無線能量接收裝置、無線能量傳輸系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線能量傳輸，且特別是一種無線能量接收裝置、無線能量傳輸系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]請參照圖1，圖1是傳統(tǒng)的無線能量傳輸系統(tǒng)的電路方塊圖?，F(xiàn)有的無線能量傳輸系統(tǒng)有多種實現(xiàn)方式，至少包括磁耦合、磁共振與電場耦合以上三種。圖1的系統(tǒng)是利用磁耦合的方式傳輸能量。無線能量傳送裝置11提供交流電壓給無線能量接收裝置12，其中無線能量傳送裝置11的控制電路在圖1中省略，僅示出用于傳送能量的輸入電壓RXI和線圈。無線能量接收裝置12的耦合線圈121耦合交流電AC并提供至整流電路122，整流電路122再將整流后的直流電DC傳送至直流-直流轉(zhuǎn)換器124，直流輸出端口 125則將直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC to DC converter) 124的輸出電壓提供至外部的電路。判斷電路123則依據(jù)直流輸出端口 125的輸出電壓以及耦合線圈121的交流電，用以控制直流-直流轉(zhuǎn)換器124。
[0003]然而，為了調(diào)整能電傳輸情況，不但無線能量傳送裝置11本身有調(diào)制輸出功率的機(jī)制，傳統(tǒng)的無線能量接收裝置12也通過直流-直流轉(zhuǎn)換器124自行控制輸出電壓。如此，多級的功率與電壓的調(diào)制，可能使電力轉(zhuǎn)換效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施方式提供一種無線能量接收裝置、無線能量傳輸系統(tǒng)以及無線能量傳輸方法，使無線能量傳送裝置依據(jù)無線能量接收裝置所回傳的關(guān)于直流輸出電壓的信號，而調(diào)整輸出功率。
[0005]本發(fā)明實施方式提供一種無線能量接收裝置，包括線圈、整流電路、直流輸出端口以及判斷電路。線圈無線接收一無線能量傳送裝置的能量。整流電路耦接線圈，將來自線圈的一交流電壓轉(zhuǎn)換為一直流輸出電壓。直流輸出端口耦接整流電路，提供直流輸出電壓。判斷電路耦接線圈、整流電路以及直流輸出端口，監(jiān)測直流輸出端口的直流輸出電壓，并依據(jù)直流輸出電壓通知無線能量傳送裝置調(diào)整該無線量傳送裝置的一輸出功率。
[0006]本發(fā)明實施方式提供一種無線能量傳輸系統(tǒng)，包括無線能量傳送裝置以及無線能量接收裝置。無線能量傳送裝置，無線提供一輸出功率。無線能量接收裝置包括線圈、整流電路、直流輸出端口以及判斷電路。線圈無線接收一無線能量傳送裝置的能量。整流電路耦接線圈，將來自線圈的一交流電壓轉(zhuǎn)換為一直流輸出電壓。直流輸出端口耦接整流電路，提供直流輸出電壓。判斷電路耦接線圈、整流電路以及直流輸出端口，監(jiān)測直流輸出端口的直流輸出電壓，并依據(jù)直流輸出電壓通知無線能量傳送裝置調(diào)整無線量傳送裝置的一輸出功率。
[0007]本發(fā)明實施方式提供一種無線能量傳輸方法，包括以下步驟。首先，利用一無線能量傳送裝置傳送一功率至一無線能量接收裝置。然后，偵測無線能量接收裝置的一直流輸出電壓，并利用無線能量接收裝置傳送代表直流輸出電壓的一指示信號至無線能量傳送裝置。接著，利用無線能量傳送裝置并依據(jù)代表直流輸出電壓的指示信號調(diào)整無線能量傳送裝置的一輸出功率。
[0008]本發(fā)明實施方式提供一種無線能量接收裝置、無線能量傳輸系統(tǒng)以及無線能量傳輸方法，其無線能量接收裝置不具有直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC to DC converter)，只在能量發(fā)送端的無線能量傳送裝置做一次功率調(diào)制。相較于傳統(tǒng)的無線能量傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明實施方式的無線能量接收裝置、無線能量傳輸系統(tǒng)以及無線能量傳輸方法少了一級直流-直流的轉(zhuǎn)換，可減少電路材料成本，并可減少發(fā)熱組件，同時也可提升電力轉(zhuǎn)換效率。
[0009]為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，但是此等說明與所附附圖僅是用來說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的權(quán)利范圍作任何的限制。
【附圖說明】
[0010]圖1是傳統(tǒng)的無線能量傳輸系統(tǒng)的電路方塊圖。
[0011]圖2是本發(fā)明實施方式提供的無線能量傳輸系統(tǒng)的電路方塊圖。
[0012]圖3是本發(fā)明實施方式提供的無線能量傳輸系統(tǒng)的操作電壓的波形圖。
[0013]圖4是本發(fā)明實施方式提供的無線能量傳輸方法的流程圖。
[0014]圖5是本發(fā)明另一實施方式提供的無線能量傳輸方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]〔無線能量接收裝置及無線能量傳輸系統(tǒng)的實施方式〕
[0016]請參照圖2，圖2是本發(fā)明實施方式提供的無線能量傳輸系統(tǒng)的電路方塊圖。無線能量傳輸系統(tǒng)2包括無線能量傳送裝置21以及無線能量接收裝置22，無線能量傳送裝置21可視為能量傳送端(TX)，無線能量接收裝置22可視為能量接收端(RX)。無線能量傳送裝置21可以利用例如磁耦合、磁共振與電場耦合或其它無線傳輸機(jī)制傳送能量至無線能量接收裝置22。本實施方式的無線能量傳送裝置21例如是使用磁耦合方式，通過線圈將交流的輸入電壓TXI饋入其線圈，無線能量接收裝置22的耦合線圈221利用磁耦合而耦合能量。在此，耦合線圈221可以通稱為線圈，磁耦合用的線圈稱為耦合線圈，而應(yīng)用于磁共振的線圈可稱為共振線圈，本發(fā)明并不限定線圈的種類。
[0017]無線能量接收裝置22包括耦合線圈221、整流電路222、直流輸出端口 225、判斷電路223以及通信電路226。判斷電路223是利用通信電路226將代表輸出電壓RXO的指示信號IND傳送至無線能量傳送裝置21。判斷電路223可以例如是一個微控制器(MCU)。在另一實施方式中，通信電路226可以與判斷電路223集成，通信電路226僅是提供無線傳遞信號的功能。
[0018]耦合線圈221無線接收無線能量傳送裝置21的能量。整流電路222耦接耦合線圈221，將來自耦合線圈221的交流電壓(對應(yīng)于無線能量傳送裝置21的輸入電壓TXI)轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓RXI。整流電路222可以例如是全橋整流電路、半橋整流電路，但本發(fā)明并不因此限定，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以依據(jù)需要改變整流電路的種類與設(shè)計。
[0019]直流輸出端口 225耦接整流電路222，提供直流輸出電壓RX0。判斷電路223耦接耦合線圈223、整流電路222以及直流輸出端口，監(jiān)測直流輸出端口 225的直流輸出電壓RXO,并依據(jù)直流輸出電壓RXO通知無線能量傳送裝置21調(diào)整無線量傳送裝置21的輸出功率。在一實施方式中，判斷電路223利用幅移鍵控調(diào)制(ASK)或頻移鍵控調(diào)制(FSK)而與無線能量傳送裝置通信，但本發(fā)明并不因此限定。無線能量傳送裝置21依據(jù)無線能量傳送裝置21與無線能量接收裝置22之間的一轉(zhuǎn)移函數(shù)以及直流輸出電壓RXO調(diào)整無線能量傳送裝置21傳送的輸出功率。換句話說，本實施方式的無線能量接收裝置22本身并不控制與調(diào)整直流輸出電壓與功率，而是回報關(guān)于直流輸出電壓RXO情況的指示信號給無線能量傳送裝置21。
[0020]相較于圖1的傳統(tǒng)的無線能量接收裝置12，傳統(tǒng)的無線能量接收裝置12具有直流-直流轉(zhuǎn)換器124，而本實施方式的無線能量接收裝置22免除了直流-直流轉(zhuǎn)換器124，提供更簡潔的設(shè)計方案。本實施方式的無線能量接收裝置22可將不同的負(fù)載情況而產(chǎn)生的不同直流輸出電壓情況回傳至無線能量傳送裝置21，且只需由無線能量傳送裝置21做功率調(diào)制，無線能量接收裝置22本身不需控制直流輸出端口 225的直流輸出電壓RX0。簡單的說，在無線能量接收裝置22 (RX)接收到無線能量傳送裝置21 (TX)的功率后，無線能量接收裝置22 (RX)傳送對應(yīng)輸出電壓的指示信號IND，而無線能量傳送裝置21 (TX)接到指示信號IND時，則無線能量傳送裝置21 (TX)依據(jù)指示信號IND做功率調(diào)制。
[0021]再者，關(guān)于無線能量傳送裝置21的功率調(diào)制，無線能量傳送裝置21可以利用如脈沖寬度調(diào)制(PWM)或者脈沖頻率調(diào)制(PFM)以調(diào)整其輸入電壓TXI。然而，本發(fā)明并不限定無線能量傳送裝置21的輸出功率的調(diào)整方式。
[0022]在實際應(yīng)用時，為了避免當(dāng)不穩(wěn)定輸出電壓的情況而造成的問題，例如電壓過沖(overshoot phenomenon)的問題。在系統(tǒng)開始運作時,無線能量傳送裝置21可先提供最大功率，以獲得無線能量傳輸?shù)南嚓P(guān)參數(shù)，例如轉(zhuǎn)移函數(shù)(transfer funct1n)等,或者也可不為最大功率而為可被使用者或設(shè)計者自行定義的一預(yù)定功率。上述的轉(zhuǎn)移函數(shù)是依據(jù)無線能量傳送裝置21與無線能量接收裝置22的電路的不同而改變，例如依據(jù)全橋、半橋等交直流轉(zhuǎn)換電路、整流電路等不同的電路形式，轉(zhuǎn)換函數(shù)也隨之改變。本發(fā)明并不限制相關(guān)功率電路的形式，也不限制電路所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)，轉(zhuǎn)換函數(shù)實際上是因為相關(guān)功率電路的設(shè)計而不同。
[0023]請同時參照圖2和圖3，圖3是本發(fā)明實施方式提供的無線能量傳輸系統(tǒng)的操作電壓的波形圖。如圖3所示，辨識階段是無線能量傳送裝置21與無線能量接收裝置22的溝通過程，在辨識階段之后，進(jìn)入功率傳送階段。無線能量傳送裝置21產(chǎn)生輸入電壓TXI，使得無線能量接收裝置22通過例如磁耦合的方式接收到能量而產(chǎn)生輸入電壓RXI。無線能量接收裝置22依據(jù)直流輸出電壓RXO而產(chǎn)生指示信號IND。無線能量傳送裝置21則依據(jù)指示信號IND而調(diào)整輸入電壓TXI，從而調(diào)整輸入電壓RXI，因而調(diào)整直流輸出電壓RX0。例如:在滿載(full load)時，直流輸出電壓RXO大于目標(biāo)電壓VTA，此時依據(jù)指示信號IND無線能量傳送裝置21降低輸入電壓ΤΧΙ，使得無線能量接收裝置22的輸入電壓RXI與直流輸出電壓RXO因而逐漸降低。關(guān)于電壓的調(diào)制，可以是如圖3所示的周期式的改變，但本發(fā)明并不因此限定。值得一提的是，圖3所示的滿載情況，直流輸出電壓RXO逼近目標(biāo)電壓VTA的方式是逐次逼近目標(biāo)電壓VTA但