整合電輻射屏蔽及電容感測(cè)功能的無線充電器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種整合電輻射屏蔽及電容感測(cè)功能的無線充電器，該無線充電器包含一充電模塊、一電容感應(yīng)器以及一控制單元。該充電模塊包含一第一線圈、一擺設(shè)區(qū)以及一位于該第一線圈及該擺設(shè)區(qū)間的梳狀屏蔽。該電容感應(yīng)器與該梳狀屏蔽連接，以檢測(cè)該梳狀屏蔽與周圍環(huán)境間的電容變化量。當(dāng)該無線充電器處于待機(jī)模式時(shí)，該梳狀屏蔽用于感測(cè)電容；當(dāng)該電容變化量超過一預(yù)設(shè)閾值且一無線充電的電子裝置是置于該擺設(shè)區(qū)時(shí)，該控制單元將該無線充電器切換至一充電模式且該梳狀屏蔽是用于屏蔽電輻射。
【專利說明】整合電輻射屏蔽及電容感測(cè)功能的無線充電器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種無線充電器，尤指一種整合電輻射屏蔽與電容感測(cè)功能的無線充電器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今，多種的家庭或其它用途的電器具有各種復(fù)雜的電子電路，此等電器多藉由電源線或使用電池充電以提供運(yùn)作所需的電力。然而，電源線的長(zhǎng)度限制了電器的使用范圍，且多個(gè)電器的電源線容易因彼此纏繞而造成使用不便。因此，以感應(yīng)式充電(意即無線充電)方式來提供電器電源實(shí)為趨勢(shì)所向。感應(yīng)式充電方式是基于電磁感應(yīng)而得以實(shí)現(xiàn)，而無線充電中主要的問題即為電磁干擾(EMI, electromagnetic interference)。電磁干擾為一種常見的問題，其是因電磁輻射或電磁傳導(dǎo)，擾亂或中斷運(yùn)行中的電器而影響其性能，感應(yīng)式充電裝置(無線充電器)的電輻射可能會(huì)干擾周圍其它電子裝置的運(yùn)作。一般而言，標(biāo)準(zhǔn)的無線充電器會(huì)持續(xù)不斷地發(fā)送呼叫信號(hào)(ping signal)，來識(shí)別該無線充電器上的充電平板上是否放置可供充電的裝置；然而，此呼叫信號(hào)會(huì)造成了額外的電磁耐受性(EMS, electromagnetic susceptibility)問題。因此，目前仍尚待解決上述問題的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明一方面是提供一種無線充電器，其用以對(duì)一具有一第二線圈的電子裝置進(jìn)行充電，該無線充電器包含:一充電模塊，其包含一電磁稱合于該第二線圈的第一線圈，一設(shè)于相對(duì)于該第一線圈的擺設(shè)區(qū)，以及一設(shè)置在介于該第一線圈及該擺設(shè)區(qū)間的梳狀屏蔽；一電容感應(yīng)器，其連接于該梳狀屏蔽以檢測(cè)該梳狀屏蔽與周圍環(huán)境間的電容變化量；以及一控制單元，其連接于該梳狀屏蔽及該電容感應(yīng)器并記錄電容變化量；其中，當(dāng)該電容變化量超過一預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，該控制單元傳輸一呼叫信號(hào)至該電子裝置，且若該電子裝置響應(yīng)該呼叫信號(hào)，則該控制單兀將該充電模塊由一待機(jī)模式切換至一充電模式以對(duì)該電子裝置進(jìn)行無線充電，并切換該梳狀屏蔽連接至一接地端。
[0004]本發(fā)明另一方面是提供一種整合電輻射屏蔽及電容感測(cè)功能于一無線充電器的方法，該方法包含:(a)于一待機(jī)模式下，藉由與一梳狀屏蔽連接的一電容感應(yīng)器測(cè)量該無線充電器中的該梳狀屏蔽與周圍環(huán)境間的電容變化量；(b)當(dāng)該電容變化量超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，通過一控制單元傳送一呼叫信號(hào)以確認(rèn)一待充電的電子裝置；(C)當(dāng)接收到該呼叫信號(hào)的響應(yīng)時(shí)，該無線充電器是處于一充電模式，切換該梳狀屏蔽連接至一接地端并啟動(dòng)該無線充電器以執(zhí)行無線充電；以及(d)當(dāng)該電容變化量低于該預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，該無線充電器切換至該待機(jī)模式。
[0005]為便于理解所揭露的各種不同的目的，用于達(dá)成上述技術(shù)目的、技術(shù)特征、以及技術(shù)效果而于本發(fā)明中所采用的技術(shù)是如以下的例示及附圖所示。
【專利附圖】

【附圖說明】[0006]圖1是本發(fā)明的無線充電器的一種實(shí)施態(tài)樣示意圖。
[0007]圖2是本發(fā)明的無線充電器與可攜式電子裝置的示意圖。
[0008]圖3是圖1的實(shí)施態(tài)樣的操作流程圖。
[0009]圖4是一未裝設(shè)梳狀屏蔽的無線充電器于充電模式下發(fā)射電輻射的頻譜圖。
[0010]圖5是一無線充電器裝設(shè)有本發(fā)明的梳狀屏蔽時(shí)于充電模式下發(fā)射電輻射的頻譜圖。
[0011][標(biāo)號(hào)說明]
[0012]100無線充電器 10梳狀屏蔽
[0013]11第一線圈12擺設(shè)區(qū)
[0014]13梳狀屏蔽131平行段
[0015]132間隙14 印刷電路板
[0016]20電容感應(yīng)器 30控制單元
[0017]31接地端32切換器
[0018]40電子裝置41第二線圈
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下茲就本發(fā)明的技術(shù)細(xì)節(jié)詳述，惟本發(fā)明中的各種實(shí)施態(tài)樣僅作為說明的用途，而本領(lǐng)域技術(shù)人員可知悉，該等實(shí)施態(tài)樣于本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)所進(jìn)行的更動(dòng)或修改，仍屬本發(fā)明所界定的技術(shù)范疇。此外，本發(fā)明的圖式是俾于直觀理解其技術(shù)內(nèi)容的用途，并非用以限制本發(fā)明。
[0020]圖1為本發(fā)明無線充電器的示意圖，圖2為本發(fā)明的無線充電器100與一可攜式設(shè)備的示意圖。該無線充電器100用以對(duì)一電子裝置40進(jìn)行無線充電；在一般的情況下，該電子裝置40內(nèi)設(shè)有一第二線圈41以感應(yīng)電磁場(chǎng)來傳遞電功率，并將接收到的電功率轉(zhuǎn)換為電流以對(duì)該電子裝置40內(nèi)的電池充電。如圖1所示:該無線充電器100包含一充電模塊10、一電容感應(yīng)器20以及一控制單元30。該充電模塊10包含至少一第一線圈11、一擺設(shè)區(qū)12以及一梳狀屏蔽13 ;該第一線圈11是電磁耦合于該電子裝置40內(nèi)的該第二線圈41，且該第一線圈11可連接于一電源供應(yīng)器；該擺設(shè)區(qū)12是設(shè)置于相對(duì)該第一線圈11處，用以擺設(shè)該電子裝置40以執(zhí)行無線充電；且該梳狀屏蔽13是介于該擺設(shè)區(qū)12以及該第一線圈11之間。
[0021]于本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣中，該無線充電器100具有兩種模式，即待機(jī)模式以及充電模式。于待機(jī)模式下，該梳狀屏蔽13用以感測(cè)電容；而在充電模式下，該梳狀屏蔽13是作為屏蔽電輻射的用途。是以，本發(fā)明的無線充電器100集成電輻射屏蔽與電容感測(cè)的功能。兩種模式的轉(zhuǎn)換詳參下述。
[0022]該電容感應(yīng)器20連接于該梳狀屏蔽13以檢測(cè)該梳狀屏蔽13與周圍環(huán)境的電容變化量。一般而言，該電容感應(yīng)器20可直接感測(cè)電場(chǎng)。該電容感應(yīng)器20是由一導(dǎo)體感測(cè)電極、一介電體以及用以感測(cè)電容變化量的感測(cè)電路所組成，且該電容感應(yīng)器20可為一電容感測(cè)集成電路(integrated circuit, IC)。于待機(jī)模式下，由于該梳狀屏蔽13連接于該電容感應(yīng)器20，而作為該電容感應(yīng)器20的電極，若有一對(duì)象(電子裝置40)靠近該梳狀屏蔽13，則該梳狀屏蔽13與周圍環(huán)境的電容值即產(chǎn)生變化，且該電容變化量受該電容感應(yīng)器20內(nèi)的感測(cè)電路所檢測(cè)。
[0023]該控制單元30連接于該梳狀屏蔽13以及該電容感應(yīng)器20，以記錄/儲(chǔ)存該電容變化量。當(dāng)電容變化量超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，該控制單元30即發(fā)送一呼叫信號(hào)予該電子裝置40，因此，該呼叫信號(hào)的發(fā)射僅于該電子裝置40靠近該控制單元30時(shí)才啟動(dòng)，若該電子裝置40響應(yīng)該呼叫信號(hào)，則該控制單元30將該充電模塊10自待機(jī)模式切換至充電模式以對(duì)該電子裝置40無線充電，并將該梳狀屏蔽13切換以連接至一接地端31。
[0024]本發(fā)明的術(shù)語「呼叫信號(hào)」是指由一第一互動(dòng)無線裝置(于本發(fā)明中，所謂第一交互式無線設(shè)備即為控制單元30)所發(fā)射的任意種類的無線信號(hào)，以獲得在該第一互動(dòng)無線裝置的特定范圍內(nèi)，一第二交互式無線裝置(于本發(fā)明中，所謂第二交互式無線設(shè)備即為待充電的電子裝置40)的信息。該呼叫信號(hào)典型的為一種短距信號(hào)，用以與第二交互式無線裝置在一短距離中通訊，且可自控制單元30經(jīng)由該第一線圈11所發(fā)送至該電子裝置40。當(dāng)該第二交互式無線設(shè)備位于可接收該呼叫信號(hào)的范圍內(nèi)，即以無線傳輸發(fā)送一響應(yīng)信號(hào)，上述的響應(yīng)信號(hào)可能包含了其它的信息，例如該電子裝置40剩余電力或容量等。該第一交互式無線裝置可依據(jù)第二交互式無線裝置的殘余的電力或電池內(nèi)的電量，調(diào)整進(jìn)行無線充電的時(shí)間。
[0025]本發(fā)明的術(shù)語「無線充電」，亦稱作「感應(yīng)式充電」，是指通過電磁場(chǎng)于兩對(duì)象間傳遞能量(一為該無線充電器100，另一則為電子裝置40)。能量經(jīng)由線圈感應(yīng)耦合至電子裝置40，即可將能量用于對(duì)電池充電或供該電子裝置40運(yùn)作。典型地，該無線充電器100使用第一線圈11作為感應(yīng)線圈以連接交流電(AC)電源供應(yīng)器并在一可充電范圍內(nèi)產(chǎn)生一交流電磁場(chǎng)，且該電子裝置40內(nèi)的該第二線圈41經(jīng)由電磁場(chǎng)接收功率且轉(zhuǎn)換為電流對(duì)電子裝置40內(nèi)的電池進(jìn)行充電，此二感應(yīng)線圈(該第一線圈11、該第二線圈41)在鄰近結(jié)合下形成一電氣變壓器。
[0026]于充電模式中執(zhí)行無線充電時(shí)，該H場(chǎng)(magnetic field,即磁場(chǎng))對(duì)該電子裝置40充電,而該無線充電器100亦產(chǎn)生一 E場(chǎng)(electronic field,即電場(chǎng))，該E場(chǎng)福射發(fā)散并干擾鄰近于該無線充電器100的其它設(shè)備。該梳狀屏蔽13作為一濾波器，藉以屏蔽該E場(chǎng)的電輻射，并且該梳狀屏蔽13感應(yīng)一磁場(chǎng)(H場(chǎng))并耦合于該電子裝置40。此外，可藉由該控制單元30將該梳狀屏蔽13切換連接至該接地端31以提升其屏蔽效果，進(jìn)而抑制源自E場(chǎng)的電輻射。若有一對(duì)象接近于該無線充電器100，并被該無線充電器100識(shí)別為無法進(jìn)行無線充電，例如未響應(yīng)該呼叫信號(hào)者，則該控制單元30保持該無線充電器100處于待機(jī)模式。該控制單元30可進(jìn)一步包含一電性連接于該接地端31與該梳狀屏蔽13的切換器32,于一較佳實(shí)施態(tài)樣中，該切換器32為一晶體管。
[0027]該梳狀屏蔽13,亦稱作法拉第屏蔽(Faraday shielding),可為一金屬片或金屬箔，或其它適合作為電屏蔽的材質(zhì)所構(gòu)成，該梳狀屏蔽13包含多個(gè)平行段131，以及多個(gè)介于兩兩該平行段131間的間隙132。于一較佳實(shí)施態(tài)樣中，該梳狀屏蔽13可印刷于一印刷電路板(PCB) 14上以強(qiáng)化該梳狀屏蔽13的結(jié)構(gòu)，或減少金屬材料的使用量。該梳狀屏蔽13可覆蓋于該第一線圈11的空間，且組合兩個(gè)或以上的該梳狀屏蔽13相對(duì)朝向相反方向(對(duì)應(yīng)于該第一線圈11并彼此相對(duì))，且設(shè)置于該無線充電器100中的不同層，亦在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0028]請(qǐng)參照?qǐng)D3，為一流程圖以說明圖1的實(shí)施態(tài)樣的操作。如圖3所示:當(dāng)操作啟動(dòng)時(shí)200，該無線充電器100將設(shè)定于待機(jī)模式，如流程方塊201所示。于待機(jī)模式下，該梳狀屏蔽13是作為該電容感應(yīng)器20的電容感測(cè)電極，藉由該電容感應(yīng)器20測(cè)量該梳狀屏蔽13與周圍環(huán)境(如某一對(duì)象或該電子裝置40)的電容變化量。因此，若一物體靠近該無線充電器100的擺設(shè)區(qū)12 (如流程圖塊202)，使電容量產(chǎn)生相應(yīng)地變化，則該控制單元30檢測(cè)該電容變化量是否已超出一預(yù)設(shè)閾值(流程圖塊203)，若符合前述條件，該控制單元30即發(fā)送一呼叫信號(hào)(如流程圖塊204)予靠近該擺設(shè)區(qū)12的該對(duì)象以確認(rèn)是否可對(duì)該對(duì)象進(jìn)行充電。接續(xù)，若該對(duì)象是待充電且可適用于無線充電功能，則該對(duì)象發(fā)送回應(yīng)信號(hào)予該控制單元30 (流程圖塊205)，而在該控制單元30接收到該響應(yīng)信號(hào)的同時(shí)，其將該無線充電器100自待機(jī)模式切換至充電模式，而該控制單元30使該梳狀屏蔽13連接至一接地端31，并啟動(dòng)該無線充電器100以執(zhí)行無線充電(如流程圖塊206)。當(dāng)無線充電完成后，該對(duì)象遠(yuǎn)離該梳狀屏蔽13，而后電容變化量將小于預(yù)設(shè)的閾值，則該控制單元30切換該無線充電器100回到待機(jī)模式(如流程圖塊207)。
[0029]以此方式，本發(fā)明提供一種整合電輻射屏蔽以及電容感測(cè)功能的無線充電器100。因此，當(dāng)該無線充電器100處于待機(jī)模式下，該控制單元30不需連續(xù)地傳送該呼叫信號(hào)來確認(rèn)是否有對(duì)象靠近該無線充電器100，而是將該梳狀屏蔽13作為電容感測(cè)電極，通過該電容感應(yīng)器20檢測(cè)靠近的對(duì)象。此外，當(dāng)該無線充電器100處于充電模式下，該梳狀屏蔽13連接于接地端31而作為一濾波器。換言之，該梳狀屏蔽13使該第一線圈11得以感應(yīng)磁場(chǎng)于該第二線圈41 (H場(chǎng)的磁力線可經(jīng)由該間隙132通過該梳狀屏蔽13)，然而，伴隨磁場(chǎng)而生的電場(chǎng)(E場(chǎng))則受到屏蔽，從而抑制E場(chǎng)所發(fā)射的電輻射。
[0030]接著說明本發(fā)名的梳狀屏蔽13的屏蔽能力。圖4為未裝設(shè)該梳狀屏蔽13時(shí)，充電模塊所發(fā)射的電輻射量的頻譜圖，而圖5為本發(fā)明裝設(shè)該梳狀屏蔽13后的充電模塊10所發(fā)射的電輻射量的頻譜圖，該梳狀屏蔽13是設(shè)置于該充電模塊與該電子裝置之間。圖4以及圖5的實(shí)線代表電輻射的峰值，虛線則代表電輻射的均值。該梳狀屏蔽13于圖5是設(shè)置于該充電模塊中第一線圈11的平行軸向。由圖4可得知，其電輻射于頻譜圖中明顯地超出了原始設(shè)備制造廠商提供的EMC(電磁兼容性)與EMI (電磁干擾)規(guī)格書的極限值，然而在圖5中，僅有極少的波峰超出了極限值，證明本發(fā)明確有抑制E場(chǎng)發(fā)散電輻射的功效。
[0031]本發(fā)明是可應(yīng)用于許多不同的【技術(shù)領(lǐng)域】中，例如汽車工業(yè)的構(gòu)件、家用電器、消費(fèi)性電子廣品或醫(yī)療系統(tǒng)中。
[0032]本發(fā)明已藉上述較佳具體實(shí)施態(tài)樣進(jìn)行詳細(xì)說明，惟本發(fā)明并不限定于上述所舉例的實(shí)施態(tài)樣，凡在本發(fā)明所揭示的技術(shù)思想范圍內(nèi)，對(duì)該等結(jié)構(gòu)作各種變化及修飾，該等變化及修飾仍屬本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無線充電器，其用以對(duì)一具有一第二線圈的電子裝置進(jìn)行充電，該無線充電器包含: 一充電模塊，其包含一電磁耦合于該第二線圈的第一線圈，一設(shè)于相對(duì)于該第一線圈的擺設(shè)區(qū)，以及一設(shè)置在介于該第一線圈及該擺設(shè)區(qū)間的梳狀屏蔽； 一電容感應(yīng)器，其連接于該梳狀屏蔽以檢測(cè)該梳狀屏蔽與周圍環(huán)境間的電容變化量；以及 一控制單元，其連接于該梳狀屏蔽及該電容感應(yīng)器并記錄電容變化量； 其中，當(dāng)該電容變化量超過一預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，該控制單元傳輸一呼叫信號(hào)至該電子裝置，且若該電子裝置響應(yīng)該呼叫信號(hào)，則該控制單元將該充電模塊由一待機(jī)模式切換至一充電模式以對(duì)該電子裝置進(jìn)行無線充電，并切換該梳狀屏蔽連接至一接地端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電器，其中該控制單元進(jìn)一步包含一電性連接于該接地端及該梳狀屏蔽的切換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線充電器，其中該切換器為一晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電器，其中該呼叫信號(hào)是由控制單元通過該第一線圈發(fā)送。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電器，其中該梳狀屏蔽包含多個(gè)平行段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電器，其中該梳狀屏蔽是一電路路徑印刷于一印刷電路板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電器，其中至少使用二個(gè)該梳狀屏蔽，其是設(shè)置于該無線充電器的不同層中，且彼此方向相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電器，其中在該待機(jī)模式下，該梳狀屏蔽是作為該電容感應(yīng)器的電極。
9.一種整合電輻射屏蔽及電容感測(cè)功能于一無線充電器的方法，該方法包含: (a)于一待機(jī)模式下，藉由與一梳狀屏蔽連接的一電容感應(yīng)器測(cè)量該無線充電器中的該梳狀屏蔽與周圍環(huán)境間的電容變化量； (b)當(dāng)該電容變化量超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，通過一控制單元傳送一呼叫信號(hào)以確認(rèn)一待充電的電子裝置； (C)當(dāng)接收到該呼叫信號(hào)的響應(yīng)時(shí)，該無線充電器是處于一充電模式，切換該梳狀屏蔽連接至一接地端并啟動(dòng)該無線充電器以執(zhí)行無線充電；以及 (d)當(dāng)該電容變化量低于該預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，該無線充電器切換至該待機(jī)模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該無線充電器連接于一控制器以記錄該電容變化量并執(zhí)行該待機(jī)模式及該充電模式之間的切換。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該電容感應(yīng)器為一電容感應(yīng)器集成電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該控制單元進(jìn)一步包含一電性連接于該接地端及該梳狀屏蔽的切換器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該切換器為一晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該梳狀屏蔽包含多個(gè)平行段。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該梳狀屏蔽一電路路徑印刷于一印刷電路板上。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中至少使用二個(gè)該梳狀屏蔽，其是設(shè)置于該無線充`電器的不同層中，且彼此方向相反。
【文檔編號(hào)】G01R27/26GK103928990SQ201310148457
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月15日
【發(fā)明者】S.格拉夫, A.沃爾德施米特, K.羅思, L.林登斯特拉斯 申請(qǐng)人:建興電子科技股份有限公司