(57)【要約】ある態様において、電気的刺激を提供する方法は、バッテリーから電極にエネルギーを移して電極を充電することと、電極が充電された後、電極からバッテリーにエネルギーを移してバッテリーを放電することとを含む。電極からバッテリーに移されたエネルギーは、バッテリーから電極に移されたエネルギーの一部分を含んでいてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスにおいて、
バッテリーと、
電極と、
前記バッテリーに結合されている第１の端子と前記電極に結合されている第２の端子とを有するスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータを動作させて、前記電極を充電および放電するように構成されている制御装置とを具備し、
前記電極を充電するために、前記制御装置は、前記スイッチングレギュレータを動作させて、前記バッテリーから前記電極にエネルギーを移し、前記電極を放電するために、前記制御装置は、前記スイッチングレギュレータを動作させて、前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移すデバイス。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電極の充電の間、前記スイッチングレギュレータの第２の端子における電圧をランプアップするように構成されている請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電極の充電の間、前記スイッチングレギュレータのデューティサイクルを調節することにより、前記スイッチングレギュレータの第２の端子における電圧をランプアップするように構成されている請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記スイッチングレギュレータの第２の端子と前記電極との間に結合されている二方向性電流源をさらに具備し、
前記二方向性電流源は、前記スイッチングレギュレータの第２の端子と前記電極との間の電流フローを調整するように構成されている請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記制御装置は、前記電極の充電の間、前記スイッチングレギュレータの第２の端子における電圧を調節して、電圧マージンだけ、前記第２の端子における電圧が前記電極の電圧を上回るように保つように構成されている請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
前記電圧マージンは、前記電流源を動作させる最小オーバーヘッド電圧の２倍と等しいまたはそれより小さい請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
前記スイッチングレギュレータは、
インダクタと、
前記スイッチングレギュレータの第１の端子と前記インダクタの第１の端子との間に結合されている第１のスイッチと、
前記インダクタの第１の端子とアースとの間に結合されている第２のスイッチと、
前記スイッチングレギュレータの第２の端子と前記インダクタの第２の端子との間に結合されている第３のスイッチと、
前記インダクタの第２の端子と前記アースとの間に結合されている第４のスイッチとを備える請求項１記載のデバイス。
【請求項８】
前記電極を充電するために、前記制御装置は、複数のスイッチングサイクルを通して、前記第１、第２、第３、および、第４のスイッチを動作させるように構成され、各スイッチングサイクルは第１のフェーズと第２のフェーズを含み、
各サイクルの前記第１のフェーズにおいて、前記制御装置は、前記第１および前記第４のスイッチをオンにし、前記第２および前記第３のスイッチをオフにするように構成され、
各サイクルの前記第２のフェーズにおいて、前記制御装置は、前記第２および前記第３のスイッチをオンにし、前記第１および前記第４のスイッチをオフにするように構成されている請求項７記載のデバイス。
【請求項９】
前記スイッチングレギュレータは、インダクタを含み、前記スイッチングレギュレータは、前記インダクタを通して、前記バッテリーと前記電極との間でエネルギーを移すように構成されている請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
前記スイッチングレギュレータの第３の端子に結合されているワイヤレス充電コイルをさらに具備し、
前記制御装置は、前記スイッチングレギュレータを動作させて、前記ワイヤレス充電コイルから前記バッテリーにエネルギーを移して前記バッテリーを充電するように構成されている請求項１記載のデバイス。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記ワイヤレス充電コイルを使用して前記バッテリーを充電することと、前記電極を充電して放電することとの間で、前記スイッチングレギュレータを時間多重化するように構成されている請求項１０記載のデバイス。
【請求項１２】
前記スイッチングレギュレータは、インダクタを含み、前記スイッチングレギュレータは、前記インダクタを通して、前記バッテリーと前記電極との間でエネルギーを移し、前記インダクタを通して、前記ワイヤレス充電コイルと前記バッテリーとの間でエネルギーを移すように構成されている請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
前記電極から前記バッテリーに移されたエネルギーは、前記バッテリーから前記電極に移されたエネルギーの一部分を含む請求項１記載のデバイス。
【請求項１４】
電気的刺激を提供する方法において、
バッテリーから電極にエネルギーを移して前記電極を充電することと、
前記電極が充電された後、前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移して前記電極を放電することとを含む方法。
【請求項１５】
前記バッテリーから前記電極にエネルギーを移すことは、第１の複数のスイッチングサイクルに渡って、インダクタを通して前記バッテリーから前記電極にエネルギーを移すことを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の複数のスイッチングサイクルのそれぞれは、第１のフェーズと第２のフェーズを含み、
前記バッテリーから前記電極にエネルギーを移すことは、
前記第１の複数のスイッチングサイクルのそれぞれの前記第１のフェーズにおいて、前記インダクタを前記バッテリーに結合して、前記インダクタにエネルギーを与えることと、
前記第１の複数のスイッチングサイクルのそれぞれの前記第２のフェーズにおいて、前記インダクタを前記電極に結合して、前記インダクタに蓄積されているエネルギーを前記電極にダンプすることとを含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移すことは、第２の複数のスイッチングサイクルに渡って、前記インダクタを通して前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移すことを含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の複数のスイッチングサイクルのそれぞれは、第１のフェーズと第２のフェーズを含み、
前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移すことは、
前記第２の複数のスイッチングサイクルのそれぞれの前記第１のフェーズにおいて、前記インダクタを前記電極に結合して、前記インダクタにエネルギーを与えることと、
前記第２の複数のスイッチングサイクルのそれぞれの前記第２のフェーズにおいて、前記インダクタを前記電極に結合して、前記インダクタ中のエネルギーを前記バッテリーにダンプすることとを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
電流源を使用して、前記インダクタと前記電極との間の電流を調整することをさらに含む請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記電極から前記バッテリーに移されたエネルギーは、前記バッテリーから前記電極に移されたエネルギーの一部分を含む請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
電気的刺激を提供する装置において、
バッテリーから電極にエネルギーを移して前記電極を充電する手段と、
前記電極が充電された後、前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移して前記電極を放電する手段とを具備する装置。
【請求項２２】
前記バッテリーから前記電極にエネルギーを移す手段は、第１の複数のスイッチングサイクルに渡って、インダクタを通して前記バッテリーから前記電極にエネルギーを移す手段を備える請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移す手段は、第２の複数のスイッチングサイクルに渡って、前記インダクタを通して前記電極から前記バッテリーにエネルギーを移す手段を備える請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記インダクタと前記電極との間の電流を調整する手段をさらに具備する請求項２１記載の装置。
【請求項２５】
前記電極から前記バッテリーに移されたエネルギーは、前記バッテリーから前記電極に移されたエネルギーの一部分を含む請求項２１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
［０００１］
本出願は、２０１６年９月９日に米国特許商標庁に出願された非仮出願番号第１５／２６１，６９５号の優先権および利益を主張し、その全体の内容は、すべての適用可能な目的のために、以下に完全に記載されているかのように、参照によってここに組み込まれている。
【分野】
【０００２】
［０００２］
本開示の態様は、一般的に、スイッチングレギュレータに関連し、より具体的には、電子薬用途のための二方向性スイッチングレギュレータに関連する。
【背景】
【０００３】
［０００３］
電子薬デバイスは、患者の病気および／または障害を治療するために、患者に埋め込まれ、電気的刺激を患者の神経に提供してもよい。この点について、（神経埋め込みまたは埋め込みデバイスとも呼ばれる）デバイスは、電極を含んでいてもよく、これは、電気的刺激を神経に提供するために充電される。
【概要】
【０００４】
［０００４］
このような実施形態の基本的な理解を提供するために、以下は、１つ以上の実施形態の簡略化した概要を表す。この概要は、すべての企図される実施形態の広範囲な全体像ではなく、すべての実施形態のキーまたは重要な要素を識別することも、任意のまたはすべての実施形態の範囲を叙述することも意図していない。この唯一の目的は、後に提示するより詳細な説明の前置きとして、１つ以上の実施形態のうちのいくつかの概念を簡略化した形態で提示することである。
【０００５】
［０００５］
第１の態様はデバイスに関連する。デバイスは、バッテリーと、電極と、バッテリーに結合されている第１の端子および電極に結合されている第２の端子を有するスイッチングレギュレータとを含んでいる。デバイスは、スイッチングレギュレータを動作させて、電極を充電および放電するように構成されている制御装置も含み、電極を充電するために、制御装置は、スイッチングレギュレータを動作させて、バッテリーから電極にエネルギーを移し、電極を放電するために、制御装置は、スイッチングレギュレータを動作させて、電極からバッテリーにエネルギーを移す。
【０００６】
［０００６］
第２の態様は、電気的刺激を提供するための方法に関連する。方法は、バッテリーから電極にエネルギーを移して電極を充電することと、電極が充電された後、電極からバッテリーにエネルギーを移して電極を放電することとを含む。
【０００７】
［０００７］
第３の態様は、電気的刺激を提供する装置に関連する。装置は、バッテリーから電極にエネルギーを移して電極を充電する手段と、電極が充電された後、電極からバッテリーにエネルギーを移して電極を放電する手段とを含む。
【０００８】
［０００８］
前述のおよび関連する目的を達成するために、１つ以上の実施形態は、以下で十分に説明し、特に特許請求の範囲において指摘する特徴を含む。以下の説明および添付した図は、１つ以上の実施形態のある実例的な態様を詳細に示す。しかしながら、これらの態様は、さまざまな実施形態の原理を用いている、さまざまな方法のうちのいくつかだけを示しており、説明する実施形態は、すべてのこのような態様、および、これらの均等物を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】［０００９］  図１は、電子薬デバイスの例を示している。
【図２】［００１０］  図２は、本開示のある態様にしたがう、二方向性スイッチングレギュレータを含む例示的な電子薬デバイスを示している。
【図３Ａ】［００１１］  図３Ａは、本開示のある態様にしたがう、電極の充電の間のスイッチングレギュレータの例示的な出力電圧を示している。
【図３Ｂ】［００１２］  図３Ｂは、電極の充電の間の固定バッテリー電圧の例を示している。
【図４】［００１３］  図４は、本開示のある態様にしたがう、電気的刺激動作の間の電極の電圧を示している。
【図５】［００１４］  図５は、本開示のある態様にしたがう、二方向性スイッチングレギュレータを含む電子薬デバイスの別の例を示している。
【図６】［００１５］  図６は、本開示のある態様にしたがう、ヒステリシスフィードバック制御の例を図示したタイミングダイヤグラムである。
【図７】［００１６］  図７は、本開示のある態様にしたがう、ワイヤレス充電コイルを含む電子薬デバイスの例を示している。
【図８】［００１７］  図８は、本開示のある態様にしたがう、ワイヤレス充電コイルに対するインターフェース回路の例示的なインプリメンテーションを示している。
【図９】［００１８］  図９は、本開示のある態様にしたがう、バッテリーへのおよびバッテリーからの電流フローを調整する電流源を含む電子薬デバイスの例を示している。
【図１０】［００１９］  図１０は、本開示のある態様にしたがう、電気的刺激を提供する方法を示すフローチャートである。
【詳細な説明】
【００１０】
［００２０］
添付の図面とともに以下で述べる詳細な説明は、さまざまなコンフィギュレーションの説明として意図されており、ここに説明する概念を実施できる唯一のコンフィギュレーションを表すようには意図されていない。詳細な説明は、さまざまな概念の完全な理解を提供することを目的として特定の詳細を含んでいる。しかしながら、これらの概念がこれらの特定の詳細なしに実施されてもよいことは、当業者に明らかだろう。いくつかの事例において、このような概念をあいまいにすることを避けるために、よく知られた構造およびコンポーネントを、ブロックダイヤグラム形態で示している。
【００１１】
［００２１］
電子薬デバイスは、患者の病気および／または障害を治療するために、患者に埋め込まれ、患者の神経に電気的刺激を提供してもよい。この点について、（神経埋め込みまたは埋め込みデバイスとも呼ばれる）デバイスは、電極を含んでいてもよく、これは、電気的刺激を神経に提供するために充電される。
【００１２】
［００２２］
図１は、電子薬デバイス１００の例を示している。電子薬デバイス１００は、電極１１０、バッテリー１１５、電流源１２０、および、スイッチ１２２、１２４、１２６、１２８を含んでいる。電極１１０は、図１中に示すように、直列の抵抗ＲとキャパシタＲを含むＲＣ回路として電気的にモデル化されてもよい。バッテリー１１０は、デバイス１１０に対してほぼ固定された電圧Ｖｂａｔｔを提供し、電流源１２０は、電極１１０への電流フローを調整し、ほぼ一定の電流を電極１１０に提供するように構成されていてもよい。
【００１３】
［００２３］
電気的刺激を神経に提供するために、電極１１０が充電され、放電される。電極１１０は、ＲＣ回路としてモデル化されていることから、ＲＣ回路を充電し、放電するプロセスとして、電気的刺激を見ることができる。電極１１０を充電するために、スイッチ１２２と１２８は閉じられ（オンにされ）、スイッチ１２４と１２６は開かれる（オフにされる）。これは、バッテリー１１５が電極１１０を充電することを可能にし、その場合、電極１１０への電流がほぼ一定になるように、電流源１２０が電極１１０への電流フローを調整する。電極１１０を放電するために、スイッチ１２４と１２６が閉じられ（オンにされ）、スイッチ１２２と１２８が開かれる（オフにされる）。これは、電極１１０における電流の方向を逆にし、電極１１０を放電させる。
【００１４】
［００２４］
図１中に示した電子薬デバイス１００は、デバイス１００のエネルギー効率に否定的な影響を及ぼすいくつかの欠点を有している。１つ目の欠点は、電流源１２０にかかる大きなオーバーヘッド電圧があることであり、結果として、大量の無駄なエネルギーとなる。これは、なぜなら、電極１１０の全電圧範囲に対応するために、バッテリー１１５の電圧Ｖｂａｔｔを固定し、大きくする必要があるからである。結果として、（例えば、充電の開始における）電極１１０の電圧Ｖｅが小さいとき、電流源１２０にかかる大きなオーバーヘッド電圧が現れ、結果として、大量の無駄なエネルギーとなる。２つ目の欠点は、充電後の電極１１０のキャパシタＣに蓄積されているエネルギーが、放電の間、バッテリー１１５にリサイクルされて戻される代わりに、アースにダンプされることである。結果として、キャパシタＣ中に蓄積されているエネルギーが無駄になる。
【００１５】
［００２５］
したがって、上記で説明した欠点のうちの１つ以上を取り扱って、エネルギー効率を向上させ、したがって、電子薬デバイスのバッテリー寿命を伸ばす必要性がある。
【００１６】
［００２６］
以下の図２は、本開示のある態様にしたがった電子薬デバイス２００を示している。電子薬デバイス２００は、電極２１０、バッテリー２１８、二方向性スイッチングレギュレータ２２０、二方向性電流源２４０、端子キャパシタＣｔｅｒｍ、および、制御装置２５０を含んでいる。スイッチングレギュレータ２２０は、バッテリー２１８に結合されている第１の端子２３０と二方向性電流源２４０に結合されている第２の端子２３５とを有している。二方向性電流源２４０は、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５と電極２１０との間に結合されている。端子キャパシタＣｔｅｒｍは、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５とアースとの間に結合されている。
【００１７】
［００２７］
図２中の例において、電極２１０は、直列の抵抗ＲとキャパシタＣを含むＲＣ回路として電気的にモデル化されており、抵抗Ｒは電極２１０の抵抗をモデル化し、キャパシタＣは、電極２１０のキャパシタンスをモデル化している。電極２１０は、二方向性電流源２４０に結合されている第１の端子２１２とキャパシタ２６５に結合されている第２の端子２１４とを有している。キャパシタ２６５は、Ｖｍの電圧に事前充電される。したがって、電極２１０の第２の端子２１４における電圧は、Ｖｍに設定される。以下でさらに説明するように、これは、負電圧を必要とすることなく電極２１０を放電できるようにする。
【００１８】
［００２８］
図２中に示す実施形態において、スイッチングレギュレータ２２０は、広い入力／出力電圧範囲をカバーするように、二方向性バックブーストコンバータで実現される。バックブーストコンバータがいずれの方向（すなわち、第１の端子２３０から第２の端子２３５へ、または、第２の端子２３５から第１の端子２３０へ）にもエネルギーを移すことが可能であるという点で、バックブーストコンバータは、二方向性である。所定の入力電圧に対して、バックブーストコンバータは、以下でさらに説明するように、入力電圧をブーストして、入力電圧より大きい出力電圧を生成させること、または、入力電圧をバックして、入力電圧より小さい出力電圧を生成させることが可能である。したがって、バックブーストコンバータの出力電圧範囲は、入力電圧より大きい出力電圧と、入力電圧より小さい出力電圧をカバーする。
【００１９】
［００２９］
図２中の例において、スイッチングレギュレータ２２０は、インダクタＬ、第１のスイッチ２２２、第２のスイッチ２２４、第３のスイッチ２２６、および、第４のスイッチ２２８を含んでいる。第１のスイッチ２２２は、スイッチングレギュレータ２２０の第１の端子２３０とインダクタＬの第１の端子２２５との間に結合されている。第２のスイッチ２２４は、インダクタＬの第１の端子２２５とアースと間に結合されている。第３のスイッチ２２６は、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５とインダクタＬの第２の端子２２７との間に結合されている。最後に、第４のスイッチ２２８は、インダクタＬの第２の端子２２７とアースとの間に結合されている。制御装置２５０は、以下でさらに説明するように、スイッチ２２２、２２４、２２６、および、２２８のオン／オフ状態を制御することにより、スイッチングレギュレータ２２０の動作を制御する。例証をしやすくするために、制御装置２５０とスイッチ２２２、２２４、２２６、および、２２８との間の個々の接続は、図２中には示していない。スイッチ２２２、２２４、２２６、および２２８は、ｎ型電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）スイッチ、ｐ型電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）スイッチ、または、これらの組み合わせで実現してもよい。
【００２０】
［００３０］
二方向性電流源２４０は、制御装置２５０の制御下で、いずれの方向にもほぼ一定の電流を提供するように構成されている。この点について、二方向性電流源２４０は、電極２１０を充電するためにほぼ一定の電流を提供するように構成されている第１の電流源２４２と、電極２１０を放電するためにほぼ一定の電流を提供するように構成されている第２の電流源２４４とを含んでいる。電流源のそれぞれは、電流ミラーまたは別のタイプの回路で実現してもよい。動作において、制御装置２５０は、以下でさらに説明するように、電流源２４２および２４４のうちの１つを、一度に１つずつアクティブ化する。例証をしやすくするために、制御装置２５０と電流源２４２、２４４との間の個々の接続は、図２中には示していない。
【００２１】
［００３１］
電子薬デバイス２００は、電極２１０を充電し、放電することにより、電気的刺激を神経に提供する。この点について、その後に放電動作が続く、ある態様にしたがった充電動作を以下で詳細に説明する。
【００２２】
［００３２］
電極２１０を充電するために、電流フローの方向が電極２１０に向けられるように、制御装置２５０は、第１の電流源２４２をアクティブ化し、第２の電流源２４４を非アクティブ化する。制御装置２５０は、その後、複数のスイッチングサイクルに渡って、スイッチ２２２、２２４、２２６、および、２２８をオン／オフに切り替える。各スイッチングサイクルは、第１のフェーズφと第２のフェーズφ￣を含んでいる。
【００２３】
［００３３］
各サイクルの第１のフェーズφの間、制御装置２５０は、スイッチ２２２と２２８を閉じ（オンにし）、スイッチ２２４と２２６を開く（オフにする）。結果として、インダクタＬの第１の端子２２５は、バッテリー２１８に結合され、インダクタＬの第２の端子２２７は、アースに結合される。これは、バッテリー２１８がインダクタＬにエネルギーを与えることを可能にする。
【００２４】
［００３４］
各サイクルの第２のフェーズφ￣の間、制御装置２５０は、スイッチ２２４と２２６を閉じ（オンにし）、スイッチ２２２と２２８を開く（オフにする）。結果として、インダクタＬの第１の端子２２５は、アースに結合され、インダクタＬの第２の端子２２７は、端子キャパシタＣｔｅｒｍに結合される。これは、スイッチングレギュレータ２２０に、インダクタＬ中のエネルギーを端子キャパシタＣｔｅｒｍにダンプさせる。その後、エネルギーは、第１の電流源２４２を通して、端子キャパシタＣｔｅｒｍから電極２１０に流れる。したがって、充電の間、スイッチングレギュレータ２２０は、第１の端子２３０から第２の端子２３５にエネルギーを移す。インダクタＬが第２の端子２３５から減結合されているとき、各スイッチングサイクルの第１のフェーズφの間、端子キャパシタＣｔｅｒｍは、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５において、電圧Ｖｂｂを保持することを助ける。
【００２５】
［００３５］
第１の電流源２４２は、ほぼ一定の電流が電極２１０に流れるように、電極２１０への電流フローを調整する。以下でさらに説明するように、充電の期間を制御することにより、ほぼ一定の電流は、電極２１０のキャパシタＣが正確に充電されることを可能にする。
【００２６】
［００３６］
スイッチングレギュレータ２２０は、多くのスイッチングサイクル（例えば、１００または１０００のサイクル）に渡って、電極２１０のキャパシタＣを充電してもよい。以下でさらに説明するように、制御装置２５０は、電極２１０の充電の間、スイッチングサイクルの第１のフェーズφと第２のフェーズφ￣の期間を動的に調節することにより、電極２１０の充電の間、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５における電圧Ｖｂｂを調節してもよい。例えば、スイッチングレギュレータ２２０は、デューティサイクルを有していてもよく、これは、フェーズφとφ￣の期間の合計に対する第１のフェーズφの期間として規定されてもよい。この例では、制御装置２５０は、スイッチングレギュレータ２２０のデューティサイクルを増加させることにより、電圧Ｖｂｂを増加させてもよく、スイッチングレギュレータ２２０のデューティサイクルを減少させることにより、電圧Ｖｂｂを減少させてもよい。スイッチングレギュレータ２２０がバックブーストコンバータにより実現される、図２中に示している例では、スイッチングレギュレータ２２０は、電圧Ｖｂｂを入力電圧より上のまたは入力電圧より下の電圧レベルに調節することが可能である。例えば、スイッチングレギュレータ２２０は、５０％より大きなデューティサイクルに対して入力電圧をブーストしてもよく、５０％より小さいデューティサイクルに対して入力電圧をバックしてもよい。
【００２７】
［００３７］
第１の電流源２４２により、電極２１０への電流フローは、ほぼ一定であることから、キャパシタＣにかかる電圧は、充電の間、線形的に増加（ランプアップ）する。この例は、充電の間、電極２１０の端子２１２における電圧Ｖｅを示す図３Ａ中に示されている。充電の開始において、電圧Ｖｅは、Ｖｍプラス、電極２１０の抵抗ＲにかかるＩＲ電圧降下にほぼ等しい。第１の電流源２４２によって提供される（図３Ａにおいて「Ｉ」で示されている）ほぼ一定の電流により、ＩＲ電圧降下は、充電の間、ほぼ一定のままである。キャパシタＣが充電されると、（図３Ａ中では「Ｖｃ」で示されている）キャパシタにかかる電圧は、線形的に増加する（ランプアップする）。これは、図３Ａ中で示すように、電極の端子２１２における電圧Ｖｅも線形的に増加させる（ランプアップさせる）。
【００２８】
［００３８］
充電の間、制御装置２５０は、（スイッチングレギュレータ２２０のデューティサイクルを調節することによって）スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５における電圧Ｖｂｂを動的に調節し、第１の電流源２４２にかかるオーバーヘッド電圧を低く（例えば、第１の電流源２４２が適切に動作するために必要とされる最小オーバーヘッド電圧近くに）保つことができる。これは、以下でさらに説明するように、図１中のデバイス１００と比較して、無駄になるエネルギー量を実質的に減少させる。
【００２９】
［００３９］
図３Ａは、制御装置２５０が電圧Ｖｂｂを調節して、充電の間、電極２１０の電圧Ｖｅにおける増加を追跡する例を示している。例えば、図３Ａ中に示すように、制御装置２５０は、Ｖｅとほぼ同じレートでＶｂｂを増加（例えば、ランプアップ）させて、小さな電圧マージンΔＶだけＶｂｂをＶｅより上に保ってもよい。電圧マージンΔＶは、第１の電流源２４２が適切に動作するように、第１の電流源２４２にかかるちょうど十分なオーバーヘッド電圧を提供する電圧に設定されてもよい。第１の電流源２４２にかかるオーバーヘッド電圧を低く保つことにより、オーバーヘッド電圧による無駄なエネルギーの量は、スイッチングレギュレータなしでバッテリー１１５が電極１００に直接結合されている図１中のデバイス１００と比較して、実質的に低減される。
【００３０】
［００４０］
これは、スイッチングレギュレータ２２０なしで、バッテリー２１８が第１の電流源２４２に直接結合されているケースに対して、バッテリー２１８の電圧Ｖｂａｔｔを示している図３Ｂを参照して説明することができる。このケースにおいて、バッテリー２１８の電圧Ｖｂａｔｔは、電極２１０の電圧範囲に対応するために、電極２１０の最大電圧を上回る必要がある。図３Ｂ中に示すように、電圧マージンΔＶは、充電の開始においては大きく、結果として、第１の電流源２４２にかかる大きなオーバーヘッド電圧となる。大きなオーバーヘッド電圧は、図３Ａと比較して、より多くの量の無駄なエネルギーにつながる。
【００３１】
［００４１］
図１中の電子薬デバイス１００とは異なり、図２中の電子薬デバイス２００は、バッテリー電圧Ｖｂａｔｔが電極２１０の最大電圧を上回ることを必要としない。これは、電極２１０を充電する必要がある場合、（図２中のバックブーストコンバータにより実現される）スイッチングレギュレータ２２０が、バッテリー電圧Ｖｂａｔｔをブーストすることが可能であるからである。
【００３２】
［００４２］
電極２１０を放電するために、電流フローの方向が電極２１０から離れるように、制御装置２５０は、第２の電流源２４４をアクティブ化し、第１の電流源２４２を非アクティブ化する。第２の電流源２４４は、放電電流がほぼ一定であるように、放電電流を調整する。これは、以下でさらに説明するように、放電の期間を制御することにより、キャパシタＣが正確に放電されることを可能にする。
【００３３】
［００４３］
制御装置２５０は、その後、複数のスイッチングサイクルに渡って、スイッチ２２２、２２４、２２６、および、２２８をオン／オフに切り替える。各スイッチングサイクルは、第１のフェーズφと第２のフェーズφ￣を含む。各サイクルの第１のフェーズφの間、制御装置２５０は、スイッチ２２４と２２６を閉じ（オンにし）、スイッチ２２２と２２８を開く（オフにする）。結果として、インダクタＬの第１の端子２２５は、アースに結合され、インダクタＬの第２の端子２２７は、端子キャパシタＣｔｅｒｍに結合される。これは、エネルギーを電極２１０からインダクタＬに移させる。各サイクルの第２のフェーズφ￣の間、制御装置２５０は、スイッチ２２２と２２８を閉じ（オンにし）、スイッチ２２４と２２６を開く（オフにする）。結果として、インダクタＬの第１の端子２２５は、バッテリー２１８に結合され、インダクタＬの第２の端子２２７は、アースに結合される。これは、スイッチングレギュレータ２２０に、インダクタＬ中のエネルギーをバッテリー２１８にダンプさせる。したがって、電極２１０のキャパシタＣ中に蓄積されているエネルギーの一部分は、バッテリー２１８にリサイクルされて戻され、したがって、エネルギー効率を向上させる。キャパシタＣ中に蓄積されているエネルギーのうちのいくらかは、抵抗Ｒを通して失われることに留意すべきである。
【００３４】
［００４４］
スイッチングレギュレータ２２０は、多くのスイッチングサイクル（例えば、１００または１０００サイクル）に渡って、電極２１０のキャパシタＣを放電してもよい。したがって、放電の間、スイッチングレギュレータ２２０は、第２の端子２３５から第１の端子２３０にエネルギーを移す（すなわち、充電のためのエネルギーフローの方向に対して、エネルギーフローの方向を逆にする）。
【００３５】
［００４５］
第２の電流源２４４により、電極２１０から出る電流フローはほぼ一定であることから、キャパシタＣにかかる電圧は、放電の間、線形的に減少する。放電の間、制御装置２５０は、電圧Ｖｂｂが、電圧マージンΔＶだけ電圧Ｖｅを下回ったままであるように、（例えば、スイッチングレギュレータ２２０のデューティサイクルを調節することにより）電圧Ｖｂｂを調節してもよい。放電するために、ＶｂｂはＶｅを下回ることに留意すべきである。なぜなら、電流フローの方向は、充電に対して逆だからである。電圧マージンΔＶは、第２の電流源２４４が適切に動作するのにちょうど十分なオーバーヘッド電圧を提供する電圧に設定されてもよい。
【００３６】
［００４６］
ある態様において、制御装置２５０は、キャパシタＣにかかる電圧がほぼゼロになるまで（すなわち、キャパシタＣの端子２１６における電圧が、キャパシタＣの端子２１４における電圧Ｖｍにほぼ等しくなるまで）、電極２１５を放電してもよい。電気的刺激動作が、結果として、キャパシタＣ上の充電の純蓄積をほぼなくすように、これは、なされてもよい。端子２１６が電圧Ｖｍに達するまでキャパシタＣを放電するために、制御装置２５０は、ＶｂｂがＶｍ−（ＩＲ＋ΔＶ）にほぼ等しい電圧に達するまで、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５における電圧Ｖｂｂを減少させてもよく、ＩＲは、抵抗Ｒにかかる電圧降下である。キャパシタＣの端子２１４における電圧Ｖｍは、電圧Ｖｂｂを負にする必要なく、スイッチングレギュレータ２２０がキャパシタＣを放電することを可能にする。対照的に、キャパシタＣの端子２１４が、アースに結合される場合には、その後、電圧Ｖｂｂは、キャパシタＣを放電するために、負に向かう必要がある。
【００３７】
［００４７］
図４は、刺激動作の間の電極２１０の電圧Ｖｅの例を示している。充電の間、電極２１０の電圧Ｖｅは、Ｖｍ＋（Ｖｃ＋ＩＲ）にほぼ等しくてもよく、ＩＲは、抵抗Ｒにかかる電圧降下であり、Ｖｃは、キャパシタＣにかかる電圧である。第１の電流源２４２により提供される一定の充電電流により、ＩＲは、ほぼ一定であり、Ｖｃは図４中に示すように、線形的に増加（ランプアップ）する。上記で説明したように、充電の間、制御装置２５０は、（図４中に示していない）Ｖｂｂを調節して、Ｖｅを十分上回るようにＶｂｂを保ち、第１の電流源２４２が適切に動作するのに十分なオーバーヘッド電圧を提供する。例えば、制御装置２５０は、Ｖｅとほぼ同じレートでＶｂｂをランプアップして、電圧マージンだけＶｅを上回るようにＶｂｂを保ってもよい。
【００３８】
［００４８］
放電の間、電極２１０の電圧Ｖｅは、Ｖｍ＋（Ｖｃ−ＩＲ）とほぼ等しくてもよい。図４中に示すように、第２の電流源２４４によって提供されるほぼ一定の放電電流により、キャパシタＣにかかる電圧は、線形的に減少（ランプダウン）する。さらに、電流フローの方向が放電に対して逆であることから、抵抗にかかるＩＲ電圧降下は、極性を変更する。上記で説明したように、放電の間、制御装置２５０は、（図４中に示していない）Ｖｂｂを調節して、ＶｂｂをＶｅより十分下に保ち、第２の電流源２４４が適切に動作するのに十分なオーバーヘッド電圧を提供する。
【００３９】
［００４９］
上記で説明したように、電極２１０の充電と放電は、電気的刺激動作が、結果として、キャパシタＣ上の充電の純蓄積をほぼなくすように、バランスされる。第１の電流源２４２と第２の電流源２４４がほぼ同じ一定の電流を提供するように構成されている場合、これは、充電の期間を放電の期間とほぼ等しくすることにより、達成してもよい。例えば、電気的刺激動作の期間が「Ｔ」で示される場合、充電の期間は、ほぼＴ／２であり、放電の期間は、ほぼＴ／２であり、この例は、図４中に示されている。
【００４０】
［００５０］
上記で説明したように、スイッチングレギュレータ２２０は、多くのスイッチングサイクル（例えば、１００または１０００サイクル）に渡って、電極２１０を充電および放電してもよい。例えば、制御装置２５０は、ＭＨｚ範囲における周波数で、スイッチ２２２、２２４、２２６、および、２２８を切り替えてもよく、このケースでは、各スイッチングサイクルは、数マイクロ秒またはそれ以下のオーダーであってもよい。この例では、電気的刺激動作の期間Ｔは、１００ミリ秒またはマイクロ秒のオーダーであってもよい。
【００４１】
［００５１］
したがって、ある実施形態において、制御装置２５０は、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５における電圧Ｖｂｂを調節して、第１の電流源２４２が適切に動作するように、Ｖｂｂを電極２１０の電圧Ｖｅよりも十分高く保ってもよい。これは、充電の間の電流源にかかるオーバーヘッド電圧を実質的に低減させ、それにより、エネルギー効率を向上させる。
【００４２】
［００５２］
ある実施形態において、電極２１０の放電の間、制御装置２５０は、電圧制御装置２５０を動作させて、電極２１０中に蓄積されているエネルギーの一部分をバッテリー２１８に戻してもよい。したがって、電極２１０中に蓄積されているエネルギーの一部分は、バッテリー２１８にリサイクルされて戻され、したがって、エネルギー効率を向上させる。対照的に、図１中のデバイス１００において、電極１１０中に蓄積されているエネルギーのすべては、アースにダンプされ、したがって、無駄になる。
【００４３】
［００５３］
ある態様において、制御装置２５０は、第２の端子２３５における電圧Ｖｂｂを感知し、感知した電圧に基づいて、電圧Ｖｂｂを調節してもよい。この点について、図５は、第２の端子２３５が制御装置２５０に結合され、制御装置２５０が電圧Ｖｂｂを感知できる例を示している。この例では、制御装置２５０は、電極２１０の充電の間、電圧Ｖｂｂに対するターゲット電圧を決定してもよい。例えば、ターゲット電圧は、上記で説明したように、電極２１０の電圧Ｖｅプラス電圧マージンΔＶとほぼ等しくてもよい。制御装置２５０は、その後、感知した電圧ＶｂｂをＶｂｂに対するターゲット電圧と比較し、（例えば、スイッチングレギュレータ２２０のデューティサイクルを調節することにより）感知した電圧Ｖｂｂとターゲット電圧との間の差（誤差）を減少させる方向に電圧Ｖｂｂを調節してもよい。したがって、この例では、制御装置２５０は、電圧Ｖｂｂのフィードバックに基づいて、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子における電圧Ｖｂｂを調節する。
【００４４】
［００５４］
上記で説明したように、ターゲット電圧は、電極２１０の電圧Ｖｅプラス電圧マージンΔＶにほぼ等しくてもよい。制御装置２５０は、充電の間、電圧Ｖｅを感知することにより、電圧Ｖｅを決定してもよい。この点について、図５は、制御装置２５０が電極２１０の端子２１２に結合され、制御装置２５０が電圧Ｖｅを感知できるようにする例を示している。この例では、制御装置２５０は、感知した電圧Ｖｅに電圧マージンΔＶを加えることにより、Ｖｂｂに対するターゲット電圧を決定してもよい。電圧マージンΔＶは、電流源２４０が適切に動作するために必要とされる最小オーバーヘッド電圧に近くてもよい。
【００４５】
［００５５］
代替的に、制御装置２５０が、電圧Ｖｅを計算してもよい。第１の電流源２４２の電流が既知であり、キャパシタＣのキャパシタンスが既知であると仮定すると、制御装置２５０は、充電の間、この情報を使用して、Ｖｅを計算してもよい。この例では、制御装置２５０は、計算した電圧Ｖｅに電圧マージンΔＶを加えることにより、Ｖｂｂに対するターゲット電圧を決定してもよい。
【００４６】
［００５６］
制御装置２５０は、上記で説明したフィードバックメカニズムも使用して、放電の間、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５における電圧Ｖｂｂを調節してもよい。このケースでは、ターゲット電圧は、電極２１０の電圧Ｖｅマイナス電圧マージンΔＶとほぼ等しくてもよい。
【００４７】
［００５７］
ある態様では、制御装置２５０は、ヒステリシスフィードバック制御を使用して、電圧Ｖｂｂを調節してもよい。これらの態様において、制御装置２５０は、インダクタＬの電流を感知するようにも構成されていてもよい。これをするために、電子薬デバイス５００は、図５中に示すように、スイッチ２２４、２２８とアースとの間に結合されている電流センサ５２０も含んでいてもよい。電流センサ５２０は、例えば、低抵抗感知レジスタにより実現してもよい。この例では、制御装置２５０は、感知レジスタにかかるＩＲ電圧降下を感知することにより、感知レジスタ（したがって、インダクタＬ）を通過する電流を感知してもよい。電流センサ５２０は、図５中に示すようなロケーションに限定されず、インダクタ電流を感知するために、デバイス５００上の別のロケーションに配置されてもよいことが正しく認識されるだろう。また、デバイス５００は、インダクタ電流を感知するために、１つより多くの電流センサを用いてもよいことが正しく認識されるだろう。
【００４８】
［００５８］
電極２１０の充電の間のヒステレシスフィードバック制御の例を、図６中のタイミングダイヤグラム６００を参照して説明する。タイミングダイヤグラム６００は、スイッチングレギュレータ２２０の第２の端子２３５における電圧Ｖｂｂの例と、（図６中で「ＩＬ」と示されている）インダクタ電流の例と、（図６中で「ｐｈｉ」と示されている）フェーズφの期間の例と、（図６中で「ｐｈｉｂ」と示されている）フェーズφ￣の期間の例とを示している。（「Ｖｔａｒｇｅｔ」と示されている）ターゲット電圧の例も示されている。
【００４９】
［００５９］
この例において、感知した電圧Ｖｂｂがターゲット電圧を下回って下がるとき、制御装置２５０は、スイッチングレギュレータ２２０をオンにする。これは、図６中の「オン」信号によって示され、これは、Ｖｂｂがターゲット電圧を下回って下がるとき、低から高に移行する。これは、スイッチングレギュレータ２２０のスイッチングアクティビティを減少させることにより、電力を節約するためになされる。
【００５０】
［００６０］
スイッチングレギュレータ２２０がオンにされるとき、制御装置２５０は、スイッチングレギュレータ２２０のスイッチングサイクルを開始し、スイッチングサイクルは、第１のフェーズφと第２のフェーズφ￣を含んでいる。サイクルの第１のフェーズφにおいて、制御装置２５０は、スイッチ２２２と２２８をオンにし、スイッチ２２４と２２６をオフにし、感知したインダクタ電流が（図６中で「ｉｌｉｍｉｔ」と示されている）電流制限に達するまで、インダクタＬにエネルギーを与える。したがって、感知したインダクタ電流が電流制限に達したとき、第１のフェーズφは終了する。制御装置２５０は、その後、サイクルの第２のフェーズφ￣を開始する。第２のフェーズφ￣において、制御装置は、スイッチ２２４と２２６をオンにし、スイッチ２２２と２２８をオフにし、インダクタＬ中のエネルギーを電極２１０に移す。第２のフェーズφ￣の期間は、（図６中で「Ｔｏｆｆ」と示されている）固定された時間制限と（図６中で「ｉｚｅｒｏ」と示されている）ゼロ横断時間の最小値であり、ゼロ横断時間は、感知したインダクタ電流がほぼゼロであるときに生じる。
【００５１】
［００６１］
サイクルの終わりに、制御装置２５０は、電圧Ｖｂｂがターゲット電圧を依然として下回っているか否かを決定する。電圧Ｖｂｂがターゲット電圧を上回っている場合、制御装置２５０は、感知した電圧Ｖｂｂがターゲット電圧を再度下回って下がるまで、スイッチングレギュレータ２２０をオフにしてもよい。電圧Ｖｂｂが依然としてターゲット電圧を下回っている場合、制御装置２５０は、上記で説明したように、スイッチングレギュレータ２２０の別のスイッチングサイクルを開始してもよい。制御装置２５０は、感知した電圧Ｖｂｂがターゲット電圧を上回って上昇するまで、スイッチングサイクルを開始することを継続してもよい。
【００５２】
［００６２］
したがって、感知した電圧Ｖｂｂターゲット電圧を下回って下がるとき、制御装置２５０は、スイッチングレギュレータ２２０をオンにし、感知した電圧Ｖｂｂがターゲット電圧を上回って上昇するまで、１つ以上のスイッチングサイクルに渡って、スイッチングレギュレータ２２０を動作させて、第１の端子２３０から第２の端子２３５にエネルギーを移動させる。ターゲット電圧は、簡略化のために、図６中で固定して示されているが、ターゲット電圧は、経時的に変化してもよいことが正しく認識されるだろう。例えば、ターゲット電圧は、上記で説明したように、電極２１０の電圧Ｖｅにおける変化を追跡し、電圧マージンΔＶだけターゲット電圧が電圧Ｖｅを上回るように保ってもよい。
【００５３】
［００６３］
図６中に示すように、電圧Ｖｂｂは、少量だけターゲット電圧に対して変動するかもしれない。この点について、電圧マージンΔＶは、ターゲット電圧についてのＶｂｂの変動に対応するのに十分なヘッドルームを提供するように電流源２４０が動作するのに必要とされる最小オーバーヘッド電圧をわずかに上回る電圧に設定されてもよい。例えば、電圧マージンΔＶは、電流源が動作するように、最小オーバーヘッド電圧の２倍と等しいまたはそれより低い電圧に設定されてもよい。別の例では、電圧マージンΔVは、電流源が動作するように、最小オーバーヘッド電圧の１５０％と等しいまたはそれより低い電圧に設定されてもよい。１つの態様において、最小オーバーヘッド電圧は、電流が一定の電流から１０パーセントだけ逸脱する、電流源にかかる電圧に対応していてもよい。
【００５４】
［００６４］
上記で説明した例示的なヒステレシスフィードバック制御は、電極２１０の放電の間、電圧Ｖｂｂを調整するようにも使用してもよい。このケースでは、インダクタＬが（図６中で「ｐｈｉ」と示されている）第１のフェーズφの間、第２の端子２３５に結合され、インダクタＬが（図６中で「ｐｈｉｂ」と示されている）第２のフェーズφ￣の間、第１の端子２３０に結合されるように、制御装置２５０は、スイッチのスイッチングシーケンスを逆にする。これは、上記で説明したように、電極２１０からバッテリー２１８へのエネルギーの流れを逆にするためになされる。
【００５５】
［００６５］
図６中に図示したヒステリシスフィードバック制御は、例示にすぎず、制御装置２５０は、別のフィードバック制御メカニズムを用いてもよいことが正しく認識されるだろう。
【００５６】
［００６６］
ある態様において、制御装置２５０は、キャパシタ２６５を事前充電して、キャパシタＣの端子２１４において、電圧Ｖｍを設定してもよい。この点について、電子薬デバイス５００は、図５中に示すような、キャパシタ２６５と制御装置２５０との間に結合されているスイッチ５３０をさらに含んでいてもよい。キャパシタ２６５を事前充電するために、制御装置２５０は、スイッチ５３０を閉じ（オンにし）、制御装置２５０をキャパシタ２６５と結合させてもよい。制御装置２５０は、その後、キャパシタ２６５を電圧Ｖｍに事前充電し、電圧Ｖｍは、負電圧を必要とすることなく、スイッチングレギュレータ２２０がキャパシタＣを放電できるようにするのに十分に高い電圧であってもよい。キャパシタ２６５がＶｍに事前充電された後、制御装置２５０は、スイッチ５３０を開いてもよい。
【００５７】
［００６７］
電子薬デバイスは、環境発電を用いて、デバイスに電力を供給してもよい。例えば、デバイスは、ワイヤレス信号（例えば、ＲＦ信号）を介して外部電源からワイヤレスにエネルギーを受け取るように構成されているワイヤレス充電コイルを含んでいてもよい。これは、患者を通して、エネルギーを外部電源からデバイスに移すことを可能にする。電子薬は、後の使用（例えば、患者への電気的刺激を提供）のために、デバイスのバッテリー中に受け取ったエネルギーを蓄積してもよい。
【００５８】
［００６８］
この点について、図７は、ある態様にしたがった、電子薬デバイス７００が、ワイヤレス充電コイル７１０も含む例を示している。ワイヤレス充電コイル７１０は、ワイヤレス信号を介して、（示していない）外部電源からエネルギーをワイヤレスに受け取るように構成されている。デバイス７００は、以下でさらに説明するように、ワイヤレス充電コイル７１０をスイッチングレギュレータ７２０にインターフェースするように構成されているインターフェース回路７１５をさらに含んでいる。
【００５９】
［００６９］
この例では、スイッチングレギュレータ７２０は、上記で説明したように、インダクタＬ、ならびに、スイッチ２２２、２２４、２２６、および、２２８を含んでいる。スイッチングレギュレータ７２０は、インダクタＬの第２の端子２２７とスイッチングレギュレータ７２０の第３の端子７３０との間に結合されている第５のスイッチ７２２をさらに含んでいる。インターフェース回路７１５は、スイッチングレギュレータ７２０の第３の端子７３０とワイヤレス充電コイル７１０との間に結合されている。動作において、ワイヤレス充電コイル７１０は、外部電源からワイヤレス信号を受け取り、受け取った信号をＡＣ信号に変換する。インターフェース回路７１５は、ワイヤレス充電コイル７１０からのＡＣ信号をＤＣ電圧に整流し、ＤＣ電圧をスイッチングレギュレータ２２０の第３の端子７３０に出力するように構成されている。
【００６０】
［００７０］
ある態様において、制御装置２５０は、ワイヤレス充電コイル７１０を使用してバッテリー２１８を充電することと、電極２１０を介して電気的刺激を提供することとの間で、スイッチングレギュレータ７２０を時間多重化する。電気的刺激を提供するために、制御装置２５０は、スイッチ７２２を開き（オフにし）、ワイヤレス充電コイル７１０からインダクタＬを減結合する（電気的に分離する）。制御装置２５０は、その後、上記で説明したように、電極２１０を充電および放電する。制御装置２５０は、スイッチ７２２が開いている間、１つ以上の電気的刺激動作を実行してもよい。電気的刺激動作が実行されている間、スイッチ７２２は、開いたままである。
【００６１】
［００７１］
ワイヤレス充電コイル７１０による環境発電を使用して、バッテリー２１８を充電するために、制御装置は、スイッチ２２６を開き（オフにし）、電極２１０からインダクタＬを減結合する（電気的に分離する）。制御装置２５０は、その後、１つ以上のスイッチングサイクルに渡って、スイッチ２２２、２２４、２２８、および７３０をオン／オフに切り替え、ワイヤレス充電コイル７１０からバッテリー２１８にエネルギーを移す。各スイッチングサイクルは、第１のフェーズφと第２のフェーズφ￣を含む。各サイクルの第１のフェーズφの間、制御装置２５０は、スイッチ７２２と２２４を閉じ（オンにし）、スイッチ２２２と２２８を開く（オフにする）。結果として、インダクタＬの第２の端子２２７は、インターフェース回路７１５を介してワイヤレス充電コイル７１０に結合され、インダクタＬの第１の端子２２５は、アースに結合される。これは、ワイヤレス充電コイル７１０が、外部電源からのワイヤレス信号から受け取ったエネルギーにより、インダクタＬにエネルギーを与えることを可能にする。各サイクルの第２のフェーズφ￣の間、制御装置２５０は、スイッチ７２２と２２４を開き（オフにし）、スイッチ２２２と２２８を閉じる（オンにする）。結果として、インダクタＬの第１の端子２２５は、バッテリー２１８に結合され、インダクタの第２の端子２２７は、アースに結合される。これは、インダクタＬ中に蓄積されているエネルギーをバッテリー２１８に移し、それにより、バッテリー２１８を充電する。ワイヤレス充電コイル７１０によってバッテリー２１８が充電されている間、スイッチ２２６は開いたままである。
【００６２】
［００７２］
ワイヤレス充電コイル７１０によるバッテリー２１８の充電の間、制御装置２５０は、スイッチングレギュレータ７２０のデューティサイクルを調節し、第３の端子７３０におけるＤＣ電圧を、第１の端子２３０におけるバッテリー電圧Ｖｂａｔｔにほぼ等しい電圧に変換してもよい。図７中の例において、スイッチングレギュレータ７２０は、バックブーストコンバータで実現され、ＤＣ電圧は、バッテリー電圧Ｖｂａｔｔより大きいまたは小さいのいずれかであることができる。これは、なぜなら、スイッチングレギュレータ７２０が、（例えば、スイッチングレギュレータ２２０のデューティサイクルに依存して）ＤＣ電圧をブーストまたはバックのいずれかをすることができるからである。
【００６３】
［００７３］
したがって、スイッチングレギュレータ７２０は、ワイヤレス充電コイル７１０を使用してバッテリー２１８を充電することと、電気的刺激を患者に提供することとの間で、時間多重化してもよい。これは、スイッチングレギュレータ７２０のインダクタＬを、デバイス７００のバッテリー充電動作と電気的刺激動作とによって共有されるようにすることを可能にし、それにより、デバイス７００のサイズを低減させる。
【００６４】
［００７４］
バッテリー充電動作において、スイッチングレギュレータ７２０は、インダクタＬを通してワイヤレス充電コイル７１０からバッテリー２１８にエネルギーを移し、バッテリー２１８を充電する。電気的刺激動作において、エネルギーは、両方の方向に移される。より具体的には、スイッチングレギュレータ７２０は、インダクタＬを通してバッテリー２１８から電極２１０にエネルギーを移し、電極２１０を充電する。スイッチングレギュレータ７２０は、その後、インダクタＬを通して電極２１０からバッテリー２１８にエネルギーを移し、電極２１０を放電する。
【００６５】
［００７５］
図８は、本開示のある態様にしたがった、インターフェース回路７１５の例示的なインプリメンテーションを示している。この例では、インターフェース回路７１５は、同調回路８１０、整流器８２０、ツェナーダイオード８３０を含んでいる。
【００６６】
［００７６］
同調回路８１０は、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２を含み、第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２は、直列に結合され、第１のキャパシタＣ１は、ワイヤレス充電コイル７１０と並列に結合されている。同調回路８１０は、ワイヤレス信号からの環境発電の量を最大化するために、ワイヤレス充電コイル７１０の共振周波数を同調させるように構成されていてもよい。
【００６７】
［００７７］
整流器８２０は、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２、および、第３のキャパシタＣ３を含んでいる。第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２は、直列に結合され、第１のダイオードＤ１は、同調回路８１０と並列に結合されている。ダイオードＤ１とＤ２は、コイル７１０からのＡＣ信号を整流するように構成され、第３のキャパシタＣ３は、整流した信号を平滑化し、スイッチングレギュレータ２２０へのＤＣ電圧出力を発生させるように構成されている。
【００６８】
［００７８］
ツェナーダイオード８３０は、ＤＣ電圧の最大電圧レベルを制限することにより、電圧保護を提供するように構成されている。ＤＣ電圧の電圧レベルがツェナーダイオード８３０の降伏電圧に達するとき、ツェナーダイオード８３０は、アースへの分路を提供し、それにより、ＤＣ電圧の電圧レベルをツェナーダイオード８３０の降伏電圧に制限する。
【００６９】
［００７９］
図９は、電子薬デバイス９００が、バッテリー２１８とスイッチングレギュレータ２２０の第１の端子２３０との間に結合されている電流源９４２、バッテリー２１８とスイッチングレギュレータ２２０の第１の端子２３０との間に結合されているスイッチ９４４、および、スイッチングレギュレータ７２０の第１の端子２３０とアースとの間に結合されている端子キャパシタＣｔｅｒｍ１をさらに含む例を示している。図９において、スイッチングレギュレータ７２０の第２の端子２３５に結合されている端子キャパシタは、「Ｃｔｅｒｍ２」とラベル付けされ、このキャパシタを、スイッチングレギュレータ７２０の第１の端子２３０に結合されている端子キャパシタＣｔｅｒｍ１から区別する。
【００７０】
［００８０］
電流源９４２は、バッテリー２１８への電流フローを調整するように構成されている。電流源９４２は、電流ミラーまたは別のタイプの回路で実現してもよい。例証を容易にするために、制御装置２５０と電流源９４２との間の接続は、図９中には示されていない。
【００７１】
［００８１］
スイッチングレギュレータ７２０が電極２１０またはワイヤレス充電コイル７１０からバッテリー２１８にエネルギーを移すとき、制御装置２５０は、電流源９４２をアクティブ化し、スイッチ９４４を開く。電流源９４２は、バッテリー２１８への電流フローを調整する。例えば、電流源９４２は、電流フローを調整して、バッテリー２１８にほぼ一定の電流を提供してもよい。
【００７２】
［００８２］
スイッチングレギュレータ７２０がバッテリー２１８から電極２１０にエネルギーを移すとき、制御装置２５０は、スイッチ９４４を閉じ、第１の電流源９４２を非アクティブ化する。これは、バッテリー２１８を第１の端子２３０に結合させ、バッテリー２１８から第１の端子２３０に電流が流れることを可能にする。
【００７３】
［００８３］
図１０は、本開示のある態様にしたがった、電気的刺激を提供するための方法１０００を図示したフローチャートである。方法１００は、図２、５、７、８、および、９中に示した電子薬デバイスのうちのいずれか１つによって実行してもよい。
【００７４】
［００８４］
ステップ１０１０において、バッテリーから電極にエネルギーを移して電極を充電する。例えば、エネルギーは、第１の複数のスイッチングサイクルに渡って、インダクタ（例えば、インダクタＬ）を通して、バッテリー（例えば、バッテリー２１８）から電極（例えば、電極２１０）に移されてもよい。第１の複数のスイッチングサイクルのそれぞれにおいて、インダクタは、インダクタにエネルギーを与えるために、最初にバッテリーに結合されてもよく、その後、インダクタ中のエネルギーを電極に移すために、電極に結合されてもよい。
【００７５】
［００８５］
ステップ１０２０において、電極を充電した後、電極からバッテリーにエネルギーを移して電極を放電する。例えば、エネルギーは、第２の複数のスイッチングサイクルに渡って、インダクタを通して、電極からバッテリーに移されてもよい。第２の複数のスイッチングサイクルのそれぞれにおいて、インダクタは、インダクタにエネルギーを与えるために、最初に電極に結合されてもよく、その後、インダクタ中のエネルギーをバッテリーに移すために、バッテリーに結合されてもよい。電極からバッテリーに移されたエネルギーは、充電の間、バッテリーから電極に移されたエネルギーの一部分を含んでいてもよく、それにより、バッテリーに戻されたエネルギーの一部分をリサイクルする。エネルギーのうちのいくらかは、抵抗Ｒを通して失われることに留意すべきである。
【００７６】
［００８６］
本開示は、図２中に示したスイッチの例示的な構成に限定されず、スイッチの他の構成がスイッチングレギュレータのために使用されてもよいことが正しく認識されるだろう。例えば、第１の端子２３０から第２の端子２３５にエネルギーを移すために、インダクタＬを第１の端子２３０に結合して、バッテリー２１８を使用してインダクタＬにエネルギーを与え、その後、インダクタＬを第２の端子２３５に結合して、インダクタＬ中のエネルギーを第２の端子２３５に移すのにスイッチの他の構成を使用してもよい。同様に、インダクタＬを第２の端子２３５または第３の端子７３０に結合して、電極２１０または充電コイル７１０を使用してインダクタＬにエネルギーを与え、その後、インダクタＬを第１の端子２３０に結合して、インダクタＬ中のエネルギーを第１の端子２３０に移すのにスイッチの他の構成を使用してもよい。したがって、本開示は、スイッチングレギュレータのためのスイッチの特定の構成に限定されない。
【００７７】
［００８７］
制御装置２５０は、１つ以上のプロセッサと、命令を記憶している１つ以上のメモリとによって実現してもよく、１つ以上のプロセッサによって命令が実行されるとき、１つ以上のプロセッサに、ここで説明した動作を実行させる。１つ以上のプロセッサは、汎用マイクロプロセッサ、マイクロ制御装置、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、制御装置、状態機械、ゲート論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント、専用ハードウェア有限状態機械、または、これらの任意の組み合わせを含んでいてもよい。１つ以上のメモリは、１つ以上のプロセッサの内部であってもよく、および／または、１つ以上のプロセッサの外部であってもよい。１つ以上のメモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等を含む、任意の適切なコンピュータ読取可能媒体を含んでいてもよい。
【００７８】
［００８８］
本開示の先の説明は、任意の当業者が本開示を製造または使用することを可能にするように提供されている。本開示に対するさまざまな修正は、当業者に容易に明らかとなり、ここで規定される包括的な原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく他のバリエーションに適用してもよい。したがって、本開示は、ここで説明した例に限定されるように意図しておらず、ここで開示した原理および新規の特徴と矛盾しない最も広いに一致するべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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