CN102315692B - 高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法 - Google Patents

Abstract

一种高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，是涉及供电模块及受电模块，供电模块所设的供电微处理器电性连接有具二组或二组以上并联金氧半场效晶体管阵列的第一驱动电路及第二驱动电路，并于第一驱动电路、第二驱动电路电性连接有具电容阵列的供电谐振电路，且供电谐振电路电性连接有供电线圈阵列，即可透过变频与驱动功率调整输出电磁波能量到受电模块，经过受电线圈阵列并联的主谐振电容及次谐振电容，再由主谐振电容电性连接的同步整流器依序经过滤波电路的高频滤波电容、第一电源开关、低频滤波电容及第二电源开关对外输出直流电源，其电力传送回路低阻抗的设计不仅可实现高功率无线传送电力，且可依负载状况进行输出功率的调整。

Description

高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法

技术领域

本发明是提供一种高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，尤指供电模块可利用变频技术与多重阵列结构因应功率大小做输出功率调整，并输出电磁波能量到受电模块安全、有效率的进行无线供电。

背景技术

现今电子科技时代、网际网络的无远弗界，使各种数位产品充斥在生活中，例如数码相机、移动电话、多媒体影音播放器（MP3或MP4、MP5播放器）等各种影像或声音可携式电子装置，且可携式电子装置均朝向轻、薄、短、小的理念设计。

然，若可携式电子装置要达到随身携带使用首先必须要解决的即是用电的问题，而一般最普遍的方式就是在可携式电子装置内部装设充电电池，使电力耗尽时能够重新充电，但是每个厂牌的可携式电子装置规格不尽相同，且各自都有特定相容的电源供应器，每购买一台可携式电子装置便需要搭配一个相容的电源供应器，使其所需花费的购置成本大幅提高，并造成多台可携式电子装置的电源供应器管理上相当不便且占用一定的空间，而不利于收纳与携带使用。

再者，便有厂商针对此一问题，研发出利用电磁波感应来发送电力的无线供电装置，其无接点电磁波感应供电能量方式具有极佳的便利性，所以在市场上一推出即备受瞩目，但是目前市面上多款的无线供电装置，大多属于低功率装置只能运用在移动电话、数码相机的类低功率装置，而部份厂商亦有推出对应高功率装置（如笔记型电脑）的无线感应式电源供应器，不过习用无线感应式电源供应器于使用时，仍存在有诸多缺失，兹分述如下：

1、习用无线感应式电源供应器在系统运作时，电路板与其上配置的电子元件会发出热量，传输电力的线圈也会因发出热量而产生安全上的疑虑。

2、习用无线感应式电源供应器的无线供电系统电路架构为包括电力开关元件、谐振电容，其运作频率亦属于高频运作，而在目前市面上的电子元件生产技术的限制下，无法生产出同时有高频运作与高功率的开关元件，即使有也会因制程困难所造成价格相当昂贵，谐振电容也是同理，所以在电子元件生产技术限制下，高功率无线供电装置中要能量产化实为困难。

3、习用无线感应式电源供应器的无线供电发射与接收感应线圈需要精准对齐，其供电能量也属于固定，无法随着线圈对应距离与负载状况有所调整，整体无线供电传输效率较差。

4、习用无线感应式电源供应器设计上为了使受电端线圈感应接收一个大于目标需求的电压值，再由直流降压集成电路元件（DC-DCStep-DownIC）将电压降到目标需求的电压值，由于降压动作也是透过开关切换完成，其切换过程中便会产生能量损耗、干扰杂讯以及热能产生。

是以，上述习用无线感应式电源供应器使用时仍存在有诸多缺失，且尚有待进一步改良的必要，即为本发明人与从事此行业者所亟欲改善的方向所在。

发明内容

故，发明人有鉴于上述习用电源供应器的不足与缺失，乃搜集相关资料经由多方评估及考量，方以从事此行业的多年经验透过不断的试作、修改，始设计出此种高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法发明诞生。

本发明的第一目的乃在于供电模块的供电微处理器为可透过软件程序运作安全、有效率的进行无线供电，且可侦测无线供电系统状态，并即时依负载状况进行输出功率调整，同时也可进行多点电压与温度监控，当系统异常时自动停止运作并发出警示音通知使用者。

本发明的第二目的乃在于供电模块为利用二组或二组以上可在高频下操作的金属氧化物场效应（简称：金氧半场效）晶体管阵列，透过并联的方式分散通过的电流，且可降低其电子元件发热的现象，并达到以大功率、大电流下操作，提高传输效率；另，金氧半场效晶体管阵列并联的方式可独立运作，在较低的供率需求中可启动较少组的金氧半场效晶体管阵列运作，而在较高的供率需求中则可启动较多的金氧半场效晶体管阵列运作，进而达到低功率需求时减少不必要金氧半场效晶体管阵列开关动作的功率损耗，且在高功率输出时又有足够的电流承载能力可以驱动谐振电路。

本发明的第三目的乃在于供电模块可利用供电谐振电路并联的电容阵列与供电线圈阵列组构成低阻抗的谐振回路，并在高功率输出、大电流的通过下，可有效抑制温度上升，提高电力传送的效率，且该电容阵列与供电线圈阵列为利用既有标准规格品，而可大幅降低生产的成本。

本发明的第四目的乃在于供电模块的供电微处理器可输出脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路，并透过软件程序检查供电谐振电路功率输出的状态进行变频式调整，即可将输出功率快速并精准控制在系统需求的范围内，而在受电模块中的电压为由供电模块精准控制输出功率来调整，其滤波电路有两段电源滤波，透过软件程序可在受电模块功率需求增加时快速反应控制加大功率输出，且因受电模块没有直流降压装置而可降低发热与提高转换效率。

本发明的第五目的乃在于受电模块的受电谐振电路设有一组并联受电线圈阵列接收感应电流，且受电线圈阵列并联有主谐振电容及次谐振电容，其中主谐振电容为电性连接于同步整流器经过滤波电路后再供电至目标装置，而次谐振电容为系统电力用，并电性连接于低功率稳压器供电到受电微处理器与同步整流器使用。

本发明的第六目的乃在于受电模块的受电微处理器可分析系统的电压、电流状态，并将功率需求透过无线供电中的电源传输方法到供电模块，而供电模块接收后随即调整功率输出，并将电压控制在目标稳定值，透过此种电源传输方法控制受电模块的输出电压，不需要直流降压积体电路元件来控制电压，进而可降低其电压转换中的功率损耗，以及多余功率转换、提高系统效率。

本发明的第七目的乃在于受电模块的滤波电路设有高频滤波电容、第一电源开关、低频滤波电容及第二电源开关，使高频滤波电容、低频滤波电容可分别透过第一电源开关、第二电源开关来输出电源，其中高频滤波电容可为既有的陶瓷电容器，此类电容器具有耐压高、高频滤波佳，但有容量小的缺点，所以用在第一阶受电端滤波，再透过第一电源开关可为金氧半场效晶体管（MOSFET）电性连接于低频滤波电容，且低频滤波电容可为既有的电解电容，此类电解电容具有容量大的优点，但耐压与高频特性不良，则可通过高频滤波电容、低频滤波电容配合第一电源开关、第二电源开关控制完成特性良好的电源稳压滤波电路。

为此，本发明提供的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，涉及供电模块及受电模块，其中供电模块所设的供电微处理器中内建有软件程序及存储器，且供电微处理器电性连接有可与外部电源的电源电路，而供电微处理器并联有可由电源电路供应电源的第一驱动电路及第二驱动电路，并于第一驱动电路、第二驱动电路分别设有二组或二组以上并联的金氧半场效晶体管阵列，再由第一驱动电路电性连接有具电容阵列的供电谐振电路，又供电谐振电路电性连接有可由第二驱动电路供应电源发射供电能量的供电线圈阵列，且供电线圈阵列电性连接的讯号取样电路并联有连接于供电微处理器的资料解析电路及电压检测电路，并依照下列的步骤实施：

（a1）系统开机初始化，供电微处理器先执行内建程序与读取存储器所储存的系统设定参数；

（a2）扫描线圈谐振点，供电微处理器自动变频扫描侦测供电谐振电路的供电线圈阵列与电容阵列的最大谐振点频率、系统定义最小谐振点频率、系统常态运作谐振频率、系统最高运作谐振点频率及供电微处理器输出的最高谐振点频率；

（a3）供电微处理器将对照的谐振频率数值储存至其存储器中；

（a4）待机状态中，供电微处理器不输出脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路不会发射出电磁波能量，开始预定时间计时周期；

（a5）计时周期到时，供电微处理器输出短暂脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路发射出电磁波能量进行送电；

（a6）读取资料讯号状态，讯号取样电路经由供电线圈阵列进行受电模块回馈资料讯号的对应侦测，若为有时即进行步骤（a7），若为无时则重复执行步骤（a4）；

（a7）有接收到受电模块资料讯号即进入供电模式，供电微处理器输出连续脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路发射出电磁波能量后开始对受电模块进行送电；

（a8）中断供电模式并进入待机状态，再重复执行步骤（a4）。

附图说明

图1为本发明供电模块的方块图；

图2为本发明受电模块的方块图；

图3为本发明供电模块进行电源传输方法的步骤流程图；

图4为本发明供电模块扫描线圈谐振点时的步骤流程图；

图5为本发明供电模块输出脉宽调变讯号的步骤流程图；

图6为本发明供电模块接收到受电模块资料讯号的步骤流程图（一）；

图7为本发明供电模块接收到受电模块资料讯号的步骤流程图（二）；

图8为本发明受电模块接收供电模块电磁波能量的步骤流程图（一）；

图9为本发明受电模块接收供电模块电磁波能量的步骤流程图（二）；

图10为本发明受电模块接收供电模块电磁波能量的步骤流程图（三）；

图11为本发明受电模块接收供电模块电磁波能量的步骤流程图（四）；

图12为本发明的功率输出简易方块图；

图13为本发明的谐振频率与振幅变化示意图；

图14为本发明的谐振频率波形示意图（一）；

图15为本发明的谐振频率波形示意图（二）。

附图标记说明

1－供电模块；11－供电微处理器；15－供电谐振电路；12－电源电路；151－电容阵列；121－外部电源；152－供电线圈阵列；13－第一驱动电路；16－讯号取样电路；131－金氧半场效晶体管阵列；161－资料解析电路；132－金氧半场效晶体管阵列；17－电压检测电路；133－金氧半场效晶体管阵列；18－温度检测模块；14－第二驱动电路；19－指示装置；141－金氧半场效晶体管阵列；191－音效模块；142－金氧半场效晶体管阵列；192－显示单元；143－金氧半场效晶体管阵列；2－受电模块；21－受电微处理器；241－高频滤波电容；22－受电谐振电路；242－第一电源开关；221－受电线圈阵列；243－低频滤波电容；222－主谐振电容；244－第二电源开关；223－次谐振电容；25－受电端输出部；224－低功率稳压器；26－电压检测电路；23－同步整流器；27－讯号调制电路；24－滤波电路；28－温度检测模块。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。

请参阅图1、2所示，是分别为本发明供电模块的方块图及受电模块的方块图，可由图中清楚看出，本发明为包括有供电模块1及受电模块2，其中：

该供电模块1为设有供电微处理器11，并于供电微处理器11中内建有操作程序、控制程序等相关软件程序及存储器，且供电微处理器11电性连接有可与外部电源121连接供应电源的电源电路12，而供电微处理器11同时连接有可由电源电路12供应电源的第一驱动电路13及第二驱动电路14，其第一驱动电路13设有二组或二组以上并联的金属氧化物半导体场效应晶体管（简称：金氧半场效晶体管）阵列131、132、133，第二驱动电路14亦设有二组或二组以上并联的金氧半场效晶体管阵列141、142、143，再由第一驱动电路13电性连接有具电容阵列151的供电谐振电路15；另，供电谐振电路15为电性连接有可由第二驱动电路14供应电源发射供电能量的供电线圈阵列152，且供电线圈阵列152电性连接有讯号取样电路16，讯号取样电路16还连接有连接于供电微处理器11的资料解析电路161及电压检测电路17；此外，供电微处理器11电性连接有可检查第一驱动电路13、第二驱动电路14及供电线圈阵列152运作温度的温度检测模块18，并于供电微处理器11电性连接有指示装置19，且指示装置19设有可由供电微处理器11发送讯号来分别启动警示声响、语音的音效模块191及可显示使用状态的显示单元192。

该受电模块2为设有受电微处理器21，并于受电微处理器21中内建有操作程序、控制程序等相关软件程序及存储器，且受电微处理器21电性连接有可由受电线圈阵列221接收供电能量的受电谐振电路22，其中受电线圈阵列221并联有主谐振电容222及次谐振电容223，而主谐振电容222电性连接有同步整流器23，并由次谐振电容223则电性连接有可供应受电微处理器21及同步整流器23低压电源的低功率稳压器224；另，同步整流器23电性连接有滤波电路24，而滤波电路24依序设有高频滤波电容241、第一电源开关242、低频滤波电容243及可对外输出直流电源至受电端输出部25的第二电源开关244，且高频滤波电容241、低频滤波电容243电性连接有可检查电压讯号并传输至受电微处理器21的电压检测电路26，并由受电微处理器21检查出电压检测电路26电压状况后再驱动第一电源开关242、第二电源开关244导通电源经过高频滤波电容241或低频滤波电容243进行输出直流电源；又，受电微处理器21电性连接有可接收其编码讯号并由受电线圈阵列221发射资料讯号至供电模块1判断功率输出大小的讯号调制电路27，且受电微处理器21电性连接有可检查滤波电路24及受电线圈阵列221运作温度的温度检测模块28。

请搭配参阅图3～11所示，当利用本发明高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法时，是依照下列的步骤实施：

（100）系统开机初始化，供电微处理器11先执行内建程序与读取存储器所储存的系统设定参数。

（101）扫描线圈谐振点，供电微处理器11自动变频扫描侦测供电谐振电路15的供电线圈阵列152与电容阵列151的最大谐振点频率F0、系统定义最小谐振点频率F1、系统常态运作谐振频率F2、系统最高运作谐振点频率F3及供电微处理器11输出的最高谐振点频率F4。

（102）将谐振频率存进存储器中，供电微处理器11将对照的谐振频率数值储存至其存储器中。

（103）待机状态中，供电微处理器11不输出脉宽调变（PWM）讯号至第一驱动电路13、第二驱动电路14使供电谐振电路15不会发射出电磁波能量，并开始预定时间计时周期。

（104）计时周期到时，供电微处理器11输出短暂脉宽调变（PWM）讯号至第一驱动电路13、第二驱动电路14使供电谐振电路15发射出电磁波能量进行送电。

（105）读取资料讯号状态，讯号取样电路16经由供电线圈阵列152进行受电模块2回馈资料讯号的对应侦测，若为有时，即进行步骤（106）；若为无时，则重复执行步骤（103）。

（106）有接收到受电模块2资料讯号即进入供电模式，供电微处理器11输出连续脉宽调变（PWM）讯号至第一驱动电路13、第二驱动电路14使供电谐振电路15发射出电磁波能量后开始对受电模块2进行送电。

（107）系统异常或受电端讯号离线则中断供电模式并进入待机状态，再重复执行步骤（103）。

由上述的实施步骤可清楚得知，本发明高功率无线感应式电源供应器为包括有供电模块1及受电模块2，其中供电模块1可利用电源输入介面（如通用序列总线、交流电转直流电变压器或市电插头等）连接于外部电源121，并使外部电源121所传输的交流电源便会经过电源电路12转换成直流电源，再由电源电路12供应稳定低压电源至供电微处理器11使用，高压电源则分别供应至第一驱动电路13及第二驱动电路14，且该第一驱动电路13、第二驱动电路14分别设有二组或二组以上并联的金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143，而供电模式中，可透过供电微处理器11输出脉宽调变（PWM）讯号至第一驱动电路13、第二驱动电路14，并控制其金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143开关动作，用以驱动供电谐振电路15所具的电容阵列151与供电线圈阵列152匹配谐振产生振荡发射出产生谐振电磁波能量至受电模块2受电端，且可透过讯号取样电路16所接收的资料讯号进行类比/数位讯号转换、资料解析电路161来进行解析，以及电压检测电路17检查、分析出供电谐振电路15功率输出大小，再传输至供电微处理器11判断是否要送电至受电模块2。

此外，供电微处理器11亦可由温度检测模块18检查第一驱动电路13、第二驱动电路14及供电线圈阵列152的运作温度，当温度发生异常时，可由供电微处理器11关闭第一驱动电路13、第二驱动电路14运作，或是依功率需求改变其金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143组数，也可透过供电微处理器11发送讯号至指示装置19来分别启动警示用声响、语音的音效模块191，以及显示单元192将其资料讯号进行状态显示，且音效模块191可为喇叭或蜂鸣器，而显示单元192则可为一个或一个以上的发光二极管所构成的状态指示灯、七段显示器或液晶显示器等可显示出相对应的系统时间、供电时间、供电状态等多功能的显示，可方便使用者确实得知目前使用状态。

上述的供电模块1于执行扫描线圈谐振点时，是依照下列的步骤实施：

（200）供电微处理器11读取存储器所储存系统参数设定的最高谐振点频率F4。

（201）供电微处理器11输出脉宽调变（PWM）讯号至第一驱动电路13、第二驱动电路14驱动供电谐振电路15。

（202）供电微处理器11自动变频扫描侦测供电谐振电路15的供电线圈阵列152与电容阵列151的线圈讯号振幅。

（203）供电微处理器11将所侦测的线圈讯号振幅与系统设定参数比对是否在范围内，若线圈讯号振幅比系统设定参数高时，即进行步骤（204）；若线圈讯号振幅比系统设定参数低时，即进行步骤（205）；若线圈讯号振幅在系统设定参数范围内时，则进行步骤（206）。

（204）提高谐振频率，并使线圈讯号振幅往系统最高运作谐振点频率F3移动，再重复执行步骤（201）。

（205）降低谐振频率，并使线圈讯号振幅往系统定义最小谐振点频率F1移动，再重复执行步骤（201）。

（206）供电微处理器11将谐振频率数值储存至其存储器中作为系统常态运作谐振频率F2使用。

供电模块1于计时周期到时，供电微处理器11输出短暂脉宽调变（PWM）讯号至第一驱动电路13、第二驱动电路14使供电谐振电路15发射出电磁波能量，是依照下列的步骤实施：

（300）供电微处理器11读取存储器中储存的谐振频率数值。

（301）供电微处理器11输出脉宽调变（PWM）讯号至第一驱动电路13、第二驱动电路14使供电谐振电路15发射出系统参数设定的最高谐振点频率F4。

（302）修正下降谐振频率至存储器中所储存的谐振频率数值为止。

（303）输出存储器中储存的谐振频率开始对受电模块2进行送电或侦测讯号回馈资料讯号用。

当供电模块1接收到受电模块2受电端的资料讯号时，系统进入供电模式，是依照下列的步骤实施：

（400）供电微处理器11透过讯号取样电路16进行解析供电线圈阵列152所接收到受电模块2资料讯号的识别码。

（401）供电微处理器11进行判断，若为非正确对应的识别码时，即进行步骤（402）；若为正确对应的识别码时，则进行步骤（403）。

（402）非正确识别码，则判断为无对应的受电模块2，再执行步骤（414）。

（403）供电微处理器11读取存储器所储存系统设定参数的功率输出资料，并判断出受电模块2的功率需求而修正其功率输出大小，若为降低功率输出时，即进行步骤（404）；若为提高功率输出时，则进行步骤（405）。

（404）供电微处理器11提高输出脉宽调变（PWM）讯号频率，使第一驱动电路13、第二驱动电路14降低供电谐振电路15功率输出大小，再进行步骤（406）。

（405）供电微处理器11降低输出脉宽调变（PWM）讯号频率，使第一驱动电路13、第二驱动电路14提高供电谐振电路15功率输出大小，再进行步骤（406）。

（406）检查系统电源功率输出状态。

（407）供电微处理器11透过电压检测电路17检查、判断出供电谐振电路15的功率输出大小，若功率输出为超过目前第一驱动电路13、第二驱动电路14输出限制时，即进行步骤（408）；若功率输出为低于目前第一驱动电路13、第二驱动电路14输出限制时，即进行步骤（409）；若功率输出在目前第一驱动电路13、第二驱动电路14输出限制的范围内时，则进行步骤（410）。

（408）增加第一驱动电路13、第二驱动电路14驱动的金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143的组数，再进行步骤（411）。

（409）减少第一驱动电路13、第二驱动电路14驱动的金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143的组数，再进行步骤（411）。

（410）不改变第一驱动电路13、第二驱动电路14驱动的金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143的组数，再进行步骤（411）。

（411）供电微处理器11透过温度检测模块18检查第一驱动电路13、第二驱动电路14及供电线圈阵列152运作温度。

（412）供电微处理器11判断出运作温度是否在预设温度限制范围内，若为是时，即进行步骤（413）；若为否时，则进行步骤（414）。

（413）温度正常，准备下一次的检查，再重复执行步骤（400）。

（414）中断供电模式进入待机状态。

当受电模块2进行接收供电模块1所发射出的电磁波能量时，是依照下列的步骤实施：

（500）受电模块2的受电谐振电路22无收到电磁波能量时处于待机状态。

（501）受电谐振电路22接收到供电模块1输出短暂脉宽调变（PWM）讯号所发射出电磁波能量时，受电模块2系统进入开机程序。

（502）受电微处理器21关闭同步整流器23与滤波电路24的第一电源开关242、第二电源开关244。

（503）供电模块1侦测是否有接收到受电模块2所回馈资料讯号的识别码，若为无时，即进行步骤（504）；若为有时，则进行步骤（505）。

（504）供电模块1无接收到识别码视为在接收范围外，再重复执行步骤（500）。

（505）供电模块1有接收到识别码则继续对受电模块2进行送电。

（506）受电微处理器21开启同步整流器23。

（507）受电微处理器21透过电压检测电路26检查滤波电路24的高频滤波电容241的电压状况，若电压低于限度时，即进行步骤（508）；若电压高于限度时，则进行步骤（509）。

（508）受电微处理器21输出提高功率需求的编码讯号至讯号调制电路27，并由受电线圈阵列221发射资料讯号至供电模块1修正功率输出，再进行步骤（510）。

（509）受电微处理器21输出降低功率需求的编码讯号至讯号调制电路27，并由受电线圈阵列221发射资料讯号至供电模块1修正功率输出。

（510）受电微处理器21透过电压检测电路26再检查高频滤波电容241电压是否在限度内，若为否时，即进行步骤（511）；若为是时，则进行步骤（514）。

（511）受电微处理器21判断高频滤波电容241连续电压是否过高，若为否时，即重复执行步骤（507）；若为是时，则进行步骤（512）。

（512）错误状态，受电微处理器21关闭同步整流器23与滤波电路24的第一电源开关242、第二电源开关244。

（513）受电微处理器21输出中断功率需求的编码讯号至讯号调制电路27，并由受电线圈阵列221发射资料讯号至供电模块1停止送电，再重复执行步骤（500）。

（514）受电微处理器21开启第一电源开关242。

（515）受电微处理器21透过电压检测电路26检查滤波电路24的低频滤波电容243的电压状况，若电压低于限度时，即进行步骤（516）；若电压高于限度时，则进行步骤（517）。

（516）受电微处理器21输出提高功率需求的编码讯号至讯号调制电路27，并由受电线圈阵列221发射资料讯号至供电模块1修正功率输出，再进行步骤（518）。

（517）受电微处理器21输出降低功率需求的编码讯号至讯号调制电路27，并由受电线圈阵列221发射资料讯号至供电模块1修正功率输出。

（518）受电微处理器21透过电压检测电路26再检查低频滤波电容243电压是否在限度内，若为否时，即进行步骤（519）；若为是时，则进行步骤（520）。

（519）受电微处理器21判断低频滤波电容243连续电压是否过高，若为否时，即重复执行步骤（515）；若为是时，则重复执行步骤（512）。

（520）受电微处理器21开启第二电源开关244。

（521）第二电源开关244开始对受电端输出部25进行供电输出直流电源。

（522）受电微处理器21透过温度检测模块28检查滤波电路24及受电线圈阵列221运作温度是否高于限度，若为是时，即进行步骤（523）；若为否时，则进行步骤（524）。

（523）温度过高，则重复执行步骤（512）。

（524）温度正常继续供电，准备下一次电压检查，再重复执行步骤（506）。

由上述的实施步骤可清楚得知，本发明供电模块1的第一驱动电路13、第二驱动电路14为利用二组或二组以上并联的金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143来分散通过的电流，此种并联等效电阻效应中可降低其电子元件的阻抗值、发热现象。

此外，本发明人有鉴于现有技术利用二组MOSFET阵列用以驱动谐振电路，其运作方式可为全桥运作即可透过二组MOSFET阵列的讯号反向驱动作为两倍电源电压的能量驱动谐振电路，或是可为半桥驱动即一组为驱动讯号，另一组则接通电源地端来作为一倍电源电压的能量驱动谐振电路，但是MOSFET电子元件于导通时会存在着漏-源RDS（ON）的导通电阻，其在大电流通过时便会造成温度上升以致烧毁，故在本发明金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143发生烧毁前产生温度异常上升、过热状况时，即可由供电微处理器11透过温度检测模块18来监控每一组金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143，当温度发生异常时，供电微处理器11可关闭其运作，并发送讯号至指示装置19来启动警示用声响、语音，亦可依功率需求改变金氧半场效晶体管阵列131、132、133、141、142、143的组数，配合其大功率输出时增加驱动量、降低阻抗与温度，或是在小功率输出时降低组数而减少开关元件的功率损耗。

再者，供电谐振电路15的电容阵列151在交流讯号中的理想特性为导通，但在实际产品上电容特性存在着交流阻抗，虽然交流阻抗会随着材料技术提高而降低，不过也使整体成本相对的增加，所以本发明中电容阵列151是透过复数电容并联的方式降低阻抗效应，即使是使用平价的电子元件也可以达到高价低阻抗电子元件的特性。

供电谐振电路15的供电线圈阵列152在高功率的需求下线圈需要极低的阻抗，为了满足低阻抗的需求在设计上线材通常即需要加粗，而现有技术谐振电路上的线圈为利用李支线（Litzwire）绕制来降低阻抗与高频讯号下的电流集肤效应（Skineffect），但是绕制李支线的设备所能使用的线材线径有其上限，所以本发明中是透过供电线圈阵列152相迭、并联的设计来降低线圈的阻抗，而可在不受生产技术的限制下制作出理想特性的高功率用线圈。

是以，高功率无线感应式电源供应器系统中，效率的提升即可降低电子元件发热的问题，而效率的提升就是要尽可能的降低驱动开关元件、谐振电路上的电容与线圈的阻抗，因为电流通过电子元件时较低的阻抗可减低在其上产生的功率损耗与发热效应，但于实际运用上，往往会受到电子元件生产技术上的限制，使得生产出低阻抗的产品其价格非常的昂贵，无法运用低价格考量的产品上，本发明利用并联的方式来重新设计加以解决，并配合软件程序运作可以安全有效率的进行无线供电，再透过软件程序即时侦测高功率无线感应式电源供应器系统的状态，且可即时依负载状况进行输出功率调整，同时也可进行多点电压与温度的监控，当系统异常时自动停止运作并发出警示音通知使用者。

请继续参阅图12～15所示，是分别本发明的功率输出简易方块图、谐振频率与振幅变化示意图、谐振频率波形示意图（一）及谐振频率波形示意图（二），由图中可清楚看出，上述供电谐振电路15的谐振频率为透过自动变频扫描的方式运作，每个谐振点频率的定义如下，其中：

F0为供电线圈阵列152与电容阵列151的最大谐振点频率，其谐振频率会随着电容阵列151感值以及环境的改变而变动，若供电模块1在此点运作其振幅会非常大并造成系统过载，所以本发明中供电微处理器11的软件架构会避免将操作频率输出到此谐振点频率。

F1为供电线圈阵列152与电容阵列151的系统定义最小谐振点频率，由于谐振频率会随着电容感值以及环境改变而变动、无法在事先定义，所以此谐振点频率是由系统预设最大工作振幅V1所定义出来。

F2为系统常态运作谐振频率，此谐振点频率是由系统预设最大工作振幅V2所定义出来。

F3系统最高运作谐振点频率，此谐振点频率是由系统预设最大工作振幅V3所定义出来。

F4供电微处理器11输出的最高谐振点频率。

由于系统运作中需要定义操作频率范围，以避免输出功率不足或过载，所以需要透过不断的自动变频扫描、修正来控制功率输出大小，其扫描的方式为由先输出最高谐振点频率F4开始往下降，而线圈讯号振幅也越来越大，且该线圈讯号振幅亦将会依序经过V3、V2、V1，当达到V1后供电微处理器11即停止功率输出，即可将对照的谐振频率数值储存至其存储器中供运作使用，并开始以V2谐振频率进行受电模块2的对应侦测，而在系统中F1、F2、F3为非固定数值，其会随着受电模块2功率需求不断修正谐振频率来达到自动调整、控制功率输出的功效。

此外，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此局限本发明的专利范围，本发明中变频输出运用在从系统无输出到启动输出时，也是从F4频率开始输出并快速降频到系统预设F2谐振频率，若不是利用此种方式时，系统便会由待机的状态直接输出F2谐振频率，其谐振电路的特性中会先产生过大振荡后再减缓进入稳定的状态，且因系统设计中反复的待机、启动发送侦测讯号后再进入待机状态，亦会不断的产生刚开始输入讯号的过大振荡现象，造成电子元件的电流冲击与电磁波干扰（EMI）等问题，故利用本发明自动变频技术其线圈讯号振幅可由微小到放大的稳定状态，不会产生讯号突波的情况发生，也可变频控制功率输出至最佳化以达到省电的效果，举凡可达成前述效果的方法、流程步骤皆应受本发明所涵盖，此种简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内，特此说明。

综上所述，本发明高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法于使用时为确实能达到其功效及目的，故本发明诚为一实用性优异的发明，为符合发明专利的申请要件，依法提出申请。

Claims (8)

1.一种高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，是涉及供电模块及受电模块，其特征在于，供电模块所设的供电微处理器中内建有软件程序及存储器，且供电微处理器电性连接有可与外部电源连接供应电源的电源电路，而供电微处理器并联有可由电源电路供应电源的第一驱动电路及第二驱动电路，并于第一驱动电路、第二驱动电路分别设有二组或二组以上并联的金氧半场效晶体管阵列，再由第一驱动电路电性连接有具电容阵列的供电谐振电路，又供电谐振电路电性连接有可由第二驱动电路供应电源发射供电能量的供电线圈阵列，且供电线圈阵列电性连接的讯号取样电路并联有连接于供电微处理器的资料解析电路及电压检测电路，并依照下列的步骤实施：

（a1）系统开机初始化，供电微处理器先执行内建程序与读取存储器所储存的系统设定参数；

（a2）扫描线圈谐振点，供电微处理器自动变频扫描侦测供电谐振电路的供电线圈阵列与电容阵列的最大谐振点频率、系统定义最小谐振点频率、系统常态运作谐振频率、系统最高运作谐振点频率及供电微处理器输出的最高谐振点频率；

（a3）供电微处理器将对照的谐振频率数值储存至其存储器中；

（a4）待机状态中，供电微处理器不输出脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路不会发射出电磁波能量，开始预定时间计时周期；

（a5）计时周期到时，供电微处理器输出短暂脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路发射出电磁波能量进行送电；

（a6）读取资料讯号状态，讯号取样电路经由供电线圈阵列进行受电模块回馈资料讯号的对应侦测，若为有时即进行步骤（a7），若为无时则重复执行步骤（a4）；

（a7）有接收到受电模块资料讯号即进入供电模式，供电微处理器输出连续脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路发射出电磁波能量后开始对受电模块进行送电；

（a8）中断供电模式并进入待机状态，再重复执行步骤（a4）。

2.根据权利要求1所述的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，其特征在于，该供电模块执行扫描线圈谐振点时，是依照下列的步骤实施：

（b1）供电微处理器读取存储器所储存系统参数设定的最高谐振点频率；

（b2）供电微处理器输出脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路驱动供电谐振电路；

（b3）供电微处理器自动变频扫描侦测供电谐振电路的供电线圈阵列与电容阵列的线圈讯号振幅；

（b4）供电微处理器将所侦测的线圈讯号振幅与系统设定参数比对是否在范围内，若线圈讯号振幅比系统设定参数高时进行步骤（b5），若线圈讯号振幅比系统设定参数低时进行步骤（b6），若线圈讯号振幅在系统设定参数范围内时则进行步骤（b7）；

（b5）提高谐振频率，使线圈讯号振幅往系统最高运作谐振点频率移动，再重复执行步骤（b2）；

（b6）降低谐振频率，使线圈讯号振幅往系统定义最小谐振点频率移动，再重复执行步骤（b2）；

（b7）供电微处理器将谐振频率数值储存至其存储器中作为系统常态运作谐振频率使用。

3.根据权利要求1所述的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，其特征在于，该供电模块的供电微处理器输出短暂脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路发射出电磁波能量，是依照下列的步骤实施：

（c1）供电微处理器读取存储器中储存的谐振频率数值；

（c2）供电微处理器输出脉宽调变讯号至第一驱动电路、第二驱动电路使供电谐振电路发射出系统参数设定的最高谐振点频率；

（c3）修正下降谐振频率至存储器中所储存的谐振频率数值为止；

（c4）输出存储器中储存的谐振频率开始对受电模块进行送电或侦测讯号回馈资料讯号用。

4.根据权利要求1所述的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，其特征在于，该供电微处理器电性连接有可检查第一驱动电路、第二驱动电路及供电线圈阵列运作温度的温度检测模块，供电模块接收到受电模块受电端的资料讯号时，系统进入供电模式并依照下列的步骤实施：

（d01）供电微处理器透过讯号取样电路进行解析供电线圈阵列所接收受电模块资料讯号的识别码；

（d02）供电微处理器进行判断，若为非正确对应的识别码时进行步骤（d03），若为正确对应的识别码时则进行执行步骤（d04）；

（d03）供非正确识别码，则判断为无对应的受电模块，再执行步骤（d15）；

（d04）供电微处理器读取存储器所储存系统设定参数的功率输出资料，并判断出受电模块的功率需求而修正其功率输出大小，若为降低功率输出时进行步骤（d05），若为提高功率输出时则进行步骤（d06）；

（d05）供电微处理器提高输出脉宽调变讯号频率，使第一驱动电路、第二驱动电路降低供电谐振电路功率输出大小，再进行步骤（d07）；

（d06）供电微处理器降低输出脉宽调变讯号频率，使第一驱动电路、第二驱动电路提高供电谐振电路功率输出大小，再进行步骤（d07）；

（d07）检查系统电源功率输出状态；

（d08）供电微处理器透过电压检测电路检查供电谐振电路的功率输出大小，若功率输出为超过目前输出限制时进行步骤（d09），若功率输出低于目前输出限制时进行步骤（d10），若功率输出在目前输出限制的范围内时则进行步骤（d11）；

（d09）增加第一驱动电路、第二驱动电路驱动的金氧半场效晶体管阵列的组数，再进行步骤（d12）；

（d10）减少第一驱动电路、第二驱动电路驱动的金氧半场效晶体管阵列的组数，再进行步骤（d12）；

（d11）不改变第一驱动电路、第二驱动电路驱动的金氧半场效晶体管阵列的组数，再进行步骤（d12）；

（d12）供电微处理器透过温度检测模块检查第一驱动电路、第二驱动电路及供电线圈阵列运作温度；

（d13）供电微处理器判断出运作温度是否在预设温度限制范围内，若为是时进行步骤（d14），若为否时则进行步骤（d15）；

（d14）温度正常，准备下一次的检查，再重复执行步骤（d01）；

（d15）中断供电模式进入待机状态。

5.根据权利要求1所述的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，其特征在于，该受电模块所设的受电微处理器为电性连接有可由受电线圈阵列接收供电能量的受电谐振电路，且受电线圈阵列并联有主谐振电容及次谐振电容，而主谐振电容电性连接有同步整流器，并由次谐振电容电性连接有可供应受电微处理器及同步整流器低压电源的低功率稳压器，再于同步整流器电性连接有滤波电路，滤波电路依序设有高频滤波电容、第一电源开关、低频滤波电容及可对外输出直流电源至受电端输出部的第二电源开关，且高频滤波电容、低频滤波电容电性连接有可检查电压讯号并传输至受电微处理器的电压检测电路，又受电微处理器电性连接有可接收其编码讯号并由受电线圈阵列发射资料讯号至供电模块判断功率输出大小的讯号调制电路，当受电模块接收供电模块所发射出的电磁波能量时，是依照下列的步骤实施：

（e01）受电模块的受电谐振电路无收到电磁波能量时，处于待机状态；

（e02）受电谐振电路接收到供电模块输出短暂脉宽调变讯号所发射出电磁波能量时，受电模块系统进入开机程序；

（e03）受电微处理器关闭同步整流器与滤波电路的第一电源开关、第二电源开关；

（e04）供电模块侦测是否有接收到受电模块所回馈资料讯号的识别码，若为无时进行步骤（e05），若为有时则进行步骤（e06）；

（e05）供电模块无接收到识别码视为在接收范围外，再重复执行步骤步骤（e01）；

（e06）供电模块有接收到识别码则继续对受电模块进行送电；

（e07）受电微处理器开启同步整流器；

（e08）受电微处理器透过电压检测电路检查滤波电路的高频滤波电容的电压状况，若电压低于限度时，进行步骤（e09），若电压高于限度时则进行步骤（e10）；

（e09）受电微处理器输出提高功率需求的编码讯号至讯号调制电路，并由受电线圈阵列发射资料讯号至供电模块修正功率输出，再进行步骤（e11）；

（e10）受电微处理器输出降低功率需求的编码讯号至讯号调制电路，并由受电线圈阵列发射资料讯号至供电模块修正功率输出；

（e11）受电微处理器透过电压检测电路再检查高频滤波电容电压是否在限度内，若为否时进行步骤（e12），若为是时则进行步骤（e15）；

（e12）受电微处理器判断高频滤波电容连续电压是否过高，若为否时即重复执行步骤（e08），若为是时则进行步骤（e13）；

（e13）错误状态，受电微处理器关闭同步整流器与滤波电路的第一电源开关、第二电源开关；

（e14）受电微处理器输出中断功率需求的编码讯号至讯号调制电路，并由受电线圈阵列发射资料讯号至供电模块停止送电，再重复执行步骤（e01）；

（e15）受电微处理器开启第一电源开关；

（e16）受电微处理器透过电压检测电路检查滤波电路的低频滤波电容的电压状况，若电压低于限度时进行步骤（e17），若电压高于限度时则进行步骤（e18）；

（e17）受电微处理器输出提高功率需求的编码讯号至讯号调制电路，并由受电线圈阵列发射资料讯号至供电模块修正功率输出，再执行步骤（e19）；

（e18）受电微处理器1输出降低功率需求的编码讯号至讯号调制电路，并由受电线圈阵列发射资料讯号至供电模块修正功率输出；

（e19）受电微处理器透过电压检测电路再检查低频滤波电容电压是否在限度内，若为否时进行步骤（e20），若为是时则进行步骤（e21）；

（e20）受电微处理器判断低频滤波电容连续电压是否过高，若为否时则执行步骤（e16），若为是则执行步骤（e13）；

（e21）受电微处理器开启第二电源开关；

（e22）第二电源开关开始对受电端输出部进行供电输出直流电源；

（e23）受电微处理器透过温度检测模块检查滤波电路及受电线圈阵列运作温度是否高于限度，若为是时进行步骤（e24），若为否时则进行步骤（e25）；

（e24）温度过高，则重复执行步骤（e13）；

（e25）温度正常继续供电，准备下一次电压检查，再重复执行步骤（e07）。

6.根据权利要求1所述的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，其特征在于，该供电模块的供电微处理器电性连接有指示装置，且指示装置设有可由供电微处理器发送讯号来分别启动警示声响、语音的音效模块及可显示使用状态的显示单元。

7.根据权利要求6所述的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，其特征在于，该音效模块为喇叭或蜂鸣器。

8.根据权利要求6所述的高功率无线感应式电源供应器的电源传输方法，其特征在于，该显示单元为一个或一个以上发光二极管构成的状态指示灯、七段显示器或液晶显示器。

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