TW201415188A - 自動調節電壓準位之方法及電壓準位調節裝置 - Google Patents

Abstract

一種自動調節電壓準位之方法，用於一感應式電源供應器，該方法包含偵測一訊號解析電路之一輸出電壓；將該輸出電壓加上一第一閥值以產生一第一判別準位，並將該輸出電壓減去一第二閥值以產生一第二判別準位；輸出該第一判別準位作為一參考電壓；以及比較該訊號解析電路之一觸發訊號及該參考電壓，以產生一第一資料碼。其中，當比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生該第一資料碼之步驟進行失敗時，該方法另包含改為輸出該第二判別準位作為該參考電壓，再比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生一第二資料碼。

Description

自動調節電壓準位之方法及電壓準位調節裝置

本發明係指一種用於一感應式電源供應器之自動調節電壓準位之方法及其電壓準位調節裝置，尤指一種可在感應式電源供應器中放大反饋訊號強度，以提升訊號判別靈敏度的自動調節電壓準位方法及其電壓準位調節裝置。

感應式電源供應器中，為了安全運作，需要在供應端確認其供電線圈上為正確之受電裝置，且在可以接收電力的狀況下才進行電力發送，為了在供電端能辨識是否為正確的受電裝置，需要透過資料碼傳送來進行識別。資料碼的傳送係藉由供電端驅動供電線圈產生諧振，發送電磁能量傳送到受電端，以進行電力傳送，而在受電端接收電力時，可透過訊號調制技術改變接收線圈上的阻抗狀態，再透過反饋改變供電線圈上的載波振幅變化。接著，透過電路處理，可將供電線圈上的訊號變化轉換成數位資訊傳送到供電端微處理器進行判讀。然而，在供電線圈上的載波振幅變化相當微弱且易參雜噪訊，不容易取出並轉換成精確數位邏輯訊號。在先前技術中，業界提出運用多層運算放大器組合成主動帶通濾波器、交連耦合器、電壓比較器以進行訊號轉換，這樣的設計複雜且不易生產。在中華民國專利公開號201134053中提出一種透過電阻與電容組合而成之簡易濾波電路，可將訊號輸入到電壓比較器，與預定的準位電壓進行比較後再轉換並輸出數位訊號，這是一個簡單且容易生產之電路。

然而，先前技術尚有不足之處：第一，供電線圈上的載波訊號傳送到訊號解析電路後進行半波整流處理，即已衰減了一半的訊號變化量，在沒有訊號放大的電路下，其小訊號識別能力較差；第二，比較器之參考電壓是由二個分壓電阻連接電源端與接地端以產生的參考電壓準位，而於生產時電阻元件本身具有誤差，可能造成設定判別的準位精準度有所偏差，在生產良率之考量下，無法將參考電壓與訊號的常態電壓設定得太接近，以避免因元件誤差造成訊號錯誤輸出，也因為無法將參考電壓設定為接近於常態電壓，導致訊號判別靈敏度較差；第三，先前技術中，為了於訊號正相與反相都要能觸發判別，所以需要二個比較器並設定二個參考電壓以用於訊號的上下觸發，而因為元件的誤差問題，使其更難生產與設定；第四，先前技術中只能判別來自受電端的觸發訊號，並解析為數位資料碼，但無法判讀資料訊號強度，在資料訊號微弱的情況下，無法及時加大能量以提高訊號強度，在線圈耦合狀況不好的狀況下，容易失去訊號傳輸能力。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種可在感應式電源供應器中放大反饋訊號強度，並將比較器之參考電壓透過準確度較高的電路架構實現，以提升訊號判別靈敏度的自動調節電壓準位方法及其電壓準位調節裝置。此自動調節電壓準位方法及電壓準位調節裝置可自動調整比較器使用正相或反相之觸發訊號來進行判讀，並可調整參考電壓之大小。

本發明揭露一種自動調節電壓準位之方法，用於一感應式電源供應器。該方法包含有偵測一訊號解析電路之一輸出電壓；將該輸出電壓加上一第一閥值以產生一第一判別準位，並將該輸出電壓減去一第二閥值以產生一第二判別準位；輸出該第一判別準位，以作為一參考電壓；以及比較該訊 號解析電路之一觸發訊號及該參考電壓，以產生一第一資料碼；其中，當比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生該第一資料碼之步驟進行失敗時，該方法另包含改為輸出該第二判別準位，以作為該參考電壓，再比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生一第二資料碼。

本發明另揭露一種電壓準位調節裝置，用於一感應式電源供應器。該電壓準位調節裝置包含有一偵測裝置，用來偵測一訊號解析電路之一輸出電壓；一調節微處理器，電性連接於該偵測裝置，用來將該輸出電壓加上一第一閥值以產生一第一判別準位，並將該輸出電壓減去一第二閥值以產生一第二判別準位；一輸出裝置，電性連接於該調節微處理器，用來輸出該第一判別準位，以作為一參考電壓；以及一比較器，包含二輸入端分別電性連接於該偵測裝置及該輸出裝置，以及一輸出端電性連接於該調節微處理器，用來比較該訊號解析電路之一觸發訊號及該參考電壓，以產生一第一資料碼；其中，當該比較器無法藉由比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓產生該第一資料碼時，該輸出裝置改為輸出該第二判別準位，以作為該參考電壓，該比較器再比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生一第二資料碼。

本發明另揭露一種整流與訊號反饋電路，用於一感應式電源供應器之一受電模組，用來對該受電模組中一受電線圈所接收到的電源進行整流及調制一反饋訊號。該整流與訊號反饋電路包含有一第一上橋二極體及一第一下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第一端，用來進行整流；一第二上橋二極體及一第二下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第二端，用來進行整流；一第一電阻及一第二電阻，分別電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二端，用來調制該反饋訊號；一第三開關元件及一第四開關元件，各自包含一汲極分別電性連接於該第一電阻及該第二電阻、一源極電性 連接於一地端、以及一閘極電性連接於一受電微處理器，用來控制該第一電阻及該第二電阻調制該反饋訊號，並控制該第一下橋開關元件及該第二下橋開關元件進行整流；一第三電阻，電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第二下橋開關元件以避免其燒毀，並提供整流切換訊號予該第二下橋開關元件；一第四電阻，電性連接於該受電線圈之該第二端及該第一下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第一下橋開關元件以避免其燒毀，並提供整流切換訊號予該第一下橋開關元件；一第一齊納二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第一下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第二齊納二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第二下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第一控制二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該第三開關元件之間，用來提供該第一下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期訊號由該受電線圈倒灌回該第一下橋開關元件之該閘極；以及一第二控制二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該第四開關元件之間，用來提供該第二下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期訊號由該受電線圈倒灌回該第二下橋開關元件之該閘極。

本發明另揭露一種感應式電源供應器，包含有一供電模組及一受電模組。該供電模組包含有一供電線圈，用來發送電源及傳輸訊號；一供電驅動單元，電性連接於該供電線圈，用來驅動該供電線圈之運作；一電壓檢測電路，電性連接於該供電線圈，用來偵測該供電線圈之電壓；一訊號解析電路，電性連接於該供電線圈，用來偵測及解析該供電線圈上之資料訊號；一供電微處理器，電性連接於該供電驅動單元及該電壓檢測電路，用來控制該供電模組之各項運作；一顯示單元，電性連接於該供電微處理器，用來顯示該供電模組之運作狀態；一供電單元，電性連接於該供電驅動單元及該供 電微處理器，用來接受一外部電壓源，以提供該供電線圈所發送之電源，並提供該供電模組進行運作所需之電源；以及一電壓準位調節裝置，電性連接於該供電微處理器及該訊號解析電路。該電壓準位調節裝置包含有一偵測裝置，用來偵測一訊號解析電路之一輸出電壓；一調節微處理器，電性連接於該偵測裝置，用來將該輸出電壓加上一第一閥值以產生一第一判別準位，並將該輸出電壓減去一第二閥值以產生一第二判別準位；一輸出裝置，電性連接於該調節微處理器，用來輸出該第一判別準位，以作為一參考電壓；以及一比較器，包含二輸入端分別電性連接於該偵測裝置及該輸出裝置，以及一輸出端電性連接於該調節微處理器，用來比較該訊號解析電路之一觸發訊號及該參考電壓，以產生一第一資料碼；其中，當該比較器無法藉由比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓產生該第一資料碼時，該輸出裝置改為輸出該第二判別準位，以作為該參考電壓，該比較器再比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生一第二資料碼。該受電模組包含有一受電線圈，用來接收該供電線圈之供電，並產生一反饋訊號至該供電模組；一電壓偵測電路，電性連接於該受電線圈，用來偵測該受電線圈之電壓；一受電微處理器，電性連接於該電壓偵測電路，用來控制該受電模組之各項運作；一整流與訊號反饋電路，電性連接於該受電線圈及該受電微處理器，用來對該受電線圈接收到的電源進行整流及調制該反饋訊號；一斷路保護電路，電性連接於該受電線圈及該受電微處理器，用來避免該受電模組及負載元件燒毀；以及一穩壓電路，電性連接於該受電線圈、該斷路保護電路及該受電微處理器，用來接收來自該受電線圈之電源，以輸出一穩定電壓至一負載端。其中，該整流與訊號反饋電路包含有一第一上橋二極體及一第一下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第一端，用來進行整流；一第二上橋二極體及一第二下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第二端，用來進行整流；一第一電阻及一第二電阻，分別電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二端，用來調制該反饋訊號；一第三開關元件及一第四開關元件，各 自包含一汲極分別電性連接於該第一電阻及該第二電阻、一源極電性連接於一地端、以及一閘極電性連接於該受電微處理器，用來控制該第一電阻及該第二電阻調制該反饋訊號，並控制該第一下橋開關元件及該第二下橋開關元件進行整流；一第三電阻，電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第二下橋開關元件以避免其燒毀並提供切換整流開關訊號；一第四電阻，電性連接於該受電線圈之該第二端及該第一下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第一下橋開關元件以避免其燒毀並提供切換整流開關訊號；一第一齊納二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第一下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第二齊納二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第二下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第一控制二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該第三開關元件之間，用來提供該第一下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期訊號由該受電線圈倒灌回該第二下橋開關元件之該閘極；以及一第二控制二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該第四開關元件之間，用來提供該第二下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期訊號由該受電線圈倒灌回該第二下橋開關元件之該閘極。

10‧‧‧供電模組

11‧‧‧供電微處理器

12A、12B‧‧‧供電驅動單元

121A、121B‧‧‧驅動裝置

123A、123B‧‧‧上橋開關元件

124A、124B‧‧‧下橋開關元件

13‧‧‧訊號解析電路

131‧‧‧鉗位電路

R1~R6‧‧‧電阻

C1~C5‧‧‧電容

D1、D2‧‧‧二極體

14‧‧‧電壓檢測電路

15‧‧‧顯示單元

16‧‧‧供電單元

161‧‧‧外部電壓源

162、163‧‧‧分壓電阻

164‧‧‧直流降壓器

17‧‧‧諧振電容

171‧‧‧供電線圈

18‧‧‧電壓準位調節裝置

181‧‧‧輸出裝置

182‧‧‧比較器

183‧‧‧偵測裝置

184‧‧‧調節微處理器

20‧‧‧受電模組

21‧‧‧受電微處理器

22‧‧‧電壓偵測電路

221A、221B‧‧‧電阻

23‧‧‧整流與訊號反饋電路

A1、B1‧‧‧保護電阻

A2、B2‧‧‧下橋開關元件

A3、B3‧‧‧訊號調制電阻

A4、B4‧‧‧控制二極體

A5、B5‧‧‧齊納二極體

A6、B6‧‧‧開關元件

A7、B7‧‧‧上橋二極體

239‧‧‧電容

24‧‧‧斷路保護電路

241‧‧‧電阻

242、243‧‧‧開關元件

25‧‧‧穩壓電路

251‧‧‧穩壓電容

252‧‧‧直流降壓器

253‧‧‧受電輸出端

26‧‧‧直流降壓器

27‧‧‧諧振電容

271‧‧‧受電線圈

V0‧‧‧常態電壓

V1‧‧‧高判別準位

V2‧‧‧低判別準位

W3、W4、W6、W7‧‧‧波形

W81、W82、W83‧‧‧波形

90‧‧‧流程

900~918‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例一感應式電源供應器之一供電模組之示意圖。

第2圖為本發明實施例一感應式電源供應器之一受電模組之示意圖。

第3圖為偵測階段時，訊號解析電路之輸出訊號波形之示意圖。

第4圖為供電階段時，訊號解析電路之輸出訊號波形之示意圖。

第5圖為第4圖之波形放大之示意圖。

第6圖為本發明實施例受電模組之受電輸出端負載加重時，訊號解析電路之輸出訊號波形之示意圖。

第7圖為本發明實施例受電模組之受電輸出端之阻抗小於訊號調制電阻時，無法產生正相的反饋觸發訊號之波形示意圖。

第8圖為鉗位電路進行鉗位以產生觸發訊號之波形示意圖。

第9圖為本發明實施例一自動調節電壓準位流程之示意圖。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一感應式電源供應器之一供電模組10之示意圖。如第1圖所示，供電模組10包含一供電微處理器11、供電驅動單元12A及12B、一訊號解析電路13、一電壓檢測電路14、一顯示單元15、一供電單元16、一諧振電容17、一供電線圈171及一電壓準位調節裝置18。供電微處理器11電性連接於供電驅動單元12A及12B、電壓檢測電路14、顯示單元15、供電單元16及電壓準位調節裝置18，用來控制供電模組10之各項運作。供電驅動單元12A包含一驅動裝置121A、一上橋開關元件123A及一下橋開關元件124A，而供電驅動單元12B包含一驅動裝置121B、一上橋開關元件123B及一下橋開關元件124B。供電驅動單元12A及12B之架構相同，並同時電性連接於供電線圈171，用來驅動供電線圈171之運作。供電驅動單元12A及12B同時運作時，可進行全橋驅動。於部分實施例中，亦可僅開啟供電驅動單元12A及12B其中一者，抑或僅配置一個供電驅動單元12A或12B，以進行半橋驅動。訊號解析電路13包含電阻R1~R6及電容C1~C4所構成的濾波器，其電性連接於供電線圈171及電壓準位調節裝置18，可用來偵測及解析供電線圈171上之資料訊號，並將訊號解析結果傳送至電壓準位調節裝置18以進行後續判讀及處理。為提高解析出訊號之強度，訊號解析電路13之前端可包含一鉗位電路131，用來將訊號解析電路13之輸入訊號鉗至較高電位，以提升其觸發訊號之強度，進而提升後端成 功判讀資料碼之機率。鉗位電路131可由二極體D1及D2及一電容C5所組成。

請繼續參考第1圖。電壓檢測電路14為電阻、電容及二極體所組成的電路，其電性連接於供電線圈171及供電微處理器11，用來偵測供電線圈171之電壓，並將此電壓資訊提供予供電微處理器11進行後續判讀及處理。顯示單元15電性連接於供電微處理器11，用來顯示供電模組10之運作狀態。供電單元16由分壓電阻162、163及直流降壓器164所組成，其電性連接於供電驅動單元12A及12B及供電微處理器11，用來接受一外部電壓源161，以提供供電線圈171所驅動之電源，並提供供電模組10進行運作所需之電源。諧振電容17電性連接於供電線圈171，用來協助供電線圈171進行諧振以產生交流電磁能量發送。供電線圈171電性連接於諧振電容17、供電驅動單元12A及12B、訊號解析電路13及電壓檢測電路14，用來發送能量至受電端，並接收來自受電端之反饋訊號，以傳輸至訊號解析電路13進行解析處理。電壓準位調節裝置18包含一偵測裝置183、一調節微處理器184、一輸出裝置181及一比較器182。偵測裝置183電性連接於訊號解析電路13及調節微處理器184，可用來偵測訊號解析電路13之輸出電壓與訊號，以輸出至調節微處理器184。於部分實施例中，偵測裝置183包含一類比數位轉換器(ADC)，用來將訊號解析電路13所輸出之類比形式的訊號轉換為數位形式的訊號，以輸出至調節微處理器184進行後續判讀及處理。調節微處理器184電性連接於偵測裝置183及輸出裝置181，用來接收來自偵測裝置183的輸出電壓，並根據此輸出電壓，產生高判別準位及低判別準位，再選擇性地將高判別準位或低判別準位輸出至輸出裝置181。輸出裝置181電性連接於調節微處理器184及比較器182，可用來接收來自調節微處理器184的準位訊號，以輸出至比較器182作為參考電壓。於部分實施例中，輸出裝置181包含一數位類比轉換器(DAC)，用來將調節微處理器184所輸出之數位形式 的高判別準位或低判別準位訊號轉換為類比形式之參考電壓，以提供予比較器182進行後續判讀及處理。比較器182之一輸入端電性連接於偵測裝置183，用來接收來自訊號解析電路13之觸發訊號，另一輸入端電性連接於輸出裝置181，用來接收參考電壓，其輸出端電性連接於調節微處理器184；比較器182比較觸發訊號及參考電壓，以產生資料碼輸出至調節微處理器184。值得注意的是，此處調節微處理器184係一模組單獨存在於電壓準位調節裝置18中，於部分實施例中，調節微處理器184亦可整合至供電微處理器11，或以其他形式實現於供電模組10中，而不限於此。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一感應式電源供應器之一受電模組20之示意圖。如第2圖所示，受電模組20包含一受電微處理器21、一電壓偵測電路22、一整流與訊號反饋電路23、一斷路保護電路24、一穩壓電路25、一直流降壓器26、一諧振電容27及一受電線圈271。受電微處理器21電性連接於電壓偵測電路22、整流與訊號反饋電路23、斷路保護電路24、穩壓電路25及直流降壓器26，用來控制受電模組20之各項運作。電壓偵測電路22包含電阻221A及221B，其電性連接於受電線圈271及受電微處理器21，用來偵測受電線圈271之電壓，以輸出至受電微處理器21進行後續判讀及處理。整流與訊號反饋電路23電性連接於受電線圈271及受電微處理器21，用來對受電線圈271接收到的電源進行整流及調制反饋訊號。斷路保護電路24包含一電阻241及開關元件242、243，其電性連接於受電線圈271及受電微處理器21與穩壓電路25之間，用來避免受電模組20及一受電輸出端253之負載元件燒毀。穩壓電路25包含一穩壓電容251及一直流降壓器252，其電性連接於受電線圈271及受電微處理器21。藉由受電微處理器21控制，穩壓電路25可接收來自受電線圈271之電源，以輸出一穩定電壓至受電輸出端253。直流降壓器26電性連接於受電線圈271及受電微處理器21，可接收來自受電線圈271的電源以提供予受電微處理器21使用。諧 振電容27電性連接於受電線圈271，用來協助受電線圈271進行諧振以傳輸交流電源及訊號。受電線圈271電性連接於整流與訊號反饋電路23及穩壓電路25，用來接收供電線圈17之供電，以將電源透過穩壓電路25傳送至輸出端；另一方面，整流與訊號反饋電路23所產生之反饋訊號係藉由受電線圈271傳送至供電模組10。

請繼續參考第2圖，整流與訊號反饋電路23之詳細架構亦繪示於第2圖中。如第2圖所示，整流與訊號反饋電路23包含上橋二極體A7及B7、下橋開關元件A2及B2、保護電阻A1及B1、訊號調制電阻A3及B3、控制二極體A4及B4、齊納二極體A5及B5以及開關元件A6及B6。上橋二極體A7及下橋開關元件A2電性連接於受電線圈271之一端點N1，可用來進行整流。上橋二極體B7及下橋開關元件B2電性連接於受電線圈271之另一端點N2，也可用來進行整流。訊號調制電阻A3及B3分別電性連接於受電線圈271之端點N1及N2，可用來調制反饋訊號。一般來說，訊號調制電阻A3及B3需使用阻值較小的電阻，其阻值足以在受電模組20為空載時調制反饋訊號。開關元件A6及B6各自包含一汲極(D)分別電性連接於訊號調制電阻A3及B3、一源極(S)電性連接於一地端、以及一閘極(G)電性連接於受電微處理器21，可用來控制訊號調制電阻A3及B3調制反饋訊號，並控制下橋開關元件A2及B2進行整流。保護電阻A1電性連接於受電線圈271之端點N1及下橋開關元件B2之一閘極之間，可用來提供切換整流開關訊號並保護下橋開關元件B2以避免其燒毀。保護電阻B1電性連接於受電線圈271之端點N2及下橋開關元件A2之一閘極之間，可用來提供切換整流開關訊號並保護下橋開關元件A2以避免其燒毀。一般來說，保護電阻A1及B1需使用阻值較大的電阻，其阻值足以保護下橋開關元件A2及B2以避免其燒毀。齊納二極體A5電性連接於下橋開關元件A2之閘極及地端之間，可用來限制下橋開關元件A2之閘極電壓，以避免其燒毀。齊納二極體B5電性連接於下 橋開關元件B2之閘極及地端之間，可用來限制下橋開關元件B2之閘極電壓，以避免其燒毀。控制二極體A4電性連接於下橋開關元件A2之閘極及開關元件A6之一汲極之間，可用來提供下橋開關元件A2之閘極對地端的導通路徑。控制二極體B4電性連接於下橋開關元件B2之閘極及開關元件B6之一汲極之間，可用來提供下橋開關元件B2之閘極對地端的導通路徑。於部分實施例中，整流與訊號反饋電路23可包含一電容239，用來進行穩壓。

實際運作時，受電微處理器21可分別控制開關元件A6及B6導通或關閉，以控制下橋開關元件A2及B2進行半橋同步整流或停止整流動作，並控制訊號調制電阻A3及B3調制全波反饋訊號或半波反饋訊號，其詳細運作方式已揭露於中華民國專利公開號201236304中，於此不贅述。本發明之整流與訊號反饋電路與中華民國專利公開號201236304之整流與訊號反饋電路的主要差異在於，本發明之整流與訊號反饋電路使用不同電阻來調制反饋訊號及保護下橋開關元件。於整流與訊號反饋電路23中，訊號調制電阻A3及B3用來調制反饋訊號，而保護電阻A1及B1用來保護下橋開關元件A2及B2。對一般場效電晶體(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)來說，汲極與源極之間能承受較高的電壓差，而閘極與其它端點之間能承受的電壓差較低，且當閘極超過耐壓限制就會使場效電晶體所構成之開關元件燒毀。因此，在整流與訊號反饋電路23的架構之下，保護電阻A1及B1通常會設計為阻值較大的電阻，以避免受電線圈271在受電時，其端點N1及N2的大電壓變化傳導至下橋開關元件A2或B2之閘極，造成瞬間大電流流向下橋開關元件A2或B2之閘極，而造成下橋開關元件A2或B2燒毀。下橋開關元件A2及B2之閘極另分別配置齊納二極體A5及B5來吸收過多的電壓。控制二極體A4及B4則是用來提供導通路徑，並防止交流訊號倒灌回下橋開關元件A2或B2之閘極。如此一來，中華民國專利公開號201236304中下橋開關元件容易燒毀的缺點可獲得改善。

另一方面，訊號調制電阻A3及B3通常會設計為阻值較小的電阻，以在受電輸出端253為空載時，訊號調制電阻A3及B3透過開關元件A6及B6導通而連接到地端，以在受電線圈271上產生負載，而由於訊號調制電阻A3及B3阻值較低，於訊號調制期間會承受功率。因此，僅管受電輸出端253為空載時，仍可透過訊號調制電阻A3及B3來調制反饋訊號。

詳細來說，供電模組10中的訊號解析電路13之輸出訊號波形可參考第3圖及第4圖所示。第3圖為偵測階段時，訊號解析電路13之輸出訊號波形W3之示意圖。如第3圖所示，波形W3之訊號來源為供電線圈171與諧振電容17產生諧振的交流訊號，透過訊號解析電路13的整流與低通濾波所解析出的波形。當線圈上的電壓產生變化時，會透過訊號解析電路13的處理而轉換為脈衝訊號，而這些脈衝訊號即為構成資料傳送之元素。在比較器182中，當輸入訊號高於一高判別準位V1或低於一低判別準位V2時，可能會改變輸出邏輯狀態，調節微處理器184判讀邏輯狀態改變，以將觸發訊號解碼為完整的資料。於訊號解析電路13輸出至比較器182的訊號中，在還沒有任何訊號輸入之前，常態電壓V0是由訊號解析電路13接上外部電壓源161，並透過一電阻上拉所產生的直流準位。而這個直流準位會因為零件與電源誤差產生漂移，所以並非精準的定值。波形W3係繪示一偵測階段，於待機的狀況下，發送電力的供電端10會每隔一段時間發送偵測訊號，用來識別是否有受電裝置存在(如B點)。在發送偵測訊號之前即可透過程式安排，先抓取偵測裝置183接收到的常態電壓V0(如A點)，取得電壓值後再加上與減去閥值，以產生高判別準位V1及低判別準位V2，再將設定的判別準位透過輸出裝置181產生參考電壓，以輸出到比較器182進行處理。而判別準位之高低可任意設定，愈接近常態電壓V0就有愈大的靈敏度，也可以加大閥值，使訊號中的雜訊不容易誤觸系統。在偵測階段中，只會用到高判別準位 V1，此階段不會有反相訊號出現。

請參考第4圖，第4圖為供電階段時，訊號解析電路13之輸出訊號波形W4之示意圖。如第4圖所示，在供電階段中，線圈會持續諧振並發送訊號，所以常態電壓V0需要在資料觸發的空檔間進行偵測(如C點及D點)。於部分實施例中，由於資料傳送是利用「計時同步型資料傳輸」，所以可以精確地選擇在空檔轉換常態電壓V0，轉換後的數值再透過調節微處理器184的程式加減閥值，以產生參考電壓。於部分實施例中，因為訊號帶有雜訊，所以偵測裝置183將偵測到的電壓轉換為訊號之後，調節微處理器184會根據前幾次偵測的平均值進行高判別準位V1及低判別準位V2的設定。

請參考第5圖，第5圖將第4圖所示的波形W4放大以方便觀察。如第5圖所示，供電線圈171上的訊號因為接收到受電模組20的訊號調制而產生電壓變化，透過訊號解析電路13的處理以產生波形W4。在凸出常態電壓V0的觸發訊號中，當高於高判別準位V1時即可產生觸發比較器182之觸發訊號(如E點)，使調節微處理器184進行相關解碼動作。於部分實施例中，調節微處理器184亦可讀取訊號的最大值，以取得觸發訊號的強度(如F點)，作為供電微處理器11調整供電輸出的判讀資訊。

請參考第6圖，第6圖為本發明實施例受電模組20之受電輸出端253負載加重時，訊號解析電路13之輸出訊號波形W6之示意圖。原先訊號反饋的調制是由整流與訊號反饋電路23中訊號調制電阻A3與B3所產生之負載變化，反饋到供電線圈17之後產生之電壓變化。然而，如第6圖所示，當受電模組20的負載加重後，亦即受電輸出端253後方之負載電阻變小後，在訊號調制期間造成的訊號變化也變小了(反饋訊號調制原理是靠負載的變化量來反射訊號，若後端的負載電阻變小，訊號調制電阻A3與B3的調制效 果就會變差)。於第6圖中雖可看出訊號變差的狀況，但這是一個還可以觸發的狀態。此外，可以看出當閥值愈小時，參考電壓會愈接近常態電壓V0的準位，就可以偵測到微小的觸發訊號。此時訊號的強度一樣可以於觸發後判讀，而調節微處理器184可以偵測到訊號強度已經變差，進而透過軟體進行調整。

請參考第7圖，第7圖為本發明實施例受電模組20之受電輸出端253之阻抗小於訊號調制電阻A3與B3時，無法產生正相的反饋觸發訊號之波形W7之示意圖。在此情況下，電壓準位調節裝置18可使用反相的觸發訊號來進行判讀。根據中華民國專利公開號201236304的發明內容，可知當受電端具有大功率輸出時，在調制訊號期間切斷整流與訊號反饋電路23，將使線圈諧振電壓於短時間內發生空載而使振幅縮小，進而透過訊號解析電路13解析出反相觸發訊號。此時，可利用先前建立的低判別準位V2作為參考電壓來偵測觸發訊號，使比較器182可於觸發時輸出轉態邏輯訊號，進而進行訊號判讀而產生資料碼。

值得注意的是，為了能補捉供電線圈171上電壓的細微變化，以提升成功判讀資料碼之機率，於部分實施例中，訊號解析電路13前端可加上鉗位電路131。在中華民國專利公開號201134053中，訊號解析電路13之訊號來源是供電線圈17上的交流訊號，經由整流、低通濾波等程序之後所取出。中華民國專利公開號201134053將線圈上的訊號先透過一個二極體半波整流後進行處理，此步驟也使得訊號變化量削去一半。本發明利用鉗位電路131，使訊號進入之後先通過一個電容C5，再搭配二個二極體D1及D2進行鉗位，其訊號如第8圖所示。原始訊號之波形為W83，在經過鉗位之後，將原本在線圈上交流訊號上下兩側的變化量都往上提升，進而產生波形W82，再透過低通濾波即可取得更好的訊號強度，是為波形W81。

上述關於電壓準位調節裝置18之運作方式可歸納為一自動調節電壓準位流程90，如第9圖所示。自動調節電壓準位流程90包含以下步驟：

步驟900：開始。

步驟902：偵測裝置183偵測訊號解析電路13之一輸出電壓。

步驟904：調節微處理器184將輸出電壓加上一第一閥值以產生高判別準位V1，並將輸出電壓減去一第二閥值以產生低判別準位V2。

步驟906：輸出裝置181輸出高判別準位V1，以作為一參考電壓。

步驟908：比較器182比較訊號解析電路13之觸發訊號及參考電壓，以產生一第一資料碼。

步驟910：調節微處理器184判斷是否因觸發訊號強度太弱或其它原因造成無法觸發並產生第一資料碼。若是，則執行步驟912；若否，則執行步驟902。

步驟912：輸出裝置181改為輸出低判別準位V2，以作為參考電壓。

步驟914：比較器182比較訊號解析電路13之觸發訊號及參考電壓，以產生一第二資料碼。

步驟916：調節微處理器184判斷是否可正確取得第二資料碼。若是，則執行步驟912；若否，則執行步驟902。

步驟918：結束。

值得注意的是，本發明係提供一種可在感應式電源供應器中放大反饋訊號強度，並將比較器之參考電壓透過準確度較高的電路架構實現，以提升訊號判別靈敏度的自動調節電壓準位方法及其電壓準位調節裝置。此自動調節電壓準位方法及電壓準位調節裝置可自動調整比較器使用正相或反相 之觸發訊號來進行判讀，並可調整參考電壓之大小。本領域具通常知識者當可據以修飾或變化，而不限於此。舉例來說，上述實施例中所使用之場效電晶體構成之開關元件僅為眾多實施例中的一種，且可根據系統需求使用N型或P型之場效電晶體，而不限於此。於其他實施例中，供電模組10及受電模組20之架構亦可使用其它類型之開關元件來實現。此外，上述供電驅動單元12A及12B、供電單元16、電壓偵測電路22、斷路保護電路24、穩壓電路25及直流降壓器164、26及252皆為常見之具有特定用途的電路。這些模組之實施方式並不限於第1圖及第2圖中的結構，亦可藉由其他電路結構來實現，只需要達成其特定目的或用途即可。

總而言之，本發明之感應式電源供應器具有電壓準位調節裝置，其可提供一種自動調節電壓準位之方法。此方法及裝置可自動調整比較器使用正相或反相之觸發訊號來進行判讀，並可調整參考電壓之大小。當需要避免雜訊干擾時，可將參考電壓與常態電壓的間距加大；當需要提高訊號判別靈敏度時，可將參考電壓與常態電壓的間距縮小。整流與訊號反饋電路同時具有調制良好的反饋訊號及提供開關元件良好保護之功能。訊號解析電路可放大反饋訊號的強度，以提升成功判讀資料碼之機率。電壓準位調節裝置透過準確度較高的電路架構來實現，可提升訊號判別的準確度及靈敏度。

10‧‧‧供電模組

11‧‧‧供電微處理器

12A、12B‧‧‧供電驅動單元

121A、121B‧‧‧驅動裝置

123A、123B‧‧‧上橋開關元件

124A、124B‧‧‧下橋開關元件

13‧‧‧訊號解析電路

131‧‧‧鉗位電路

R1~R6‧‧‧電阻

C1~C5‧‧‧電容

D1、D2‧‧‧二極體

14‧‧‧電壓檢測電路

15‧‧‧顯示單元

16‧‧‧供電單元

161‧‧‧外部電壓源

162、163‧‧‧分壓電阻

164‧‧‧直流降壓器

17‧‧‧諧振電容

171‧‧‧供電線圈

18‧‧‧電壓準位調節裝置

181‧‧‧輸出裝置

182‧‧‧比較器

183‧‧‧偵測裝置

184‧‧‧調節微處理器

Claims (21)

1. 一種自動調節電壓準位之方法，用於一感應式電源供應器，該方法包含有：偵測一訊號解析電路之一輸出電壓；將該輸出電壓加上一第一閥值以產生一第一判別準位，並將該輸出電壓減去一第二閥值以產生一第二判別準位；輸出該第一判別準位，以作為一參考電壓；以及比較該訊號解析電路之一觸發訊號及該參考電壓，以產生一第一資料碼；其中，當比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生該第一資料碼之步驟進行失敗時，該方法另包含有：改為輸出該第二判別準位，以作為該參考電壓，再比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生一第二資料碼。
2. 如請求項1所述之方法，另包含偵測該訊號解析電路之該觸發訊號之最大值，以取得一訊號強度。
3. 如請求項1所述之方法，其中偵測該訊號解析電路之該輸出電壓之步驟係於該感應式電源供應器之一受電裝置未傳送訊號之空檔進行。
4. 如請求項1所述之方法，其中該訊號解析電路將一輸入訊號鉗至一較高電位，以提升該觸發訊號之強度，進而提升成功產生該第一資料碼之機率。
5. 一種電壓準位調節裝置，用於一感應式電源供應器，該電壓準位調節裝置包含有：一偵測裝置，用來偵測一訊號解析電路之一輸出電壓； 一調節微處理器，電性連接於該偵測裝置，用來將該輸出電壓加上一第一閥值以產生一第一判別準位，並將該輸出電壓減去一第二閥值以產生一第二判別準位；一輸出裝置，電性連接於該調節微處理器，用來輸出該第一判別準位，以作為一參考電壓；以及一比較器，包含二輸入端分別電性連接於該偵測裝置及該輸出裝置，以及一輸出端電性連接於該調節微處理器，用來比較該訊號解析電路之一觸發訊號及該參考電壓，以產生一第一資料碼；其中，當該比較器無法藉由比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓產生該第一資料碼時，該輸出裝置改為輸出該第二判別準位，以作為該參考電壓，該比較器再比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生一第二資料碼。
6. 如請求項5所述之電壓準位調節裝置，其中該偵測裝置另偵測該訊號解析電路之該觸發訊號之最大值，以取得一訊號強度。
7. 如請求項5所述之電壓準位調節裝置，其中該偵測裝置係於該感應式電源供應器之一受電裝置未傳送訊號之空檔，偵測該訊號解析電路之該輸出電壓。
8. 如請求項5所述之電壓準位調節裝置，其中該訊號解析電路包含一鉗位電路，用來將該訊號解析電路之一輸入訊號鉗至一較高電位，以提升該觸發訊號之強度，進而提升成功產生該第一資料碼之機率。
9. 如請求項5所述之電壓準位調節裝置，其中該偵測裝置包含一類比數位轉換器，用來將該觸發訊號轉換為一數位形式之訊號，以輸出至該調節 微處理器進行後續判讀及處理。
10. 如請求項5所述之電壓準位調節裝置，其中該輸出裝置包含一數位類比轉換器，用來將該調節微處理器所輸出之該第一判別準位或該第二判別準位轉換為類比形式之該參考電壓，以輸入該比較器進行後續判讀及處理。
11. 一種整流與訊號反饋電路，用於一感應式電源供應器之一受電模組，用來對該受電模組中一受電線圈所接收到的電源進行整流及調制一反饋訊號，該整流與訊號反饋電路包含有：一第一上橋二極體及一第一下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第一端，用來進行整流；一第二上橋二極體及一第二下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第二端，用來進行整流；一第一電阻及一第二電阻，分別電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二端，用來調制該反饋訊號；一第三開關元件及一第四開關元件，各自包含一汲極分別電性連接於該第一電阻及該第二電阻、一源極電性連接於一地端、以及一閘極電性連接於一受電微處理器，用來控制該第一電阻及該第二電阻調制該反饋訊號，並控制該第一下橋開關元件及該第二下橋開關元件進行整流；一第三電阻，電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第二下橋開關元件以避免其燒毀，並提供整流切換訊號予該第二下橋開關元件；一第四電阻，電性連接於該受電線圈之該第二端及該第一下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第一下橋開關元件以避免其燒毀，並提 供整流切換訊號予該第一下橋開關元件；一第一齊納二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第一下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第二齊納二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第二下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第一控制二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該第三開關元件之間，用來提供該第一下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期之訊號由該受電線圈倒灌回該第一下橋開關元件之該閘極；以及一第二控制二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該第四開關元件之間，用來提供該第二下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期之訊號由該受電線圈倒灌回該第二下橋開關元件之該閘極。
12. 如請求項11所述之整流與訊號反饋電路，其中該第一電阻及第二電阻具有一第一阻值，該第一阻值足以在該受電模組為空載時調制該反饋訊號。
13. 如請求項11所述之整流與訊號反饋電路，其中該第三電阻及第四電阻具有一第二阻值，該第二阻值足以保護該第一下橋開關元件及該第二下橋開關元件以避免其燒毀。
14. 一種感應式電源供應器，包含有：一供電模組，包含有：一供電線圈，用來發送電源及傳輸訊號； 一供電驅動單元，電性連接於該供電線圈，用來驅動該供電線圈之運作；一電壓檢測電路，電性連接於該供電線圈，用來偵測該供電線圈之電壓；一訊號解析電路，電性連接於該供電線圈，用來偵測及解析該供電線圈上之資料訊號；一供電微處理器，電性連接於該供電驅動單元及該電壓檢測電路，用來控制該供電模組之各項運作；一顯示單元，電性連接於該供電微處理器，用來顯示該供電模組之運作狀態；一供電單元，電性連接於該供電驅動單元及該供電微處理器，用來接受一外部電壓源，以提供該供電線圈所發送之電源，並提供該供電模組進行運作所需之電源；以及一電壓準位調節裝置，電性連接於該供電微處理器及該訊號解析電路，該電壓準位調節裝置包含有：一偵測裝置，用來偵測一訊號解析電路之一輸出電壓；一調節微處理器，電性連接於該偵測裝置，用來將該輸出電壓加上一第一閥值以產生一第一判別準位，並將該輸出電壓減去一第二閥值以產生一第二判別準位；一輸出裝置，電性連接於該調節微處理器，用來輸出該第一判別準位，以作為一參考電壓；以及一比較器，包含二輸入端分別電性連接於該偵測裝置及該輸出裝置，以及一輸出端電性連接於該調節微處理器，用來比較該訊號解析電路之一觸發訊號及該參考電壓，以產生一第一資料碼；其中，當該比較器無法藉由比較該訊號解析電路之該觸發訊號 及該參考電壓產生該第一資料碼時，該輸出裝置改為輸出該第二判別準位，以作為該參考電壓，該比較器再比較該訊號解析電路之該觸發訊號及該參考電壓，以產生一第二資料碼；以及一受電模組，包含有：一受電線圈，用來接收該供電線圈之供電，並傳送一反饋訊號至該供電模組；一電壓偵測電路，電性連接於該受電線圈，用來偵測該受電線圈之電壓；一受電微處理器，電性連接於該電壓偵測電路，用來控制該受電模組之各項運作；一整流與訊號反饋電路，電性連接於該受電線圈及該受電微處理器，用來對該受電線圈接收到的電源進行整流及調制該反饋訊號，該整流與訊號反饋電路包含有：一第一上橋二極體及一第一下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第一端，用來進行整流；一第二上橋二極體及一第二下橋開關元件，電性連接於該受電線圈之一第二端，用來進行整流；一第一電阻及一第二電阻，分別電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二端，用來調制該反饋訊號；一第三開關元件及一第四開關元件，各自包含一汲極分別電性連接於該第一電阻及該第二電阻、一源極電性連接於一地端、以及一閘極電性連接於該受電微處理器，用來控制該第一電阻及該第二電阻調制該反饋訊號，並控制該第一下橋開關元件及該第二下橋開關元件進行整流；一第三電阻，電性連接於該受電線圈之該第一端及該第二下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第二下橋開關元件以 避免其燒毀，並提供整流切換訊號予該第二下橋開關元件；一第四電阻，電性連接於該受電線圈之該第二端及該第一下橋開關元件之一閘極之間，用來保護該第一下橋開關元件以避免其燒毀，並提供整流切換訊號予該第一下橋開關元件；一第一齊納二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第一下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第二齊納二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該地端之間，用來限制該第二下橋開關元件之該閘極之電壓，以避免其燒毀；一第一控制二極體，電性連接於該第一下橋開關元件之該閘極及該第三開關元件之間，用來提供該第一下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期之訊號由該受電線圈倒灌回該第一下橋開關元件之該閘極；以及一第二控制二極體，電性連接於該第二下橋開關元件之該閘極及該第四開關元件之間，用來提供該第二下橋開關元件之該閘極對該地端的導通路徑，並防止另一整流週期之訊號由該受電線圈倒灌回該第二下橋開關元件之該閘極；一斷路保護電路，電性連接於該受電線圈及該受電微處理器，用來避免該受電模組及負載元件燒毀；以及一穩壓電路，電性連接於該受電線圈、該斷路保護電路及該受電微處理器，用來接收來自該受電線圈之電源，以輸出一穩定電壓至一負載端。
15. 如請求項14所述之感應式電源供應器，其中該偵測裝置另偵測該訊號解析電路之該觸發訊號之最大值，以取得一訊號強度。
16. 如請求項14所述之感應式電源供應器，其中該偵測裝置係於該受電裝置未傳送訊號之空檔，偵測該訊號解析電路之該輸出電壓。
17. 如請求項14所述之感應式電源供應器，其中該訊號解析電路包含一鉗位電路，用來將該訊號解析電路之一輸入訊號鉗至一較高電位，以提升該觸發訊號之強度，進而提升成功產生該第一資料碼之機率。
18. 如請求項14所述之感應式電源供應器，其中該偵測裝置包含一類比數位轉換器，用來將該觸發訊號轉換為一數位形式之訊號，以輸出至該調節微處理器進行後續判讀及處理。
19. 如請求項14所述之感應式電源供應器，其中該輸出裝置包含一數位類比轉換器，用來將該調節微處理器所輸出之該第一判別準位或該第二判別準位轉換為類比形式之該參考電壓，以輸入該比較器進行後續判讀及處理。
20. 如請求項14所述之感應式電源供應器，其中該第一電阻及第二電阻具有一第一阻值，該第一阻值足以在該受電模組為空載時調制該反饋訊號。
21. 如請求項14所述之感應式電源供應器，其中該第三電阻及第四電阻具有一第二阻值，該第二阻值足以保護該第一下橋開關元件及該第二下橋開關元件以避免其燒毀。