TWI464995B - 無線充電系統及其無線充電系統控制之方法 - Google Patents

Description

無線充電系統及其無線充電系統控制之方法

本發明係關於一種無線充電系統及其無線充電系統控制之方法，特別是一種可動態調整耦合電壓的無線充電系統及其無線充電系統控制之方法。

隨著科技的進步，電子裝置的種類已經日益增加，同時電子裝置對於電力的需求也逐步上升，而不同的電子裝置也需要不同的連接頭才能傳輸電力，因此對於臨時需要充電的使用者來說會造成困擾。因此在先前技術中已經發展出一種利用磁能轉換來無線充電的方法。

但在先前技術中的無線充電技術，充電端會一直發射耦合電壓至可充電裝置，而不會考慮到可充電裝置之負載大小及所需要的充電電壓值，因此容易造成不必要的浪費。另一方面，若要提高能量的傳輸就必須評估耦合線路的線徑及被充電的電子裝置的特性，並非不斷地提高電壓或電流就可以達到較高的能量傳輸。因此在先前技術中就會限制耦合電壓的高低，如果要提高電壓，就必須要設計可以承受高電壓的電路，反而會造成製造成本的增加。

因此，需要發明一種新的無線充電系統及其無線充電系統控制之方法，以解決先前技術的缺失。

本發明之主要目的係在提供一種無線充電系統，其具有可動態調整耦合電壓的效果。

本發明之另一主要目的係在提供一種無線充電系統控制之方法。

為達成上述之目的，本發明之無線充電系統用以對可充電裝置進行充電。無線充電系統包括充電迴路、電源供應模組、功率切換模組、電源感應端及比較模組。電源供應模組係位於充電迴路上以提供直流電源訊號。功率切換模組係與電源供應模組電性連接，用以係根據轉換頻率將直流電源訊號轉換為交流電源訊號。電源感應端係位於充電迴路上，用以藉由交流電源訊號感應出耦合電壓以對可充電裝置進行充電。比較模組係與電源感應端電性連接，用以比較耦合電壓與預設值之大小，其中功率切換模組係根據轉換頻率以設定預設值；當耦合電壓小於預設值時，比較模組係控制功率切換模組提高轉換頻率。

本發明之無線充電系統控制之方法，係用於無線充電系統以對可充電裝置充電。該方法包括以下步驟：提供直流電源訊號；根據轉換頻率將直流電源訊號轉換為交流電源訊號；藉由交流電源訊號感應出耦合電壓以對可充電裝置進行充電；比較耦合電壓與預設值之大小，其中預設值係根據轉換頻率而設定；以及當耦合電壓小於預設值時，係提高轉換頻率以提高交流電源訊號。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請先參考圖1係本發明之無線充電系統之架構示意圖。

本發明之無線充電系統1係藉由無線充電的方式以對可充電裝置2進行充電。無線充電系統1包括充電迴路C、電源供應模組10、功率切換模組20、電源感應端30及比較模組40。上述各模組皆可由硬體架構而成，但本發明並不限於此。電源供應模組10可為一電池模組，係位於充電迴路C上，用以提供直流電源訊號。功率切換模組20係與電源供應模組10電性連接，用以將直流電源訊號轉變為交流電源訊號。電源感應端30係位於充電迴路C上，用以藉由交流電源訊號而感應出耦合電壓，再利用電磁轉換的原理，藉由無線方式以對可充電裝置2進行充電。而其中功率切換模組20係藉由轉換頻率以決定交流電源訊號之電流及電壓的大小，因此當功率切換模組20之轉換頻率越大，電源感應端30之耦合電壓也越大，因此可對具有較大負載的可充電裝置2進行充電。相反地，當可充電裝置2的需求不大時，功率切換模組20也可保持較小的轉換頻率。

比較模組40係與電源感應端30及功率切換模組20電性連接，用以比較耦合電壓及預設值之大小，其中預設值係由功率切換模組20根據其轉換頻率而設定。由於電源感應端30之耦合電壓係與功率切換模組20設定之轉換頻率互相對應，因此功率切換模組20可直接由轉換頻率來推算出耦合電壓。如此一來，功率切換模組20係根據當下的轉換頻率而動態地設定預設值，當轉換頻率改變時，預設值也隨之改變。當對較大負載的可充電裝置2進行充電時，由於可充電裝置2需要更大的電流，因此會導致耦合電壓下降。當耦合電壓低於預設值時，比較模組40係控制功率切換模組20提高轉換頻率，以增加耦合電壓的大小，使其能符合可充電裝置2之需求。

接著請參考圖2係本發明之無線充電系統之其中一實施例之電路架構圖。

圖2係本發明之較佳實施例之電路架構圖，但本發明之無線充電系統1a並不以此電路架構為限。在本實施例中，無線充電系統1a之充電迴路C上還包括了第一開關模組21、第二開關模組22及電阻51。功率切換模組20係與第一開關模組21及第二開關模組22電性連接。第一開關模組21及第二開關模組22皆可由一金氧半導電晶體所製成，但本發明並不限於此。第一開關模組21及第二開關模組22皆位於充電迴路C上，功率切換模組20係藉由轉換頻率以分別控制第一開關模組21及第二開關模組22之導通，藉此將直流電源訊號轉換為交流電源訊號。並須注意的是，由於直流電源訊號轉換為交流電源訊號之方式已經被本發明所屬相關技術領域者所廣泛應用，故在此不再贅述其原理。並且本發明亦不限定僅能藉由圖2之電路來轉換交流電源訊號。

電阻51係位於充電迴路C上。電阻51包括第一端51a及第二端51b，第二端51b係與電源感應端30串聯連接。並且電阻51之第一端51a及第二端51b分別具有第一電壓值VR1與第二電壓值VR2。在本實施例中，比較模組40係進一步電性連接第一比較器41及第二比較器42。第一比較器41係用以比較第一電壓值VR1與第一參考值V1之大小，第二比較器42則用來比較第二電壓值VR2與第二參考值V2之大小。第一參考值V1及第二參考值V2係與預設值類似，同樣由功率切換模組20根據轉換頻率而變化，而並非固定之值。由於電阻51與電源感應端30串聯連接，因此流經電阻51與電源感應端30之電流會相同。如此一來，即可藉由電阻51之第一電壓值VR1及第二電壓值VR2與設定的第一參考值V1及第二參考值V2之大小，來推測出耦合電壓與預設值之關係。

舉例而言，當無線充電系統1a對較大負載的可充電裝置2進行充電時，會導致耦合電壓下降，使得第一電壓值VR1與第二電壓值VR2間的電壓差會變大。此時第二電壓值VR2會下降，而使得第二電壓值VR2小於第二參考值V2。因此當第二比較器42比較得知第二電壓值VR2小於第二參考值V2，且第一比較器41比較之第一電壓值VR1仍大於第一參考值V1時，比較模組40即可判斷出無線充電系統1a需要提升耦合電壓。如此一來，比較模組40係控制功率切換模組20來增加轉換頻率。

另一方面，當可充電裝置2被移除或是故障時，此時大量的能量會累積在電源感應端30，而導致第一電壓值VR1持續增加到超過第一參考值V1。因此當第一電壓值VR1由小於第一參考值V1增加到大於第一參考值V1時，比較模組40係控制功率切換模組20降低轉換頻率以停止輸出耦合電壓。直到第二比較器42比較得知第二電壓值VR2小於第二參考值V2時，比較模組40再控制功率切換模組20重新提高轉換頻率。

如此一來，經由上述的反覆比較的流程，無線充電系統1a即可動態地調整輸出的耦合電壓。電源感應端30可根據可充電裝置2之負載來改變要輸出的耦合電壓，因此電源感應端30不需要一直輸出固定之耦合電壓，可節省下無謂的電量消耗。另一方面，藉由比較第一電壓值VR1與第二電壓值VR2之方式，會使得無線充電系統1a可分階段地調整耦合電壓的大小，而避免過於頻繁地調整耦合電壓。需注意的是，上述的流程僅為舉例說明，本發明並不限定須完全符合上述的流程才能控制功率切換模組20。

接著請參考圖3係本發明之無線充電系統控制之方法之步驟流程圖。此處需注意的是，以下雖以上述之無線充電系統1a為例說明本發明之無線充電系統控制之方法，但本發明之無線充電系統控制之方法並不以使用在與上述無線充電系統1a相同之電路為限。

首先進行步驟301：提供一直流電源訊號。

當無線充電系統1a要對可充電裝置2進行充電時，首先無線充電系統1a內的電源供應模組10係提供直流電源訊號。

其次進行步驟302：根據一轉換頻率將該直流電源訊號轉換為一交流電源訊號。

在本發明之一實施方式中，功率切換模組20係根據轉換頻率來控制位於充電迴路C上的第一開關模組21及第二開關模組22分別導通，用以將直流電源訊號轉換為交流電源訊號。在此步驟302中，功率切換模組20可先藉由較低的轉換頻率來進行轉換。

接著進行步驟303：藉由該交流電源訊號感應出一耦合電壓以對該可充電裝置進行充電。

接著電源感應端30藉由接收到的交流電源訊號以感應出耦合電壓，在利用無線方式對可充電裝置2進行充電。

接著進行步驟304：判斷該耦合電壓是否小於一預設值。

接著比較模組40比較耦合電壓與預設值之大小，以判斷耦合電壓是否小於預設值。

若耦合電壓小於預設值，則進行步驟305：提高該轉換頻率以提高該交流電源訊號。

若是，代表可充電裝置2需要較高的電流，因此比較模組40係控制功率切換模組20以提高轉換頻率，使得耦合電壓提升以符合可充電裝置2的需要。

若耦合電壓並沒有小於預設值，則進行步驟306：保持該轉換頻率。

若否，代表目前產生的耦合電壓可以符合可充電裝置2之需求，因此比較模組40係控制功率切換模組20以保持原有之轉換頻率。

而關於步驟304中判斷耦合電壓與預設值大小之步驟請參考圖4係本發明之無線充電系統控制方法之其中一實施方法之步驟流程圖。並需注意的是，本發明並不限定僅能利用圖4所示之步驟流程才能推測耦合電壓之大小。

首先進行步驟401：提供一電阻以串聯連接於該電源感應端。

首先在充電迴路C上係提供與電源感應端30串聯連接之電阻51。此電組51具有第一端51a及第二端51b，第一端51a具有第一電壓值VR1，第二端51b具有第二電壓值VR2。

其次進行步驟402：比較該第一電壓值與一第一參考值及比較該第二電壓值與一第二參考值。

其次第一比較器41係比較第一電壓值VR1及第一參考值V1之大小，第二比較器42係比較第二電壓值VR2及第二參考值V2之大小，藉此推算出耦合電壓之變化。第一參考值V1及第二參考值V2係由功率切換模組20根據轉換頻率而做變動。其中第一參考值V1及第二參考值V2係由功率切換模組20根據轉換頻率而變化，而並非固定之值。

因此，比較第一電壓值VR1與第二電壓值VR2變化的結果，就可執行不同的實施例。例如可執行步驟403：於該第一電壓值大於該第一參考值且該第二電壓值小於該第二參考值時，提高該轉換頻率。

當第二比較器42比較得知第二電壓值VR2小於第二參考值V2，且第一比較器41比較之第一電壓值VR1仍大於第一參考值V1時，比較模組40即可判斷出無線充電系統1a需要提升耦合電壓。如此一來，比較模組40係控制功率切換模組20來增加轉換頻率。

或是執行步驟404：於該第一電壓值由小於該第一參考值變成大於該第一參考值時，降低該轉換頻率以停止感應出該耦合電壓。

當第一電壓值VR1由小於第一參考值V1增加到大於第一參考值V1時，可能是因為短路之關係使得電源感應端30累積較大的耦合電壓，因此比較模組40係控制功率切換模組20降低轉換頻率以停止輸出耦合電壓。

接著進行步驟405：產生一警示訊號。

接著無線充電系統1a可利用發光模組(圖未示)等裝置來產生警示訊號，以告知使用者有異常狀況。

最後進行步驟406：於該第二電壓值小於該第二參考值時，重新提高該轉換頻率。

最後直到第二比較器42比較得知第二電壓值VR2再度下降至小於第二參考值V2時，比較模組40再控制功率切換模組20重新提高轉換頻率。

此處需注意的是，本發明之無線充電系統控制方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。

因此，本發明之無線充電系統1a可根據可充電裝置2之需求來動態調整耦合電壓，且利用比較電阻之電壓值的方式也可進行分階段地調整，而不會有太頻繁的電壓變動。

綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請　貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1、1a．．．無線充電系統

2．．．可充電裝置

10．．．電源供應模組

20．．．功率切換模組

21．．．第一開關模組

22．．．第二開關模組

30．．．電源感應端

40．．．比較模組

41．．．第一比較器

42．．．第二比較器

51．．．電阻

51a．．．第一端

51b．．．第二端

C．．．充電迴路

V1．．．第一參考值

V2．．．第二參考值

VR1．．．第一電壓值

VR2．．．第二電壓值

圖1係本發明之無線充電系統之架構示意圖。

圖2係本發明之無線充電系統之其中一實施例之電路架構圖。

圖3係本發明之無線充電系統控制之方法之步驟流程圖。

圖4係本發明之無線充電系統控制方法之其中一實施方法之步驟流程圖。

1a．．．無線充電系統

2．．．可充電裝置

10．．．電源供應模組

20．．．功率切換模組

21．．．第一開關模組

22．．．第二開關模組

30．．．電源感應端

40．．．比較模組

41．．．第一比較器

42．．．第二比較器

51．．．電阻

51a．．．第一端

51b．．．第二端

C．．．充電迴路

V1．．．第一參考值

V2．．．第二參考值

VR1．．．第一電壓值

VR2．．．第二電壓值

Claims (11)

1. 一種無線充電系統，用以對一可充電裝置進行充電，該無線充電系統包括：一充電迴路；一電源供應模組，係位於該充電迴路上以提供一直流電源訊號；一功率切換模組，係與該電源供應模組電性連接，用以係根據一轉換頻率將該直流電源訊號轉換為一交流電源訊號；一電源感應端，係位於該充電迴路上，用以藉由該交流電源訊號感應出一耦合電壓以對該可充電裝置進行充電；一電阻，係位於該充電迴路上，該電阻包括一第一端及一第二端，其中該第二端係串聯連接於該電源感應端，其中該電阻之該第一端具有一第一電壓值，該第二端具有一第二電壓值；以及一比較模組，係與該電源感應端、一第一比較器及一第二比較器電性連接，該第一比較器係用以比較該電阻之一第一電壓值及一第一參考值之大小，該第二比較器係用以比較該電阻之一第二電壓值及一第二參考值之大小，藉此該比較模組可用以比較得知該耦合電壓與一預設值之大小，其中該預設值係由該功率切換模組根據該轉換頻率而設定；當該耦合電壓小於該預設值時，該比較模組係控制該功率切換模組提高該轉換頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電系統，其中該功率切換模組係電性連接一第一開關模組及一第二開關模組，該第一開關模組及該第二開關模組係位於該充電迴路上，該功率切換模組藉由控制該第一開關模組及該第二開關模組以產生該交流電源訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電系統，其中該功率切換模組係根據該轉換頻率以改變該第一參考值及該第二參考值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之無線充電系統，其中當該第一電壓值由小於該第一參考值變成大於該第一參考值時，該比較模組係控制該功率切換模組降低該轉換頻率以停止感應出該耦合電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無線充電系統，其中當第二電壓值小於該第二參考值時，該比較模組係重新控制該功率切換模組以提高該轉換頻率。
6. 如申請專利範圍第3項所述之無線充電系統，其中當該第一電壓值大於該第一參考值且該第二電壓值小於該第二參考值時，該比較模組係控制該功率切換模組提高該轉換頻率。
7. 一種無線充電系統控制之方法，係用於一無線充電系統以對一可充電裝置充電，該方法包括以下步驟：提供一直流電源訊號；根據一轉換頻率將該直流電源訊號轉換為一交流電源訊號；提供一電源感應端，用以藉由該交流電源訊號感應出一 耦合電壓以對該可充電裝置進行充電；提供一電阻以串聯連接於該電源感應端，該電阻包括一第一端及一第二端，其中該電阻之該第一端具有一第一電壓值，該第二端具有一第二電壓值；比較該第一電壓值與一第一參考值及比較該第二電壓值與一第二參考值，藉此比較得知該耦合電壓與一預設值之大小，其中該預設值係根據該轉換頻率而設定；以及當該耦合電壓小於一預設值時，係提高該轉換頻率以提高該交流電源訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無線充電系統控制之方法，更包括以下步驟：根據該轉換頻率以改變該第一參考值及該第二參考值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之無線充電系統控制之方法，更包括以下步驟：於該第一電壓值大於該第一參考值且該第二電壓值小於該第二參考值時，提高該轉換頻率。
10. 如申請專利範圍第8項所述之無線充電系統控制之方法，更包括以下步驟：於該第一電壓值由小於該第一參考值變成大於該第一參考值時，降低該轉換頻率以停止感應出該耦合電壓；以及產生一警示訊號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之無線充電系統控制之方法，更包括以下步驟： 於該第二電壓值小於該第二參考值時，重新提高該轉換頻率。