TW201415749A - 多機型無線電源供應系統 - Google Patents

Abstract

一種多機型無線電源供應系統，用以提供一無線電源，並且相容於多數個遠方裝置，該無線電源供應系統包括多數個初級線圈、一無線通訊收發電路以及一控制器。上述每一初級線圈的線圈繞線數目不同。無線通訊收發電路用於接收來自該遠方裝置的電能需求資訊。控制器以程式控制，而選擇上述初級線圈中，至少其中之一者進行無線式傳輸電源。當上述遠方裝置中之一特定遠方裝置放置於上述初級線圈的位置，且上述特定遠方裝置發出一功率辨識訊號，無線通訊收發電路接收功率辨識訊號後進行一解碼程序以獲得一解碼後的功率辨識訊號，控制電路根據解碼後的功率辨識訊號，選擇初級線圈的其中之一特定初級線圈，以輸出對應的無線電源給特定遠方裝置。

Description

多機型無線電源供應系統

本發明是有關於一種無線充電系統，且特別是有關於一種具有多重初級線圈，並可根據負載狀態加以選擇的多機型無線電源供應系統。

隨著電子裝置的輕量化及薄型化，使用者已漸漸習慣隨身攜帶這些電子裝置。一般常見的電子裝置，例如手機、個人數位助理器(PDA，Personal Digital Assistance)、筆記型電腦、平板電腦、數位相機與數位攝錄影機(digital camcorder)等等，已經普遍為社會大眾廣泛使用，成為現代資訊生活不可或缺的一部分。

為了減少接線充電的麻煩，利用電磁感應原理而提供無線電源的系統的概念，在多前年已經被提出。由於先前感應技術的實際限制，先前的無線充電系統受到相當大的限制。例如，為了提供合理的效率操作，先前技術的無線感應充電系統需要在初級線圈及第二線圈之間密切及精確的對齊，另外，在感應電源供應中的電子裝置及遠方裝置中的電子裝置之間，需要高度的調協(coordinated tuning)。由於不同的遠方裝置可能需要非常不同數量的電源，這些問題更加複雜。

Kuennen等人的美國專利第6285620號，發明名稱為”Inductively Coupled Ballast Circuit”，2004年十一月30日加以頒發，揭示一種感應式電流供應系統，具有調整其操作的能力，以回應多種負載的操作參數。並併入本文以供 參考。美國專申請第11/965085號，其發明名稱為”Inductive Power Supply with Device Identification”，係在2007年十二月27日提申，揭示一種感應式電源供應系統，其擁有指認遠方裝置及其操作參數的能力。

雖然上述技術對於習知系統已有顯著的改良，但在某些應用中，仍存有更大靈活性的需求。特別是，目前的無線充電應用，僅止於一對一應用。換句話說，一個行動裝置必須對應一個指定的無線充電裝置。然，當產品不同時，無線充電裝置不可以相容使用。因此，申請人提出一種相容於多個產品的多機型無線電源供應系統。

本發明的目的是提供一種多機型無線電源供應系統，此多機型無線電源供應系統係透過內建多個初級線圈(Primary Coil)，並且透過無線通訊方式，辨別外部產品以及用電需求，以切換所使用的線圈，達到多機種互相通用同一無線電源供應系統的目的。

為了達成本發明的上述目的及其他目的，本發明提出一種多機型無線電源供應系統，用於提供一無線電源，並且相容於多數個遠方裝置，此無線電源供應系統包括多數個初級線圈、一無線通訊接收電路以及一控制器。每一初級線圈係能夠加以激發而無線地傳輸電源至遠方裝置，且每一初級線圈的線圈繞線數目不同。無線通訊接收電路用於接收一功率辨識訊號，其中，功率辨識訊號係來自遠方裝置的電能需求資訊。控制器耦接無線通訊接收電路以及些初級線圈，其中，上述控制器以程式控制，而選擇初級 線圈中，至少其中之一者進行無線式傳輸電源。當上述遠方裝置中之一特定遠方裝置放置於上述初級線圈的位置，且上述特定遠方裝置發出一功率辨識訊號，上述無線通訊接收電路接收該功率辨識訊號後進行一解碼程序以獲得一解碼後的功率辨識訊號，上述控制電路根據解碼後的功率辨識訊號，選擇上述初級線圈的其中之一特定初級線圈，以輸出對應的無線電源給上述特定遠方裝置。

本發明的精神主要是透過內建多個初級線圈(Primary Coil)，並且透過無線通訊方式，辨別外部產品以及用電需求，以切換所使用的線圈。當外部產品透過無線傳輸方式，對本發明的多機型無線電源供應系統提出電源要求時，本發明的多機型無線電源供應系統會判定其電源要求，切換適當的線圈，並用此線圈供應對應的電磁場以供上述外部產品充電需求。當電力要求改變時，外部產品透過無線傳輸方式，對本發明的多機型無線電源供應系統提出不同的電源要求，本發明的多機型無線電源供應系統依據其電源要求，改變所使用的初級線圈，並用此線圈供應對應的電磁場以供上述外部產品充電需求。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之實施例來詳細描述本發明，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。

(第一實施例)

圖1繪示為本發明第一實施例的多機型無線電源供應系統的電路方塊圖。請參考圖1，此多機型無線電源供應系統包括一控制器101、一無線通訊接收電路102以及第一初級線圈103、第二初級線圈104以及第三初級線圈105。為了讓所屬技術領域具有通常知識者能夠瞭解本發明，在此圖1，額外繪製一遠方裝置106。且，為了讓舉例更切實際，此遠方裝置106具有一二次側線圈。然所屬技術領域具有通常知識者應當知道，磁場感應式充電電路係使用線圈，電場感應式則是會有額外平版。此圖沒有繪示出，並不代表本發明無法使用電場感應式輸出無線電源。因此，在此不予贅述。

一般來說，第一初級線圈103、第二初級線圈104以及第三初級線圈105可以分別對應支援例如三種遠方裝置106。為了簡單說明本發明之精神，在此假設，第一遠方裝置106有一第一電壓需求，第二遠方裝置106有一第二電壓需求，第三遠方裝置106有一第三電壓需求。假設所放置的遠方裝置106為第二遠方裝置，此時，第二遠方裝置會透過其內部的無線發射電路發射出一功率辨識訊號，其中，此功率辨識訊號例如具有其機器型號以及其第二電壓需求。接下來，本實施例的無線通訊接收電路102會將此功率辨識訊號透過解碼的方式，把其機器型號以及其第二電壓需求等資訊解碼成一控制器101可辨識的數據。藉此，控制器101便可以根據此數據，選擇出第二初級線圈104，並且開始輸出電磁場，以對上述第二遠方裝置106開始進行磁場感應充電行為。

另外，無線通訊接收電路102還可以作為回授機制。例如，對電池充電時，電池電力較低時，需要定電流充電，電池電力較高時，需要定電壓充電。透過第二遠方裝置106發射出的負載狀態，本發明實施例的控制器101便得以適當地調節內部功率輸出，例如脈衝寬度調變的責任週期。另外，上述情況，還可以適當的調整線圈，例如，第一初級線圈103是屬於低功率線圈，第二初級線圈104是屬於中功率線圈，第三初級線圈105是屬於高功率線圈。當電源需求較低時，本發明實施例的控制器101亦可以將第二初級線圈104切換為第一初級線圈103以輸出對應的功率，增加電源效能。

(第二實施例)

圖2繪示為本發明第二實施例的多機型無線電源供應系統的一次側的電路方塊圖。請參考圖2，其中，此圖2的多機型無線電源供應系統僅繪示一次側的電路部分。此多機型無線電源供應系統包括輸入電壓電流檢測器201、電源控制器202、功率開關203、多工器204、無線通訊接收電路205、輸出電壓電流檢測器206、第一初級線圈207、第二初級線圈208以及第三初級線圈209。又，此無線電源供應系統額外繪示了二次測的遠方裝置210。

與圖1的電路比較上述圖2的電路，可以看出，控制器101是由輸入電壓電流檢測器201、電源控制器202、功率開關203、多工器204、以及輸出電壓電流檢測器206實施。輸入電壓電流檢測器201用以檢測輸入電壓電流是否適當，確認後，便啟動電源控制器202。電源控制器202則 是上述幾個週邊電路201、203、204、205、206的控制核心。假設遠方裝置210並未被配置到指定位置，電源控制器202會讓上述幾個週邊電路201、203、204、205、206操作在省電模式。

當遠方裝置210被配置到指定位置，無線通訊接收電路205會如第一實施例所述的方式通知電源控制器202。電源控制器202會據以控制多工器204選擇第一初級線圈207、第二初級線圈208以及第三初級線圈209其中之一。在此同樣假設上述遠方裝置210對應的線圈是第二初級線圈208，多工器204導通了功率開關與第二初級線圈208之間的電路。電源控制器202便根據無線通訊接收電路205持續接收的電源需求，控制功率開關203的脈波寬度調變訊號的責任週期，並且若有必要，電源控制器202會控制多工器204選擇另外一個線圈。

圖3繪示為本發明第二實施例的多機型無線電源供應系統的二次側的電路方塊圖。請參考圖3，其中，二次側就是所謂的遠方裝置210的電路。若無意外，每個遠方裝置的架構實質上等效於此圖3的電路。二次側的電路包括一二次側線圈301、一整流電路302、一輸出參數感測器303、一功率開關304、一無線通訊傳輸電路305以及一電源控制電路306。所屬技術領域具有通常知識者應當知道，若遠方裝置210是一種接收交流電源的裝置，整流電路302則為非必要電路，可以忽略。

初始時，無線通訊傳輸電路305會把此遠方裝置210的機型以及電壓電流需求資訊傳送給一次側的電路，當一次側的電路開始運作時，二次側線圈301會開始接收到磁 場，並將此磁場轉換成電源，經過整流電路302整流後，輸出一直流電給予輸出參數感測器303，輸出參數感測器303可以用以感測整流後的電源參數，例如電壓、電流或頻率等等。無線通訊傳送電路305則用以將整流後的電源參數，進行一無線編碼，獲得一功率辨識訊號以傳輸給一次側的無線通訊接收電路，以進行回授控制。電源控制電路306則是根據上述電源參數，控制功率開關以供應電池需要的電力。

圖4繪示為本發明第二實施例的多機型無線電源供應系統的增益對頻率曲線圖。請同時參考圖2與圖4，由於每個線圈都有增益對頻率的特性曲線，為了維持電源控制的穩定性，此曲線是非常重要的。在此假設曲線401是對應第一初級線圈207，曲線402是對應第二初級線圈208，曲線403是對應第三初級線圈209。又，輸出電壓與輸入電壓具有以下關係：VO=VIN×AV×(MS/MP)×D

其中VO代表輸出電壓，VIN代表輸入電壓，AV代表上述圖4的縱軸的增益，(MS/MP)則代表一二次側的圈數比值，D代表責任週期。又，圖4繪示了增益AV與頻率之間的關係。又，曲線401~403分別對應上述線圈的電流電壓對應上述增益對頻率的曲線。一般來說，為了維持控制穩定性，避免零點的產生，選擇控制頻率會落在增益峰值的右半部。而，輸出電壓電流檢測器206則是用來檢測輸出電壓與電流。電源控制器202則儲存有上述曲線的數據。當輸出電壓電流檢測器206檢測輸出電壓與電流，回傳給電源控制器202，電源控制器202就會根據電壓與電流 ，選擇其中之一曲線，並且將脈波寬度調變訊號的頻率設定在穩定的頻率上，以增加此多機型無線電源供應系統的控制穩定性。

綜上所述，本發明的精神主要是透過內建多個初級線圈(Primary Coil)，並且透過無線通訊方式，辨別外部產品以及用電需求，以切換所使用的線圈。當外部產品透過無線傳輸方式，對本發明的多機型無線電源供應系統提出電源要求時，本發明的多機型無線電源供應系統會判定其電源要求，切換適當的線圈，並用此線圈供應對應的電磁場以供上述外部產品充電需求。當電力要求改變時，外部產品透過無線傳輸方式，對本發明的多機型無線電源供應系統提出不同的電源要求，本發明的多機型無線電源供應系統依據其電源要求，改變所使用的初級線圈，並用此線圈供應對應的電磁場以供上述外部產品充電需求。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為准。

101‧‧‧控制器

102‧‧‧無線通訊接收電路

103‧‧‧第一初級線圈

104‧‧‧第二初級線圈

105‧‧‧第三初級線圈

106‧‧‧遠方裝置

201‧‧‧輸入電壓電流檢測器

202‧‧‧電源控制器

203‧‧‧功率開關

204‧‧‧多工器

205‧‧‧無線通訊接收電路

206‧‧‧輸出電壓電流檢測器

207‧‧‧第一初級線圈

208‧‧‧第二初級線圈

209‧‧‧第三初級線圈

210‧‧‧二次測的遠方裝置

301‧‧‧二次側線圈

302‧‧‧整流電路

303‧‧‧輸出參數感測器

304‧‧‧功率開關

305‧‧‧無線通訊傳輸電路

306‧‧‧電源控制電路

401、402、403‧‧‧增益對頻率曲線

圖1繪示為本發明第一實施例的多機型無線電源供應系統的電路方塊圖。

圖2繪示為本發明第二實施例的多機型無線電源供應系統的一次側的電路方塊圖。

圖3繪示為本發明第二實施例的多機型無線電源供應系統的二次側的電路方塊圖。

圖4繪示為本發明第二實施例的多機型無線電源供應系統的增益對頻率曲線圖。

101‧‧‧控制器

102‧‧‧無線通訊接收電路

103‧‧‧第一初級線圈

104‧‧‧第二初級線圈

105‧‧‧第三初級線圈

106‧‧‧遠方裝置

Claims (7)

1. 一種無線電源供應系統，用於提供一無線電源，並且相容於多數個遠方裝置，該無線電源供應系統包括：多數個初級線圈，其中每一該些初級線圈係能夠加以激發而無線地傳輸電源至遠方裝置，其中，每一該些初級線圈的線圈繞線數目不同；一無線通訊接收電路，用於接收一功率辨識訊號，其中，該功率辨識訊號係來自遠方裝置的電能需求資訊；一控制器，耦接該無線通訊接收電路以及該些初級線圈，其中，該控制器以程式控制，而選擇該些初級線圈中，至少其中之一者進行無線式傳輸電源，其中，當該些遠方裝置中之一特定遠方裝置放置於該些初級線圈的位置，且該特定遠方裝置發出一功率辨識訊號，該無線通訊接收電路接收該功率辨識訊號後進行一解碼程序以獲得一解碼後的功率辨識訊號，該控制電路根據該解碼後的功率辨識訊號，選擇該些初級線圈的其中之一特定初級線圈，以輸出對應的該無線電源給該特定遠方裝置。
2. 如申請專利範圍第1所述的無線電源供應系統，其中，該些初級線圈至少包括：一低功率線圈；一中功率線圈；以及一高功率線圈。
3. 如申請專利範圍第2所述的無線電源供應系統，其 中，該特定遠方裝置包括：一二次側感應線圈；一整流電路，耦接該二次側感應線圈；一輸出參數感測器，耦接該整流電路，用以檢測整流後的電源參數；以及一無線通訊傳送電路，耦接該輸出參數感測器，用以將整流後的電源參數，進行一無線編碼，獲得一功率辨識訊號以傳輸給該無線通訊接收電路。
4. 如申請專利範圍第3所述的無線電源供應系統，其中，該輸出參數感測器所感測的電源參數係選自於由電壓、電流以及頻率所組成的群組。
5. 如申請專利範圍第3所述的無線電源供應系統，其中，該特定遠方裝置更包括：一功率開關，耦接該整流電路；一電池，耦接該功率開關；以及一電源控制電路，耦接該功率開關，用以控制該功率開關以控制對該電池的充電。
6. 如申請專利範圍第1所述的無線電源供應系統，其中，該控制器更包括：一輸入電壓電流檢測器，接收一輸入電壓，並檢測該輸入電壓與輸入電流；一多工器，耦接該些初級線圈的第一端；一功率開關，耦接該多工器； 一輸出電壓電流檢測器，耦接該些初級線圈的第二端，用以檢測被選擇的該特定初級線圈的電壓或電流，以輸出一頻率選擇訊號；一電源控制器，耦接該輸入電壓電流檢測器、該輸出電壓電流檢測器、該多工器、該功率開關以及該無線通訊接收電路，其中，該電源控制器根據該無線通訊接收電路所接收到的該解碼後的功率辨識訊號，控制該多工器以選擇該特定初級線圈，其中，該電源控制器根據該無線通訊接收電路所接收到的該解碼後的功率辨識訊號，據以控制該功率開關以控制輸出電源的大小，其中，該電源控制器根據該頻率選擇訊號，選擇一穩定頻率以作為該功率開關的切換頻率。
7. 如申請專利範圍第6所述的無線電源供應系統，其中，該電源控制器儲存有與該些初級線圈數量相同的多個增益、頻率對應輸出電流電壓之曲線資料，當電源控制器接收到該頻率選擇訊號，依據該頻率選擇訊號中的電流、電壓資訊，以及所選擇的該特定初級線圈找出對應的一特定增益、頻率對應輸出電流電壓之曲線資料，並且依照該特定增益、頻率對應輸出電流電壓之曲線資料選擇該穩定頻率。