CN106487103B - 无线充电***及其无线送电装置与无线送电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无线充电***及其无线送电装置与无线送电方法，所述无线充电方法包含根据控制信号输出具有工作频率的脉冲宽度调制信号、根据脉冲宽度调制信号驱动发射线圈发送电力信号、侦测发射线圈的谐振信号以产生侦测信号、根据侦测信号判断谐振信号是否包含电力调整信息、以及若谐振信号未包含电力调整信息，调整控制信号以调降工作频率。

Description

无线充电***及其无线送电装置与无线送电方法

技术领域

本发明是关于一种充电***，特别是使用无线充电的充电***。

背景技术

无线充电技术，又称为非接触式充电，因不需要依靠电线来传送电力而避免可能触电的危险性，也不需要电源插座而不会有多条电线互相缠绕的问题，在使用上提升了安全及便利性，市面上许多产品已广泛地应用无线充电技术。

无线充电技术是透过电磁感应原理来传送电力，充电器藉由线圈耦合的方式将电力传送至用电的电子设备，充电器中包含无线送电装置，而用电的电子设备中包含无线受电装置，透过无线送电装置中的主要线圈与无线受电装置中匹配于主要线圈的次要线圈紧密贴合以传送电力。主要线圈经通电后产生磁场，次要线圈受磁场影响而产生感应电流，无线受电装置中的整流电路将感应电流转换成直流电流，电子装置接收直流电流以进行充电。如此一来，电力即由充电器传送至电子设备。

再者，无线受电装置亦可根据接收的电力产生电力调整信息(或称之为数据包)并将电力调整信息传送至无线送电装置，以作为控制功率及程序处理的信号，无线送电装置再根据电力调整信息来调整欲传送的电力。基此，在公知的技术中，无线送电装置及无线受电装置需紧密贴合电力及电力调整信息才能在两者之间进行传送，若两者之间未紧密贴合而具有间距，则欲传送的电力便无法进行传送，使电子设备无法进行充电，换言之，每次充电时都要确保电子设备与充电器之间紧密贴合，进而导致使用上的不便利性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种无线充电***及其无线送电装置与无线送电方法。

在一实施例中，一种无线送电装置包含信号产生电路、驱动电路、侦测电路及处理单元，信号产生电路根据控制信号输出具有工作频率的脉冲宽度调制信号，驱动电路根据脉冲宽度调制信号驱动发射线圈发送电力信号，侦测电路侦测发射线圈的谐振信号以产生侦测信号，处理单元根据侦测信号判断谐振信号是否包含电力调整信息并对应输出控制信号，若谐振信号未包含电力调整信息，处理单元调整控制信号以调降工作频率。

在一实施例中，一种无线充电方法包含根据控制信号输出具有工作频率的脉冲宽度调制信号、根据脉冲宽度调制信号驱动发射线圈发送电力信号、侦测发射线圈的谐振信号以产生侦测信号、根据侦测信号判断谐振信号是否包含电力调整信息、以及若谐振信号未包含电力调整信息，调整控制信号以调降工作频率。

在一实施例中，一种无线充电***包含无线送电装置及无线受电装置。无线送电装置包含信号产生电路、驱动电路、侦测电路及处理单元，信号产生电路根据控制信号输出具有工作频率的脉冲宽度调制信号，驱动电路根据脉冲宽度调制信号驱动发射线圈发送电力信号，侦测电路侦测发射线圈的谐振信号以产生侦测信号，处理单元根据侦测信号判断谐振信号是否包含电力调整信息并对应输出控制信号，若谐振信号未包含电力调整信息，处理单元调整控制信号以调降工作频率；无线受电装置包含次级线圈、整流电路及调制电路；次级线圈接收自发射线圈的电力信号，整流电路整流电力信号以产生直流信号，调制电路根据直流信号产生调制信号，且调制信号包含前述电力调整信息。

综上所述，根据本发明的无线送电装置可在无线受电装置未发送数据包时调降电力信号的工作频率，且工作频率可依据无线送电装置与无线受电装置的距离依序调降，因在工作频率高于谐振点的情况下，较低的工作频率更靠近谐振点，使电力信号可在较远的距离之间进行传送。如此一来，即使无线送电装置及无线受电装置之间未紧密贴合亦能藉由无线的方式来传输电力，进而提升使用上的便利性。

附图说明

图1为根据本发明的无线充电***的一实施例的示意图。

图2为图1的无线送电装置及无线受电装置的第一实施例的功能方块图。

图3为图1的无线送电装置的第二实施例的功能方块图。

图4为根据本发明的无线充电方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

图1为根据本发明的无线充电***的示意图。请参照图1，无线充电***包含无线送电装置10及无线受电装置20，无线受电装置20位于电子设备30中，无线送电装置10可经由无线的方式将电力发送至无线受电装置20以对电子设备30进行充电。在一些实施例中，电子设备30可为手机、平板计算机、笔记本电脑或多媒体播放器，但并不以此为限。

图2为图1的无线送电装置10及无线受电装置20的第一实施例的功能方块图。请参照图2，无线送电装置10包含信号产生电路15、驱动电路11、发射线圈12、侦测电路13及处理单元14。信号产生电路10、驱动电路11、发射线圈12、侦测电路13及处理单元14依序串接，且处理器14耦接信号产生电路15。无线受电装置20包含次级线圈(secondary coil)21、调制电路22、整流电路23及充电电路24；次级线圈21耦接整流电路23，且调制电路22耦接于整流电路23及充电电路24之间。

信号产生电路15接收控制信号S5，并根据控制信号S5输出具工作频率的脉冲宽度调制(pulse width modulation；PWM)信号S1；驱动电路11接收脉冲宽度调制信号S1，并根据脉冲宽度调制信号S1驱动发射线圈12发送电力信号P1至无线受电装置20，且电力信号P1的频率相同于工作频率。以无线充电联盟(wireless power consortium；WPC)所制定的Qi标准为例，工作频率位于100kHz至205kHz的范围间。在一些实施例中，驱动电路11可以半桥反向器(half-bridge inverter)或全桥反向器(full-bridge inverter)来实现。

一般来说，若发射线圈12与次级线圈21紧密贴合，次级线圈21会接收电力信号P1，整流电路23将电力信号P1转换为直流信号并传送至充电电路24，次级线圈21将调制电路22产生的数据包P2回传至无线送电装置10，且数据包P2包含电力调整信息。基此，无线送电装置10的侦测电路13侦测发射线圈12的谐振信号S3以产生侦测信号S4，而谐振信号S3可为电压信号或电流信号，侦测电路13侦测发射线圈12的电压或电流是否变化来产生对应的侦测信号S4。

处理单元14的输入端耦接侦测电路13的输出端，以根据侦测信号S4判断谐振信号S3是否包含电力调整信息，并输出对应的控制信号S5来驱动信号产生电路15产生对应的脉冲宽度调制信号S1。当谐振信号S3未包含电力调整信息时，表示无线送电装置10与无线受电装置20之间的距离大于电力信号P1可传输的距离，此时，处理单元14调整控制信号S5并输出至信号产生电路15以调降工作频率，换言之，信号产生电路15根据调整后的控制信号S5所产生的脉冲宽度调制信号S1具有较低的工作频率。

在实际的应用中，设计者可自行设计处理单元14驱动信号产生电路15调降工作频率的次数，以驱动发射线圈12将电力信号P1发送至无线受电装置20，举例来说，处理单元14可驱使工作频率调降至多3次，换言之，处理单元14可依序输出四个相异的控制信号S5至信号产生电路15，致使信号产生电路15依序输出四个具相异工作频率的脉冲宽度调制信号S1，且四个工作频率依序下降。在一些实施例中，工作频率调降的次数不以3次为限，处理单元14亦可驱使工作频率调降至多1次、2次甚至是4次以上。

为方便描述，前述四个相异的控制信号S5分别称之为第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号及第四控制信号，以Qi标准规范的工作频率(100kHz～205kHz)为例，前述四个工作频率可为175kHz、150kHz、125kHz及100kHz，但不以此为限。信号产生电路15可根据第一控制信号输出具175kHz的脉冲宽度调制信号S1以驱使发射线圈12发送具175kHz的电力信号P1，若无线受电装置20未回传数据包P2，表示脉冲宽度调制信号S1的工作频率过高，处理单元14产生第二控制信号以调整第一控制信号，信号产生电路15根据第二控制信号产生具150kHz的脉冲宽度调制信号S1，因具150kHz的电力信号P1可传送得较远，若无线受电装置20亦未回传数据包P2，处理单元14产生第三控制信号以调整第二控制信号，信号产生电路15根据第三控制信号产生具125kHz的脉冲宽度调制信号S1，若无线受电装置20亦未回传数据包P2，处理单元14产生第四控制信号以调整第三控制信号，信号产生电路15根据第四控制信号产生具100kHz的脉冲宽度调制信号S1。

在一些实施例中，待信号产生电路15产生具100kHz的脉冲宽度调制信号S1后，若无线受电装置20亦未回传数据包P2，处理单元14可关闭信号产生电路15以停止发送电力信号P1，或处理单元14可产生第一控制信号驱使信号产生电路15产生具175kHz的脉冲宽度调制信号S1，致使发射线圈12重新发送具175kHz的电力信号P1至无线受电装置20。再者，在处理单元14驱动信号产生电路15调降工作频率的过程中，若发射线圈12的谐振信号S3包含电力调整信息，处理单元14即根据电力调整信息输出对应的控制信号S5至信号产生电路15以符合无线受电装置20的电力需求。

在一些实施例中，处理单元14可包含具运算能力的微处理器、中央处理器控制器或微控制器，且处理单元14可执行有限状态机(Finite State Machine；FSM)以依据侦测信号S4依序产生第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号及第四控制信号。

在实作上，如图2所示，信号产生电路15可以多个脉冲信号产生器(pulsegenerator)151及多路复用器(multiplexer)152来实现；脉冲信号产生器151的数量是对应于处理单元14驱动工作频率调降的次数，以工作频率至多调降3次为例，脉冲信号产生器151的数量可为四，但不以此为限。再者，多路复用器152的输入端的数量亦对应于处理单元14调降工作频率的次数，以前述工作频率至多调降3次为例，多路复用器152可为四对一(4-to-1)多路复用器，多路复用器152的四个输入端分别一对一连接于多个脉冲信号产生器151中之一者，且多路复用器152的控制端电性连接于处理单元14，以接收控制信号S5并根据控制信号S5来输出具相异工作频率的脉冲宽度调制信号S1。

为方便描述，四个脉冲信号产生器151分别称为第一脉冲信号产生器、第二脉冲信号产生器、第三脉冲信号产生器及第四脉冲信号产生器，且第一脉冲信号产生器、第二脉冲信号产生器、第三脉冲信号产生器及第四脉冲信号产生器用以分别产生频率相异的第一脉冲信号、第二脉冲信号、第三脉冲信号及第四脉冲信号；多路复用器152接收第一脉冲信号、第二脉冲信号、第三脉冲信号及第四脉冲信号，并根据控制端接收的控制信号S5来输出各脉冲信号中对应工作频率之一者以作为脉冲宽度调制信号S1。

举例来说，以第一脉冲信号、第二脉冲信号、第三脉冲信号及第四脉冲信号的频率分别为175kHz、150kHz、125kHz及100kHz为例，多路复用器152根据第一控制信号输出第一脉冲信号来作为工作频率为175kHz的脉冲宽度调制信号S1，若无线受电装置20未回传数据包P2，表示发射线圈12所发射的电力信号P1的工作频率必须小于175kHz；第二控制信号驱使多路复用器152输出第二脉冲信号来作为工作频率为150kHz的脉冲宽度调制信号S1，若无线受电装置20亦未回传数据包P2，表示发射线圈12所发射的电力信号P1的工作频率必须小于150kHz；第三控制信号驱使多路复用器152输出第三脉冲信号来作为工作频率为125kHz的脉冲宽度调制信号S1，若无线受电装置20亦未回传数据包P2，表示发射线圈12所发射的电力信号P1的工作频率必须小于125kHz；第四控制信号驱使多路复用器152输出第四脉冲信号来作为工作频率为100kHz的脉冲宽度调制信号S1。基此，多路复用器152可根据控制信号S5对应已发射的电力信号P1的工作频率来选择输出各脉冲信号中之一者以作为脉冲宽度调制信号S1。

图3为图1的无线送电装置10的第二实施例的功能方块图。请参照图3，与图2的差异在于，信号产生电路15可由脉冲信号产生器151及开关模块153来实现。开关模块153中包含多个开关，且开关的数量亦对应于处理单元14驱动工作频率调降的次数，以工作频率至多调降3次为例，开关的数量为四(为方便描述分别称之为第一开关、第二开关、第三开关及第四开关)，四个开关分别一对一连接于多个脉冲信号产生器151中的一个，即，第一开关连接于第一脉冲信号产生器，第二开关连接于第二脉冲信号产生器，第三开关连接于第三脉冲信号产生器，第四开关连接于第四脉冲信号产生器。并且，四个开关分别根据控制信号S5导通与关闭，以根据控制信号S5来输出具相异频率的各脉冲信号。

举例来说，第一控制信号驱使第一开关导通且其余开关不导通，开关模块153输出第一脉冲信号来作为工作频率为175kHz的脉冲宽度调制信号S1，若无线受电装置20未回传数据包P2，第二控制信号驱使第二开关导通且其余开关不导通，开关模块153输出第二脉冲信号来作为工作频率为150kHz的脉冲宽度调制信号S1，若无线受电装置20亦未回传数据包P2，第三控制信号驱使第三开关导通且其余开关不导通，开关模块153输出第三脉冲信号来作为工作频率为125kHz的脉冲宽度调制信号S1，若无线受电装置20亦未回传数据包P2，第四控制信号驱使第四开关导通且其余开关不导通，开关模块153输出第四脉冲信号来作为工作频率为100kHz的脉冲宽度调制信号S1。基此，开关模块153可根据控制信号S5对应已发射的电力信号P1的工作频率来选择输出各脉冲信号中之一者以作为脉冲宽度调制信号S1。

在一些实施例中，信号产生电路15亦可以可调式(tunable)脉冲信号产生器来实现，在处理单元14驱动信号产生电路15调降工作频率的过程中，控制信号S5具相异值，信号产生电路15可根据相异的控制信号S5产生具有对应工作频率的脉冲宽度调制信号S1。

图4为根据本发明的无线充电方法的一实施例的流程图。请同时参照图2及图4，信号产生电路15根据控制信号S5输出具有工作频率的脉冲宽度调制信号S1(步骤S01)，驱动电路11根据脉冲宽度调制信号S1驱动发射线圈12发送电力信号P1(步骤S02)，侦测电路13侦测发射线圈12的谐振信号S3以产生侦测信号S4(步骤S03)，处理单元14根据侦测信号S4判断谐振信号S3是否包含电力调整信息(步骤S04)，若谐振信号S3未包含电力调整信息，处理单元14调整控制信号S5以调降脉冲宽度调制信号S1的工作频率(步骤S05)。

在一些实施例中，在步骤S01中，多个脉冲信号产生器151可同时产生多个频率相异的脉冲信号，即前述的第一脉冲信号、第二脉冲信号、第三脉冲信号及第四脉冲信号，多路复用器152再根据控制信号S5输出各脉冲信号中对应工作频率之一者以作为脉冲宽度调制信号S1，也就是说多路复用器152当前输出的脉冲信号的频率小于发射线圈12已发射的电力信号P1的工作频率。

在一些实施例中，脉冲宽度调制信号S1具有初始的工作频率为175kHz，在步骤S05中，若谐振信号S3未包含对应于工作频率为175kHz的电力调整信息，处理单元14调整控制信号S5以驱使信号产生电路15产生具150kHz的工作频率，若发射线圈12的谐振信号S3未包含对应于工作频率为150kHz的电力调整信息，处理单元14调整控制信号S5以驱使信号产生电路15产生具125kHz的工作频率，若发射线圈12的谐振信号S3未包含对应于工作频率为125kHz的电力调整信息，处理单元14调整控制信号S5以驱使信号产生电路15产生具100kHz的工作频率。

综上所述，根据本发明的无线送电装置可在无线受电装置未发送数据包时调降电力信号的工作频率，且工作频率可依据无线送电装置与无线受电装置的距离依序调降，因在工作频率高于谐振点的情况下，较低的工作频率更靠近谐振点，使电力信号可在较远的距离之间进行传送。如此一来，即使无线送电装置及无线受电装置之间未紧密贴合亦能藉由无线的方式来传输电力，进而提升使用上的便利性。

虽然本发明已以实施例揭露如上然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的专利申请范围所界定者为准。

附图标记说明

10 无线送电装置

11 驱动电路

12 发射线圈

13 侦测电路

14 处理单元

15 信号产生电路

151 脉冲信号产生器

152 多路复用器

153 开关模块

20 无线受电装置

21 次级线圈

22 调制电路

23 整流电路

24 充电电路

30 电子设备

S1 脉冲宽度调制信号

S3 谐振信号

S4 侦测信号

S5 控制信号

P1 电力信号

P2 数据包

S01 根据控制信号输出具有工作频率的脉冲宽度调制信号

S02 根据脉冲宽度调制信号驱动发射线圈发送电力信号

S03 侦测发射线圈的谐振信号以产生侦测信号

S04 根据侦测信号判断谐振信号是否包含电力调整信息

S05 若谐振信号未包含电力调整信息，调整控制信号以调降工作频率

Claims (3)

1.一种无线送电装置，适于对一电子设备充电，该无线送电装置包含：

一信号产生电路，用以根据一控制信号输出一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号具有一工作频率；

一驱动电路，用以根据该脉冲宽度调制信号驱动一发射线圈发送一电力信号；

一侦测电路，用以侦测该发射线圈的一谐振信号以产生一侦测信号；及

一处理单元，用以根据该侦测信号判断该谐振信号是否包含一电力调整信息并对应输出该控制信号，若该谐振信号未包含该电力调整信息，该处理单元调整该控制信号以调降该工作频率；

其中该信号产生电路初始输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为175kHz，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为175kHz的该电力调整信息，该信号产生电路根据调整后的该控制信号输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为150kHz，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为150kHz的该电力调整信息，该信号产生电路根据调整后的该控制信号输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为125kHz，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为125kHz的该电力调整信息，该信号产生电路根据调整后的该控制信号输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为100kHz。

2.一种无线充电方法，包含：

根据一控制信号输出具有一工作频率的一脉冲宽度调制信号；

根据该脉冲宽度调制信号驱动一发射线圈发送一电力信号；

侦测该发射线圈的一谐振信号以产生一侦测信号；

根据该侦测信号判断该谐振信号是否包含一电力调整信息；及

若该谐振信号未包含该电力调整信息，调整该控制信号以调降该工作频率；

其中该脉冲宽度调制信号具有初始的该工作频率为175kHz，在调整该控制信号以调降该工作频率的步骤中，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为175kHz的该电力调整信息，调整该控制信号以产生具150kHz的该工作频率，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为150kHz的该电力调整信息，调整该控制信号以产生具125kHz的该工作频率，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为125kHz的该电力调整信息，调整该控制信号以产生具100kHz的该工作频率。

3.一种无线充电***，包含：

一无线送电装置，包含：

一信号产生电路，用以根据一控制信号输出一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号具有一工作频率；

一驱动电路，用以根据该脉冲宽度调制信号驱动一发射线圈发送一电力信号；

一侦测电路，用以侦测该发射线圈的一谐振信号以产生一侦测信号；及

一处理单元，用以根据该侦测信号判断该谐振信号是否包含一电力调整信息并对应输出该控制信号，若该谐振信号未包含该电力调整信息，该处理单元调整该控制信号以调降该工作频率；

及

一无线受电装置，包含：

一次级线圈，用以接收该电力信号；

一整流电路，用以整流该电力信号以产生一直流信号；及

一调制电路，用以根据该直流信号产生一调制信号，该调制信号包含该电力调整信息；

其中该信号产生电路初始输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为175kHz，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为175kHz的该电力调整信息，该信号产生电路根据调整后的该控制信号输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为150kHz，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为150kHz的该电力调整信息，该信号产生电路根据调整后的该控制信号输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为125kHz，若该谐振信号未包含对应于该工作频率为125kHz的该电力调整信息，该信号产生电路根据调整后的该控制信号输出该脉冲宽度调制信号的该工作频率为100kHz。