侦测受电模块的方法及供电模块与流程

本发明涉及一种侦测受电模块的方法及供电模块，尤其涉及一种可侦测供电模块与受电模块之间的偏移的方法及其供电模块。

背景技术：

感应式电源供应器中，为了安全运作，需要在供应端确认其供电线圈上感应区域为正确的受电装置，且在可以接收电力的状况下才进行电力发送，为了使供电端能够识别受电端是否为正确的受电装置，需要通过数据码传送来进行识别。数据码的传送是通过供电端驱动供电线圈产生谐振，发送电磁能量传送到受电端，以进行电力传送，而在受电端接收电力时，可通过信号调制技术改变接收线圈上的阻抗状态，再通过反馈影响供电线圈上的谐振载波信号变化，以传送数据码。

在现有技术中，供电端与受电端之间的位置和距离无法被侦测与计算，使得功率调节往往只会限制在一预定的最大谐振电压之内，无法依据距离的不同而有所调整。在此情形下，当供电与受电两端距离较近时，可能因输出功率过大而烧毁受电端；或者当两端距离较远时，可能发生输出功率过小导致受电端电力不足而中断运作的情况。鉴于此，现有技术实有改进的必要。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供一种侦测受电模块的方法，可用来侦测受电模块与供电模块之间的距离，并根据距离来设定供电线圈的最大谐振电压和最小谐振电压，进而根据线圈电压与电流的大小来判断供电模块与受电模块之间是否发生偏移。

本发明公开了一种侦测受电模块的方法，用于一感应式电源供应器的一供电模块，该供电模块包括一供电线圈，该方法包括侦测该供电线圈的一谐振频率；根据该谐振频率，判断该受电模块与该供电模块的一线圈距离；取得对应于该线圈距离的一最大谐振电压及一最小谐振电压；以及根据该最大谐振电压及该最小谐振电压以及该供电线圈的一输入电流，判断该供电模块与该受电模块之间是否存在偏移。

本发明还公开了一种供电模块，用于一感应式电源供应器。该供电模块包括一供电线圈、一电流检测器及一处理器。该电流检测器可用来侦测该供电线圈的一输入电流。该处理器耦接于该供电线圈，可用来执行以下步骤：侦测该供电线圈的一谐振频率；根据该谐振频率，判断该受电模块与该供电模块的一线圈距离；取得对应于该线圈距离的一最大谐振电压及一最小谐振电压；以及根据该最大谐振电压及该最小谐振电压以及该输入电流，判断该供电模块与该受电模块之间是否存在偏移。

附图说明

图1为本发明实施例一感应式电源供应器的示意图。

图2a为供电线圈处于闲置状态的示意图。

图2b为供电线圈与受电线圈之间为最远工作距离的示意图。

图2c为供电线圈与受电线圈之间为最近工作距离的示意图。

图2d为供电线圈与受电线圈发生水平方向的偏移的示意图。

图3为本发明实施例供电线圈的谐振频率及其对应的谐振电压的示意图。

图4为本发明实施例线圈工作电压及对应输入电流的示意图。

图5为本发明实施例根据线圈谐振电压及输入电流来判断线圈偏移的示意图。

图6为本发明实施例一侦测流程的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100感应式电源供应系统

1供电模块

10供电源

11供电微处理器

111处理单元

112时钟产生器

115记忆单元

120信号接收模块

121、122供电驱动单元

130分压电路

131、132分压电阻

141、142谐振电容

16供电线圈

161、261磁导体

17输入单元

18电流检测器

c1线圈信号

d1、d2驱动信号

2受电模块

21负载单元

26受电线圈

flc1、flc2、flc3、flcx谐振频率

vmax2、vmax3、vmax最大谐振电压

vmin2、vmin3、vmin最小谐振电压

x、y、z、w线圈距离

v1、v2、v3谐振电压

l1、l2线段

i1输入电流

it临界电流

imax满载电流

vt临界谐振电压

60侦测流程

600～610步骤

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例一感应式电源供应器100的示意图。如图1所示，感应式电源供应器100包括一供电模块1及一受电模块2。供电模块1可接收来自于一供电源10的电力，并输出无线电力至受电模块2。供电模块1包括一供电线圈16及谐振电容141、142，以c－l－c的结构设置。其中，供电线圈16可用来发送电磁能量至受电模块2以进行供电，谐振电容141及142分别耦接于供电线圈16两端，在供电时可用来搭配供电线圈16进行谐振。此外，在供电模块1中，可选择性地采用磁性材料所构成的一磁导体161，用来提升供电线圈16的电磁感应能力，同时避免电磁能量影响线圈非感应面方向的物体。

为了控制供电线圈16及谐振电容141、142的运作，供电模块1还包括一供电微处理器11、供电驱动单元121及122及一分压电路130。供电驱动单元121及122耦接于供电线圈16及谐振电容141及142，可分别发送驱动信号d1及d2至供电线圈16，其可接收供电微处理器11的控制，用以驱动供电线圈16产生并发送能量。供电驱动单元121及122两者同时运作时，可进行全桥驱动。在部分实施例中，也可仅开启供电驱动单元121及122其中一者，或是仅布置一个供电驱动单元121或122，以进行半桥驱动。供电微处理器11泛指供电模块1内部进行控制的处理电路，其可用来处理并控制供电模块1的各项运作。

详细来说，供电微处理器11包括一处理单元111、一时钟产生器112、一记忆单元115及一信号接收模块120。处理单元111可用来处理并控制供电模块1的各项运作。时钟产生器112耦接于供电驱动单元121及122，可用来控制供电驱动单元121及122发送驱动信号d1及d2。时钟产生器112可以是一脉冲宽度调制产生器(pulsewidthmodulationgenerator，pwmgenerator)或其它类型的时钟产生器，用来输出一时钟信号至供电驱动单元121及122。处理单元111可根据信号接收模块120所接收到的供电线圈16上的线圈信号c1，控制供电驱动单元121及122调整输出功率及线圈谐振电压，并执行运算以取得供电模块1所需的各项参数。处理单元111可以是一中央处理器(centralprocessingunit，cpu)，或可由其它类型的处理装置或运算装置来实现。记忆单元115可用来存储处理单元111运作所需的信息，其可采用各种类型的存储器来实现，如只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、闪速存储器(flashmemory)、光学存储媒介(opticalstoragemedia)、其它类型的存储器、或多种存储器的组合。信号接收模块120可接收线圈信号c1，并将其转换为处理单元111可读取的信息之后传送至处理单元111。关于信号接收模块120的详细结构及运作方式记载于中国专利申请公布号cn107834712a(即比较器模块)，在此不赘述。分压电路130包括分压电阻131及132，其可对供电线圈16上的线圈信号c1进行衰减之后，将其输出至处理单元111及信号接收模块120。在部分实施例中，若处理单元111及信号接收模块120等电路具有足够的耐压，也可不采用分压电路130，直接由信号接收模块120接收供电线圈16上的线圈信号c1。

此外，图1还示出了一供电源10、一输入单元17及一电流检测器18。详细来说，供电源10可以是直流或交流电源，用来提供感应式电源供应器100欲输出至负载的电力及其内部所需电力。输入单元17提供了一用户接口，用来接收用户欲输入的设定。电流检测器18可用来检测供电模块1或供电线圈16的输入电流。在图1中，上述装置/模块独立于供电模块1之外，但在其它实施例中，上述装置/模块也可整合在供电模块1内部，或通过其它方式实现，而不限于此。

请继续参考图1。受电模块2包括一负载单元21及一受电线圈26。在受电模块2中，也可选择性地采用磁性材料所构成的一磁导体261，以提升受电线圈26的电磁感应能力，同时避免电磁能量影响线圈非感应面方向的物体。受电线圈26可用来接收供电线圈16的供电，进行整流之后传送至负载单元21。在受电模块2中，其它可能的组成组件或模块，如整流电路、稳压电容、信号反馈电路、受电微处理器等，可视系统需求而增加或减少，故在不影响本实施例的说明下，略而未示。

感应式电源供应器100的供电微处理器11可通过侦测供电线圈16的自谐振频率来判断供电线圈16与受电线圈26之间的距离，当受电线圈26与供电线圈16的距离愈近，测得的谐振频率愈小，当受电线圈26与供电线圈16的距离愈远，测得的谐振频率愈大，其详细运作方式可参考中国专利申请公布号cn107834712a的说明，在此不赘述。一般来说，当无任何受电模块或其它物体靠近时，供电线圈16为闲置状态，如图2a所示。当电源启动后，供电模块1可先确认供电线圈16的谐振频率，并判断其是否符合预定的闲置状态下的谐振频率。若不相等，可能是供电线圈16附近存在其它物体或供电线圈16本身发生故障。在此情形下，供电模块1可关闭输出电力的运作，直到谐振频率进入预定谐振频率的范围内时，再开启运作。

当受电模块2靠近供电模块1时，磁导体261的磁性材料使得供电线圈16的谐振频率开始下降，当谐振频率降至低于对应于线圈最远工作距离的频率值时，供电模块1即可启动电力传送。此时，供电线圈16与受电线圈26之间为最远工作距离，如图2b所示。在电力传送过程中，供电模块1可持续监控谐振频率，若发生谐振频率超过对应于线圈最远工作距离的频率值的范围时，代表受电线圈26可能离开工作距离之外，供电模块1即可停止电力传送。若受电线圈26逐渐靠近供电线圈16时，供电端发送的能量应降低，使得受电线圈26接收到适当的功率。然而，当两线圈过于靠近时，因供电模块1的供电驱动单元121及122本身即具有基本驱动能力，导致受电端接收过大的能量，因此，若线圈距离小于一最近工作距离时，供电模块1可强制停止电力输出。图2c示出了供电线圈16与受电线圈26之间为最近工作距离的示意图。

由上述可知，不同谐振频率都可对应至供电线圈16与受电线圈26之间的不同距离，因此，供电微处理器11可根据谐振频率来判断线圈距离。请参考图3，图3为本发明实施例供电线圈16的谐振频率及其对应的谐振电压的示意图。如图3所示，谐振频率flc1为供电线圈16闲置时的自谐振频率；谐振频率flc2为受电线圈26靠近使其与供电线圈16之间的距离到达最远工作距离时供电线圈16的自谐振频率；谐振频率flc3为受电线圈26更靠近以到达最近工作距离时供电线圈16的自谐振频率。

进一步而言，为使供电微处理器11能够准确地设定谐振电压的上限及下限，需准确判断供电线圈16与受电线圈26之间的距离。需注意的是，距离的远近是连续的数值，传统上，若欲达到准确的谐振电压上下限设定，需在最近工作距离与最远工作距离之间设定多个距离分点，并针对每一距离分点设定一最大值及一最小值。然而，当距离分点的数量较多，往往需耗费更多存储器来存储设定值，且设定方式十分繁复。

在一实施例中，供电微处理器11可通过最远工作距离与最近工作距离的谐振频率设定值来计算各个距离之下的谐振频率上限及下限。如图3所示，供电微处理器11可取得对应于最远工作距离的一最大谐振电压vmax2及一最小谐振电压vmin2以及对应于最近工作距离的一最大谐振电压vmax3及一最小谐振电压vmin3。最大谐振电压vmax2、vmax3及最小谐振电压vmin2、vmin3可在感应式电源供应器100产品出厂前预先设定于供电微处理器11中，及/或由用户或制造者通过输入单元17进行设定与修改。接着，供电微处理器11可判断供电线圈16与受电线圈26的线圈距离，以根据最大谐振电压vmax2及vmax3来计算对应于该线圈距离的最大谐振电压，并根据最小谐振电压vmin2及vmin3来计算对应于该线圈距离的最小谐振电压。如图3所示，供电微处理器11可取得线圈谐振频率为flcx，以判断供电线圈16与受电线圈26的距离为x，且线圈距离x位于最远工作距离与最近工作距离之间(当x离开上述区间则停止供电)，在距离x之下，供电线圈16的最大谐振电压vmax可由以下方式计算而得：

供电线圈16的最小谐振电压vmin可由以下方式计算而得：

换句话说，最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin与线圈距离呈线性关系，因而其数值可通过等比例的方式计算而得。即，可先在感应式电源供应器100的最大及最小工作距离的边界上定义谐振电压上下限的四个端点，即可在工作距离范围内的任何线圈距离上，依据此四个端点来计算该线圈距离相对应的工作电压范围。

在此情形下，供电微处理器11即可根据最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin来进行谐振电压的设定，即设定输出功率。在一实施例中，供电微处理器11可根据来自于受电端的信息来调整谐振电压，即，当受电模块2接收到来自于供电模块1的能量之后，可对能量进行测量并转换为数据，再通过数据调制技术传送至供电模块1，使供电模块1可根据调制数据内容来进行调整，而上述最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin可分别作为谐振电压调整的上限及下限值，以避免在特定距离之下，输出功率过大造成受电端烧毁或输出功率过小使得受电端无法正常运作的问题。如图3所示，若线圈距离较远时，供电模块1需要较高的输出功率，因此供电微处理器11可将供电线圈16的电压控制在较高的最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin之间；若线圈距离较近时，供电模块1不需要太高的输出功率，因此供电微处理器11可将供电线圈16的电压控制在较低的最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin之间。

此外，上述最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin存在另一层意义。当供电线圈16以最大谐振电压vmax进行输出时，输出功率达到操作范围内的最大值，此时供电端的输入电流也达到最大值。因此，最大谐振电压vmax为感应式电源供应器100的受电端满载时供电模块1的输出谐振电压，以提供满载功率给受电端。相反地，当供电线圈16以最小谐振电压vmin进行输出时，输出功率为操作范围内的最小值，此时供电端的输入电流也为最小值。因此，最小谐振电压vmin为感应式电源供应器100的受电端空载时供电模块1的输出谐振电压。在空载之下供电线圈16无须输出电力给负载，其消耗的电流接近0，而供电端的输入电流大部分用于供电微处理器11的内部电路，其所需电流远小于一般负载之下供电线圈16所需电流，因此，可视为空载之下供电模块1的输入电流趋近于0。最大谐振电压vmax与最小谐振电压vmin之间则是供电线圈16在线圈距离x之下的工作电压范围，如图3所示。

如前述图2a～2c的说明，供电线圈16与受电线圈26存在多种不同的距离对应关系，而供电模块1可根据供电线圈16的自谐振频率来判断线圈距离。然而，在部分情况下，供电模块1可能无法正确判别线圈距离，例如线圈偏移的情况。如图2d所示，供电线圈16与受电线圈26可能发生水平方向的偏移或错位，在此情形下，两线圈中心的距离较远，使得受电端接收电力的效率变差，此时，受电模块2传送调制数据以指示供电模块1提高输出功率，使受电端可接收到适当的能量。然而，由于磁导体161及261往往具有相较于线圈而言较大的面积，在线圈向其水平方向偏移但未远离的情况下，供电线圈16的谐振频率依然受到受电线圈26后方磁导体261的影响。因此，根据谐振频率经计算后判别为较短的线圈距离。在此情形下，供电模块1容易低估供电线圈16与受电线圈26的距离，进而计算出低估的最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin。

请参考图4，图4为本发明实施例线圈工作电压及对应输入电流的示意图。图4示出了相同于图3的工作电压范围，以方便说明。如上所述，最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin分别对应至供电端在线圈距离为y时满载及空载之下的输入电流。因此，供电微处理器11可估计输入电流为二分之一满载电流的位置，其大约位于最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin的中间点，形成图4中的虚线。因此，在线圈距离为y且输入电流为二分之一满载电流的情况下，线圈谐振电压应落在v1的位置。

如上所述，当供电线圈16与受电线圈26发生水平方向的偏移时(如图2d的情况)，供电模块1容易低估供电线圈16与受电线圈26的距离，若实际线圈距离为y，则供电模块1计算出的线圈距离为z。在此情形下，供电模块1实际输出的谐振电压为v2(等于v1)，高于供电模块1在输入电流等于二分之一满载电流以及判断线圈距离为z的情况下所预期的谐振电压v3。换句话说，以预估的谐振电压值及其对应的电流作为基准，当实际谐振电压过大时，供电模块1的供电微处理器11即可判断线圈感应效率较差，进而判断线圈发生过大的偏移。

在此情形下，供电微处理器11即可根据最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin以及供电线圈16的输入电流，判断供电线圈16与受电线圈26之间是否存在偏移，即判断供电模块1与受电模块2之间是否发生偏移或偏移过大的情况。请参考图5，图5为本发明实施例根据线圈谐振电压及输入电流来判断线圈偏移的示意图。假设供电线圈16与受电线圈26的距离为w，其对应至最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin，其中，供电端输出最大谐振电压vmax时的输入电流为imax(即满载电流)，供电端输出最小谐振电压vmin时的输入电流为0(仅包括处理电路所需电流，在此忽略不计)。在图5中，线段l1为供电端目前的输入电流i1相对应的线圈谐振电压；线段l2为目前的输入电流i1加上一临界电流it之后的电流值相对应的临界谐振电压vt。依照输入电流i1与满载电流imax的比例，可计算谐振电压v1为：

所得到的谐振电压v1为线圈未发生偏移的情况下供电线圈16应输出的电压。进一步地，根据最大谐振电压vmax、最小谐振电压vmin及输入电流i1，供电微处理器11可计算临界谐振电压vt如下：

由上述可知，线圈偏移可能造成供电端判断线圈谐振电压不正常地上升，因此，当供电微处理器11判断供电线圈16的目前谐振电压大于临界谐振电压vt时，即可判断线圈存在过大偏移，可进一步执行后续运作。在一实施例中，供电微处理器11可在判断供电线圈16与受电线圈26之间存在过大偏移时，控制供电模块1停止输出电力，或者，为避免噪声干扰造成误判，供电模块1可在连续多次判断线圈偏移过大时停止输出电力。在一实施例中，供电模块1也可在线圈偏移过大时执行其它保护动作及/或发出警示信号(如通过显示器、灯号或蜂鸣器等)。

值得注意的是，本发明的目的在于提供一种可侦测受电模块与供电模块的距离并据此设定供电线圈的谐振电压的上下限，进而根据线圈电压与电流的大小来判断供电模块与受电模块之间是否发生偏移的方法。本领域技术人员可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，在上述实施例中，供电微处理器11可通过侦测供电模块1的输入电流来判断线圈偏移状况，此输入电流可由耦接于供电源10及供电模块1之间的电流检测器18来进行侦测，如图1所示。由于供电微处理器11所需的电流极小，因此输入供电模块1的电流大致等于供电线圈16运作时所消耗的电流。在其它实施例中，为了更准确地侦测供电线圈16的电流，也可将电流检测器设置于其它通过供电线圈16的电流的路径上，例如设置于时钟产生器112前端。只要感应式电源供应器100具备可侦测线圈电流的模块、装置或功能，其设置方式或运作方式不应为本发明的限制。此外，在本发明的实施例中，判断供电端与受电端的距离及偏移为主要技术特征之一，其中，供电端可代表供电线圈或供电模块，受电端可代表受电线圈或受电模块。即，本发明所判断的距离/偏移可以是供电模块与受电模块的距离/偏移、供电线圈与受电线圈的距离/偏移、供电线圈与受电模块的距离/偏移、或供电模块与受电线圈的距离/偏移。上述名称在本说明书中可交替使用且都可互相替换，上述距离都可对应到最大谐振电压及最小谐振电压，以作为设定输出功率以及判断偏移的依据，且上述偏移都可作为决定是否停止输出电力的依据。

上述关于供电模块侦测受电模块并判断线圈偏移的方法可归纳为一侦测流程60，如图6所示。侦测流程60可用于一感应式电源供应器的供电端，如图1的供电模块1，其包括以下步骤：

步骤600：开始。

步骤602：侦测供电线圈16的一谐振频率。

步骤604：根据谐振频率，判断受电模块2与供电模块1的一线圈距离。

步骤606：取得对应于线圈距离的一最大谐振电压vmax及一最小谐振电压vmin。

步骤608：根据最大谐振电压vmax及最小谐振电压vmin以及供电线圈16的一输入电流，判断供电模块1与受电模块2之间是否存在偏移。

步骤610：结束。

关于侦测流程60的详细运作方式及变化可参考上述段落的说明，在此不赘述。

综上所述，本发明提供了一种侦测方法，可侦测受电模块与供电模块的距离，并据此设定供电线圈的谐振电压的上下限，进而根据线圈电压与输入电流的大小来判断供电模块与受电模块之间是否发生偏移。供电微处理器可根据供电线圈的自谐振频率来取得最远工作距离及最近工作距离，并分别取得对应于最远工作距离及最近工作距离的最大/最小谐振电压，取得的最大/最小谐振电压可通过计算而得到不同线圈距离下的谐振电压的上下限。接着，可根据线圈位于特定距离之下的谐振电压以及供电线圈的输入电流来进行偏移判断，即，供电微处理器可根据输入电流来计算一临界谐振电压，并判断目前的谐振电压是否超过临界谐振电压，进而判断是否发生线圈偏移或偏移过大的情况。当线圈偏移过大时，将造成供电端无法正确判别谐振电压的上下限，此时，供电模块可停止输出电力以避免发生危险。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。