传输系统的实验平台搭建47-51
• 5.3.1 无线能量传输系统理论分析47-49
• 5.3.2 无线能量传输系统实验平台49-51
• 5.4 本章小结51-52
• 6 结论52-54
• 参考文献54-56
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果56-58
• 学位论文数据集58

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本文编号：855440