论文摘要
随着人工心脏向小型化、耐用性强及低阻力的发展,使得其有可能像人工心脏起搏器一样在将来得以广泛应用。最初的电动人工心脏固定在患者腹腔内,通过从胸部引出的导线与体外的电池组相连,极易造成致命感染。采用无接触传能技术的经皮传能系统(Transcutaneous Energy Transmission System以下简称TETS)为人工心脏供电,没有导线穿透皮肤,既可以防止感染引起的并发症,又大大改善了做移植手术病人的生活质量。TETS的传输效率由三部分组成:从直流到高频交流的逆变效率;从次级输出端到负载端的变换效率;感应耦合环节的功率传输效率。其中系统无接触变压器部分的设计和优化是提高系统效率的关键。本文以TETS无接触变压器为研究对象,对系统的主要特点、工作原理、发展现状、研究难点等进行了研究。通过分析TETS变压器的互感模型,建立了TETS的系统等效电路模型。应用有限元软件分析了影响变压器耦合的主要因素,主要包括有无铁芯,以及线圈的形状、结构、尺寸。本文重点研究了一种耦合系数较高、体积小、适于植入体内的线圈结构,并且分析了线圈尺寸对系统耦合效率的影响,为优化线圈结构提供了依据,从而进一步提高了系统的传输效率。本文比较分析了变换器的无功补偿方法,并从输出阻抗的角度对TETS等效电路及系统的无功补偿进行分析。仿真结果表明当输出一定功率时,对系统进行无功补偿能减小对系统供电电源的要求。最后设计了一种左心辅助装置(Left Ventricular Assist Device简称LVAD)的经皮传能变压器,并对其二次整流电路部分进行了仿真。