TWM498993U - 無線電源傳輸裝置 - Google Patents

Description

無線電源傳輸裝置

本新型有關於一種無線電源傳輸技術，特別是一種準確地感測到外部金屬物體並對應提供電源信號的無線電源傳輸裝置。

現在大多數的可攜式電子裝置，大都利用無線感應耦合充電器進行充電。前述無線感應耦充電器不僅可提供電池充電功能，也可做為電源供應器。前述無線感應耦充電器具有主要線圈，而這個主要線圈透過感應的方式與一電子設備中的二次線圈耦合以進行充電。並且，前述電源是以無線的方式在主要線圈與二次線圈之間進行傳輸。

並且，為了避免電力浪費，現有的無線感應耦充電器可能會配有感測外部物體是否接近的感測元件，使得充電器依據感測元件所感測的結果而提供充電信號。因此，在無線感應耦合的電源傳輸系統中，已有許多不同感測外部物體的方法。這些方法包括了經由感測主要線圈上之電流頻率的變化、感測主要線圈上之電流與電壓之不平衡變化以及量測從主要線圈汲取的電源等，來感測外部物體。然而，前述用以檢測外部物體的方法，其架構設計上較為複雜且難以實現。因此，無線充電系統仍有改善的空間。

有鑑於此，本新型提供一種無線電源傳輸裝置，藉以準確地感測到外部金屬物體，並對應提供電源信號，以增加使用的便利性以及架構設計上較為簡單且容易實現。

本新型提供一種無線電源傳輸裝置，包括主要線圈、第一平衡線圈、第二平衡線圈、控制電路與供電電路。主要線圈用以傳輸電源信號。第一平衡線圈用以感測是否有外部金屬物體，以產生第一感測信號。第二平衡線圈用以感測外部金屬物體是否位於第一平衡線圈的盲區，以產生第二感測信號。控制電路耦接第一平衡線圈與第二平衡線圈，用以接收第一感測信號及/或第二感測信號，以產生控制信號。控制電路包括有平衡電路，用以調整前述感測信號，以當主要線圈附近沒有外部金屬物體時感測不到東西。供電電路耦接控制電路與主要線圈，用以接收控制信號，以產生電源信號。

在一實施例中，前述第一平衡線圈為圖形8線圈。

在一實施例中，前述第二平衡線圈為圖形8線圈。

在一實施例中，前述第二平衡線圈位於第一平衡線圈的盲區。

在一實施例中，前述控制電路包括零平衡調整微調器、二二極體、二電容與運算放大器。零平衡調整微調器耦接第一平衡線圈與第二平衡線圈，用以接收並調整第一感測信號與第二感測信號。二二極體耦接零平衡調整微調器，用以對第一感測信號與第二感測信號進行整流。二電容耦接二二極體，用以保持第一感測信號與第二感測信號。運算放大器耦 接零平衡調整微調器，用以檢測第一感測信號與第二感測信號，並產生控制信號。

本新型另提供一種無線電源傳輸裝置，包括主要線圈、多個 平衡線圈、控制電路與供電電路。主要線圈用以傳輸電源信號。平衡線圈用以分別感測是否有外部金屬物體，以產生感測信號。控制電路耦接平衡線圈，用以接收感測信號，以產生控制信號。控制電路包括有平衡電路，用以調整前述感測信號，以當主要線圈附近沒有外部金屬物體時感測不到東西。供電電路耦接控制電路與主要線圈，用以接收控制信號，以產生電源信號。

在一實施例中，前述第一平衡線圈為圖形8線圈。

在一實施例中，前述控制電路包括零平衡調整微調器、二二 極體、二電容與運算放大器。零平衡調整微調器耦接第一平衡線圈與第二平衡線圈，用以接收並調整第一感測信號與第二感測信號。二二極體耦接零平衡調整微調器，用以對第一感測信號與第二感測信號進行整流。二電容耦接二二極體，用以保持第一感測信號與第二感測信號。運算放大器耦接零平衡調整微調器，用以檢測第一感測信號與第二感測信號，並產生控制信號。

本實施例所提供之無線電源傳輸裝置，藉由第一平衡線圈感 測是否有外部金屬物體及/或第二平衡線圈感測外部金屬物體是否位於第一平衡線圈的盲區，再藉由第一平衡線圈與第二平衡線圈感測是否有外部金屬物體，且透過控制電路依據前述感測的結果，控制供電電路提供電源信號給主要線圈進行傳輸。或是，藉由配置的多個平衡線圈感測是否有外部 金屬物體，且透過控制電路依據前述感測的結果，控制供電電路提供電源信號給主要線圈進行傳輸。如此一來，可準確地感測到外部金屬物體，並對應提供電源信號，以增加使用的便利性以及架構設計上較為簡單且容易實現。

以上之關於本創作內容之說明及以下之實施方式之說明用 以示範與解釋本創作之精神與原理，並且提供本創作之專利申請範圍更進一步之解釋。

100、200‧‧‧無線電源傳輸裝置

110、210‧‧‧主要線圈

120‧‧‧第一平衡線圈

130‧‧‧第二平衡線圈

132‧‧‧盲區

140、230‧‧‧控制電路

150、240‧‧‧供電電路

220_1、220_2、220_3、220_4‧‧‧平衡線圈

180、280‧‧‧外部金屬物體

302‧‧‧橋式整流器

304‧‧‧放大器

C‧‧‧電容

D‧‧‧齊納二極體

R‧‧‧電阻

第1圖為本創作之實施例所揭露之無線電源傳輸裝置的示意圖。

第2圖為本創作之實施例所揭露之無線電源傳輸裝置的另一示意圖。

第3圖為第1圖之實施例所揭露之控制電路的電路示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本創作之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本創作之觀點，但非以任何觀點限制本創作之範疇。

如在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書 及申請專利範圍當中所提及的“包含”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定於”。“大致”是指在可接收的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接於所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書後續描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，並非用以限定本申請的範圍。本申請的保護範圍當視所附申請專利範圍所界定者為准。

還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者系統不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者系統所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個......”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者系統中還存在另外的相同要素。

『第1圖』為本創作之實施例所揭露之無線電源傳輸裝置的示意圖。無線電源傳輸裝置100包括主要線圈110、第一平衡線圈120、第二平衡線圈130、控制電路140與供電電路150。主要線圈110用以傳輸電源信號。也就是說，無線電源傳輸裝置100可將電源信號傳送至外部物體。外部物體可接收無線電源、電磁場，且外部物體產生渦電流(eddy current)。渦電流產生電磁場。被產生的電磁場產生平衡線圈上的電流。

第一平衡線圈120用以感測是否有外部金屬物體180，以產生 第一感測信號。在本實施例中，外部金屬物體180例如為具有與主要線圈110產生電感耦合效應的二次線圈，以便接收主要線圈110所傳輸的電源信號。 並且外部金屬物體180例如為手機、平板電腦或個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)等電子裝置。

另外，第一平衡線圈120例如為一圖形8線圈。雖然，『第1圖』之第一平衡線圈120僅繪示出兩個圓形圖案來表示圖形8的態樣，但實際上，第一平衡線圈120是以具導電特性的金屬線圍成圖形8的線圈。其中，前述具導電特性的金屬線例如為漆包線等。並且，第一平衡線圈120例如以電感耦合的方式來感測是否有外部金屬物體180，亦即感測是否有外部金屬物體180接近無線電源傳輸裝置100。

舉例來說，當外部金屬物體180接近第一平衡線圈120時，例如配置有二次線圈的外部金屬物體180(圖未繪示)，第一平衡線圈120與外部金屬物體180產生電感耦合效應，則第一平衡線圈120產生指示外部金屬物體180存在的第一感測信號。

第二平衡線圈130用以感測外部金屬物體180是否位於第一平衡線圈120的盲區132，以產生第二感測信號。其中，盲區132定義為第一平衡線圈120感測外部金屬物體180較弱的區域。也就是說，當外部金屬物體180接近盲區132時，第一平衡線圈120可能會感測不到外部金屬物體180的存在。進一步來說，第二平衡線圈130例如位於第一平衡線圈120的盲區132上，以增加感測外部金屬物體180之存在的準確性。

在本實施例中，第二平衡線圈130例如也為一圖形8線圈。雖然，『第1圖』之第二平衡線圈130也是僅繪示出兩個圓形圖案來表示圖形8 的態樣，但實際上，第二平衡線圈130是以具導電特性的金屬線圍成圖形8的線圈。其中，前述具導電特性的金屬線例如為漆包線等。並且，第二平衡線圈130例如以電感耦合的方式來感測是否有外部金屬物體180，亦即感測是否有外部金屬物體180接近無線電源傳輸裝置100。

舉例來說，當外部金屬物體180接近第二平衡線圈130(亦即第一平衡線圈120的盲區132)時，例如配置有二次線圈的外部金屬物體180(圖未繪示)，第二平衡線圈130與外部金屬物體180產生電感耦合效應，則第二平衡線圈130產生指示外部金屬物體180存在的第二感測信號。

控制電路140耦接第一平衡線圈120與第二平衡線圈130。感測外部物體是在主要線圈110產生的磁通量(flux)使用。控制信號由外部物體透過渦電流所產生的磁通量產生。控制電路140用以接收第一感測信號及/或第二感測信號，以產生控制信號。進一步來說，控制電路140可用以藉由接收到的第一感測信號及/或第二感測信號，判斷出是否有外部金屬物體180的存在。

舉例來說，當第一感測信號為高電壓準位時，控制電路140會判斷出有外部金屬物體的存在，則控制電路140產生例如高電壓準位的控制信號。當第一感測信號為低電壓準位時，控制電路140會判斷出未有外部金屬物體的存在，則控制電路140產生例如低電壓準位的控制信號。維持在低電壓準位，“零平衡”調整預先在裝置操作前產生。

另外，當第二感測信號為高電壓準位時，控制電路140會判斷出有外部金屬物體的存在，則控制電路140產生例如高電壓準位的控制信號。當第二感測信號為低電壓準位時，控制電路140會判斷出未有外部金屬 物體的存在，則控制電路140產生例如低電壓準位的控制信號。

此外，當第一感測信號與第二感測信號同時為高電壓準位時，控制電路140也會判斷出有外部金屬物體180的存在，則控制電路140也產生例如高電壓準位的控制信號。

由上述可知，只要第一感測信號與第二感測信號至少其一為高電壓準位時，控制電路140都會判斷出有外部金屬物體的存在，進而產生例如高電壓準位的控制信號。

供電電路150耦接控制電路140與主要線圈110，用以接收控制信號，以產生電源信號。進一步來說，供電電路150可用以藉由接收到的控制信號，以決定是否產生電源信號給主要線圈110。

舉例來說，當控制信號為高電壓準位時，供電電路150則會產生電源信號給主要線圈110，使得主要線圈110將電源信號傳輸給外部金屬物體180，進而讓外部金屬物體180進行充電等操作。在本文中，電源信號例如以無線的方式產生於主要線圈110與外部金屬物體180之二次線圈之間。具體來說，就是藉由在主要線圈110與外部金屬物體180之二次線圈之間的電感耦合效應，產生或傳輸對外部金屬物體180進行充電的電源。當供電電路150提供電源信號給主要線圈110時，主要線圈110會對應產生磁場。 在本揭露中，這類線圈之間的互動是定義成主要線圈與二次線圈之間的電源信號的傳輸。當控制信號為低電壓準位時，控制信號會在控制電路140中被放大。如此一來，本實施例之無線電源傳輸裝置100可準確地感測到外部金屬物體180，並對應提供電源信號，以增加使用的便利性以及架構設計上較為簡單且容易實現。

『第2圖』為本創作之實施例所揭露之另一無線電源傳輸裝置的示意圖。無線電源傳輸裝置200包括主要線圈210、平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4、控制電路230與供電電路240。

主要線圈210用以傳輸電源信號。也就是說，無線電源傳輸裝置200可以透過主要線圈210且利用無線的方式，將電源信號傳輸出去。

平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4用以感測是否有外部金屬物體280，以產生多個感測信號。另外，平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4例如為一圖形8線圈。進一步來說，平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4可以陣列的方式排列於主要線圈210所圍繞的範圍內。並且，平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4例如以電感耦合的方式來感測是否有外部金屬物體280，亦即感測是否有外部金屬物體280接近無線電源傳輸裝置200。

舉例來說，當外部金屬物體280接近平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4時，平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4與外部金屬物體280產生電感耦合效應，則平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4產生例如高電壓準位的感測信號。相反地，當外部金屬物體280未接近平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4時，平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4並不會產生電感耦合效應，則平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4產生例如低電壓準位的感測信號。

另外，『第2圖』之平衡線圈的數量是以4個為例，但本創作不限於此，使用者亦可視其需求自行調整平衡線圈的數量及配置位置，例如為2個、3個或4個以上，而這些平衡線圈的是以兩兩緊鄰或以交錯的方式 排列於主要線圈210所圍繞的範圍內。

控制電路230耦接平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4，用以接收感測信號，以產生控制信號。進一步來說，控制電路230可用以藉由接收到的感測信號，判斷出是否有外部金屬物體280的存在。並且，控制電路230依據感測信號以產生控制信號，可參考『第1圖』之控制電路140的實施範例，故在此不再贅述。

由上述可知，只要平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4所產生的感測信號至少其一為高電壓準位時，控制電路280都會判斷出有外部金屬物體280的存在，進而產生例如高電壓準位的控制信號。

供電電路240耦接控制電路230與主要線圈210，用以接收控制信號，以產生電源信號。進一步來說，供電電路240可用以藉由接收到的控制信號，以決定是否產生電源信號給主要線圈210。

舉例來說，當控制信號為高電壓準位時，供電電路240則會產生電源信號給主要線圈210，使得主要線圈210將電源信號傳輸給外部金屬物體280，進而讓外部金屬物體280進行充電等操作。如此一來，本實施例之無線電源傳輸裝置200可準確地感測到外部金屬物體，並對應提供電源信號，以增加使用的便利性以及架構設計上較為簡單且容易實現。

『第3圖』為『第1圖』之實施例所揭露之控制電路的電路示意圖。

控制電路140包括零平衡調整微調器(zero balance adjustment trimmer)302、用以感測線圈電流的運算放大器304、用於整流的二二極體301、用於保持信號的二電容303。零平衡調整微調器302302連接前述二平 衡線圈，用以接收前述二感測信號，並對前述二感測信號進行操作，以平衡前述二平衡線圈。若前述感測信號例如具有非平衡信號，這是由於外部金屬物體靠近於前述平衡線圈。並且，這些感測信號沒有感測成外部金屬物體。運算放大器304連接零平衡調整微調器302，用以操作成一差動放大器，以改變兩個平衡線圈與外部物體之間的兩個感測信號。運算放大器304連接供電電路150。

零平衡調整微調器302使用於平衡電路中。前述平衡電路用於調整運算放大器304所接收的感測信號。

另外，『第2圖』之平衡線圈220_1、220_2、220_3、220_4的實施方式，可參考『第3圖』之第一平衡線圈120的實施方式，並且『第4圖』之控制電路230的實施方式，也可參考『第3圖』之控制電路140的實施方式，故在此不再贅述。

本實施例所提供之無線電源傳輸裝置，藉由第一平衡線圈感測是否有外部金屬物體及/或第二平衡線圈感測外部金屬物體是否位於第一平衡線圈的盲區，再藉由第一平衡線圈及/或第二平衡線圈感測是否有外部金屬物體，且透過控制電路依據前述感測的結果，控制供電電路提供電源信號給主要線圈進行傳輸。或是，藉由配置的多個平衡線圈感測是否有外部金屬物體，且透過控制電路依據前述感測的結果，控制供電電路提供電源信號給主要線圈進行傳輸。如此一來，可準確地感測到外部金屬物體，並對應提供電源信號，以增加使用的便利性以及架構設計上較為簡單且容易實現。外部物體感測的主要目的是指在安全操作上，供電電路保護傳輸電源不受金屬檢測影響。

雖然本創作以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作。在不脫離本創作之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本創作之專利保護範圍。關於本創作所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100‧‧‧無線電源傳輸裝置

110‧‧‧主要線圈

120‧‧‧第一平衡線圈

130‧‧‧第二平衡線圈

132‧‧‧盲區

140‧‧‧控制電路

150‧‧‧供電電路

180‧‧‧外部金屬物體

Claims (10)

1. 一種無線電源傳輸裝置，包括：一主要線圈，用以傳輸一電源信號；一第一平衡線圈，用以感測是否有一外部金屬物體，以產生一第一感測信號；一第二平衡線圈，用以感測該外部金屬物體是否位於該第一平衡線圈的一盲區，以產生一第二感測信號；一控制電路，耦接該第一平衡線圈與該第二平衡線圈，用以接收該第一感測信號及/或該第二感測信號，以產生一控制信號，其中控制電路具有一平衡電路，用以調整該些感測信號；以及一供電電路，耦接該控制電路與該主要線圈，用以接收該控制信號，以產生該電源信號。
2. 如請求項1所述之無線電源傳輸裝置，其中該第一平衡線圈為一圖形8線圈。
3. 如請求項1所述之無線電路傳輸裝置，其中該第二平衡線圈為一圖形8線圈。
4. 如請求項1所述之無線電源傳輸裝置，其中該第二平衡線圈位於該第一平衡線圈的該盲區。
5. 如請求項1所述之無線電路傳輸裝置，其中該控制電路包括：一零平衡調整微調器，耦接該第一平衡線圈與該第二平衡線圈，用以接收並調整該第一感測信號與該第二感測信號；二二極體，耦接該零平衡調整微調器，用以對該第一感測信號與該第二感測信號進行整流；二電容，耦接該二二極體，用以保持該第一感測信號與該第二感測 信號；以及一運算放大器，耦接該零平衡調整微調器，用以檢測該第一感測信號與該第二感測信號，並產生該控制信號。
6. 一種無線電源傳輸裝置，包括：一主要線圈，用以傳輸一電源信號；以及多個平衡線圈，用以分別感測是否有一外部金屬物體，以產生一感測信號；一控制電路，耦接該些平衡線圈，用以接收該些感測信號，以產生一控制信號，其中控制電路具有一平衡電路，用以調整該些感測信號；以及一供電電路，耦接該控制電路與該主要線圈，用以接收該控制信號，以產生該電源信號。
7. 如請求項6所述之無線電源傳輸裝置，其中該些平衡線圈為一圖形8線圈。
8. 如請求項6所述之無線電源傳輸裝置，其中該些平衡線圈配置於該主要線圈所圍繞的範圍內。
9. 如請求項6所述之無線電源傳輸裝置，其中該些平衡線圈以陣列方式或交錯方式排列。
10. 如請求項6所述之無線電路傳輸裝置，其中該控制電路包括：一零平衡調整微調器，耦接該些平衡線圈，用以接收並調整該些感測信號；二二極體，耦接該零平衡調整微調器，用以對該些感測信號進行整流；二電容，耦接該二二極體，用以保持該些感測信號；以及 一運算放大器，耦接該零平衡調整微調器，用以檢測該些感測信號，並產生該控制信號。