TWI780957B - 無線充電系統及操作方法 - Google Patents

Abstract

一種無線充電系統，包括無線功率發射器、功率輸入端用以接收輸入功率、M個發射模組及N個無線功率接收器。每一發射模組包括功率控制器用以將輸入功率轉換為第一直流訊號，電源管理器用以根據溝通訊號產生第一壓控訊號，橋驅動器用以將第一直流訊號轉換為第一交流訊號及傳輸溝通訊號至電源管理器，傳輸單元用以根據第一交流訊號無線傳輸無線功率訊號，無線接收溝通訊號，及傳輸溝通訊號至橋驅動器。每一無線功率接收器用以接收由對應傳輸單元所發出的無線功率訊號。M個電源管理器係互相耦接且交握溝通。

Description

無線充電系統及操作方法

本發明是關於一種無線充電系統及操作方法，特別是指一種可操控多端式的無線充電系統及操作方法。

無線充電技術是一種以非接觸的無線方式實現電源與用電設備之間能量傳輸的技術，是利用近場感應，也就是電感耦合，由供電設備將能量傳送至用電的裝置，裝置使用接收到的能量對電池充電，並同時供其本身運作之用。基本上由於充電器與用電裝置之間以電感耦合傳送能量，兩者之間不需使用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。無線充電技術在電動汽車、醫療器械、家用小電器等領域應用較多。在日常生活中，無線充電技術最典型的應用是一對一的手機無線充電系統，其結構組成主要包含一個充電座和一個充電適配器。其基本工作原理是發射器將電能轉化爲電磁場並通過線圈向外發射，接收線圈通過電磁感應或電磁諧振方式將收集的電磁能量經過整流給負載(手機)供電。為了實現充電狀態控制，收發器之間還需要進行數據通訊，發送控制指令。發射器、接收器之間的數據通訊通常用一對一的通訊方式，即通過收發線圈之間的電磁耦合來建立傳輸通道實現數據傳輸。

無線充電技術在通訊方式上都用電磁耦合傳輸訊號。在以電磁耦合方式的通訊系統中，通訊系統的性能會受到收發線圈耦合係數影響。隨著兩線圈的間距和中心偏距加大，耦合係數變小，訊號衰減快，為了保持訊號的穩定性，收發線圈必須處於近距、靜置的狀態。因而在給移動負載無線充電時，這種基於線圈耦合方式通訊的系統可能存在著通訊控制不穩定的問題，而且若同時有多個充電裝置進行充電，而該些裝置要求的總功率超過發射器的輸入功率時，可能會造成充電系統故障。

實施例提供一種無線充電系統，包括無線功率發射器及N個無線功率接收器。無線功率發射器包括M個發射模組。功率輸入端用以接收輸入功率。每一發射模組包括功率控制器、電源管理器、橋驅動器及傳輸單元。電源管理器耦接於功率控制器，並用以根據N個溝通訊號產生第一壓控訊號。功率控制器耦接於功率輸入端，並用以根據第一壓控訊號將輸入功率轉換為第一直流訊號。橋驅動器耦接於功率控制器及電源管理器，並用以將第一直流訊號轉換為第一交流訊號及傳輸溝通訊號至電源管理器。傳輸單元耦接於橋驅動器，並用以根據第一交流訊號無線傳輸無線功率訊號，無線接收溝通訊號，及傳輸溝通訊號至橋驅動器。N個無線功率接收器用以對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號及對應地無線傳輸N個溝通訊號至N個發射模組之N個傳輸單元。M個發射模組之M個電源管理器係互相耦接且傳輸M個控制訊號來交握溝通，及M≧N＞1。

實施例提供另一種無線充電系統，包括無線功率發射器及N個無線功率接收器。無線功率發射器包括功率輸入端、電源管理器及M個發射模組。功率輸入端用以接收輸入功率，電源管理器耦接功率輸入端並用以根據N個溝通訊號產生N個第一壓控訊號。每一發射模組包括功率控制器、橋驅動器及傳輸單元。功率控制器耦接於電源管理器，並用以根據第一壓控訊號將輸入功率轉換為第一直流訊號。橋驅動器耦接於功率控制器及電源管理器，並用以將第一直流訊號轉換為第一交流訊號及傳輸溝通訊號至電源管理器。傳輸單元耦接於橋驅動器，並用以根據第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號，無線接收溝通訊號，及傳輸溝通訊號至橋驅動器。N個無線功率接收器用以對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號，及對應地無線傳輸N個溝通訊號至N個發射模組之N個傳輸單元。M≧N＞1。

實施例提供一種無線充電系統的操作方法。無線充電系統包括無線功率發射裝置無線功率發射器及N個無線功率接收裝置無線功率接收器，無線功率發射裝置無線功率發射器包括功率輸入端及M個發射模組，每一發射模組包括功率控制器、電源管理器、橋驅動器及傳輸單元。操作方法包括當電源管理器接收到溝通訊號時，M個發射模組之M個電源管理器傳輸M個控制訊號來交握溝通，若由功率輸入端傳至功率控制器之一輸入功率大於傳至N個發射模組之N個電源管理器之N個溝通訊號所對應之總和功率，電源管理器根據N個溝通訊號產生第一壓控訊號，功率控制器根據第一壓控訊號將輸入功率轉換為第一直流訊號，橋驅動器將第一直流訊號轉換為第一交流訊號，傳輸單元根據第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號，及N個無線功率接收裝置無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號，其中M≧N＞1。

實施例另提供一種無線充電系統的操作方法。無線充電系統包括無線功率發射裝置無線功率發射器及N個無線功率接收裝置無線功率接收器，無線功率發射裝置無線功率發射器包括功率輸入端及M個發射模組，每一發射模組包括功率控制器、電源管理器、橋驅動器及傳輸單元。操作方法包括當電源管理器接收到溝通訊號時，M個發射模組之M個電源管理器傳輸M個控制訊號來交握溝通，若由功率輸入端傳至該功率控制器之輸入功率小於傳至N個發射模組之N個電源管理器之N個溝通訊號所對應之總和功率，電源管理器根據N個發射模組之N個電源管理器所接收之N個溝通訊號產生第一壓控訊號，功率控制器根據第一壓控訊號將輸入功率轉換為第一直流訊號，橋驅動器將第一直流訊號轉換為第一交流訊號，傳輸單元根據第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號，及N個無線功率接收裝置無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號，其中M≧N＞1。

實施例另提供一種無線充電系統的操作方法，無線充電系統包括無線功率發射器及N個無線功率接收器，無線功率發射器包括功率輸入端、電源管理器及M個發射模組，每一發射模組包括功率控制器、橋驅動器及傳輸單元。操作方法包括當電源管理器接收到溝通訊號時，若由功率輸入端傳至電源管理器之輸入功率大於傳至電源管理器之N個溝通訊號所對應之總和功率，電源管理器根據溝通訊號產生第一壓控訊號，功率控制器根據第一壓控訊號將輸入功率轉換為第一直流訊號，橋驅動器將第一直流訊號轉換為一第一交流訊號，傳輸單元根據第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號，及N個無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號，其中M≧N＞1。

實施例另提供一種無線充電系統的操作方法，無線充電系統包括無線功率發射器及N個無線功率接收器，無線功率發射器包括功率輸入端、電源管理器及M個發射模組，每一發射模組包括功率控制器、橋驅動器及傳輸單元。操作方法包括當電源管理器接收到溝通訊號時，若由功率輸入端傳至電源管理器之輸入功率小於傳至電源管理器之N個溝通訊號所對應之總和功率，電源管理器根據N個溝通訊號產生第一壓控訊號，功率控制器根據第一壓控訊號將輸入功率轉換為第一直流訊號，橋驅動器將第一直流訊號轉換為一第一交流訊號，傳輸單元根據第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號，及N個無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號，其中M≧N＞1。

第1圖是本發明實施例之無線充電系統100的示意圖。無線充電系統100包括無線功率發射器110及N個無線功率接收器Rx1至RxN。無線功率發射器110包括功率輸入端IN用以接收輸入功率及M個發射模組Tx1至TxM。例如，無線功率發射器及無線功率接收器可分別為充電器與用電裝置。

第2圖是第1圖之無線充電系統100的詳細結構示意圖。示意圖以發射模組Tx1為例，發射模組Tx1包括功率控制器112、電源管理器114、橋驅動器116及傳輸單元LC1。電源管理器114耦接於功率控制器112，並用以根據N個溝通訊號SIG1至SIGN產生第一壓控訊號VS1。功率控制器112耦接於功率輸入端IN，並用以根據第一壓控訊號VS1將輸入功率PW轉換為第一直流訊號Vdc1。橋驅動器116耦接於功率控制器112及電源管理器114，並用以將第一直流訊號Vdc1轉換為第一交流訊號Vac1及傳輸溝通訊號SIG1至電源管理器114。傳輸單元LC1耦接於橋驅動器116，並用以根據第一交流訊號Vac1無線傳輸無線功率訊號WP1，無線接收溝通訊號SIG1，及傳輸溝通訊號SIG1至橋驅動器116。無線功率接收器Rx1用以對應地接收由發射模組Tx1之傳輸單元LC1發出的無線功率訊號WP1及對應地無線傳輸溝通訊號SIG1至發射模組Tx1之傳輸單元LC1。

因此N個無線功率接收器Rx1至RxN用以對應地接收由N個發射模組Tx1至TxN所發出的N個無線功率訊號WP1至WPN，及對應地無線傳輸N個溝通訊號SIG1至SIGN至N個發射模組Tx1至TxN。發射模組Tx1至TxM的電源管理器114互相耦接且傳輸多個控制訊號CS1至CSM來交握溝通。發射模組的數量可大於或等於無線功率接收器的數量。舉例而言，若發射模組TxM沒有偵測到對應的無線功率接收器，則發射模組TxM不會接收到溝通訊號，因此M≧N＞1。

溝通訊號SIG1至SIGN分別包含無線功率接收器Rx1至RxN的功率請求。發射模組Tx1至TxM的電源管理器114互相耦接且傳輸多個控制訊號CS1至CSM來交握溝通，發射模組Tx1至TxN的電源管理器114藉由產生第一壓控訊號VS1設定發射模組Tx1至TxN的無線功率訊號WP1至WPN，且N個發射模組的第一壓控訊號VS1可為相異，以使發射模組Tx1至TxN輸出相異的無線功率訊號WP1至WPN。

控制訊號CS1至CSM可為積體匯流排電路訊號(Inter-Integrated Circuit, I2C)、通用非同步收發傳輸訊號(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)、序列周邊介面訊號(Serial Peripheral Interface Bus, SPI)或通用型輸入輸出訊號(General-purpose input/output, GPIO)。

橋驅動器116可為H橋等直流交流轉換電路。電源管理器114可包含微控制器及/或降壓轉換器，然而實施例不在此限。

溝通訊號SIG1可以帶內通訊(In-Band communication)的方式與無線功率訊號WP1在相同頻道內傳輸，或是溝通訊號SIG1可以帶外通訊(Out-Band communication)的方式與無線功率訊號WP1在相異的頻道進行傳輸。

在實施例中，發射模組Tx1的傳輸單元LC1包括線圈L及電容C。線圈L耦接於橋驅動器116，並用以無線的方式傳輸無線功率訊號WP1及以無線的方式接收溝通訊號SIG1。電容C耦接於橋驅動器116及以串聯的方式耦接於線圈L。

在另一些實施例中，發射模組TxN的結構可與發射模組Tx1的相似，除了傳輸單元LCN包括P個線圈L1至LP，P個電容C1至CP，及P個開關S1至SP，每一線圈與對應的電容及對應的開關串聯耦接，且開關S1至SP耦接於電源管理器114，用以根據電源管理器114傳來的開關訊號導通其中之一開關，並截止其他開關，其中P＞1。換言之，傳輸單元LCN可包含多個線圈及電容以增加充電感應區域。

其餘發射模組可與發射模組Tx1或TxN相同或相似，在此不贅述，而實施例不在此限。舉例來說，發射模組Tx1至TxN的結構可皆與發射模組Tx1相同，亦可皆與發射模組TxN相同，或部分與發射模組Tx1相同，其餘的與發射模組TxN相同。

無線功率接收器Rx1包括線圈LR、電容CR以串聯的方式耦接於線圈LR、整流器122、功率輸出器124、微控制器126、通訊器128及負載130，線圈LR用以無線接收發射模組Tx1之傳輸單元LC1傳來之無線功率訊號WP1，將無線功率訊號WP1轉換為第二交流訊號Vac2及無線傳輸溝通訊號SIG1至對應發射模組Tx1之傳輸單元LC1。整流器122耦接於線圈LR及電容CR，用以將第二交流訊號Vac2轉換為第二直流訊號Vdc2。功率輸出器124耦接於整流器122，並用以根據第二壓控訊號VS2調整第二直流訊號Vdc2以穩定產生輸出電壓至負載130。微控制器126耦接於負載130及功率輸出器124，用以根據負載130之電量產生功率請求訊號PR及第二壓控訊號VS2。通訊器128耦接於電容CR及微控制器126，用以根據功率請求訊號PR輸出溝通訊號SIG1至線圈LR及電容CR。功率輸出器124可經由微控制器126根據負載130的電量而輸出的第二壓控訊號VS2降低第二直流訊號Vdc2的電壓，以避免負載130承受過高的電壓而發生毀損。

功率輸出器124可為低壓降穩壓器(Low Dropout Regulator)，負載130可為電器設備或充電電池。另外，可根據需要將通訊器128設計成符合AirFuel Alliance或WPC(Wireless Power Consortium)標準之通訊電路。

其他無線功率接收器與無線功率接收器Rx1相同，對應地與其他發射模組進行通訊。

第3圖是本發明實施例之無線充電系統300的示意圖。無線充電系統300包括無線功率發射器310及N個無線功率接收器Rx1至RxN。無線功率發射器310包括功率輸入端IN用以接收輸入功率PW，電源管理器PMU耦接功率輸入端IN及M個發射模組Tx1至TxM。電源管理器PMU用以根據N個溝通訊號SIG1至SIGN產生N個第一壓控訊號VS1。

示意圖以發射模組Tx1為例。發射模組Tx1包括功率控制器312、橋驅動器316及傳輸單元LC1。功率控制器312耦接於電源管理器PMU，並用以根據第一壓控訊號VS1將輸入功率PW轉換為第一直流訊號Vdc1。橋驅動器316耦接於功率控制器312及電源管理器PMU，並用以將第一直流訊號Vdc1轉換為第一交流訊號Vac1及傳輸溝通訊號SIG1至電源管理器PMU。傳輸單元LC1耦接於橋驅動器316，並用以根據第一交流訊號Vac1無線傳輸無線功率訊號WP1，無線接收溝通訊號SIG1，及傳輸溝通訊號SIG1至橋驅動器316。無線功率接收器Rx1用以對應地接收由個發射模組Tx1之傳輸單元LC1發出的個無線功率訊號WP1及對應地無線傳輸溝通訊號SIG1至發射模組Tx1之傳輸單元LC1。

因此N個無線功率接收器用以對應地接收由N個發射模組Tx1至TxN所發出的N個無線功率訊號WP1至WPN，及對應地無線傳輸N個溝通訊號SIG1至SIGN至N個發射模組Tx1至TxN，發射模組的數量可多於或等於無線功率接收器的數量。舉例而言，若發射模組TxM沒有偵測到對應的無線功率接收器，則發射模組TxM不會接收到溝通訊號，因此M≧N＞1。

溝通訊號SIG1至SIGN分別包含無線功率接收器Rx1至RxN的功率請求，電源管理器PMU藉由產生N個第一壓控訊號VS1設定發射模組Tx1至TxM中N個發射模組Tx1至TxN的第一壓控訊號VS1。N個發射模組Tx1至TxN的第一壓控訊號VS1可為相異，以使發射模組Tx1至TxN輸出相異的無線功率訊號WP1至WPN。

橋驅動器316可為H橋等直流交流轉換電路。電源管理器PMU可包含微控制器及/或降壓轉換器，然而實施例不在此限。

溝通訊號SIG1可以帶內通訊(In-Band communication)的方式與無線功率訊號WP1在相同頻道內傳輸，或是溝通訊號SIG1可以帶外通訊(Out-Band communication)的方式與無線功率訊號WP1在相異的頻道進行傳輸。

無線充電系統300的發射模組Tx1的傳輸單元LC1至LCM可與無線充電系統100的傳輸單元LC1或LCN相同或相似，在此不贅述。

無線充電系統300的無線功率接收器Rx1至RxN可與無線充電系統100的無線功率接收器Rx1至RxN相同或相似，在此不贅述。

第4圖為第2圖之無線充電系統100的操作方法400的流程圖。方法400包括以下步驟，以發射模組Tx1及無線功率接收器Rx1為例：

S402：  當發射模組Tx1的電源管理器114接收到溝通訊號SIG1時，M個發射模組Tx1至TxM之M個電源管理器114傳輸M個控制訊號CS1至CSM來交握溝通；

S404：  由功率輸入端IN傳至功率控制器112之輸入功率PW是否大於傳至N個發射模組Tx1至TxN之N個電源管理器114的N個溝通訊號SIG1至SIGN所對應之總和功率？若是，執行步驟S406；否則執行步驟S408；

S406：  發射模組Tx1的電源管理器114根據溝通訊號SIG1產生第一壓控訊號VS1，跳至步驟S410；

S408：  發射模組Tx1的電源管理器114根據N個發射模組Tx1至TxM之N個電源管理器114所接收的N個溝通訊號SIG1至SIGN產生第一壓控訊號VS1；

S410：  功率控制器112根據第一壓控訊號VS1將輸入功率PW轉換為第一直流訊號Vdc1；

S412：  橋驅動器116將第一直流訊號Vdc1轉換為第一交流訊號Vac1；

S414：  傳輸單元LC1根據第一交流訊號Vac1無線傳輸無線功率訊號WP1；

S416：  N個無線功率接收器Rx1至RxN對應地接收由N個發射模組Tx1至TxN之N個傳輸單元LC1至LCN所發出的N個無線功率訊號WP1至WPN；

S418：  N個無線功率接收器Rx1至RxN之無線功率接收器Rx1無線傳輸溝通訊號SIG1至傳輸單元LC1；

S420：  傳輸單元LC1傳輸溝通訊號SIG1至橋驅動器116；及

S422：  橋驅動器116傳輸溝通訊號SIG1至電源管理器114。

在步驟S402及S404中，電源管理器114根據發射模組的控制訊號CS1至CSM判斷是否有新增或移除的無線功率接收器，並同時判斷輸入功率PW是否小於所有無線功率接收器Rx1至RxN所請求的總和功率(即N個溝通訊號SIG1至SIGN所對應之總和功率)。發射模組Tx1的電源管理器114經由控制訊號CS1至CSM與其他電源管理器114交握溝通以設定發射模組Tx1的第一壓控訊號VS1。當偵測到輸入功率PW小於所有無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率時，為避免超出無線功率發射器110所能承受的功率而造成系統故障，N個發射模組Tx1至TxN的電源管理器114設定第一壓控訊號VS1，以使發射模組Tx1至TxN的輸出的無線功率訊號WP1至WPN之總和功率小於無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率，每一發射模組Tx1至TxN將其第一壓控訊號VS1儲存於電源管理器114的記憶體中，並依據第一壓控訊號VS1輸出無線功率訊號WP1至WPN至無線功率接收器Rx1至RxN。記憶體可為電氣可抹除可程式記憶體(EEPROM)或快閃記憶體(Flash Memory)等固態記憶體。

另外，N個發射模組Tx1至TxN的電源管理器114可利用預設的功率分配表設定每一發射模組Tx1至TxN輸出無線功率訊號WP1至WPN。舉例而言，若無線充電系統100包含二個無線功率接收器(例如手機)，無線充電系統100中無線功率發射器110的輸入功率PW為24W，且二個無線功率接收器皆請求10W的無線功率訊號，則輸入功率PW為大於請求的總和功率，即24W＞20W，電源管理器114可分配10W的無線功率訊號給每一無線功率接收器。然而，若每一無線功率接收器請求15W的無線功率訊號，則輸入功率PW小於請求的總和功率，即24W＜30W，電源管理器114可根據預設的功率分配表設定發射模組輸出的無線功率訊號，例如給一無線功率接收器15W的無線功率訊號，另一無線功率接收器8W的無線功率訊號，或者同時給二個無線功率接收器10W的無線功率訊號。實施例可根據情況分配給每一無線功率接收器的不同無線功率訊號。然而，不一定要使用功率分配表，電源管理器114也可根據其他方式分配無線功率訊號，實施例不再此限。

無線充電系統100的其他發射模組與對應的無線功率接收器的操作方法與操作方法400相似，在此不贅述。

第5圖為第3圖之無線充電系統300的操作方法500的流程圖。方法500包括以下步驟，以發射模組Tx1及無線功率接收器Rx1為例：

S502：  電源管理器PMU接收到N個溝通訊號SIG1至SIGN；

S504：  由功率輸入端IN傳至電源管理器PMU之輸入功率PW是否大於傳至電源管理器PMU的N個溝通訊號SIG1至SIGN所對應之總和功率？若是，執行步驟S506；否則執行步驟S508；

S506：  電源管理器PMU根據溝通訊號SIG1產生第一壓控訊號VS1，跳至步驟S510；

S508：  電源管理器PMU根據N個溝通訊號SIG1至SIGN產生第一壓控訊號VS1；

S510：  功率控制器312根據第一壓控訊號VS1將輸入功率PW轉換為第一直流訊號Vdc1；

S512：  橋驅動器316將第一直流訊號Vdc1轉換為第一交流訊號Vac1；

S514：  傳輸單元LC1根據第一交流訊號Vac1無線傳輸無線功率訊號WP1；

S516：  N個無線功率接收器Rx1至RxN對應地接收由N個發射模組Tx1至TxN之N個傳輸單元LC1至LCN所發出的N個無線功率訊號WP1至WPN；

S518：  N個無線功率接收器Rx1至RxN之無線功率接收器Rx1無線傳輸溝通訊號SIG1至傳輸單元LC1；

S520：  傳輸單元LC1傳輸溝通訊號SIG1至橋驅動器316；及

S522：  橋驅動器316傳輸溝通訊號SIG1至電源管理器PMU。

在步驟S502及S504中，電源管理器PMU可根據溝通訊號SIG1至SIGN判斷是否有新增或移除的無線功率接收器，並同時判斷輸入功率PW是否小於所有無線功率接收器Rx1至RxN所請求的總和功率(即N個溝通訊號SIG1至SIGN所對應之總和功率)。當偵測到輸入功率PW小於所有無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率時，為避免超出無線功率發射器110所能承受的功率而造成系統故障，電源管理器PMU會設定N個發射模組Tx1至TxN的第一壓控訊號VS1，以使發射模組Tx1至TxN的輸出的無線功率訊號WP1至WPN之總和功率小於無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率。第一壓控訊號VS1儲存於電源管理器PMU的記憶體中，並依據第一壓控訊號VS1輸出無線功率訊號WP1至WPN至無線功率接收器Rx1至RxN。記憶體可為電氣可抹除可程式記憶體(EEPROM)或快閃記憶體(Flash Memory)等固態記憶體。

另外，與操作方法400類似，電源管理器PMU可利用預設的功率分配表或其它方式設定發射模組的輸出功率，在此不贅述。

第6圖是第4圖之操作方法400中步驟S402至S408產生第一壓控訊號的流程圖，包含以下步驟：

S450：  執行初始操作，發射模組Tx1是否偵測到無線功率接收器Rx1？若是，執行步驟S454；若否，停在步驟S450；

S454：  M個發射模組Tx1至TxM之M個電源管理器114傳輸M個控制訊號CS1至CSM來交握溝通，以判斷無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率是否大於輸入功率PW？若是，執行步驟S458，否則執行步驟S456；

S456：  發射模組Tx1的電源管理器114根據溝通訊號SIG1產生第一壓控訊號VS1，跳至步驟S464；

S458：  發射模組Tx1的電源管理器114根據N個溝通訊號SIG1至SIGN產生傳輸功率數據，將傳輸功率數據儲存於電源管理器114的記憶體中；

S460：  回到初始操作，發射模組Tx1是否偵測到無線功率接收器Rx1？若是，執行步驟S462；否則回到步驟S450；

S462：  發射模組Tx1的電源管理器114讀取傳輸功率數據，並根據傳輸功率數據產生第一壓控訊號VS1；及

S464：  結束產生第一壓控訊號流程。

當新增或移除其中無線功率接收器Rx1至RxN其中之一時，電源管理器114可以由控制訊號CS1至CSN再次判斷無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率，並且根據需要重新產生合適的第一壓控訊號VS1。

第7圖是第5圖之操作方法500中步驟S502至S508產生第一壓控訊號的流程圖，包含以下步驟：

S550：  執行初始操作，發射模組Tx1是否偵測到無線功率接收器Rx1？若是，執行步驟S554；若否，停在步驟S550；

S554：  電源管理器PMU存取溝通訊號SIG1至SIGN來交握溝通，以判斷無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率是否大於輸入功率PW？若是，執行步驟S558，否則執行步驟S556；

S556：  電源管理器PMU根據溝通訊號SIG1產生第一壓控訊號VS1，跳至步驟S564；

S558：  電源管理器PMU根據N個溝通訊號SIG1至SIGN產生傳輸功率數據，將傳輸功率數據儲存於電源管理器PMU的記憶體中；

S560：  回到初始操作，發射模組Tx1是否偵測到無線功率接收器Rx1？若是，執行步驟S562；否則回到步驟S550；

S562：  電源管理器PMU讀取傳輸功率數據，並根據傳輸功率數據產生第一壓控訊號VS1；及

S564：  結束產生第一壓控訊號流程。

當新增或移除無線功率接收器Rx1至RxN其中之一時，電源管理器PMU可以由溝通訊號SIG1至SIGN再次判斷無線功率接收器Rx1至RxN請求的總和功率，並且根據需要重新產生合適的第一壓控訊號VS1。

綜上所述，本發明實施例之無線充電系統及操作方法可以一個無線功率發射器傳輸多個無線功率訊號給多個對應的無線功率接收器，並且能藉由電源管理器之間的交握溝通快速分配傳輸給每一個無線功率接收器的無線功率訊號，防止無線功率發射器因承受過大的功率而發生故障，並且最佳化充電效率，使每一個接收裝置能有穩定的充電過程。 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。

100,300:無線充電系統 110,310:無線功率發射器 Rx1~RxN:無線功率接收器 Tx1~TxM:發射模組 IN:功率輸入端 112,312:功率控制器 114,PMU:電源管理器 116,316:橋驅動器 LC1~LCM:傳輸單元 SIG1~SIGN:溝通訊號 VS1,VS2:壓控訊號 PW:輸入功率 Vdc1,Vdc2:直流訊號 Vac1,Vac2:交流訊號 WP1~WPN:無線功率訊號 CS1~CSM:控制訊號 C,CR,C1~CP:電容 L,LR,L1~LP:線圈 S1~SP:開關 122,322:整流器 124,324:功率輸出器 126,326:微控制器 128,328:通訊器 130,330:負載 PR:功率請求訊號 400,500:方法 S402~S564:步驟

第1圖是本發明實施例之無線充電系統的示意圖。 第2圖是第1圖之無線充電系統的詳細結構示意圖。 第3圖是本發明另一實施例之無線充電系統的示意圖。 第4圖為第2圖之無線充電系統的操作方法的流程圖。 第5圖為第3圖之無線充電系統的操作方法的流程圖。 第6圖是第4圖之操作方法中產生第一壓控訊號的流程圖。 第7圖是第5圖之操作方法中產生第一壓控訊號的流程圖。

100:無線充電系統

110:無線功率發射器

Rx1~RxN:無線功率接收器

Tx1~TxM:發射模組

IN:功率輸入端

112:功率控制器

114:電源管理器

116:橋驅動器

LC1~LCM:傳輸單元

SIG1~SIGN:溝通訊號

VS1,VS2:壓控訊號

PW:輸入功率

Vdc1,Vdc2:直流訊號

Vac1,Vac2:交流訊號

WP1~WPN:無線功率訊號

CS1~CSM:控制訊號

C,CR,C1~CP:電容

L,LR,L1~LP:線圈

S1~SP:開關

122:整流器

124:功率輸出器

126:微控制器

128:通訊器

130:負載

PR:功率請求訊號

Claims (13)

1. 一種無線充電系統，包括： 一無線功率發射器，包括： 一功率輸入端，用以接收一輸入功率；及 M個發射模組，每一發射模組包括： 一功率控制器，耦接於該功率輸入端，用以根據一第一壓控訊號將該輸入功率轉換為一第一直流訊號； 一電源管理器，耦接於該功率控制器，用以根據N個溝通訊號產生該第一壓控訊號； 一橋驅動器，耦接於該功率控制器及該電源管理器，用以將該第一直流訊號轉換為一第一交流訊號，及傳輸一溝通訊號至該電源管理器；及 一傳輸單元，耦接於該橋驅動器，用以根據該第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號，無線接收該溝通訊號，及傳輸該溝通訊號至該橋驅動器；及 N個無線功率接收器，用以對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號，及對應地無線傳輸該N個溝通訊號至N個發射模組之N個傳輸單元； 其中該M個發射模組之M個電源管理器係互相耦接且傳輸控制訊號來交握溝通，及M≧N＞1。
2. 如請求項1所述的無線充電系統，其中該些控制訊號為積體匯流排電路訊號(Inter-Integrated Circuit, I2C)、通用非同步收發傳輸訊號(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)、序列周邊介面訊號(Serial Peripheral Interface Bus, SPI)或通用型輸入輸出訊號(General-purpose input/output, GPIO)。
3. 一種無線充電系統，包括： 一無線功率發射器，包括： 一功率輸入端，用以接收一輸入功率； 一電源管理器，耦接該功率輸入端，用以根據N個溝通訊號產生N個第一壓控訊號；及 M個發射模組，每一發射模組包括： 一功率控制器，耦接於該電源管理器，用以根據該N個第一壓控訊號之一第一壓控訊號將該輸入功率轉換為一第一直流訊號； 一橋驅動器，耦接於該功率控制器，用以將該第一直流訊號轉換為一第一交流訊號，及傳輸該N個溝通訊號之一溝通訊號至該電源管理器；及 一傳輸單元，耦接於該橋驅動器，用以根據該第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號，無線接收該溝通訊號，及傳輸該溝通訊號至該橋驅動器；及 N個無線功率接收器，用以對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號； 其中該N個無線功率接收器對應地無線傳輸該N個溝通訊號至N個發射模組之N個傳輸單元，及M≧N＞1。
4. 如請求項1或3所述的無線充電系統，其中該每一發射模組之該傳輸單元包括： 一線圈，耦接於該橋驅動器，用以無線傳輸該無線功率訊號，及無線接收該溝通訊號；及 一電容，耦接於該橋驅動器，及以串聯的方式耦接於該線圈。
5. 如請求項1或3所述的無線充電系統，其中該每一發射模組之該傳輸單元包括： P個線圈； P個電容；及 P個開關，每一線圈係與對應的電容及對應的開關串聯耦接，且每一開關係耦接於該電源管理器，用以根據該電源管理器傳來的一開關訊號導通該P該開關中之一開關，並截止該P該開關中之P-1個開關； 其中P＞1。
6. 如請求項1或3所述的無線充電系統，其中該每一無線功率接收器包括： 一線圈，用以無線接收一對應發射模組之一傳輸單元傳來之該無線功率訊號，將該無線功率訊號轉換為一第二交流訊號，及無線傳輸該溝通訊號至該對應發射模組之該傳輸單元； 一電容，以串聯的方式耦接於該線圈； 一整流器，耦接於該線圈及該電容，用以將該第二交流訊號轉換為一第二直流訊號； 一功率輸出器，耦接於該整流器，用以根據一第二壓控訊號調整該第二直流訊號以穩定產生一輸出電壓至一負載； 一微控制器，耦接於該負載及該功率輸出器，用以根據該負載之電量產生一功率請求訊號(power request)及該第二壓控訊號；及 一通訊器，耦接該電容及該微控制器，用以根據該功率請求訊號輸出該溝通訊號至該線圈及該電容。
7. 一種無線充電系統的操作方法，該無線充電系統包括一無線功率發射器及N個無線功率接收器，該無線功率發射器包括一功率輸入端及M個發射模組，每一發射模組包括一功率控制器，一電源管理器，一橋驅動器及一傳輸單元，該方法包括： 當該電源管理器接收到一溝通訊號時，該M個發射模組之M個電源管理器傳輸M個控制訊號來交握溝通； 若由該功率輸入端傳至該功率控制器之一輸入功率大於傳至N個發射模組之N個電源管理器之N個溝通訊號所對應之一總和功率，該電源管理器根據該溝通訊號產生一第一壓控訊號； 該功率控制器根據一第一壓控訊號將該輸入功率轉換為一第一直流訊號； 該橋驅動器將該第一直流訊號轉換為一第一交流訊號； 該傳輸單元根據該第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號；及 該N個無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號； 其中M≧N＞1。
8. 一種無線充電系統的操作方法，該無線充電系統包括一無線功率發射器及N個無線功率接收器，該無線功率發射器包括一功率輸入端及M個發射模組，每一發射模組包括一功率控制器，一電源管理器，一橋驅動器及一傳輸單元，該方法包括： 當該電源管理器接收到一溝通訊號時，該M個發射模組之M個電源管理器傳輸M個控制訊號來交握溝通； 若由該功率輸入端傳至該功率控制器之一輸入功率小於傳至N個發射模組之N個電源管理器之N個溝通訊號所對應之一總和功率，該電源管理器根據該N個發射模組之N個電源管理器所接收之N個溝通訊號產生一第一壓控訊號； 該功率控制器根據一第一壓控訊號將該輸入功率轉換為一第一直流訊號； 該橋驅動器將該第一直流訊號轉換為一第一交流訊號； 該傳輸單元根據該第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號；及 該N個無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號； 其中M≧N＞1。
9. 如請求項7或8所述的操作方法，其中該M個控制訊號為積體匯流排電路訊號(Inter-Integrated Circuit, I2C)、通用非同步收發傳輸訊號(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)、序列周邊介面訊號(Serial Peripheral Interface Bus, SPI)或通用型輸入輸出訊號(General-purpose input/output, GPIO)。
10. 一種無線充電系統的操作方法，該無線充電系統包括一無線功率發射器及N個無線功率接收器，該無線功率發射器包括一功率輸入端，一電源管理器及M個發射模組，每一發射模組包括一功率控制器，一橋驅動器及一傳輸單元，該方法包括： 當該電源管理器接收到一溝通訊號時，若由該功率輸入端傳至該電源管理器之一輸入功率大於傳至該電源管理器之N個溝通訊號所對應之一總和功率，該電源管理器根據該溝通訊號產生一第一壓控訊號； 該功率控制器根據該第一壓控訊號將該輸入功率轉換為一第一直流訊號； 該橋驅動器將該第一直流訊號轉換為一第一交流訊號； 該傳輸單元根據該第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號；及 該N個無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號； 其中M≧N＞1。
11. 一種無線充電系統的操作方法，該無線充電系統包括一無線功率發射器及N個無線功率接收器，該無線功率發射器包括一功率輸入端，一電源管理器及M個發射模組，每一發射模組包括一功率控制器，一橋驅動器及一傳輸單元，該方法包括： 當該電源管理器接收到一溝通訊號時，若由該功率輸入端傳至該電源管理器之一輸入功率小於傳至該電源管理器之N個溝通訊號所對應之一總和功率，該電源管理器根據N個溝通訊號產生一第一壓控訊號； 該功率控制器根據該第一壓控訊號將該輸入功率轉換為一第一直流訊號； 該橋驅動器將該第一直流訊號轉換為一第一交流訊號； 該傳輸單元根據該第一交流訊號無線傳輸一無線功率訊號；及 該N個無線功率接收器對應地接收由N個發射模組之N個傳輸單元所發出的N個無線功率訊號； 其中M≧N＞1。
12. 如請求項7、8、10或11任一項所述的操作方法，另包含： 該N個無線功率接收器之一無線功率接收器無線傳輸該溝通訊號至該傳輸單元； 該傳輸單元傳輸該溝通訊號至該橋驅動器；及 該橋驅動器傳輸該溝通訊號至該電源管理器。
13. 如請求項7、8、10或11任一項所述的操作方法，其中該傳輸單元包括P個線圈，P個電容及P個開關，每一線圈係與對應的電容及對應的開關串聯耦接，且每一開關係耦接於該電源管理器，該方法另包括： 根據該電源管理器傳來的一開關訊號導通該P該開關中之一開關，並截止該P該開關中之P-1個開關； 其中P＞1。

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