TWI500233B - 無線充電裝置 - Google Patents

Description

無線充電裝置

本案關於一種充電裝置，特別關於一種無線充電裝置。

隨著科技的進步，各類可攜式電子裝置皆朝向高速度、高效能、且輕薄短小的趨勢發展。一般而言，可攜式電子裝置內具有充電電池用以提供需之電源。當電源不足時，使用者可透過有線式的充電器對電池進行充電，或透過無線式的充電方式對電池進行充電。

雖然無線充電技術已發展了一段時間，但其相關的應用仍侷限於極低功率的層級。由於目前的可攜式電子裝置需要更高的電量，且由於在設計無線充電系統時，必須遵循相關組識所訂定的規格與安全規範，以確保不同系統間的互通性和避免因功率過大而導致無線充電裝置之元件毀損所產生的安全問題。

本案的一種無線充電裝置，其包括多個電源供應模組、一控制單元以及一充電模組。電源供應模組分別包括一接收器及一導通電路。接收器輸出一感應電流。導通電路耦接接收器，並依據感應電流產生一輸出訊號。控制單元耦接該些電源供應模組，並依據各接收器所輸出的感應電流而產生一控制訊號。充電模組耦接該些電源供應模組，並接收各電源供應模組所產生的輸出訊號而輸出一充電電流。控制單元依據產生感應電流之電源供應模組的數量而調整充電模組的充電電流的上限值。

綜上所述，本案之一種無線充電裝置，其係藉由控制單元依據產生感應電流之電源供應模組的數量而調整充電模組的充電電流的上限值，從而達成能夠調整充電電流上限，並有效管理及運用電源。

1、2、3‧‧‧無線充電裝置

11、11a、11b、21a、21b、31、31a、31b‧‧‧電源供應模組

111‧‧‧接收器

1111‧‧‧第一感應線圈

1112‧‧‧接收電路

112、212、312‧‧‧導通電路

12‧‧‧控制單元

13‧‧‧充電模組

14‧‧‧傳送器

15‧‧‧第二感應線圈

16‧‧‧偵測模組

17‧‧‧開關

2121、3121‧‧‧開關元件

2122‧‧‧限流控制器

C1、C2‧‧‧比較器

CD‧‧‧電流偵測模組

I1、I1a、I1b‧‧‧感應電流

I2‧‧‧充電電流

I3‧‧‧工作電流

P‧‧‧電源

PO‧‧‧外部電源

R‧‧‧阻抗元件

RA‧‧‧阻抗調整模組

Rs‧‧‧偵測電阻

S1、S2‧‧‧關閉訊號

S3‧‧‧切換訊號

S4‧‧‧偵測訊號

S5‧‧‧比較訊號

Sc‧‧‧控制訊號

So‧‧‧輸出訊號

Vr‧‧‧參考電壓

圖1為本案較佳實施例的一種無線充電裝置的示意圖。

圖2為本案較佳實施例的一種無線充電裝置的示意圖。

圖3A及圖3B為本案較佳實施例之無線充電裝置之限流控制器的示意圖。

圖4為本案較佳實施例的另一種無線充電裝置的示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本案較佳實施例的一種無線充電裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請參照圖1，其係為本案較佳實施例的一種無線充電裝置的示意圖。於本實施例所述之無線充電裝置1，其係可與各種可攜式電子裝置進行充電。在本實施例中，無線充電裝置1包括兩個電源供應模組11(11a、11b)、一控制單元12以及一充電模組13。各電源供應模組11分別耦接控制單元12及充電模組13。本實施例是以無線充電裝置具有兩個電源供應模組為例進行說明，然並非以此為限，在其他的實施態樣中，將可依據電路的設計與負載端的需求，而具有不同數量的電源供應模組。

在本實施例中，兩個電源供應模組11a、11b係具有相同的元件組成。其中，電源供應模組11a、11b分別包括一接收器111及一導通電路112。接收器111可包括一第一感應線圈1111及一接收電路1112，且接收電路1112耦接第一感應線圈1111與導通電路112。當第一感應線圈1111感應一磁場時，將產生並輸出一感應電流I1，再透過接收電路1112將感應電流I1整流為一直流電流。導通電路112將依據接收電路1112所輸出之感應電流I1產生一輸出訊號So。其中，本實施例中所述之輸出訊號So可以是一電流訊號或是一電壓訊號。

控制單元12耦接電源供應模組11a、11b，並依據各接收器111所輸出的感應電流I1而產生一控制訊號Sc。控制單元12分別接收電源供應模組11a之接收器111所輸出的感應電流I1a及接收電源供應模組11b之接收器111所輸出的感應電流I1b，並依據這兩個感應電流I1之值，判斷產生感應電流I1之電源供應模組11的數量。

在實施上，當控制單元12判斷其所接收之感應電流I1之值為零、趨近於零或小於一預設值時，即可判斷與該感應電流I1對應之電源供應模組11並未處於工作狀態。充電模組13耦接電源供應模組11a、11b與控制單元12，並接收電源供應模組11a、11b所產生的輸出訊號So而輸出一充電電流I2至一負載(圖未顯示)。其中，控制單元12將依據其判斷產生感應電流I1之電源供應模組11的數量的結果，調整充電模組13的充電電流I2的上限值。

當只有一電源供應模組11運作時，例如僅有電源供應模組11a處於工作狀態時，控制單元12將僅偵測到電源供應模組11a之接收器111所輸出的感應電流I1a，此時，控制單元12將依據判斷的結果輸出一控制訊號Sc至充電模組13，以調整充電電流I2的上限值大致為單一個電源供應模組11所能提供的最大功率之輸出訊號So的電流。

當兩個電源供應模組11皆處於工作狀態時，控制單元12將偵測到兩個電源供應模組11a、11b皆有輸出不為零或大於預設值的感應電流I1，此時，控制單元12將依據判斷的結果輸出控制訊號Sc至充電模組13，以調整充電電流I2的上限值大致為兩個電源供應模組11a、11b所能提供的最大功率。

由於充電模組13的充電電流I2是根據電源供應模組11所輸出之輸出訊號So而產生，因此，藉由上述之結構，控制單元12將可依據產生感應電流I1之電源供應模組11的數量，調整充電模組13的充電電流I2的上限值，從而有效地管理及運用電源供應模組11所產生的輸出訊號So。

此外，在本實施例中，藉由上述之結構，當無線充電裝置1從原本以兩組電源供應模組11供電，切換成僅以一個電源供應模組11供電時，例如使用者關閉其中一電源P。由於充電模組13將依據控制單元12所輸出之控制訊號Sc調整充電電流I2的上限值，因而將不會影響無線充電裝置1的整體運作；同樣地，當從原本僅以一個電源供應模組11供電，而啟動另一電源供應模組11形成有兩個電源供應模組11處於工作狀態時，也因充電模組13可立即調整充電電流I2的上限值，而使無線充電裝置1 仍可正常運作，而避免因瞬間功率過大而將電路毀損的問題。

在本實施例中，無線充電裝置1更可包括多個傳送器14和多個第二感應線圈15。傳送器14分別電性連接一電源P，並產生一工作電流I3。第二感應線圈15分別耦接該些傳送器14，各接收器111依據各工作電流I3輸出感應電流I1。詳細而言，傳送器14經由電源P產生工作電流I3，並經由第二感應線圈15產生磁場。接著，接收器111的第一感應線圈1111依據對應的磁場而產生感應電流I1，並傳送至接收電路1112。

另外，在本實施例中，無線充電裝置1可更包括一偵測模組16以及一開關17。偵測模組16耦接電源供應模組11a、11b。開關17耦接充電模組13和控制單元12。當偵測模組16接收一外部電源PO，則輸出多個關閉訊號S1、S2，在本實施例中，是以關閉訊號S1輸出至電源供應模組11a的接收器111，以及關閉訊號S2是輸出至電源供應模組11b的接收器111為例。

當電源供應模組11a、11b依據關閉訊號S1或S2停止輸出感應電流I1，且控制單元12於偵測模組16接收外部電源PO時，將同時輸出一切換訊號S3導通該開關17。亦即，當使用者欲使用電源適配器(adapter)提供電源至充電模組13，控制單元12將輸出關閉訊號S1與S2，以使得電源供應模組11a、11b停止供電，並導通開關17，以使外部電源PO提供至充電模組13，因此本實施例的無線充電裝置1亦可適用於有線充電的充電方式。另外，當控制單元12判斷未連接外部電源PO時，則截止開關17。

請參照圖2，其係為本案較佳實施例的一種無線充電裝置。無線充電裝置2與上述之無線充電裝置1的區別在於，本實施例所述之無線充電裝置2的電源供應模組21a、21b之導通電路212是包括一開關元件2121及一限流控制器2122。電源供應模組21a、21b之開關元件2121的一端耦接至充電模組13，限流控制器2122耦接接收器111與開關元件2121的另一端。

換言之，各電源供應模組21a、21b之輸出訊號So係以電流的形式匯集至充電模組13，而充電模組13據以輸出充電電流I2至負載。在本實施例中，開關元件2121是以二極體來實現，且其陽極端耦接限流控 制器2122，而陰極端耦接充電模組13。需特別說明的是，在其他的實施態樣中，開關元件2121亦可使用電晶體如MOSFET或BJT等主動元件。其中，開關元件2121的選用，係以能達到控制電流導通與否，以及符合額定電壓與額定電流之安全規定為主要考量。

由於在電路組裝或製作的過程中可能存在些許公差，使得電源供應模組21a、21b之接收器111所輸出的感應電流I1會有些微的差異，亦即，各接收器111所輸出的電壓值將可能不同。當電源供應模組21a之接收器111所輸出的電壓值大於電源供應模組21b之接收器111所輸出的電壓值時，電源供應模組21a將優先於電源供應模組21b進行供電。

此時，電源供應模組21a之限流控制器2122將可透過偵測及判斷其接收器111所輸出的感應電流I1a，而調整其阻抗值，以使接收器111所輸出之電壓值實質上與電源供應模組21b之接收器111所輸出的電壓值相同，從而達成電源供應模組21a、21b同時提供輸出訊號So至充電模組13。此外，電源供應模組21b之限流控制器2122也具有與電源供應模組21a之限流控制器2122相同之技術特徵。因而，於此不再贅述。

接著，圖3A係為依據本案較佳實施例之無線充電裝置2之限流控制器2122的示意圖。請參照圖3A並搭配圖2，於本實施例中，限流控制器2122包括一電流偵測模組CD及一阻抗調整模組RA。電流偵測模組CD接收並偵測感應電流I1，阻抗調整模組RA耦接電流偵測模組CD，並接收感應電流I1。當電流偵測模組CD偵測到接收器111所輸出的感應電流I1之值大於一設定值時，電流偵測模組CD輸出一偵測訊號S4至阻抗調整模組RA，以調整阻抗調整模組RA之阻抗值。具體而言，當感應電流I1之值大於設定值時，電流偵測模組CD調降阻抗調整模組RA的阻抗值，以使相對應的電壓下降。

另外請參考圖3B所示，電流偵測模組CD可包括一偵測電阻Rs、一第一比較器C1、一第二比較器C2以及一參考電壓Vr。感應電流I1流經偵測電阻Rs，使得偵測電阻Rs的兩端具有電壓差。第一比較器C1具有二輸入端，其分別耦接至偵測電阻Rs的兩端，並依據偵測電阻Rs的兩端之電壓差輸出一比較訊號S5。第二比較器C2接收比較訊號S5及參考 電壓Vr，據以輸出偵測訊號S4至阻抗調整模組RA，以調整阻抗調整模組RA的阻抗值。阻抗調整模組RA可為一電晶體，例如是MOSFET或BJT或其他可用以調整阻抗值的元件所構成。

接著，請參照圖4，其係為本案較佳實施例的另一種無線充電裝置3的示意圖。其中，無線充電裝置3與上述之無線充電裝置2相較，區別在於本實施例之電源供應模組31a、31b的導通電路312是分別包括一開關元件3121，且開關元件3121是與接收器111並聯連接並耦接充電模組13，而各開關元件3121相互耦接。此外，電源供應模組31b更包括一阻抗元件R，其與開關元件3121並聯連接。在本實施例中，是以開關元件3121為一二極體，而阻抗元件R為一電阻為例進行說明，然並非以此為限。於此，本實施例中，是以電源供應模組31a的開關元件3121之陽極端耦接至電源供應模組31b的開關元件3121之陰極端的方式連接，即各開關元件3121串聯。

在本實施例中，當兩個電源供應模組31a、31b皆輸出感應電流I1時，電源供應模組31a、31b之開關元件3121將因逆向偏壓而形成斷路，此時電源供應模組31a、31b將同時提供輸出訊號So至充電模組13，亦即，電源供應模組31a、31b可提供相當於單一個電源供應模組所能產生的兩倍電壓，而產生兩倍的傳輸功率。

當只有電源供應模組31b處於工作狀態，而輸出感應電流I1時，電源供應模組31b之開關元件3121將因逆向偏壓而形成斷路，此時，感應電流I1將經由電源供應模組31a之開關元件3121提供至充電模組13。此外，當只有電源供應模組31a輸出感應電流I1時，電源供應模組31a之開關元件3121將因逆向偏壓而形成斷路，此時，感應電流I1將可經由電源供應模組31b之開關元件3121所構成的電流路徑提供至充電模組13。

然而，當負載尚未抽載時，電源供應模組31b的開關元件3121可能尚未導通而形成斷路，使電源供應模組31b之接收器111的接地端浮接(floating)，導致輸出電壓準位浮動。因而，阻抗元件R的配置，使得感應電流I1得以流經阻抗元件R而形成迴路，以避免電源供應模組31a之接地端產生浮接的問題。

於此，在本實施例中，無線充電裝置3係可同時以兩個電源供應模組31a、31b提供輸出訊號So來進行無線充電，亦可透過單一個電源供應模組31來進行無線充電。換句話說，當本實施例中的任一個電源供應模組31停止提供輸出訊號So時，另一個電源供應模組31仍可繼續運作，而不會中斷充電。因此，依據上述的架構，將可更有效地管理及運用電源供應模組31所產生的輸出訊號So。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本案之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧無線充電裝置

11、11a、11b‧‧‧電源供應模組

111‧‧‧接收器

1111‧‧‧第一感應線圈

1112‧‧‧接收電路

112‧‧‧導通電路

12‧‧‧控制單元

13‧‧‧充電模組

14‧‧‧傳送器

15‧‧‧第二感應線圈

16‧‧‧偵測模組

17‧‧‧開關

I1、I1a、I1b‧‧‧感應電流

I2‧‧‧充電電流

I3‧‧‧工作電流

P‧‧‧電源

PO‧‧‧外部電源

S1、S2‧‧‧關閉訊號

S3‧‧‧切換訊號

Sc‧‧‧控制訊號

So‧‧‧輸出訊號

Claims (9)

1. 一種無線充電裝置，包括：多個電源供應模組，分別包括：一接收器，其輸出一感應電流；及一導通電路，耦接該接收器，並依據該感應電流產生一輸出訊號；一控制單元，耦接該些電源供應模組，並依據各該接收器所輸出的該感應電流判斷產生該感應電流之電源供應模組的數量，根據判斷結果產生一控制訊號；以及一充電模組，耦接該些電源供應模組，並接收各該電源供應模組所產生的該輸出訊號和該控制訊號而輸出一充電電流，其中該控制單元依據該控制訊號調整該充電模組的該充電電流的上限值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其中各該導通電路包括：一開關元件，其一端耦接該充電模組；以及一限流控制器，耦接該接收器與該開關元件的另一端。
3. 如申請專利範圍第2項所述的無線充電裝置，其中該限流控制器包括：一電流偵測模組，偵測該感應電流；及一阻抗調整模組，耦接該電流偵測模組，並接收該感應電流；其中當該感應電流大於一設定值時，該電流偵測模組輸出一偵測訊號至該阻抗調整模組，以調整該阻抗調整模組之一阻抗值。
4. 如申請專利範圍第3項所述的無線充電裝置，其中該電流偵測模組更包括：一偵測電阻，該感應電流流經該偵測電阻；一第一比較器，具有二輸入端，其分別耦接至該偵測電阻的兩端，並依據該偵測電阻的兩端之電壓差輸出一比較訊號；一參考電壓；以及一第二比較器，接收該比較訊號及該參考電壓，據以輸出該偵測訊號至該阻抗調整模組。
5. 如申請專利範圍第3項所述的無線充電裝置，其中該阻抗調整模組為一電晶體。
6. 如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其中各該導通電路包括一開關元件，且該開關元件與該接收器並聯連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其中各該接收器包括：一第一感應線圈；以及一接收電路，耦接該第一感應線圈與該導通電路。
8. 如申請專利範圍第7項所述的無線充電裝置，更包括；多個傳送器，分別電性連接一電源，並產生一工作電流；以及多個第二感應線圈，耦接該些傳送器，並接收該工作電流，其中各該接收器依據各該工作電流輸出該感應電流。
9. 如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，更包括：一偵測模組，耦接該些電源供應模組；以及一開關，耦接該充電模組和該控制單元，其中當偵測模組接收一外部電源，該偵測模組輸出多個關閉訊號，該些電源供應模組依據該些關閉訊號停止輸出各該感應電流，且該控制單元輸出一切換訊號導通該開關。