TWI442669B - 可傳送資料之無線充電系統及資料傳送方法 - Google Patents

Description

可傳送資料之無線充電系統及資料傳送方法

本發明係指一種可傳送資料之無線充電系統及資料傳送方法，尤指一種可在無線充電過程中，同時進行資料傳輸之無線充電系統及資料傳送方法。

一般使用充電裝置如變壓器進行充電的消費性電子產品，必須使用規格相容的充電裝置，迫使使用者必須購買該項消費性電子產品的充電裝置，而無法共用統一的充電裝置。另外，消費性電子產品為了與適用的充電裝置進行有線充電，其機身仍需預留額外的孔線及空間來配置對應的有線充電模組，對於追求美觀及使用便利性的使用者而言，勢必造成許多不便且降低其購買慾望。因此，為了滿足上述需求，習知技術已提供透過無線方式對消費性電子產品進行充電的概念。

簡單來說，無線充電類似發電機的原理，係將電能轉換為磁能並藉由電磁波傳遞的方式，建立一傳輸端(充電裝置)和一接收端(消費性電子產品)的無線充電機制。實際操作上，利用線圈感應或無線電電波傳遞，於傳送端以及接收端間傳遞能量，在此同時，任一資料亦可藉由相同的傳輸路徑(電磁波傳遞)，交換於傳送端及接收端，大幅增加無線充電的產品利用性。

然而，由於傳輸資料量日益增加的情形下，相較於有線傳輸及電磁波的物理限制，該些資料無法在一較短時間內進行大量傳輸，除了浪費傳輸時間成本外，更無法同時享受無線充電及資料傳輸的益處。因此，提供一種無線充電的技術，提高接收端及傳輸端間傳遞資料的效率，已成為本領域之重要議題。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種可傳送資料之無線充電系統。

本發明揭露一種可傳送資料之無線充電系統，包含有一充電裝置，用來無線傳送一電源訊號，並根據一待傳資料，調整該電源訊號所對應之一電流值；以及一接收裝置，包含有一第一線圈，用來透過電磁感應接收該電源訊號，並對應產生一交流電流訊號；以及一輸出模組，用來根據該交流電流訊號，取得該待傳資料。

本發明另揭露一種用於一無線充電系統之資料傳送方法，該無線充電系統包含一充電裝置及一接收裝置，該資料傳送方法包含有該充電裝置及該接收裝置以交流磁場相互耦合，以由該充電裝置無線傳送一電源訊號至該接收裝置；該充電裝置根據一待傳資料，調整該電源訊號所對應之一電流值，以將該待傳資料透過該電源訊號傳送至該接收裝置；以及該接收裝置以電磁感應方式接收該電源訊號，並取得該電源訊號中之該待傳資料。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一無線充電系統1之示意圖。如第1圖所示，無線充電系統1包含一充電裝置10以及一接收裝置12。充電裝置10包含一第一電流源100、一控制器102以及一第二線圈104。接收裝置12包含一第一線圈120以及一輸出模組122，其中輸出模組122更包含一整流模組1220、一穩流模組1222以及一轉換模組1224。無線充電系統1藉由電磁效應，建立充電裝置10及接收裝置12間的一無線通訊連接，將承載有一待傳資料DATA的一電源訊號SS從充電裝置10傳輸至接收裝置12。

簡單來說，本發明無線充電系統1除了提供充電裝置10(例如一充電器)及接收裝置12(例如一行動裝置)間的無線充電外，更建立充電器和行動裝置間的無線通訊連接，例如充電器可發出一溫度感測訊號至行動裝置，於無線充電過程中隨時監測行動裝置的溫度變化，相對地，行動裝置亦可主動地回傳一終止無線充電的訊號至充電器，用以停止充電器繼續執行無線充電。本實施例之電源訊號SS係透過電流的形式，包含一固定電流值I_C承載一微量電流變化值I_DATA，讓充電裝置10透過固定電流值對接收裝置12進行無線充電，同時利用微量電流變化值I_DATA代表待傳資料DATA來建立充電裝置10和接收裝置12間的資料傳輸，用以同時完成無線充電以及資料傳輸的目的。

請繼續參考第1圖，詳細來說，充電裝置10的第一電流源100係產生電源訊號SS，例如第一電流源100輸出5安培的固定電流值，而控制器102可根據使用者或接收裝置12的不同需求，適性地調整充電裝置10之等效電阻值，以進一步在一預設範圍內產生微量電流變化值I_DATA，例如以5安培為基礎下正負微幅調整0.1安培(即電源訊號SS的輸出範圍從4.9安培到5.1安培)，至於電流的變化量大小或是調整的頻率等可依據使用者需求對應設置其他軟/硬/韌體，在此僅為舉例性。第二線圈104將電源訊號SS透過電磁感應方式傳送至接收裝置12，並在第二線圈104及第一線圈120間建立交流磁場耦合，電磁感應技術係為本領域具通常知識者所熟知，在此不贅述。

此外，電源訊號SS經電磁感應被轉換為交流電流的形式後，接收裝置12藉由第一線圈120串接一電容CR來接收電源訊號SS，並由整流模組1220整流為直流電流的形式來傳輸至穩流模組1222。穩流模組1222根據使用者預先定義的預設範圍來箝制承載資料的微量電流變化值I_DATA，用以滿足充電裝置10和接收裝置12間的無線通訊傳輸條件，再輸出電源訊號SS至轉換模組1224。最後，轉換模組1224將電源訊號SS所承載的微量電流變化值I_DATA轉換為一數位訊號的形式，例如01101101，進一步取得待傳資料DATA。穩流模組1222可將電源訊號SS進行訊號處理，事先分離固定電流值I_C以及微量電流變化值I_DATA，前者進行接收裝置12的無線充電，後者傳送至轉換模組1224來轉換為待傳資料DATA(即複數個數位訊號形式)。因此，本發明之無線充電系統1可將固定電流值I_C和待傳資料DATA對應的微量電流變化值I_DATA，透過充電裝置10和接收裝置12間的無線傳輸進行傳輸，用以同時完成無線充電以及資料傳輸的目的。更進一步，以下將示範性的提供充電裝置10和接收裝置12的詳細電路。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例之一充電裝置20之示意圖。相較於第1圖的充電裝置10，第2圖的充電裝置20的第一電流源100及第二線圈104維持不變，並進一步提供控制器102應用上的實現電路，然非用以限制本發明。如第2圖所示，第一電流源100連接二極體D1、D2以及電容CT來提供電源訊號SS的保護及穩定輸出功用，並串聯一負載模組22以及一比較模組24。負載模組22包含開關M1及M2(在此以金氧半電晶體實現)、二極體D3、D4以及一負載切換單元220，而比較模組24包含一電阻R1、一比較單元240以及運算放大器OP1及OP2。負載模組22根據待傳資料DATA及接收比較模組24的一回饋訊號(圖中未示)，用來啟/閉開關M1及M2及適性地調整負載模組22的等效電阻值，據以調整第一電流源100的輸出電流值大小，即電源訊號SS(包含有固定電流值I_C以及微量電流變化值I_DATA)。至於充電裝置20之其他元件和充電裝置10相似，在此不贅述。

請同時參考第3圖及第4圖，其中第3圖為本發明實施例之一接收裝置30之示意圖，以提供接收裝置30實際的電路實現方式，而第4圖為第3圖中一穩流器306之詳細示意圖。如第3圖所示，接收裝置30同樣包含第一線圈120串接一電容CR、一整流模組300、一穩流模組302一轉換模組304。在此實施例中，整流模組300透過二極體D5、D6、D7及D8來實現；穩流模組302透過一雙極性電晶體BJT、一電容C1、一電阻R2及穩流器306來實現；轉換模組304透過一運算放大器OP3及一分壓模組308來實現。由於接收裝置30和接收裝置12具有相似之元件特性及達成功效，在此不贅述。另外，如第4圖所示，穩流器306透過端點Vin及Vout串接於轉換模組304內，且穩流器306包含一電容C2連接於一地端、一穩流邏輯控制器400、一上路開關M3、一下路開關M4、二極體D9及D10，以及一震盪模組402包含一電感L及一電容C3。穩流邏輯控制器400可根據充電裝置10傳送的一測試資料，用來測試充電裝置20和接收裝置30間的傳輸環境狀態(即傳送待傳資料的傳送速度)，以判斷是否要導通上路開關M3(提供高速傳輸)或下路開關M4(提供低速傳輸)，並根據電感L兩端反饋的端電壓值，進一步判斷上路開關M3及下路開關M4間的切換頻率，據以降低端點Vout的輸出電流來維持端點Vin的輸入電流，用以箝制電源訊號SS於預設範圍內。因此，本發明之無線充電系統1除了同時提供無線充電及資料傳輸外，更可在資料傳輸前判斷資料傳輸環境條件，用以滿足不同使用者的需求。

本發明實施例用於無線充電系統1之資料傳送方法可歸納為一資料傳送流程50，如第5圖所示。資料傳送流程50包含以下步驟：

步驟500：充電裝置10及接收裝置12以交流磁場相互耦合，以由充電裝置10無線傳送電源訊號SS至接收裝置12。

步驟502：充電裝置10輸出一傳輸資料指令，用以指示接收裝置12啟動接收待傳資料DATA。

步驟504：充電裝置10輸出測試資料，以測試充電裝置10與接收裝置12間的傳輸環境狀態。

步驟506：充電裝置10根據待傳資料DATA及傳輸環境狀態，調整電源訊號SS所對應之電流值大致維持於預設範圍內，以將待傳資料DATA透過電源訊號SS傳送至接收裝置12。

步驟508接收裝置12以電磁感應方式接收電源訊號SS，並取得電源訊號SS中之待傳資料DATA。

步驟510：結束。

資料傳送流程50係關於充電裝置10及接收裝置12間的無線充電以及資料傳輸的運作方式。在步驟500中，充電裝置10和接收裝置12建立無線充電的機制，即充電裝置10透過固定電流值I_C對接收裝置12無線充電。在步驟502中，當使用者欲開始傳輸待傳資料DATA，則充電裝置10輸出傳輸資料指令，用以指示接收裝置12啟動資料傳輸的機制。當資料傳輸的機制啟動且固定電流值I_C已維持穩定一段時間後，進入步驟504，測試充電裝置10與接收裝置12間的傳輸速度(傳輸環境狀態)，判斷是否要進行高速傳輸，例如待傳資料DATA對應的微調電流變化值I_DATA可轉換為128位元的資料，或是低速傳輸，例如待傳資料對應的微調電流變化值I_DATA可轉換為16位元的資料。在步驟506中，充電裝置10根據當前的傳輸速度以及待傳資料DATA，利用控制器102來動態地調整待傳資料DATA對應的微調電流變化值I_DATA，並在步驟508，由轉換模組122將待傳資料DATA對應的微調電流變化值I_DATA轉換為數位訊號，以完成資料傳輸。

值得注意的，於本發明資料傳送流程50中，充電裝置10及接收裝置12間除了建立無線充電的機制外，更建立充電裝置10及接收裝置12的雙向資料傳輸。換句話說，透過無線充電系統1以及資料傳送流程50，本領域具通常知識者除了可得知充電裝置10傳送待傳資料DATA至接收裝置12外，更能反向建立接收裝置12回傳任一無線訊息至充電裝置10的概念。另外，資料傳送流程50亦不限制充電裝置10及接收裝置12間，何時進行啟動資料傳輸的機制(步驟502)或是判斷兩者間傳輸速度(步驟504)，或是依據不同使用者作對應的增/減步驟的調整。至於任何根據無線充電，將待傳資料DATA轉換為一對應的電流值變化量來承載於固定電源訊號SS的概念，本領域具通常知識者可進一步結合/修改不同的軟/硬/韌體來達成相同目的者，皆為本發明之範疇。

總而言之，本發明之無線充電系統可建立充電裝置和接收裝置間的無線通訊連接，除了透過充電裝置發出的一固定電流值作為接收裝置的無線充電外，並將一待傳資料轉換為一微量電流變化值，透過固定電流值承載待傳資料來傳輸至接收裝置。因此，接收裝置可在無線充電過程中，同時建立和充電裝置間的無線高速/低速傳輸，進一步提高資料傳輸的效率及產品的應用範圍。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1．．．無線充電系統

10、20．．．充電裝置

100．．．第一電流源

102．．．控制器

104．．．第二線圈

12．．．接收裝置

120．．．第一線圈

122．．．輸出模組

1220、300．．．整流模組

1222、302．．．穩流模組

1224、304．．．轉換模組

22．．．負載模組

220．．．負載切換單元

24．．．比較模組

240．．．比較單元

306．．．穩流器

308．．．分壓模組

50．．．資料傳送流程

500、502、504、506、508、510．．．步驟

BJT．．．雙極性電晶體

C1、C2、C3、CR、CT．．．電容

DATA．．．待傳資料

D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10．．．二極體

I_C．．．固定電流值

I_DATA．．．微量電流變化值

L．．．電感

M1、M2、M3、M4．．．開關

OP1、OP2、OP3．．．運算放大器

R1、R2．．．電阻

SS．．．電源訊號

Vin、Vout．．．端點

第1圖為本發明實施例之一無線充電系統之示意圖。

第2圖為本發明實施例之一充電裝置之示意圖。

第3圖為本發明實施例之一接收裝置之示意圖。

第4圖為第3圖中一穩流器之詳細示意圖。

第5圖為本發明實施例之一資料傳送流程示意圖。

1．．．無線充電系統

10．．．充電裝置

100．．．第一電流源

102．．．控制器

104．．．第二線圈

12．．．接收裝置

120．．．第一線圈

122．．．輸出模組

1220．．．整流模組

1222．．．穩流模組

1224．．．轉換模組

DATA．．．待傳資料

I_C．．．固定電流值

I_DATA．．．微量電流變化值

SS．．．電源訊號

Claims (12)

1. 一種可傳送資料之無線充電系統，包含有：一充電裝置，用來無線傳送一電源訊號，並根據一待傳資料，調整該電源訊號所對應之一電流值，其中該電源訊號包含有該待傳資料；以及一接收裝置，包含有：一第一線圈，用來透過電磁感應接收該電源訊號，並對應產生一交流電流訊號；以及一輸出模組，用來根據該交流電流訊號，取得該待傳資料。
2. 如請求項1所述之無線充電系統，其中該輸出模組包含有：一整流模組，電性連接於該第一線圈，用以對該交流電流訊號進行整流，以產生一直流電流訊號；以及一轉換模組，用來將該直流電流訊號轉換為一數位訊號，以取得該待傳資料。
3. 如請求項2所述之無線充電系統，其中該輸出模組另包含有：一穩流模組，用來穩定該直流電流訊號。
4. 如請求項3所述之無線充電系統，其中該穩流模組包含有：一上路開關，包含有一輸入端耦接於一電源供應源，一輸出端，以及一控制端；一下路開關，包含有一輸入端耦接於該上路開關之該輸出端，一輸出端耦接於一地端，以及一控制端；一震盪模組，包含一電感以及一電容；以及 一穩流邏輯控制器，用來根據該電感之兩端端電壓，輸出一控制訊號至該上路開關之該控制端以及該下路開關之該控制端，以啟/閉該上路開關及該下路開關。
5. 如請求項3所述之無線充電系統，其中該轉換模組包含有：一運算放大器，電性連接於該整流模組及該穩流模組，用來接收該直流電流訊號，以產生一放大電流；以及一分壓模組，電性連接於該運算放大器，用來將該放大電流之變化情形轉換為複數個位元資料，以取得該待傳資料。
6. 如請求項1所述之無線充電系統，其中該充電裝置包含有：一第一電流源，用來提供一電流訊號；一控制器，用來根據該待傳資料，調整該電流訊號之一電流值；以及一第二線圈，用來將該電流訊號轉換為該電源訊號，並透過電磁感應方式傳送至該接收裝置。
7. 一種用於一無線充電系統之資料傳送方法，該無線充電系統包含一充電裝置及一接收裝置，該資料傳送方法包含有：該充電裝置及該接收裝置以交流磁場相互耦合，以由該充電裝置無線傳送一電源訊號至該接收裝置；該充電裝置根據一待傳資料，調整該電源訊號所對應之一電流值，以將該待傳資料透過該電源訊號傳送至該接收裝置；以及該接收裝置以電磁感應方式接收該電源訊號，並取得該電源訊號中之該待傳資料。
8. 如請求項7所述之資料傳送方法，其中該充電裝置將該電源訊號之所對應之該電流值大致維持於一定值，並根據該待傳資料，於一預設範圍內調整該電流值。
9. 如請求項7所述之資料傳送方法，其中該接收裝置係偵測該電源訊號所對應之該電流值的變化情形，以取得該電源訊號中之該待傳資料。
10. 如請求項7所述之資料傳送方法，其另包含於該充電裝置根據該待傳資料，調整該電源訊號所對應之該電流值前，該充電裝置輸出一傳輸資料指令，用以指示該接收裝置啟動接收該待傳資料。
11. 如請求項7所述之資料傳送方法，其另包含於該充電裝置根據該待傳資料，調整該電源訊號所對應之該電流值前，該充電裝置根據一測試資料，調整該電源訊號所對應之該電流值，以測試該充電裝置與該接收裝置間的一傳輸環境狀態。
12. 如請求項11所述之資料傳送方法，其中該充電裝置根據該待傳資料，調整該電源訊號所對應之該電流值之步驟，另包含該充電裝置根據該待傳資料及該傳輸環境狀態，調整該電源訊號所對應之該電流值。