(57)【要約】  磁気充電場を受信し、かつ受信した場を用いて受動トリクル充電なしにかつバッテリ電圧（Ｖｂａｔ）が重篤に消耗している場合でさえも「埋込可能な医療デバイス（ＩＭＤ）」内のバッテリを充電するための充電回路を開示する。充電回路は、充電電流を設定するための基準電流を受け入れる電流ミラーを通して定充電電流を生成することができるソースを含む。２つの基準電流発生器が設けられ、第１のものは、Ｖｂａｔが重篤に消耗した時に有効にされて小さい調節不能な基準電流を生成し、第２のものは、Ｖｂａｔが回復した状態で有効にされて充電電流を調節するように制御することができる基準電流を生成する。Ｖｂａｔは低すぎる場合があるので、第１の発生器は、磁気充電場から生成されるＤＣ電圧によって給電される。受動発生式不足電圧制御信号は、第１及び第２の発生器の使用間で移行させるのに使用される。【選択図】図５Ｂ
2017509309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込可能な医療デバイスのためのバッテリ充電回路であって、
バッテリ電圧を有し、かつバッテリ充電電流を受け入れるように構成された再充電可能なバッテリと、
無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路と、
前記バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示すように構成された不足電圧検出回路と、
ソース回路と、を含み、前記ソース回路は、
前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも低いことを前記不足電圧検出回路が示す時に前記バッテリ充電電流としての第１のバッテリ充電電流、及び
前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも高いことを前記不足電圧検出回路が示す時に前記バッテリ充電電流としての第２のバッテリ充電電流、を生成するように構成された、
ことを特徴とする回路。
【請求項２】
前記ソース回路は、基準電流から前記バッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記電流ミラーは、前記ＤＣ電圧によって給電されることを特徴とする請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記ソース回路は、第１の基準電流発生器及び第２の基準電流発生器を更に含み、
前記第１及び第２の基準電流発生器は、基準電流を供給するために相互に排他的に有効にされるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回路。
【請求項５】
前記第１の基準電流発生器は、前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも低いことを前記不足電圧検出回路が示す時に有効にされ、
前記第２の基準電流発生器は、前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも高いことを前記不足電圧検出回路が示す時に有効にされる、
ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記第１のバッテリ充電電流の大きさが、前記ＤＣ電圧の大きさに無関係であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項７】
前記第１のバッテリ充電電流の大きさが、調節可能ではないことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回路。
【請求項８】
前記第２のバッテリ充電電流の大きさが、１又は２以上の制御信号に従って調節可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項９】
前記第１のバッテリ充電電流は、第２の基準電流よりも小さいことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１０】
前記フロントエンド回路は、前記無線充電場によって励起されるように構成されたコイルと、該励起されたコイルから前記ＤＣ電圧を生成するように構成された整流器回路と、を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１１】
前記不足電圧検出回路は、制御信号によって制御されないことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１２】
前記不足電圧検出回路は、不足電圧制御信号を前記ソース回路に送出し、
前記不足電圧制御信号は、前記バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示す、
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１３】
前記バッテリ充電電流を前記バッテリに伝達するように構成されたスイッチを更に含み、
前記スイッチは、バッテリ電圧測定回路によって制御される、
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１４】
前記スイッチは、前記バッテリ電圧に従って制御可能であることを特徴とする請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記ＤＣ電圧と前記バッテリ電圧の間に受動トリクル充電経路を含まないことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１６】
埋込可能な医療デバイスのためのバッテリ充電回路であって、
バッテリ電圧を有し、かつバッテリ充電電流を受け入れるように構成された再充電可能なバッテリと、
無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路と、
前記バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示すように構成された不足電圧検出回路と、
基準電流から前記バッテリ充電電流を生成するように構成されたソース回路と、を含み、前記ソース回路は、
前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも低いことを前記不足電圧検出回路が示す時に第１の基準電流を前記基準電流として生成するように構成された第１の基準電流発生器、及び
前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも高いことを前記不足電圧検出回路が示す時に第２の基準電流を前記基準電流として生成するように構成された第２の基準電流発生器、を含む、
ことを特徴とする回路。
【請求項１７】
前記ソース回路は、前記基準電流から前記バッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことを特徴とする請求項１６に記載の回路。
【請求項１８】
前記電流ミラーは、前記ＤＣ電圧によって給電されることを特徴とする請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
前記第１の基準電流発生器は、前記ＤＣ電圧によって給電されることを特徴とする請求項１６から１８のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２０】
前記第１の基準電流の大きさが、前記ＤＣ電圧の大きさに無関係であることを特徴とする請求項１９に記載の回路。
【請求項２１】
前記第１の基準電流の大きさが、調節可能ではなく、かつ前記第１の基準電流発生器によって設定されることを特徴とする請求項１６から２０のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２２】
第２の基準電流発生器は、前記バッテリ電圧によって給電されることを特徴とする請求項１６から２１のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２３】
前記第２の基準電流の大きさが、１又は２以上の制御信号に従って調節可能であることを特徴とする請求項１６から２２のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２４】
前記第１の基準電流は、前記第２の基準電流よりも小さいことを特徴とする請求項１６から２３のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２５】
前記フロントエンド回路は、前記無線充電場によって励起されるように構成されたコイルと、該励起されたコイルから前記ＤＣ電圧を生成するように構成された整流器回路と、を含むことを特徴とする請求項１６から２４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２６】
前記不足電圧検出回路は、制御信号によって制御されないことを特徴とする請求項１６から２５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２７】
前記不足電圧検出回路は、不足電圧制御信号を前記第１及び第２の基準電流発生器に送出し、
前記不足電圧制御信号は、前記バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示す、
ことを特徴とする請求項１６から２６のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２８】
前記バッテリ充電電流を前記バッテリに伝達するように構成されたスイッチを更に含み、
前記スイッチは、バッテリ電圧測定回路によって制御される、
ことを特徴とする請求項１６から２７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項２９】
前記スイッチは、前記バッテリ電圧に従って制御可能であることを特徴とする請求項２８に記載の回路。
【請求項３０】
前記ＤＣ電圧と前記バッテリ電圧の間に受動トリクル充電経路を含まないことを特徴とする請求項１６から２９のいずれか１項に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、共に２０１４年１月１６日出願の米国仮特許出願第６１／９２８，３５２号明細書及び第６１／９２８，３９１号明細書に関連している。
【０００２】
本出願は、埋込可能な医療デバイスの分野に関し、特に埋込可能な医療デバイスのためのバッテリ充電回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
埋込可能な刺激デバイスは、心不整脈を治療するペースメーカー、心細動を治療する除細動器、難聴を治療する蝸牛刺激器、視覚消失症を治療する網膜刺激器、協働四肢移動を生成する筋刺激器、慢性疼痛を治療する脊髄刺激器、運動及び精神的疾患を治療する大脳皮質及び脳深部刺激器、並びに尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼などを治療する他の神経刺激器のように様々な生物学的疾患の治療のために神経及び組織に対して電気刺激を送出する。以下に示す説明は、一般的に、米国特許第６，５１６，２２７号明細書に開示するような「脊髄刺激（ＳＣＳ）」システムにおける本発明の使用に重点が置かれることになる。しかし、本発明は、あらゆる埋込可能な医療デバイスとの又はあらゆる埋込可能な医療デバイスシステムにおける適用性を見出すことができる。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂの平面図及び断面図に示すように、ＳＣＳシステムは、通常、「埋込可能なパルス発生器（ＩＰＧ）」１０を含む。ＩＰＧ１０は、ＩＰＧが機能するのに必要な回路及びバッテリ３６を保持する生体適合性デバイスケース３０を有する。ＩＰＧ１０は、電極アレイ１２を形成する１又は２以上の電極リード１４を通して電極１６に結合される。電極１６は、患者の組織に接触するように構成され、かつ各電極に結合された個々のリードワイヤ２０も収容する可撓性本体１８上に担持される。リードワイヤ２０はまた、ＩＰＧ１０上のヘッダ２８に固定されたリードコネクタ２４の中に挿入可能である近位接点２２に結合され、そのヘッダは、例えば、エポキシを含むことができる。挿入された状態で、近位接点２２は、ヘッダ接点２６に接続され、それは、次に、ケース貫通部３２を通してケース３０内の回路に貫通ピン３４によって結合される。
【０００５】
図示のＩＰＧ１０では、４つのリード１４間で分割された３２個のリード電極（Ｅ１−Ｅ３２）が存在し、ヘッダ２８はリードコネクタ２４の２ｘ２アレイを収容している。しかし、ＩＰＧにおけるリード及び電極の数は、用途特定であり、従って、異なる場合がある。ＳＣＳ用途では、電極リード１４は、一般的に患者の脊髄にある硬膜の近くに埋め込まれ、４リードＩＰＧ１０を用いる場合に、通常、硬膜の左側及び右側の各々に２つずつ分割される。近位電極２２は、ＩＰＧケース３０が埋め込まれる臀部のような離れた位置に患者の組織を通してトンネリングされ、そこでリードコネクタ２４に結合される。４リードＩＰＧ１０はまた、別の例では「脳深部刺激（ＤＢＳ）」に使用可能である。刺激を必要とする部位に直接移植するように設計された他のＩＰＧの例では、ＩＰＧはリードレスとすることができ、電極１６を患者の組織に接触させる代わりにＩＰＧ本体上に現れるようにする。
【０００６】
図１Ｂの断面図に示すように、ＩＰＧ１０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）４０を有する。バッテリ３６は、ＰＣＢ４０に電気的に結合され、この例では再充電可能であり、別の回路５０ａ及び５０ｂはＰＣＢの上面及び底面に結合され、外部コントローラ（図示せず）との無線通信のためのテレメトリコイル４２、バッテリ３６を再充電するために外部充電器９０（図２）から磁気充電場を無線受信するための充電コイル４４、並びに貫通ピン３４（接続は図示せず）が存在する。バッテリ３６が永久的で再充電可能でない場合に、充電コイル４４は不要になる。（コイル４２及び４４、並びにそれらが通信する外部デバイスの作動に関する更なる詳細は、２０１３年９月１３日出願の米国特許出願第６１／８７７，８７１号明細書に見ることができる。）
【０００７】
ＩＰＧ１０において注意を要する問題、特にバッテリ３６がＩＰＧ１０内で再充電可能であるという問題は、バッテリ管理回路の設計であり、それは一例として本出願人所有の米国特許出願公開第２０１３／００２３９４３号明細書に説明されている。図２は、‘９４３公開に開示しているバッテリ管理回路６４を示しており、それを簡単に説明する。再充電可能なバッテリ３６は、リチウムイオンポリマーバッテリを含むことができ、それは完全充電すると約４．２Ｖの電圧（Ｖｂａｔ＝Ｖｍａｘ）を供給することができる。しかし、別の再充電可能なバッテリ化学物質もバッテリ３６のために用いることができる。
【０００８】
上述のように、外部充電器９０、典型的には手持ち式バッテリ給電デバイスは、コイル９２から磁気非データ変調充電場９８（例えば、８０ｋＨｚ）を生成する。ＩＰＧ１０でフロントエンド充電回路９６が磁場９８に遭遇すると、フロントエンド充電回路９６は充電コイル４４に電流を誘導することによって充電コイル４４にエネルギを与える。誘導電流は、整流器、並びに任意的にフィルタリングのためのコンデンサ及び電圧振幅制限のためのツェナーダイオード（例えば、５．５Ｖまでに制限）を含む整流器回路４６で処理されて電圧Ｖ１（例えば、≦５．５Ｖ）を確立し、この電圧は逆流阻止ダイオード４８を通過してＤＣ電圧Ｖｄｃを生成する。充電コイル４４に結合されたトランジスタ１０２をＩＰＧ１０によって（制御信号ＬＳＫを通して）制御して、公知の「ロード・シフト・キーイング（ＬＳＫ）」によって磁場の生成中に外部充電器９０にデータを送信して戻すことができる。
【０００９】
‘９４３公開に説明するように、Ｖｄｃはバッテリ管理回路８４に供給されるが、バッテリ管理回路８４は、電流発生回路（電極１６のうちの選択された電極に特定の電流を供給するのに使用される）、テレメトリ回路（図１Ｂのテレメトリコイル４２と関連するデータの変調及び復調のための）、様々な測定回路及び発生回路、システムメモリなどを含むＩＰＧ１０作動に必要な他の回路と共に特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に存在することができる。フロントエンド充電回路９６及びバッテリ３６は、テレメトリコイル４２、電極１６に結合された様々なＤＣ阻止コンデンサ（図示せず）、デジタルバスを通してＡＳＩＣ（及びバッテリ管理回路８４）と通信可能なマイクロコントローラ１００、及びここではあまり関連のない他の構成要素のようなＩＰＧ１０内の他の電子機器と共にオフチップ（オフＡＳＩＣ）構成要素を典型的に含む。マイクロコントローラ１００は、一例ではテキサスインストルメンツ製の部品番号ＭＳＰ４３０を含むことができ、この製品は、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｓｄｓ／ｔｉ／ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ／１６−ｂｉｔ＿ｍｓｐ４３０／ｏｖｅｒｖｉｅｗ．ｐａｇｅ？ＤＣＭＰ＝ＭＣＵ＿ｏｔｈｅｒ＆ＨＱＳ＝ｍｓｐ４３０でデータシートに説明されている。ＡＳＩＣは、米国特許出願公開第２０１２／００９５５２９号明細書に記載のものとすることができる。
【００１０】
図２のバッテリ管理回路８４は、２つの回路ブロック、すなわち、バッテリ３６を充電するために電流を発生させる充電回路８０、及びＩＰＧ１０の通常作動中にバッテリ３６が給電する負荷７５を制御可能に接続又は切断するための負荷隔離回路８２から構成される。負荷７５は、上述の電流発生回路及びテレメトリ回路のようなオンチップ（オンＡＳＩＣ）回路ブロックと、マイクロコントローラ１００のようなオフチップ（オフＡＳＩＣ）構成要素とを有することができる。
【００１１】
図に示すように、充電回路８０、負荷隔離回路８２、及びバッテリ３６は、一般的にＴ字形トポロジーを有し、充電回路８０がフロントエンド充電回路９６（Ｖｄｃ）とバッテリ３６の正端子（Ｖｂａｔ）の間に介在し、負荷隔離回路８２がＶｂａｔと負荷７５の間に介在している。
【００１２】
‘９４３公開に説明するように、負荷隔離回路８２は、いくつかの条件に依存してバッテリ３６（Ｖｂａｔ）を通電させて負荷（Ｖｌｏａｄ）に給電することを妨げることができる。例えば、負荷７５が非常に高い電流（制御信号ＯＩのアサートを通して過電流検出回路７４によって示される）を引き出す場合に、又はＶｂａｔが低すぎる（制御信号ＵＶのアサートを通して不足電圧検出回路７０によって示される）場合に、又は外部磁場信号μがリードスイッチ７８によって示される（例えば、患者による外部停止磁石の提示を正当化する緊急条件において）場合には、負荷７５は、ＯＲゲート７６によって補助されるスイッチ６２又は６４を通してＶｂａｔから切り離されることになる。負荷隔離回路８２は、上述の‘９４３公開により詳細に説明されている。放電回路６８も設けられて、Ｖｂａｔが高すぎる場合は意図的にバッテリ３６をドレインさせる。
【００１３】
本発明の開示に大きく関連するのは充電回路８０であり、それは、Ｖｄｃ、すなわち、外部充電器９０の磁場９８に応答してフロントエンド充電回路９６によって生成されるＤＣ電圧で始まる。Ｖｄｃは、ＶｄｃとＶｂａｔの間に並列接続された充電回路８０内の２つの経路、すなわち、トリクル充電経路及び能動充電経路に分かれ、そのいずれかを用いてバッテリ３６（Ｖｂａｔ）にバッテリ充電電流（Ｉｂａｔ）を供給することができる。
【００１４】
トリクル充電経路は受動的であり、すなわち、その作動は、制御信号によって制御されず、バッテリ３６のための充電電流（Ｉｔｒｉｃｋｌｅ）を生成するためにＶｄｃによって生成される電力以外には電力を必要としない。図示のように、トリクル充電経路は、電流制限のための抵抗器５０及び１又は２以上のダイオード５２に対してＶｄｃを提供し、バッテリ３６に対して小充電電流を供給するのに使用される。小さいトリクル充電電流の使用は、バッテリ３６がかなり消耗している時に、つまりＶｂａｔが例えば２．７Ｖのような閾値Ｖｔ１未満の場合に特に有用である。
【００１５】
Ｉｔｒｉｃｋｌｅを生成するために、Ｖｄｃは、抵抗器５０及びダイオード５２にかかる電圧降下とバッテリ３６の電圧Ｖｂａｔとの和よりも高くなければならない。通常条件の下で３つのダイオード５２及び２００Ωの抵抗器５０が使用されていると仮定すると、抵抗器５０及びダイオード５２にかかる電圧降下は約２．０Ｖになる。従って、Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、Ｖｄｃが約２．０Ｖ＋Ｖｂａｔを超える場合に、バッテリ３６に受動的に流れ込むことになる。この条件が満たされない場合には、すなわち、これは、Ｖｄｃが小さすぎる（恐らくは外部充電器９０とＩＰＧ１０の間の結合が不十分なために）、又はＶｂａｔが大きすぎる（これはバッテリ３６が徐々に充電される時に生じる場合がある）ということを示すことになるが、ダイオード５２は、バッテリ３６がトリクル充電経路を通して逆向きに流出しないようにすることになる。Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、一般的に約１０ｍＡである。公知のように、かなり消耗した再充電可能なバッテリ３６は、高すぎる充電電流（Ｉｂａｔ）を受け入れる場合に損傷する可能性があるので、Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、小さいことが望ましい。
【００１６】
能動充電経路は、図２において、充電電流Ｉａｃｔｉｖｅを生成するのに使用される電流／電圧ソース回路５６を通してＶｄｃからバッテリ３６へ進む。図２の例では、能動充電経路はまた、充電電流検出器７２と併せて使用される充電電流感知抵抗器５８、バッテリ電圧Ｖｂａｔが最大限度値（例えば、Ｖｍａｘ＝４．２Ｖ）を超えた場合に能動充電経路を開放するために過電圧検出器６６と併せて使用される過電圧保護スイッチ６０を含めて、バッテリ管理回路８４の制御及び保護手段を通過する。
【００１７】
能動充電経路における電圧／電流ソース５６に対する回路を図３Ａに示している。その名称が示唆するように、ソース５６は、能動的充電中、定電流又は定電圧をバッテリ３６に供給するように制御することができる。ソース５６は、Ｐチャネルトランジスタ１０４及び１０６から構成される電流ミラーを含み、その電流ミラーは、Ｖｄｃによって給電され、基準電流発生回路１１３によって供給される基準電流Ｉｒｅｆを受け入れる。電流ミラー制御トランジスタ１０４は、電流ミラー出力トランジスタ１０６にＩｒｅｆを再現させて能動的充電電流Ｉａｃｔｉｖｅを生成する。図示の例では、Ｍ個の出力トランジスタ１０６が並列に配線され、従って、出力トランジスタ１０６によって供給される電流Ｉａｃｔｉｖｅは、Ｍ＊Ｉｒｅｆに等しい。単一幅広出力トランジスタ１０６（電流ミラー制御トランジスタ１０４のＭ倍幅広）を用いることも可能である。
【００１８】
Ｉｒｅｆを生成するのに使用される基準電流発生回路１１３は、１又は２以上の制御信号Ｉｔｒｉｍ［２：０］を通して調節可能であり、基準電流発生回路１１３も電流ミラーを含む。図示のように、システム基準電流Ｉ’（例えば、１００ｎＡ）はトランジスタ１１６、１１８、及び１２０に反映され、その各々はＩｔｒｉｍ制御信号によって制御されるゲートトランジスタに直列に結合されている。トランジスタ１１６、１１８、及び１２０は、Ｉｒｅｆに対して異なる寄与を与えるために、好ましくは異なる幅であるか又は異なる数の並列トランジスタである。例えば、トランジスタ１１６、１１８、及び１２０は、ＩｒｅｆにそれぞれＩ’＊Ｎ，Ｉ’＊２Ｎ，及びＩ’＊４Ｎを与えることができ、従って、どの制御信号Ｉｔｒｉｍ０、Ｉｔｒｉｍ１、及びＩｔｒｉｍ２が有効であるかに応じて、ＩｒｅｆがＩ’＊ＮからＩ’＊７ＮまでＩ’＊Ｎ刻みで変化することが可能になる。追加のＩｔｒｉｍ制御信号及び追加の電流ミラー出力トランジスタ（例えば、１１６−１２０）を用いて、より広範囲にわたって及び／又はより小さい分解能でＩｒｅｆを制御することができる。このようにしてＩｒｅｆを調節することは、次に、上述の電流ミラートランジスタ１０４及び１０６の作動を通してＩａｃｔｉｖｅを調節する。
【００１９】
制御信号Ｉｔｒｉｍは、デジタルバス８８によりマイクロコントローラ１００と通信するソースコントローラ８６によって送出されるので、マイクロコントローラ１００は、ソースコントローラ８６を制御し、次に、Ｉｔｒｉｍ及び更に以下で説明する他の制御信号を通してソース５６を制御することができる。
【００２０】
ソース５６が充電電流を発生するように作動するモードは、マイクロコントローラ１００によって既知のバッテリ電圧Ｖｂａｔの大きさに依存する。バッテリ３６がかなり消耗している、つまりＶｂａｔ＜Ｖｔ１（例えば、２．７Ｖ）の場合に、マイクロコントローラ１００は、ソースコントローラ８６に対してソース５６を無効とするように命令する。これは、ソースコントローラ８６が充電有効化制御信号Ｃｈ＿ｅｎ＝‘０’を基準電流発生器１１３に送出することによって行われ、それによってＮチャネルトランジスタ１０８はオフになり、基準電流Ｉｒｅｆ及び従ってＩａｃｔｉｖｅの発生が無効になる。従って、この状況でのバッテリ３６は、トリクル充電経路を通してのみかつ磁場９８及びＶｄｃが存在して十分である場合にのみ充電可能である。
【００２１】
Ｖｂａｔ＞Ｖｔ１であるが、以下で更に説明する上側閾値Ｖｔ２未満の場合は（すなわち、Ｖｔ１＜Ｖｂａｔ＜Ｖｔ２の場合は）、ソース５６は定電流モードで作動する。このモードでは、Ｃｈ＿ｅｎ＝‘１’であり、トランジスタ１０８により、Ｉｒｅｆ及び従ってＩａｃｔｉｖｅがＩｔｒｉｍ制御信号によって最後に設定される大きさで流れることが可能になる。ソース５６が定電流モードで作動する時に、Ｉａｃｔｉｖｅは一般的に約５０ｍＡのオーダーである。能動的電流経路にあるＰチャネルトランジスタスイッチ１１４は完全にオンであり、従って、Ｉａｃｔｉｖｅは、抵抗なくソース５６からバッテリ３６へ流れることが可能になる。
【００２２】
Ｖｂａｔ＞Ｖｔ２（例えば、４．０Ｖ）の場合に、ソース５６は定電圧モードで作動する。Ｃｈ＿ｅｎ及びＩｔｒｉｍ制御信号は、このモードではまだアサートされている。Ｖｔ２閾値の通過及び充電モードの切換は、この例ではマイクロコントローラ１００に頼らず、代わりにソース５６にあるＶｂａｔ測定回路１１１によって作用する。Ｖｂａｔは、この回路１１１で高インピーダンス抵抗器ラダーを通して決定され、これはＶｂａｔを示唆する電圧Ｖａを生成する。Ｖａ及び既知のバンドギャップ基準電圧Ｖｒｅｆは、増幅器１１２で比較される。Ｖｂａｔ＞Ｖｔ２を示唆するＶａ＞Ｖｒｅｆの場合に、増幅器１１２はトランジスタ１１４をオフにし始めて、ソース５６は定電圧モードで作動し、バッテリ３６の正端子に本質的に定電圧を供給する。バッテリ３６の内部セル電圧がこのモードで増加する時に、その内部抵抗は、Ｖｂａｔが最大限度値Ｖｍａｘ（例えば、４．２Ｖ）に達するまでＩａｃｔｉｖｅを指数関数的に低減する。この時点で、マイクロコントローラ１００は、バッテリ３６の充電が完了したと見なし、もう一度Ｃｈ＿ｅｎ＝‘０’をアサートして更に別の能動的充電を省くことになる（加えて、過電圧スイッチ６０も開放される場合がある）。対照的に、Ｖｂａｔ＜Ｖｔ２を示唆するＶａ＜Ｖｒｅｆの場合に、増幅器１１２はＰチャネルトランジスタ１１４をオンにして、ソース５６は上述の定電流モードで作動する。電圧Ｖａは、本質的に閾値Ｖｔ２を設定するラダーの抵抗を調節する制御信号Ｖｔｒｉｍを用いて必要に応じて調節することができる。
【００２３】
図３Ｂは、重篤消耗バッテリ３６（すなわち、Ｖｂａｔが更に下側閾値Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖより低い場合）が受け入れる充電電流（Ｉｂａｔ）を生成する充電回路８０の作動を上述のように充電回路８０によって可能になるトリクル、定電流、及び定電圧のモードを含めて充電時間中の時間の関数として一般的に示している。更に、これらのモードの各々における充電電流の典型的な値を示し、バッテリ３６の容量をパーセントに示している。
【００２４】
図２のバッテリ管理回路８４は、‘９４３公開に説明されているような追加の防護手段を設けている。例えば、好ましくはダイオード５２と数が一致するダイオード５４は、トリクル充電経路と能動充電経路の間に接続され、それによって過電圧スイッチ６０のソース及びドレインが共に、Ｖｂａｔが低い時にでさえ同一電圧に、すなわち、Ｖｂａｔに確実にバイアスされることになる。このようにダイオード５４は、特に、Ｖｂａｔが既に危機的に低く、従ってＰチャネルトランジスタ６０のゲートに適切な高電圧を与えてオフにすることが困難である場合がある不都合な時に、バッテリ３６が意図せずして過電圧スイッチ６０を通して放電することを防ぐ。
【００２５】
Ｖｂａｔに関する低レベルの問題は有意である。Ｖｂａｔが重篤に消耗している、つまりＶｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖ（例えば）の場合に、従来のトリクル充電技術によってバッテリ３６を回復（再充電）させることが困難である場合がある。これは、上述のように、再充電可能なバッテリは損傷することなく大充電電流を処理することができないからであり、トリクル充電経路にある構成要素（５０、５２）の抵抗Ｒによって受動的に設定されるＩｔｒｉｃｋｌｅは、Ｖｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）の場合に大きすぎる場合がある。実際に、本発明者は、‘９４３公開のトリクル充電経路がこの問題を悪化させることを特筆するものであり、すなわち、Ｉｔｒｉｃｋｌｅの大きさは、バッテリの損傷を防止するために理想的にはＶｂａｔの大きさと共に増減する（Ｖｂａｔが減少する時にＩｔｒｉｃｋｌｅが減少する）べきであるが、この理想とは反対のことが生じている。これは、Ｉｔｒｉｃｋｌｅ＝（Ｖｄｃ−Ｖｂａｔ）／Ｒだからであり、従って、Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、図３Ｂに示すようにＶｂａｔが減少する時に増加する。Ｉｔｒｉｃｋｌｅのこの挙動は、重篤消耗バッテリを安全に再充電するのに必要とされることに正反対のものである。
【００２６】
これに加えて、Ｉｔｒｉｃｋｌｅの大きさは、Ｖｄｃが変化する時に変化することになるので、いずれにしても制御することは困難である。Ｖｄｃは、外部充電器９０内の充電コイル９２とＩＰＧ１０内の充電コイル４４との間の結合に従って変化し、その結合は、距離、軸線方向オフセット、及びコイル間の角度オフセットに影響される。例えば、米国特許出願公開第２０１３／００９６６５１号明細書を参照されたい。異なる患者は、ＩＰＧ１０を異なる深さ及び角度で埋め込まれることになるので、Ｖｄｃは患者間で異なることになり、例えば、浅い（結合十分の）埋め込みを有する患者は、深い（結合不十分の）埋め込みを有する患者よりも高いＶｄｃを示すことができる。更に、患者はいつも外部充電器９０をＩＰＧ１０に対して正確に同じ場所に位置決めするとは限らないので、又はこの位置決めが充電時間中にシフトする場合があるので、Ｖｄｃも与えられた患者に対して経時的に変化することになる。これらの影響のいずれも、Ｖｄｃを典型的には２．５Ｖから５．５Ｖまで変化させる。このようなＶｄｃの変動は、Ｉｔｒｉｃｋｌｅが一状況では低すぎて有効ではなく、又は別の状況では高すぎてバッテリの信頼性懸念事項を悪化させる場合があるということを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／９２８，３５２号明細書
【特許文献２】米国仮特許出願第６１／９２８，３９１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献４】米国特許出願第６１／８７７，８７１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１３／００２３９４３号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１２／００９５５２９号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１３／００９６６５１号明細書
【特許文献８】米国特許第６，７３７，９０９号明細書
【特許文献９】米国特許第６，０２０，７７８号明細書
【非特許文献】
【００２８】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｓｄｓ／ｔｉ／ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ／１６−ｂｉｔ＿ｍｓｐ４３０／ｏｖｅｒｖｉｅｗ．ｐａｇｅ？ＤＣＭＰ＝ＭＣＵ＿ｏｔｈｅｒ＆ＨＱＳ＝ｍｓｐ４３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明者は、埋込可能な医療デバイスのためのバッテリを特に低いバッテリ電圧時に充電するために受動トリクル充電を用いる際の問題をこのように察知し、新しい技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
埋込可能な医療デバイスのためのバッテリ充電回路を開示し、それは一例として、バッテリ電圧を有してバッテリ充電電流を受け入れるように構成された再充電可能なバッテリと、無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路と、バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示すように構成された不足電圧検出回路と、バッテリ電圧が閾値電圧よりも下であることを不足電圧検出回路が示す時にバッテリ充電電流として第１のバッテリ充電電流、及びバッテリ電圧が閾値電圧よりも高いことを不足電圧検出回路が示す時にバッテリ充電電流として第２のバッテリ充電電流を生成するように構成されたソース回路とを含む。
【００３１】
ソース回路は、基準電流からバッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことができ、かつＤＣ電圧によって給電することができる。ソース回路は、第１の基準電流発生器及び第２の基準電流発生器を更に含むことができ、第１及び第２の基準電流発生器は、相互に排他的に有効にされてその基準電流を供給するように構成されている。第１の基準電流発生器は、バッテリ電圧が閾値電圧よりも下であることを不足電圧検出回路が示す時に有効にすることができ、第２の基準電流発生器は、バッテリ電圧が閾値電圧よりも高いことを不足電圧検出回路が示す時に有効にすることができる。
【００３２】
第１のバッテリ充電電流の大きさは、ＤＣ電圧の大きさに無関係である場合があり、同じく調節可能でない場合がある。第２のバッテリ充電電流の大きさは、１又は２以上の制御信号に従って調節可能である場合がある。第１のバッテリ充電電流は、第２の基準電流よりも小さい。
【００３３】
別の例における埋込可能な医療デバイスのためのバッテリ充電回路は、バッテリ電圧を有してバッテリ充電電流を受け入れるように構成された再充電可能なバッテリと、無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路と、バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示すように構成された不足電圧検出回路と、基準電流からバッテリ充電電流を生成するように構成されたソース回路とを含み、ソース回路は、バッテリ電圧が閾値電圧よりも下であることを不足電圧検出回路が示す時に基準電流として第１の基準電流を生成するように構成された第１の基準電流発生器と、バッテリ電圧が閾値電圧よりも高いことを不足電圧検出回路が示す時に基準電流として第２の基準電流を生成するように構成された第２の基準電流発生器とを含む。
【００３４】
ソース回路は、基準電流からバッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことができ、かつＤＣ電圧によって給電することができる。第１の基準電流発生器は、ＤＣ電圧により給電することができ、第１の基準電流の大きさは、ＤＣ電圧の大きさに無関係である場合がある。第１の基準電流の大きさは、好ましくは調節可能ではなく、第１の基準電流発生器により設定される。第２の基準電流発生器は、バッテリ電圧により給電され、第２の基準電流の大きさは１又は２以上の制御信号に従って調節可能である場合がある。第１の基準電流は、第２の基準電流よりも小さいと場合がある。
【００３５】
フロントエンド回路は、無線充電場により励起又は通電されるように構成されたコイルと、励起又は通電されたコイルからＤＣ電圧を生成するように構成された整流器回路とを有することができる。
【００３６】
不足電圧検出回路は、制御信号によって制御されず、かつバッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示す不足電圧制御信号をソース回路に送出することができる。
【００３７】
この回路は、バッテリ充電電流をバッテリへ伝達するように構成されたスイッチを更に含むことができ、スイッチは、バッテリ電圧測定回路により、従って、バッテリ電圧に従って制御される。
【００３８】
開示する回路は、好ましくは、ＤＣ電圧とバッテリ電圧の間に受動充電経路を含まない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】従来技術による再充電可能バッテリ埋込可能パルス発生器（ＩＰＧ）の平面図である。
【図１Ｂ】従来技術による再充電可能バッテリ埋込可能パルス発生器（ＩＰＧ）の断面図である。
【図２】従来技術によるトリクル充電経路及び能動充電経路を共に含むＩＰＧのためのバッテリ管理回路を示す図である。
【図３Ａ】能動充電経路における電圧／電流ソースに関する回路を示す図である。
【図３Ｂ】従来技術によるトリクル充電経路及び能動充電経路の両方によって供給されるバッテリ充電電流を時間の関数として示すグラフである。
【図４】改善されたバッテリ管理回路と特にトリクル充電経路を含まないが能動充電経路に改善されたソース回路を有する改善された充電回路とを示す図である。
【図５Ａ】改善されたソース回路に使用される不足電圧条件を検出するための回路を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の態様に従って不足電圧条件時にＶｄｃにより給電されて小さい安定充電電流の発生を可能にする不足電圧基準電流発生器と、不足電圧条件がアサートされていない時にＶｂａｔにより給電されて制御信号に従って充電電流の発生を可能にする基準電流発生器とを含む改善されたソース回路を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の態様に従って改善された充電回路を用いて供給されるバッテリ充電電流を時間の関数として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
ＩＰＧのような「埋込可能な医療デバイス（ＩＭＤ）」においてバッテリを充電するための改善された充電回路を開示する。充電回路は、充電電流を設定するための基準電流を受け入れる電流ミラーを通して定充電電流を生成することができるソースを有する。２つの基準電流発生器を設ける。第１の基準電流発生器は、Ｖｄｃ（磁気充電場の受信時にフロントエンド回路によって生成される電圧）によって給電され、Ｖｂａｔが重篤に消耗すると有効にされ、Ｖｄｃ電源とは無関係な小さい調節不能な基準電流を生成する。それによってたとえＶｂａｔの低値が充電回路を全体として確実に制御するには低すぎるとしても、電流ミラーがＶｄｃとは無関係でもあり、バッテリの消耗状態をも考慮する小充電電流を生成することが可能になる。バッテリ電圧が適切に回復した状態で、第２の基準電流発生器が有効にされ、基準電流を生成する。第２の基準電流発生器によって生成される基準電流の大きさ及び従って得られる充電電流は、Ｖｂａｔの上昇を仮定すれば今や信頼できる制御信号によって調節可能である。受動的に生成される不足電圧信号を用いて、第１及び第２の基準電流発生器の使用が有効及び無効にされる。この改善された充電回路の使用を通して、バッテリは、重篤に消耗している場合でも、受動的トリクル充電経路を必要とせずに充電することができる。
【００４１】
上述のように、本発明者は、図２の従来技術に使用される受動的トリクル充電回路に関する問題を察知する。能動充電経路においてＩａｃｔｉｖｅを設定するために電流／電圧ソース５６をプログラムすることができるとして（Ｉｔｉｍ制御信号を通して）、本発明者は、単純にトリクル充電経路を充電回路から取り去って、バッテリ３６がかなり消耗している（例えば、Ｖｔ１＝２．７Ｖ未満）場合にかなり小さい充電電流を供給するようにソース５６をプログラムするように考察した。要するに、これは、ソース５６がＶｂａｔに関するこの低電圧で作動して、Ｉｔｒｉｃｋｌｅによって供給される充電電流の大きさ（例えば、１０ｍＡ）を全体として模倣する小充電電流を供給することを可能にすることを意味する。
【００４２】
しかし、従来技術の能動充電経路に使用される充電回路８０は、Ｖｂａｔに関して低レベルであり、特にバッテリ３６が重篤に消耗している（Ｖｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）＝２．０）場合に確実に機能することができない。これは、Ｖｂａｔが一般的に充電回路８０のための電源も与えるからである。例えば、図３に示すように、Ｖｂａｔ測定回路内の増幅器１１２はＶｂａｔにより給電されている。基準電流発生器１１３はまた、特にシステム基準電流Ｉ’がＶｂａｔを用いて生成されるので、最後にはＶｂａｔに依存し、Ｖｂａｔにより給電される。マイクロコントローラ１００及びソースコントローラ８６もＶｂａｔによって給電されるので、制御信号（Ｉｔｒｉｍ、Ｖｔｒｉｍ、Ｃｈ＿ｅｎ）もＶｂａｔに依存している。従って、ソース５６内のアナログ回路及びデジタル制御信号は、Ｖｂａｔが重篤に消耗している場合には確実に作動することができない。これは、必要とされる小充電電流を供給するためにこれらの低バッテリ電圧でソース５６を使用することを妨げる。
【００４３】
図４は、再充電可能なバッテリ３６を有するＩＰＧ１０のような埋込可能な医療デバイスのための改善された充電回路１８０を示している。図４に示すバッテリ管理回路８４内の構成要素の多くは、上述の図２に示す‘９４３公開から変わっておらず、従って、再度説明はしない。例えば、負荷隔離回路８２は不変のままであり、前の通りに作動することができる。一部の構成要素（外部充電器９０、フロントエンド充電回路９６）は、見やすいように図４では取り除かれている。
【００４４】
改善された充電回路１８０には、いくつかの相違点が存在する。第１に、トリクル充電経路が存在せず、能動充電経路は、バッテリ３６が重篤に消耗している場合でもバッテリを充電するために独占的に使用される改善された電流／電圧ソース回路１５６を有する。トリクル充電経路の除去は、以前はトリクル充電経路と能動充電経路の間に接続されていたダイオード５４（図２）の除去を含め、充電回路１８０を簡略化するということに注意されたい。トリクル充電経路の除去は先に識別した問題を取り除くには好ましいとしても、トリクル充電経路は充電回路１８０に依然として使用可能であり、但し、恐らくは受動的に設定されて（図２の抵抗器５０、ダイオード５２により）、Ｖｂａｔが０Ｖに近づくレベルまで重篤に消耗している場合でもバッテリ３６に損傷を与えない微小なＩｔｒｉｃｋｌｅを保証するために、１ｍＡのオーダーの微小電流を供給する。
【００４５】
第２に、ソース１５６は、入力として不足電圧制御信号ＵＶを受信する。便宜上、この制御信号ＵＶは、上述のように負荷隔離回路８２内のスイッチ６２及び６４を通じたバッテリ３６の負荷７５への接続を制御するのに使用される不足電圧検出回路７０が送出するものと同一とすることができる。しかし、制御信号ＵＶは、別の不足電圧検出器（図示せず）からソース１５６へ与えられ、恐らくは不足電圧検出器７０（Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖ）とは異なる閾値電圧でトリガするように設定することができる。
【００４６】
‘９４３公開に開示する不足電圧検出器７０に対する回路を図５Ａに示している。不足電圧検出器７０は、制御信号を受信せず、制御信号によって制御されず、従って、受動的に制御信号ＵＶを出力し、これは、この回路が、制御信号が信頼できないＶｂａｔの低レベル時に確実に機能しなければならないので好ましいということに注意されたい。Ｖｂａｔ＞Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖの場合に、ダイオード１７０及び抵抗器１７２によって形成される分圧器は、Ｎチャネルトランジスタ１７６のゲートに適切な高電圧を形成してそれをオンにし、これがＵＶを‘０’に引く。対照的に、Ｖｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖの場合に、トランジスタ１７６のゲート電圧はそのトランジスタをオンにするほどに高くはない。従って、ＵＶはプルアップ抵抗器１７４を通して‘１’に（すなわち、Ｖｂａｔに）引かれる。抵抗器１７２及び１７４の両方とも数十ＭΩの範囲にある。ダイオード１７０にかかる順方向降下（並びにそれらの数値）及び抵抗器１７２は、有効に作動して閾値Ｖ（ＵＶ）の値を設定する。図示しないが、制御信号ＵＶを不足電圧検出器７０の出力時にバッファに入れて、その完全性を改善することができる。
【００４７】
電流／電圧ソース回路１５６に対する変更を図５Ｂに示している。能動制御式基準電流発生器１１３は、図２に関して上述したように大部分は残存し、再び制御信号Ｉｔｒｉｍによって制御されてＩｒｅｆ及び従ってＩａｃｔｉｖｅを調節する。しかし、以下で更に説明するように、能動制御式基準電流発生器１１３は、Ｖｂａｔ＞Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖの場合にのみ有効にされて電流ミラートランジスタ１０４及び１０６にＩｒｅｆを供給するのに使用される。基準電流発生器１１３をＶｂａｔの低レベル時に信頼できないように機能させてしまうことのある能動制御式基準電流発生器１１３がＶｂａｔによって給電されること（特にシステム基準電流Ｉ’に反映されるように）、並びにその一般的なＶｂａｔへの依存性（最後にはＶｂａｔによって生成されるＩｔｒｉｍ制御信号への依存に反映されるように）を仮定すれば、これは望ましいことである。以下で更に説明するように、基準電流有効化トランジスタ１０８のゲートを制御するためにＡＮＤゲート１９０を加えていることに注意されたい。
【００４８】
追加の不足電圧基準電流発生器１６０をソース１５６に設けて、小さい第２の基準電流Ｉｒｅｆ（ＵＶ）を電流ミラートランジスタ１０４及び１０６に供給するが、それはＶｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖの場合にのみ有効にされる。不足電圧基準電流発生器１６０は、Ｉｒｅｆ（ＵＶ）を生成するために電流ソース１８５を有する。しかし、電流ソース１８５は、Ｖｂａｔに依存しないか又はＶｂａｔにより給電されないが、代わりにＶｄｃによって給電される。
【００４９】
従来設計の電流ソース１８５は、その電源電圧Ｖｄｃの大きさとは比較的無関係の大きさを有するＩｒｅｆ（ＵＶ）を生成するが、これは、上述のようにＶｄｃが変化することができるので望ましいことである。例えば、米国特許第６，７３７，９０９号明細書（電流ソース１８５の回路及びその電源電圧への非依存性を説明する）を参照されたい。Ｉｒｅｆ（ＵＶ）の大きさは、低電圧時に信頼できない場合がある能動的に生成される制御信号を使用せずに、電流ソース１８５において抵抗器Ｒ（ＵＶ）により、並びにその様々なトランジスタのサイジングによって設定される。Ｉｒｅｆ（ＵＶ）は、電流ミラートランジスタ１０４及び１０６にＩｒｅｆ（ＵＶ）を供給するトランジスタ１８６によってミラーリングされることに注意されたい。Ｉｒｅｆ（ＵＶ）を設定し、電流ミラートランジスタ１０４及び１０６を通して、重篤消耗バッテリ３６でも損傷しない小電流、例えば、約１ｍＡのオーダーのＩａｃｔｉｖｅを生成する。以下で更に説明するように、Ｉｒｅｆ（ＵＶ）は好ましくはＩｒｅｆよりも小さい。
【００５０】
上述のように、制御信号ＵＶ及び／又はインバータ１１７によって発生されるその補体ＵＶ＊をソース１５６に与えて、Ｖｂａｔの大きさに応じて相互に排他的な方法で基準電流発生器１６０及び１１３を有効及び無効にする。
【００５１】
具体的には、ＵＶを不足電圧基準電流発生器１６０内の有効化トランジスタ１８８のゲートに与え、それによってＶｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）（ＵＶ＝‘１’）の場合にトランジスタ１８６を通して電流ミラートランジスタ１０４及び１０６にＩｒｅｆ（ＵＶ）を与えることのみが可能になる。Ｖｂａｔ＞Ｖ（ＵＶ）（ＵＶ＝‘０’）の場合に、有効化トランジスタ１８８はオフであり、不足電圧基準電流発生器１６０にＩｒｅｆ（ＵＶ）の生成を無効にし、従って、バッテリ充電電流への寄与を無効にする。
【００５２】
制御信号ＵＶ＊は、能動制御式基準電流発生器１１３内のＡＮＤゲート１９０にソースコントローラ８６によって送出される充電可能制御信号Ｃｈ＿ｅｎと共に与えられ、従って、有効化トランジスタ１０８をオンにしてＩｒｅｆを生成可能にするためには、これら制御信号の両方を「１」に設定しなければならない。従って、Ｖｂａｔが十分高く（Ｖｂａｔ＞Ｖ（ＵＶ）；ＵＶ＝‘０’）、かつソースコントローラ８６（及び最終的にはマイクロコントローラ１００）が基準電流発生器１１３を作動させなければならないと確認した場合にのみ、基準電流発生器１１３を有効化する。Ｖｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）（ＵＶ＝‘１’）の場合に、有効化トランジスタ１０８はオフであり、基準電流発生器１１３は、Ｉｒｅｆの生成を無効にされ、従って、バッテリ充電電流への寄与を無効にされる。
【００５３】
Ｖｂａｔ測定回路１１１内のプルダウントランジスタ１９２は、ＵＶによってゲート制御されるので、Ｖｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）（ＵＶ＝‘１’）の場合にＰチャネルトランジスタ１１４のゲートは‘０’へ引かれてこのトランジスタをオンにする。要するに、増幅器１１２は、トランジスタ１９２がその出力を接地に引くことによってこの出力を隠すことになるので、このモードでは実質的に無効になる。Ｖｂａｔ＞Ｖ（ＵＶ）（ＵＶ＝‘０’）の場合に、プルダウントランジスタ１９２はオフであり、増幅器１１２は作動してＶｂａｔを測定し、並びに定電流から定電圧充電への移行をもたらすために能動充電経路内のトランジスタ１１４を制御する。
【００５４】
基準電流発生器１６０及び１１３、並びに測定回路１１１をＶｂａｔの関数として有効及び無効にするための本発明の開示の回路はあくまでも例示であり、別の回路を用いることができることに注意されたい。
【００５５】
改善されたソース回路１５６のこの説明を基にして、ここでその作動を説明並びに理解することができる。Ｖｂａｔが重篤に消耗している、つまりＶｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖの場合に、ソース１５６は、受動的に生成される制御信号ＵＶ＝‘１’によって不足電圧基準電流発生器１６０を有効にして、調節不能な小基準電流Ｉｒｅｆ（ＵＶ）を発生させ、従って、バッテリ３６を充電するための小さい調節不能な電流Ｉａｃｔｉｖｅを発生させる。能動制御式基準電流発生器１１３及びＶｂａｔ測定回路１１１は、上述のようにこのモードでは無効にされる。このモードでは、ソース１５６の作動は能動的に生成される制御信号なしで行われるということに注意されたい。制御信号Ｉｔｒｉｍ、Ｖｔｒｉｍ、及びＣｈ＿ｅｎの状態は、そのような信号を受信するソース１５６内の回路が実質的に無効にされるので無関係である。
【００５６】
基準電流発生器１６０が、バッテリ３６がもはやそれほどの消耗ではない点までそれを充電した場合に、つまりＶｂａｔ＞Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖ（ＵＶ＝‘０’）の場合に、不足電圧基準電流発生器１６０は無効にされ、能動制御式基準電流発生器１１３が有効にされる。従って、充電電流Ｉａｃｔｉｖｅは、Ｖｂａｔが増加しているとすれば今や確実に生成されるＩｔｒｉｍ制御信号を用いてＩｒｅｆを調節することにより、調節（及び増大）が可能である。Ｖｂａｔ測定回路１１１も、有効にされて確実に制御可能であり、従って、上述の方法でソース１５６を定電流充電から定電圧充電へ移行させるように機能することができる。要するに、このモードでは、ソース１５６は、図２のソース５６と同様に作用する。
【００５７】
図５Ｃは、重篤消耗バッテリ３６（すなわち、Ｖｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖの場合）が受け入れるバッテリ充電電流Ｉｂａｔを生成するための改善された充電回路１８０の作動を従来技術に関して図３Ｂで上述したものと同様に一般的に説明している。Ｖｂａｔ＜Ｖ（ＵＶ）の場合に、小さい調節不能な充電電流（Ｉａｃｔｉｖｅ＝Ｍ＊Ｉｒｅｆ（ＵＶ））がソース１５６によって生成される。この充電電流は、重篤消耗バッテリ３６への損傷を防止するのに十分に小さいだけではなく、更に不足電圧基準電流発生器１６０内の電流ソース１８５によって供給される一定で非電源依存値のＩｒｅｆ（ＵＶ）に起因して一定に保たれる。Ｖｂａｔのこのような低値時に定充電電流を供給することは、上述のようにＶｂａｔの値が低いほど不要に高いトリクル電流を生成した従来技術に使用されるトリクル充電経路の作動と比べて、非常に好ましいということに注意されたい。
【００５８】
ＶｂａｔがＶ（ＵＶ）＝２．０Ｖに達し、もはや重篤消耗ではない状態で、Ｖｂａｔが増加しているとすればソース１５６及びその能動的に生成される制御信号の信頼できる作動を仮定することができるので、能動制御式基準電流発生器１１３が有効にされる。しかし、バッテリ３６はこの時点（＜Ｖｔ１＝２．７Ｖ）ではまだ有意に消耗しており、従って、今や有効となった能動制御式基準電流発生器１１３を設定してＩｔｒｉｍ制御信号によってＩｒｅｆに関する最大値を供給することは得策ではない場合がある。従って、図示のように、Ｉｔｒｉｍ制御信号は、バッテリ３６がもはや有意な消耗でなくなるまで（すなわち、Ｖｂａｔ＞Ｖｔ１＝２．７Ｖの時）、好ましくは、Ｉｒｅｆ及び従ってＩａｃｔｉｖｅ＝Ｍ＊Ｉｒｅｆを徐々に増加させるようにアサートされ、その時点でＩｒｅｆは、Ｉｔｒｉｍによって上限又は最大限度に設定される。しかし、能動制御式基準電流発生器１１３によって最後に生成されるバッテリ充電電流Ｍ＊Ｉｒｅｆは、それが徐々に増加するとしても、不足電圧基準電流発生器１６０によって生成されるＭ＊Ｉｒｅｆ（ＵＶ）よりも大きいことが好ましい。上述の場合のように、定電流充電は、Ｖｂａｔ＝Ｖｔ２＝４．０Ｖまでこのレベルで継続することができ、その時点で定電圧充電が始まり、バッテリ３６の充電が完了する（Ｖｂａｔ＝Ｖｍａｘ＝４．２Ｖで）まで継続する。
【００５９】
改善された充電回路１８０は、上述のように過電圧スイッチ６０を通した漏れ電流を阻止するために用いるダイオード５４（図２）を欠いているので、この懸念に対処するために別の手段を取ることができる。例えば、米国特許第６，０２０，７７８号明細書は、Ｐチャネルパストランジスタ及びＮチャネルパストランジスタを共に含む過電圧スイッチ６０のために使用可能なトランスミッションゲートに関する回路を開示している。更に、米国特許第６，０２０，７７８号明細書には、Ｐチャネルパストランジスタのウェルをトランスミッションゲートのいずれか一方の側で電圧の最大値にバイアスし、Ｐチャネルパストランジスタのウェルをこれらの低い方の電圧にバイアスする回路を開示している。
【００６０】
マイクロコントローラ１００及びソースコントローラ８６を通して行われるものとしてソース１５６の制御を開示したが、このような分割制御は厳密に言えば必要ではない。代わりに、充電回路１８０のための制御回路を単一集積回路のような別のＩＭＤ設計に統合することができる。充電回路１８０自体も、上述のＡＳＩＣにおけるようにそのような制御回路と統合することができる。
【００６１】
開示した技術は、バッテリ容量と関連する履歴パラメータに従ってＩＭＤの耐用期間にわたってバッテリ充電電流を調節する上記参照の米国仮特許出願第６１／９２８，３５２号明細書に開示するバッテリ充電技術と併せて用いることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１１１  Ｖｂａｔ測定回路
１１２  増幅器
１１３  基準電流発生回路
１５６  改善された電流／電圧ソース回路
１８８  有効化トランジスタ
【図１Ａ】
2017509309.tif 000003
【図１Ｂ】
2017509309.tif 000004
【図２】
2017509309.tif 000005
【図３Ａ】
2017509309.tif 000006
【図３Ｂ】
2017509309.tif 000007
【図４】
2017509309.tif 000008
【図５Ａ】
2017509309.tif 000009
【図５Ｂ】
2017509309.tif 000010
【図５Ｃ】
2017509309.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月19日(2016.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込可能な医療デバイスのためのバッテリ充電回路であって、
バッテリ電圧を有し、かつバッテリ充電電流を受け入れるように構成された再充電可能なバッテリと、
無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路と、
前記バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示すように構成された不足電圧検出回路と、
ソース回路と、を含み、前記ソース回路は、
前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも低いことを前記不足電圧検出回路が示す時に前記ソースから前記バッテリまでの能動充電経路に沿って前記バッテリ充電電流としての第１のバッテリ充電電流、及び
前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも高いことを前記不足電圧検出回路が示す時に前記ソースから前記バッテリまでの前記能動充電経路に沿って前記バッテリ充電電流としての第２のバッテリ充電電流、を生成するように構成され、
前記第１のバッテリ充電電流が該第２のバッテリ充電電流よりも小さい、
ことを特徴とする回路。
【請求項２】
前記ソース回路は、基準電流から前記バッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記電流ミラーは、前記ＤＣ電圧によって給電されることを特徴とする請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記ソース回路は、第１の基準電流発生器及び第２の基準電流発生器を更に含み、
前記第１及び第２の基準電流発生器は、基準電流を供給するために相互に排他的に有効にされるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回路。
【請求項５】
前記第１の基準電流発生器は、前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも低いことを前記不足電圧検出回路が示す時に有効にされ、
前記第２の基準電流発生器は、前記バッテリ電圧が前記閾値電圧よりも高いことを前記不足電圧検出回路が示す時に有効にされる、
ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記第１のバッテリ充電電流の大きさが、前記ＤＣ電圧の大きさに無関係であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項７】
前記第１のバッテリ充電電流の大きさが、調節可能ではないことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回路。
【請求項８】
前記第２のバッテリ充電電流の大きさが、１又は２以上の制御信号に従って調節可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項９】
前記フロントエンド回路は、前記無線充電場によって励起されるように構成されたコイルと、該励起されたコイルから前記ＤＣ電圧を生成するように構成された整流器回路と、を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１０】
前記不足電圧検出回路は、制御信号によって制御されないことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１１】
前記不足電圧検出回路は、不足電圧制御信号を前記ソース回路に送出し、
前記不足電圧制御信号は、前記バッテリ電圧が閾値電圧の上又は下であるかを示す、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１２】
前記バッテリ充電電流を前記バッテリに伝達するように構成されたスイッチを更に含み、
前記スイッチは、バッテリ電圧測定回路によって制御される、
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１３】
前記スイッチは、前記バッテリ電圧に従って制御可能であることを特徴とする請求項１２に記載の回路。
【請求項１４】
前記ＤＣ電圧と前記バッテリ電圧の間に受動トリクル充電経路を含まないことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の回路。
【国際調査報告】
2017509309.tif 000012
2017509309.tif 000013