特定输出功率下表皮能量传输系统优化设计.pdf

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1、测量与检测技术《电气自动化~2o12年第34卷第5期Measurement＆DetectinqTechnics特定输出功率下表皮能量传输系统优化设计刘超，唐厚君，白亮字，王伟(1．电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海2002402．河北省唐山市曹妃甸实业港务有限公司，河北唐山063000)摘要：经表皮能量传输系统通过空气间隙中的耦合磁场，将能量由体外一次能量源耦合传输到体内植入的能量二次能量接收端。针对不同的应用情况，提出了指定输出功率下，对系统进行优化的方法。优化理论以传输效率为目标函数，一次二次能量线圈为设计

2、变量，以频率分叉现象和元器件的最大峰值电流和电压作为约束条件。最后使用MATLAB／Simulink对分析结果进行验证。关键词：经表皮能量传输(TET)系统；传输效率；非线性约束最优化；遗传算法；医用植入型设备[中图分类号]TM93[文献标志码]A[文章编号]1000—3886(2012)05—0083—03ParameterOptimizationoftheTranscutaneousEnergyTransmissionSystemLIUChao，TangHou—jun，BAILiang—yu，WANGWei(1．KeyLaboratoryofCont

3、rolofPowerTransmissionandConversion，MinistryofEducationDepartmentofElectricalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；2．TangshanIndustrialP0CompanyLimited，TangshanHebei063000，China)Abstract：Transcutaneousenergytransmission(TET)systemsaredesignedtotransferpowerf

4、romaninvitroprimarydevicetoinvivoimplantablesecondaryviamagneticcoupling．Thispaperproposesanoptimizationmethodtooptimalasystemwithgivenoutputpowertomeetdifferentpracticalapplication．Thetransmissioneficiencyistheobjectivefunction；primaryandsecondarycoilsinductancesaredesignvafiabl

5、es；constraintsarebasedonbifurcationphenomenonandcomponentspeakover—voltageandpeakwithstandcurrent．AtlastMATLAB／SIMULINKwasusedtoverifytheanalyticalresults．Keywords：transcutaneousenergytransmission(TET)system；transmissioneficiency；nonlinearconstrainedoptimization；geneticalgorithm；

6、biomedicalimplantabledevicesO引言‘中wu．H．H提出调节电容值以最大化传输功率，所得到的最大传输功率值可以达到传统方式的三倍。但与此同时，传输效率却医用植入型设备，包括左心室辅助装置(LVAD)、心脏起搏发生了大幅的下降，Chwei．SenWang使用电感一电容一电感所器、心律转变器和植入式心脏除颤器(ICD)，人们用这些植入型建立的谐振变化器拓扑结构来最优化传输功率。设备来从体内控制并治疗疾病I2。但这些体内装置因为能量不足而发生故障。传统的充电方式是将导线刺穿皮肤为设备补传输充电能，这种方式极有可能导致皮肤感染，同时也会

7、为病人的日Stani常生活带来很大的不便。图1给出了不同植入型医疗设备的电提出能消耗情况。理论表皮能量传输系统(TET)可以通过空间时变的磁场透过皮谐振变化器进行图2TET系统电路图肤将电能从一次侧能量源传输到二次侧能量接收端。图2给出仿真分析，大大提了一个典型的TET系统的示意图，系统体外部分产生的磁场使高了松耦合变压器分析的准确性。得体内部分产生感应电压，并利用这个感应电源来为设备充电。如果对TET系统的一二次部分的互联关系进行一个详细的lmWl0mW】00mWlWl0W———————————+——+优化设计，很难获得令人满意的效果。为此，第二部分给

8、出了心脏起搏器耳蜗植入器人工心脏TET系统设计中的互感耦合模型和相关参数。第三部