CN103840566A - 感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置 - Google Patents

Abstract

一种感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置。此装置包括一电源转换器、一控制电路、一无线通信接收电路以及一金属平板。电源转换器接收一输入电压，将该输入电压转换为一特定电压。控制电路用以控制电源转换器。无线通信接收电路用于接收一功率辨识信号，其中，该功率辨识信号来自第一或第二外部装置的电能需求信息。金属平板耦接电源转换器。当进行感应耦合电能传输模式时，控制电路控制电源转换器输出该磁场电力以对第一外部装置进行充电。当进行电场耦合电能传输模式时，控制电路控制电源转换器输出一高频高压电给金属平板，以输出电场电力以对该第二外部装置进行充电。

Description

感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置

技术领域

本发明涉及一种无线充电技术，且特别是涉及一种感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用电路。

背景技术

随着电子装置的轻量化及薄型化，使用者已渐渐***板电脑、数码相机与数码摄录像机（digital camcorder）等等，已经普遍为社会大众广泛使用，成为现代信息生活不可或缺的一部分。

为了减少接线充电的麻烦，利用电磁感应原理而提供无线电源的***的概念，在多前年已经被提出。由于现有感应技术的实际限制，现有的无线充电***受到相当大的限制。例如，为了提供合理的效率操作，现有技术的无线感应充电***需要在初级线圈及第二线圈之间密切及精确地对齐，另外，在感应电源供应中的电子装置及远方装置中的电子装置之间，需要高度的调协（coordinated tuning）。由于不同的远方装置可能需要非常不同数量的电源，这些问题更加复杂。

目前的无线充电应用，仅止于一对一应用。换句话说，一个移动装置必须对应一个指定的无线充电装置。然而，当产品不同时，无线充电装置不可以兼容使用。因此，申请人提出一种兼容于多个产品的无线电源供应***。

发明内容

本发明的目的是提供一种感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用电路，此感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用电路同时可以在感应耦合电能传输模式时，以磁场传输电力给外部装置，并且在电场耦合电能传输模式时，以电场传输电力给外部装置。

为了达成本发明的上述目的及其他目的，本发明提出一种感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用电路。此感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用电路用于在感应耦合电能传输模式时，输出一磁场电力以对一第一外部装置进行充电，并且在电场耦合电能传输模式时，输出一电场电力以对一第二外部装置进行充电，此感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用电路装置包括一电源转换器、一控制电路、一无线通信接收电路以及一金属平板。电源转换器接收一输入电压，转换输入电压为一特定电压。控制电路用以控制电源转换器。无线通信接收电路用于接收一功率辨识信号，其中，功率辨识信号来自第一或第二外部装置的电能需求信息。金属平板耦接电源转换器。

当无线通信接收电路接收到第一外部装置的功率辨识信号，感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置进行感应耦合电能传输模式，控制电路控制该电源转换器输出该磁场电力以对该第一外部装置进行充电。当无线通信接收电路接收到该第二外部装置的功率辨识信号，感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置进行电场耦合电能传输模式，控制电路控制电源转换器输出一高频高压电给金属平板，以输出电场电力以对第二外部装置进行充电。

本发明的精神主要是整合感应耦合电能传输与电场耦合电能传输的电路，使此无线充电器可以支持市面上的两种主流的无线电力传输模式，且整合后的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输的电路，元件更加节省。为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

图1示出本发明第一实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置的电路方块图。

图2示出本发明第二实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置的金属平板的俯视图。

图3示出本发明第三实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置应用在感应耦合电能传输（Inductive Coupled Power Transfer，ICPT）的电路方块示意图。

图4示出本发明第四实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置应用在电场耦合电能传输的电路方块示意图。

图5示出本发明第五实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置的金属平板的俯视图。

【主要元件符号说明】

101：电源转换器

102：控制电路

103：无线通信接收电路

104：金属平板

105：第一外部装置

106：第二外部装置

201、501：平板线圈

202：平板线圈101的第一端

203：平板线圈101的第二端

204：平板线圈101的间隙

301：开关

501：平板线圈

502：平板线圈501的第一端

503：平板线圈501的第二端

ID1、ID2：功率辨识信号

VDC：电压

PWM：脉冲宽度调制信号

具体实施方式

在下文中，将通过图式说明本发明的实施例来详细描述本发明，而图式中的相同参考数字可用以表示类似的元件。

（第一实施例）

图1示出本发明第一实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置的电路方块图。请参考图1，此感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置包括一电源转换器101、一控制电路102、一无线通信接收电路103以及一金属平板104。为了说明本发明的精神，本实施例的电路图还额外示出了第一外部装置105以及第二外部装置106。电源转换器101接收一输入电压VIN，用以转换输入电压VIN为一特定电压VOUT。控制电路102用以控制电源转换器101。无线通信接收电路103耦接控制电路102，用于接收来自第一外部装置105的功率辨识信号ID1或来自第二外部装置106的功率辨识信号ID2，其中，功率辨识信号ID1、ID2分别包含第一外部装置105或第二外部装置106的电能需求信息。金属平板104耦接电源转换器101。

假设，第一外部装置105是采用感应耦合电能传输进行充电（也就是磁场充电），且第二外部装置106是采用电场耦合电能传输进行充电（也就是电场充电）。

假设第一外部装置105被配置在此感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置上，此时，第一外部装置105所发出的功率辨识信号ID1会被无线通信接收电路103所接收到，无线通信接收电路103便会通知控制电路102，以进入感应耦合电能传输模式。此时，控制电路102控制电源转换器101输出该磁场电力以对第一外部装置105进行充电。

同样地，假设第二外部装置106被配置在此感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置上，此时，第二外部装置106所发出的功率辨识信号ID2会被无线通信接收电路103所接收到，无线通信接收电路103便会通知控制电路102，以进入电场耦合电能传输模式。此时，控制电路102控制电源转换器101输出一高频高压电HV给金属平板104。通过此金属平板104，传输电场给第二外部装置106以对第二外部装置106进行充电。

一般来说，感应耦合电能传输模式主要是利用线圈输出磁场，因此第一外部装置105内部也必然会有一线圈接收磁场。电场耦合电能传输模式则是利用平板进行电场输出，因此第二外部装置106内部也必然会有一金属平板。然而，电场耦合电能传输模式需要电源转换器将电压提升到约1.5KV，因此整体控制是完全不同的。

为了使电路整合性更加提升，以下提供一种整合平板与线圈的实施例给所属技术领域的普通技术人员做参考。

（第二实施例）

图2示出本发明第二实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置的金属平板的俯视图。请参考图2，此感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置的金属平板包括一平板线圈201，此平板线圈201的绕线配置在一平面上，并且绕线的宽度为L。此平板线圈201的绕线是由内部的第一端202绕到外部的第二端203。由此俯视图可以看出，此平板线圈201的结构非常类似于一个平板。从此平板线圈201的俯视图可以看出，此平板线圈201可以被视为是将一个平板金属的细微线圈（间隙）部分204腐蚀掉后，残留下来的平板。

（第三实施例）

图3示出本发明第三实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置应用在感应耦合电能传输（Inductive Coupled Power Transfer，ICPT）的电路方块示意图。请参考图3，当此图2的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用线圈被用在感应耦合电能传输的场合时，此平板线圈201是被当作是线圈来使用，因此，电路结构上，线圈的第一端会被用来输入一个整流后的电压VDC（例如台湾市电110V经过桥式整流后的电压）。线圈的第二端会耦接电源转换器101的开关301，其中，此开关301接收由控制电路102所输出的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）信号PWM。因此，控制电路102通过控制电源转换器101的开关301的导通与截止，可以控制此平板线圈201所输出的磁场，以传输电力给第一外部装置105。

（第四实施例）

图4示出本发明第四实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置应用在电场耦合电能传输的电路方块示意图。请参考图4，当此图1的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用线圈被用在电场耦合电能传输（Electrical-Field Coupled Power Transfer，ECPT）的场合时，此平板线圈201是被当作是平板使用。此时，平板线圈201的第二端是空接，也就是与接地完全隔绝的。控制电路102通过控制电源转换器101输出的电压HV的频率与电压大小，以输出电场电力以对第二外部装置106进行充电。

（第五实施例）

图5示出本发明第五实施例的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置的金属平板的俯视图。请参考图5，上述实施例虽然是以圆形线圈作为举例，在此实施例特别以矩形线圈做举例。同样的道理，此平板线圈501的绕线配置在一平面上，并且绕线的宽度为L。此平板线圈501的绕线是由内部的第一端502绕到外部的第二端503。并且呈现一矩形形状。此种绕线的好处在于，一般移动装置，基本上都会设计成实质上为矩形结构，因此，若本发明的绕线为矩形，可以与外部装置产品更加吻合，因此，矩形绕线可以增加上述耦合面积A。

上述几个实施例虽然只有举出矩形与圆形绕线，然而所属技术领域的普通技术人员应当知道，绕线形状可以根据不同设计而改变，例如三角形、梯行或椭圆形等等，本发明不以此为限。

综上所述，本发明的精神主要是整合感应耦合电能传输与电场耦合电能传输的电路，使此无线充电器可以支持市面上的两种主流的无线电力传输模式，且整合后的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输的电路，元件更加节省。

在本发明的实施例中，线圈电线的形状改成平板形状，并且把此线圈配置在同一个平面上。因此，当在感应耦合电能传输模式时，此两用平板线圈的第一端输入一第一外部电压，并通过两用平板线圈的第二端的开关切换，以输出磁场电力以对第一外部装置进行充电。当在电场耦合电能传输模式时，上述两用平板线圈的第一端输入一第二外部电压，且上述两用平板线圈的第二端开路，通过控制第二外部电压的频率与电压大小，以输出电场电力以对第二外部装置进行充电。

在优选实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及以下申请专利范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (6)

1.一种感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置，其特征在于，用于在感应耦合电能传输模式时，输出一磁场电力以对一第一外部装置进行充电，并且在电场耦合电能传输模式时，输出一电场电力以对一第二外部装置进行充电，所述感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置包括：

一电源转换器，接收一输入电压，将所述输入电压转换为一特定电压；

一控制电路，用以控制所述电源转换器；

一无线通信接收电路，用于接收一第一功率辨识信号及／或第二功率辨识信号，其中，所述第一功率辨识信号包含所述第一外部装置的电能需求信息，所述第二功率辨识信号包含所述第二外部装置的电能需求信息；以及

一金属平板，耦接所述电源转换器；

其中，当所述无线通信接收电路接收到所述第一外部装置的所述第一功率辨识信号时，所述感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置进行所述感应耦合电能传输模式，所述控制电路控制所述电源转换器输出所述磁场电力以对所述第一外部装置进行充电，

其中，当所述无线通信接收电路接收到所述第二外部装置的所述第二功率辨识信号时，所述感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置进行所述电场耦合电能传输模式，所述控制电路控制所述电源转换器输出一高频高压电给所述金属平板，以输出所述电场电力从而对所述第二外部装置进行充电。

2.根据权利要求1所述的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用电路，其特征在于，所述金属平板为：

一平板线圈，所述平板线圈的线材具有一指定宽度并且呈现扁平状，且所述平板线圈在一平面上进行绕线，其中，所述平面与所述平板线圈的平板平行，其中，

当在所述感应耦合电能传输模式时，所述电源转换器对所述平板线圈的第一端输入一第一外部电压，且

所述电源转换器的开关耦接所述平板线圈的第二端，所述电源转换器通过所述平板线圈的第二端的开关切换，以输出所述磁场电力从而对所述第一外部装置进行充电，

其中，当在所述电场耦合电能传输模式时，所述电源转换器由所述平板线圈的第一端输入一第二外部电压，且所述电源转换器控制所述平板线圈的第二端开路，通过控制所述第二外部电压的频率与电压大小，以输出所述电场电力从而对所述第二外部装置进行充电，其中，所述第二外部电压所述高频高压电。

3.根据权利要求2所述的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置，其特征在于，所述平板线圈具有一圆心，且所述平板线圈绕线通过所述圆心呈同心圆放射式绕线。

4.根据权利要求3所述的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置，其特征在于，所述平板线圈的金属平面部分占据由所述平板线圈的圆心到所述平板线圈的半径构成的圆面积的80％以上的面积。

5.根据权利要求2所述的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置，其特征在于，所述平板线圈具有一中心点，且所述平板线圈绕线通过所述中心点呈矩形放射式绕线。

6.根据权利要求5所述的感应耦合电能传输与电场耦合电能传输两用装置，其特征在于，所述平板线圈的金属平面部分占据所述平板线圈的***所围成的矩形面积的80％以上的面积。

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