无线充电系统及其无线送电装置及无线送电方法与流程

本发明是关于一种充电系统，特别是使用无线充电的充电系统。

背景技术：

无线充电技术，又称为非接触式充电，因不需要依靠电线来传送电力而避免可能触电的危险性，也不需要电源插座而不会有多条电线互相缠绕的问题，在使用上提升了安全及便利性，市面上许多产品已广泛地应用无线充电技术。

无线充电技术是透过电磁感应原理来传送电力，充电器藉由线圈耦合的方式将电力传送至用电的电子设备，充电器中包含无线送电装置，而用电的电子设备中包含无线受电装置，透过无线送电装置中的主要线圈与无线受电装置中匹配于主要线圈的次要线圈紧密贴合以传送电力。主要线圈经通电后产生磁场，次要线圈受磁场影响而产生感应电流，无线受电装置中的整流电路将感应电流转换成直流电流，电子装置接收直流电流以进行充电。如此一来，电力即由充电器传送至电子设备。

再者，无线受电装置亦可根据接收的电力产生电力控制信号(或称之为数据包)并将电力控制信号传送至无线送电装置，以作为控制功率及程序处理的信号，无线送电装置再根据电力控制信号来调整欲传送的电力。基此，在公知的技术中，无线受电装置是将电力控制信号进行调制后才进行发射，而无线送电装置必须进行解调才能获得电力控制信号，然而，公知的无线送电装置中所使用的解调电路中的滤波器较为复杂，进而导致电路成本提高及电路设计较为困难。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种无线充电系统及其无线送电装置及无线送电方法。

在一实施例中，一种无线送电装置包含电源转换电路、发射线圈、解调电路及控制电路；电源转换电路根据参数输出具有工作频率的脉波宽度调制信号，发射线圈依据脉波宽度调制信号来发射电力信号，解调电路根据取样频率自发射线圈来获得电力调整信息，控制电路根据电力调整信息来调整参数，而前述的取样频率为工作频率乘上倍数值，倍数值为正整数值加偏移量，且偏移量位于0.25至0.75的范围间。

在一实施例中，一种无线送电方法包含根据参数产生具有工作频率的脉波宽度调制信号、根据脉波宽度调制信号发射电力信号、根据工作频率产生取样频率、根据取样频率自发射线圈获得电力调整信息及根据电力调整信息调整参数，其中，前述取样频率为工作频率乘上一倍数值，且倍数值为一正整数值加一偏移量，偏移量位于0.25至0.75的范围间。

在一实施例中，一种无线充电系统包含无线送电装置及无线受电装置。无线送电装置包含电源转换电路、发射线圈、解调电路及控制电路；电源转换电路根据参数输出具有工作频率的脉波宽度调制信号，发射线圈依据脉波宽度调制信号来发射电力信号，解调电路根据取样频率自发射线圈来获得电力调整信息，控制电路根据电力调整信息来调整参数，而前述的取样频率为工作频率乘上倍数值，倍数值为正整数值加偏移量，且偏移量位于0.25至0.75的范围间；无线受电装置包含次级线圈、整流电路及调制电路；次级线圈接收自发射线圈的电力信号，整流电路整流电力信号以产生直流信号，调制电路根据直流信号产生调制信号，且调制信号包含前述电力调整信息。

综上所述，根据本发明的无线送电装置发射具工作频率的电力信号，且无线送电装置的解调电路藉由工作频率乘上一倍数值的取样频率来解调自无线受电装置的数据包，而倍数值为正整数值加上偏移量，且偏移量位于0.25至0.75的范围间。如此一来，解调电路中的滤波器可以阶数较低的滤波器来实现，进而降低电路成本且电路设计较为简单。

附图说明

图1为根据本发明的无线充电系统的一实施例的示意图。

图2为图1的无线送电装置及无线受电装置的一实施例的功能方块图。

图3为图2的解调电路的一实施例的功能方块图。

图4为根据本发明的无线送电方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

图1为根据本发明的无线充电系统的示意图。请参照图1，无线充电系统包含无线送电装置10及无线受电装置20，无线受电装置20位于电子设备30中，无线送电装置10可经由无线的方式将电力发送至无线受电装置20以对电子设备30进行充电。在一些实施例中，电子设备30可为手机、平板计算机、笔记本电脑或多媒体播放器，但并不以此为限。

图2为图1的无线送电装置10及无线受电装置20的功能方块图。请参照图2，无线送电装置10包含电源转换电路11、发射线圈12、解调电路13及控制电路14；电源转换电路11、发射线圈12、解调电路13及控制电路14依序串接且控制电路14耦接电源转换电路11。无线受电装置20包含次级线圈(secondary coil)21、调制电路 22、整流电路23及充电电路24；次级线圈21耦接整流电路23，且调制电路22耦接于整流电路23及充电电路24之间。

电源转换电路11可根据参数S5输出脉波宽度调制(pulse width modulation；PWM)信号S1，且脉波宽度调制信号S1具有工作频率。发射线圈12根据脉波宽度调制信号S1发射电力信号P1至无线受电装置20，且电力信号P1的频率相同于工作频率；以无线充电联盟(Wireless power consortium；WPC)所制定的Qi标准为例，工作频率位于100kHz至205kHz的范围间。在此，无线受电装置20接收电力信号P1，并经由无线受电装置20中的次级线圈21接收电力信号P1，整流电路23将电力信号P1转换为直流信号并传送至充电电路24；再者，次级线圈21可将调制电路22产生的数据包P2传送至无线送电装置10，而数据包P2包含电力调整信息S4；无线送电装置10的发射线圈12可接收数据包P2，解调电路13将自发射线圈12的信号S3中包含的数据包P2解调以获得电力调整信息S4，而信号S3可为电流信号或电压信号；控制电路14根据电力调整信息S4来产生参数S5来调整参数S5，电源转换电路11可根据参数S5产生脉波宽度调制信号S1，使发射线圈12可发送具不同能量的电力信号P1至无线受电装置20。在一些实施例中，控制电路14包含译码器(decoder)，用以对电力调整信息S4进行译码以产生参数S5。

电源转换电路11可以半桥反向器(half-bridge inverter)111及脉冲信号产生器(pulse generator)110来实现，或者，在一些实施例中，电源转换电路11亦可以全桥反向器(full-bridge inverter)来实现(图未示)。控制电路14产生的参数S5可为占空比(duty cycle)、频率(frequency)或占空比及频率的组合，控制脉冲信号产生器110根据参数S5产生不同占空比、不同频率或占空比及频率均不同的脉冲信号来驱动半桥反向器111产生脉波宽度调制信号S1。在一些实施例中，控制电路14可为具运算能力的微处理器、中央处理器控制器或微控制器。

进一步地来看，解调电路13是根据取样频率自发射线圈12来获得电力调整信息S4，由于无线受电装置20所传送的数据包P2属于模拟信号且具有工作频率，自发射线圈12的信号S3包含数据包P2及相应于工作频率的谐波(harmonic signal)，为避免受谐波干扰，取样频率是对应工作频率来产生，也就是说，当发射线圈12发射的电力信号P1具有不同的工作频率时，取样频率亦随之改变。取样频率与工作频率之间具有倍数关系，取样频率为工作频率乘上一倍数值，且倍数值为正整数值加上位于0.25至0.75的范围间的偏移量。举例来说，假设正整数值为8，正整数值加偏移量所得的倍数值位于8.25至8.75的范围间，以前述的Qi标准为例，若工作频率为175kHz，取样频率可为1443.75kHz至1531.25kHz的范围间中的任一频率。以下内容配合图式对解调电路13进行更进一步的说明。

图3为图2的解调电路13的功能方块图。请参照图3，解调电路13包含滤波器(Filter)131、模拟数字转换器(Analog-to-digital converter；ADC)132及锁相环(Phase-locked loops；PLL)133。滤波器131及模拟数字转换器132依序串接，且锁相环133的输出端耦接至模拟数字转换器132的控制端。

滤波器131的输入端耦接发射线圈12，以接收自发射线圈12的信号S3。滤波器131对信号S3进行滤波以将位于特定频带中的谐波滤除，并输出滤波信号S6。模拟数字转换器132的输入端接收滤波信号S6，且模拟数字转换器132的控制端耦接锁相环133，模拟数字转换器132可根据取样频率对滤波信号S6进行模拟数字转换，也就是说，模拟数字转换器132依据取样频率对滤波信号S6进行取样以将滤波信号S6转换为数字信号。而模拟数字转换器132为本领域所熟知，故在此不再赘述其详细电路结构与运作。

在实作上，考虑电路成本，设计者可在不同的取样效果及滤波效果之间做取舍，取样效果及滤波效果分别与模拟数字转换器132的取样频率与滤波器131的阶数(order)有关；若取样频率较低，模拟 数字转换器132可能取样到数据包P2以外的噪声(noise)，则需使用阶数较高的滤波器作为滤波器131，例如二阶滤波器、三阶滤波器甚至是四阶以上的滤波器，以将数据包P2中大部分的噪声滤除；反之，若取样频率较高，模拟数字转换器132较不容易取样到数据包P2以外的噪声，如此则可使用阶数较低的滤波器作为滤波器131，例如一阶滤波器。如前所述，取样频率为工作频率乘上一倍数值(正整数值加偏移量)，若考虑电路成本，正整数值可为小于或等于10的正整数，若考虑滤波效果，前述正整数值可为大于或等于5的正整数。在此，正整数值可为5、6、7、8、9或10，正整数值加偏移量所得的倍数值位于5.25至5.75的范围间、6.25至6.75的范围间、7.25至7.75的范围间、8.25至8.75的范围间、9.25至9.75的范围间或10.25至10.75的范围间。此外，为避免工作频率及其谐波产生混迭(aliasing)且具有较低的电路成本，倍数值可为8.5且滤波器131可以一阶滤波器来实现。

如图2及图3所示，锁相环133的输入端耦接电源转换电路11的输出端，锁相环133接收脉波宽度调制信号S1，以根据脉波宽度调制信号S1产生具取样频率的取样信号S2。锁相环133以脉波宽度调制信号S1作为参考信号，并根据前述倍数值输出取样信号S2，使取样信号S2具有取样频率，而锁相环133为本领域技术人员所熟知，故在此不再赘述其详细电路结构及运作。在实作上，设计者可依据前述倍数值来设计锁相环133，锁相环133接收脉波宽度调制信号S1后即产生具取样频率的取样信号S2。或者，锁相环133亦可包含另一输入端，以接收倍数值，锁相环133可根据脉波宽度调制信号S1及外部电路产生的倍数值及来产生取样信号S2。基此，以倍数值较佳地为8.5且工作频率为175kHz为例，锁相环133接收脉波宽度调制信号S1后即输出频率为1487.5kHz的取样信号S2，模拟数字转换器132可以1487.5kHz的取样频率取样滤波信号S6来进行模拟数字转换。

在一些实施例中，锁相环133亦可以频率合成器(frequency synthesizer)或其他可将参考频率进行升频处理功能的电路来取代，以根据工作频率来产生前述具倍数值关系的取样频率。

在一些实施例中，解调电路13更包含混频器(frequency mixer)及数字滤波器(图未示)，以对电力调整信息S4重复进行数字滤波处理。

图4为根据本发明的无线送电方法的流程图。请同时参照图2至图4，电源转换电路11根据参数S5产生具有工作频率的脉波宽度调制信号S1(步骤S01)，发射线圈12根据脉波宽度调制信号S1发射电力信号P1(步骤S02)至无线受电装置20，解调电路13根据工作频率产生具取样频率的取样信号S2(步骤S03)，取样频率为工作频率乘上一倍数值，解调电路13再根据取样频率自发射线圈12获得电力调整信息S4(步骤S04)，控制电路14根据电力调整信息S4来调整参数S5(步骤S05)，使发射线圈12可发送具不同能量的电力信号P1至无线受电装置20，而前述倍数值为一正整数值加偏移量，且偏移量位于0.25至0.75的范围间。

在步骤S03中，解调电路13可藉由锁相环133来产生取样频率，而在发射线圈12发射电力信号P1之后(步骤S02)，无线受电装置20将带有电力调整信息S4的数据包P2传送至无线送电装置10。基此，在步骤S04中，解调电路13先藉由滤波器131对自发射线圈12的信号S3进行滤波以产生滤波信号S6，解调电路13再透过模拟数字转换器132以取样频率对滤波信号S6进行模拟数字转换以获得电力调整信息S4。

在步骤S03中，正整数值可为5、6、7、8、9或10，正整数值加偏移量所得的倍数值位于5.25至5.75的范围间、6.25至6.75的范围间、7.25至7.75的范围间、8.25至8.75的范围间、9.25至9.75的范围间或10.25至10.75的范围间。较佳地，当模拟数字转换器132以工作频率的8.5倍来取样滤波信号S6时，即前述倍数值实质上位于8.25 至8.75的范围间，在步骤S04中可以一阶的混迭滤波器131对数据包P2进行滤波处理，以降低电路成本。

综上所述，根据本发明的无线送电装置发射具工作频率的电力信号，且无线送电装置的解调电路藉由工作频率乘上一倍数值的取样频率来解调自无线受电装置的数据包，而倍数值为正整数值加上偏移量，且偏移量位于0.25至0.75的范围间。如此一来，解调电路中的滤波器可以阶数较低的滤波器来实现，进而降低电路成本且电路设计较为简单。

虽然本发明已以实施例揭露如上然其并非用以限定本发明，任何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，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的专利申请范围所界定者为准。

附图标记说明

10 无线送电装置

11 电源转换电路

110 脉冲信号产生器

111 半桥反向器

12 发射线圈

13 解调电路

131 滤波器

132 模拟数字转换器

133 锁相环

14 控制电路

20 无线受电装置

21 次级线圈

22 调制电路

23 整流电路

24 充电电路

30 电子设备

S1 脉波宽度调制信号

S2 取样信号

S3 自发射线圈的信号

S4 电力调整信息

S5 参数

S6 滤波信号

P1 电力信号

P2 数据包

步骤S01 根据参数产生脉波宽度调制信号

步骤S02 根据脉波宽度调制信号发射电力信号

步骤S03 根据工作频率产生取样频率

步骤S04 根据取样频率自发射线圈获得电力调整信息

步骤S05 根据电力调整信息调整参数