TWI642253B

TWI642253B - 偵測受電模組之方法及供電模組

Info

Publication number: TWI642253B
Application number: TW106131521A
Authority: TW
Inventors: 蔡明球; 詹其哲
Original assignee: 富達通科技股份有限公司
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2018-11-21
Also published as: TW201742354A; CN107834712B; CN107834712A

Abstract

一種偵測受電模組之方法，用於一感應式電源供應器之一供電模組，該供電模組包含一供電線圈，該方法包含有偵測該供電線圈以取得該供電線圈之一自諧振頻率；判斷該自諧振頻率是否小於一基礎頻率；於判斷該自諧振頻率小於該基礎頻率且小於該基礎頻率的幅度超過一臨界值時，取得該自諧振頻率相對應之一第一輸出功率；以及透過該第一輸出功率發送一啟動訊號，並於接收到對應於該啟動訊號之一資料碼時，開始供應電力。

Description

偵測受電模組之方法及供電模組

本發明係指一種偵測受電模組之方法及供電模組，尤指一種可透過偵測線圈距離來偵測受電模組之方法及其供電模組。

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感應區域為正確之受電裝置，且在可以接收電力的狀況下才進行電力發送，為了使供電端能夠辨識受電端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，再透過反饋影響供電線圈上的諧振載波訊號變化，以傳送資料碼。

當供電端於待機下，欲識別受電端是否進入其供電範圍內，需要週期性地偵測是否有受電端存在。在習知技術中，供電端偵測受電端的方式為週期性地發送能量，當受電端進入供電端之線圈感應範圍內並接收到供電端發射的能量之後，受電端會啟動並反射資料至供電端，供電端判斷所接收的資料正確即可開始運作。

然而，上述供電端發送能量偵測受電端的運作伴隨著持續的能量發送，若發送的能量沒有被受電端的線圈接收，容易發生電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）過大的問題。當長時間沒有任何受電端進入供電端之線圈感應範圍內時，持續發送能量會產生過多的功率損耗。此外，當受電端靠近供電端時，供電端無法判斷與受電端的距離。若受電端距離供電端較近而供電端發送的能量過大，可能造成受電端瞬間接收過大能量而燒毀；若受電端距離供電端較遠而供電端發送的能量過小，則無法有效偵測到受電端的存在。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偵測受電模組之方法及其供電模組，可藉由偵測供電線圈的自諧振頻率來判斷受電模組是否存在並判斷受電模組與供電線圈的距離，進而控制供電線圈輸出適合的功率。

本發明揭露一種偵測受電模組之方法，用於一感應式電源供應器之一供電模組，該供電模組包含一供電線圈。該方法包含有偵測該供電線圈以取得該供電線圈之一自諧振頻率；判斷該自諧振頻率是否小於一基礎頻率；於判斷該自諧振頻率小於該基礎頻率且小於該基礎頻率的幅度超過一臨界值時，取得該自諧振頻率相對應之一第一輸出功率；以及透過該第一輸出功率發送一啟動訊號，並於接收到對應於該啟動訊號之一資料碼時，開始供應電力。

本發明另揭露一種供電模組，用於一感應式電源供應器，用來偵測該感應式電源供應器之一受電模組。該供電模組包含有一供電線圈及一處理器。該處理器可用來執行以下步驟：偵測該供電線圈以取得該供電線圈之一自諧振頻率；判斷該自諧振頻率是否小於一基礎頻率；於判斷該自諧振頻率小於該基礎頻率且小於該基礎頻率的幅度超過一臨界值時，取得該自諧振頻率相對應之一第一輸出功率；以及控制該供電線圈透過該第一輸出功率發送一啟動訊號，並於接收到對應於該啟動訊號之一資料碼時，控制該供電線圈開始供應電力。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一供電模組1之示意圖。供電模組1可用於一感應式電源供應器，用來發送電力給感應式電源供應器之受電模組。供電模組1包含有一供電線圈116及一諧振電容115。其中，供電線圈116可用來發送電磁能量至受電模組以進行供電，諧振電容115耦接於供電線圈116，可用來搭配供電線圈116進行諧振。此外，在供電模組1中，可選擇性地採用磁性材料所構成之一磁導體117，用來提升供電線圈116之電磁感應能力，同時避免電磁能量影響線圈非感應面方向之物體。

為控制供電線圈116及諧振電容115的運作，供電模組1另包含有一處理器111、一時脈產生器112、供電驅動單元113及114、一記憶體118、一比較器模組120及一分壓電路130。供電驅動單元113及114耦接於供電線圈116及諧振電容115，可分別發送驅動訊號D1及D2至供電線圈116，其可接收處理器111的控制，用以驅動供電線圈116產生並發送能量。供電驅動單元113及114兩者同時運作時，可進行全橋驅動。在部分實施例中，亦可僅開啟供電驅動單元113及114其中一者，抑或僅配置一個供電驅動單元113或114，以進行半橋驅動。時脈產生器112耦接於供電驅動單元113及114，可用來控制供電驅動單元113及114發送驅動訊號D1及D2或中斷驅動訊號D1及D2。時脈產生器112可以是一脈衝寬度調變產生器（Pulse Width Modulation generator，PWM generator）或其它類型的時脈產生器，用來輸出一時脈訊號至供電驅動單元113及114。處理器111可接收供電線圈116上的線圈訊號C1（即供電線圈116及諧振電容115之間的電壓訊號）之相關資訊，並根據線圈訊號C1來控制供電線圈116之輸出功率。詳細來說，處理器111可控制供電驅動單元113及114所輸出之驅動訊號D1及D2之開關頻率進而改變供電線圈116及諧振電容115之諧振訊號的振幅，藉以控制供電線圈116之輸出功率。處理器111可以是一中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、一微處理器（microprocessor）、一微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、或其它類型的處理裝置或運算裝置。比較器模組120可用來追蹤線圈訊號C1之自諧振頻率或自諧振週期，並將自諧振頻率或週期之相關資訊提供予處理器111以進行後續判讀。比較器模組120可包含一或多組比較器結合數位類比轉換器（Digital to Analog Converter，DAC）所構成的電路。關於比較器模組120取得線圈自諧振頻率或週期之詳細運作方式可參考中華民國專利公告號I577108之說明，在此不贅述。分壓電路130包含有分壓電阻131及132，其可對供電線圈116上的線圈訊號C1進行衰減之後，將其輸出至處理器111及比較器模組120。在部分實施例中，若處理器111及比較器模組120等電路具有足夠的耐壓，亦可不採用分壓電路130，直接由處理器111接收供電線圈116上的線圈訊號C1。記憶體118可用來儲存供電線圈116之自諧振頻率／週期資訊及其相對應之操作頻率及／或輸出電壓資訊。記憶體118可以是各類型的記憶體裝置，如唯讀式記憶體（Read-Only Memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）、隨機存取記憶體（Random-Access Memory，RAM）等，且不限於此。至於其他可能的組成元件或模組，如供電單元、顯示單元等，可視系統需求而增加或減少，故在不影響本實施例之說明下，略而未示。

一般來說，線圈之自諧振頻率係與線圈元件之電感量及電容值有關，當電感量或電容值上升時，線圈自諧振頻率下降；當電感量或電容值下降時，線圈自諧振頻率上升。在供電模組1中，電容值由諧振電容115的電容值來決定，其數值大致固定且變異量小；電感量由供電線圈116的電感值來決定，但會隨著週邊磁性材料而產生變化。當供電線圈116週邊磁性材料的包覆性增加時，電感量提升；當供電線圈116週邊磁性材料的包覆性減少時，電感量下降。進一步而言，感應式電源供應器之受電線圈往往設置有磁性材料，因此，當受電線圈靠近供電線圈116時，伴隨而來的是磁性材料的包覆性增加，使得電感量對應提升，進而降低供電線圈116之諧振頻率；相反地，當受電線圈遠離供電線圈116時，伴隨而來的是磁性材料的包覆性減少，使得電感量對應下降，進而提高供電線圈116之諧振頻率。由此可知，受電線圈（或受電模組）與供電線圈116之距離可完全對應至供電線圈116之自諧振頻率，距離愈近則自諧振頻率愈低。在此情形下，本發明可藉由偵測供電線圈116之自諧振頻率來判斷供電模組附近是否存在受電模組，以取代傳統上供電端持續發送能量來偵測受電端的方式。除此之外，藉由偵測供電線圈116之自諧振頻率，可準確地判斷受電模組與供電模組1之間的距離，使得供電模組1可適當地調整線圈輸出功率。

為準確取得供電線圈116之自諧振頻率及供電線圈116與受電線圈之距離，供電模組1可啟動一學習模式，並在學習模式中偵測不同情境之下的線圈自諧振頻率。當供電線圈116之線圈感應範圍內不放置任何物體時，處理器111取得供電線圈116之自諧振頻率，該自諧振頻率視為一基礎頻率並儲存於記憶體118，以作為後續比較之依據。接著，當供電模組1啟動並開始運作時，只要供電模組1偵測到供電線圈116之自諧振頻率小於基礎頻率，且自諧振頻率小於基礎頻率的幅度超過一臨界值，代表一受電模組可能已進入供電線圈116之線圈感應範圍。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例偵測自諧振頻率之波形圖，第2圖繪示線圈訊號C1及驅動訊號D1或D2之波形。詳細來說，欲偵測供電線圈116之自諧振頻率時，供電驅動單元113或114可在驅動訊號D1或D2上產生一脈衝訊號，線圈訊號C1即隨著脈衝訊號而振盪，並於脈衝訊號結束之後持續自然振盪並衰減。在自然振盪過程中，處理器111可透過比較器模組120取得線圈訊號C1振盪之頻率，此即供電線圈116之自諧振頻率。一般來說，驅動訊號D1或D2只需要極短的脈衝訊號即可觸發線圈訊號C1振盪，此脈衝訊號的長度最低可達數個或數十微秒（microsecond），而線圈訊號C1自然振盪之振幅大約落在2～3V。相較之下，習知技術採用發送能量以啟動受電模組的方式來進行受電端偵測，其中，供電線圈116發送的能量需足以被受電模組接收並啟動受電模組，因此驅動訊號D1及D2需在每一週期持續驅動供電線圈116一段時間，其驅動時間長度（約2～3毫秒（millisecond））至少需使供電線圈116輸出足夠的能量，同時線圈訊號C1之振幅可能高達20～30V。在此情形下，本發明之供電模組1在偵測受電端的過程中產生的功率損耗及電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）遠小於習知供電模組。如此一來，本發明之受電端偵測方法可解決習知技術中電磁干擾過大的問題。此外，本發明偵測線圈諧振頻率的方法只需要數個線圈訊號C1振盪週期（如2～3個週期）即可完成，其偵測速度遠大於傳統上發送能量以啟動受電模組的方法。偵測速度的提升使得供電模組1可在受電模組進入其供電範圍時迅速得知，以提升系統的靈敏度。

此外，在學習模式中，處理器111可另取得受電模組位於不同位置之下供電線圈116的自諧振頻率及其對應之輸出電壓及／或操作頻率。如上所述，當受電線圈愈靠近供電線圈116時，自諧振頻率愈低，因此不同位置可對應到不同自諧振頻率，供電模組1可根據偵測到的自諧振頻率來判斷受電線圈的位置，以採取適合的輸出電壓或輸出功率進行供電。在學習模式下，處理器111可分別取得感應式電源供應器處於空載或滿載狀態下的操作頻率及／或輸出電壓，並取得其與自諧振頻率之對應關係。

詳細來說，在學習模式下，可將一受電模組設定為空載，此時供電模組1可指示使用者或測試者將受電模組設置於供電線圈116之線圈感應範圍內多個位置以分別進行測試。於受電模組位於線圈感應範圍內不同位置時，供電模組1可分別對受電模組進行供電，並在供電過程中測量供電線圈1之操作頻率、空載輸出電壓及自諧振頻率。進一步而言，操作頻率及空載輸出電壓為供電模組1對處於空載狀態之受電模組進行供電之最佳工作點，其中，操作頻率為供電時供電線圈116及驅動訊號D1及D2振盪之頻率，空載輸出電壓則是供電線圈116在空載時之輸出電壓，其對應到供電線圈116之弦波振幅。自諧振頻率則是驅動訊號D1及D2短暫中斷驅動的期間供電線圈116自然振盪的頻率，當受電線圈位於不同位置時，測得的自諧振頻率不同，其相關於受電線圈與供電線圈116之距離。關於驅動訊號D1及D2短暫中斷驅動以測量供電線圈116之自諧振頻率的詳細運作方式可參考中華民國專利公告號I577108之說明，在此不贅述。

此外，在學習模式下，亦可設定受電模組為滿載並取得相應的數據。詳細來說，在滿載狀態下，供電模組1可指示使用者或測試者將受電模組設置於供電線圈116之線圈感應範圍內多個位置以分別進行測試。於受電模組位於線圈感應範圍內不同位置時，供電模組1可分別對受電模組進行供電，並在供電過程中測量供電線圈1之操作頻率、滿載輸出電壓及自諧振頻率。上述學習模式之測量結果可儲存於記憶體118，在一實施例中，測量結果可歸納為一表格以進行儲存，如表1所示。表1

如表1所示，在學習模式下移動受電線圈至不同位置，可測得不同的自諧振頻率，受電線圈與供電線圈116之距離愈近則自諧振頻率愈低，距離愈遠則自諧振頻率愈高。當受電線圈位於不同位置時，可分別取得空載之輸出電壓及操作頻率以及滿載之輸出電壓及操作頻率。接著，供電模組1即可根據表1儲存的資料來進行受電模組偵測並調整輸出功率。

請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一偵測流程30之流程圖。偵測流程30可用於感應式電源供應器之供電模組中的處理器，如第1圖之供電模組1中的處理器111，用來偵測受電端是否進入供電模組1之線圈感應範圍。如第3圖所示，偵測流程30包含以下步驟：

步驟300：開始。

步驟302：偵測供電線圈116以取得供電線圈116之一自諧振頻率。

步驟304：判斷該自諧振頻率是否小於一基礎頻率且該自諧振頻率小於基礎頻率的幅度是否超過一臨界值。若是，則執行步驟306；若否，則回到步驟302。

步驟306：判斷該自諧振頻率是否停止變化一段時間。若是，則執行步驟308；若否，則回到步驟304。

步驟308：從記憶體118取得該自諧振頻率相對應之一第一輸出功率。

步驟310：控制供電線圈116透過第一輸出功率發送一啟動訊號，並偵測對應於啟動訊號之一資料碼。

步驟312：判斷是否接收到資料碼。若是，則執行步驟314；若否，則回到步驟310；若多次發送啟動訊號但未收到相對應資料碼，則回到步驟302。

步驟314：控制供電線圈116開始供應電力。

步驟316：結束。

根據偵測流程30，供電模組1於待機時持續偵測供電線圈116之一自諧振頻率（步驟302），例如處理器111可控制驅動訊號D1或D2產生極短的脈衝訊號來觸發線圈訊號C1振盪（如第2圖所示之方法），使得處理器111可透過比較器模組120取得線圈訊號C1振盪之頻率，作為供電線圈116之自諧振頻率。接著，處理器111可判斷自諧振頻率是否小於基礎頻率且自諧振頻率小於基礎頻率的幅度是否超過一臨界值（步驟304）。詳細來說，基礎頻率係在學習模式下取得並儲存於記憶體118，處理器111可從記憶體118取出基礎頻率並和步驟302測得的自諧振頻率進行比較。以表1為例舉例說明如下，假設基礎頻率為170kHz，而供電線圈116之線圈感應範圍對應至自諧振頻率100kHz～150kHz之間的範圍，在此情形下，可設定臨界值為20kHz（170kHz-150kHz），亦即，當處理器111偵測到自諧振頻率小於一目標值150kHz時，即判斷供電線圈116之感應範圍內可能存在一受電線圈或受電模組，並執行後續判別程序。

接著，處理器111可判斷供電線圈116之自諧振頻率是否停止變化一段時間（步驟306）。當判斷自諧振頻率於一段時間內未發生變化時，代表受電模組已到達固定位置，此時，處理器111可取得目前的自諧振頻率相對應之一第一輸出功率（步驟308）。在學習模式中，處理器111已先取得自諧振頻率相對應之空載輸出電壓，並儲存於記憶體118（如表1所示）。在步驟308中，處理器111可根據偵測到的自諧振頻率，從記憶體118取出相對應的空載輸出電壓，並根據空載輸出電壓來設定第一輸出功率。接著，處理器111可控制供電線圈116透過第一輸出功率發送一啟動訊號，並偵測相對應之一資料碼（步驟310）。換句話說，處理器111可根據自諧振頻率來判斷受電模組的與供電線圈116之距離，以在此距離下採用最適合的輸出功率來發送啟動訊號。供電模組1採用之輸出功率對應於空載時測得之空載輸出電壓，這是因為受電模組在接收啟動訊號進行啟動時往往尚未施加負載，後續當受電模組之負載增加時，可再回傳資料碼以通知供電模組1提高輸出功率。

以表1為例舉例說明，若偵測到自諧振頻率為140kHz，供電線圈116可採用90V輸出電壓及其對應之輸出功率來發送啟動訊號；若偵測到自諧振頻率為100kHz，代表受電模組距供電線圈116較近，此時供電線圈116可採用50V輸出電壓及其對應之輸出功率來發送啟動訊號。

相較之下，在習知技術中，供電線圈在未偵測到受電端之前係以預定的輸出功率發送能量，也就是說，當受電線圈進入供電線圈之感應範圍內時，供電端無法立即得知與受電線圈之距離，僅能夠採用預定的輸出功率發送能量，須待接收到受電端回傳之資料碼之後，才可根據資料碼夾帶的資訊來調整輸出功率。因此，於供電模組接收到資料碼之前，無法採用最適合的輸出功率來進行受電模組偵測，可能造成輸出功率過大而燒毀受電模組（當受電模組距離過近），或輸出功率過小而無法有效偵測受電模組（當受電模組距離過遠）的問題。藉由本發明實施例根據自諧振頻率來判斷供電模組與受電模組之距離的方式，以上問題皆可一併解決。

此外，在流程30中，處理器111可先判斷供電線圈116之自諧振頻率是否停止變化一段時間，再執行後續發送啟動訊號之步驟。一般來說，當受電模組欲進行充電時，受電模組會逐漸靠近供電模組1。例如，使用者手持欲充電之手機靠近無線充電座，或者電動車或自動載具移動至充電站，皆必須逐漸靠近充電模組而無法瞬間到位。若處理器111在偵測到自諧振頻率下降到特定數值的當下立即根據受電模組之所在位置驅動供電線圈116發送啟動訊號，由於供電模組1內部訊號傳遞的延遲，當供電線圈116發送啟動訊號時，移動中的受電模組往往更靠近供電線圈116，使得供電線圈116發送啟動訊號的輸出功率過大。為避免上述問題，本發明之處理器111可先判斷自諧振頻率停止變化（代表受電線圈停止移動），再控制供電線圈116透過第一輸出功率發送啟動訊號，此時採用的第一輸出功率即為受電線圈所在位置之下最適合的輸出功率。

當供電模組1之供電線圈116發送啟動訊號之後，即判斷是否接收到資料碼（步驟312）。若未收到資料碼，無法確認受電模組是否存在，此時供電線圈116可再次發送啟動訊號並由處理器111持續偵測，以再次判斷是否存在受電模組回應之資料碼。若多次發送啟動訊號之後仍未收到資料碼，代表供電模組1之線圈感應範圍內不存在有效的受電模組，此時可停止啟動訊號的發送，並回到週期性偵測線圈自諧振頻率之程序（如步驟302）。舉例來說，使用者可能無意間將可接收無線電力之手機放置在靠近無線充電座的位置，但沒有開啟手機之無線充電功能，此手機具有用來接收無線電力之線圈及磁性材料。在此情形下，供電模組1可藉由自諧振頻率的變化偵測到手機靠近，但無法接收到正確的資料碼。在一實施例中，可設定啟動訊號發送的最大次數，當發送啟動訊號的次數超過最大次數但供電模組1仍未收到資料碼時，供電線圈116停止發送啟動訊號且供電模組1回到週期性偵測線圈自諧振頻率之程序。直到偵測到自諧振頻率再次發生變化，供電模組1再執行後續判斷以及啟動訊號的發送。

若供電模組1之處理器111接收到資料碼且判斷所接收之資料碼正確，代表有效的受電模組已進入供電模組1之供電範圍並就定位，此時供電模組1可開始供應電力。處理器111可依任何方式進行供電，例如可根據相對應於自諧振頻率之第一輸出功率來進行供電，或者，亦可由資料碼取得受電端接收電力的狀況來調整輸出功率，後續進一步依據負載大小來調整輸出功率。

值得注意的是，在供電過程中，供電模組1亦可持續偵測供電線圈116之自諧振頻率，並根據自諧振頻率的變化來調整輸出功率。例如，當自諧振頻率下降時，代表受電模組更靠近供電線圈116，此時應降低輸出功率以避免受電端接收到的能量過大；當自諧振頻率上升時，代表受電模組更遠離供電線圈116，此時應提高輸出功率使受電端有效接收電力。此外，在供電過程中，供電模組1仍持續判斷供電線圈116之自諧振頻率是否接近或大於基礎諧振頻率，若自諧振頻率接近或大於基礎諧振頻率時，代表受電模組已離開供電模組1之線圈感應範圍，在此情形下，供電模組1可停止供應電力並回到週期性偵測線圈自諧振頻率之程序。

詳細來說，供電模組1可在供電期間控制驅動訊號D1及D2短暫中斷驅動，使供電線圈116自然振盪以偵測自諧振頻率，其運作方式與前述學習模式下中斷驅動的方式相同，即中華民國專利公告號I577108採用的方式。

除此之外，在學習模式中，處理器111另取得受電模組位於不同位置之下的滿載輸出電壓及對應操作頻率。以表1為例，當受電模組距離供電線圈116較近時（例如自諧振頻率為100kHz），測得的滿載輸出電壓為100V且對應操作頻率為110kHz；當受電模組距離供電線圈116較遠時（例如自諧振頻率為150kHz），測得的滿載輸出電壓為150V且對應操作頻率為160kHz。換言之，當線圈距離較遠時，供電線圈116需提高輸出電壓及輸出功率使電力傳送至較遠的受電線圈。

一般來說，在感應式電源供應器中，供電模組需設定一線圈輸出功率最大值作為上限，以避免過載時供電線圈之輸出功率過大而燒毀受電端裝置。也就是說，供電模組之處理器可控制供電線圈之輸出功率不超過此上限值，或者，當供電模組或受電模組偵測到輸出功率超過上限值時，感應式電源供應器可啟動保護措施或主動斷電。考量到受電模組距離供電線圈較近時更容易接收到過大能量，若欲避免受電模組接收能量過大而燒毀，供電模組應根據位於近距離的受電模組相對應之滿載輸出電壓來設定最大輸出功率（例如設定最大輸出電壓為100V），然而，此設定方式在受電模組距離供電線圈較遠時，可能無法提供足夠的電源供應能力。換句話說，當受電線圈距離較遠時，供電線圈應輸出150V才足以供應滿載所需電力，但受限於預先設定的最大輸出功率，供電線圈最多僅能夠提供100V之輸出電壓。為解決上述問題，本發明可利用學習模式下取得的滿載輸出電壓來設定最大輸出功率，隨著受電線圈與供電線圈的距離不同，處理器111可根據偵測到的自諧振頻率來判斷與受電線圈之距離，並據以設定適合的最大輸出功率。

請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一最大輸出功率設定流程40之流程圖。最大輸出功率設定流程40可用於感應式電源供應器之供電模組中的處理器，如第1圖之供電模組1中的處理器111，用來設定供電線圈116之最大輸出功率。如第4圖所示，最大輸出功率設定流程40包含以下步驟：

步驟400：開始。

步驟402：在供電模組1供電期間，偵測供電線圈116以取得供電線圈116之一自諧振頻率。

步驟404：從記憶體118取得該自諧振頻率相對應之一滿載輸出電壓。

步驟406：根據滿載輸出電壓，設定供電線圈116之最大輸出功率。

步驟408：結束。

根據最大輸出功率設定流程40，供電模組1可在供電期間，控制驅動訊號D1及D2短暫中斷驅動，使供電線圈116自然振盪以偵測自諧振頻率（步驟402）。接著，處理器111可根據目前的線圈自諧振頻率，從記憶體118取出學習模式下取得之滿載輸出電壓（步驟404），並據以設定供電線圈116之最大輸出功率（步驟406）。以表1為例舉例說明如下，若偵測到線圈自諧振頻率為100kHz，可設定供電線圈116之最大輸出電壓為100V；若偵測到線圈自諧振頻率為150kHz，可設定供電線圈116之最大輸出電壓為150V。也就是說，若偵測到線圈自諧振頻率較高時，代表受電模組距離供電線圈較遠，此時可將最大輸出電壓或最大輸出功率設定為較大值，使得供電模組1可輸出較大功率以推動所在位置較遠的受電模組。

值得注意的是，本發明可藉由偵測供電線圈之自諧振頻率來判斷受電模組是否進入其供電範圍內以及受電模組與供電模組之距離，並據以選擇適合的輸出功率來發送啟動訊號以及設定適合的最大輸出功率。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，在上述偵測流程30中，處理器111可先判斷自諧振頻率是否停止變化一段時間，並在確認自諧振頻率在一段時間內未發生變化之後，才控制供電線圈116發送啟動訊號。但在其它實施例中，為加速受電端偵測，處理器111亦可在偵測到自諧振頻率下降並判斷受電模組進入供電模組1之線圈感應範圍的同時驅動供電線圈116發送啟動訊號。此外，在本發明之實施例中，判斷供電端與受電端的距離為主要技術特徵之一，其中，供電端可代表供電線圈或供電模組，受電端可代表受電線圈或受電模組。亦即，本發明所判斷的距離可以是供電模組與受電模組的距離、供電線圈與受電線圈的距離、供電線圈與受電模組的距離、或供電模組與受電線圈的距離。上述名稱在本說明書中係交替使用且皆可互相替換，且上述距離皆可對應到供電線圈之自諧振頻率，以作為偵測受電端和設定輸出功率的依據。

除此之外，在本發明實施例中，線圈輸出功率（包含最大輸出功率）亦可視為線圈輸出電壓。本領域具通常知識者應當了解，線圈輸出電壓與輸出功率互為正相關，亦即，線圈輸出電壓愈大代表線圈輸出功率愈大。因此，線圈輸出電壓的設定可視為線圈輸出功率的設定。另外，在學習模式下，亦可分別在空載及滿載之下取得相對應之操作頻率，如表1所示。需注意的是，在感應式電源供應器實際運作之下，線圈輸出電壓可能會受到負載狀況的影響，相較之下，操作頻率更能夠反映輸出功率的大小，在此情形下，可採用感應式電源供應器之空載及滿載操作頻率作為上下限來控制輸出功率的最大值和最小值。以表1為例舉例說明如下，若偵測到自諧振頻率為140kHz，可設定操作頻率上限為170kHz（空載之操作頻率），下限為150kHz（滿載之操作頻率）。也就是說，處理器111可控制供電線圈116之操作頻率位於150kHz及170kHz之間，進而控制供電線圈116之輸出電壓落在90V及140V之間的範圍。

如此一來，本發明在學習模式即可取得受電模組位於不同位置之下的空載和滿載輸出電壓及／或相對應的操作頻率，並將其儲存於記憶體。因此，供電模組可藉由偵測線圈自諧振頻率，得知受電模組的位置並據以進行輸出功率設定。相較於習知技術中供電模組往往無法得知受電模組的位置，本發明之供電模組可偵測受電模組距離遠近，進而控制供電線圈以適合的輸出功率發送啟動訊號，在供電過程中，處理器可根據受電模組之距離遠近來設定輸出功率的上限，進而設定或選擇適合輸出功率來避免受電端接收過高能量而燒毀。

綜上所述，本發明可藉由偵測供電線圈之自諧振頻率來判斷受電模組是否進入供電範圍內以及受電模組與供電模組之距離。供電模組可在學習模式之下取得基礎頻率，並依據自諧振頻率取得受電模組在不同位置之下的空載和滿載輸出電壓及／或相對應操作頻率。在運作過程中，供電模組根據偵測到的自諧振頻率是否小於基礎頻率來判斷其線圈感應範圍內是否存在受電模組，此判斷方式所產生的功率損耗及電磁干擾極低。當偵測到受電模組後，供電模組可根據自諧振頻率來判斷受電模組與供電模組的距離，進而控制供電線圈以適合的輸出功率發送啟動訊號，並設定適合的最大輸出功率。如此一來，本發明可有效地控制供電線圈之輸出功率，以避免受電模組距離較近時線圈輸出功率過大造成受電端裝置燒毀，同時避免受電模組距離較遠時無法有效被偵測的問題。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‧‧‧供電模組
111‧‧‧處理器
112‧‧‧時脈產生器
113、114‧‧‧供電驅動單元
115‧‧‧諧振電容
116‧‧‧供電線圈
117‧‧‧磁導體
118‧‧‧記憶體
120‧‧‧比較器模組
130‧‧‧分壓電路
131、132‧‧‧分壓電阻
D1、D2‧‧‧驅動訊號
C1‧‧‧線圈訊號
30‧‧‧偵測流程
300～316‧‧‧步驟
40‧‧‧最大輸出功率設定流程
400～408‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例一供電模組之示意圖。第2圖為本發明實施例偵測自諧振頻率之波形圖。第3圖為本發明實施例一偵測流程之流程圖。第4圖為本發明實施例一最大輸出功率設定流程之流程圖。

Claims

一種偵測受電模組之方法，用於一感應式電源供應器之一供電模組，該供電模組包含一供電線圈，該方法包含有下列步驟：偵測該供電線圈以取得該供電線圈之一自諧振頻率；判斷該自諧振頻率是否小於一基礎頻率；於判斷該自諧振頻率小於該基礎頻率且小於該基礎頻率的幅度超過一臨界值時，取得該自諧振頻率相對應之一第一輸出功率；以及透過該第一輸出功率發送一啟動訊號，並於接收到對應於該啟動訊號之一資料碼時，開始供應電力。
如請求項1所述之方法，另包含有啟動一學習模式，並於該學習模式下執行以下步驟：於該供電線圈之一線圈感應範圍內不放置任何物體時，取得該供電線圈之該自諧振頻率，並儲存該自諧振頻率作為該基礎頻率。
如請求項2所述之方法，其中於該學習模式下，當該供電線圈之該線圈感應範圍內設置有該受電模組且該受電模組設定為空載時，另執行以下步驟：於該受電模組位於該線圈感應範圍內不同位置時，分別對該受電模組進行供電，並測量該供電線圈之該自諧振頻率以及測量該供電線圈之一操作頻率及一空載輸出電壓當中至少一者；以及將每一所在位置取得之該自諧振頻率對應至該操作頻率或該空載輸出電壓，並儲存其對應關係。
如請求項3所述之方法，其中取得該自諧振頻率相對應之該第一輸出功率之步驟包含有：取得該自諧振頻率相對應之該空載輸出電壓，並根據該空載輸出電壓來設定該第一輸出功率。
如請求項2所述之方法，其中於該學習模式下，當該供電線圈之該線圈感應範圍內設置有該受電模組且該受電模組設定為滿載時，另執行以下步驟：於該受電模組位於該線圈感應範圍內不同位置時，分別對該受電模組進行供電，並測量該供電線圈之該自諧振頻率以及測量該供電線圈之一操作頻率及一滿載輸出電壓當中至少一者；以及將每一所在位置取得之該自諧振頻率對應至該操作頻率或該滿載輸出電壓，並儲存其對應關係。
如請求項5所述之方法，另包含有下列步驟：根據該供電線圈運作中測得之該自諧振頻率，取得相對應之該滿載輸出電壓，並據以設定該供電線圈之一最大輸出功率。
如請求項1所述之方法，其中當該供電模組未接收到對應於該啟動訊號之該資料碼時，執行以下步驟：重新發送該啟動訊號；於發送該啟動訊號的次數到達一特定次數且未收到該資料碼時，停止發送該啟動訊號，並偵測該供電線圈之該自諧振頻率；以及於偵測到該供電線圈之該自諧振頻率發生變化時，重新執行請求項1所述之方法之步驟。
如請求項1所述之方法，其中於接收到對應於該啟動訊號之該資料碼時，該供電線圈係透過該第一輸出功率來供應電力。
如請求項1所述之方法，其中取得該自諧振頻率相對應之該第一輸出功率之步驟係在該自諧振頻率停止變化一段時間之後進行。
如請求項1所述之方法，另包含有下列步驟：於判斷該自諧振頻率接近或大於該基礎頻率時，停止供應電力。
一種供電模組，用於一感應式電源供應器，用來偵測該感應式電源供應器之一受電模組，該供電模組包含有：一供電線圈；以及一處理器，用來執行以下步驟：偵測該供電線圈以取得該供電線圈之一自諧振頻率；判斷該自諧振頻率是否小於一基礎頻率；於判斷該自諧振頻率小於該基礎頻率且小於該基礎頻率的幅度超過一臨界值時，取得該自諧振頻率相對應之一第一輸出功率；以及控制該供電線圈透過該第一輸出功率發送一啟動訊號，並於接收到對應於該啟動訊號之一資料碼時，控制該供電線圈開始供應電力。
如請求項11所述之供電模組，另包含有一記憶體，其中，該處理器另啟動一學習模式，並於該學習模式下執行以下步驟：於該供電線圈之一線圈感應範圍內不放置任何物體時，取得該供電線圈之該自諧振頻率，並於該記憶體儲存該自諧振頻率作為該基礎頻率。
如請求項12所述之供電模組，其中於該學習模式下，當該供電線圈之該線圈感應範圍內設置有該受電模組且該受電模組設定為空載時，該處理器另執行以下步驟：於該受電模組位於該線圈感應範圍內不同位置時，分別對該受電模組進行供電，並測量該供電線圈之該自諧振頻率以及測量該供電線圈之一操作頻率及一空載輸出電壓當中至少一者；以及將每一所在位置取得之該自諧振頻率對應至該操作頻率或該空載輸出電壓，並將其對應關係儲存於該記憶體。
如請求項13所述之供電模組，其中取得該自諧振頻率相對應之該第一輸出功率之步驟包含有：取得該自諧振頻率相對應之該空載輸出電壓，並根據該空載輸出電壓來設定該第一輸出功率。
如請求項12所述之供電模組，其中於該學習模式下，當該供電線圈之該線圈感應範圍內設置有該受電模組且該受電模組設定為滿載時，該處理器另執行以下步驟：於該受電模組位於該線圈感應範圍內不同位置時，分別對該受電模組進行供電，並測量該供電線圈之該自諧振頻率以及測量該供電線圈之一操作頻率及一滿載輸出電壓當中至少一者；以及將每一所在位置取得之該自諧振頻率對應至該操作頻率或該滿載輸出電壓，並將其對應關係儲存於該記憶體。
如請求項15所述之供電模組，其中該處理器另執行以下步驟：根據該供電線圈運作中測得之該自諧振頻率，取得相對應之該滿載輸出電壓，並據以設定該供電線圈之一最大輸出功率。
如請求項11所述之供電模組，其中當該供電模組未接收到對應於該啟動訊號之該資料碼時，該處理器執行以下步驟：重新發送該啟動訊號；於發送該啟動訊號的次數到達一特定次數且未收到該資料碼時，停止發送該啟動訊號，並偵測該供電線圈之該自諧振頻率；以及於偵測到該供電線圈之該自諧振頻率發生變化時，重新執行請求項11所述之供電模組之該步驟。
如請求項11所述之供電模組，其中於接收到對應於該啟動訊號之該資料碼時，該供電線圈係透過該第一輸出功率來供應電力。
如請求項11所述之供電模組，其中取得該自諧振頻率相對應之該第一輸出功率之步驟係在該自諧振頻率停止變化一段時間之後進行。
如請求項11所述之供電模組，其中該處理器另執行以下步驟：於判斷該自諧振頻率接近或大於該基礎頻率時，控制該供電線圈停止供應電力。