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1、10申请公布号CN102057530A43申请公布日20110511CN102057530ACN102057530A21申请号200980120562722申请日2009052608157658920080605EPH01M10/44200601H01M10/46200601A61N1/375200601A61N1/37820060171申请人皇家飞利浦电子股份有限公司地址荷兰艾恩德霍芬72发明人RAH尼森WF帕斯维尔74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人李静岚刘鹏54发明名称适合于生物植入的电子设备57摘要本申请公开了一种集成电路，其包括电路部分（100），其耦合在第一和第。
2、二电源线（110、120）之间；第一开关（115、135），其耦合在第一电源线（110、120）与电路部分（100）之间，用于在电路部分的非活动模式期间将该电路部分从第一电源线断开；以及布置（315、335、410），用于在所述非活动模式期间，当在所述非活动模式上进行平均时，至少为电路部分（100）提供一定比例的其活动模式电源，以防止该电路部分电压降到阈值以下。本申请还公开了一种用于控制这种集成电路的方法。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010120386PCT申请的申请数据PCT/IB2009/0521992009052687PCT申请的公布数据WO2009/147573EN20。
3、09121051INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图2页CN102057537A1/1页21一种适合于生物植入的电子设备，包括至少一个可再充电功率源，连接到所述功率源的至少电子部件，以及连接到所述功率源以便能够对所述功率源进行再充电的磁电转换装置，所述磁电转换装置包括至少一个磁致弹性层和至少一个压电层的至少一个堆叠，其中所述磁电转换装置具有用于接收并磁电地转换分别从多个方向发生的磁场的三维几何形状。2根据权利要求1的电子设备，其中磁电转换装置包括夹在多个磁致弹性层之间的至少一个压电层的堆叠。3根据权利要求1的电子设备，其中磁致弹性层由下列材料中。
4、的至少一种材料制成铁镍合金；稀土金属；铁氧体，特别是尖晶石型铁氧体；以及硅铁合金。4根据权利要求1的电子设备，其中压电层从包括下列的组中选择锆钛酸铅（PZT）、铌锌酸铅（PZN）、铌锌酸铅钛酸铅（PZNPT）、铌镁酸铅钛酸铅（PMNPT）、钛酸锆酸镧铅（PLZT）、NB/TA掺杂的PLZT、锆钛酸钡（BZT）、偏铌酸铅、聚偏二氟乙烯（PVFD）、聚氯乙烯（PVC）、石英、钛酸钡、硫化镉、黄玉、电气石以及蔗糖。5根据权利要求1的电子设备，其中电子设备包括外壳，该外壳至少实质上包围功率源和/或电子部件。6根据权利要求5的电子设备，其中外壳还包围至少一部分磁电堆叠。7根据权利要求5的电子设备，其中至。
5、少一部分磁电堆叠被应用在所述外壳的外表面上。8根据权利要求5的电子设备，其中由磁电转换装置形成外壳。9根据权利要求5的电子设备，其中外壳具有基本上球形形状或基本上圆柱球粒形状。10根据权利要求1的电子设备，其中功率源包括至少一个固态电池。11根据权利要求1的电子设备，其中功率源包括至少一个电容器。12根据权利要求1的电子设备，其中电子部件包括从下列部件的组中选择的至少一个部件传感器、发送器、接收器、摄影机、致动器以及泵。13根据权利要求1的电子设备，其中电子设备包括连接到功率源和磁电转换装置两者的功率管理系统。14根据权利要求1的电子设备和适合于产生磁场的充电单元的组件。权利要求书CN1020。
6、57530ACN102057537A1/5页3适合于生物植入的电子设备技术领域0001本发明涉及一种适合于生物植入的电子设备。本发明还涉及一种根据本发明的电子设备和适合产生磁场的充电单元的组件。背景技术0002在二十世纪期间，存在着急剧增长的能源消耗和不平衡的能源管理。在没有迹象表明这种需求的增长将减缓的同时（特别是在发展中国家当中），现在具有了对于非可再生资源的短缺以及对于环境所引起的不可逆的损害的认识。另外，有着计算和通信设备的小型化和便携性的趋势。这些能量需要的应用需要小的、轻便的能够维持长时间操作的功率源，特别是在诸如太空和勘探之类的遥远地区中。此外，在医学科学中的进展正在导致可植入的。
7、电操作设备（诸如起搏器和生物可植入传感器）的不断增长的数量。这些设备需要能够操作极长的持续时间的电源，这是因为维护将需要进行手术。目前，生物可植入电子设备能够通过磁场的方式无线地进行充电（感应地充电）。因此，已知的生物可植入电子设备包括可（再）充电的功率源和连接到所述功率源以便能够通过磁场的方式对该功率源无线地进行充电（感应地充电）的线圈。能够传递的能源量与所使用的线圈面积二次地成比例，其意味着通常在最大的线圈绕组中产生大部分电流。该限制使得平面的（2D）矩形或圆形线圈设计的应用效率非常低。此外，该限制意味着对于只能结合小线圈的具有小足迹的电子设备很难进行再充电。已知电子设备的另一限制为，通常。
8、当使线圈垂直于所应用的磁场定向时获得最大的能量效率，而这对于使用在一定范围内能够在体腔中自由移动的可植入设备的情况来说通常很难获得。发明内容0003本发明的一个目的在于提供一种相对有效的电子设备。0004通过提供一种适合于生物植入的电子设备来实现根据本发明的该目的，所述电子设备包括至少一个可再充电功率源；连接到所述功率源的至少电子部件；以及连接到所述功率源以便能够对所述功率源进行再充电的磁电转换装置，所述磁电转换装置包括至少一个磁致弹性层和至少一个压电层的堆叠，其中所述磁电转换装置具有用于接收并磁电地转换分别从多个方向发生的磁场的三维几何形状。该电子设备的实质改进的效率首先归因于所述至少一个磁。
9、致弹性层和所述至少一个压电层的所述磁电堆叠（层压）的应用，该堆叠优选地为夹在多个磁致弹性层之间的至少一个压电层的堆叠，通过这种堆叠，可以相对有效地将感应的磁场转换为电能。在所述堆叠经受（交变）磁场的情况下，磁致弹性层将变形并因此压电层将变形，从而导致在压电层中产生电流。随后，将感应的电流用于对电子设备的功率源进行（再）充电。术语“磁电”指的是这样一种效果当层压经受磁场时在该层压中产生电流。术语“压电”指的是那些材料中的这样一种效果当其经历机械负载的改变时只产生电输出。根据本发明的电子设备的实质改进的效率其次归因于磁电转换装置设计的改进的自由度以及因此该电子设备同样改进的自由度，该自由度是现有技。
10、术能够提供的这种说明书CN102057530ACN102057537A2/5页4自由的许多倍。由于这种设计的自由，很容易为该磁电转换装置提供用于接收并磁电地转换分别从多个方向发生的磁场的三维几何形状。在此上下文中，术语“三维几何形状”表示提供有三维形状的磁电堆叠的应用，使得能够获得改进的可能性，即，使所述堆叠的至少一部分基本上垂直于所应用的磁场（的分量）定向，以便保证产生足够的电能来对根据本发明的电子设备的功率源进行充电。因此，可以以此方式来抵消由于对功率源的充电（非常）不足所引起的可以由该功率源提供的全部电能都被消耗的风险。在体腔中植入电子设备的情况下，该电子设备可以固定地附着于身体，或者在。
11、一定范围内可以在所述体腔内自由移动。尽管根据本发明的电子设备通常被用作生物可植入设备，但是在其他应用中使用该电子设备也是可以被想到的，例如在水处理工厂中或者在诸如化学反应器、管道等等的化学工程设备中。0005适合在磁致弹性传感器中用作磁致弹性材料的材料可以是具有非零磁致伸缩和高磁致弹性耦合的任何材料，诸如铁镍合金、稀土金属、诸如尖晶石型铁氧体（FE3O4、MNFE2O4）那样的铁氧体、硅铁合金、许多其他不同的合金及其混合物。可以利用软磁致弹性材料、合金及其混合物以及无定形磁致弹性材料、合金及其混合物。无定形磁致弹性合金的例子为诸如FE40NI38MO4B18那样的非晶态金属，例如METGLAS。
12、2826MBTM（HONEYWELLAMORPHOUSMETALS,PITTSBURG,PA,USA）、FECO80B20、CONI80B20和FENI80B20。适合的磁致弹性材料的其他例子为NI2MNGA、NIMNGA合金、NITI合金、AGCD合金（4449原子百分比的CD）、AUCD合金（46550原子百分比的CD）、CUALNI合金（14145重量百分比的AL和345重量百分比的NI）、CUSN合金（大约15原子百分比的SN）、CUZN合金（385415重量百分比的ZN）、CUZNX合金（其中X为SI、AL或SN）、FEPT合金（大约25原子百分比的PT）、MNCU合金（535原子百。
13、分比的CU）、各种浓度的FEMNSIPT合金、CONIAL合金、CONIGA合金、NIFEGA合金和TIPD合金。在本段中引入的术语“磁致伸缩”指的是这样一种现象存在外部磁场时材料将会改变尺寸。尺寸改变的大小取决于材料中的磁化当然也取决于材料属性。磁致伸缩现象归因于材料中原子磁矩之间的相互作用。优选地，压电层从包括下列的组中选择锆钛酸铅（PZT）、铌锌酸铅（PZN）、铌锌酸铅钛酸铅（PZNPT）、铌镁酸铅钛酸铅（PMNPT）、钛酸锆酸镧铅（PLZT）、NB/TA掺杂的PLZT、锆钛酸钡（BZT）、偏铌酸铅、聚偏二氟乙烯（PVFD）、聚氯乙烯（PVC）、石英、钛酸钡、硫化镉、黄玉、电气石以及蔗糖。
14、。优选地，根据本发明的电子设备包括至少实质上包围（ENCLOSE）功率源和/或至少一个电子部件的保护外壳。更优选地，该外壳适合于遮蔽功率源和/或电子部件以防止周围的流体（特别是体液），以便增强功率源和电子部件的寿命。该外壳还可以适合于至少实质上包围磁电转换装置，其中至少一部分磁电堆叠优选地应用在所述外壳的内表面上。然而，也可以想见的是，至少一部分磁电堆叠应用在所述外壳的外表面上。该磁电堆叠可以覆盖所述外壳的整个表面。然而，该磁电堆叠仅部分地覆盖外壳表面也是可以想到的，其中所述外壳表面的剩余部分保留为未覆盖。优选地，通过使用下列（已知）技术中的一种技术的堆叠层的连续沉积来实现外壳表面上的堆叠应用。
15、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、原子层沉积（ALD）、溶胶凝胶（注入）技术、熔铸、模铸、喷涂或闪蒸。在可替换的优选实施例中，由磁电转换装置形成该外壳。通过灵巧地将外壳与磁电堆叠进行集成，引入了进一步改进的且体积有效的无线充电装置。另外一个重要的优点在于，由于现在可能的（更有效的）再充电，功率源的整体大小将更小，从而导致相对紧凑说明书CN102057530ACN102057537A3/5页5的且更少侵入的设备。所应用的外壳可以是刚性的或者柔性的，这取决于外壳的成分和厚度。应用相对柔性的外壳会特别有利，这是因为应用到外壳的外力也会引起压电层的变形，从而导致功率源的（附加的）充电。0。
16、006应用的外壳的形状可以是各种种类。优选地，外壳具有基本上球形球粒形状或基本上圆柱形球粒形状，这些形状通常非常好地适合于被合并到人体或动物体中。除了这些形状以外，还可以想见到应用具有圆球粒形状、椭圆形状、拉长的胶囊形状、卵形、圆柱形状、拉长的椭圆形状、拉长的矩形形状、超椭圆圆柱形状、六边圆柱形状、和八边圆柱形状、三角形、圆柱球粒形状、心形圆柱球粒形状、六边圆柱球粒形状、或者任何其他多面体的外壳。0007优选地，应用的功率源包括至少一个固态电池，并且更优选地为包括基片和在所述基片上沉积的至少一个电池堆叠的薄膜电池，该电池堆叠包括第一电池电极、第二电池电极、以及使第一电池电极和第二电池电极分离的。
17、中间固态电解质。优选地，功率源的至少一个电池电极适合于存储下列元素中的至少一种的活性种类氢（H）、锂（LI）、铍（BE）、镁（MG）、铝（AL）、铜（CU）、银（AG）、钠（NA）和钾（K），或者分配到元素周期表的第一族或第二族的任何其他适合的元素。因此，根据本发明的电子设备的功率源可以基于各种插入（INTERCALATION）机制，并因此适合于形成不同种类的电池，例如锂离子电池、NIMH电池等等。在优选实施例中，至少一个电池电极，更优选地为电池阳极，包括下列材料中的至少一种C、SN、GE、PB、ZN、BI、SB、LI和优选地掺杂的SI。也可以使用这些材料的组合来形成（多个）电池电极。优选地，。
18、使用N型或P型掺杂的SI或者与掺杂的SI有关的化合物（比如SIGE或SIGEC）作为电池电极。而且，也可以应用其他适合的材料作为电池阳极，优选地为分配到元素周期表的第12到16族的任何其他适合的元素，只要该电池电极的材料适合于上述活性种类的插入和存储。上述材料特别适合于在锂离子电池中应用。在应用基于氢的能量源的情况下，优选地，电池阳极包括氢化物形成材料，诸如AB5型材料，特别是LANI5，以及诸如基于镁的合金，特别是MGXTI1X。用于基于锂离子的能量源的电池阴极优选地包括至少一种基于金属氧化物的材料，例如，LICOO2、LINIO2、LIMNO2或这些材料的组合，诸如LINICOMNO2。在。
19、基于氢的能量源的情况下，电池阴极优选地包括NIOH2和/或NIMOH2，其中M由从例如CD、CO或BI的组中选择的一种或多种元素形成。在以申请人的名义公开的国际申请WO2008/032252中公开了其他实施例。在该说明书中引用的所有专利、专利申请和参考文献的全部内容通过引用并入本文。可替换地，功率源可以包括至少一个电容器来为根据本发明的电子设备的电子部件供电。可以使用湿/干电容器、ELCO、SUPERCAP、ULTRACAP等等中的若干种类的电容器。0008在一个优选实施例中，电子部件包括从下列部件的组中选择的至少一个部件传感器（诸如温度传感器或酸度传感器）、发送器、接收器、摄影机、致动器和泵。
20、。通过这些电子部件，可以实现根据本发明的电子设备的广泛的应用，其中包括药物传送设备、神经刺激器、（生物）传感器、发送器、接收器和/或致动器。0009该电子设备通常包括连接到功率源和磁电转换装置两者的功率管理系统。所述功率管理系统的主要功能是依赖于功率源的特性优化所述功率源的相对较快且安全的（再）充电过程。该功率管理系统通常包括电转换器（DCDC或ACDC），以便针对要被充电的功率源将在磁电装置内感应的电压转换成所期望的电压。通过（微）控制器，可以测量一个或多说明书CN102057530ACN102057537A4/5页6个充电参数，诸如充电电流、充电电压和温度。基于这些测量，最终可以操纵充电过。
21、程并因此将其进一步优化。可选择地，功率管理系统包括第二转换器，其用于将功率源的电压转换成由所述功率源供电的电子部件所需的电压。在应用这种第二转换器的情况下，（微）控制器优选地还检查提供到电子部件的电压，以便能够防止所述电压下降到所述电子部件所需的最小电压以下。0010本发明还涉及根据本发明的电子设备和适合产生磁场（优选地为交变磁场）的充电单元的组件。该充电单元通常包括一个或多个线圈以便感应磁场。附图说明0011通过下列非限定性的示例的方式对本发明进行说明，其中图1示出了磁充电单元和现有技术已知的生物可植入电子设备的组件的示意性横截面，图2示出了磁充电单元和根据本发明的生物可植入电子设备的组件的。
22、示意性横截面，以及图3示出了根据图2的电子设备的可替换的示意图。具体实施方式0012图1示出了磁充电单元2和现有技术已知的生物可植入电子设备3的组件1的示意性横截面。已知的设备3包括圆柱球粒形状的外壳4，其包围线圈5、连接到所述线圈5的功率管理系统6、连接到所述功率管理系统6的可再充电电池7以及连接到所述电池7的电子部件8（诸如传感器）。借助于充电单元2，对电子设备3施加交变磁场B。线圈5将会把磁场B转换成用于对电池7进行（再）充电的电能。已知设备3的第一缺陷在于，借助于线圈5在设备3内仅仅获得了相对不足并且效率较低的能量传递。此外，线圈5实质上对垂直于线圈5的每个绕组的磁场BZ敏感。在从除Z。
23、方向以外的另一个方向发生磁场的情况下，这将使得充电过程进一步恶化乃至停止。0013图2示出了磁充电单元10和根据本发明的生物可植入电子设备11的组件9的示意性横截面。充电单元10通常包括一个或多个线圈（未示出）以便感应磁场B。根据本发明的设备11包括圆柱球粒形状的外壳12，其包围功率管理系统13、连接到所述功率管理系统13的可再充电固态电池14以及连接到所述电池14的电子部件15（诸如传感器）。外壳12的外表面部分地覆盖有磁电层压16，其包括夹在两个磁致弹性层18A、18B之间的压电层17。磁电层压16耦合到功率管理系统13。通过常规方法将磁电层压16沉积到外壳12上。如该图中所示，磁电层压1。
24、6具有三维的形状，其结果是所述层压16适合于对从X方向和/或Z方向发生的磁场B有效地进行转换。在外壳12的外表面完全被层压16覆盖的情况下，则层压16还将适合于对从Y方向发生的磁场B有效地进行转换。这使得设备11相对于充电单元10的定向不是很关键，并且改善并保证了电池14的充电过程。图3示出了该电子设备11的可替换的示意图，其中将设备11示出为电池14、合并有所述功率管理系统13的电子部件15以及磁电层压16的堆叠。在该图中还示出了磁电层压16覆盖有生物相容的涂层19。此外，在该图中清楚地示出了压电层17被两个磁致弹性层18A、18B所包围。0014应当注意，上述实施例示意性地说明了本发明而非。
25、限制本发明，并且本领域技术说明书CN102057530ACN102057537A5/5页7人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下将能够设计很多可替换的实施例。在权利要求书中，放置在括号中的任何参考标记不应被解释为对于权利要求的限制。动词“包括”及其变形的使用并不排除存在权利要求中所记载的元件或步骤以外的其他元件或步骤。在元件之前的冠词“一”或“一个”并不排除存在多个这种元件。事实是，在相互不同的从属权利要求中记载的特定措施并不表示不能使用这些措施的结合来取得有益效果。说明书CN102057530ACN102057537A1/2页8图1图2说明书附图CN102057530ACN102057537A2/2页9图3说明书附图CN102057530A。