CN109494889A - 电能产生方法及其适用的无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种电能产生方法，适用于包含功率发射电路及功率接收电路的无线电能传输装置，电能产生方法包含步骤：(a)控制功率发射电路在被使能状态与被不使能状态之间切换；(b)于功率发射电路处于被使能状态时，控制其发射第一电能，并控制功率接收电路接收第一电能并变换为第二电能；(c)将第二电能变换为输出电能，并将第二电能变换为辅助电能；(d)判断功率接收电路是否接收到第一电能；(e)于步骤(d)中，判断结果为否时，重新执行步骤(a)；以及(f)于步骤(d)中，判断结果为是时，控制功率发射电路持续处于被使能状态，藉此产生持续的辅助电能。

Description

电能产生方法及其适用的无线电能传输装置

技术领域

本公开涉及一种电能产生方法及其适用的无线电能传输装置，特别涉及一种利用无线电能传输装置的发射侧所接收的电能来产生无线电能传输装置的接收侧的辅助电源的电能产生方法及其适用的无线电能传输装置。

背景技术

在电子装置中，通常须利用辅助电源来为电子装置内部的元器件(例如控制电路)进行供电，而对于一般的电子装置而言，其辅助电源的产生多源自电子装置内部的直流母线电能。图1为一种适用于电子装置的现有辅助电源产生方法的原理框图，如图1所示，此种现有辅助电能产生方法是利用第一变换器10接收输入交流电能，并变换为直流母线电能，并利用第二变换器11将直流母线电能变换为输出直流电能，且利用辅助电能变换器12将直流母线电能变换为辅助电能，使辅助电能可供第一变换器10及第二变换器11内部的元器件使用。由此可知，适用于电子装置的现有辅助电能产生方法是将电子装置所接收的输入交流电能变换为直流母线电能，再利用直流母线电能产生辅助电能。

对于无线电能传输装置而言，无线电能传输装置的运行原理为利用发射侧所接收的输入电能而在发射侧的线圈产生高频交变电流，以产生交变磁场，再利用接收侧的线圈与发射侧的线圈的电磁耦合，使接收侧的线圈产生高频交变电流，藉此实现无线电能传输。

由于无线电能传输装置的发射侧的电路与接收侧的电路之间没有电气连接，因此当无线电能传输装置的接收侧需产生辅助电能来供接收侧的电路使用时，适用于无线电能传输装置的现有辅助电能产生方法便利用下列两种方式来实现。第一种现有辅助电能产生方法为当无线电能传输装置是用来对负载的功率电池进行充电时，无线电能传输装置的接收侧是直接利用负载的功率电池的电能来产生辅助电能。第二种现有辅助电能产生方法则是额外接入电池(例如干电池或蓄电池等)至无线电能传输装置的接收侧，以利用电池的电能来产生辅助电能。

然而，上述两种现有辅助电能产生方法皆利用电池作为无线电能传输装置的接收侧的辅助电能的能量来源，又电池在无线电能传输装置不运行时会持续有微弱放电，故容易造成电池过度放电，导致现有无线电能传输装置不但无法稳定地产生辅助电能，且须以人工方式去维护电池的电能，使得成本增加，并使得现有无线电能传输装置不便于使用。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术的电能产生方法及其适用的无线电能传输装置，实为目前迫切的需求。

发明内容

本公开的目的在于提供一种电能产生方法及其适用的无线电能传输装置，使得无线电能传输装置的接收侧的辅助电源，能够以无线电能传输装置的发射侧所接收的电能作为能量来源，藉此产生稳定的辅助电能。此外，本公开的电能产生方法是控制无线电能传输装置的发射侧在被使能状态与被不使能状态之间切换，以于接收侧与发射侧无法进行无线电能传输时，防止发射侧持续处于被使能状态而造成浪费，从而降低无线电能传输装置的损耗。

为达上述目的，本公开提供一种电能产生方法，适用于无线电能传输装置，无线电能传输装置包含位于发射侧的功率发射电路，以及位于接收侧的功率接收电路、功率变换器及辅助电能产生电路，功率发射电路接收输入电能，且与功率接收电路电磁耦合，电能产生方法包含步骤：

(a)控制功率发射电路在被使能状态与被不使能状态之间切换；

(b)于功率发射电路处于被使能状态时，控制功率发射电路发射第一电能，并控制功率接收电路接收第一电能并变换为第二电能；

(c)利用功率变换器将第二电能变换为输出电能，并利用辅助电能产生电路将第二电能变换为辅助电能；

(d)判断功率接收电路是否接收到第一电能；

(e)于步骤(d)中，判断结果为否时，重新执行步骤(a)；以及

(f)于步骤(d)中，判断结果为是时，控制功率发射电路持续处于被使能状态，藉此产生持续的辅助电能。

为达上述目的，本公开另提供一种无线电能传输装置，包含：功率发射电路，接收输入电能，并发射第一电能；功率接收电路，与功率发射电路电磁耦合，以接收第一电能，并变换为第二电能；功率变换器，依据第二电能产生输出电能；以及辅助电能产生电路，包含整流电路及辅助电能变换器，整流电路电连接于功率接收电路，以接收第二电能，并整流为第三电能，辅助电能变换器电连接于整流电路及功率变换器，以接收第三电能，并变换为辅助电能，且传输辅助电能至功率变换器。

为达上述目的，本公开又提供一种电能产生方法，适用于无线电能传输装置，无线电能传输装置包含位于发射侧的功率发射电路，以及位于接收侧的功率接收电路及辅助电能产生电路，功率发射电路接收输入电能，且与功率接收电路电磁耦合，辅助电能产生方法包含步骤：

(a)控制功率发射电路处于被使能状态，并发射第一电能，控制功率接收电路接收第一电能并变换为第二电能；以及

(b)利用功率变换器将第二电能变换为输出电能，并利用辅助电能产生电路将第二电能变换为辅助电能。

附图说明

图1为一种适用于电子装置的现有辅助电源产生方法的原理框图；

图2为本公开第一实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图；

图3为本公开第一实施例的适用于图2所示的无线电能传输装置的电能产生方法的流程图；

图4为图3所示的电能产生方法中控制功率发射电路于被使能状态与被不使能状态之间切换的示意图；

图5为图2所示的无线电能传输装置的变化例的电路结构示意图；

图6为图3所示的电能产生方法的变化例的流程图；

图7为本公开第二实施例的适用于图2所示的无线电能传输装置的电能产生方法的流程图；

图8为本公开第三实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图；以及

图9为本公开第四实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图。

附图标记说明：

10：第一变换器

11：第二变换器

12、832、932：辅助电能变换器

2、5、8、9：无线电能传输装置

20、80、90：功率发射电路

201、801、901：发射线圈

21、81、91：功率接收电路

211、811、911：接收线圈

22、82、92：功率变换器

23、83、93：辅助电能产生电路

301、302、303、304、305、601、602、701、702：电能产生方法的步骤

A：控制功率发射电路处于被使能状态的时间

B：控制功率发射电路处于被不使能状态的时间

t：时间轴

t1：时刻

54：第一无线通信电路

55：第二无线通信电路

831、931：整流电路

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作对其进行说明用，而非架构于限制本公开。

请参阅图2，其为本公开第一实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图。如图2所示，本实施例的无线电能传输装置2包含位于发射侧的一功率发射电路20，以及位于接收侧的一功率接收电路21、一功率变换器22及一辅助电能产生电路23。

功率发射电路20接收一输入电能，并发射一第一电能。功率接收电路21与功率发射电路20是隔离设置，且与功率发射电路20电磁耦合，功率接收电路21是用以接收功率发射电路20所发射的第一电能，并变换为一第二电能。功率变换器22电连接于功率接收电路21，其是依据第二电能来产生一输出电能，以提供输出电能至负载(未图示)，其中该输出电能可为直流或者交流。辅助电能产生电路23的输入端电连接于功率接收电路21，以接收第二电能，并变换为一辅助电能，藉此提供辅助电能给无线电能传输装置2位于接收侧中的相关电路(未图示)。于某些实施例中，如图2所示，辅助电能产生电路23的输出端可电连接于功率变换器22，藉此辅助电能产生电路23可提供辅助电能至功率变换器22，例如提供辅助电能至功率变换器22的控制器(未图示)。另外，功率变换器22则接收第二电能，并转换而产生输出电能。

在其它实施例中，功率发射电路20还包含一发射线圈201，功率接收电路21还包含一接收线圈211，接收线圈211与发射线圈201电磁耦合，因此当发射线圈201发射第一电能时，接收线圈211便接收发射线圈201所发射的第一电能，并变换为第二电能。

请参阅图3，并配合图2，其中图3为本公开第一实施例的适用于图2所示的无线电能传输装置的电能产生方法的流程图。本公开第一实施例的电能产生方法包含下列步骤：

首先，控制功率发射电路20在被使能状态与被不使能状态之间切换(如步骤301所示)。其中，当功率发射电路20处于被不使能状态时，功率发射电路20停止运行，反之，当功率发射电路20处于使能状态时，功率发射电路20则运行。且于此步骤中，是控制功率发射电路20以一预设周期及一预设占空比在被使能状态与被不使能状态之间进行切换。

接着，于功率发射电路20处于被使能状态时，功率发射电路20发射第一电能，功率接收电路21接收第一电能并变换为第二电能(如步骤302所示)。

接着，利用功率变换器22将第二电能变换为输出电能，并利用辅助电能产生电路23将第二电能变换为辅助电能(如步骤303所示)，其中该输出电能可为直流或者交流。

接着，判断功率接收电路21是否接收到第一电能(如步骤304所示)。于本实施例中，可由功率发射电路20来判断功率接收电路21是否接收到第一电能。

于步骤304中，若判断结果为否时，重新执行步骤301；若判断结果为是时，控制功率发射电路20持续处于被使能状态，藉此产生持续的辅助电能(如步骤305所示)。

由上可知，本公开的电能产生方法控制功率发射电路20在被使能状态与被不使能状态之间切换，当功率发射电路20处于被使能状态时，功率接收电路21接收功率发射电路20所发射的第一电能并变换为第二电能，利用功率变换器22将第二电能变换为输出电能，其中该输出电能可为直流或者交流，并利用辅助电能产生电路23将第二电能变换为辅助电能，且在判断功率接收电路21能够接收到第一电能时，控制功率发射电路20持续处于被使能状态，藉此产生持续的辅助电能，因此，本公开的电能产生方法可在功率接收电路21能够接收到第一电能时，利用辅助电能产生电路23将功率接收电路21所输出的第二电能进行变换，以产生辅助电能，故无需以负载的功率电池或额外接入的电池作为辅助电能的能量来源，使得本公开的无线电能传输装置能够稳定地产生辅助电能，并减少人工维护的成本。此外，在判断功率接收电路21无法接收到第一电能时，控制功率发射电路20重新变为在被使能状态与被不使能状态之间持续切换，因此，当功率接收电路21与功率发射电路20无法进行无线电能传输时(例如相隔距离较远时)，能够防止功率发射电路20持续处于被使能状态而造成浪费，藉此降低无线电能传输装置2的损耗。

请再参阅图3，并配合图2。由于在执行步骤302、303及304时，功率发射电路20皆须处于被使能状态，因此，在某些实施例中，于步骤301中，是控制功率发射电路20处于被使能状态的时间不小于执行步骤302、303及304所需的时间总和，藉此防止功率发射电路20处于被使能状态的时间长度不足以执行步骤302、303及304。

请参阅图4，并配合图3，其中图4为图3所示的电能产生方法中控制功率发射电路于被使能状态与被不使能状态之间切换的示意图。如图4所示，区域A为控制功率发射电路20处于被使能状态的时间，区域B为控制功率发射电路20处于被不使能状态之时间，横轴t为时间轴，而图4所示的时刻t1则示意为于图3所示的步骤304中，判断功率接收电路21接收到第一电能的时刻，因此，在时刻t1之前，是控制功率发射电路20于被使能状态与被不使能状态之间进行切换，而在时刻t1之后，则依照图3所示的步骤305，控制功率发射电路20持续处于被使能状态。

请参阅图5，其为图2所示的无线电能传输装置的变化例的电路结构示意图。于此变化例中，无线电能传输装置5与图2所示的无线电能传输装置2的部分电路结构相似，故仅以相同符号标示来代表电路的结构相似而不再赘述。而与图2所示的无线电能传输装置2相比，此变化例的无线电能传输装置5还包含位于发射侧的一第一无线通信电路54，以及位于接收侧的一第二无线通信电路55。第二无线通信电路55电连接于辅助电能产生电路23的输出端，以接收辅助电能而运行，并于运行时通过射频方式发射一无线通信信号，第一无线通信电路54电连接于功率发射电路20，并通过相应的射频方式接收第二无线通信电路55所输出的无线通信信号，且传输至功率发射电路20，使功率发射电路20通过无线通信信号来判断功率接收电路21是否接收到第一电能。其中，射频方式可为蓝牙或wifi，但不限于此。

请参阅图6，并搭配图3及图5。其中图6为图3所示的电能产生方法的变化例的流程图，且图6所示的电能产生方法适用于图5所示的无线电能传输装置5。于此变化例中，电能产生方法与图3所示的电能产生方法的部分步骤相似，故仅以相同符号标示来代表步骤相似而不再赘述。而与图2所示的电能产生方法相比，此变化例的电能产生方法中的步骤304还包含下列子步骤：

首先，提供辅助电能至第二无线通信电路55，使第二无线通信电路55发射无线通信信号(如步骤601所示)。

接着，通过判断第一无线通信电路54是否接收到该无线通信信号来判断功率接收电路21是否接收到第一电能(如步骤602所示)。

其中，当步骤602的判断结果为是时，即可得知功率接收电路21已接收到第一电能才能使辅助电能产生电路23产生辅助电能，并供电至第二无线通信电路55，以驱动第二无线通信电路55运行而发出无线通信信号，故当步骤602的判断结果为是时，便执行步骤305；当步骤602的判断结果为否时，即可得知功率接收电路21并无接收到第一电能，因而使辅助电能产生电路23无法产生辅助电能，导致第二无线通信电路55无法运行而发出无线通信信号，故当步骤602的判断结果为否时，便重新执行步骤301。

此外，在一些实施例中，于步骤601中，第二无线通信电路55利用一射频方式发射无线通信信号，而于步骤602中，是利用该射频方式判断第一无线通信电路54是否接收到该无线通信信号。

请参阅图7，并配合图2，其中图7为本公开第二实施例的适用于图2所示的无线电能传输装置的电能产生方法的流程图。本公开第二实施例的电能产生方法包含下列步骤：

首先，控制功率发射电路20处于被使能状态，并发射第一电能，且控制功率接收电路21接收第一电能并变换为第二电能(如步骤701所示)。其中，当功率发射电路20处于被使能状态时，功率发射电路20接收输入电能并正常运行。

接着，利用功率变换器22将第二电能变换为输出电能，并利用辅助电能产生电路23将第二电能变换为辅助电能(如步骤702所示)，其中该输出电能可为直流或者交流。

于此实施例中，是因处于无线电能传输装置2可持续进行无线电能传输，即功率接收电路21可持续接收功率发射电路20所发射的第一电能的情况，故可直接控制功率发射电路20持续处于被使能状态，以产生持续的辅助电能。

请参阅图8，其为本公开第三实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图。如图8所示，本实施例的无线电能传输装置8包含一功率发射电路80、一功率接收电路81、一功率变换器82及一辅助电能产生电路83。

功率发射电路80接收一输入电能，并发射一第一电能，功率接收电路81与功率发射电路80电磁耦合，藉此接收功率发射电路80所发射的第一电能，并变换为一第二电能。

辅助电能产生电路83，是用以将功率接收电路81所输出的第二电能变换为一辅助电能，且包含一整流电路831及一辅助电能变换器832。整流电路831电连接于功率接收电路81的输出端，以接收第二电能并整流为一第三电能，功率变换器82电连接于整流电路831，以接收第三电能，并变换为一输出电能，其中该输出电能可为直流或者交流。辅助电能变换器832的输入端电连接于整流电路831及功率变换器82，以接收第三电能并变换为辅助电能，且辅助电能变换器832的输出端电连接于功率变换器82，以传输辅助电能至功率变换器82。其中，辅助电能变换器832可为线性稳压电路，也可为隔离式或非隔离式的电力电子开关电路，但不限于此。

在某些实施例中，功率发射电路80还包含一发射线圈801，功率接收电路81还包含一接收线圈811，发射线圈801发射第一电能，接收线圈811与发射线圈801电磁耦合，藉此接收发射线圈801所发射的第一电能，并变换为第二电能。

请参阅图9，其为本公开第四实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图。如图9所示，本实施例的无线电能传输装置9包含一功率发射电路90、一功率接收电路91、一功率变换器92及一辅助电能产生电路93。

功率发射电路90接收一输入电能，并发射第一电能，功率接收电路91与功率发射电路90电磁耦合，藉此接收功率发射电路90所发射的第一电能，并变换为第二电能。功率变换器92电连接于功率接收电路91，以将功率接收电路91所输出的第二电能变换为输出电能，其中该输出电能可为直流或交流。

辅助电能产生电路93，是用以将功率接收电路91所输出的第二电能变换为一辅助电能，且包含一整流电路931及一辅助电能变换器932。整流电路931电连接于功率接收电路91的输出端，以接收第二电能并整流为一第三电能。辅助电能变换器932电连接于整流电路931的输出端及功率变换器92，以接收第三电能并变换为辅助电能，且传输辅助电能至功率变换器92。其中，辅助电能变换器932可为线性稳压电路，也可为隔离式或非隔离式的电力电子开关电路，但不限于此。

此外，在某些实施例中，功率发射电路90还包含一发射线圈901，功率接收电路91还包含一接收线圈911，发射线圈901发射第一电能，接收线圈911与发射线圈901电磁耦合，藉此接收发射线圈901所发射的第一电能，并变换为第二电能。

综上所述，本公开的电能产生方法及其适用的无线电能传输装置通过控制功率接收电路接收功率发射电路所发射的电能，并控制辅助电能产生电路将功率接收电路所接收的电能变换为辅助电能，产生无线电能传输装置的接收侧的辅助电能，故辅助电能的能量来源为无线电能传输装置的功率发射电路所接收的输入电能，而无需如现有技术以无线电能传输装置的接收侧的电池作为能量来源，因此，本公开的电能产生方法及其适用的无线电能传输装置可降低产生无线电能传输装置的接收侧的辅助电源的成本。此外，本公开的电能产生方法及其适用的无线电能传输装置可控制功率发射电路在被使能状态与被不使能状态之间切换，并于判断功率接收电路确实接收到功率发射电路所发射的电能时，控制功率发射电路持续处于被使能状态，故于功率接收电路无法接收到功率发射电路所发射的电能时，能够防止功率发射电路持续处于被使能状态而造成浪费，藉此降低无线电能传输装置的损耗。

须注意，上述仅是为说明本公开而提出的优选实施例，本公开不限于所述的实施例，本公开的范围由如附专利申请范围决定。且本公开得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附专利申请范围所欲保护者。

Claims (16)

1.一种电能产生方法，适用于一无线电能传输装置，该无线电能传输装置包含位于一发射侧的一功率发射电路，以及位于一接收侧的一功率接收电路、一功率变换器及一辅助电能产生电路，该功率发射电路接收一输入电能，且与该功率接收电路电磁耦合，该电能产生方法包含步骤：

(a)控制该功率发射电路在一被使能状态与一被不使能状态之间切换；

(b)于该功率发射电路处于该被使能状态时，控制该功率发射电路发射一第一电能，并控制该功率接收电路接收该第一电能并变换为一第二电能；

(c)利用该功率变换器将该第二电能变换为一输出电能，并利用该辅助电能产生电路将该第二电能变换为一辅助电能；

(d)判断该功率接收电路是否接收到该第一电能；

(e)于该步骤(d)中，判断结果为否时，重新执行该步骤(a)；以及

(f)于该步骤(d)中，判断结果为是时，控制该功率发射电路持续处于该被使能状态，藉此产生持续的该辅助电能。

2.如权利要求1所述的电能产生方法，其中该无线电能传输装置还包含位于该发射侧的一第一无线通信电路，以及位于该接收侧的一第二无线通信电路，且该步骤(d)还包含步骤：

(d1)提供该辅助电能至该第二无线通信电路，使该第二无线通信电路发射一无线通信信号；以及

(d2)判断该第一无线通信电路是否接收到该无线通信信号，

其中，当该步骤(d2)的判断结果为是时，执行该步骤(f)，当该步骤(d2)的判断结果为否时，重新执行该步骤(a)。

3.如权利要求2所述的电能产生方法，其中于该步骤(d1)中，该第二无线通信电路是利用一射频方式发射该无线通信信号，而于该步骤(d2)中，是利用该射频方式判断该第一无线通信电路是否接收到该无线通信信号。

4.如权利要求3所述的电能产生方法，其中该射频方式为蓝牙或wifi。

5.如权利要求1及2项中任一所述的电能产生方法，其中该功率发射电路包含一发射线圈，该功率接收电路包含一接收线圈，该发射线圈是与该接收线圈电磁耦合，于该步骤(b)中，该发射线圈发射该第一电能，该接收线圈接收该第一电能并变换为该第二电能。

6.如权利要求1所述的电能产生方法，其中于该步骤(a)中，是控制该功率发射电路以一预设周期及一预设占空比，在该被使能状态与该被不使能状态之间切换。

7.如权利要求1所述的电能产生方法，其中于该步骤(a)中，该功率发射电路处于该被使能状态的时间不小于执行该步骤(b)、(c)及(d)所需的时间总和。

8.如权利要求1所述的电能产生方法，其中于该步骤(f)中，提供该辅助电能至该功率变换器。

9.一种无线电能传输装置，包含：

一功率发射电路，接收一输入电能，并发射一第一电能；

一功率接收电路，与该功率发射电路电磁耦合，以接收该第一电能，并变换为一第二电能；

一功率变换器，依据该第二电能产生一输出电能；以及

一辅助电能产生电路，电连接于该功率接收电路及该功率变换器，将该第二电能变换为一辅助电能，且传输该辅助电能至该功率变换器。

10.如权利要求9所述的无线电能传输装置，其中该功率发射电路还包含一发射线圈，该功率接收电路还包含一接收线圈，该发射线圈与该接收线圈电磁耦合，且发射该第一电能，该接收线圈接收该第一电能并变换为该第二电能。

11.如权利要求9所述的无线电能传输装置，其中该功率变换器电连接于该功率接收电路，以接收该第二电能，并输出该输出电能。

12.如权利要求9所述的无线电能传输装置，其中该辅助电能产生电路包含一整流电路及一辅助电能变换器，该整流电路电连接于该功率接收电路，以接收该第二电能，并整流为一第三电能，该辅助电能变换器电连接于该整流电路及该功率变换器，以接收该第三电能，并变换为该辅助电能。

13.如权利要求12所述的无线电能传输装置，其中该功率变换器电连接于该整流电路，以接收该第三电能，并输出该输出电能。

14.一种电能产生方法，适用于一无线电能传输装置，该无线电能传输装置包含位于一发射侧的一功率发射电路，以及位于一接收侧的一功率接收电路及一辅助电能产生电路，该功率发射电路接收一输入电能，且与该功率接收电路电磁耦合，该辅助电能产生方法包含步骤：

(a)控制该功率发射电路处于一被使能状态，并发射一第一电能，控制该功率接收电路接收该第一电能并变换为一第二电能；以及

(b)利用该功率变换器将该第二电能变换为一输出电能，并利用该辅助电能产生电路将该第二电能变换为一辅助电能。

15.如权利要求13所述的电能产生方法，其中该功率发射电路还包含一发射线圈，该功率接收电路还包含一接收线圈，该发射线圈与该接收线圈电磁耦合，于该步骤(a)中，该发射线圈发射该第一电能，该接收线圈接收该第一电能并变换为该第二电能。

16.如权利要求13所述的电能产生方法，其中于该步骤(b)中，提供该辅助电能至该功率变换器。