专利名称：无线接收模块及无线能量传输系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种能量接收模块，且特别是有关于一种可将接收到的能 量更进一步分享至另一能量接收模块的无线接收模块及无线能量传输系统。
背景技术：
在科技发展日新月异的现今时代中，随着无线传输技术的电子产品越来越 多，藉由无线传输方式来达到更高功率的传输技术的开发越来越受到重视。在 现有技术中，利用共振器间的能量耦合，将能量从能量传输系统中的无线供电 模块端无线地传输至能量传输系统的无线接收模块端系已存在。
在实际情况中，无线接收模块可应用在多种不同的手持式通讯装置，诸如
手机、个人数字助理(PDA)、无线鼠标、随身听…等。由于各种不同的手持式通 讯装置所需的操作能量均不同，因此如何对应各无线接收模块提供对应所需的 能量并管理无线供电模块提供至各无线接收模块的能量，以提升无线能量传输 系统的能量使效率为业界不断致力的方向之一。
发明内容
本发明是有关于一种无线接收模块，应用于包括无线供电模块的无线能量 传输系统中。本发明相关的无线接收模块除了具有可接收无线供电模块提供的 能量的能量接收模块，而更具有可选择性地接收另一无线接收模块提供的能量 或传输能量至另一无线接收模块的能量收发模块。如此，相较于传统无线能量 传输系统，应用本发明相关的无线接收模块的无线能量传输系统具有可有效地 分配能量至各无线接收模块及能量使用效率较高的优点。
根据本发明提出一种无线接收模块，用以接收无线供电模块提供的能量， 无线供电模块包括发射端共振器。无线接收模块包括能量收发模块、能量接收模块、电池及控制器。能量接收模块包括第一共振器，发射端共振器上的第一 发射能量耦合至第一共振器，使第一共振器具有第一接收能量。第一电压转换 器用以对第一接收能量进行转换，以得到转换后第一能量讯号。电池响应于转 换后第一能量讯号进行充电操作，以储存系统能量讯号。控制器比较系统能量 讯号与参考电压讯号的位准，当系统能量讯号的位准大于或等于参考电压讯号 的位准时，控制器提供致能的第一控制讯号控制能量收发模块，以将电池中部 分的系统能量讯号做为分享能量讯号输出。
根据本发明提出一种无线能量传输系统，包括无线供电模块及无线接收模 块。无线供电模块包括发射端共振器，发射端共振器具有第一发射能量。无线 接收模块包括能量收发模块、能量接收模块、电池及控制器。能量接收模块包 括第一共振器，发射端共振器上的第一发射能量系耦合至第一共振器，使第一 共振器具有第一接收能量。第一电压转换器用以对第一接收能量进行转换，以 得到转换后第一能量讯号。电池响应于转换后第一能量讯号进行充电操作，以 储存系统能量讯号。控制器比较系统能量讯号与参考电压讯号的位准，当系统 能量讯号的位准大于或等于参考电压讯号的位准时，控制器提供致能的第一控 制讯号控制能量收发模块，以将电池中部分的系统能量讯号做为分享能量讯号 输出。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作 详细说明如下
图1为本发明实施例的无线能量传输系统的方块图。
图2为图1中无线供电模块的详细方块图。
图3为图1中无线接收模块14_1的详细方块图。
图4为发明图3中无线收发模块14b的详细电路图。
具体实施例方式
本实施例的无线接收模块具有能量收发模块，用以依照其无线接收模块应 用的电路的能量需求量来选择性地将接收到的能量分享至其它无线接收模块，或额外地接收其它无线接收模块提供的能量。
请参照图1，其为本发明实施例的无线能量传输系统的方块图。无线能量传
输系统1包括无线供电模块12及多个无线接收模块14—1-14_a，其中a为大于 1的自然数。
请参照图2，其为图1中无线供电模块的详细方块图。举例来说，无线供电 模块12包括发射端共振器12a及电源电路12b。电源电路12b接收市电讯号 Spw，并提供能量讯号Spl至发射端共振器12a，使发射端共振器12a具有发射 能量(未绘示)。
在一个例子中，电源电路12b包括市电模块12bl、直流交流转换器(AC/DC Converter) 12b2、振荡器(Oscillator) 12b3及阻抗匹配器12b4。市电接收电路 12bl接收并提供市电能量讯号Sp恥交流直流转换器12b2转换市电能量讯号Spw 以提供转换能量讯号Spwr。振荡器电路12b3响应于转换能量讯号Spwr产生匹 配前能量讯号Spwro。阻抗匹配器12b4接收匹配前能量讯号Spwro并提供能量 讯号Spl至发射端共振器12a，使发射端共振器12a具有发射能量(未绘示)。
由于无线接收模块14一l-14一a具有实质上相同的电路结构，接下来，仅以 无线接收模块14_1为例，对无线接收模块14_卜14—a的操作作进一步的说明。 举例来说，无线接收模块14_1应用于第一电子装置。举例来说，第一电子装置 可为包括个人数字助理(PM)、行动电话、鼠标、随身听、…等手持式电子装置。
请参照图3，其为图1中无线接收模块14—1的详细方块图。无线接收模块 包括能量接收模块14a、能量收发模块14b、控制器14c及电池14d。能量接收 模块14a包括接收共振器Resl及电压转换器Covl。发射共振器12a上的发射能 量耦合至接收共振器Resl，使接收共振器Resl具有接收能量。
电压转换器Covl用以接收并对接收共振器Resl上的接收能量进行转换， 以提供转换后能量讯号Sp2。举例来说，电压转换器Covl为二极管(Diode)，其 用以对接收能量进行整流，以提供实质上为直流能量讯号的转换后能量讯号 Sp2。电池14d响应于转换后能量讯号Sp2进行充电操作，以储存系统能量讯号 Svs。
控制器14c比较系统能量讯号Svs与参考电压讯号Svr的位准。在一个操 作实例中，系统能量讯号Svs的位准大于或等于参考电压讯号Svr的位准。在这个例子中，控制器14c判断系统能量讯号Svs对应的能量高于无线接收模块 14—l所处的第一电子装置正常操作所需的能量。如此，控制器14c提供致能的 控制讯号Scl与非致能的控制讯号Sc2控制能量收发模块14b，以将部分的系统 能量讯号Svs透过能量收发模块14b做为分享能量讯号Ssr输出。
在另一个操作实例中，系统能量讯号Svs的位准低于参考电压讯号Svr的 位准。在这个例子中，控制器14c判断系统能量讯号Svs对应得能量低于无线 接收模块14_1所处的第一电子装置正常操作所需的能量。如此，控制器14c提 供致能的控制讯号Sc2与非致能的控制讯号Scl控制能量收发模块14b接收另 一笔接收能量讯号Sp3。
请参照图4，其为本发明图3中无线收发模块14b的详细电路图。能量收发 模块14b包括电源开关SWl、 SW2、分压电路CB、振荡器0SC、电压转换器Cov2、 电感L及电容C1与C2。
在控制器14c判断系统能量讯号Svs对应的能量高于此第一电子装置正常 操作所需的能量的操作实例中，电源开关SW1受控于致能的控制讯号Scl为导 通，以接收电池14d储存的系统能量讯号Svs。电源开关SW2受控于非致能的控 制讯号Sc2为关闭。此时电感L与电容Cl形成输出共振器Res2。
分压电路CB响应于电源开关SW1提供的系统能量讯号Svs的位准，分压产 生分享电压讯号Svci。举例来说，分压电路CB包括分压电阻R1及R2，其中分 压电阻R1及R2其中之一或全部为可变电阻。回应于操作事件，分压电阻R1及 R2的电阻值比例关系被决定，以决定分享电压讯号Svd与系统能量讯号Svs的 分压比例关系。举例来说，此操作事件为使用者操作事件。
振荡器OSC响应于分享电压讯号Svd来振荡产生分享交流电压讯号Svac。 举例来说，振荡器OSC包括节点NT、第一开关及第二开关。节点NT上具有分享 交流电压讯号Svac。第一开关受控于时序讯号CK1于第一期间导通，以提供分 享电压讯号Svd对节点NT充电，以提升分享交流电压讯号Svac的位准。第二 开关受控于时序讯号CK2于第二期间导通，以提供接地电压讯号对节点NT放 电，以降低分享交流电压讯号Svac的位准。其中第一及第二期间彼此错开 (Non-overlapped)。
在一个例子中，第一及第二开关例如分别由晶体管T1及T2实现。晶体管Tl及T2分别受控于频率讯号CK1于第一期间中导通及受控于频率讯号CK2于第 二期间中导通，以响应于分享电压讯号Svd振荡产生分享交流电压讯号Svac。 在一个例子中，晶体管Tl及T2均为P型金氧半(P-type Metal Oxide Semiconductor, PM0S)晶体管，频率讯号CK1及CK2例如为互为反相(Inversed) 的频率讯号。
输出共振器Res2接收分享交流电压讯号Svac以具有再发射能量(未绘 示)。举例来说，无线能量传输系统1中更包括无线传输模块16，无线传输模块 16包括共振器Res3。无线收发模块14b的输出共振器Res2上的再发射能量耦 合至共振器Res3,以将分享能量讯号Ssr输出至无线传输模块16。
在控制器14c判断系统能量讯号Svs对应的能量低于此第一电子装置正常 操作所需的能量的操作实例中，电源开关SW1受控于非致能的控制讯号Scl为 关闭，电源开关SW2受控于致能的控制讯号Sc2为导通。此时电感L与电容C2 形成输入共振器Res2'。
举例来说，无线能量传输系统l中更包括无线传输模块16，无线传输模块 16系包括共振器Res3。共振器Res3上具有能量讯号(未绘示)。共振器Res3上 的能量系耦合至无线收发模块14b中的输入共振器Res2'，以接收无线传输模块 16提供的能量讯号Sp2。
在本实施例中，接收共振器Resl与输出共振器res2的法线方向彼此正交， 而共振器Resl与输入共振器Res2'的法线方向也彼此正交。如此，接收共振器 Resl的能量耦合不与输出共振器Res2与输入共振器Res2'上的能量耦合相互干 扰。
根据以上的叙述可知，本实施例的无线接收模块14_1可根据系统能量讯号Svs 的位准与参考电压讯号Svr的位准的关系来决定系统能量讯号Svs对应的能量 是否大于无线接收模块14一1所处的第一电子装置正常操作所需的能量。若是， 无线接收模块14一1经由无线收发模块14b将多余的能量提供至无线传输模块 16;若否，则经由无线收发模块14b接收无线传输模块16的能量。
举例来说，无线传输模块16可为无线接收模块14—卜14一a中的其它无线接 收模块。在一个例子中，无线供电模块12提供总输出能量Pt11，而各无线接收 模块14一1-14—a中的接收共振器与发射共振器具有相同的共振频率，如此，各接收共振器接收到的能量Pr为实质上相同并满足<formula>formula see original document page 11</formula>
其中n为无线供电模块i2输出总输出能量Ptli的传输率。
然而各无线接收模块14_1-14_3应用于能量需求量不同的电子装置中。举 例来说，无线接收模块14j及14」'系分别应用于无线鼠标与行动电话中，无 线鼠标的能量需求量小于行动电话的能量需求量，其中i与j为小于或等于a 的自然数。在一个操作实例中，无线接收模块14—i接收并储存至电池的系统能 量讯号对应的能量系高于无线鼠标的能量需求量，而无线接收模块14_j接收并 储存至电池的系统能量讯号对应的能量低于行动电话的能量需求量。如此，无 线接收模块14一i透过其中的无线收发模块将额外的能量提供至应用于行动电话 中的无线接收模块14一j。
本实施例的无线接收模块具有能量收发模块，能量收发模块依照其无线接 收模块应用的电路的能量需求量选择性地将接收到的能量分享至其它无线接收 模块，或额外地接收其它无线接收模块提供的能量。如此，相较于传统无线能 量传输系统，应用本发明相关的无线接收模块的无线能量传输系统具有可有效 地分配能量至各无线接收模块及能量使用效率较高的优点。 综上所述，虽然本发明已以一实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本 发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可 作各种的更动与润饰。
权利要求
1.一种无线接收模块，用以接收一无线供电模块提供的能量讯号，该无线供电模块包括一发射端共振器，其特征在于该无线接收模块包括能量收发模块；能量接收模块，包括第一共振器，该发射端共振器上的第一发射能量耦合至该第一共振器，使该第一共振器具有第一接收能量；及第一电压转换器，用以对该第一接收能量进行转换，以得到一转换后第一能量讯号；电池，响应于该转换后第一能量讯号进行充电操作，以储存一系统能量讯号；以及控制器，比较该系统能量讯号与一参考电压讯号的位准，当该系统能量讯号的位准大于或等于该参考电压讯号的位准时，该控制器提供致能的一第一控制讯号控制该能量收发模块，以将该电池中部分的该系统能量讯号做为一分享能量讯号输出。
2. 如权利要求1所述的无线接收模块其特征在于该能量收发模块更包括 电源开关，响应于致能的该第一控制讯号为致能，以接收该系统能量讯号； 分压电路，响应于该电源开关提供的该系统能量讯号的位准分压产生一分享电压讯号；振荡器，响应于该分享电压讯号产生一分享交流电压讯号；及 第二共振器，接收该分享交流电压讯号以具有该分享能量讯号，该分享能 量讯号耦合至一第三共振器，藉此输出该分享能量讯号。该分压电路响应于一操作事件决定该分享电压讯号的位准，以对应地决定该分 享能量讯号的强度。
3. 如权利要求2所述的无线接收模块，其特征在于该振荡器包括 节点，该节点上具有该分享交流电压讯号；第一开关，受控于一第一时序讯号于第一期间导通，以提供该分享电压讯号对该节点充电，以提升该分享交流电压讯号的位准；及第二开关，受控于一第二时序讯号于一第二期间导通，以提供一接地电压 讯号对该节点放电，以降低该分享交流电压讯号的位准。 该第一期间及该第二期间彼此错开。
4. 如权利要求2所述的无线接收模块，其特征在于该第一共振器的法线方 向与该第二共振器的法线方向彼此正交。
5. 如权利要求1所述的无线接收模块，其特征在于当该系统电压讯号的位 准小于该参考电压讯号的位准时，该控制器提供致能的一第二控制讯号致能该 能量收发模块，以接收另一发射端共振器提供的一第二发射能量。
6. 如权利要求5所述的无线接收模±夹其特征在于该能量收发模块更包J舌 一电感器及一电容器；开关，响应于致能的该第二控制讯号导通，使该电感器与该电容器并联连 接，以形成第二共振器，其中该另一发射端共振器上的该第二发射能量耦合至 该第二共振器，使该第二共振器具有第二接收能量；及第二电压转换器，用以对该第二接收能量进行转换，以得到转换后第二能 量讯号；其中，该电池更响应于该转换后第二能量讯号进行充电操作，以储存该系 统能量讯号。
7. 如权利要求5所述的无线接收模块，其特征在于该第一共振器的法线方 向与该第二共振器的法线方向系彼此正交。
8. —种无线能量传输系统，包括无线供电模块，包括一发射端共振器，该发射端共振器具有第一发射能量；以及无线接收模块，包括-能量收发模块； 能量接收模块，包括-第一共振器，该发射端共振器上的该第一发射能量耦合至该第一 共振器，使该第一共振器具有第一接收能量；及第一电压转换器，用以对该第一接收能量进行转换，以得到一转换后第一能量讯号；电池，响应于该转换后第一能量讯号进行充电操作，以储存一系统能 量讯号；及控制器，比较该系统能量讯号与一参考电压讯号的位准，当该系统能 量讯号的位准大于或等于该参考电压讯号的位准时，该控制器提供致能的第一 控制讯号控制该能量收发模块，以将该电池中部分的该系统能量讯号做为一分 享能量讯号输出。
9. 如权利要求8所述的无线能量传输系统，其特征在于 该无线能量传输系统更包括一无线传输电路，该无线传输电路包括一第三共振器；该能量收发模块更包括电源开关，响应于致能的该第一控制讯号为致能，以接收该系统能量讯号；分压电路，响应于该电源开关提供的该系统能量讯号的位准分压产生一分享电压讯号；振荡器，响应于该分享电压讯号产生一分享交流电压讯号；及 第二共振器，接收该分享交流电压讯号以具有该分享能量讯号，该分享能量讯号耦合至该第三共振器，藉此输出该分享能量讯号至该无线传输电路。该分压电路响应于一操作事件决定该分享电压讯号的位准，以对应地决定该分享能量讯号的强度。
10. 如权利要求9所述的无线能量传输系统，其特征在于该振荡器包括 节点，该节点上具有该分享交流电压讯号；第一开关，受控于第一时序讯号于一第一期间导通，以提供该分享电压讯 号对该节点充电，以提升该分享交流电压讯号的位准；及第二开关，受控于第二时序讯号于一第二期间导通，以提供一接地电压讯 号对该节点放电，以降低该分享交流电压讯号的位准。 该第一期间及该第二期间彼此错开。
11. 如权利要求9所述的无线能量传输系统，其特征在于该第一共振器的 法线方向与该第二共振器的法线方向彼此正交。
12. 如权利要求8所述的无线能量传输系统，其特征在于 该无线能量传输系统更包括一无线传输电路，该无线传输电路包括第二发射端共振器，用以提供一第二发射能量；及当该系统电压讯号的位准小于该参考电压讯号的位准时，该控制器提供致 能的一第二控制讯号致能该能量收发模块，以接收该第二发射端共振器提供的 该第二发射能量。
13. 如权利要求12所述的无线能量传输系统，其特征在于该能量收发模块 更包括电感器及电容器；开关，响应于致能的该第二控制讯号导通，使该电感器与该电容器并联连 接，以形成第二共振器，其中该另一发射端共振器上的该第二发射能量系耦合 至该第二共振器，使该第二共振器具有一第二接收能量；及第二电压转换器，用以对该第二接收能量进行转换，以得到转换后第二能 量讯号；其中，该电池更响应于该转换后第二能量讯号进行充电操作，以储存该系 统能量讯号。
全文摘要
无线接收模块及无线能量传输系统，该无线接收模块包括能量收发模块；能量接收模块，包括第一共振器，该发射端共振器上的第一发射能量耦合至该第一共振器，使该第一共振器具有第一接收能量；及第一电压转换器，用以对该第一接收能量进行转换，以得到一转换后第一能量讯号；电池，响应于该转换后第一能量讯号进行充电操作，以储存一系统能量讯号；以及控制器，比较该系统能量讯号与一参考电压讯号的位准，当该系统能量讯号的位准大于或等于该参考电压讯号的位准时，该控制器提供致能的一第一控制讯号控制该能量收发模块，以将该电池中部分的该系统能量讯号做为一分享能量讯号输出。
文档编号H02J17/00GK101621219SQ200910128678
公开日2010年1月6日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者廖国超, 林志隆, 高培善 申请人:苏州达方电子有限公司;达方电子股份有限公司