ES2596556T3 - Gestión de batería para un dispositivo médico implantable - Google Patents

Abstract

Circuitería (200) para un dispositivo médico implantable (100), que comprende: una primera trayectoria de carga que comprende una fuente (130) alimentada por una tensión de entrada, y para producir energía para cargar una batería (26) en un nodo terminal (Vbat) de la batería, y un conmutador (136) de sobretensión para sincronizar la energía producida con el nodo terminal de la batería, en la que el conmutador de sobretensión se abre si se determina una señal de sobretensión; una segunda trayectoria de carga para cargar la batería de forma pasiva mediante la tensión de entrada, en la que la segunda trayectoria de carga se acopla con el nodo terminal (Vbat) de la batería mediante al menos un primer diodo (126); y al menos un conmutador (152; 154) de carga acoplado entre el nodo terminal (Vbat) de la batería y una carga (160) dentro del dispositivo implantable médico (100), en la que el al menos un conmutador de carga se abre, al menos, si se determina una señal de subtensión de la batería.

Description

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para acoplar Vbat a tierra, la resistencia a través de los transistores 180, 182, y 184 será de aproximadamente 200 ohmios. El transistor 184 conectado a los diodos crea una tensión razonablemente conocida en el drenaje del transistor 182 de OV. La señal OV se regula y de este modo se determina Vgs para el transistor 182 por la caída en el transistor 184, creando así un mecanismo de retroalimentación que regula en cierto grado la corriente de descarga. Aunque la circuitería 144 de descarga no tiene que activarse durante una condición de subtensión (es decir, cuando Vbat<Vmin) aún recibe la señal UV de subtensión, para asegurar que la circuitería de descarga está apagada y no drenará inadvertidamente la batería 26 durante una condición de subtensión: durante una condición de subtensión, se determina UV como alta, lo que apagará el transistor 180, asegurando el desacoplamiento de Vbat con la tierra.

La Figura 6 muestra con más detalle la circuitería de fuente 130 de corriente/tensión en la trayectoria de carga normal. Como su nombre indica, la fuente 130 puede proporcionar tanto una corriente constante como una tensión constante a la batería 26 durante la carga, como se explicará enseguida. Vcc (véase la Fig. 3) comprende el suministro de energía para la fuente 130, y alimenta un espejo de corriente que comprende los transistores 190 y 191 de canal P. Al transistor 190 de referencia se le proporciona una corriente programable, Iajuste, que se establece mediante tres señales de control Iajuste[2:0], proporcionadas por un controlador 131 de fuente. El controlador 131 de fuente reside dentro del bloque 200 de circuitería de gestión de batería, y recibe las señales 297 de bus ya mencionadas. De esta manera, el microcontrolador 305 puede controlar el controlador 131 de fuente para proporcionar señales de control apropiadas a la fuente 130. Los transistores 191 preferentemente comprenden una red de M transistores cableados en paralelo, operando así para amplificar Iajuste a una magnitud de M*Iajuste en la trayectoria de carga normal. En un ejemplo, M puede ser igual a 500.

Vbat se determina durante la carga usando un amplificador 194, que se utiliza para convertir la operación de la fuente 130, convirtiendo una carga de corriente constante a una carga de tensión constante de la batería 26 cuando Vbat supera un umbral, Vt, que puede ser 4,0 V o menos. Se proporciona una tensión Vref de referencia a la entrada no inversora del amplificador 194, mientras que a la entrada inversora se le proporciona una versión Vbat (Vajuste) dividida por la tensión. Vajuste puede ajustarse usando un resistor variable controlado por cinco señales Vajuste[4:0] a las que el controlador 131 de fuente da salida, al igual que ocurre con Iajuste[2:0]. En efecto, Vajuste[4:0] ajusta el valor umbral Vt del punto de conmutación entre la carga de corriente constante y la carga de tensión constante. Cuando se cumple Vajuste<Vref, lo que indica que se cumple Vbat<Vt, el amplificador 194 apaga el transistor 193 de canal P. A pesar de esto, la corriente sigue fluyendo a través del transistor 193 en virtud del espejo de corriente, y la batería 26 se cambia a una corriente constante de aproximadamente M*Iajuste.

Cuando se cumple Vajuste>Vref, lo que indica que se cumple Vbat>Vt, el amplificador 194 empieza a encender el transistor 193. Sin embargo, a medida que Vbat aumenta durante la carga, también aumenta la fuente del transistor

193. Esto disminuye con el tiempo la tensión de puerta a fuente del transistor 193, y con el tiempo tiende a apagar dicho transistor. En efecto, en estas condiciones, la corriente está limitada por la impedancia de la batería, y el transistor 193 proporciona esencialmente una tensión constante para cargar la batería, en lugar de una corriente constante. Cuando se ve sometida a una tensión constante, la corriente a través de la trayectoria disminuirá exponencialmente con el tiempo.

La fuente 130 está habilitada por una señal de carga de habilitación (Ch_hab), que el controlador 131 de fuente determina como alta cuando las condiciones son adecuadas para permitir la carga de tensión constante o bien de corriente constante para la batería 26. Cuando está habilitada, el transistor 195 N-canal está activado, lo cual permite que fluya la corriente de referencia Iajuste. Cuando está deshabilitada, el transistor 195 está apagado. Así, cuando Ch_hab es baja, no se permite el flujo de corriente a través de la trayectoria de carga normal (Inormal=0), deshabilitando de forma efectiva la carga de la batería 26 por parte de la fuente 130.

La Figura 7 muestra cómo se puede utilizar el firmware del IPG 100 para proporcionar un control y protección adicionales contra la sobrecarga, y en particular muestra cómo tal firmware puede controlar el funcionamiento de la fuente 130 de corriente/tensión de la Figura 6. En la Figura 7, se usa una segunda tensión máxima, Vmax2, para la tensión Vbat de la batería, para proporcionar protección contra la sobretensión. Tal control es adicional al control de hardware proporcionado por Vmax1 para abrir el conmutador 136 (Fig. 3) durante una condición de sobretensión (OV), como se ha explicado anteriormente. Así, en un IPG 100 preferido, se usan dos tensiones máximas de la batería para proporcionar control y protección durante la carga: Vmax1 proporciona aislamiento a la batería, mientras que Vmax2 proporciona otros medios de control, como se explicará a continuación.

La Figura 7 muestra el flujo de datos a través de la circuitería del IPG 100, de izquierda a derecha según la relevancia para el control de sobretensión. En primer lugar, se digitaliza la tensión Vbat de la batería mediante un bloque A/D 310 del CI 300 (véase la Fig. 5A), y luego el bus 297 envía dicho valor digitalizado al microcontrolador

305. El valor para Vmax2 ya se ha programado en la circuitería del IPG 100, y es accesible para el microcontrolador 305, tal como se muestra. En este sentido, Vmax2 puede programarse en la memoria situada dentro del propio microcontrolador, o puede residir en un registro exterior al microcontrolador, por ejemplo en una EEPROM acoplada al bus 297 (Fig. 5A). En cualquier caso, el microcontrolador 305 compara Vbat con Vmax2, y en respuesta emite comandos apropiados de vuelta al CI 300, a través del bus 297. En particular se envían comandos al controlador 131 de fuente, para la fuente 130 situada dentro del bloque 200 de gestión de batería, y a los conmutadores LSK 362 del bloque 360 de telemetría.

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