TWI481149B - 用於操作感應式充電系統之方法及其感應式充電器電路 - Google Patents

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Description

用於操作感應式充電系統之方法及其感應式充電器電路
本發明提供一個簡單和有效的感應式充電器電路，允許用少量的零件在一感應系統中實現非線性充電曲線。其過電流和過電壓檢測器，不僅提供使用於驅動該充電頻率的反饋，而且也保護電池免於潛在有害的供電狀況。此充電曲線可以經由修改一些預存的數值而輕易的改變，藉由此支配本系統的操作。本發明非常適合用於攜帶式電子裝置的充電，如手機、個人數位助理器、手持電玩裝置、個人媒體播放器和其他類似裝置。在本文中該副電路可能加入此攜帶式電子裝置之中，以至於此裝置可以置於充電器線路的附近充電，因此無須將該裝置連接到一充電器上。
以一感應電源對電池充電是充分已知的。用於電動汽車和電動牙刷般小型電器的電池之感應式充電，皆已取得些許成功。因為感應式充電無須在電池和充電器間存在一實質的連接，充電是相當的便利。然而，並非所有電池都可以輕易地以感應方式來充電，鋰離子電池就是此種電池的一例。
對鋰離子電池再充電無法像對其他電池再充電那般簡單。鋰離子電池無法吸收過度充電。假設一固定電流供給一充飽的鋰離子電池，可能有金屬鋰鍍層析出導致電池故障。因此，對鋰離子電池的過度充電應該加以防護。
相反地，對一鋰離子充電到飽滿容量是困難的。再充電時對一鋰離子電池供給一固定電流，可以相當快速地達到電池的最大電壓。然而，當該鋰離子電池達到一最大電壓時，該鋰離子電池可能無法充飽。沒有進一步的充電，電池將只能大約充到65%的電量。假設一固定電流在該電池已經達到它的最大電壓後，持續地供給該電池，接著該電池可能過度充電，以致於造成電池過早的故障。
已發展出傳統式電池充電器對鋰離子電池完全地充電。一般地，電池充電器使用一固定電流和固定電壓模式對電池充電。已放電的電池首先以一固定電流位準在.1C到1C安培的範圍內充電，直到電池達到約所需的4.2伏特電壓。此處的C是電池的容量，單位是安培-小時。充電到此，電池充電器轉換到一固定電壓模式對電池提供額外的充電，以足夠的電力維持電池在此最後的電壓。
用於一典型的鋰離子電池的充電曲線如第一圖。供給一固定電流一預定期間，在此階段鋰離子電池的充電一般是固定位準。對一典型的電池而言，此階段持續的時間小於一小時。該鋰離子電池在達到一滿電量以前最終提出接近一較佳電壓的一固定電壓，接著供給此一固定電壓到該鋰離子電池。以一固定電壓充電約略一小時之後，該電池已典型地達到它的最大充電量。
假設該鋰離子電池的充電無法遵循如第一圖所顯示的充電曲線，則會有電池將無法完全充電或充電將損害電池的風險。
因為鋰離子電池在充電以前往往無法完全放電，為鋰離子電池充電其實更為複雜。假設一些殘餘的電量保留在電池裡，則最佳的充電可能需要在接續固定電流充電之後接續固定電壓的充電，或者，最佳充電可能只需要固定電壓充電。為求較好的充電效能，該電池充電器應該提供一能對電池充電狀態予以補償的機制。
當感應式充電用於鋰離子電池充電時是特別地不確定的。在一感應式電池充電器中，位於充電器內的一主線圈提供電力到位於電池內的一感應式副線圈。跨副線圈的電壓被整流並供給電池以便對電池充電。在電池和電池充電器之間沒有直接實質的連結。由於在電池和電池充電器之間沒有直接實質的連結，有關電池狀態的訊息無法立即地提供給電池充電器。
同時，攜帶式裝置需要輕量化。因此，用於監控電池充電狀態並將此資訊傳遞給感應式充電器的複雜電路將會增加攜帶式裝置的成本、尺寸和重量。
極期待有一感應系統能以一獨特的充電週期對一電池充電，同時使用一相當簡單的電路直接耦合到電池。
一種用於電池(如一鋰離子電池)再充電的感應式系統，其具有一獨特的充電週期，一般該系統包含一充電器電路，此電路具有一用於感應式地供給充電電力的主線圈，和一用於感應式地接收此充電電力並供給一電池的副電路。此副電路包含一反饋機制，此機制藉由主線圈和副線圈間感應式地耦合提供反饋給充電器電路。此充電器電路包含一頻率控制機制，此機制用於控制供給主線圈的電力頻率，至少部分地回應從反饋機制而來的反饋。
在一個具體實施例中，該反饋機制包含一次電路，用於改變此副電路的反射阻抗。在此具體實施例中，該充電器電路可能包含一反饋檢測器，用於監控在充電器電路中的一電力特性，此等改變至少部分地回應副電路中反射阻抗的變化。在此具體實施例中，該反饋檢測器可能和主線圈耦合，以便允許該控制器去監控流經主線圈的電流。
在一個具體實施例中，該反饋機制包含一過電壓檢測器、或一過電流檢測器、或兩者都有。在此具體實施例中，該檢測器可能經配置以控制一個或多個開關，如電晶體。假設在副電路中任何一過電壓或一過電流條件被檢測到則該開關被開啟，並且從該副線圈來的電流從電池分流到一電阻。以此種方式，該電池受保護不會過分暴露於過電壓或過電流狀況。該回饋機制可直接連接至電池。
在一個具體實施例中，該反饋檢測器是耦合到主諧振電路的一電流感應器。在此具體實施例中，當電流被分流到副電路中的反饋信號電阻時，流經該副線圈的電流增加，如此將改變該副電路的反射阻抗，導致流經該主線圈的電流增加。流經主線圈的電流增加被主電路中的電流感應器檢測到，它可以包含一峰值檢測器，因此提供給控制器一反饋信號用於檢測電池是否在過電壓或過電流的狀態。在一個具體實施例中，該頻率控制機制藉由降低供應到該副線圈的電力適度調整頻率以修正過電壓或過電流狀態。
在一個具體實施例中，該充電器電路包含一反相器和一諧振電路。在此具體實施例中，降低該反相器的工作頻率，以便將供給主線圈的電力頻率移至接近該諧振電路的共振頻率；而增加該反相器的工作頻率，以便將供給主線圈的電力頻率移至遠離該諧振電路的共振頻率。該系統同樣也可以經配置使得反相器頻率的增加將會把供給該主線圈的電力移至接近共振，因此增加電力轉換，而降低反相器頻率會將供給該主線圈的電力移至遠離共振，因此降低電力轉換。
另一方面，本發明亦提供一方法用於操作一感應式充電系統，該系統包含具有主線圈的一充電器電路和具有副線圈的一副電路。此方法一般包含檢測在副電路中一電池是否存在的步驟，和藉由一個或多個充電週期對電池充電的步驟。該充電步驟一般包含以一頻率供電給一主線圈；藉由主線圈和副線圈間的感應式耦合，評估來自該副電路的反饋；以及依據來自該副電路的反饋調整供給該主線圈的電力頻率。在此方法中，是改變供給該主線圈電力的頻率來最佳化對電池的充電。可能需要數個充電週期以便完全地對電池充電。
在一個具體實施例中，其方法是使用具有諧振電路的一充電器電路。在此具體實施例中，該充電週期可能包含將供給主線圈的電力頻率移至接近諧振電路共振頻率的可替換步驟。該充電器電路可能包含一反相器。在此類具體實施例中，將供給主線圈之電力頻率移動的步驟可進一步定義為移動反相器的工作頻率。
在一個具體實施例中，其充電步驟一般包含以一特定頻率供電給主線圈；決定從充電器電路而來的一反饋信號是否為充電器電路接收；並依據該反饋信號改變供給主線圈的電力頻率，以增加或減少供給副電路的電力。在一個具體實施例中，改變頻率的步驟進一步地被定義為如下步驟：如果收到從反饋機制而來的一反饋信號，則將供給主線圈的電力頻率移至遠離共振頻率；或者，如果沒有收到從反饋機制而來的一反饋信號，則將供給主線圈的電力頻率移至接近共振頻率。
在一個具體實施例中，其充電步驟一般包含如下步驟：將供給主線圈的電力頻率漸增地移至接近共振頻率，直到一反饋信號收到為止；在收到反饋信號以後，再將供給主線圈的電力頻率逐漸移動至遠離共振頻率，直到一反饋信號不再收到為止；和以該 頻率供給電力到主線圈一段充電期間。上述的程序可以是重複的。
在一個具體實施例中，決定一反饋信號是否收到的步驟包含感測在充電器電路中的電流、和將感測電流與預定的低限電流比較。
在一個具體實施例中，其方法進一步地包含當完成一次充電週期的時間小於一最小的充電週期時間時即結束充電的步驟。此方法可能進一步包含供給主線圈的電力頻率達到一上限或下限頻率時即結束充電的步驟。
在一個具體實施例中，其檢測步驟進一步包含以一預定探測頻率供給主線圈一電力脈衝，感測其反射阻抗，和以感測到的反射阻抗來決定電池是否存在。
本發明提供一個簡單和有效的感應式充電器電路，允許用少量的零件在一感應系統中實現非線性充電曲線。其過電流和過電壓檢測器，不僅提供使用於驅動該充電之電力頻率的反饋，而且保護電池免於潛在有害的供電狀況。此充電曲線可以經由修改一些預存的數值而輕易的改變，藉由此支配本系統的操作。本發明非常適合用於攜帶式電子裝置的充電，如手機、個人數位助理器、手持電玩裝置、個人媒體播放器和其他類似裝置。在本文中該副電路可能加入此攜帶式電子裝置之中，以至於此裝置可以置於充電器線路的附近充電，因此無須將該裝置連接到一充電器上。
參考下述的具體實施例和圖式後，將會更加完整的了解和體會本發明的這些和其他目標、優勢、和特色。
第二圖所顯示的是合於本發明的感應式充電系統之具體實施 例。該感應式充電系統(4)經配置是要以一非線性充電曲線對電池(如鋰離子電池)感應式充電。該系統(4)一般包含一充電器電路(6)和副電路(8)。該充電器電路(6)一般包含一主線圈(15)、一頻率控制器(80)用於在一所需的頻率供電給主線圈、一反饋檢測器(82)用於接收從副電路(8)而來的反饋。該副電路(8)一般包含一副線圈(30)用於接收從充電器電路(6)而來的感應式電力；和一反饋機制(84)用於提供反饋給該充電器電路(6)，顯示出在該副電路(8)中的電壓或電流。該頻率控制器(80)依據從副電路(8)而來的反饋改變供給主線圈(15)的電力頻率。雖然上述是有關於一傳統的鋰離子電池的充電，但本發明同樣適合用於其他種類電池的充電，包括具有不同充電分布圖的電池。
由上述中可知，該充電器電路(6)一般包含一頻率控制器(80)、一主線圈(15)、和一反饋檢測器(82)。在圖式所示的具體實施例中，該頻率控制器(80)包含一控制器(20)、一振盪器(18)、一驅動器(16)和一反相器(10)。在此具體實施例中，這些零件一起地驅動一諧振電路(12)。更明確地說，反相器(10)從DC(直流)電源(14)提供AC(交流)電源給該諧振電路(12)。該諧振電路(12)包含主線圈(15)。該諧振電路(12)可以是串聯的共振諧振電路、或一並聯的共振諧振電路。在此具體實施例中，該驅動器(16)提供操作在反相器(10)內之開關所需的訊號。該驅動器(16)在一由振盪器(18)所設定的頻率下交替操作。接著，該振盪器(18)是由控制器(20)所控制。該控制器(20)可以是一微控制器，如PIC18LF1320、或一更一般用途的微處理器。儘管在圖中的具體實施例中驅動器(16)、振盪器(18)顯示為實質分離的裝置，但是也可替換地整合起來、也可以具體實現為控制器(20)內的模組。
在圖中所示的具體實施例中，其反饋檢測器(82)檢測諧振電路(12)內的電流。在工作時，該控制器(20)使用從峰值檢測器(22)而來的訊號去協助決定振盪器(18)的運作頻率，並藉此決定反相器(10)的頻率。雖然所示具體實施例的反饋檢測器(82)檢測諧振電路(12)的電流，但是也可測量充電器電路(6)中的其他電力特徵來提供關於該電池的充電資訊。
該副電路(8)一般包含一副線圈(30)、一整流器(32)、和一反饋機制(84)。其副線圈(30)從主線圈(15)感應地接收電力。其整流器(32)提供直流電源以為電池(34)充電。在此具體實施例中，其反饋機制(84)經配置當供給電池(34)的電流超過一臨限值，或供給電池(34)的電壓超過一臨限值時，即提供反饋。如圖中所示，此具體實施例的反饋機制一般包含一過電壓檢測器(36)、一過電流檢測器(40)、一或閘(38)、一開關(42)、和一電阻(44)。過電壓檢測器(36)的輸出顯示出跨電池(34)兩極的電壓是否高於一預定位準。類似地，過電流檢測器(40)的輸出顯示流到電池(34)的電流是否高於一預定量。電流檢測器(40)和電壓檢測器(36)的輸出耦合到或閘(38)的輸入。該或閘(38)可以是一單獨的電路、或它可以在兩個檢測器輸出端間做一連結。該或閘(38)的輸出耦合到開關(42)。該開關(42)由或閘(38)的輸出控制，並且串聯於整流器(32)和電阻(44)之間。該開關(42)可以是任何適合的開關，如一雙極電晶體、一場效電晶體、或一絕緣閘雙極電晶體。該電阻(44)串聯於開關(42)和接地端之間。
在工作中，如果過電壓檢測器(36)或過電流檢測器(40)的輸出顯示出一過電壓或一過電流狀況，則該或閘(38)的輸出會打開開關(42)。當該開關(42)開啟，電流將由整流器(32)流經電阻(44)到接地端。
因為該電阻(44)的阻抗遠小於電池(34)的阻抗，一電流突波流經電阻(44)，因此產生一電流突波流經該副線圈(30)。該二極體(64)用於防止打開開關(42)時電池(34)供應任何電流。流經該副線圈(30)的電流突波在充電器電路(6)中製造出一類似電流突波流經主線圈(15)。峰值檢測器(22)用於檢測電流突波。接著，該控制器(20)改變振盪器(18)的頻率。
圖中所示的具體實施例中，該主線圈(15)和副線圈(30)是鬆耦合的。因為兩者在此具體實施例中是鬆耦合的，關於共振頻率之電力轉換曲線的斜率就不像線圈(15)及(30)是緊耦合時那般的陡峭。線圈(15)、(30)所用的一示範電力轉換曲線顯示於第三圖。在此具體實施例中，當該反相器(10)在共振頻率工作時，該電力轉換達到最高。然而，即使該反相器(10)不在共振頻率下工作，有效的電力轉換仍能在反相器在偏離共振頻率下工作時產生。一般地，該反相器(10)在頻率A和頻率B之間工作。頻率B稍微小於該共振頻率。介於頻率A和頻率B之間時，該電力轉換曲線藉由位於控制器(20)內的軟體查尋表成為片段式的線性曲線。因此，反相器(10)的工作頻率減小將導致從主線圈(15)到副線圈(30)的電力轉換大致可預期的增加。如圖中所示，使用一小於共振頻率的操作頻率也可同樣地有效。假設如上所述，則在工作頻率上的增加將導致一電力轉換的增加，反之亦然。
第四A與四B圖顯示一電路圖，它是相應於第二圖所示用於本系統之充電器電路(6)的方塊圖。該峰值檢測器(22)(由(22A)和(22B)組成)和主線圈(15)串聯並藉由變壓器(50)提供與流經主線圈(15)的電流成正比的訊號。該訊號經二極體(52)整流，接著用於對電容(54)充電。該工作放大器(56)、(58)用於平滑控制器(20)取樣的訊號。此特定的電路圖示是示範性的，並不意謂侷限本發明的範圍在一特定的電路設計。
第五圖顯示一用於本系統副電路(8)的電路圖示。像第四A與四B圖的充電器電路圖示一樣，第五圖的副電路圖示是示範性的，並不意謂侷限本發明的範圍在一特定的電路設計。來自副線圈(30)的電力用於對電容(60)充電，其接下來被當作連結到電池(34)電路圖的電力供應。一整流器(32)自經由副線圈(30)所供應的交流電流產生一直流電流。一電容(62)被充電，用來提供一直流電源對電池(34)充電。一阻斷二極體(64)副線圈(30)無法接收電力和反饋機制發出一過電壓或過電流訊號時避免電池(34)放電。
如果過電壓檢測器(36)或過電流檢測器(40)任一檢測出供給電池(34)的電壓過高或電流過大，則電晶體(42)開啟，因此電容(62)透過電阻(44)放電，導致跨電池(34)兩極的電壓較低。在此具體實施例，該副電路(8)包含一阻斷二極體(64)，其避免電流從電池(34)流入電容(62)。
當電流流過電阻(44)時額外的電流從副線圈(30)取得，其接著導致流經主線圈(15)的電流增加。
因為跨電容(62)兩端的電壓下降，跨電池(34)兩極的電壓和電流一起下降。因此，該過電壓或過電流的條件得到修正。檢測器(36)、(40)被清除，因此造成電晶體(42)關閉。由於一過電流或過電壓條件而讓電晶體(42)開啟，到過電流或過電壓條件已修正而讓電晶體關閉的期間，即為訊號時間。
在此圖式所示的電路設計中，訊號的持續時間是由兩個在檢測器電路(36)、(40)內的RC電路(66)、(68)來控制。在此具體實施例中，該電壓檢測器(36)配置成具有一約80毫伏特的磁滯以便降低當電池(34)電壓接近一過電壓條件時的振盪。
如上所述，當該電晶體(42)開啟，增加的電流流過副線圈(30)，引起流過主線圈(15)的電流增加。這個增加的電流會被峰值檢測器(22)檢測到。由流過主線圈的電流增加引發峰值檢測器的輸出顯示於第六圖。在此圖式所示的具體實施例中，峰值檢測器的輸出約在10毫秒約增加1.55伏特。此訊號的特徵可能隨著應用例而改變，其依電路零件的特徵而定。例如，增加的幅度和增加訊號的長度可能依要求去控制它。
控制器(20)持續地對峰值檢測器(22)的輸出取樣。當一瞬間的增加被檢測到，一內部的旗標(稱之為FB_flag)被設定。當一降低被檢測到，FB_flag被清除。然而，FB_flag的副本(以下稱之為FB_latch)亦被設定。當一降低被檢測到時FB_latch並不會被清除。它只能由控制器(20)清除。因此FB_latch能夠週期地由控制器(20)檢查以便決定一過電壓或過電流條件在一設定的期間是否發生。因此，本系統提供一反饋機制給該控制器。
一攜帶式裝置的使用者可能在充飽電以前從充電器電路(6)移除該裝置。此外，該使用者可能在其電池完全放電前放置該裝置於充電器中。為了對電池作最佳的充電，該感應式電池充電器可以檢測該電池的存在，同樣可以對一電池的獨特充電曲線予以補償。
第七圖是該程序之具體實施例的流程圖，用於檢測副電路(8)是否接近充電器電路(6)，以及如果副電路(8)存在對電池最佳充電。
步驟(100)，該程序開始。該探測程序(99)被啟始。步驟(102)，該控制器(20)等待一段探測間隔(PROBE_INTERVAL)的預定時期。步驟(104)，在PROBE_INTERVAL時間過後，控制器(20)以引 發反相器(10)產生一低頻電流以探測頻率(PROBE_FREQUENCY)流過該主線圈(15)。步驟(106)，流過該主線圈(15)的電流被偵測到。
如果該副電路(8)存在，則經由充電器電路(6)的探測，將導致一在副線圈(30)中的探測電流。即使在探測時是充飽電量的，該電池(34)將不會受到損害。首先，在此具體實施例中該探測時間是一10到20毫秒的短區間，然而該靜止區間通常長達數秒。此外，過電壓檢測器(36)和過電流檢測器(40)將透過電晶體(42)分導過多的探測電流流向電阻(44)，而不會流向電池(34)。
在此具體實施例中，以PROBE_FREQUENCY頻率流向該主線圈的電流量已事先經實驗決定並存入控制器的記憶體。步驟(108)，如果流經主線圈(15)的電流約略等同於預定的無負載主電流，則該副電路(8)是不存在的。步驟(109)，該CHARGED_FLAG被清除。接著，該系統在再次啟始該程序以前會等待另一個PROBE_INTERVAL時間。
如果流經主線圈(15)的電流不同於預定的無負載主電流，則該副電路(8)是存在的。
步驟(111)，檢查該CHARGED_FLAG。此CHARGED_FLAG標示著該電池是否充滿電量。如果CHARGED_FLAG沒有被設定，則開始充電程序。
步驟(110)，反相器的頻率是由控制器(20)設定為FREQ_START。步驟(112)，接著，該系統以一預定的時間延遲以便消除暫態。
接著，該控制器(20)決定是否接收到一反饋訊號，如上述的討論。步驟(116)，如果沒有接收到，則以△FREQ的量降低頻率。在此具體實施例中，降低頻率促使系統趨於共振，因此提升從充電器電路(6)到電池(34)的電力轉換。
ΔFREQ可以是一常數，或可以是從一查尋表所取得的值來決定，此查尋表是以特定的ΔFREQ使用時間之反相器的工作頻率所編之索引表。ΔFREQ的數值選取是要使得如果以ΔFREQ量減少或增加工作頻率，則ΔFREQ對全部工作頻率之相應的電流減少或增加是約略相同。例如，如果充電器電路(6)在接近諧振電路(12)之共振頻率下工作，則降低工作頻率100赫玆將實質上增加流經諧振電路(12)的電流。另一方面，如果該充電器電路(6)在遠離共振頻率下工作，則100赫玆的變化將無法導致流經主電路電流的實質增加。因此，ΔFREQ可能被選作去引起以主電流在低頻率或高頻率時約略相同的變化。
步驟(118)，接著頻率和Min_FREQ比較。Min_FREQ是反相器預定的最小操作頻率。Min_FREQ一般是稍微大於諧振電路(12)之共振頻率。如果頻率小於或等於Min_FREQ頻率，則控制器(20)繼續探測。步驟(112)，如果不成立，則控制器(20)等待一預定的時間期間；步驟(114)，接著檢查一反饋訊號的發生。
因此，只要沒有反饋訊號被控制器檢測到，反相器(10)的頻率會持續地降低以致於對電池(34)的電力轉換最大化。
如果一反饋訊號被檢測到，則對電池(34)的電力轉換將會降低。步驟(122)，因此頻率是以等同ΔFREQ兩倍的量增加，上述增量亦可以從查尋表中取得。步驟(124)，該頻率和Max_FREQ比較。Max_FREQ是一預定的數值，其表示用於操作反相器的最大頻率。如果該頻率將大於一預定的最大頻率Max_FREQ，則該充電器電路(6)回到探測程序(99)。步驟(126)，如果不成立，控制器(20)等待；步驟(128)，接著檢查一反饋訊號。
步驟(122)，如果一反饋訊號已經檢測到，則反相器頻率再次以兩倍ΔFREQ的量降低。此程序繼續下去。步驟(130)，另一方面，如果沒有檢測到反饋訊號，則該系統等待同時電力以當時電流的頻率供給主線圈(15)。步驟(130)的長充電延遲一般是遠大於步驟(112)或步驟(126)的延遲。接著，長充電延遲允許一實質的電力供給電池(34)。
因此，當電池(34)的充電增加並檢測到一反饋訊號時，則系統逐漸地增加反相器(10)的工作頻率，因而降低對電池(34)的電力轉換。持續地增加工作頻率直到不再收到反饋訊號，如此電力以一長時期提供給電池(34)，因此允許電池(34)充到一最大電量。
回到步驟(124)，如果工作頻率是大於Max_FREQ頻率，則控制器(20)比較CHARGE_TIME和MIN_CHARGE_TIME，步驟(132)。CHARGE_TIME是於前次充電週期所花費的時間長度，然而MIN_CHARGE_TIME是一充電週期所需的最小時間。步驟(134)，如果CHARGE_TIME小於MIN_CHARGE_TIME，則電池(34)被視作完全充電，便設定CHARGED_FLAG。此外，可開啟一發光二極體以便對一使用者顯示該電池(34)已完全充電。
該系統可經配置以解決故障狀態。在一個具體實施例中，該控制器(20)可以包含一計數器，每次一完整的充電週期完成而沒有產生一反饋訊號時增加此計數器之數量。當此計數器的數值大於預定的最大故障值，該系統進入一不可改變的故障狀態。接著，該控制器(20)可以撤銷該驅動訊號，並可以啟動一紅色發光二極體快速地閃爍。在此具體實施例中，該充電器電路(6)只能由對充電器作電力循環來回復。亦即，必須切斷該充電器電路(6)的外部電源。進一步地，如果該反饋驅動高於一預定安全頻率之頻率，此安全頻率標示為FREQ_TRIGGER_SAFE，則該最小頻率被設定成FREQ_MIN_SAFE。如果該演算法得到一低於此位準的值，則該系統如常地持續探測。如果在該系統內有一故障，就會出現故障狀態且該充電器電路(6)將失效，直到該充電器電路完成電力循環為止。
雖然本發明以一具體實施例來說明，此為副電路的阻抗變化(例如，產生電阻的變化)用於產生一反饋訊號，本發明並不侷限於圖式所示之具體實施例的反饋方法論。舉例來說，本發明可以使用以串聯或並聯配置之電阻、電容和/或電感的變化，用以產生該反饋訊號。
其上的描述為本發明的現有具體實施例。在不離本發明的精神和更廣泛的觀點之下，各種的替代和變化皆能成立。
6．．．Charger circuit　充電器電路
8．．．Secondary circuit　副電路
10．．．Inverter　反相器
12．．．Tank circuit　諧振電路
14．．．DC Power Source　直流電源
15．．．Primary coil　主線圈
16．．．Driver　驅動器
18．．．Oscillator　振盪器
20．．．Controller　控制器
22．．．Peak Detector　峰值檢測器
30．．．Secondary coil　副線圈
32．．．Rectifier　整流器
34．．．Battery　電池
36．．．Over voltage detector　過電壓檢測器
38．．．OR gate　或閘
40．．．Over current detector　過電流檢測器
42．．．Switch　開關
44．．．Resistor　電阻
64．．．Diode　二極體
80．．．Frequency controller　頻率控制器
82．．．Feedback detector　反饋檢測器
84．．．Feedback mechanism　反饋機制
50．．．Transformer　變壓器
52．．．Diode　二極體
54．．．Capacitor　電容
56．．．Operational amplifier　工作放大器
58‧‧‧Operational amplifier 工作放大器
60‧‧‧Capacitor 電容
62‧‧‧Capacitor 電容
66‧‧‧RC circuit 充放電電路
68‧‧‧RC circuit 充放電電路
第一圖　顯示一典型的鋰離子電池的充電曲線。
第二圖　顯示一電池的感應式充電系統。
第三圖　是在主線圈和副線圈間的一電力轉換曲線。
第四A與四B圖　顯示對應於第二圖之方塊圖的充電器側電路圖。
第五圖　顯示對應於第二圖之方塊圖的在電池端電路圖。
第六圖　顯示由流經副線圈的電流增加所引起的峰值檢測器的輸出；和
第七圖　是一操作電池充電器之方法的流程圖。
6‧‧‧Charger circuit 充電器電路
8‧‧‧Secondary circuit 副電路
10‧‧‧Inverter 反相器
12‧‧‧Tank circuit 諧振電路
14‧‧‧DC Power Source 直流電源
15‧‧‧Primary coil 主線圈
16‧‧‧Driver 驅動器
18‧‧‧Oscillator 振盪器
20‧‧‧Controller 控制器
22‧‧‧Peak detector 峰值檢測器
30‧‧‧Secondary coil 副線圈
32‧‧‧Rectifier 整流器
34‧‧‧Battery 電池
36‧‧‧Over voltage detector 過電壓檢測器
38‧‧‧OR gate 或閘
40‧‧‧Over current detector 過電流檢測器
42‧‧‧Switch 開關
44‧‧‧Resistor 電阻
64‧‧‧Diode 二極體
80‧‧‧Frequency controller 頻率控制器
82‧‧‧Feedback detector 反饋檢測器
84‧‧‧Feedback mechanism 反饋機制

Claims (21)

  1. 一種根據一充電曲線操作一感應式充電系統的方法，該感應式充電系統具有一附帶一主線圈的充電器電路，以及一附帶有一副線圈和一電池的副電路，此方法所包含的步驟有：按照該充電曲線，定義一過電壓狀態和一過電流狀態；以一頻率供給電力予該主線圈；回應該過電壓或過電流狀態，於該副電路之中產生一反饋訊號；藉由該主線圈和該副線圈間的感應式耦合，評估來自該副電路的反饋訊號；以及依據來自該副電路的反饋，調整供給至該主線圈的該電力頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項之操作一感應式充電系統的方法，其中該充電器電路包含一具有共振頻率的諧振電路，且該調整方法包含：移動供給至該主線圈的該電力頻率趨近該諧振電路的該共振頻率，或移動供給至該主線圈的該電力頻率遠離該諧振電路的該共振頻率。
  3. 如申請專利範圍第1項之操作一感應式充電系統的方法，其中該評估方法包含決定是否收到來自該充電器電路的一反饋訊號；且該調整方法包含在一預定時間量以後，回應所收到反饋訊號而移動供給該主線圈的該電力頻率遠離共振頻率，以及回應無法收到反饋訊號而移動供給該主線圈的該電力頻率使其趨近共振頻率。
  4. 一種經由感應耦合操作一感應式充電器電路以提供電力至一攜 帶式裝置的方法，該感應式充電器電路具有一主電路，此方法所包含的步驟有：藉由供電至該主電路並感測供應至該主電路的電量，以探測該攜帶式裝置的存在；決定所感測的電量是否趨近於一預定的臨限值；根據該感測的電量趨近於該預定的臨限值，設定一充電狀態以指示該攜帶式裝置的電池未完全充電；檢查其充電狀態；若是(i)該感測的電量未趨近於該預定的臨限值，且(ii)該充電狀態指示該電池未完全充電，則於一操作頻率供電至該主電路，以便充電該攜帶式裝置的電池，且若是(i)該感測的電量未趨近於該預定的臨限值，且(ii)該充電狀態指示該電未完全充電，則重複上述探測與決定步驟。
  5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該探測步驟包含於一預定的探測頻率供電至該主電路。
  6. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該充電狀態為一充電旗標狀態。
  7. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該預定的臨限值為一無負載主電流。
  8. 如申請專利範圍第4項的方法，其中當該攜帶式裝置接近該感應式充電器電路時，該感測的電量趨近大於該預定的臨限值。
  9. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該攜帶式裝置為一經由感應耦合充電之具有電池的副電路。
  10. 如申請專利範圍第4項的方法，進一步包含回應該電池的一感測過電壓狀態或一感測過電流狀態，接收來自該副電路之反饋訊號的步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該攜帶式裝置包含一開關，其經由感應耦合以產生一反饋訊號至該感應充電電路，其中該開關的啟動將改變一反射阻抗。
  12. 一種經由感應耦合提供電力至一攜帶式裝置的感應式充電器電路，該感應式充電器電路包含：一電源；一主電路，其包含一主線圈，用以經由一感應耦合而提供無線電力至該攜帶式裝置；一感應器，用以提供一輸出，其指示存在於該主線圈的電量；以及一控制器，其以電力連結至該主電路且亦以電力連結至該電源，該控制器係於一頻率下，用以自該電源提供電力至該主線圈；該控制器係藉由供電至該主線圈，以探測該攜帶式裝置的存在；該控制器係用以根據該感應器輸出，回應所施加的電力以決定該電量是否趨近於一預定的臨限值，若是該感測的電量趨近於該預定的臨限值，該控制器用來設定一充電狀態以指示該電池未完全充電，其中若是(i)該感測的電量未趨近於該預定的臨限值，且(ii)該充電狀態指示該電池未完全充電，則於一操作頻率施加電力至該主電路，以便使該攜帶式裝置的電池充電，其中若是(i)該感測的電量未趨近於該臨限值，且(ii)該充電狀態指示該電池未完全充電，則該控制器重複施加電力至該主線圈，並且根據該感應器的輸出，決定該電量是否趨近於該預定的臨限值。
  13. 如申請專利範圍第12項的感應式充電器電路，其中該控制器藉由在一探測頻率下施加電力至該主線圈，以探測該攜帶式裝置的存在。
  14. 如申請專利範圍第12項的感應式充電器電路，其中該預定的臨限值為一無負載主電流。
  15. 如申請專利範圍第12項的感應式充電器電路，其中當該攜帶式裝置接近該感應式充電器電路時，該感測的電量趨近大於該預定的臨限值。
  16. 如申請專利範圍第12項的感應式充電器電路，其中該感應器為一電流感應器，且該感應器輸出指示一存在於該主線圈中的電流。
  17. 如申請專利範圍第12項的感應式充電器電路，其中該充電狀態為一充電旗標狀態。
  18. 如申請專利範圍第12項的感應式充電器電路，其中該攜帶式裝置為一副電路，其具有一經由該感應耦合進行充電的電池。
  19. 如申請專利範圍第18項的感應式充電器電路，其中該副電路回應該電池的一感測過電壓狀態或一感測過電流狀態，產生一反饋訊號。
  20. 如申請專利範圍第18項的感應式充電器電路，其中該攜帶式裝置包含一開關，其經由該感應耦合產生一反饋訊號至該感應充電電路，其中該開關的關閉將改變一反射阻抗。
  21. 如申請專利範圍第20項的感應式充電器電路，其中回應該開關被關閉，一電流被分流至該攜帶式裝置的一阻抗元件，該電流導致該攜帶式裝置反射阻抗的改變，以及流經該主線圈的電流增加，且其中該感應器檢測流經該主線圈的該電流增加。
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