ES2349480T3

ES2349480T3 - Protección de pilas y baterías y sistema de reactivación de pilas y baterías con tensión nula para dispositivo médico implantable.

Info

Publication number: ES2349480T3
Application number: ES06839472T
Authority: ES
Inventors: Yuping He; David K.L. Peterson
Original assignee: Boston Scientific Neuromodulation Corp
Current assignee: Boston Scientific Neuromodulation Corp
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2011-01-04
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: EP2072080B1; CA2632755A1; US20170281950A1; EP2072080A3; DE602006016003D1; US10118045B2; US10974055B2; WO2007067825A1; US20110208269A1; US7962222B2; US9687663B2; JP2009518144A; US20070129768A1; EP1960048B1; EP2072080A2; ATE476224T1; US20190030344A1; EP1960048A1; JP4940244B2; CA2632755C

Abstract

Un circuito (500) de protección y reactivación para un dispositivo médico implantable, que comprende: recargable una pila o batería (180) recargable un controlador (684) de carga para cargar la pila o batería (180) un primer camino de carga entre el controlador (684) de carga y un terminal de la pila o batería (180) para cargar la pila o batería a través de al menos un diodo (501), donde el primer camino de carga está activo para cargar la pila o batería con tensión nula cuando una tensión de la pila o batería está por debajo de un umbral; y un segundo camino de carga entre el controlador (684) de carga y el terminal de la pila o batería (180) para cargar la pila o batería a través de un primer interruptor (503) conmutable donde el segundo camino de carga está activo para cargar la pila o batería (180) cuando un voltaje de la pila o batería está por encima del umbral.

Description

REFERENCIAS CRUZADAS A SOLICITUDES RELACIONADAS

Esta solicitud de patente internacional reivindica prioridad sobre la solicitud de

Patente Provisional U.S. Nº de Serie 60/748,240, presentada el 7 de diciembre de

2005.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a circuitos y técnicas para protección de pilas o baterías y reactivación de pilas o baterías preferiblemente para su uso en un dispositivo médico implantable como un dispositivo estimulador implantable, o más específicamente un generador de impulsos implantable.

ANTECEDENTES

Los dispositivos de estimulación implantables generan y suministran estímulos eléctricos a nervios del cuerpo y tejidos para la terapia de varios desórdenes biológicos, como marcapasos para tratar arritmia cardíaca, desfibriladores para tratar fibrilación cardíaca, estimuladores cocleares para tratar la sordera, estimuladores de retina para tratar la ceguera, estimuladores musculares para producir movimientos coordinados de los miembros, estimuladores de la médula espinal para tratar dolores crónicos, estimuladores de la corteza y la masa cerebral para tratar desórdenes motores y psicológicos, y otros estimuladores neuronales para tratar incontinencia urinaria, apnea del sueño, subluxación de espalda, etc. La presente invención puede encontrar aplicación en todas estas aplicaciones, aunque la descripción que sigue se enfocará en general en el uso de la invención dentro del sistema de Estimulación de la Médula Espinal (SCS), tal y como se describe en la Patente U.S. 2007/0038250.

La estimulación de la médula espinal es un método clínico aceptado para reducir el dolor en ciertas poblaciones de pacientes. Un sistema SCS incluye típicamente un Generador de Impulsos Implantable (IPG) o transmisor y receptor de Radio Frecuencia (RF), electrodos, al menos un conductor de electrodo, y, opcionalmente, al menos un prolongador de conductor de electrodo. Los electrodos, que residen en un extremo distal del conductor de electrodo, son implantados típicamente a lo largo de la dura de la médula espinal, y el transmisor IPG o RF genera impulsos eléctricos que son suministrados a través de electrodos a las fibras nerviosas en la columna espinal. Los contactos individuales de electrodo (los “electrodos”) están dispuestos según un esquema deseado y separados para crear una disposición de electrodos. Los cables individuales en uno o más conductores de electrodo conectan con cada electrodo en la disposición. El/Los conductor/es de electrodo salen de la columna espinal y generalmente se unen a uno o más prolongadores de conductor de electrodo. Los prolongadores de conductor de electrodo, a su vez, son típicamente conducidos alrededor del torso del paciente a una cavidad subcutánea donde se implanta el transceptor IPG o RF. Alternativamente, el conductor de electrodo puede conectarse directamente con el transceptor IPG o RF. Para ejemplos de otros sistemas SCS y otros sistemas de estimulación, ver las Patentes U.S. 3.646.940 y

3.822.708. Naturalmente, los generadores de impulsos implantables son dispositivos activos que necesitan energía para funcionar, tal como proporciona una pila o batería implantada o una fuente de energía exterior.

Como debe ser obvio, un IPG necesita energía eléctrica para funcionar. Tal energía puede ser suministrada en varias formas distintas, tales como el uso de una pila o batería recargable o no recargable o mediante inducción electromagnética (EM) suministrada por un cargador externo, o por combinaciones de éstos y otros medios que se describen con más detalle en la Patente U.S. 6.553.263 (“la patente ‘263”). Quizás el favorito de estos medios es utilizar una pila o batería recargable en el IPG, tal como una pila o batería de ion litio o una pila o batería de polímero de ion litio. Una pila o batería recargable de este tipo puede suministrar generalmente suficiente energía para hacer funcionar un IPG durante un período suficiente (por ejemplo, un día

: o más) entre recargas. La recarga puede producirse mediante el uso de inducción EM, en la cual se envían campos EM al IPG desde un cargador externo. Así, cuando la pila

: o batería necesita recarga, el paciente en el que está implantado el IPG puede activar el cargador externo para, percutáneamente (es decir, a través de la carne del paciente), cargar la pila o batería (por ejemplo, por la noche cuando el paciente está durmiendo o durante otros períodos adecuados).

Las bases de este sistema se muestran en la Figura 1, que es ampliamente descriptiva del contenido que deriva de la patente ‘263. Como se muestra, el sistema comprende como partes importantes el cargador externo 208 y el IPG 100. Como se indicó, una bobina 279 en el cargador 208 produce un campo 290 EM capaz de conseguir la transmisión percutánea a través de la carne 278 del paciente. El cargador 208 externo puede alimentarse por cualquier medio conocido, tal como con una pila o batería o enchufándolo a una toma de pared, por ejemplo. El campo 290 EM es recibido en el IPG 100 por otra bobina 270, y en consecuencia se induce un voltaje AC en dicha bobina 270. Este voltaje AC a su vez se rectifica a un voltaje DC en el rectificador 682, que puede comprender un circuito puente estándar. (Puede haber adicionalmente datos telemétricos asociados con el campo 290 EM, pero este detalle es ignorado como no pertinente en la presente descripción). El voltaje DC rectificado es a su vez enviado a un controlador 684 de carga, que funciona generalmente para regular el voltaje DC y para producir una salida ya sea a voltaje constante o a corriente constante según sea necesario para recargar la pila o batería 180. La salida del controlador 684 de carga, es decir, cuan agresivamente carga la pila o batería 180 el controlador de carga, es independiente del voltaje de la pila o batería, Vbat, como se explicará con más detalle más tarde. (El controlador 684 de carga puede también ser utilizado para informar del estado de carga de la pila o batería 180 al cargador 208 externo vía telemetría de retorno utilizando la bobina 270, como se describe en la solicitud ‘263; sin embargo, debido a que esta función no es particularmente relevante para esta descripción, no se discute más).

La salida del controlador 684 de carga tiene a su vez dos interruptores 701, 702 que respectivamente evitan que la pila o batería 180 se sobrecargue o sobre-descargue. Como se muestra, estos transistores son transistores de canal N que estarán “activados”, y por tanto capaces de conectar la salida del controlador 684 de carga a la pila o batería 180 cuando sus puertas están polarizadas. El control de estas puertas está proporcionado por un circuito 686 de protección de la pila o batería, que recibe la corriente y el voltaje de la pila o batería, Ibat y Vbat, como señales de control, de nuevo como será explicado con más detalle mas adelante. Por ejemplo, siempre que la pila o batería 180 tenga un voltaje demasiado alto, el circuito 686 de protección de la pila o batería desconectará la puerta del transistor 701 de sobrecarga para proteger la pila o batería de más carga. Puede utilizarse también un fusible colocado entre los transistores 701, 702 y la pila o batería 180 para proteger más la pila o batería de eventos de muy alta corriente (no mostrados). La pila o batería 180 está acoplada a una de varias cargas en el IPG 100, como los circuitos de estimulación del electrodo, es decir, los circuitos que finalmente alimenta la pila o batería 180. La pila o batería 180 está acoplada a tales cargas a través de un interruptor 504 de carga, que puede aislar la pila o batería 180 de la carga para proteger una de los efectos adversos de la otra. Preferiblemente este interruptor 504 de carga es parte del controlador 684 de carga, que puede comprender su propio circuito integrado, aunque esto no es estrictamente necesario.

Como se trató en la patente ‘263 arriba referenciada, los circuitos 684 de carga puede cargar la pila o batería 180 de diferentes formas, dependiendo del estado de voltaje de la pila o batería, Vbat. Sin repetir el contenido de dicha descripción, tal carga selectiva de la pila o batería 180 es beneficiosa para cargar la pila o batería con seguridad, particularmente cuando se utiliza una pila o batería basada en ion litio. Esencialmente, este esquema de carga segura carga la pila o batería 180 con corrientes menores cuando el voltaje de la pila o batería Vbat está significativamente agotado, y carga con corrientes más altas cuando el voltaje de la pila o batería está aun bajo de carga pero a niveles más altos y seguros.

Considerando una realización en la que Vbat=4,2V representa un voltaje nominal de la pila o batería 180. Cuando Vbat<2,5V, el controlador 684 de carga cargará “con lentitud” la pila o batería 180 con una corriente de bajo nivel, por ejemplo, Ibat=10mA. A medida que la pila o batería se carga y que Vbat aumenta, pueden utilizarse corrientes de carga más altas. Por ejemplo, una vez que Vbat>2,5V, el controlador 684 de carga puede establecer una corriente de carga de Ibat=50mA. Una vez que el voltaje nominal de 4,2V está próximo, el controlador 684 de carga puede continuar cargando la pila o batería 180 suministrando un voltaje constante en lugar de una corriente constante en su salida, la cual según continúa la carga revela un debilitamiento gradual de la corriente de la pila o batería. La relación entre Vbat e Ibat durante la carga de la pila o batería se ilustra gráficamente en la figura 2. Naturalmente, estos valores varios de corriente y voltaje son simplemente ejemplos, y otros parámetros pueden ser adecuados dependiendo del sistema que se trate. Además, se pueden utilizar más de dos niveles de corriente de carga (por ejemplo, 10 mA, 25mA y 50 mA) en un modo escalonado.

Como se señaló anteriormente, el circuito 686 de protección de la pila o batería evita daños potenciales en la pila o batería durante la carga desconectando la pila o batería del controlador 684 de carga. Específicamente, si Vbat excede un valor de seguridad (por ejemplo, mayor de 4,2V), entonces el transistor 701 de sobrecarga es desactivado por el circuito 686 de protección de la pila o batería para bloquear que continúe cargándose. De la misma forma, si el voltaje de la pila o batería es menor que un valor predeterminado y si Ibat excede un valor predeterminado, el transistor 702 de sobre-descarga se desactiva para evitar la descarga de la pila o batería. Aunque se ha descrito controlando dos transistores 701, 702, el circuito 686 de protección de la pila o batería puede controlar un único transistor desactivador de protección que funciona para desactivar la pila o batería 180 tanto durante la sobrecarga como durante la sobre-descarga. El interruptor 504 de carga pude ser controlado igualmente para aislar los componentes con objeto de protegerlos de voltajes y corrientes adversos.

Aunque los circuitos de carga y protección de la Figura 1 son adecuados, su funcionalidad puede quedar en riesgo a voltajes de la pila o batería extremadamente bajos. Como explica la patente ’263, esto es debido a que el circuito 686 de protección de la pila o batería está alimentado por el voltaje de la pila o batería, Vbat, y por lo tanto cuando Vbat es extremadamente bajo (por ejemplo, cerca de cero Voltios), los circuitos 686 de protección de la pila o batería pueden no funcionar como se desea. A este respecto, observar que cuando Vbat es extremadamente bajo, y por tanto cuando la pila o batería 180 está necesitando carga, el circuito 686 de protección de la pila o batería necesita ser capaz de activar los transistores 701 y 702, o si no el controlador 684 de carga no será capaz de pasar la corriente de carga, Ibat, a la pila o batería. Sin embargo, cuando Ibat es baja, el circuito 686 de protección de la pila o batería puede tener dificultades para generar suficiente voltaje para activar las puertas de los transistores de canal N 701 y 702. Específicamente, los circuitos 686 de protección de la pila o batería tienen que ser capaces de producir un voltaje de puerta para los transistores que sea mayor que Vgs (es decir, la diferencia de potencial entre la puerta y la fuente de los transistores). Brevemente, los circuitos de protección de la pila o batería necesitan ser capaces de producir un voltaje de puerta que exceda un voltaje umbral (Vt) de los transistores dados los voltajes de fuente aparentes en los transistores. Si Vbat está por debajo de éste voltaje umbral, el circuito 686 de protección de la pila o batería puede no ser capaz de producir un voltaje de puerta adecuadamente alto para activar los transistores 701 y702.

Si esto ocurriera, la pila o batería 180 no se puede cargar, a pesar de que Vbat es bajo y por tanto la pila o batería 180 tiene mucha necesidad de cargarse. En otras palabras, los circuitos de carga y protección en la Figura 1 son potencialmente susceptibles de fallo cuando Vbat es extremadamente bajo, es decir, con tensión nula

o cerca de la tensión nula. En el peor de los casos esto significaría que el IPG 100 es irrecuperable, y si está implantado en un paciente, puede requerir el drástico paso de la retirada quirúrgica y sustitución del dispositivo. Pero esto es lamentable, porque los pacientes en los que están implantados IPGs pueden no ser necesariamente fiables respecto a que carguen diligentemente sus dispositivos implantados, y así el riesgo de una pila o batería agotada, irrecuperable es muy real.

Como resultado, serían beneficiosos circuitos mejorados y técnicas de protección y reactivación de la tensión nula para pilas o baterías en dispositivos médicos implantables. Tales soluciones se proporcionan aquí.

SUMARIO

Se proporciona una solución a este problema mediante un circuito y un método de recarga de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Se describe unos circuitos que se puede utilizar para proteger y cargar con fiabilidad una pila o batería recargable, incluso desde una situación de cero voltios, y que es particularmente útil cuando se emplea en un dispositivo médico implantable. El circuito incluye dos caminos de carga, un primer camino para cargar lentamente la pila o batería a una corriente relativamente baja cuando el voltaje de la pila o batería está por debajo de un umbral, y un segundo camino para cargar la pila o batería a corrientes relativamente más altas cuando el voltaje de la pila o batería está por encima de un cierto umbral. Se utiliza un diodo pasivo en el primer camino de carga lenta que permite carga lenta incluso cuando el voltaje de la pila o batería es demasiado bajo para una conmutación fiable, mientras que en el segundo camino de carga a corriente más alta se utiliza un interruptor conmutable (preferiblemente un transistor PMOS) cuando el voltaje es mas alto y el interruptor puede por tanto ser conmutado con mas fiabilidad. Un segundo diodo entre los dos caminos asegura que no hay fugas al substrato a través del interruptor conmutable durante la carga lenta. La carga se acopla a la pila o batería a través del interruptor, y preferiblemente a través de un segundo interruptor específicamente utilizado para desacoplar la carga.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

El anterior y otros aspectos de la presente invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción más particular del mismo, presentada conjuntamente con los siguientes dibujos en los que:

La Figura 1 ilustra un sistema de la técnica anterior que comprende un cargador externo para cargar un generador de impulsos implantable (IPG), y muestra los aspectos del controlador de carga y de la protección de la pila o batería del IPG.

La Figura 2 muestra gráficamente la relación entre el voltaje de la pila o batería y la corriente de la pila o batería durante la carga de la pila o batería según ordena el controlador de carga de la Figura 1.

La Figura 3 muestra un diagrama de bloques que ilustra un ejemplar implantable, externo, y componentes quirúrgicos de un sistema de estimulación (SCS) de la médula espinal que emplea un dispositivo estimulador implantable de acuerdo con la presente invención.

La Figura 4 muestra varios componentes del sistema SCS de la Figura 1.

La Figura 5 muestra un diagrama de bloques que ilustra los componentes principales de una realización de un dispositivo estimulador implantable en el que puede utilizarse la invención.

La Figura 6 muestra un diagrama de bloques que ilustra otra realización de un dispositivo estimulador implantable en el que puede utilizarse la invención.

La Figura 7 es similar al sistema ilustrado en la Figura 1, pero incluye circuitos mejorada de protección de la pila o batería y de reactivación de la tensión nula de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura 8 ilustra los diversos sensores utilizados conjuntamente con los circuitos mejorados de protección de la pila o batería y de reactivación de la tensión nula de la Figura 7.

La Figura 9 ilustra el interruptor principal utilizado en los circuitos mejorados de protección de la pila o batería y de reactivación de la tensión nula de la Figura 7, y muestra las vías de corrientes parásitas que pueden existir.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La siguiente es la descripción de la mejor forma contemplada actualmente para llevar a cabo la invención. Esta descripción no ha de tomarse en sentido limitativo, sino que está realizada simplemente con el propósito de describir los principios generales de la invención. El alcance de la invención debe determinarse con referencia a las reivindicaciones y sus equivalentes.

Antes de tratar sobre los aspectos de protección de la pila o batería y reactivación de la tensión nula de la invención que es el objeto de esta descripción, se presenta primero para que se vea completa con respecto a las Figuras 3-6, los circuitos, estructura y función de un dispositivo estimulador implantable en el que pueden utilizarse los circuitos y técnica descritos. El dispositivo estimulador implantable descrito puede comprender un generador (IPG) de impulsos implantable, o estimulador eléctrico similar y/o sensor eléctrico, que pueden ser utilizados como un componente de numerosos tipos diferentes de sistemas de estimulación. Más específicamente, la descripción que sigue se refiere al uso de la invención en un sistema de estimulación (SCS) de médula espinal como un ejemplo de realización. Sin embargo ha de entenderse que la invención no es así de limitada. Por el contrario, la invención puede ser utilizada con cualquier tipo de circuitos eléctricos implantables que pueda beneficiarse de las técnicas de protección de la pila o batería y reactivación de cero Voltios. Por ejemplo, la presente invención puede utilizarse como parte de un marcapasos, una bomba implantable, un desfibrilador, un estimulador coclear, un estimulador de retina, un estimulador configurado para producir movimientos coordinados de los miembros, un estimulador de la corteza o masa cerebral, o en cualquier otro estimulador configurado para tratar incontinencia urinaria, apnea del sueño, subluxación de espalda, etc. Además la técnica puede utilizarse también en dispositivos no médicos y/o no implantables, es decir, en cualquier dispositivo o sistema en el que sea necesaria o deseable la reactivación de la tensión nula y/o protección de una pila o batería.

Pasando primero a la Figura 3, se muestra un diagrama de bloques que ilustra los distintos componentes de un ejemplo de sistema SCS en el que puede utilizarse la invención. Estos componentes pueden subdividirse en tres amplias categorías: componentes 10 implantables, componentes 20 externos y componentes 30 quirúrgicos. Como se ve en la figura 3, los componentes 10 implantables incluyen un generador (IPG) 100 de impulsos implantable, una disposición 110 de electrodos y (según sea necesario) un prolongador 120 de conductor. El prolongador 120 puede utilizarse para conectar eléctricamente la disposición de electrodos al IPG 100. En una realización ejemplo, el IPG 100, descrito abajo más ampliamente con relación a las Figuras 5 y 6, puede comprender un generador de impulsos recargable, multicanal y controlado telemétricamente, alojado en una caja redonda de aleación de titanio de alta resistividad para reducir el calentamiento por corrientes parásitas durante el proceso de carga inductivo. El IPG 100 puede proporcionar estimulación eléctrica a través de una multiplicidad de electrodos, por ejemplo dieciséis electrodos E1 hasta E16, incluidos en la disposición 110 de electrodos.

A este respecto, el IPG 100 puede incluir circuitos eléctricos de estimulación (“electrónica de estimulación”), una fuente de energía, por ejemplo, una pila o batería recargable y un sistema telemétrico, éste último particularmente relevante para las realizaciones de la invención descrita. Típicamente, el IPG 100 se coloca en una cavidad realizada quirúrgicamente, bien en el abdomen o justo en la parte superior de las nalgas. Naturalmente, puede también ser implantado en otros lugares del cuerpo del paciente. Una vez implantado, el IPG 100 se conecta al sistema de conductores, que comprende el prolongador 120 de conductor, si es necesario, y la disposición 110 de electrodos. El prolongador 120 de conductor, por ejemplo, puede ser introducido hasta la columna espinal. Una vez implantado y que se haya completado cualquier periodo de prueba de estimulación, el sistema 110 de conductor y la prolongación 120 de conductor están previstos para ser permanentes. Por el contrario, el IPG 100 puede ser sustituido si falla.

Como se ve claramente en la Figura 4, y como también ilustra la Figura 3, la disposición 110 de electrodos y su sistema conductor asociado típicamente sirven típicamente de interfaz con el generador (IPG) 100 de impulsos implantable por medio del sistema 120 prolongador de conductor que se acaba de mencionar. La disposición 110 de electrodos puede también conectarse a un estimulador 140 de prueba externo, mediante el uso de un prolongador 132 de conductor percutáneo y/o un cable 134 externo. El estimulador 140 de prueba externo incluye típicamente la misma o similar circuitos de generación de impulsos que el IPG 100, y se utiliza para pruebas, por ejemplo, durante 7-10 días, después de que la disposición de electrodos se ha implantado y antes de la implantación del IPG 100, para probar la efectividad de la estimulación que se va a proporcionar.

Todavía con referencia a las Figuras 3 y 4, y como se señaló anteriormente, puede utilizarse un programador (HHP) 202 manual para controlar el IPG 100 por medio de un enlace 201 de comunicaciones adecuado no invasivo, por ejemplo, un enlace RF. Dicho control permite encender y apagar el IPG 100, y generalmente permite al paciente o clínico fijar los parámetros de estimulación, por ejemplo, amplitud de impulso, ancho y frecuencia, dentro de los límites prescritos. El HHP 202 puede también ser enlazado con el estimulador 140 de prueba externo a través de otro enlace 205’, por ejemplo, un enlace de infrarrojo. La programación detallada del IPG 100 se consigue preferiblemente mediante el uso de un programador (CP) 204 (Figura 3) clínico externo, que puede también ser de mano y que puede ser acoplado directamente al IPG 100 vía un enlace 201a o indirectamente a través del HHP 202. Un cargador 208 externo, acoplado no invasivamente con el IPG 100 a través del enlace 290, por ejemplo, un enlace inductivo, permite que la energía almacenada o puesta de otro modo al alcance del cargador 208, sea a acoplada en la pila o batería 180 recargable alojada en el IPG 100, según se explicó en los Antecedentes.

Pasando a continuación a la Figura 5, se muestra un diagrama de bloques que ilustra los componentes principales de una realización de un generador (IPG) 100 de impulsos implantable en el que pueden utilizarse las realizaciones de la invención. Como se ve en la Figura 5, el IPG incluye un microcontrolador (µC) 160 conectado a los circuitos 162 de memoria. El µC 160 comprende típicamente un microprocesador y el circuito lógico asociado, que en combinación con los circuitos 166 de lógica de control, lógica 168 de temporización, y un oscilador y circuito 164 cronómetro, generan las señales necesarias de control y estado que permiten al µC 160 controlar el funcionamiento del IPG de acuerdo con un programa de funcionamiento seleccionado y unos parámetros de estimulación. (Un “microcontrolador” tal como aquí se utiliza debe entenderse como cualquier dispositivo integrado capaz de procesar señales in el IPG, incluyendo microcontroladores tradicionales, microprocesadores, u otros procesadores de señal, incluyendo aquellos que son de aplicación específica, como los circuitos integrados ASIC).

El programa de funcionamiento y los parámetros de estimulación son teleindicados al IPG 100, donde son recibidos vía la antena 250 (que puede incluir una bobina 170 y/o otros componentes de antena), procesados, por ejemplo, vía los circuitos 172 de telemetría RF, y pueden ser almacenados, por ejemplo, dentro de la memoria 162. Como se señaló anteriormente, los circuitos 172 de telemetría de RF demodulan la señal que recibe del HHP 202 o CP 204 para recuperar el programa de funcionamiento y /o los parámetros de estimulación. Más específicamente, las señales recibidas por la antena 250 se pasan a través del interruptor 254 de transmisión/recepción a los amplificadores y filtros 258. Desde allí, las señales recibidas son demoduladas (262) utilizando por ejemplo la demodulación tipo Modulación por Desplazamiento de Frecuencia (FSK), y los datos son entonces enviados al microcontrolador 160 para procesar o eventual almacenamiento. Cuando los circuitos 172 de telemetría RF se utilizan para transmitir información al HHP 202 o CP 204 para informar de alguna forma de su estado, el microcontrolador 160 envía los datos relevantes a los excitadores 256 de la transmisión, donde la portadora es modulada por los datos y amplificada para transmisión. El interruptor 254 transmisor/receptor sería entonces posicionado para comunicar con los excitadores 256 de transmisión, que a su vez mandan los datos a la antena 250 para ser emitidos por radio.

El microcontrolador 160 es además acoplado a circuitos 174 de monitorización vía el bus 173. Los circuitos 174 de monitorización vigilan el estado de diferentes nodos u otros puntos 175 por todo el IPG 100, por ejemplo, voltajes de la fuente de alimentación, valores de corriente, temperatura, la impedancia de los electrodos ligada a los distintos electrodos E1 . . . EN, y similares. Datos de información medidos a través del circuito 174 de monitorización pueden ser enviados a una posición remota externa al IPG (por ejemplo, una posición no implantada) a través de los circuitos 172 de telemetría vía la bobina 170.

La energía de funcionamiento para el IPG 100 puede tomarse de una fuente 180 de energía recargable, que puede comprender una pila o batería de ion litio o de polímero de ion litio, por ejemplo, como fue tratado anteriormente. La pila o batería recargable 180 proporciona un voltaje no regulado a los circuitos 182 de potencia. Los circuitos 182 de potencia, a su vez, generan los diferentes voltajes 184, algunos de los cuales son regulados y otros no, según requieran los diferentes circuitos ubicados en el IPG 100. En una realización preferida, la pila o batería 180 se carga mediante un campo electromagnético creado por un cargador 208 (Figuras 1, 3) portátil externo como ya se señaló. Cuando se sitúa cerca del IPG 100 (por ejemplo, a unos centímetros) un campo electromagnético que emana del cargador 208 portátil induce una corriente en la bobina 270 de carga (incluso a través de la piel del paciente). Esta corriente es entonces rectificada y regulada para cargar la pila o batería 180, como se explicó en los Antecedentes. También asociada con los circuitos de carga están los circuitos 272 de telemetría de carga, que son utilizados por ejemplo por el IPG 100 para dar información de retorno al cargador 208 portátil cuando la pila o batería está llena, y por lo tanto cuándo puede apagarse el cargador portátil.

En una realización ejemplo, cualquiera de los N electrodos puede ser asignado hasta a k grupos posibles o “canales”. En una realización preferida, k puede ser igual a cuatro. Además, cualquiera de los N electrodos puede funcionar, o ser incluido en cualquiera de los k canales. El canal identifica que electrodos son seleccionados para de manera síncrona generar o absorber corriente para crear un campo eléctrico en el tejido que ha de ser estimulado. Las amplitudes y las polaridades de los electrodos en un canal pueden variar, por ejemplo, controladas por el HHP 202. Típicamente se utiliza un software de programación externa en el CP 204 para poner los parámetros, incluyendo la polaridad del electrodo, amplitud, frecuencia de impulso y ancho de impulso para los electrodos de un canal dado, entre otras posibles características programables.

Los N electrodos programables pueden ser programados para tener polaridad positiva (que genera corriente), negativa (que absorbe corriente), o sin polaridad (sin corriente) en cualquiera de los k canales. Además, cada uno de los N electrodos puede funcionar en un modo bipolar o multipolar, por ejemplo, cuando dos o más contactos de electrodo son agrupados para generar/absorber corriente al mismo tiempo. Alternativamente, cada uno de los N electrodos puede funcionar en un modo monopolar donde, por ejemplo, los contactos de electrodo asociados con un canal son configurados como cátodos (negativo), y el electrodo del caso (es decir, el caso IPG) es configurado como un ánodo (positivo).

Además, la amplitud del impulso de corriente que está siendo generado o absorbido hacia o desde un contacto de electrodo dado puede ser programada a uno entre varios niveles de corriente discretos, por ejemplo, entre 0 y 10 mA en pasos de

0.1 mA. También, el ancho del impulso de los impulsos de corriente es preferiblemente ajustable en incrementos convenientes, por ejemplo, entre 0 y 1 milisegundos (ms) en incrementos de 10 microsegundos (µs). De forma similar, la frecuencia de los impulsos es ajustable preferiblemente dentro de límites aceptables, por ejemplo, entre 0 y 1000 Hz. Otras características programables pueden incluir arranque lento/final en rampa, ciclo de estimulación a ráfagas (activo durante un tiempo X, inactivo durante un tiempo Y), y modos de detección en lazo abierto o cerrado.

Los impulsos de estimulación generados por el IPG 100 pueden ser equilibrados en carga. Esto significa que la cantidad de carga positiva asociada a un impulso de estímulo dado es compensada con una carga negativa igual y opuesta. El equilibrado en carga puede conseguirse mediante condensadores Cx de acoplamiento, que proporcionan una descarga de condensador pasiva que consigue la deseada condición de equilibrado en carga. Como alternativa, pueden utilizarse impulsos activos bifásicos o multifásicos con fases positivas y negativas que están equilibradas para conseguir la necesaria condición de equilibrado en carga.

Brevemente, el IPG 100 es capaz de controlar individualmente las corrientes en los N electrodos. Controlando la corriente de salida de los circuitos 186 Corriente Digital a Analógica (DAC) utilizando el microcontrolador 160, en combinación con la lógica de control 166 y la lógica 168 de temporización, permite que cada contacto de electrodo sea emparejado o agrupado con otros contactos de electrodo, incluyendo el electrodo monopolar del caso, para controlar la polaridad, amplitud, frecuencia, ancho de impulso y canal a través del cual se proporcionan los impulsos de corriente de estímulo.

Como se muestra en la Figura 5, gran parte de los circuitos incluida en el IPG 100 puede ser realizado en un único circuito (ASIC) 190 integrado específico de la aplicación. Esto permite que el tamaño total del IPG 100 sea bastante pequeño y fácilmente alojado dentro de una caja adecuada sellada herméticamente. El IPG 100 puede incluir N conexiones interfaciales para permitir que el contacto eléctrico sea realizado individualmente desde el interior de la caja herméticamente sellada con los N electrodos que forman parte de sistema conductor fuera de la caja.

Como se señaló anteriormente, en uso, el IPG 100 puede situarse en una cavidad realizada quirúrgicamente, por ejemplo, en el abdomen o justo en la parte superior de las nalgas, y conectado de forma desmontable al sistema conductor (que comprende la prolongación 120 de conductor opcional y la disposición 110 de electrodos). Mientras que el sistema conductor está pensado para ser permanente, el IPG 100 puede ser sustituido en caso de fallar.

Las características de telemetría del IPG 100 permiten comprobar el estado del IPG. Por ejemplo, cuando el HHP 202 y/o el CP 204 inician una sesión de programación con el IPG 100, la capacidad de la pila o batería es teleindicada de forma que el programador externo puede calcular el tiempo estimado para la recarga. Cualesquiera cambios realizados en los parámetros de estímulo actuales son confirmados a través de telemetría de retorno, asegurando de esta forma que dichos cambios han sido correctamente recibidos e implementados en el sistema de implante. Además, a pregunta del programador externo, todos los ajustes programables almacenados en el sistema 10 de implante pueden ser cargados a uno o más programadores externos.

Pasando a continuación a la Figura 6, se ilustra un diagrama de bloques híbrido de una realización alternativa de un IPG 100’ que puede ser utilizado con la invención. El IPG 100’ incluye cuadros tanto analógicos como digitales, o circuitos integrados (ICs), que pueden ser alojados en una única caja redonda herméticamente cerrada que tiene, por ejemplo, un diámetro de alrededor de 45 mm y un grosor alrededor de 10 mm. Muchos de los circuitos contenidos en el IPG 100’ son idénticos o similares a los circuitos contenidos en el IPG 100, mostrados en la Figura 5. El IPG 100’ incluye un cuadro procesador, o chip, 160’, un circuito 172’ de telemetría RF (típicamente realizado con componentes discretos), una bobina 270’ de carga, una pila o batería 180’ recargable, circuitos 272’, 182’ de carga y de protección de la pila o batería, circuitos 162’ (SEEPROM) y 163’ (SRAM) de memoria, un IC 191’ digital, un IC 190’ analógico, y un conjunto condensador y conector 192’ de cabecera.

El conjunto condensador y conector 192’ de cabecera incluye dieciséis condensadores de desacoplamiento de salida, así como los respectivos conectores para conectar un lado de cada condensador de desacoplamiento a través de la caja herméticamente sellada, a un conector al que la disposición 110 de electrodos, o la prolongación 120 de conductor, puede ser conectada de forma que se pueda desmontar.

El procesador 160’ puede ser realizado con un circuito (ASIC) integrado específico de la aplicación, conjunto (FPGA) de puertas programables en campo, o similar que comprende un dispositivo principal para programación y comunicación totalmente bidireccional. El procesador 160’ puede utilizar un núcleo 8086 (el 8086 es un microprocesador disponible comercialmente que se puede obtener, por ejemplo, de Intel), o un equivalente de baja potencia del mismo, SRAM u otra memoria, dos circuitos síncronos de interfase en serie, una interfase en serie EEPROM, y un cargador 735 de arranque ROM. El cuadro 160’ procesador puede también incluir un eficiente circuito 164’ oscilador cronómetro, y (como se señaló anteriormente) mezclador y circuitos modulador/demodulador que implemente el método telemétrico RF QFAST. Un circuito 734 convertidor análogico digital (A/D) reside también en el procesador 160’ para permitir la monitorización de las diferentes señales analógicas de nivel del sistema, impedancias, situación del regulador y voltaje de la pila o batería. El procesador 160’ incluye además los enlaces necesarios de comunicación a otros ASICs utilizados en el IPG 100’. El procesador 160’, como todos los procesadores similares, funciona de acuerdo con un programa que está almacenado en sus circuitos de memoria.

El IC (AIC) 190’ analógico puede comprender un ASIC que opera como circuito integrado principal que ejecuta diversas tareas necesarias para la funcionalidad del IPG 100’, incluyendo proporcionar la regulación de potencia, salida de estímulos y medida de la impedancia y monitorización. El circuito 194’ electrónico ejecuta la medida de impedancia y la función de monitorización.

El IC 190’ analógico puede también incluir circuitos 186’ DAC de corriente de salida configurada para alimentar corriente a una carga, como un tejido, por ejemplo. Los circuitos 186’ DAC de corriente de salida pueden estar configurados para entregar hasta 20 mA en suma total y hasta 12,7 mA en un único canal en etapas de 0,1 mA. Sin embargo, se observará que los circuitos 186’ DAC de corriente de salida pueden estar configurada para entregar cualquier cantidad de corriente en suma total y cualquier cantidad de corriente en un único canal, de acuerdo con una realización ejemplo.

Los reguladores para el IPG 100’ alimentan con un voltaje el procesador y el secuenciador digital. Los circuitos de interfase que residen en el IC 190’ analógico están igualmente alimentados con un voltaje. Un regulador programable alimenta el voltaje de funcionamiento para los circuitos 186’ DAC de corriente de salida. Los condensadores Cx de acoplamiento y los electrodos Ex, al igual que la restante circuitos en el IC 186’ analógico, pueden ser alojados todos en la caja herméticamente sellada del IPG 100. Un pin de conexión interfacial, que se incluye como parte del conector 192’ de cabecera, permite realizar la conexión eléctrica entre cada uno de los condensadores CN de acoplamiento y los respectivos electrodos E1, E2, E3,, ó E16.

El IC (DigIC) 191’ digital funciona como la interfase primaria entre el procesador 160’ y los circuitos 186’ DAC de corriente de salida, y su función principal es proporcionar información de estímulos a los circuitos 186’ DAC de corriente de salida. El DigIC 191’ por tanto controla y cambia los niveles de estímulos y las secuencias cuando son provocadas por el procesador 160’. En una realización ejemplo, el DigIC 191’ comprende un circuito integrado digital especifico de la operación (ASIC digital).

Con la estructura básica de un estimulador implantable entendida, la atención deriva ahora hacia una descripción detallada de los aspectos de protección de pila o batería y reactivación de la tensión nula que son el objeto de esta descripción. De nuevo merece la pena resaltar que las técnicas descritas, al tiempo que son particularmente útiles cuando se implantan en dispositivos médicos implantables en los que el problema de la reactivación de la pila o batería con tensión nula es exclusivo, pueden beneficiar cualquier dispositivo o sistema en el que la reactivación de la tensión nula sea beneficiosa. Por tanto, la descripción en el contexto de un dispositivo médico implantable debe entenderse simplemente como un ejemplo.

Los circuitos 500 mejorada de protección de pila o batería y reactivación de la tensión nula se muestra en la Figura 7. Debido a que muchos de los componentes son similares a componentes tratados anteriormente con respecto a la Figura 1, estos van etiquetados con los mismos números de elemento, incluso si difieren ligeramente en la función como aquí se indica. Los circuitos 500 de protección de pila o batería y reactivación de la tensión nula están formados preferiblemente en un circuito integrado, pero puede también comprender componentes discretos. Además, los circuitos 500 pueden estar integrados con el controlador 684 de carga o con otros circuitos integrados en el IPG 100, siendo el nivel de integración y/o combinación de funciones simplemente una elección de diseño.

Brevemente, los circuitos 500 de protección de pila o batería y reactivación de la tensión nula comprenden en una realización preferida dos caminos de carga distintos: uno (designado por el nodo “Lento”) para carga lenta, y otro (designado por el nodo “Más”) utilizado para carga normal. Al menos un diodo 501 (un elemento pasivo, contrariamente a un transistor que tiene que ser activamente conmutado) interviene entre el nodo Lento y el voltaje de la pila o batería, Vbat. (Si se utiliza más de un diodo, se conectarían en serie, aunque esto no se muestra en la Figura 7 por simplicidad). Un interruptor 503 principal (preferiblemente un transistor MOS de canal P) interviene entre el nodo Mas y Vbat, el cual está controlado por un circuito 505 de control del interruptor principal, explicado con mas detalle con respecto a la Figura 8. El interruptor 504 de carga interviene entre el nodo Más y la carga (designada por el nodo “Vdd”), y generalmente es similar en función al interruptor de carga de la Figura

1. Sin embargo, debe observarse que el acoplamiento de la pila o batería 180 a la carga requiere que ambos interruptores 503 y 504 estén cerrados, con el control 505 del interruptor principal controlando al primero, y el controlador 684 de carga por ejemplo controlado al segundo. Adicionalmente, entre los nodos Mas y Lento interviene un diodo 502. (En otras realizaciones, el diodo 502, como el diodo 501, pueden de hecho comprender una cadena de diodos conectados en serie, aunque la Figura 7 muestra un único diodo por simplicidad).

Los circuitos 500 de protección y reactivación de la tensión nula básicamente soporta y controla dos modos operativos: un modo de carga y un modo de descarga.

El modo de descarga está implicado cuando la pila o batería 180 está acoplada a la carga, por ejemplo, durante la operación normal, a través del interruptor 503 principal y el interruptor 504de carga. En modo descarga, el circuito 500 puede detectar un corto circuito, es decir, desde el nodo Mas o Vdd a tierra y/o excesiva demanda de corriente, cualquiera de los cuales evidencia un problema con el IPG 100. Cuando se detecta cualquiera de estas condiciones, el interruptor 503 principal es cerrado por el circuito 505 de control del interruptor principal para evitar que la pila o batería 180 sea consumida, y permanecerá cerrado hasta que el cargador 208 externo lo vuelva a abrir, un asunto tratado con mas detalle más adelante.

El modo carga puede además estar clasificado en dos sub-modos: un modo de carga lenta y un modo de carga normal, similar a los tratados con respecto a las Figuras 1 y 2. Cuando el controlador 684 de carga detecta que el voltaje de la pila o batería 180, Vbat, está por debajo de 2,5 voltios, el circuito está en modo de carga lenta. Como se verá, durante la carga lenta, la corriente (Ilenta: aproximadamente 10 mA) pasa desde el controlador 684 de carga a través del nodo Lento a cargar la pila o batería hasta 2,5 V. Una vez que Vbat iguala 2,5 V, el controlador 684 de carga cambia al modo de carga normal, pasando por tanto una corriente más elevada (Inormal; aproximadamente 50 mA) a través del nodo Más a la pila o batería. Cuando la pila o batería 180 está finalmente cargada totalmente, el interruptor 503 principal se cierra para aislar la pila o batería 180 del controlador de carga.

Como se ha visto, el interruptor 503 principal está controlado abierto y cerrado por los circuitos 505 de control del interruptor principal, y es útil en este punto explicar brevemente como reacciona la lógica en estos circuitos 505 para abrir y cerrar el interruptor 503 principal. La Figura 8 por lo tanto muestra los distintos circuitos sensores utilizados para abrir y cerrar el interruptor 503, no mostrados en la Figura 7 por claridad. Aunque relevante para la protección, alguien experimentado en la técnica se dará cuenta que estos distintos sensores pueden también estar integrados con el controlador 684 de carga.

En la Figura 8 se muestran cuatro sensores: un sensor 510 de cortocircuito, un sensor 512 de voltaje de pila o batería, un sensor 516 de exceso de corriente, y un sensor 520 de substrato del interruptor principal. Cada sensor recibe como entrada, como se muestra, ya sea el voltaje de la pila o batería, Vbat, o el voltaje en el nodo Más. El interruptor de láminas 522, preferiblemente un componente discreto separado del resto de los circuitos integrada, puede ser utilizado para inhabilitar libremente el interruptor principal 503, y así terminar la carga o descarga de la pila o batería 180, por cualquier otra razón.

El sensor 510 de cortocircuito monitoriza el voltaje en el nodo Más. Si este voltaje cae por debajo de un valor aceptable (por ejemplo, 0,8V), el sensor 510 deduce que hay un cortocircuito entre Más y tierra (o entre Vdd y tierra si el interruptor 504 de carga está cerrado), y entonces ordena a los circuitos 505 de control del interruptor principal que inhabilite el interruptor 503 principal, aislando por tanto la pila o batería 180 para evitar que se consuma. Por razones de seguridad, en caso de que el sensor 510 de cortocircuito ordene a los circuitos 505 de control del interruptor principal que inhabilite el interruptor principal 503, es preferible que el interruptor 503 principal permanezca permanentemente abierto hasta que el cargador 208 externo (Figura 1) se utilice para elevar el nodo Más hasta un voltaje de funcionamiento aceptable. Naturalmente, si el cargador 208 externo será capaz de restablecer el interruptor 503 principal dependerá finalmente de que se elimine la condición o “corte” que causó el cortocircuito inicial.

El sensor 512 de voltaje de la pila o batería detecta el voltaje de la pila o batería 180, Vbat, y puede utilizarse para informar al controlador 684 de carga de este valor, por ejemplo, de forma que el controlador de carga conozca cuando cambiar entre carga lenta y normal. El sensor 512 de voltaje de pila o batería es también útil para evaluar si Vbat es demasiado alto (por ejemplo, mayor de 4,2V), y si es así, para activar el circuito 514 de autodescarga para bajar el voltaje a un nivel correcto.

Durante la operación normal, el sensor 512 del voltaje de la pila o batería ordena al control 505 del interruptor principal cerrar el interruptor 503 principal en caso de que Vbat esté dentro de los parámetros normales de funcionamiento, por ejemplo, entre 2,5V y 4,2V, y si no fuera así ordena al control 505 inhabilitar el interruptor 503. Los distintos niveles de voltaje de interés para el sensor 512 de voltaje de la pila o batería (por ejemplo, 2,5V, 4,2V), pueden ser arreglados para ajustar sus valores para tener en cuenta las variaciones de proceso vía un bus multi-bit (no mostrado).

El sensor 516 de exceso de corriente, como el sensor 510 de cortocircuito, se utiliza para desconectar la pila o batería 180 en condiciones de alta demanda de corriente. En una realización preferida, el sensor 516 detecta excesiva corriente midiendo la caída de tensión a través del interruptor 503 principal, es decir, del nodo Más a Vbat. Conociendo la resistencia “activa” del interruptor 503 principal (preferiblemente entre 0,12 y 0,19 ohmios cuando Vbat=3,6V), si la caída de tensión sugiere una demanda de corriente excesiva (por ejemplo, mayor de 400mA), el sensor 510 de cortocircuito ordena al control 505 del interruptor principal que inhabilite el interruptor 503 principal.

El sensor 520 de substrato del interruptor principal monitoriza la polaridad del flujo de corriente (carga o descarga) a través del interruptor 503 principal y enlaza el pozo N del interruptor principal 315 al más elevado de Más o Vbat para evitar pérdidas de corriente por el substrato, como se describe más abajo.

Los distintos sensores ilustrados en la Figura 8 pueden construirse utilizando circuitos de referencia estándar, como los circuitos referencia de voltaje de ancho de banda, divisores de voltaje, amplificadores diferenciales, comparadores, etc. Debido a que tales circuitos sensores son bien conocidos y pueden tomar varias formas diferentes como alguien experimentado en la técnica apreciará, no son tratados con mayor amplitud.

El interruptor 503 principal se implementa con un transistor PMOS que reside en un pozo N, tal como se muestra en la sección transversal en la Figura 9. Debe apreciarse que las regiones fuente y drenaje del interruptor principal 503 (que son de otra forma fabricadas simétricamente como alguien experimentado en la técnica podrá apreciar, y en consecuencia nombrados arbitrariamente en la Figura 9) estarán sometidas a diferentes voltajes dependiendo de si la pila o batería 180 está siendo cargada o descargada. Por ejemplo, durante la carga normal, el nodo Más es inducido alto debido a la polarización recibida del controlador 684 de carga; mientras que estando en descarga, Vbat es inducido relativamente alto por la pila o batería 180.

Puesto que las regiones fuente y drenaje del interruptor 503 principal están sometidas a estas diferentes polaridades de voltaje, el potencial del pozo N (nodo “Polarizado” en la Figura 9) está ligado al más alto de los potenciales de la fuente o del drenaje del interruptor 503 principal en todo momento, en lugar de simplemente tener siempre el pozo N polarizado a Vbat como sería más típico para un transistor PMOS. Esto evita la demanda de corriente no deseada al substrato.

Para ilustrar este problema, se considera la carga normal de la pila o batería. Cuando comienza la carga, el suministro de corriente (es decir, voltaje) al nodo Más puede ser relativamente alto cuando se compara con Vbat, es decir, dependiendo del nivel de carga actual de Vbat. Si Vbat es acoplado al pozo N en el nodo Polarizado, un transistor (540; Figura9) bipolar PNP parásito puede activarse, con el resultado de que la corriente destinada a carga lenta de la pila o batería 180 seria encaminada al substrato del interruptor 503 principal. Tal sifonado involuntario de la corriente ralentizaría al menos la carga de la pila o batería 180, y si fuera significativo, podría evitar totalmente la carga de la pila o batería. Sin embargo, este problema no se arregla simplemente ligando el pozo N (Polarizado) al nodo Más, porque durante la descarga, el efecto parásito puede aparecer en las otras fuente/drenaje del interruptor

503: esto es, durante la descarga Vbat puede ser mayor que Mas, lo cual puede activar el transistor bipolar PNP parásito en el otro terminal (542; Figura 9) dando origen a que la corriente de otra forma utilizable por la carga sea involuntariamente drenada al substrato. Para encarar este problema, como se ha indicado, el pozo N (nodo Polarizado) está polarizado al más alto de los nodos fuente o drenaje del interruptor 503 principal vía un circuito de control de polaridad, como el sensor 520 de substrato del interruptor principal tratado arriba (ver Figura 8). El diseño de este circuito de control de polaridad se hace fácilmente por aquellos experimentados en la técnica y puede hacerse de muchas maneras diferentes.

Con esta visión general de los circuitos 500 de protección y reactivación de la tensión nula presente, podemos ahora enfocar nuestra atención en como el circuito 500 funciona para proteger y cargar la pila o batería 180, incluso desde un estado de completamente cero Voltios.

A este respecto, como se indicó anteriormente, observar en la Figura 7 que el camino de carga lenta (nodo Lento; corriente Ilenta) está separado del camino normal de carga (nodo Mas; corriente Inormal). La reactivación de la tensión nula es el factor desencadenante para separar estos dos caminos de carga. Separando los nodos Lento y Más, puede evitarse que la corriente de carga lenta (Ilenta) fluya al nodo Mas, y en consecuencia no están implicados transistores bipolares parásitos en el interruptor 503 principal. Al mismo tiempo, debido a que la corriente lenta se desvía del interruptor 503 principal, la potencial incertidumbre respecto al estado del interruptor a voltajes bajos es poco preocupante.

Sin embargo, lo que es preocupante es la posibilidad de fugas de corriente al substrato a través del nodo Más. Este problema se alivia en una realización mediante el mantenimiento del nodo Más a un nivel de voltaje adecuado durante la carga lenta. Específicamente, en una realización preferida, durante la carga lenta el nodo Más está ligado a Vbat. Esto se consigue en una realización mediante el uso de un diodo(s) 502. La función del diodo(s) 502 es equiparar la caída de tensión a través del diodo(s) 501 durante la carga lenta para mantener el voltaje en Más igual que Vbat de forma que la corriente de carga lenta no fugue al substrato a través del interruptor 503. En otras palabras, si 502 no estuviera presente, el voltaje en Más podría ser menor que en la pila o batería y el 503 podría fugar al substrato.

Aunque los diodos 501 y 502 se muestran como únicos diodos en la Figura 7, pueden utilizarse diferentes números de diodos. En una realización preferida, se utilizan dos diodos en serie como diodos 501 y 502. Además, debemos darnos cuenta de que los diodos 501, 502 pueden ser materializados como transistores en los que uno de entre la fuente y el drenaje están ligados al substrato (pozo), como es bien sabido. Por tanto, “diodo” como aquí se utiliza debe entenderse como que incluye dichas estructuras y cualesquiera otras estructuras capaces de transmitir corriente en una sola dirección.

Con Más mantenido a Vbat durante la carga lenta, incluso si el pozo N es polarizado de la misma forma a Vbat, el transistor 540 (Figura 9) bipolar parásito no puede activarse debido a que la diferencia de potencial entre Más y el pozo es cero Voltios. Además, siguiendo con este esquema de polarización, todos los nodos de unión del interruptor 503 principal están mantenidos al mismo potencial, es decir, fuente = drenaje = pozo N = Vbat. El resultado es que no puede pasar corriente a través del interruptor 503 principal, independientemente de cual sea el potencial presente en la puerta del transistor. Dicho esto, cuando se desea que el interruptor 503 principal este abierto, puede aun ser preferible polarizar la puerta del interruptor 503 principal al mayor de los dos voltajes presentes en sus regiones fuente y drenaje, ya que el pozo N está polarizado como se explicó anteriormente. (Puede utilizarse circuitos similares para estas dos funciones). Esto ayuda incluso más a asegurar que el interruptor 503 principal PMOS no conducirá durante la carga lenta.

Por tanto, en contraste con el circuito de la Figura 1 como se trató en los Antecedentes, valores bajos de Vbat, que afectan a la capacidad de activar los transistores 701, 702, se vuelve irrelevante, y la reactivación de la pila o batería con la tensión nula se realiza a través del nodo Lento. Este es verdad incluso si los distintos sensores, tales como el sensor 512 (Figura 8) de voltaje de la pila o batería, no pudieran funcionar con fiabilidad a valores más bajos que Vbat, ya que la carga lenta puede ocurrir con fiabilidad independientemente de lo que dichos sensores puedan asimismo indicar al control 505 del interruptor principal, y de como el control 505 del interruptor principal polarice la puerta del interruptor 503 principal. Evitado con efectividad que el nodo Más demande corriente durante la carga lenta, la carga lenta puede conseguirse haciendo que el controlador 684 de carga proporcione una polarización significativamente alta al nodo Lento para superar el umbral de conducción en el diodo 501 y producir la corriente lenta deseada, Ilenta.

Una vez que la pila o batería 180 ha sido cargada en carga lenta como se acaba de describir, eventualmente Vbat se elevará a un nivel al cual puede tener lugar la carga normal, por ejemplo, a 2,5 Voltios. A modo de revisión, monitorizar Vbat para esta condición de cambio es la función del sensor 512 de voltaje de la pila o batería de la Figura 8, que, como el control 505 del interruptor principal empezará a funcionar fiablemente una vez Vbat está cargado a un nivel adecuadamente alto (por ejemplo, 2,0 Voltios). Por tanto, mientras que durante la carga lenta el voltaje de puerta del interruptor 503 principal era irrelevante a causa de que las condiciones de voltaje en la fuente, drenaje, y pozo evitaban el flujo de corriente, durante la carga normal, los voltajes han sido cargados hasta un nivel adecuado de forma que el control 505 del interruptor principal y otros sensores que reportan a él pueden ahora activar fiablemente el interruptor 503 para permitir el flujo de corriente (Inormal) desde el controlador 684 de carga al nodo Mas, y finalmente a la pila o batería 180. Debido a que el voltaje en el nodo Más será relativamente alto durante la carga normal, el diodo 502 será inversamente polarizado, evitando así el flujo de corriente al nodo Lento.

En resumen, los circuitos 500 de protección y reactivación de la tensión nula son capaces tanto de proteger la pila o batería, como de cargar la pila o batería 180 incluso desde una situación de cero Voltios. La protección se hace realidad mediante la habilidad de aislar la pila o batería 180 tanto de la carga vía el interruptor de carga 504 como del controlador de carga vía el interruptor 503 principal y vía el diodo 501 (que evitará la descarga de la pila o batería de nuevo al controlador de carga 684). Esta protección dificulta que los circuitos 500 se carguen. En cambio, mediante la

provisión de dos caminos de carga separados, Más y Lento, la pila o batería puede cargarse a través de un camino (Lento) sin preocuparse de que los circuitos de protección inhibirá la carga de bajo nivel cuando la pila o batería está con voltajes bajos. Una vez con la carga adecuada, el otro camino (Más) se utiliza para cargar la 5 pila o batería a través del circuito de protección (por ejemplo, el interruptor principal 503) a los voltajes nominales. Así, la pila o batería y la carga son protegidas de condiciones adversas de voltaje y corriente, y la pila o batería puede recuperarse totalmente. Como se indicó anteriormente, esto es especialmente importante cuando los circuitos 500 están incorporada a un dispositivo médico implantable como un IPG

10 100, porque el fallo en recuperar una pila o batería totalmente agotada podría de otra forma garantizar la extracción quirúrgica del dispositivo. Mientras la invención aquí descrita ha sido explicada por medio de realizaciones específicas y aplicaciones de las mismas, pueden hacerse numerosas modificaciones y variaciones a la misma por aquellos experimentados en la técnica sin 15 apartarse del alcance literal y equivalente de la invención presentada en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un circuito (500) de protección y reactivación para un dispositivo médico implantable, que comprende:

una pila o batería (180) recargable un controlador (684) de carga para cargar la pila o batería (180)

recargable

un primer camino de carga entre el controlador (684) de carga y un terminal de la pila o batería (180) para cargar la pila o batería a través de al menos un diodo (501), donde el primer camino de carga está activo para cargar la pila o batería con tensión nula cuando una tensión de la pila o batería está por debajo de un umbral; y

un segundo camino de carga entre el controlador (684) de carga y el terminal de la pila o batería (180) para cargar la pila o batería a través de un primer interruptor (503) conmutable donde el segundo camino de carga está activo para cargar la pila o batería (180) cuando un voltaje de la pila o batería está por encima del umbral.
2.

El circuito de la reivindicación 1, en el que el primer interruptor (503) conmutable está abierto para desactivar el segundo camino de carga.
3.

El circuito de la reivindicación 1, en el que se acopla una carga al segundo camino de carga de tal forma que el primer interruptor (503) conmutable está activo para acoplar la pila o batería (180) a la carga.
4.

El circuito de la reivindicación 3, que comprende además un segundo interruptor (504) entre el primer interruptor (503) conmutable y la carga para desacoplar la carga.
5. El circuito de la reivindicación 1, que comprende además al menos un diodo

(502) entre el primer camino de carga y el segundo camino de carga.
6.

El circuito de la reivindicación 1, en el que el primer interruptor (503) conmutable comprende un transistor PMOS.
7.

El circuito de la reivindicación 6, en el que un pozo del transistor PMOS está polarizado al más alto de una fuente o un drenaje del transistor PMOS o está polarizado al voltaje de la pila o batería o está polarizado a una salida de voltaje por el controlador (684) de carga en el primer camino de carga.
8.

Un método para recargar una pila o batería en un dispositivo médico implantable, que comprende:

producir una corriente relativamente baja para cargar un terminal de la pila o batería a través de un primer camino cuando el voltaje de la pila o batería es mayor que o igual a cero y menor que o igual a un umbral; y producir una corriente relativamente alta para cargar el terminal de la pila o batería a través de un segundo camino cuando el voltaje de la pila o batería es mayor que el umbral, en el que el segundo camino comprende un componente activo conmutable.
9.

El método de la reivindicación 8, en el que el segundo camino está abierto por un interruptor cuando el terminal de la pila o batería se está cargando a través del primer camino.
10.

El método de la reivindicación 8, en el que el primer camino comprende solo un componente pasivo (un componente activo conmutable)
11.

El método de la reivindicación 8, en el que el componente activo conmutable comprende un transistor PMOS cuyo pozo está polarizado para asegurar que no haya fuga de corriente a través del pozo.
12.

El método de la reivindicación 8, en el que el componente activo conmutable está desactivado cuando se detecta excesiva descarga.
13.

El método de la reivindicación 8, en el que la pila o batería es una pila o batería de ion litio o una pila o batería de polímero de ion litio.