CN103887985B - 无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法 - Google Patents

无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法，控制装置包含一传送控制电路及一接收控制电路。控制方法包含产生多个切换讯号以切换一传送绕组及产生一电能，侦测传送绕组的一传送讯号的一准位，及控制一开关从一接收绕组传输电能至一负载。接收绕组从传送绕组接收电能，若传送讯号的准位持续未高于一门槛的时间超过一第一周期，或传送讯号的准位持续高于一高门槛的时间超过一第二周期，则该些切换讯号会被禁能。因此，本发明的控制装置及控制方法具有确保安全的异物侦测（foreign object detection，FOD）功能。

Description

无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法
技术领域
本发明是有关于一种电源供应器，尤其是关于无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法。
背景技术
无线感应式电源供应器已普遍用于提供电源至电子产品及对电子产品的电池的充电。但是，当异物因无线感应式电源供应器的磁场耦接无线感应式电源供应器时，电子产品或其电池的使用上会有危险性存在，其中异物例如为一金属物体。故，本发明的无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法可以侦测异物以确保安全。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法，其包含确保安全的异物侦测功能，此异物侦测功能会避免无线感应式电源供应器加热异物。
本发明的目的之一是提供一种无线感应式电源供应器的控制装置及控制方法，其使无线感应式电源供应器于无线感应式电源供应器的负载状态为无载状态时节省电能。
本发明无线感应式电源供应器的控制方法包含产生多个切换讯号以切换一传送绕组及产生一电能，侦测传送绕组的一传送讯号的一准位，及控制一开关从一接收绕组传输电能至一负载。接收绕组从传送绕组接收电能。若传送讯号的准位持续未高于一门槛的时间超过一第一周期，或传送讯号的准位持续高于一高门槛的时间超过一第二周期，则该些切换讯号会被禁能。
本发明无线感应式电源供应器的控制装置包含一传送控制电路及一接收控制电路。传送控制电路产生多个切换讯号以切换一传送绕组及产生一电能，传送控制电路更侦测传送绕组的一传送讯号的一准位。接收控制电路控制一开关从一接收绕组传输电能至一负载。接收绕组从传送绕组接收电能。若传送讯号的准位持续未高于一门槛的时间超过一第一周期，或传送讯号的准位持续高于一高门槛的时间超过一第二周期，则该些切换讯号会被禁能。
附图说明
图1：其为本发明无线感应式电源供应器的一实施例的电路图；
图2：其为本发明传送讯号VX、控制讯号SW及讯号VB的波形图；
图3：其为本发明传送控制电路控制切换讯号的一实施例的控制流程图；
图4：其为本发明检查负载状态的一实施例的流程图；
图5：其为本发明检查重载状态的一实施例的流程图；
图6：其为本发明检查无载状态的一实施例的流程图；
图7：其为本发明接收控制电路控制开关的一实施例的控制流程图；
图8：其为本发明切换讯号S1、S2、控制讯号SW及讯号VB的波形图；
图9：其为本发明于侦测到异物期间的切换讯号S1、S2、控制讯号SW及讯号VB的波形图；及
图10：其为本发明于侦测到异物或无载状态期间的切换讯号S1、S2及讯号VB的波形图。
【图号对照说明】
10 传送绕组
15 电容器
20 接收绕组
21 第一整流器
22 第二整流器
23 第三整流器
24 第四整流器
25 电容器
30 间隙
40 晶体管
45 晶体管
50 电容器
51 电阻器
52 电阻器
53 二极管
56 电阻器
57 电容器
61 电阻器
62 电阻器
70 开关
80 负载
85 电容器
100 传送控制电路
200 接收控制电路
S1 切换讯号
S2 切换讯号
SW 控制讯号
TA 第一延迟时间
TB 第二延迟时间
TC 第三延迟时间
TM 致能时间
TX 禁能时间
VA 讯号
VB 讯号
VIN 输入电压
VO 电压
VT1 门槛
VTH 门槛
VTL 门槛
VX 传送讯号
VY 直流电压
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
请参阅图1，其为本发明无线感应式电源供应器的一实施例的电路图。如图所示，一传送绕组10耦接于一接地端及一电容器15的一第二端之间，一第一晶体管40耦接于无线感应式电源供应器的一输入端及电容器15的一第一端之间，因此，一输入电压VIN经由第一晶体管40及电容器15传输至传送绕组10。一第二晶体管45耦接于接地端及电容器15的第一端之间，所以晶体管40、45经由电容器15耦接传送绕组10以切换传送绕组10。
一传送控制电路100产生多个切换讯号S1、S2驱动晶体管40、45，如此传送控制电路100经由晶体管40、45及电容器15切换传送绕组10。晶体管40、45组成一桥式拓扑以切换传送绕组10。传送控制电路100更耦接电容器15的第一端。切换讯号S1、S2切换晶体管40与45，以驱使传送绕组10产生一传送讯号VX，传送绕组10依据输入电压VIN产生一磁场而产生一电能，此电能为一传送电能。传送绕组10经由一间隙30（例如：一空气间隙）转移电能至一接收绕组20，接收绕组20接收传送绕组10所转移的电能后，经由多个整流器21-24产生一直流（direct current，DC）电压VY于一电容器25。
第一整流器21耦接于接收绕组20的一第一端及电容器25的一第一端之间，电容器25的一第二端耦接另一接地端。第二整流器22耦接于接收绕组20的一第二端及电容器25的第一端之间，第三整流器23耦接于电容器25的第二端及接收绕组20的第一端之间，第四整流器24耦接于电容器25的第二端及接收绕组20的第二端之间。
一开关70连接于电容器25的第一端及一负载（LOAD）80之间，而将电容器25的电能（直流电压VY）传输至负载80，负载80包含用于储存能量的一能量储存装置，例如一电池及/或一电容器85。一接收控制电路200侦测直流电压VY及负载80的一电压VO，电压VO是相关联于直流电压VY与负载80。接收控制电路200产生一控制讯号SW而控制开关70的导通/截止。
传送控制电路100更经由多个电阻器61、62组成的分压器侦测输入电压VIN的准位，分压器分压输入电压VIN而产生一电压VA，且电压VA耦接传送控制电路100，如此传送控制电路100可以侦测输入电压VIN。于本发明的一实施例中，传送控制电路100依据输入电压VIN的准位产生切换讯号S1、S2。
一电容器50、多个电阻器51、52及一二极管53组成的一衰减器耦接传送绕组10而侦测传送讯号VX，电容器50耦接于传送绕组10及电阻器51的一第一端之间，电阻器52耦接于电阻器51的一第二端及接地端之间，二极管53的一阳极耦接于接地端及电阻器52，二极管53的一阴极耦接电阻器51、52的连接点，衰减器用于衰减传送讯号VX而轻易地侦测传送讯号VX。一电阻器56及一电容器57组成一滤波器，而依据衰减器的一输出产生一讯号VB。讯号VB代表传送讯号VX。也就是说，衰减器与滤波器用于方便侦测传送讯号VX。于实际设计上，可运用多种电路侦测传送讯号VX，而不局限于上述之衰减器与滤波器。电阻器56的一第一端耦接二极管53的阴极及电阻器51、52的连接点，电容器57的一第一端耦接电组器56的一第二端及传送控制电路100，电容器57的一第二端耦接于接地端。
讯号VB耦接传送控制电路100，讯号VB的一准位相关联于传送讯号VX的一准位，因此传送控制电路100可以藉由侦测讯号VB的准位而侦测传送讯号VX的准位。传送讯号VX的准位相关联于输入电压VIN的准位及传送绕组10的一阻抗（负载）。传送绕组10的阻抗是由受到传送绕组10的磁场作用而耦接传送绕组10的物体所决定，传送绕组10的一低阻抗会造成传送讯号VX的一低准位。
传送绕组10的阻抗相关联于接收绕组20的一阻抗，因此接收绕组20两端的阻抗与传送绕组10的阻抗成一比例。例如：当开关70导通且负载80耦接于接收绕组20时，接收绕组20及传送绕组10两者的两端的阻抗变为低阻抗。传送绕组10的阻抗亦相关联于一异物的阻抗，其中异物藉由传送绕组10的磁场耦接传送绕组10，例如：具有高涡电流的特性的异物（金属体）会造成传送绕组10为一低阻抗。
请参阅图2，其为本发明传送讯号VX、控制讯号SW及讯号VB的波形图。如图所示，传送讯号VX、VB的准位依据图1开关70（控制讯号SW）的导通而减少。
请参阅图3，其为本发明传送控制电路100控制切换讯号S1、S2的一实施例的控制流程图。如图所示，传送控制电路100（如图1所示）开始进行步骤110运作，于步骤110，传送控制电路100致能切换讯号S1、S2（如图1所示将传送绕组10的电能转换至接收绕组20）及重置一变量N及一变量M为0。变量N表示一重载状态的一周期，变量M表示一无载状态的一周期。于步骤150，传送控制电路100检查负载状态及依据负载状态更新变量N、M。
于步骤151，传送控制电路100检查变量N的数值是否高于一常数A，若变量N的数值高于常数A，于步骤153，切换讯号S1、S2会被传送控制电路100禁能（停止传送绕组10的电能转换）。尔后，于步骤155，传送控制电路100延迟切换讯号S1、S2禁能的时间（保持禁能）为一第一延迟时间TA（禁能周期），且传送控制电路100重复步骤110的运作，即控制流程返回步骤110。步骤155所示的第一延迟时间TA为一常数。
于步骤151、157，若变数N的数值等于或小于常数A，传送控制电路100会检查变量M的数值是否高于一常数B，若变量M的数值高于常数B，于步骤158，切换讯号S1、S2会被传送控制电路100禁能。尔后，于步骤159，传送控制电路100延迟切换讯号S1、S2禁能的时间（保持禁能）为一第二延迟时间TB（禁能周期），且传送控制电路100重复步骤110的运作，即控制流程返回步骤110。步骤159所示的第二延迟时间TB为一常数。于步骤157，若变量M的数值等于或小于常数B，传送控制电路100重复步骤150，即控制流程返回步骤150。
因此，若重载状态持续超过一第一周期（N＞A），切换讯号S1、S2会被延迟禁能的时间为第一延迟时间TA（禁能周期），以限制电能从传送绕组10传输至藉由传送绕组10的磁场耦接传送绕组10的异物。常数A表示第一周期，第一周期为一过载周期。若无载状态持续超过一第二周期（M＞B），切换讯号S1、S2会被延迟禁能的时间为第二延迟时间TB（禁能周期）以节省电能。常数B表示第二周期，第二周期为一无载周期。当侦测到异物或侦测到无载状态时，传送控制电路100禁能切换讯号S1、S2及开始执行一状态轮询（status polling）作业（如图10所示），即传送控制电路100会周期性地致能切换讯号S1、S2，而使讯号VB的准位可以增加。因此，传送控制电路100侦测讯号VB的准位以侦测传送讯号VX（如图1所示）。
请参阅图4，其为本发明检查负载状态的一实施例的流程图。如图所示，于步骤160、170，于检查负载状态的步骤包含检查重载状态及无载状态，其中于步骤160，传送控制电路100（如图1所示）更侦测异物，即传送控制电路100执行异物侦测（foreign objectdetection，FOD）。
请参阅图5，其为本发明检查重载状态的一实施例的流程图。如图所示，于步骤161，传送控制电路100（如图1所示）检查讯号VB的准位是否低于一门槛VTL，换言之，传送控制电路100检查传送讯号VX（如图1所示）的准位是否低于一低门槛，低门槛相关联于门槛VTL。若讯号VB的准位低于门槛VTL，即若传送控制电路100检查传送讯号VX的准位低于低门槛，则负载状态为重载状态。于步骤161、163，若讯号VB的准位低于门槛VTL，传送控制电路100设定变量N＝N＋1。
于步骤161、165，若讯号VB的准位等于或高于门槛VTL，传送控制电路100更检查讯号VB的准位是否高于一门槛VTH，换言之，传送控制电路100检查传送讯号VX的准位是否高于一高门槛，高门槛相关联于门槛VTH。于步骤167，若讯号VB的准位高于门槛VTH，传送控制电路100设定变量N＝0。于步骤169，若讯号VB的准位等于或低于门槛VTH，传送控制电路100设定变量N＝N－1或当变数N等于或小于0时设定变量N＝0。
请参阅图6，其为本发明检查无载状态的一实施例的流程图。于步骤171，传送控制电路100（如图1所示）检查讯号VB的准位是否高于门槛VTH，若讯号VB的准位高于门槛VTH，即表示传送讯号VX的准位高于高门槛，如此负载状态为无载状态。于步骤171、173，若讯号VB的准位高于门槛VTH，传送控制电路100设定变量M＝M＋1。
于步骤171、175，若讯号VB的准位等于或低于门槛VTH，传送控制电路100会检查讯号VB的准位是否低于门槛VTL，换言之，传送控制电路100会检查传送讯号VX的准位是否低于低门槛。于步骤177，若讯号VB的准位低于门槛VTL，传送控制电路100会设定变量M＝0。于步骤179，若讯号VB的准位等于或高于门槛VTL，传送控制电路100会设定变量M＝M－1或当M等于或小于0时设定变量M＝0。
请参阅图7，其为本发明接收控制电路控制开关70的一实施例的控制流程图。如图所示，于步骤210，接收控制电路200（如图1所示）检查负载80（如图1所示）的负载状态。接收控制电路200检查负载80的负载状态是否为无载状态。于步骤210、211，若负载80的负载状态为无载状态及/或电压VO的准位（如图1所示）为高准位，接收控制电路200禁能控制讯号SW（如图1所示），以截止开关70（如图1所示）及重复步骤210的运作，即控制流程返回至步骤210。相反地，则如步骤212，接收控制电路200检查直流电压VY的准位是否高于一门槛VT1，若直流电压VY的准位等于或低于门槛VT1，接收控制电路200重复步骤210的运作。
于步骤212、215，若直流电压VY的准位高于门槛VT1，接收控制电路200致能控制讯号SW而导通开关70，且设定X＝X＋1（X为一变量）。尔后，于步骤220，接收控制电路200更检查负载80的负载状态是否为无载状态。于步骤211，若负载80的负载状态为无载状态及/或电压VO的准位为高准位，接收控制电路200会禁能控制讯号SW而截止开关70，及重复步骤210的运作，于步骤220、230，若负载80的负载状态并非无载状态及/或电压VO的准位为低准位，接收控制电路200检查变量X的数值是否高于一常数K。若变量X的数值等于或低于常数K，接收控制电路200重复步骤215的运作。相反地，则如步骤240，接收控制电路200禁能控制讯号SW而截止开关70。于步骤250，接收控制电路200延迟控制讯号SW禁能（保持禁能）的时间为一第三延迟时间TC（禁能周期），其中，第三延迟时间TC为一常数。尔后，于步骤260，接收控制电路200设定变量X＝0，及重复步骤210的运作，即控制流程返回至步骤210。
因此，接收控制电路200检查负载80的负载状态是否为无载状态，若负载80的负载状态为无载状态，接收控制电路200截止开关70。若负载80的负载状态并非无载状态，接收控制电路200检查感应电源是否已输入（藉由检查直流电压VY的准位）。若负载80的负载状态并非无载状态及感应电源已输入，则控制讯号SW会被致能且开关70会被导通，以接收感应电源。当开关70导通时接收控制电路200周期性地截止开关70，其可以建立与传送控制电路100的沟通（同步化）。开关70的导通时间是由变量X及常数K（X＞K）决定，而开关70的截止时间是由第三延迟时间TC决定。
请参阅图8，其为本发明切换讯号S1、S2、控制讯号SW及讯号VB的波形图。如图所示，控制讯号SW会周期性地被禁能以周期性地截止图1所示的开关70。讯号VB的准位依据开关70的截止（控制讯号SW的禁能）而增加。因此，传送控制电路100（如图1所示）藉由侦测讯号VB而可以侦测是否与接收控制电路200同步。
请参阅图9，其为本发明于侦测到异物期间的切换讯号S1、S2、控制讯号SW及讯号VB的波形图。如图所示，由于异物消耗传送绕组10（如图1所示）所产生的电能，所以即使图1所示的开关70（控制讯号SW）为截止，讯号VB的准位仍无法高于门槛VTH。因此，为了安全性切换讯号S1、S2会被禁能而限制电能传输至异物。
请参阅图10，其为本发明于侦测到异物或无载状态期间的切换讯号S1、S2及讯号VB的波形图。如图所示，传送控制电路100（如图1所示）于无载状态期间或侦测到异物时会执行状态轮询作业。传送控制电路100会周期性地致能切换讯号S1、S2而增加讯号VB的准位。因此，传送控制电路100可以侦测讯号VB的准位以侦测传送讯号VX（如图1所示）。TM表示切换讯号S1、S2的致能时间，TX表示切换讯号S1、S2的禁能时间。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (19)

1.一种用于控制无线感应式电源供应器的电路的方法，其特征在于，其步骤包含：
将传送控制电路配置为产生多个切换讯号以切换一传送绕组及产生一电能；
将所述传送控制电路配置为侦测该传送绕组的一传送讯号的一准位；及
将所述传送控制电路配置为与所连接的接收控制电路一起操作，所述接收控制电路控制所述接收控制电路中的一开关从一接收绕组传输该电能至一负载，其中该接收绕组从该传送绕组接收该电能；及
所述传送控制电路配置为在所述开关被禁能的时间间隔期间，响应于所述传送讯号的准位小于第一门槛且大于第二门槛，表示一异物耦接该传送绕组，禁能该些切换讯号；
所述传送控制电路配置为响应于该传送讯号的该准位未高于第二门槛超过一第一时间段，表示所述负载的负载状态为重载状态，也禁能该些切换讯号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在无线充电前，若该传送讯号的该准位未高于该第一门槛超过该第一时间段而禁能该些切换讯号时，该些切换讯号会被周期性的致能而侦测该传送讯号的该准位。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其步骤更包含该些切换讯号驱动耦接该传送绕组的多个晶体管，该些晶体管组成一桥式拓扑以切换该传送绕组。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中若该传送讯号的该准位高于第一门槛超过一第二时间段，该些切换讯号会被禁能。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中若该传送讯号的该准位高于该第一门槛超过该第二时间段而禁能该些切换讯号时，该些切换讯号会被周期性的致能而侦测该传送讯号的该准位。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其步骤更包含将所述传送控制电路配置为侦测该无线感应式电源供应器的一输入电压的一准位。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该开关被周期性的截止。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该传送讯号的该准位相关于该无线感应式电源供应器的一输入电压的一准位及该传送绕组的一阻抗，当一异物受该传送绕组的一磁场作用而耦接该传送绕组时，该传送绕组的该阻抗变为低阻抗而降低该传送讯号的该准位。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中若该传送讯号的该准位高于所述第二门槛且低于第一门槛，则该切换讯号被致能。
10.一种用于控制无线感应式电源供应器的电路的方法，其特征在于，其步骤包含：
将传送控制电路配置为产生多个切换讯号以切换一传送绕组及产生一电能；
将所述传送控制电路配置为侦测该传送绕组的一传送讯号的一准位；及
将所述传送控制电路配置为与接收控制电路一起操作，所述接收控制电路控制接收控制电路的一开关从一接收绕组传输该电能至一负载；
所述传送控制电路配置为在所述开关被禁能的时间间隔期间，响应于所述传送讯号的准位小于一高门槛，禁能该些切换讯号；并且
所述传送控制电路配置为响应于所述传送讯号的准位高于所述高门槛超过第一时间段，表示所述负载的负载状态为无载状态，则禁能该些切换讯号。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其中若该传送讯号的该准位高于该高门槛超过该第一时间段而禁能该些切换讯号时，该些切换讯号会被周期性的致能而侦测该传送讯号的该准位。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其步骤更包含该些切换讯号驱动耦接该传送绕组的多个晶体管，该些晶体管组成一桥式拓扑以切换该传送绕组。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其中若该传送讯号的该准位未高于一低门槛超过一过载时间段，该些切换讯号会被禁能。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，其中若该传送讯号的该准位未高于该低门槛超过该过载时间段而禁能该些切换讯号，该些切换讯号会被周期性的致能而侦测该传送讯号的该准位。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其步骤更包含侦测该无线感应式电源供应器的一输入电压的一准位。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其中该开关被周期性的截止。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其中该传送讯号的该准位相关于该无线感应式电源供应器的一输入电压的一准位及该传送绕组的一阻抗，当一异物受该传送绕组的一磁场作用而耦接该传送绕组时，该传送绕组的该阻抗变为低阻抗而降低该传送讯号的该准位。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其中当该负载的该负载状态为一无载状态时该开关会被截止。
19.一种用于控制无线感应式电源供应器的装置，其特征在于，其包含：
一传送控制电路，被配置为产生多个切换讯号以切换一传送绕组及产生一电能，及还配置为侦测该传送绕组的一传送讯号的一准位；及
所述传送控制电路被配置为与一接收控制电路一起操作，所述接收控制电路被配置为控制所述接收控制电路的一开关从一接收绕组传输该电能至一负载；
其中，在所述开关被截止的情况下，当所述传送讯号的准位不高于一高门槛超过一周期，表示一异物耦接该传送绕组，该些切换讯号将被禁能；及
所述传送控制电路配置为响应于该传送讯号的该准位未高于另一门槛超过一第一时间段，表示所述负载的负载状态为重载状态，或响应于该传送讯号的该准位高于所述高门槛超过一第二时间段，表示所述负载的负载状态为无载状态，则禁能该些切换讯号。
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