TWI553995B - 雙向無線充電裝置及雙向無線充電系統 - Google Patents

Description

雙向無線充電裝置及雙向無線充電系統

本發明係關於一種雙向無線充電裝置，且特別是一種具有整合之收發晶片的雙向無線充電裝置及使用其的雙向無線充電系統。

隨著科技發展，個人行動裝置、穿戴式電子裝置等電子裝置越來越多樣化，且產品功能結合網路以及行動生活，大大提升了生活的方便性，同時也使得電子裝置對於電力的需求日趨所增。為了解決電子裝置的電力問題，目前已經發展出一種無線充電裝置。無線充電裝置大致可分成兩種，一種是利用電磁感應技術(Electromagnetic Induction)的無線充電裝置，而另一種是利用電磁共振技術(Electromagnetic Resonance)的無線充電裝置，其中又以利用電磁感應技術的無線充電裝置較為常見。無線充電裝置的好處是電子裝置與無線充電裝置之間不需要透過電線連接。

目前的習知技術中，一個無線充電裝置只能處理單一方向的功能，例如作為供電端的無線充電裝置僅能提供電能，而作為充電端的電子裝置僅能接收電能。在外出環境下，僅有無線充電裝置能夠提供電能，使得使用者攜帶的電子裝置的電能無法靈活地被應用。舉例來說，當無線充電裝置的電力耗盡，且穿戴式電子裝置(例如為智慧型手錶)有急迫性的需求時，若能利用電力充足的 電子裝置對智慧型手錶進行充電，則能解決前述的問題。

因此，目前習知技術中已發展出一種雙向無線充電裝置，所述雙向無線充電裝置同時具有提供電能與接收電能的功能，故所述雙向無線充電裝置能夠因應不同的狀況作為供電端或充電端被使用。

然而，習知的雙向無線充電裝置必須具有一個發射晶片與對應的電路(例如控制電路、解調電路、功率級電路等)，以及一個接收晶片與對應的電路(例如控制電路、調變電路、功率級電路、整流電路等)。也就是說，為了實現雙向無線充電的功能，雙向無線充電裝置的成本與內部電路的面積卻大幅增加。

本發明實施例提供雙向無線充電裝置。所述雙向無線充電裝置包括收發晶片，用以接收切換信號。所述收發晶片包括功率級(power stage)電路以及控制模組。功率級電路電性連接於線圈，而控制模組電性連接於功率級電路。功率級電路用以輸出電壓至該線圈，或接收來自線圈的感應電壓。控制模組用以根據切換信號對應地控制收發晶片進入供電模式或充電模式。當切換信號指示收發晶片進入供電模式時，收發晶片提供電壓至線圈。當切換信號指示收發晶片進入充電模式時，收發晶片接收來自線圈的感應電壓，並對雙向無線充電裝置之一儲能單元進行充電。

本發明實施例提供雙向無線充電系統。所述雙向無線充電系統包括至少二雙向無線充電裝置。每一雙向無線充電裝置包括收發晶片，用以接收切換信號。所述收發晶片包括功率級電路以及控制模組。功率級電路電性連接於線圈，而控制模組電性連接於功率級電路。功率級電路用以輸出電壓至該線圈，或接收來自線圈的感應電壓。控制模組用以根據切換信號對應地控制收發晶片進入供電模式或充電模式。根據切換信號，該些雙向無線充電裝 置可分為充電端與供電端。當雙向無線充電裝置作為供電端時，收發晶片進入供電模式，並提供電壓至線圈，使得雙向無線充電裝置向充電端提供脈波寬度調變信號，脈波寬度調變信號包括電磁能量。當雙向無線充電裝置作為充電端時，收發晶片進入充電模式，並接收來自線圈的感應電壓，接著對雙向無線充電裝置之一儲能單元進行充電。

綜上所述，本發明實施例提供之雙向無線充電裝置可以作為供電端或是充電端被使用，進而提升雙向無線充電系統的便利性。另外，相較現有之雙向無線充電裝置，本發明實施例所提供的雙向無線充電裝置之收發晶片將供電模式運作模組與充電模式運作模組整合在一個晶片中。如此一來，雙向無線充電裝置僅需要一個控制模組與一個功率級電路便可實現雙向無線充電的功能，有效地減少電路的面積與成本，且降低系統的複雜度。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1、1’‧‧‧雙向無線充電裝置

1A‧‧‧第一雙向無線充電裝置

1B‧‧‧第二雙向無線充電裝置

1C‧‧‧第三雙向無線充電裝置

10、10’‧‧‧收發晶片

11、11’‧‧‧線圈

12、12’‧‧‧電源處理單元

13、13’‧‧‧儲能單元

101、101’‧‧‧控制模組

102、102’‧‧‧功率級電路

103、103’‧‧‧供電模式運作模組

104、104’‧‧‧充電模式運作模組

1010、1010’‧‧‧控制單元

1030、1030’‧‧‧解調單元

1040、1040’‧‧‧穩壓單元

1041、1041’‧‧‧調變單元

S601~S608‧‧‧步驟流程

S701~S709‧‧‧步驟流程

圖1是本發明實施例提供之雙向無線充電系統的示意圖。

圖2是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置的方塊圖。

圖3A是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置的示意圖。

圖3B是本發明另一實施例提供之雙向無線充電裝置的示意圖。

圖4是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於供電模式下的示意圖。

圖5是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於充電模式下的示意圖。

圖6是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於供電模式下 的流程圖。

圖7是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於充電模式下的流程圖。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。

請參閱圖1，圖1是本發明實施例提供之雙向無線充電系統的示意圖。雙向無線充電系統包括至少二雙向無線充電裝置。於本實施例中，雙向無線充電系統包括第一雙向無線充電裝置1A、第二雙向無線充電裝置1B以及第三雙向無線充電裝置1C。應了解，圖1僅用以說明本發明實施例之雙向無線充電系統，並非用以限制本發明。於其他實施例中，雙向無線充電系統亦可只包括兩個雙向無線充電裝置，或是包括兩個以上的雙向無線充電裝置。

第一雙向無線充電裝置1A、第二雙向無線充電裝置1B以及第三雙向無線充電裝置1C例如為手機、平板電腦、筆記型電腦、無線充電器、智慧手錶或是機上盒等具有無線充電功能的電子產品。為方便說明，以下將以第一雙向無線充電裝置1A為手機，第 二雙向無線充電裝置1B為無線充電器，而第三雙向無線充電裝置1C為智慧型手錶為例。附帶一提，第一雙向無線充電裝置1A、第二雙向無線充電裝置1B以及第三雙向無線充電裝置1C係根據電磁感應技術(Electromagnetic Induction)運作。然而，本發明並不以此為限，第一雙向無線充電裝置1A、第二雙向無線充電裝置1B以及第三雙向無線充電裝置1C亦可根據電磁共振技術(Electromagnetic Resonance)運作。

第二雙向無線充電裝置1B可能時常接收市電並保持電量充足。當第一雙向無線充電裝置1A的電力不足時，使用者可操作第一雙向無線充電裝置1A發出切換信號至第二雙向無線充電裝置1B。切換信號例如為一種類比信號，用以指示雙向無線充電裝置進入供電模式或充電模式。舉例來說，收到高準位的切換信號的雙向無線充電裝置會進入供電模式，而收到低準位的切換信號的雙向無線充電裝置會進入充電模式。在收到高準位的切換信號後，第二雙向無線充電裝置1B便會進入供電模式，並開始對第一雙向無線充電裝置1A充電。

或者，當第一雙向無線充電裝置1A目前所儲存的電能不足以驅動第一雙向無線充電裝置1A時，使用者亦可操作第二雙向無線充電裝置1B發出低準位的切換信號至第一雙向無線充電裝置1A。由於切換信號帶有能量，第一雙向無線充電裝置1A便可透過切換信號的能量而被啟動。接著第一雙向無線充電裝置1A回覆第二雙向無線充電裝置1B一個高準位的切換信號。在收到高準位的切換信號後，第二雙向無線充電裝置1B便會開始對第一雙向無線充電裝置1A充電。

當第一雙向無線充電裝置1A所儲存的電能達到預定值(例如達第一雙向無線充電裝置1A之最大儲存電量的90%，但並不以此為限，使用者可依實際需求自行設計預定值的大小)時，第一雙向無線充電裝置1A傳送狀態信號給第二雙向無線充電裝置1B，使 第二雙向無線充電裝置1B結束供電模式，而停止對第一雙向無線充電裝置1A充電。

由於使用者可能會帶著第一雙向無線充電裝置1A、第二雙向無線充電裝置1B以及第三雙向無線充電裝置1C外出，此時第二雙向無線充電裝置1B將無法接收市電並保持電量充足。當第二雙向無線充電裝置1B的電量不足時，第二雙向無線充電裝置1B將無法對第三雙向無線充電裝置1C進行充電。對使用者來說，第三雙向無線充電裝置1C可能有較急迫性的需求，故使用者會避免第三雙向無線充電裝置1C的電量耗盡。屆時，使用者便可操作第三雙向無線充電裝置1C發出切換信號至第一雙向無線充電裝置1A，使得第一雙向無線充電裝置1A進入供電模式並開始對第三雙向無線充電裝置1C進行充電。

也就是說，本發明實施例所提供的第一雙向無線充電裝置1A、第二雙向無線充電裝置1B以及第三雙向無線充電裝置1C可作為充電端或作為供電端被使用，進而提升雙向無線充電系統的便利性。

附帶一提，切換信號可以是透過線圈發出的脈波寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)信號。然而，本發明並不以此為限。舉例來說，於其他實施例中，雙向無線充電裝置1可以透過無線傳輸單元(未繪示於圖1)以無線傳輸方式發送切換信號。

以下針對雙向無線充電裝置的架構作進一步說明。請參閱圖2，圖2是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置的方塊圖。雙向無線充電裝置1可以為前述之第一雙向無線充電裝置1A、第二雙向無線充電裝置1B或第三雙向無線充電裝置1C之其中一者。為方便說明，以下將統一稱為雙向無線充電裝置1。

雙向無線充電裝置1包括收發晶片10、線圈11、電源處理單元12以及儲能單元13。線圈11電性連接於收發晶片10。收發晶片10電性連接於電源處理單元12以及儲能單元13。電源處理單 元12電性連接於儲能單元13。

線圈11可以是電纜線圈，或是其他能夠因應可變電磁場而產生感應電壓的電感器。當雙向無線充電裝置1作為供電端時，線圈11可將電壓轉換為脈波寬度調變信號PWM並對外發送。脈波寬度調變信號PWM中包括了電磁能量，使得充電端可以根據接收到的電磁能量進行充電。當雙向無線充電裝置1作為充電端時，線圈11可感應脈波寬度調變信號PWM並將脈波寬度調變信號PWM中的電磁能量轉換為感應電壓。

收發晶片10能夠接收切換信號，並對應地控制雙向無線充電裝置1進入供電模式或充電模式。此外，當雙向無線充電裝置1作為供電端時，收發晶片10可接收來自電源處理單元12與儲能單元13的電壓，並將電壓提供至線圈11，使得線圈11產生脈波寬度調變信號PWM。當雙向無線充電裝置1作為充電端時，收發晶片10接收線圈11產生的感應電壓，並對感應電壓進行整流與穩壓，以產生穩壓電壓。

電源處理單元12能夠管理雙向無線充電裝置1所儲存的電能。例如，電源處理單元12可以判斷何時要將收發晶片10輸出的穩壓電壓傳送至儲能單元13，或是控制儲能單元13提供電能至收發晶片11。

儲能單元13例如為雙向無線充電裝置1的電池或是其他電能儲存裝置(例如電容器)，用以儲存電能。

進一步說，請參閱圖3A，圖3A是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置的示意圖。如同前述，雙向無線充電裝置1包括收發晶片10、線圈11、電源處理單元12以及儲能單元13。收發晶片10、線圈11、電源處理單元12以及儲能單元13彼此間的連接關係如同前述，於此不再多加冗述，以下僅針對不同處進行描述。

收發晶片10更包括控制模組101、功率級電路102、充電模式運作模組104以及供電模式運作模組103。控制模組101電性連 接於功率級電路102。功率級電路102電性連接於線圈11。充電模式運作模組104電性連接於控制模組101以及線圈11。供電模式運作模組103電性連接於控制模組101以及線圈11。

配合圖3A，請參閱圖3B，圖3B是本發明另一實施例提供之雙向無線充電裝置的示意圖。雙向無線充電裝置1之收發晶片10同樣包括控制模組101、功率級電路102、充電模式運作模組104以及供電模式運作模組103。以下將針對收發晶片10的結構與功能進行近一步的介紹。

控制模組101包括控制單元1010。控制單元1010電性連接於功率級電路102。控制單元1010能夠控制並調整功率級電路102輸出的電壓大小。

功率級電路102包括功率開關、脈波寬度調變電路、隔離高頻變壓器、整流電路以及輸出濾波器(未繪示於圖3B)。整流電路例如為半橋式整流電路或全橋式整流電路，用以產生整流電壓。

當雙向無線充電裝置1作為供電端時，功率級電路102用以驅動功率開關，提供電壓至線圈11以驅動線圈11產生諧振並輸出脈波寬度調變信號PWM。當雙向無線充電裝置1作為充電端時，功率級電路102用以自線圈11接收感應電壓並產生整流電壓。功率級電路102的細部結構與作動為所屬技術領域具通常知識者常用的技術，故在此不再贅述。

供電模式運作模組103包括解調單元103，解調單元103電性連接於控制單元1010以及線圈11。解調單元103用以透過線圈11接收作為充電端的另一個雙向無線充電裝置發出的脈波寬度調變信號PWM’，並對脈波寬度調變信號PWM’進行解調變。脈波寬度調變信號PWM’中包括充電端發出的狀態信息。進一步說，狀態信息包括充電端的電量資訊(例如充電端目前的電量多寡)、能量調整請求、能量保持請求或是停止供電請求等。解調單元103將脈波寬度調變信號PWM’中高頻的部份濾除並保留振幅，接著將 振幅高低做為充電端發出的狀態信息。接著解調單元103將解調後的狀態信息輸出至控制單元1010，使得控制單元1010根據解調後的狀態信息對應地控制功率級電路102輸出的電壓大小。

舉例來說，當狀態信息中包括了能量調整請求，控制單元1010會根據目前充電端所儲存的電量對應地調整功率級電路102輸出的電壓大小。當狀態信息中包括了能量保持請求，控制單元1010會控制功率級電路102維持目前提供的電壓大小。當狀態信息中包括了停止供電請求，則控制單元1010會控制功率級電路102停止提供電壓，以結束對充電端的充電。

充電模式運作模組104包括穩壓單元1040以及調變單元1041。穩壓單元1040電性連接於控制單元1010、功率級電路102以及電源處理單元12。調變單元1041電性連接於控制單元1010以及線圈11。穩壓單元1040用以接收功率級電路102輸出的整流電壓，並對整流電壓進行穩壓，接著輸出穩壓電壓以對雙向無線充電裝置1的儲能單元13進行充電。調變單元1041受控於控制單元1010，控制單元1010會根據穩壓電壓的大小以及目前雙向無線充電裝置1所儲存的電量多寡去控制調變單元1041，使得調變單元1041控制線圈11產生包括狀態信息的脈波寬度調變信號PWM。

請參閱圖4，圖4是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於供電模式下的示意圖。當另一個雙向無線充電裝置1’(未繪示於圖4，例如圖5的無線充電裝置1’)的電力不足(例如為無線充電裝置1’的剩餘電量低於最大儲存電量的20%，且高於最低儲存電量)時，使用者可操作雙向無線充電裝置1’發出切換信號，例如為高準位的切換信號。收到此切換信號後，雙向無線充電裝置1便會進入供電模式，並作為一供電端開始向雙向無線充電裝置1’供電。附帶一提，本發明實施例並不限定高準位的切換信號係對應於供電模式。於其他實施例中，亦可設定成收到低準位的切換信 號的雙向無線充電裝置1會進入供電模式。

進一步說，當控制模組101之切換單元(未繪示於圖4)收到高準位的切換信號後，切換單元將控制對應於供電模式運作模組103的路徑導通(如圖4之實線部份)，而對應於充電模式運作模組104的路徑則不導通(如圖4之虛線部份)。切換單元例如為多工器或金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)開關，用以根據切換信號去切換對應的路徑。

雙向無線充電裝置1進入供電模式後，電源處理單元12會控制儲能單元13提供電能至功率級電路102。接著，控制模組101之控制單元1010會控制功率級電路102輸出電壓至線圈11以驅動線圈11產生諧振並輸出包括電磁能量的脈波寬度調變信號PWM。作為充電端的雙向無線充電裝置1’之線圈11’再透過電磁感應產生感應電壓，並開始充電。

當雙向無線充電裝置1’所儲存的電量達到預定值時，雙向無線充電裝置1’會輸出包括停止供電請求的脈波寬度調變信號PWM’。雙向無線充電裝置1之供電模式運作模組103的解調單元1030透過線圈11接收脈波寬度調變信號PWM’後，會對脈波寬度調變信號PWM’進行解調，並輸出解調出的狀態信息。控制單元1010接收狀態信息，再根據狀態信息對應地控制功率級電路102輸出的電能大小。舉例來說，當雙向無線充電裝置1收到狀態信號指示了雙向無線充電裝置1’所儲存的電量達到預定值(例如達雙向無線充電裝置1’之最大儲存電量的90%，但並不以此為限)時，雙向無線充電裝置1之控制單元1010控制功率級電路102停止對雙向無線充電裝置1’充電。

請參閱圖5，圖5是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於充電模式下的示意圖。與圖4不同的是，圖5所提供之雙向無線充電裝置1’係作為充電端。附帶一提，圖5之雙向無線充電裝置 1’與圖4之雙向無線充電裝置1具有相同的結構，僅有運作模式的差異。

進一步說，當使用者欲對雙向無線充電裝置1’進行充電時，使用者可操作雙向無線充電裝置1’進入充電模式。此時，雙向無線充電裝置1’之切換信號產生單元(未繪示於圖5)會產生高準位的切換信號與低準位的切換信號。高準位的切換信號被傳送至雙向無線充電裝置1(未繪示於圖5，例如圖4的無線充電裝置1)，使得雙向無線充電裝置1進入供電模式。低準位的切換信號被傳送至雙向無線充電裝置1’之控制模組101’，使得雙向無線充電裝置1’進入充電模式。

當控制模組101’之切換單元(未繪示於圖5)收到低準位的切換信號後，切換單元將控制對應於充電模式運作模組104’的路徑導通(如圖5之實線部份)，而對應於供電模式運作模組103’的路徑則不導通(如圖5之虛線部份)。如同前述，切換單元例如為多工器或金屬氧化物半導體場效電晶體開關，用以根據切換信號去切換對應的路徑。

線圈11’接收雙向無線充電裝置1發出的脈波寬度調變信號PWM，並透過電磁感應將脈波寬度調變信號PWM中的電磁能量轉換為感應電壓。功率級電路102’接收感應電壓，並對其進行整流以輸出整流電壓。

充電模式運作模組104’之穩壓單元1040’接收整流電壓，並對其進行穩壓，以產生穩壓電壓。接著，穩壓單元1040’將穩壓電壓輸出至控制單元1010’，以提供雙向無線充電裝置1’運作所需的電能。此外，穩壓單元1040’還將穩壓電壓輸出至電源處理單元12’。電源處理單元12’再利用穩壓電壓對儲能單元13’進行充電。

收到穩壓電壓後，控制單元1010’根據穩壓電壓的大小以及目前雙向無線充電裝置1’所儲存的電量多寡去控制調變單元1041’改變線圈11’上的電壓的振幅，使得線圈11’產生包括狀態信息的 脈波寬度調變信號PWM’，以告知供電端目前雙向無線充電裝置1’的電量資訊、能量調整請求、能量保持請求或是停止供電請求。

雙向無線充電裝置1’產生脈波寬度調變信號PWM’的步驟如下，在收到穩壓電壓後，控制單元1010’會先判斷儲能單元13’提供給雙向無線充電裝置1’的電能是否在正常範圍內。若儲能單元13’所提供的電能不在正常範圍內，表示儲能單元13’目前儲存的電量可能不足以維持雙向無線充電裝置1’的運作。此時控制單元1010’控制調變單元1041’改變線圈11’上的電壓的振幅，以產生包括能量調整請求或能量保持請求的脈波寬度調變信號PWM’。若儲能單元13’所提供的電能處於正常範圍內，控制單元1010’會進一步偵側儲能單元13’所儲存的電量是否達到預定值。當控制單元1010’判斷儲能單元13’所儲存的電量達到預定值時，控制單元1010’控制調變單元1041’產生包括停止供電請求的脈波寬度調變信號PWM’。

舉例來說，當儲能單元13’所提供的電能不在正常範圍內，控制單元1010’控制調變單元1041’產生包括能量調整請求的脈波寬度調變信號PWM’，以請求供電端提供具有更大能量的脈波寬度調變信號PWM。

當儲能單元13’所提供的電能處於正常範圍內，且儲能單元13’所儲存的電量尚未達到預定值(例如達雙向無線充電裝置1’之最大儲存電量的90%，但並不以此為限)，控制單元1010’控制調變單元1041’產生包括能量調整請求的脈波寬度調變信號PWM’，以請求供電端輸出具有更大能量的脈波寬度調變信號PWM。或者，控制單元1010’亦可控制調變單元1041’產生包括能量保持請求的脈波寬度調變信號PWM’，使得供電端保持輸出目前能量大小的脈波寬度調變信號PWM。

當儲能單元13’所提供的電能處於正常範圍內，且控制單元1010’判斷儲能單元13’所儲存的電量達到預定值時，控制單元 1010’控制調變單元1041’產生包括停止供電請求的脈波寬度調變信號PWM’，使得供電端停止對雙向無線充電裝置1’充電。

附帶一提，上述實施例僅為舉例說明本發明之應用，並非用以限制本發明。使用者可依實際需求與應用自行設計儲能單元13’提供多少電能為正常範圍，以及儲能單元13’儲存多少電量才會達到預定值。

於其他實施例中，控制單元1010’亦可設置成每隔一段時間就控制調變單元1041’產生包括狀態信息的脈波寬度調變信號PWM，以告知供電端目前雙向無線充電裝置1’的電量資訊、能量調整請求或是能量保持請求。如此一來，供電端便可動態地調整提供給雙向無線充電裝置1’的電磁能量大小。

舉例來說，當雙向無線充電裝置1’輸出的狀態信息指示雙向無線充電裝置1’目前所儲存的電量低於最大儲存電量的70%時，供電端將輸出能量較大的脈波寬度調變信號PWM。當雙向無線充電裝置1’輸出的狀態信號指示雙向無線充電裝置1’目前所儲存的電量介於最大儲存電量的70%~90%時，供電端會將輸出的脈波寬度調變信號PWM的能量調低。當雙向無線充電裝置1’輸出的狀態信號指示雙向無線充電裝置1’目前所儲存的電量大於最大儲存電量的90%時，供電端會停止對雙向無線充電裝置1’充電。附帶一提，上述實施例僅為舉例說明本發明之應用，並非用以限制本發明。使用者可依實際需求與應用自行設計雙向無線充電裝置1與雙向無線充電裝置1’間如何動態地調整電磁能量。

於本實施例中，雙向無線充電裝置1之收發晶片10僅包括一個供電模式運作模組103與一個充電模式運作模組104。於其他實施例中，收發晶片10亦可包括多個線圈11、多個供電模式運作模組103與多個充電模式運作模組104。該些供電模式運作模組103分別電性連接於控制模組101以及對應的線圈11，且該些充電模式運作模組104分別電性連接於控制模組101、對應的線圈11以 及功率級電路102。如此一來，雙向無線充電裝置1便可同時接收來自多個供電端的電磁能量，或是同時提供電磁能量給多個充電端，使得雙向無線充電裝置1具有多重雙向無線充電的功能。

值得一提的是，於前述實施例中，使用者須手動操作雙向無線充電裝置1，雙向無線充電裝置1才能產生切換信號並開始充電流程。然而，於其他實施例中，雙向無線充電系統內的兩個雙向無線充電裝置1、1’間亦可自動地開始充電流程。

詳細地說，於其他實施例中，使用者可以設定雙向無線充電裝置1、1’開啟自動充電功能。當雙向無線充電裝置1、1’彼此間的距離小於預設距離時，雙向無線充電裝置1、1’會交換彼此的狀態信息，以告知彼此的電量資訊。當雙向無線充電裝置1目前的電量高於第一門檻值，且雙向無線充電裝置1’目前的電量低於第二門檻值時雙向無線充電裝置1開始對雙向無線充電裝置1’進行充電。

舉例來說，當雙向無線充電裝置1’目前的電量低於最大儲存電量的20%時，且雙向無線充電裝置1目前的電量高於最大儲存電量的80%時，雙向無線充電裝置1會自動地對雙向無線充電裝置1’進行充電。附帶一提，上述實施例僅為舉例說明，並非用以限制本發明。所屬技術領域具有通常知識者可依實際應用及運作需求來設置預設距離、第一門檻值以及第二門檻值，本發明並不以此為限。此外，使用者亦可決定關閉雙向無線充電裝置1、1’的自動充電功能，本發明同樣不限制雙向無線充電裝置1、1’必須開啟自動充電功能。

另一方面，於其他實施例中，雙向無線充電系統還可以設定成雙向無線充電裝置1會週期性地發送切換信號至其他的雙向無線充電裝置。當雙向無線充電裝置1’收到切換信號，且雙向無線充電裝置1’的電量不足時，雙向無線充電裝置1’會回覆此切換信號。在收到雙向無線充電裝置1’的回覆後，雙向無線充電裝置1 會進入供電模式，並開始對雙向無線充電裝置1’進行充電。

簡而言之，本發明實施例所提供的雙向無線充電裝置1可以作為供電端或是充電端被使用，進而提升雙向無線充電系統的便利性。此外，本發明實施例所提供的雙向無線充電裝置1之收發晶片10將供電模式運作模組103與充電模式運作模組104整合在一個晶片中。如此一來，雙向無線充電裝置1僅需要一個控制模組101與一個功率級電路102便可實現雙向無線充電的功能。

請參閱圖6，圖6是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於供電模式下的流程圖。圖6所示之步驟流程適用於前述之雙向無線充電裝置1、1’。於步驟S601，開始供電流程。於步驟S602，雙向無線充電裝置1接收切換信號，使得雙向無線充電裝置1進入供電模式。切換信號可以是由雙向無線充電裝置1的切換信號產生單元所發出，亦可以是由另一個雙向無線充電裝置(例如雙向無線充電裝置1’)的切換信號產生單元所發出。於步驟S603，雙向無線充電裝置1開始向雙向無線充電裝置1’輸出電磁能量。

於步驟S604，雙向無線充電裝置1接收雙向無線充電裝置1’發出的脈波寬度調變信號PWM’，並對其進行解調變，以獲得雙向無線充電裝置1’的狀態信息，狀態信息包括充電端的電量資訊、能量調整請求、能量保持請求或是停止供電請求。於步驟S605，雙向無線充電裝置1判斷狀態信息中是否包括停止供電請求。若狀態信息中不包括停止供電請求，進入步驟S606。若狀態信息中包括停止供電請求，則進入步驟S607。於步驟S606，雙向無線充電裝置1根據狀態信息調整功率級電路輸出的電能大小，並回到步驟S603，以繼續對雙向無線充電裝置1’進行充電。雙向無線充電裝置1根據狀態信息調整功率級電路輸出的電能大小的步驟如前述實施例所述，於此不再多加冗述。於步驟S607，雙向無線充電裝置1停止輸出電磁能量。於步驟S608，結束供電流程。

請參閱圖7，圖7是本發明實施例提供之雙向無線充電裝置於 充電模式下的流程圖。圖7所示之步驟流程同樣適用於前述之雙向無線充電裝置1、1’。於步驟S701，開始充電流程。於步驟S702，雙向無線充電裝置1’接收切換信號，使得雙向無線充電裝置1’進入充電模式。於步驟S703，雙向無線充電裝置1’接收來自另一個雙向無線充電裝置(例如雙向無線充電裝置1)輸出的脈波寬度調變信號PWM，以根據脈波寬度調變信號PWM具有的電磁能量進行充電。於步驟S704，雙向無線充電裝置1’將電磁能量轉換為穩壓電壓，並提供穩壓電壓至儲能單元，以對儲能單元13’進行充電。

於步驟S705，雙向無線充電裝置1’之控制單元1010’判斷儲能單元13’所提供給雙向無線充電裝置1’的電能是否在正常範圍內。如同前述，所屬技術領域具有通常知識者可依實際需求自行設計儲能單元13’提供多少電能是在正常範圍內。若儲能單元13’所提供的電能處於正常範圍內，進入步驟S706。若儲能單元13’所提供的電能不在正常範圍內，進入步驟S707。

於步驟S706，雙向無線充電裝置1’之控制單元1010’判斷儲能單元13’所儲存的電量是否達預定值。若控制單元1010’判斷儲能單元13’所儲存的電量已達預定值，進入步驟S708。反之，則進入步驟S707。如同前述，所屬技術領域具有通常知識者可依實際需求自行設計儲能單元13’儲存多少電量才達預定值。於步驟S707，控制單元1010’控制調變單元1041’驅動線圈11’產生包括能量調整請求或能量保持請求的脈波寬度調變信號PWM’，以告知雙向無線充電裝置1其電量資訊。雙向無線充電裝置1接收脈波寬度調變信號PWM’後，再根據脈波寬度調變信號PWM’中的狀態信息調整輸出的電能大小，並繼續提供電磁能量給雙向無線充電裝置1’。

於步驟S708，由於儲能單元13’所儲存的電量達預定值，控制單元1010’控制調變單元1041’驅動線圈11’產生包括停止供電請求的脈波寬度調變信號PWM’。雙向無線充電裝置1’接著將脈 波寬度調變信號PWM’輸出至雙向無線充電裝置1，使得雙向無線充電裝置1停止對雙向無線充電裝置1’進行充電。於步驟S709，結束充電流程。

綜上所述，本發明實施例提供之雙向無線充電裝置可以作為供電端或是充電端被使用，進而提升雙向無線充電系統的便利性。另外，相較現有之雙向無線充電裝置，本發明實施例所提供的雙向無線充電裝置之收發晶片將供電模式運作模組與充電模式運作模組整合在一個晶片中。如此一來，雙向無線充電裝置僅需要一個控制模組與一個功率級電路便可實現雙向無線充電的功能，有效地減少電路的面積與成本，且降低系統的複雜度。

附帶一提，本發明實施例提供之收發晶片將供電模式運作模組與充電模式運作模組設計成共用一個控制模組與一個功率級電路，還可以減少收發晶片的接腳數目。進一步說，在供電模式下，收發晶片的一部份接腳可作為供電時必要的接腳被使用。當切換到充電模式時，前述的部份接腳會隨著收發晶片之模式的改變作為充電時必要的接腳被使用。也就是說，收發晶片的一部份接腳在供電模式與充電模式下是被共用的。如此一來，收發晶片不需設計太多根接腳，有效地減少收發晶片的成本。

此外，習知使用電磁感應技術的雙向無線充電裝置，電磁轉換後的電能會因為外部電路間的線路而有所損失，使得雙向無線充電裝置整體獲得的電能下降。本發明實施例所提供的雙向無線充電裝置將開關電路、整流電路與解調電路整合在收發晶片中，可以降低電能的耗損，進而提升雙向無線充電裝置的效率。

本發明實施例所提供之雙向無線充電裝置還提供自動充電的功能。雙向無線充電裝置可以被設定成電力不足時，自動搜尋附近可提供充電功能的另一個雙向無線充電裝置並進行充電，使得使用者不需要手動操作雙向無線充電裝置進行充電。

以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵 並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

1‧‧‧雙向無線充電裝置

10‧‧‧收發晶片

11‧‧‧線圈

12‧‧‧電源處理單元

13‧‧‧儲能單元

101‧‧‧控制模組

102‧‧‧功率級電路

103‧‧‧供電模式運作模組

104‧‧‧充電模式運作模組

Claims (25)

1. 一種雙向無線充電裝置，包括：一收發晶片，用以接收一切換信號，該收發晶片包括：一功率級(power stage)電路，電性連接於一線圈，用以輸出一電壓至該線圈，或接收來自該線圈的一感應電壓；一控制模組，電性連接於該功率級電路，用以根據該切換信號對應地控制該收發晶片進入一供電模式或一充電模式；至少一供電模式運作模組，電性連接於該線圈以及該控制模組；以及至少一充電模式運作模組，電性連接於該線圈、該功率級電路以及該控制模組；其中，當該切換信號指示該收發晶片進入該供電模式時，對應於該供電模式運作模組的路徑導通，而對應於該充電模式運作模組的路徑則不導通，接著該收發晶片提供該電壓至該線圈；當該切換信號指示該收發晶片進入該充電模式時，對應於該充電模式運作模組的路徑導通，而對應於該供電模式運作模組的路徑則不導通，接著該收發晶片接收來自該線圈的該感應電壓，並對該雙向無線充電裝置之一儲能單元進行充電。
2. 如請求項第1項所述之雙向無線充電裝置，其中該雙向無線充電裝置係根據一電磁感應技術(Magnetic Induction)運作。
3. 如請求項第1項所述之雙向無線充電裝置，其中該控制模組更包括一切換單元，該切換單元根據該切換信號對應地控制該收發晶片。
4. 如請求項第3項所述之雙向無線充電裝置，其中該切換單元為一多工器或一金屬氧化物半導體場效電晶體 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)開關。
5. 如請求項第1項所述之雙向無線充電裝置，其中當該收發晶片進入該供電模式時，該控制模組之一控制單元控制該功率級電路輸出該電壓至該線圈，該線圈再將接收到的該電壓轉換為一脈波寬度調變信號並向外發送，其中脈波寬度調變信號包括一電磁能量。
6. 如請求項第5項所述之雙向無線充電裝置，其中該供電模式運作模組包括：一解調單元，電性連接於電性連接於該線圈以及該控制單元，用以透過該線圈接收該脈波寬度調變信號並對該脈波寬度調變信號進行解調，以獲得一狀態信息，該狀態信息包括一充電端目前的電量、一能量調整請求、一能量保持請求或是一停止供電請求；其中，該解調單元對該脈波寬度調變信號進行解調以輸出該狀態信息，該控制單元接收該狀態信息，再根據該狀態信息對應地控制該功率級電路輸出的該電壓的大小。
7. 如請求項第1項所述之雙向無線充電裝置，其中當該收發晶片進入該充電模式時，該線圈接收一脈波寬度調變信號，並根據該脈波寬度調變信號之一電磁能量產生該感應電壓，該功率級電路接收來自該線圈的該感應電壓並產生一整流電壓，接著該功率級電路將該整流電壓輸出至該充電模式運作模組。
8. 如請求項第7項所述之雙向無線充電裝置，其中該充電模式運作模組包括：一穩壓單元，電性連接於該功率級電路、該控制模組以及一電源處理單元，用以對該整流電壓進行穩壓並產生一穩壓電壓；其中，該穩壓單元將該穩壓電壓輸出至該控制模組，以提供該 雙向無線充電裝置運作所需的電能，且該穩壓單元輸出該穩壓電壓至該電源處理單元，該電源處理單元再對該儲能單元進行充電。
9. 如請求項第8項所述之雙向無線充電裝置，其中該充電模式運作模組更包括：一調變單元，電性連接於該線圈以及該控制模組之一控制單元，該調變單元受控於該控制單元，用以改變該線圈之電壓的振幅，以產生包括一狀態信息的該脈波寬度調變信號，其中該狀態信息包括該雙向無線充電裝置目前的電量、一能量調整請求、一能量保持請求或是一停止供電請求；其中，該控制單元收到該穩壓電壓後，該控制單元控制該調變單元驅動該線圈產生該該脈波寬度調變信號。
10. 如請求項第1項所述之雙向無線充電裝置，其中該收發晶片包括多個線圈、多個供電模式運作模組以及多個充電模式運作模組，每一該供電模式運作模組電性連接於該控制單元以及其中一個線圈，每一該充電模式運作模組電性連接於該控制單元、該功率級電路以及其中一個線圈，使得該雙向無線充電裝置具有多重雙向無線充電的功能。
11. 如請求項第1項所述之雙向無線充電裝置，其中該雙向無線充電裝置為一手機、一平板電腦、一筆記型電腦、一無線充電器、一智慧手錶或是一機上盒。
12. 一種雙向無線充電系統，包括：一第一雙向無線充電裝置以及一第二雙向無線充電裝置，該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置各自包括：一收發晶片，用以接收一切換信號，該收發晶片包括：一功率級(power stage)電路，電性連接於一線圈，用以 輸出一電壓至該線圈，或接收來自該線圈的一感應電壓；以及一控制模組，電性連接於該功率級電路，用以根據該切換信號對應地控制該收發晶片進入一供電模式或一充電模式；其中，根據該切換信號，該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置分為一充電端與一供電端，當該第一雙向無線充電裝置作為該供電端時，該第一雙向無線充電裝置之該收發晶片進入該供電模式，並提供該電壓至該線圈，使得該第一雙向無線充電裝置向該第二雙向無線充電裝置提供一脈波寬度調變信號，該脈波寬度調變信號包括一電磁能量；當該第二雙向無線充電裝置作為該充電端時，該第二雙向無線充電裝置之該收發晶片進入該充電模式，並接收來自該線圈的該感應電壓，接著對該第二雙向無線充電裝置之一儲能單元進行充電。
13. 如請求項第12項所述之雙向無線充電系統，其中該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置係根據一電磁感應技術(Magnetic Induction)運作。
14. 如請求項第12項所述之雙向無線充電系統，其中該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置之該控制模組各自更包括一切換單元，該切換單元根據該切換信號對應地控制該收發晶片。
15. 如請求項第14項所述之雙向無線充電系統，其中該切換單元為一多工器或一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)開關。
16. 如請求項第14項所述之雙向無線充電系統，其中，該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置之該收發晶片各 自更包括：至少一供電模式運作模組，電性連接於該線圈以及該控制模組；以及至少一充電模式運作模組，電性連接於該線圈、該功率級電路以及該控制模組；其中，當該切換信號指示該收發晶片進入該供電模式時，該切換單元控制對應於該供電模式運作模組的路徑導通，而對應於該充電模式運作模組的路徑則不導通；當該切換信號指示該收發晶片進入該充電模式時，該切換單元控制對應於該充電模式運作模組的路徑導通，而對應於該供電模式運作模組的路徑則不導通。
17. 如請求項第16項所述之雙向無線充電系統，其中當該收發晶片進入該供電模式時，該控制模組之一控制單元控制該功率級電路輸出該電壓至該線圈，該線圈再將接收到的該電壓轉換為該脈波寬度調變信號並向外發送。
18. 如請求項第17項所述之雙向無線充電系統，其中該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置之該供電模式運作模組各自包括：一解調單元，電性連接於電性連接於該線圈以及該控制單元，用以透過該線圈接收該脈波寬度調變信號並對該脈波寬度調變信號進行解調，以獲得一狀態信息、，該狀態信息、包括一充電端目前儲存的電量、一能量調整請求、一能量保持請求或是一停止供電請求；其中，該解調單元對該脈波寬度調變信號進行解調以輸出該狀態信息，該控制單元接收該狀態信息，再根據該狀態信息對應地控制該功率級電路輸出的該電壓的大小。
19. 如請求項第16項所述之雙向無線充電系統，其中當該收發晶片進入該充電模式時，該線圈接收該脈波寬度調變信號，並根 據該脈波寬度調變信號之該電磁能量並產生該感應電壓，該功率級電路接收來自該線圈的該感應電壓並產生一整流電壓，接著該功率級電路將該整流電壓輸出至該充電模式運作模組。
20. 如請求項第19項所述之雙向無線充電系統，其中該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置之該充電模式運作模組各自包括：一穩壓單元，電性連接於該功率級電路、該控制模組以及一電源處理單元，用以對該整流電壓進行穩壓並產生一穩壓電壓；其中，該穩壓單元將該穩壓電壓輸出至該控制模組，以提供該控制模組運作所需的電能，且該穩壓單元輸出該穩壓電壓至該電源處理單元，該電源處理單元再對該儲能單元進行充電。
21. 如請求項第20項所述之雙向無線充電系統，其中該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置之該充電模式運作模組各自更包括：一調變單元，電性連接於該線圈以及該控制模組之一控制單元，該調變單元受控於該控制單元，用以改變該線圈之電壓的振幅，以產生包括一狀態信息的該脈波寬度調變信號，其中該狀態信號包括該儲能單元目前儲存的電量、一能量調整請求、一能量保持請求或是一停止供電請求；其中，該控制單元收到該穩壓電壓後，該控制單元控制該調變單元驅動該線圈產生該脈波寬度調變信號。
22. 如請求項第12項所述之雙向無線充電系統，其中該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置為一手機、一平板電腦、一筆記型電腦、一無線充電器、一智慧手錶或是一機上盒。
23. 如請求項第12項所述之雙向無線充電系統，其中當該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置彼此間的距離小 於一預設距離時，該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置交換彼此的一狀態信息，其中該些狀態信息、分別包括該第一雙向無線充電裝置與該第二雙向無線充電裝置目前儲存的電量。
24. 如請求項第23項所述之雙向無線充電系統，其中當第一雙向無線充電裝置目前的電量高於一第一門檻值，且該第二雙向無線充電裝置目前的電量低於一第二門檻值時，該第一雙向無線充電裝置對該第二雙向無線充電裝置進行充電。
25. 如請求項第12項所述之雙向無線充電系統，其中該第一雙向無線充電裝置週期性地發送該切換信號，該第二雙向無線充電裝置接收該切換信號並根據該切換信號進入該充電模式，接著該第二雙向無線充電裝置回覆該切換信號，該第一雙向無線充電裝置收到該第二雙向無線充電裝置的回覆後進入該供電模式，並開始對該第二雙向無線充電裝置進行充電。