非接触电源、非接触充电系统以及对可充电电池进行充电的方法

专利名称：非接触电源、非接触充电系统以及对可充电电池进行充电的方法
技术领域：
本发明涉及用于便携式电子设备的电源，更具体地，涉及利用感应 耦合的非接触充电系统。
背景技术：
可充电二次电池安装在诸如移动通信终端、PDA等的便携式电子设 备中。为了给二次电池充电，需要单独的电源以利用家用商业电源对便 携式电子设备的电池提供电能。典型地，电源和电池各自都有单独的外 部接触端子，由此通过连接两个接触端子而把电源与电池电连接起来。
然而，如果接触端子向外突出，则会破坏外形美观，并且接触端子 会被外部杂质污染，导致接触状态不好。并且，如果用户不小心使电池 断开或曝露在湿气中，则电池易于丢失充入的能量。
为了解决接触式充电方法，已经提出以非接触方式对电源和电池充 电的无线充电系统。
如韩国专利申请公开2002-57468、韩国专利申请公开2002-57469、 韩国专利363,439、韩国专利428,713、韩国专利申请公开2002-35242、 韩国实用新型No.217,303、英国专利申请公开2314470、美国专利申请公 开2003/0210106、日本特开2002-209344、日本特开H9-233706、日本特 开2001-258182以及美国专利6，316，909中所公开的，现有技术教导了非 接触充电系统，其在没有接触端子的情况下通过充电体的初级线圈与电 池组的次级线圈之间的感应耦合来对电池进行充电。
然而，上述常规非接触充电系统的缺点在于充电效率取决于初级线 圈和次级线圈之间的位置关系。即，在初级线圈和次级线圈之间存在位 置偏差的情况下，不能在次级线圈中充分地感应出感应电动势，因此与接触式充电系统相比，这种非接触充电系统的充电效率较低。因此，用 户应该将具有次级线圈的便携式电子设备或电池组安置在充电体的最佳 位置处。
为了解决该问题，己经尝试改变初级线圈的排列图案，来保证高充 电效率，而无论次级线圈的位置或朝向如何。
韩国专利524,254(后面称为专利254')公开了一种非接触充电系统， 其中通过连接多个由钴基材料或铁氧体材料制成的小尺寸芯来形成平坦 芯，并通过在该平坦芯上缠绕预定图案的线圈来形成芯块，并将所述芯 块安装在无线充电垫(主充电体)上。
与使用单线圈的非接触充电系统相比较，上述专利254'在充电体的 同一平面上交替或平行地排列多个线圈，以补偿初级线圈和次级线圈之 间导致能量过度浪费的位置偏移
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种非接触电源，其有效地将感应电动势传输 到二次电池装置，而无论初级线圈和次级线圈之间的位置关系如何。
并且，本发明的另一目的是提供同时给多个便携式电子设备充电的
非接触电源。
并且，本发明的另一 目的是提供实现高充电效率并最小化能量浪费 的非接触电源。 技术方案
为了实现上述目的，根据本发明第一方面的非接触电源与具有接收 线圈的电池装置磁耦合，用于以非接触的方式对所述电池装置进行充电， 所述非接触电源具有发送线圈阵列，所述发送线圈阵列包括用于将充电 功率感应到所述接收线圈中的多个发送线圈；以及驱动装置，所述驱动 装置用于检测磁耦合到所述接收线圈上的发送线圈并选择性地仅驱动所 检测到的发送线圈。
此时，所述驱动装置仅选择具有来自所述电池装置的反馈响应的发
送线圈。具体地，所述驱动装置在顺序地驱动所述发送线圈阵列中的发 送线圈的同时确定在预定时间内是否存在来自所述电池装置的反馈响应， 并仅选择在预定时间内具有来自所述电池装置的所述反馈响应的发送线 圈，或者所述驱动装置在同时驱动所述发送线圈阵列的所有发送线圈的同 时仅选择在预定时间内具有来自所述电池装置的反馈响应的发送线圈。
并且，根据本发明第二方面的充电电源系统磁耦合到电池装置，所 述电池装置包括用于感应耦合的次级线圈、用于无线发送数据的无线发 送模块、用于控制所述电池装置的充电状态的充电控制电路以及可充电 电池，所述充电电源系统具有初级线圈阵列，所述初级线圈阵列包括用 于将充电功率感应到所述次级线圈中的多个初级线圈；整流器电路，所 述整流器电路用于将外部交流电压转换成直流电压；线圈驱动电路，所 述线圈驱动电路用于基于所述直流电压生成驱动功率来驱动所述初级线 圈；无线接收模块，所述无线接收模块用于从所述无线发送模块接收反 馈信号；以及驱动控制电路，所述驱动控制电路用于控制所述线圈驱动 电路以对所述初级线圈进行预驱动、根据所述初级线圈的所述预驱动仅 选择具有来自所述电池装置的反馈响应的初级线圈，并仅驱动所选择的 初级线圈来对所述电池装置充电。
此时，所述驱动控制电路在顺序地对所述初级线圈进行预驱动的同 时确定在预定时间内是否存在来自所述电池装置的所述反馈响应，并仅 选择在预定时间内具有来自所述电池装置的所述反馈响应的初级线圈， 或者所述驱动控制电路在同时对所有的初级线圈进行预驱动的同时仅选 择在预定时间内具有来自所述电池装置的所述反馈响应的初级线圈。
并且，所述初级线圈阵列包括安排为矩阵形式或交错形式的多个初 级线圈。
在由包括具有多个初级线圈的初级线圈阵列与无线接收模块的电源 和包括磁耦合到所述初级线圈的次级线圈、无线发送模块与可充电电池 的电池装置构成的非接触充电系统中，根据本发明第三方面的用于对电 池充电的方法包括(A)选择所述初级线圈中的任意一个并在较短的时 间内对所选择的初级线圈进行预驱动；(B)在预定时间内等待来自所述
电池装置的反馈响应；(C)在存在所述反馈响应的情况下，将相应的初 级线圈的标识信息暂时储存在存储器中；(D)从所述初级线圈阵列中选 择另一初级线圈，并重复执行步骤(A)到(C); (E)顺序地对所述初 级线圈阵列的所有初级线圈执行步骤(D);以及(F)从所述内部存储器 中读取所述初级线圈的标识信息，并选择性地仅向相应的初级线圈提供 充电功率。
并且，在由包括具有多个初级线圈的初级线圈阵列与无线接收模块 的电源和包括磁耦合到所述初级线圈的次级线圈、无线发送模块与电池 的电池装置构成的非接触充电系统中，根据本发明第四方面的用于对电
池充电的方法包括(A)在较短的时间内顺序地对所述初级线圈进行预 驱动；(B)在预定时间内等待来自所述电池装置的反馈响应；(C)选择 至少一个具有所述反馈响应的初级线圈；以及(D)通过向所选择的初级
线圈施加充电功率来对所述电池装置充电。
并且，在由包括具有多个初级线圈的初级线圈阵列与无线接收模块 的电源和包括磁耦合到所述初级线圈的次级线圈、无线发送模块与电池 的电池装置构成的非接触充电系统中，根据本发明第五方面的用于对电 池充电的方法包括(A)在较短的时间内同时对所述初级线圈阵列的所 有初级线圈进行预驱动；(B)在预定时间内等待来自所述电池装置的反 馈响应；(C)选择至少一个具有所述反馈响应的初级线圈；以及(D) 通过向所选择的初级线圈施加充电功率来对所述电池装置充电。
并且，根据本发明第六方面的非接触充电系统包括具有由多个初级 线圈组成的初级线圈阵列以及无线接收模块的第一充电单元；具有磁耦合 到所述初级线圈的次级线圈和无线发送模块的第二充电单元；以及由所述 第二充电单元供充电功率的电池，其中所述第一充电单元包括初级线圈 阵列，所述线圈阵列具有用于将充电功率感应到所述次级线圈中的多个初 级线圈；以及用于在等待模式中在驱动所述初级线圈之后选择具有来自所 述第二充电单元的反馈响应的初级线圈并在充电模式中仅驱动所选择的 初级线圈的装置；并且所述第二充电单元包括用于在所述次级线圈中感应 了足以驱动内部电路的功率的情况下生成通报充电开始的反馈信号、并将
所述反馈信号发送到所述第一充电单元的装置。


在下面的详细说明中将更充分描述本发明，然而，这里提出的说明仅 是为示例的目的的优选实施例，并不是要限制本发明的范围。在附图中 图1是常规非接触充电系统的原理立体图。
图2a和2b是根据本发明的一个优选实施方式的非接触电源的使用 状态图。
图3是根据本发明的一个优选实施方式的非接触电源的另一使用状 态图。
图4是根据本发明的一个优选实施方式的非接触电源的功能框图。 图5是示出根据本发明的一个示例性实施方式的发送线圈的顺序驱
动与反馈响应信号之间的关系的时序图。
图6是示出根据本发明的一个示例性实施方式的非接触充电方法的
流程图。
图7是示出根据本发明的另一示例性实施方式的发送线圈的同时驱 动与反馈响应信号之间的关系的时间图。
图8是示出根据本发明的另一示例性实施方式的非接触充电方法的 流程图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。描述之前，应该 理解本说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被解释为限于一般的
字典的意义，而应该在允许发明人为进行最佳解释而适当定义术语的原 则下、根据与本发明的技术方面相应的含义和概念来进行解释。因此， 这里提出的描述仅是出于示例目的的优选实施例，并不是要限制本发明 的范围，所以应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对 其作出其他等同和变型。
图1是常规非接触充电系统的原理立体图，用于描述利用电磁感应
现象的非接触充电原理。
如图中所描述的，非接触充电系统包括利用外部电源产生提供给电 池的充电功率的电源10，和以非接触方式提供来自电源10的充电功率并 利用该充电功率对内部电池(未示出)充电的电池装置20。
电池装置20包括其中具有电池的电池组或其中具有电池的便携式 电子设备。优选地，便携式电子设备包括蜂窝电话、PDA、 MP3播放器 等。电池装置20中的电池为包括锂离子电池或锂聚合物电池在内的可充 电电池。
从外部电源向电源10提供电能，并且电源10产生用于提供给电池 装置20的充电功率，并且优选地为垫板型，从而容易在其上安装电池装 置20。并且，提供给电源10的外部电源优选地使用家用商业交流电源(例 如，60Hz， 220V/100V)，但是也可以施加直流电源。
电源10具有初级线圈11和天线12，并且电池装置20具有对应于电 源10的初级线圈11的次级线圈12和对应于电源10的天线12的天线22。
初级线圈11通过感应耦合而磁耦合到次级线圈21。因此，次级线圈 并列于初级线圈之上，因此通过初级线圈产生的磁场将感应电流感应到次 级线圈中。并且，初级线圈11和次级线圈21分别被天线12和22环绕。
并且，电源10具有用于驱动初级线圈11以产生磁场的充电电源电 路15，并且电池装置20具有用于利用次级线圈21感生的感应电动势对 电池充电的充电电路25。
图2a和2b是根据本发明的电源的使用状态图。
参照图2a，本发明的电源100不像图1的电源10那样在充电垫板上 具有单个线圈，而是具有包括多个线圈11的线圈阵列。并且，线圈阵列 110被天线线圈120环绕。可以形成单个天线线圈120而环绕整个线圈阵 列110，或形成多个天线线圈120而分别环绕例如四到六个初级线圈。
这样，与包括单个线圈的线圈阵列相比，包括多个线圈的线圈阵列 110更容易实现初级线圈和次级线圈之间的位置一致。如图2a中所示出， 即使在电源100上的任意位置处倾斜放置电池装置200，在初级线圈和次 级线圈之间也不会发生位置偏移。即，尽管在电源100上的任意期望位
置放置装置200，也至少存在一个初级线圈与设置于电池装置200中的次 级线圈位置一致。
因此，利用本发明的电源，用户不需要有意识地考虑初级线圈和次 级线圈之间的位置关系，由此提高使用的便利性。并且，本发明的线圈 阵列110可以包括以如图2所示的矩阵形式形成的多个线圈，或者包括 以如图2b所示的交错形式排列、即形成的多个线圈。
图3是根据本发明的电源的另一使用状态图。
参照图3，在具有线圈阵列110的电源100上安置至少一个电池装置 200a、 200b及200c。因此，本发明的电源100具有能够同时对多个电池 装置200a、 200b以及200c充电的优点。
然而，图2和3中示出的电源100的优点在于能够确保稳定的充电 效率而无论初级线圈和次级线圈之间的位置关系如何，并且能够同时对 多个电池装置充电，但是缺点在于过度耗能。
因此，发明人发现，通过仅驱动多个初级线圈当中至少一部分被耦 合到电池装置的初级线圈可以显著减小能耗。
后面将参照图4和5详细描述根据本发明的电源的优选实施方式。
首先，图4是根据本发明的一个优选实施方式的非接触充电系统的 功能框图。
参照图4，根据本示例性实施方式的非接触充电系统包括电源100 和电池装置200。
电源100具有发送线圈阵列110、整流器152、功率分配电路153、 线圈驱动电路154、控制电路155、充电模式控制电路156以及无线接收 模块157和158。
发送线圈阵列110包括至少一个发送线圈(Td、 TC2...TCn)，并且 优选地以如图2和3中所示的矩阵形式形成发送线圈(Td、 TC2...TCn)。
整流器152将商业交流电源(60Hz， 220V) 151的交流电压整流为 直流电压，并将该直流电压传输到功率分配电路153。
功率分配电路153将由整流器152整流的直流电压传输到所选择的 线圈驱动电路154。 g卩，功率分配电路153从控制电路155接收选择命令，
并将整流后的直流电压传输到由该选择命令指示的线圈驱动电路154。例
如，功率分配电路153是一种位于整流器152和线圈驱动电路154之间 的切换电路，并将控制电路155所选择的线圈驱动电路154电连接到整 流器152。
充电模式控制电路156控制由控制电路155选择的线圈驱动电路 154，以便控制相应发送线圈110的驱动模式。例如，驱动模式包括等待 模式、充电模式以及缓冲模式。
参照图5，等待模式用于检查初级线圈和次级线圈之间的耦合状态， 例如，等待模式是在50毫秒(Wl)期间驱动初级线圈并在1秒(t》期 间停止的模式。充电模式是与次级线圈位置一致的初级线圈在比等待模 式更长的时间(W2)内驱动而对电池装置充电的模式。而缓冲模式是当电 池装置被充满电时为减小能耗而縮短初级线圈的驱动时间(w3)的模式。
尽管本发明示出发送线圈的驱动模式包括如图5中示出的等待模 式、充电模式以及缓冲模式，但是本发明并不限于此。
线圈驱动电路154将来自整流器的直流电压转换成具有统一电平和 频率(例如80kHz)的交流电压，以单独驱动多个发送线圈。特别地， 本示例性实施方式的线圈驱动电路154根据充电模式控制电路156的控 制、按照图5中示出的各种模式(例如等待模式、充电模式以及缓冲模 式)产生预定的交流脉冲电压。
无线接收模块157和158包括天线线圈158和接收电路157，并且 无线地接收充电启动信号(FRi、 FR2等)和从电池装置200反馈来的充 电状态信号(CS!、 CS2等)，而且对充电状态信号进行解调并将它们传输 到控制电路155。
控制电路155从接收电路157接收电池装置200的反馈信号、分析 该反馈信号并控制功率分配电路153和充电模式控制电路156。特别地， 控制电路155优选地被连接到脉冲生成器(未示出)和计时器(未示出)。 即，计时器对从脉冲生成器传输来的脉冲进行计数，并将计数值传输到 控制电路155。因此，控制电路155根据预定周期(Tn+t。通过控制 功率分配电路153来顺序地驱动线圈驱动电路154。
也就是说，控制电路155根据预定时间(Wl， t。顺序驱动线圈驱动 电路154、从电池装置200接收反馈信号并选择要转换成充电模式的发送 线圈(Td、 TC2...TCn)。
电池装置200具有次级线圈210、整流器251、恒压/恒流电路252、 充电状态检测电路253、控制电路254以及无线发送模块220和256。
次级线圈210是磁连接到用于产生感生电动势的初级线圈(或发送 线圈)的接收线圈。施加到初级线圈110的功率信号为图5中示出的脉 冲串信号(具有宽度Wi的脉冲)，因此感应到次级线圈210中的感生电 动势也为交流脉冲串。并且，如图5所示，感应到次级线圈210中的交 流电压脉冲还根据初级线圈110的驱动模式而与等待模式、充电模式及 缓冲模式中的任意一种相应。
整流器251被连接到次级线圈210的输出端，并且整流器251将次 级线圈210感生的交流电压脉冲平坦化为预定电平的直流电压。
恒压/恒流电路252利用预定电平的直流电压产生对电池进行充电的 恒压和恒流。即，恒压/恒流电路252在电池的初始充电点维持恒流模式， 并且当电池的充电电压饱和时，恒压/恒流电路252将恒流模式转换成恒 压模式。
充电状态检测电路253检测充电状态，例如感应到次级线圈的输出 端的电状态、整流器的输出端的电状态或恒压/恒流电路的相对端的电压。 检测到的充电状态检测信号被输入到控制电路255中。
控制电路255是一种微处理器，并且它接收诸如充电状态检测信号 的监视信号并基于该监视信号控制恒压/恒流电路252和无线发送模块 220禾卩256。
也就是说，控制电路255基于从充电状态检测电路253输入的充电 状态检测信号检查初级线圈是否耦合到次级线圈、初级线圈和次级线圈 之间的位置关系、电池的充电状态(恒流模式、恒压模式或充电程度) 以及恒压力度流电路的相对端的电压状态。特别地，控制电路255检查感 应到次级线圈的交流电压脉冲的下降点，并使待发送到电源100的反馈 响应信号的发送点与脉冲的下降点同步。
并且，在次级线圈210的输出端存在能够驱动控制电路255的最低 程度的电流的情况下，控制电路255将充电启动信号(FRi、 FR2等)(见 图5)反馈到电源100。相应地，电源100的控制电路155确定当前驱动 的发送线圈110的至少一部分被耦合到次级线圈210，并将信息暂时储存 在内部存储器(未示出)中。
并且，二次电池装置的控制电路255监视电池262在任意时刻的充 电电流和充电电压，并将监视值临时储存在内部存储器(未示出)中。 图中未示出的存储器储存电池的规格信息(例如，产品代码、标称值等) 以及电池的充电状态信息，例如监视的充电电流和充电电压。
并且，控制电路255根据电池的充电状态合适地选择并转换恒压模 式与恒流模式。
无线发送模块256和220包括用于发送要向电源100发送的反馈响 应信号(例如充电启动信号或充电状态信号)的天线220，和用于调制诸 如充电状态信息的基带信号以生成反馈响应信号的发送电路256。
保护电路(PCM:脉冲编码调制)261设置在恒压/恒流252和电池 262之间，以防止将过高的电压或电流施加到电池上。保护电路261和电 池262形成单个电池单元260。
图4中的上述非接触充电系统的功能结构仅为用于描述本发明的原 理的一个示例性实施方式，并且在不脱离本发明技术原理的范围内明显 存在各种变型例。
接着，参照图5和6描述根据本发明一个优选实施方式的非接触充 电系统的操作。
首先，为了描述方便，假设本示例性实施方式的电源100具有如图 2a所示的线圈阵列结构(即，按照矩阵形式在天线线圈内形成十五个初 级线圏)，并且如图2a所示，电池装置(例如蜂窝电话)被安置于电源 100上。gp，假设将电池装置200安置于电源100的发送线圈中的发送线 圈#7、 #8、 #9、 #12、 #13以及#14上，如图2a所示。
当诸如商业交流电源151的外部电源被施加给电源100时，电源的 控制电路155启动，并控制功率分配电路153和线圈驱动电路154顺序
驱动发送线圈110 (SIO)。此时，计时器对从图中未示出的脉冲生成器输 入的预定脉冲计数，并将此计数信息输入到控制电路中(S15)。
首先，控制电路155控制功率分配电路153在预定时间(Wl)期间 将整流器152整流的直流电压施加到线圈驱动电路#1 154。即，如图5中 所示出，控制电路155驱动线圈驱动电路#1 154以在时间w,(例如50 毫秒)期间驱动发送线圈Td并在时间h (例如1秒)期间停止驱动发送 线圈Td (S20)。此时，控制电路155确定在时间^内是否存在来自二 次电池装置200的反馈响应信号(充电启动信号)(S25)。
在未从二次电池装置200接收到任何响应的情况下，控制电路155 确定不存在耦合到发送线圈Td的次级线圈，并控制功率分配电路153 驱动线圈驱动电路#2 154。 gp，控制电路155确定发送线圈(或线圈驱动 电路)的编号n是否达到15 (S35)，并且在发送线圈的编号(n)未达到 15的情况下，控制电路将n值加1 (S40)。相应地，从控制电路155输 出的选择信号指示线圈驱动电路#2 154，并因此以与步骤S20相同的方式 驱动线圈驱动电路#2 154。
同时，在步骤S25中存在来自电池装置200的反馈响应信号的情况 下，控制电路确定存在至少部分被耦合到发送线圈Td的次级线圈210、 将对应发送线圈的编号(#1)储存在内部存储器中并执行步骤S35 (S30)。
在本示例性实施方式中，如图2所示，发送线圈Td到发送线圈TC6 没有磁耦合到次级线圈。因此，如图5所示，在发送线圈Td到发送线 圈TC6的操作期间，天线线圈158接收不到任何反馈响应信号。然而， 发送线圈TC7、 TC8、 TC12以及TC13被磁耦合到电池装置200的次级线圈 210。因此，在电池装置的次级线圈210中出现感生电动势，并且通过该 感生电动势驱动电池装置的控制电路255。同时，次级线圈210的输出端 出现的感生电动势还被转换成如图5所示的直流脉冲，并且充电状态检 测电路253检测该直流脉冲的下降点并将该直流脉冲的下降点报告给控 制电路255。相应地，控制电路255通过无线发送模块220和256将反馈 响应信号(F&、 FR2、 FR3等)发送到电源100的无线接收模块157和 158。图5示出在发送线圈TC7、 TC8以及TC13的等待时间(t》期间，
电源的天线线圈158接收到FR。 FR2以及FR3各自的反馈响应信号。
发送线圈TCM在物理上与电池装置耦合，但是没有与次级线圈210 磁耦合。因此，尽管发送线圈TC"以等待模式运行，天线线圈却接收不 到反馈响应信号。并且，发送线圈TC12的一部分被磁耦合到次级线圈210， 但是由于位置偏移导致感应到次级线圈中的电压不可避免地非常低。因 此，尽管产生了感生电动势，但是该感生电动势不能驱动电池装置的控 制电路255，因此天线线圈接收不到反馈响应信号。
这样，在顺序驱动发送线圈Td到TC,4的同时，控制电路255等待 来自电池装置200的反馈响应信号。此时，在特定发送线圈的运行期间 接收到反馈响应信号时，控制电路255将对应发送线圈的编号(#)暂时 储存在内部存储器中。
同时，在上述步骤S35中n值为15的情况下，控制电路执行步骤 S45以等待反馈响应信号。此时，在存在反馈响应信号的情况下，控制电 路以和步骤S30相同的方式将对应发送线圈的编号#15暂时储存在内部 存储器中(S50)，而在不存在反馈响应信号的情况下，控制电路停止等 待模式并转换成充电模式。
也就是说，控制电路155检索内部存储器，读取暂时储存在内部存 储器中的发送线圈的编号#7、 #8以及#13，基于读取的结果控制功率分配 电路153和充电模式控制电路156，由此将发送线圈TC7、 TQ以及Td3 转换成充电模式，并停止其他发送线圈的工作(S55和S60)。
因此，具有宽度w2的驱动脉冲被施加到发送线圈(TC7、 TC8以及 TC13)，并且在与发送线圈磁耦合的次级线圈210中感应出相应的充电功 率脉冲。感应的充电功率通过整流器251转换成直流电，并通过恒压/恒 流电路252被充入电池262。此时，充电状态检测电路253检测施加到电 池262的充电电流和充电电压，并将该充电电流和充电电压发送到控制 电路255。控制电路255在充电功率脉冲的下降点处将图5中示出的充电 状态信号(CS1、 CS2等)反馈到电源IOO。
反馈有来自电池装置200的充电状态信号(CS1, CS2等)的电源的 控制电路155根据电池的充电状态控制发送线圈(TC7、 TC8以及TC13)
的驱动电平。并且，当在充电模式期间电池被充满电时，控制电路155
控制充电模式控制电路156将发送线圈(TC7、 TCs以及Td3)的驱动模
式转换成如图5中示出的缓冲模式。缓冲模式的驱动脉冲的脉冲宽度(W3)
小于充电模式的驱动脉冲的脉冲宽度(w2)并与等待模式的驱动脉冲的 脉冲宽度(w》相似。
如上面所描述的，本发明的非接触充电系统不驱动发送线圈阵列的 所有发送线圈，而是仅驱动磁耦合到电池装置的接收线圈上的发送线圈， 因此与常规系统相比较，该非接触充电系统能够显著减小能耗。并且， 为了检测磁耦合到电池装置的接收线圈上的发送线圈，本发明操作具有 比充电模式相对更低的功耗的等待模式。此外，在发送线圈阵列中包括 多个发送线圈，因此本发明能够同时为多个电池装置充电。
尽管本发明的上述实施方式示出功率分配电路153设置在整流器 152和线圈驱动电路154之间，但是功率分配电路154也可以设置在单个 线圈驱动电路和多个发送线圈之间。
此外，尽管本发明的示例性实施方式示出控制发送线圈的驱动电平 中使用的脉冲宽度调制，但是可以应用诸如频率调制的其他方法。
尽管图4中示出的示例性实施方式示出环绕整个线圈阵列的单个天 线线圈120，但是天线线圈可以被单个设置到每个发送线圈(Td、 TC2 TCn)。
这样，如果发送线圈和天线线圈以集成方式形成为线圈块，则不需 要如图5所示在顺序驱动发送线圈的同时找出耦合到次级线圈的发送线 圈。即，如图7所示，可以同时驱动所有发送线圈并仅接收磁耦合到次 级线圈的发送线圈。在这种情况下，可以使用不同频率或不同编码来区 分不同天线线圈接收到的反馈信号。
将参照图7和8详细描述本发明的另一实施方式。
当外部电源151施加到电源100 (S200)时，控制电路155控制功 率分配电路153和充电模式控制电路156以在等待模式下同时驱动发送 线圈阵列110的所有发送线圈(TQ TC15) (S202)。
从发送线圈(Td Tds)生成的磁场被辐射到外部环境，并且通过
与次级线圈210磁耦合的发送线圈(例如TC2和TQ)生成的磁场、在次 级线圈210的输出端出现感生电动势。此时，从发送线圈(Td Tds) 发出的信号应该具有不同的频率或不同编码，使得电池装置200能够区 分这些发送线圈(TQ TC15)。
电池装置200分析感应到次级线圈210的输出端的等待模式功率脉 冲、确定已经产生感生电动势的发送线圈的编号(#)，并将该编号信息 作为反馈响应信号发送给电源100。
此时，在电源的控制电路155以等待模式驱动发送线圈(Td Tds) 之后，控制电路等待反馈响应信号并确定接收反馈响应信号需要的时间 是否超过预定时间(例如50毫秒)(S204和S206)。
此时，当在预定时间内从电池装置200接收到反馈响应信号时，控 制电路分析响应信号，并选择与次级线圈210磁耦合(或位置一致)的 发送线圈(例如TC2和TCs) (S208)。
控制电路155通过控制功率分配电路153和充电模式控制电路156 将在上述步骤S208中选择的发送线圈(例如TC2和TCs)的驱动模式从 等待模式转换成充电模式(S210)。
如上所述，本发明同时驱动发送线圈阵列的所有发送线圈，因此在 等待模式下工作所需的时间减少，由此减小了不必要的功耗。
上面已经参照附图详细描述了本发明的优选实施方式。然而，应该 理解，在指示本发明的优选实施方式的同时，仅通过示例方式给出详细 描述和特定示例，因为根据该详细描述在本发明精神和范围内的各种变 化和变型例对于本领域技术人员将是明显的。
工业应用
如上所述，按照矩阵形式在充电垫板上形成多个发送线圈，因此本 发明防止与次级线圈的位置偏移，并且能够以非接触方式同时对多个便 携式电子设备充电。
此外，本发明能够选择性地仅驱动与便携式电子设备的次级线圈位 置一致的初级线圈，由此显著减少能量浪费。
权利要求
1.一种与具有接收线圈的电池装置磁耦合的非接触电源，用于以非接触的方式对所述电池装置进行充电，所述非接触电源包括线圈阵列，其包括用于将充电功率感应到所述接收线圈中的多个发送线圈；以及驱动装置，其用于检测磁耦合到所述接收线圈上的发送线圈，并选择性地仅驱动所检测到的发送线圈。
2. 如权利要求l所述的非接触电源，其中所述驱动装置仅选择具有来自所述电池装置的反馈响应的发送 线圈。
3. 如权利要求2所述的非接触电源，其中所述驱动装置顺序驱动所述发送线圈中的任何一个，确定在预 定时间内是否存在来自所述电池装置的反馈响应，并仅选择在预定时间 内具有来自所述电池装置的所述反馈响应的发送线圈。
4. 如权利要求2所述的非接触电源，其中所述驱动装置同时驱动所有的所述发送线圈，并仅选择在预定 时间内具有来自所述电池装置的反馈响应的发送线圈。
5. —种与电池装置磁耦合的充电电源系统，所述电池装置包括用于 感应耦合的次级线圈、用于无线发送数据的无线发送模块、用于控制所 述电池装置的充电状态的充电控制电路以及可充电电池，所述充电电源 系统包括初级线圈阵列，其包括用于将充电功率感应到所述次级线圈中的多 个初级线圈；整流器电路，其用于将外部交流电压转换成直流电压；线圈驱动电路，其用于基于所述直流电压生成驱动所述初级线圈的 驱动功率；无线接收模块，其用于从所述无线发送模块接收反馈信号；以及 驱动控制电路，其用于控制所述线圈驱动电路以对所述初级线圈进 行预驱动、根据所述初级线圈的所述预驱动仅选择具有来自所述电池装 置的反馈响应的初级线圈，并仅驱动所选择的初级线圈来对所述电池装 置充电。
6. 如权利要求5所述的充电电源系统，其中所述驱动控制电路顺序地对所述初级线圈进行预驱动，确定在 预定时间内是否存在来自所述电池装置的所述反馈响应，并仅选择在预 定时间内具有来自所述电池装置的所述反馈响应的初级线圈。
7. 如权利要求5所述的充电电源系统，其中所述驱动控制电路同时对所有的所述初级线圈进行预驱动，并 仅选择在预定时间内具有来自所述电池装置的所述反馈响应的初级线 圈。
8. 如权利要求6或7所述的充电电源系统， 其中所述初级线圈阵列包括以矩阵形式排列的多个初级线圈。
9. 如权利要求6或7所述的充电电源系统， 其中所述初级线圈阵列包括以交错形式排列的多个初级线圈。
10. —种在非接触充电系统中对电池进行充电的充电方法，所述非 接触充电系统由电源和电池装置构成，所述电源包括具有多个初级线圈 的初级线圈阵列以及无线接收模块，所述电池装置包括磁耦合到所述初 级线圈上的次级线圈、无线发送模块以及可充电电池，所述充电方法包括(A) 选择所述初级线圈中的任意一个，并在较短的时间内对所选择 的初级线圈进行预驱动；(B) 在预定时间内等待来自所述电池装置的反馈响应；(C) 在存在所述反馈响应的情况下，将相应初级线圈的标识信息暂 时储存在内部存储器中；(D) 从所述初级线圈阵列中选择另一初级线圈，并重复执行步骤 (A)至[J (C);(E) 顺序地对所述初级线圈阵列的所有初级线圈执行步骤(D);以及 (F)从所述内部存储器中读取所述初级线圈的标识信息，并选择性 地仅向相应的初级线圈施加充电功率。
11. 一种在非接触充电系统中对电池进行充电的充电方法，所述非 接触充电系统由电源和电池装置构成，所述电源包括具有多个初级线圈 的初级线圈阵列以及无线接收模块，所述电池装置包括磁耦合到所述初 级线圈上的次级线圈、无线发送模块以及电池，所述充电方法包括(A )在较短的时间内顺序地对所述初级线圈进行预驱动；(B) 在预定时间内等待来自所述电池装置的反馈响应；(C) 选择至少一个具有所述反馈响应的初级线圈；以及(D) 通过向所选择的初级线圈施加充电功率来对所述电池装置充电。
12. —种在非接触充电系统中对电池进行充电的充电方法，所述非 接触充电系统由电源和电池装置构成，所述电源包括具有多个初级线圈 的初级线圈阵列以及无线接收模块，所述电池装置包括磁耦合到所述初 级线圈上的次级线圈、无线发送模块以及电池，所述充电方法包括-(A) 在较短的时间内同时对所述初级线圈阵列的所有初级线圈进行 预驱动；(B) 在预定时间内等待来自所述电池装置的反馈响应；(C) 选择至少一个具有所述反馈响应的初级线圈；以及(D) 通过向所选择的初级线圈施加充电功率来对所述电池装置充电。
13. 如权利要求10到12中任意一项所述的充电方法，其中根据所述初级线圈和所述次级线圈之间的磁耦合强度确定所述 反馈响应。
14. 如权利要求13的任意一个所述的充电方法， 其中对所述初级线圈进行预驱动的功率至少足以驱动所述电池装置的内部电路。
15. —种非接触充电系统，该非接触充电系统包括具有由多个初级线圈组成的初级线圈阵列以及无线接收模块的第一充电单元、具有磁 耦合到所述初级线圈上的次级线圈以及无线发送模块的第二充电单元、 以及由所述第二充电单元提供充电功率的电池， 其中所述第一充电单元包括线圈阵列，其包括用于将充电功率感应到所述次级线圈中的多个所 述初级线圈；以及用于在等待模式中在驱动所述初级线圈之后仅选择具有来自所述第 二充电单元的反馈响应的初级线圈、并在充电模式中仅驱动所选择的初 级线圈的装置，并且所述第二充电单元包括用于在所述次级线圈中感应了足以驱动内部电路的功率的情况下生 成通报充电开始的反馈信号、并将所述反馈信号发送到所述第一充电单 元的装置，由此，在所述初级线圈阵列的所述初级线圈中，仅选择性地驱动与 所述次级线圈位置一致的初级线圈。
16. 如权利要求15所述的非接触充电系统，其中所述第一充电单元的所述驱动装置顺序地驱动所述初级线圈、 单独接收所述反馈响应，并且在针对所有的初级线圈接收了反馈响应的 情况下，仅选择具有所述反馈响应的初级线圈。
17. 如权利要求15所述的非接触充电系统，其中所述第一充电单元的所述驱动装置同时驱动所有的初级线圈、 接收所述反馈响应，并且仅选择具有所述反馈响应的初级线圈。
全文摘要
本发明涉及与具有接收线圈的电池装置磁耦合的非接触电源，用于以非接触的方式对所述电池装置进行充电，所述非接触电源具有发送线圈阵列，所述发送线圈阵列包括用于将充电功率感应到接收线圈中的多个发送线圈；以及驱动装置，所述驱动装置用于检测与所述接收线圈磁耦合的发送线圈，并选择性地仅驱动检测到的发送线圈。
文档编号H02J17/00GK101375483SQ200780003798
公开日2009年2月25日 申请日期2007年1月23日 优先权日2006年1月31日
发明者崔星旭, 文盛煜, 朴东荣, 权光熙, 金政范, 燮 韩 申请人:Ls电线有限公司