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TWI429165B - Method of data transmission in high power induction power supply - Google Patents

Method of data transmission in high power induction power supply Download PDF

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TWI429165B
TWI429165B TW100103836A TW100103836A TWI429165B TW I429165 B TWI429165 B TW I429165B TW 100103836 A TW100103836 A TW 100103836A TW 100103836 A TW100103836 A TW 100103836A TW I429165 B TWI429165 B TW I429165B
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Taiwan
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power supply
circuit
power
signal
modulation
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TW100103836A
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TW201123676A (en
Inventor
Ming Chiu Tsai
Chi Che Chan
Original Assignee
Fu Da Tong Technology Co Ltd
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Description

高功率感應式電源供應器中資料傳輸之方法
本發明係提供一種高功率感應式電源供應器中資料傳輸之方法，尤指可同時傳送電源、資料訊號並降低電源效率損耗之電源供應器，利用供電模組之供電線圈、受電模組之受電線圈，可感應傳輸電源及傳輸資料訊號，且可降低傳送時的效率損耗、提升無線傳輸充電、傳輸資料之效能。
按，生活環境進入數位時代，各種數位式產品更充斥在生活週遭，例如數位相機、行動電話、音樂播放器(MP3、MP4)等各種可攜式電子裝置，且各種可攜式電子裝置、產品均朝向輕、薄、短、小的設計理念，但如要達到可隨時攜帶使用目的首先必須要解決的即是用電的問題，一般最普遍的方式就是在可攜式電子裝置內裝設充電電池，在電力耗盡時，能重新充電，但現今每個人都具有複數個可攜式電子裝置，每個可攜式電子裝置都各自有特定相容的充電器，每當購買新的可攜式電子裝置，就需要額外購買一個相對應之充電器，便會增加經濟上的負擔，且又需佔用大量空間來進行收納，更因複數電子裝置之充電器都一同收納，當需要特定充電器時，又會產生耗費時間尋找比對之缺失。
但充電器於使用時，必須以連接介面(插頭)插接到電源插座，再將另一端的連接器插接到可攜式電子裝置，使其可攜式電子裝置進行充電，待充電完成後，才將充電器上之電子裝置移除，然因充電器需要在有電源插座的地方才可進行電性插接、充電，導致充電地點受到限制，如果處於室外即無法進行充電。
又一般電子裝置除了充電之外，也必須進行相關功能的設定或資料的編輯、傳送等，除了透過電子裝置直接進行設定、輸入之外，有些電子裝置(如：音樂播放器[MP3、MP4等]、數位相機、電子錶、攜帶型遊戲機、無線遊戲手把、控制器等)並無法直接進行設定，必須透過另外的電子產品(電腦、個人數位助理等)才能進行功能設定、資料的傳輸，而一般電子裝置在進行充電的同時，並無法同步進行資料的傳輸，必須分開進行；且目前市面上所推出的感應式電源供應器(或稱無線式充電器)係利用二個線圈，其中一個作為發射電力的供電端，另一個當作接收電力的受電端進行運作，由於無線電力之能量具有危險性，會對金屬物體加熱，原理如同電磁爐，也影響被充電物體容易因受熱造成損壞或故障的現象。
而如公開編號第201018042號之「無線充電系統」發明公開案，係於民國98年7月9日提出申請，申請案號第98123168號，並公開於民國99年5月1日之發明公開公報，係揭露一種無線式充電器的資料傳輸方法，為採用異步串聯格式(Asynchronous serial format)，係電腦通訊用UART之傳輸格式，但此種通訊傳輸格式，並非專為感應式電力系統所設計使用，則在實際運用於無線充電時，即存在有下列之缺失：
(1)調製訊號係利用受電端加以電阻式負載，將訊號反射到發射端之供電線圈上，則在產生訊號的期間，受電端會失去感應受電能力，且當提高電力功率電力傳送時，會產生電力供應品質變差，直接造成充電作業的不穩定的現象。
(2)若傳輸資料訊號時，資料訊號之解析係利用偵測發射端之供電線圈上電流變化而判定，若在受電端電力輸出且負載有變化時，即造成發射端供電線圈之電流變化，易導致資料碼的解析受到輸出負載影響，產生不正確的資料訊號。
(3)受電端之電力轉換電路與資料傳送電路為同一迴路，當系統功率加大後資料碼傳送會變得不穩定。
(4)在待機時為了偵測受電端是否存在，需發射一段比完整傳輸資料碼更長的偵測訊號，然傳輸偵測訊號的長度愈長愈耗電，並在偵測訊號期間也會對放置的金屬加熱。
是以，如何解決習用電子裝置在充電、設定及資料傳輸等作業時造成電源損耗嚴重之問題與缺失，且充電與資料傳輸同步進行時，容易相互影響，以致資料訊號不清晰、不易辨識之困擾，即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，發明人有鑑於上述之問題與缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始研發出此種可供電子裝置同步進行充電、資料訊號傳輸，可降低電源效率損耗、穩定資料訊號傳輸清晰、易辨識且容錯能力強之高功率感應式電源供應器中資料傳輸之方法的發明專利誕生者。
本發明之主要目的乃在於該電源供應器之供電模組、受電模組，為透過供電線圈、受電線圈感應傳送電源及傳輸資料訊號，並於受電模組之受電微處理器分別電性連接調幅載波調製電路、斷路保護電路及穩壓電路等，進行控制訊號且透過時序安排，以穩定傳輸資料訊號，並由供電模組之供電微處理器內建資料碼解析軟體，供感應式電源之電源傳送時，資料碼亦能穩定傳輸，則可將電源傳送的效率損耗降到最低，且在感應式電源供應器的受電端負載電流快速變化時，也不會影響資料碼之解析，並將受電模組之電源轉換電路、資料傳輸電路分離，以提升系統的最大傳送功率。
本發明之次要目的乃在於該供電模組之供電微處理器，利用短時間進行訊號偵測，即可識別受電模組的資料碼是否正確，為透過供電模組之供電微處理器、受電模組之受電微處理器，分別啟動時序安排模式，利用單位元資料解析的方式予以啟動電源，在待機時只有極短的時間傳送偵測訊號，可供待機消耗降至最低，且搭配變頻式啟動模式與供電微處理器電性連接線圈電壓檢測電路，則於線圈電壓偵測電路之類比數位轉換(ADC)啟動時序安排下，可供系統更穩定進行運作。
本發明之再一目的乃在於該高功率感應式電源供應器，設有非對稱式資料編解碼之傳輸格式，供資料訊號中處於調製狀態的時間為最短，即受電模組失去受電能力的時間最短，且每加一個調製狀態的間隔時間拉長，可供受電模組的緩衝用電容得以充電後供受電輸出端輸出，則可增加輸出率，並穩定資料碼傳輸、降低電源傳送之損耗等功能。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵、功能與實施方法如下，俾利完全瞭解。
請參閱第一、二、三、四圖所示，係為本發明供電模組之簡易電路圖、受電模組之簡易電路圖、步驟流程圖(一)、步驟流程圖(二)，由圖中所示可以清楚看出，本發明之無線感應裝置係包括供電模組1、受電模組2，其中：該供電模組1係具有供電微處理器11，於供電微處理器11中設有操作程式、控制程式、資料碼解析軟體等相關軟體程式，且供電微處理器11係分別電性連接供電驅動單元12、訊號解析電路13、線圈電壓檢測電路14、顯示單元15、供電單元16，而供電驅動單元12係設有MOSFET驅動器121，且MOSFET驅動器121係分別連接於供電微處理器11、高端MOSFET元件122、低端MOSFET元件123，以透過高端MOSFET元件122、低端MOSFET元件123分別連接至諧振電路17，再透過高端MOSFET元件122電性連接電源單元16；至於訊號解析電路13係利用複數呈串、並聯之電阻131、電容132再串聯整流二極體133，以透過整流二極體133電性連接至諧振電路17；而供電單元16係分別連接有供電源161、呈串聯之二偵測用分壓電阻162、163、直流降壓器164，且供電單元16電性連接於供電驅動單元12；並於諧振電路17連接有可傳送電能、傳輸資料訊號之供電線圈171。
該受電模組2係設有受電微處理器21，受電微處理器21設有操作程式、控制程式等相關軟體程式，於受電微處理器21係分別連接於電壓偵測電路22、整流濾波電路23、調幅載波調製電路24、斷路保護電路25、穩壓電路26、直流降壓器27；且電壓偵測電路22係具有串聯式之複數電阻221電性連接於受電微處理器21，並利用串聯式電阻221再分別串聯偵測端點222、整流濾波電路23、斷路保護電路25、直流降壓器27；且整流濾波電路23為具有整流器231及電容232，分別並聯電壓偵測電路22、斷路保護電路25及直流降壓器27，再透過整流器231並聯諧振電路28及受電線圈281；且諧振電路28、受電線圈281則串連調幅載波調製電路24，而調幅載波調製電路24係具有串聯之電感241、整流二極體242及MOFSET元件243；而斷路保護電路25係串聯電阻251、P型MOSFET元件252及N型MOSFET元件253，則利用N型MOSFET元件253電性連接於受電微處理器21，另利用P型MOSFET元件252，電性連接於穩壓電路26之緩衝用電容261、直流降壓器262，則利用直流降壓器262電性連接受電輸出端263；而電壓偵測電路22、斷路保護電路25、穩壓電路26及直流降壓器27，分別電性連接於受電微處理器21，並利用電壓偵測電路22、斷路保護電路25及直流降壓器27，分別電性連接於整流濾波電路23，再以整流濾波電路23、調幅載波調製電路24電性連接於諧振電路28，即由諧振電路28電性連接受電線圈281。
而受電模組2之受電微處理器21，電性連接調幅載波調製電路24、斷路保護電25，進行操作控制資料訊號，並利用受電微處理器21電性連接穩壓路26，控制資料訊號透過時序安排，進行穩定的資料訊號傳輸，再經由供電模組1之供電微處理器11內建的資料碼解析軟體，供感應式電源供應器於電源傳送中，資料訊號之資料碼亦能穩定傳輸，以將電源傳送時的損耗降至最低，並在感應式電源供應器的受電模組2因放置不同預設電子產品(如：行動電話、個人數位助理[PDA]、筆記型電腦、數位相機、音樂播放器[MP3、MP4等]或掌上型遊戲機等)，造成受電模組2的負載電流快速變化時，也不會影響供電微處理器11之資料碼解析，且受電模組2之電源轉換電路與資料傳輸所使用的電路，係獨立並分離，即可提升電源供應器之系統最大傳送功率。
則利用上述之供電模組1、受電模組2對預設電子裝置進行供電與資料訊號傳輸之方法，其步驟係：
(100)當供電模組1之待機時間計時結束，需每隔一段時間開始發送出一段偵測訊號，用以偵測受電模組2是否有在感應範圍內，進行傳輸資料訊號、資料碼。
(101)由供電微處理器11在偵測訊號結束後，將利用線圈電壓檢測電路14，進行主工作頻率設定，並傳輸至暫存區予以暫存。
(102)則供電模組1之供電微處理器11，透過連接之線圈電壓檢測電路14，開啟供電微處理器11內部類比數位轉換[ADC]之檢測電容進行充電。
(103)再由供電微處理器11開始傳送工作頻率到供電驅動單元12，透過內建的控制程式進行變頻啟動，即開始輸出系統所設定最高工作頻率，而將最高工作頻率輸出至供電微處理器11所連接之供電驅動單元12，開始送出偵測訊號。
(104)透過供電微處理器11內建的控制程式傳送工作頻率到控制供電驅動單元12，控制程式逐漸降低工作頻率輸出至原設定之工作頻率。
(105)利用供電微處理器11內建的控制程式分析目前工作頻率是否等於暫存區內的主工作頻率之設定值，若不等於、即進行步驟(104)，若等於、即進行步驟(106)。
(106)頻率輸出到原設定的主工作頻率時，供電微處理器11結束變頻輸出改為輸出主工作頻率，並開始檢查訊號解析電路13上的資料訊號。
(107)檢查訊號，在供電線圈171上經由訊號解析電路13，解析訊號判讀是否有來自受電模組2之回饋資料訊號，若有、即進行步驟(108)，若無、即進行步驟(109)。
(108)透過供電微處理器11內建之資料碼解析軟體、利用資料碼檢查程式，檢查資料訊號之資料碼是否可辨識，若可辨識則將由供電微處理器11對電驅動單元12持續輸出工作頻率，即對供電線圈171進行持續供電模式，且將電源供電至受電模組2的受電線圈281，若無法辨識、即進行步驟(109)。
(109)供電訊號解析電路13解析無偵測資料，再由線圈電壓檢測電路14訊號經由供電微處理器11內部之類比數位轉換[ADC]啟動轉換，將供電線圈171上的電壓訊號轉換數值資料。
(110)偵測訊號結束，關閉供電微處理器11工作頻率輸出，即停止供電驅動單元12傳送電力。
(111)利用線圈電壓檢測電路14經由供電微處理器11內部之類比數位轉換[ADC]資料，透過供電微處理器11內建程式，用以設定工作頻率用以調整偵測訊號之輸出功率。
(112)供電模組1再次進入待機模式，並開始計時直到下次啟動。
而上述之供電模組1在待機時間中，每隔一段時間即送出偵測訊號，且較佳之偵測訊號長度係可為2.5mS(即千分之二點五秒)；且供電微處理器11透過線圈電壓檢測電路14進行變頻啟動模式(如第十圖所示)，係於供電模組1之供電驅動單元12啟動後，由系統的最高頻率開始送出，並由供電微處理器11逐漸控制頻率下降，當頻率下降至原來透過線圈電壓檢測電路14偵測電壓所設定之主工作頻率，即控制供電微處理器11停止變頻，此作法在於避免供電驅動單元12驅動供電線圈171啟動時，產生瞬間過振盪、再趨於平緩的不穩定現象(如第十一、十二圖所示)，防止因瞬間過大電流造成零件的損壞，也不致造成電磁干擾(EMI，Electromanetic Interference)之問題。
且供電模組1之供電微處理器11，電性連接線圈電壓檢測電路14進行類比數位轉換(ADC)之開啟，係供電微處理器11的內部，有一個(ADC)檢測電容需要充電，而(ADC)檢測電容需要充電一段時間，才可以確保線圈電壓檢測電路14所偵測之電壓數值較為正確，也由於設計中之進行偵測訊號的時間相當短暫，所以在供電模組1啟動時，供電微處理器11的內部必須先開啟類比數位轉換(ADC)通道，以供(ADC)檢測電容先行充電，但不轉換數值，待供電模組1檢測受電模組2訊號的流程最後，再透過線圈電壓檢測電路14連結供電微處理器11的內部類比數位轉換(ADC)啟動，進行資料訊號的數值轉換。
另，前述受電模組2在步驟(107)中，進行檢查訊號回饋時，在受電線圈281上經由調幅載波調製電路24，將受電模組2之回饋資料訊號傳輸，其傳輸之步驟(第五、六圖所示)係：
(10700)受電模組2之受電微處理器21，調幅載波調製電路24準備開始傳輸資料。
(10701)再利用受電微處理器21定義資料訊號長度，其中資料訊號之長度係分別為：邏輯[1]的調製長度、邏輯[1]的非調製長度、邏輯[0]的調製長度、邏輯[0]的非調製長度。
(10702)受電微處理器21感應到供電模組1的電力後，準備進入調製狀態，進入後開始計時開始訊號之資料。
(10703)受電微處理器21啟動計時器，計算已定義的資料訊號長度，計算完後轉態調製訊號。
(10704)受電微處理器21將要傳輸的資料訊號轉出，並由最高位元判斷要送出的邏輯訊號係為[0]或[1]，若為[0]、即進行步驟(1075)，若為[1]、即進行步驟(1076)。
(10705)若送出的邏輯訊號係[0]，則判斷受電微處理器21目前的調製狀態，若為調製中、即進行步驟(107051)，若為無調製、即進行步驟(107052)。
(107051)計時邏輯[0]的調製長度，且受電微處理器21控制斷路保護電路25斷電，並進行步驟(10707)。
(107052)計時邏輯[0]的非調製長度，而受電微處理器21控制開關斷路保護電路25導通，並進行步驟(10707)。
(10706)若送出的邏輯訊號係[1]，則判斷受電微處理器21目前的調製狀態，若為調製中、即進行步驟(107061)，若為無調製、即進行步驟(107062)。
(107061)計時邏輯[1]的調製長度，且受電微處理器21控制開關斷路保護電路25斷電，並進行步驟(10707)。
(107062)計時邏輯[1]的非調製長度，而受電微處理器21控制開關斷路保護電路25導通，並進行步驟(10707)。
(10707)檢查受電微處理器21將要傳送的資料訊號，是否已傳輸完成，若是、即進行步驟(10708)，若否、即進行步驟(10709)。
(10708)受電微處理器21未完成傳輸資料訊號，則準備傳輸下一個位元資料訊號，則進行步驟(1704)。
(10709)受電微處理器21完成傳輸資料訊號，即進入結束延遲計時，透過受電線圈281將資料訊號傳輸至供電模組1之供電線圈171。
(10710)受電模組2之受電微處理器21控制斷電保護電路25導通。
(10711)受電模組2之受電微處理器21，結束傳輸資料訊號。
而供電模組1在接收受電模組2所傳輸之資料訊號，即透過步驟(108)進行資料訊號解析，其步驟(第七、八圖所示)係：
(10800)供電微處理器11內建之資料解析軟體，利用資料碼檢查程式，開始檢查資料訊號。
(10801)供電微處理器11檢查資料訊號先前有無開始訊號，若無開始訊號、即進行步驟(10802)，若有開始訊號、即進行步驟(10805)。
(10802)供電微處理器11檢查目前資料訊號是否為開始長度，若是、即進行步驟(10803)，若否、即進行步驟(10804)。
(10803)供電微處理器11檢查資料訊號是開始長度，並進行步驟(1805)。
(10804)供電微處理器11檢查資料訊號，係為無法辨識的訊號，則準備關閉輸出。
(10805)供電微處理器11準備接收下一個位元資料訊號，並等待資料訊號調製之轉態觸發。
(10806)供電微處理器11之透過訊號解析電路13偵測到之轉態觸發，則停止計時器並判斷目前資料訊號的狀態，若為調製中、即進行步驟(10807)，若為非調製中、即進行步驟(10808)。
(10807)供電微處理器11調製中的資料訊號，檢查先前轉態訊號之間計時長度是否符合為[1]或[0]的調製中長度範圍，若符合、即進行步驟(10809)，若不符合、即進行步驟(10804)。
(10808)供電微處理器11調製中的資料訊號，檢查先前轉態訊號之間計時長度是否符合為[1]或[0]的非調製中長度範圍，若符合、即進行步驟(10809)，若不符合、即進行步驟(10804)。
(10809)供電微處理器11偵測的資料訊號，於長度範圍內即填入對應的邏輯代碼到接收記憶體中。
(10810)供電微處理器11檢查是否以接收完成指定的位元數，若已接收完成、即進行步驟(10811)，若未接收完成、即進行步驟(10805)。
(10811)供電微處理器11將接收之資料訊號，確認資料碼格式是否正確，若格式正確、即進行步驟(10812)，若格式不正確、即進行步驟(10804)。
(10812)供電微處理器11確認資料碼係正確格式，並進入供電模式，透過供電驅動單元12驅動供電單元16進行供電作業，利用供電線圈171供電感應至受電模組2之受電線圈281。
又，供電模組1之供電微處理器11，在發送極短的訊號偵測，即可識別受電模組2傳輸之資料訊號的資料碼是否正確(如第十三圖所示)，則透過供電微處理器11、受電微處理器21分別啟動時序的安排，利用單位元資料解析的方式，即每辨識一個位元正確後才會繼續送電；反之有非正確的訊號就立即切斷供電，利用單位元資料解析的方式觸發供電驅動單元12的高端MOSFET121、低端MOSFET122，驅動諧振電路17、供電線圈171振盪能量，來向外發射、啟動電源，而供電模組1在待機的時間，只有極短的時間傳送偵測訊號，可讓待機時的電源消耗降至最低，且搭配線圈訊號檢測電路14，進行變頻式啟動及類比數位轉換(ADC)啟動時序安排，即可供感應式電源供應器之系統穩定運作。
再者，感應式電源供應器透過非對稱式資料訊號的資料碼之編/解碼的格式傳輸設計，讓供電微處理器11進行資料訊號處於調製狀態的時間最短，即受電模組2失去電源供應的時間最短，且將每一個調製狀態的間隔拉長，讓受電模組2之穩壓電路26之緩衝用電容261，得以充電以供負載受電輸出端263輸送電源，且可增加輸出之功率，並同時兼顧資料訊號的資料碼穩定傳輸，且降低電源傳送時之電能損耗。
另，受電模組2在接偵測訊號後，即進行以下步驟(第九圖所示)係：
(200)受電模組2之受電線圈281接收到偵測訊號。
(201)受電模組2之受電微處理器21輸出第一組資料碼，但不導通斷路保護電路25。
(202)輸出資料碼若於非調製狀態，則導通斷路保護電路25。
(203)受電微處理器21偵測是否到了開啟穩壓電路26輸出功能的時間，若是、即進行步驟(204)，若否、即進行步驟(202)。
(204)開啟穩壓電路26輸出電源的功能。
(205)傳輸資料碼若於非調製狀態，則導通斷路保護電路25直到受電模組2失去感應電源的電能為止。
則透過供電模組1、受電模組2間，利用非對稱式資料編解碼格式，讓資料訊號中處於調製狀態的時間為最短，即使受電模組失去電源的時間最短，以供快速恢復供電或傳輸資料訊號；且將每一個調製狀態的間隔拉長，讓受電模組2之緩衝用電容261得以充電，並供負載之受電輸出端263進行供電輸出，則可提高輸出功率，並兼顧資料碼穩定傳輸、降低電源傳送損耗等優點。
請參閱第十四、十五、十六、十七、十八所示，係為本發明資料傳輸格式圖(一)、資料傳輸格式圖(二)、資料傳輸格式圖(三)、資料傳輸格式圖(四)、資料傳輸格式圖(五)，由圖中所示可以清楚看出，本發明電源供應器之受電模組2，透過調載波調製電路24進行資料訊號調製時，係藉由受電線圈281將資料訊號反射至供電模組1之供電線圈171，且透過訊號解析電路13傳輸至供電微處理器11，透過供電微處理器11解析出波形，在感應電源傳送中為無資料訊號狀態，當欲傳輸資料訊號時，受電微處理器21即進行間歇性的調製狀態，用以傳輸資料訊號之資料編碼。
且因電源傳送、資料訊號傳輸的電路配置不同，在相反的狀態中(如第十五圖所示)，供電微處理器11調製中的波形訊號準位也會產生比無訊號時低，但此種訊號反相型態與本發明之訊號辨識無關，本發明之電源供應器係用於辨識調製訊號的長度，與準位高低無關(如第十七圖所示)，因此下列敘述本發明係採用正向狀態進行調製訊號長度的辨識說明，實際運用也可以採反相方式運作。
則本發明之資料訊號中的資料碼，在較佳實施例中(如第十六圖所示)，可定義為8位元為一組的資料編碼方式，實際使用時則可視使用狀態及使用者需求，將傳輸資料的位元數予以增加或縮減，在第一個訊號為開始訊號，經過8位元資料編碼傳輸後，最後一個位元訊號即為結束訊號，因本發明所採用之序號格式擁有相當大的容錯能力，所以不需同位元檢查機制亦可以使用，進行各種位元型式的資料碼之編碼。
且本發明之非對稱長度資料碼(如第十八圖所示)，可在受電模組2之受電微處理器21進行調製資料訊號時，於二段調製資料訊號之間，插入一個較長的非調製狀態的充電時間，可降低在訊號傳送間輸出電源不穩定或中斷，則非對稱資料碼傳輸可定義其開始長度為40μS，在調製中：位元為邏輯[1]長度為120μS，位元為邏輯[0]長度為30μS；而在非調製中：位元為邏輯[1]長度為1200mS，位元為邏輯[0]長度為800μS；這樣的配置下位元(2)與位元(4)的中間非調製狀態的充電時間長度拉長，讓受電模組2的緩充用電容262可以充滿電，用以輸送穩定的電壓，且受電模組2失去電源供應的時間，最長為調製中邏輯[1]之長度120μS；而在供電模組1之供電微處理器11進行訊號解析時，在訊號解析電路13中每次的資料訊號調製檢查後需要有恢復準位的時間，則在無調製狀態的位元(1、3、5、7)，放入太短的時間長度定義將無法被解析，且在感應式電源供應器中需要的是穩定的電源供應，並非高速資料傳輸能力，所以在非調製時間的定義資料傳輸長度拉長，即在這一段資料碼傳輸的時間裡，電源可以一樣被穩定傳送，也由於非調製時間拉長後，訊號準位回歸穩態，供電微處理器11進行資料訊號調製時間，可以在短時間部分定義到30μS，且還可以被解析，而達同時傳輸資料訊號與供應電源之目的。
請參閱第二十一、二十二、二十三圖所示，係為本發明之受電模組電力輸出實例圖(一)、受電模組電力輸出實例圖(二)、受電模組電力輸出實例圖(三)，本發明另一種實施例中，利用斷路保護電路25輔助受電模組2傳輸的資料碼，可以適應不同的受電模組2之受電輸出端263進行電源輸送，不論是無功率輸出或高功率輸出，都可以維持傳輸訊號的穩定性。
在供電過程中(如第二十一圖所示)，在這個實例中調幅載波調製電路24控制訊號於高電位表示調製訊號中，斷路保護電路25控制訊號於高電位表示表示為導通狀態。
當受電微處理器21開始傳輸資料後，資料訊號的開始訊號進入調製狀態，且輸出的第一個開始位元為非調製狀態，而此時斷路保護電路25之電源電路都保持為導通的狀態，則後續輸出的資料位元訊號若為調製狀態，開關電路就為斷路，並當受電微處理器21轉態傳輸非調製位元時，斷路保護電路25就為導通，直到資料訊號的最後一個位元訊號，於資料訊號傳輸結束後，會延遲一小段時間再將斷路保護電路25導通，即可將最後一個位元完整的傳輸，不會因電源傳送的功率提高後資料訊號的傳輸即失敗。
在第二十一圖中所示，係為本發明之受電模組電力輸出實例圖(一)，為受電輸出端263輸出無負載之訊號，可見於緩衝用電容261上的電壓穩定，在第二十二圖中所示，係為本發明之受電模組電力輸出實例圖(二)，係受電輸出端263輸出為輕負載之訊號，可見於緩衝用電容261上的電壓於訊號調製間因為失去受電能力而電壓略為下降，最後一個資料位元傳送後，延遲一小段時間再將開關電路斷 路保護電路25導通的設計，可以使回饋到訊號解析電路13最後一個資料碼清晰被辨識。
在第二十三圖中所示，係為本發明之受電模組電力輸出實例圖(三)受電輸出端263輸出為重負載之訊號，可見於緩衝用電容261上的電壓於失去受電能力之間大幅下降，透過本發明的方式不論電輸出端263輸出的狀況都可以穩定傳送訊號。
請參閱第十三、十九、二十、二十四圖所示，係為本發明之資料傳輸實施例圖(一)、資料傳輸實施例圖(二)、資料傳輸實施例圖(三)、受電模組電力輸出實例圖(四)而在供電模組1進行初次訊號資料傳輸時，由於受電模組2的整流濾波電路23之電容232、穩壓電路26之緩衝用電容261，均處於未充滿電的狀態，則第一組資料訊號之資料碼，不會將受電模組2的受電微處理器21所連接之斷路保護電路25導通，以提供足夠的回饋能量使第一組資料碼順利傳輸，也因為初始位元能在感應啟動後，很短得時間內輸出完整的資料碼讓供電模組1的供電微處理器11辨識，所以可將發送偵測訊號時間縮短到最短，當供電微處理器11有偵測到來自受電模組2反饋之開始訊號時，才會持續發射能量供下一個位元資料傳輸，若過程中有資料碼無法被辨識，供電微處理器11就會立即結束資料碼解析程式，並關閉輸出，以將供電模組1之待機消耗功率降至最低，非目標物不送電的安全性提升到最高。
如第十三圖所示，係為本發明之資料傳輸實施例圖(一)，另當受電模組2啟動時，受電模組2之調幅載波調製電路24輸出第一組資料碼之後，並接續導通斷路保護電路25，使穩壓電路26之緩衝用電容262開始充電(請同時參閱第十九、二十圖所示，為供電後的實例圖)。
在高功率的受電模組2系統中，緩衝用電容262會隨著功率輸出提高後，容量配置也需要提高以讓後端的電源輸出有足夠的緩衝能力，由於緩衝電容262的電容量提高後，緩衝用電容262的充電時間也愈長，所以當開始充電後，需等待一段時間讓緩衝用電容262充電，並待緩衝用電容262充電完成後，再開啟穩壓電路26導通功能，讓受電模組2開始輸出電源；而第二十四圖式中所示，係為本發明之受電模組電力輸出實例圖(四)，其中該供電線圈171開始送電後，先導通斷路保護電路25讓緩衝用電容262開始充電，經過500mS後，才開啟穩壓電路26開始供電。
是以，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此侷限本發明之專利範圍，本發明高功率感應式電源供應器資料傳輸之方法，其係透過供電模組1之供電微處理器11，偵測受電模組2所傳輸之資料訊號，透過受電模組2的受電微處理21，分別電性連接調幅載波調製電路24、斷路保護電路25、穩壓電路26，以控制資料訊號透過時序安排，送出穩定的資料訊號，再經由供電模組1之供電微處理器11內建資料碼解析軟體，讓供電模組1在傳送電源時，資料訊號的資料碼亦能穩定傳輸，俾可達到將電源傳送功率損耗降至最低、受電模組2負載端電流快速變化時也無會影響供電微處理器11的資料碼解析之傳輸之目的，並利用受電模組2的電源轉換電路、資料訊號傳輸電路獨立且分離，具有將感應式供電源供應器的最大傳送功率提升之優點，則於供電模組1、受電模組2間，利用非對稱式資料訊號編解碼的傳輸格式，亦達到同步進行充電與穩定傳輸資料訊號之實用功效，故舉凡可達成前述效果之流程、實施方法等，及相關之設備、裝置，皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
上述本發明之感應式電源供應器中資料傳輸之方法，於實際實施製造作業時，為可具有下列各項優點，如：
(一)供電模組1之供電微處理器11，係內建有資料碼解析軟體，可針對受電模組2之資料訊號的資料碼進行解析，而不影響供電模組1之電源供應，並將電源傳送的損耗降至最低。
(二)受電模組2之受電微處理器21，係分別電性連接調幅載波調製電路24、斷路保護電路25、穩壓電路26，以控制訊號資料透過時序安排，輸出穩定的資料訊號，以使供電模組1之供電微處理器11在短時間內，識別資料訊號之資料碼是否正確，利用單位元資料解析方式啟動電源，在供電模組1待機時只有極短的時間傳送偵測訊號，則可將供電模組1之待機電源消耗降至最低。
(三)供電模組1之供電微處理器11，透過線圈電壓檢測電路14與啟動類比數位轉換(ADC)，以搭配變頻式啟動時序安排，可以讓感應式電源供應器穩定的運作。
(四)供電模組1之供電微處理器11，透過非對稱式資料編解碼的傳輸格式，讓資料訊號中處於調製狀態的時間縮為最短，則受電模組2失去電源供應的時間也是最短，並利用每一個調製時間的間隔拉長，讓受電模組2的緩衝用電容261得以充電，以供受電輸出端263輸出電源的功率增加，具有穩定資料碼傳輸及降低電源供應損耗之功效。
故，本發明為主要針對高功率感應之供電模組、受電模組的設計，為藉由供電模組之微處理器內建資料碼解析軟體，可在短時間偵測受電模組之受電微處理器傳輸之資料訊號的資料碼是否正確，並於受電模組的受電微處理器分別電性連接調幅載波調製電路、斷路保護電路、穩壓電路，控制資 料訊號的傳輸，並透過時序安排穩定資料訊號的傳輸，而達到供電模組供電至受電模組的電源傳送中、資料訊號亦能穩定傳輸為主要保護重點，且將電源傳送的電源損耗降至最低，而具有同步穩定傳送電源及傳輸資料訊號之功能，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾、替換及等效原理變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
綜上所述，本發明上述高功率感應式電源供應器中資料傳輸之方法於實際實施、應用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之研發，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。
1．．．供電模組
11．．．供電微處理器
12．．．供電驅動單元
121．．．MOSFET驅動器
122．．．高端MOSFET元件
123．．．低端MOSFET元件
13．．．訊號解析電路
131．．．電阻
132．．．電容
133．．．整流二極體
14．．．線圈電壓檢測電路
141．．．電阻
142．．．電容
15．．．顯示單元
16．．．供電單元
161．．．供電源
162．．．偵測用分壓電阻
163．．．偵測用分壓電阻
164．．．直流降壓器
17．．．諧振電路
171．．．供電線圈
2．．．受電模組
21‧‧‧受電微處理器
22‧‧‧電壓偵測電路
221‧‧‧電阻
222‧‧‧偵測端點
23‧‧‧整流濾波電路
231‧‧‧整流器
232‧‧‧電容
24‧‧‧調幅載波調製電路
241‧‧‧電感
242‧‧‧整流二極體
243‧‧‧MOFSET元件
25‧‧‧斷路保護電路
251‧‧‧電阻
252‧‧‧P型MOFSET元件
253‧‧‧N型MOFSET元件
26‧‧‧穩壓電路
261‧‧‧緩衝用電容
262‧‧‧直流降壓器
263‧‧‧受電輸出端
27‧‧‧直流降壓器
28‧‧‧諧振電路
281‧‧‧受電線圈
第一圖　係為本發明供電模組之簡易電路圖。
第二圖　係為本發明受電模組之簡易電路圖。
第三圖　係為本發明之供電模組運作流程圖(一)。
第四圖　係為本發明之供電模組運作流程圖(二)。
第五圖　係為本發明受電模組傳輸資料訊號之流程圖(一)。
第六圖　係為本發明受電模組傳輸資料訊號之流程圖(二)。
第七圖　係為本發明供電微處理器之資料碼解析流程圖(一)。
第八圖　係為本發明供電微處理器之資料碼解析流程圖(二)。
第九圖　係為本發明受電模組電力輸出控制流程圖。
第十圖　係為本發明變頻啟動運作實例圖(一)。
第十一圖　係為本發明變頻啟動運作實例圖(二)。
第十二圖　係為本發明變頻啟動運作實例圖(三)。
第十三圖　係為本發明資料傳輸實施例圖(一)。
第十四圖　係為本發明資料傳輸格式圖(一)。
第十五圖　係為本發明資料傳輸格式圖(二)。
第十六圖　係為本發明資料傳輸格式圖(三)。
第十七圖　係為本發明資料傳輸格式圖(四)。
第十八圖　係為本發明資料傳輸格式圖(五)。
第十九圖　係為本發明資料傳輸實施例圖(二)。
第二十圖　係為本發明資料傳輸實施例圖(三)。
第二十一圖　係為本發明受電模組電力輸出實例圖(一)。
第二十二圖　係為本發明受電模組電力輸出實例圖(二)。
第二十三圖　係為本發明受電模組電力輸出實例圖(三)。
第二十四圖　係為本發明受電模組電力輸出實例圖(四)。
1．．．供電模組
11．．．供電微處理器
12．．．供電驅動單元
121．．．MOSFET驅動器
122．．．高端MOSFET元件
123．．．低端MOSFET元件
13．．．訊號解析電路
131．．．電阻
132．．．電容
133．．．整流二極體
14．．．線圈電壓檢測電路
141．．．電阻
142．．．電容
15．．．顯示單元
16．．．供電單元
161．．．供電源
162．．．偵測用分壓電阻
163．．．偵測用分壓電阻
164．．．直流降壓器
17．．．諧振電路
171．．．供電線圈

Claims (10)

  1. 一種高功率感應式電源供應器中資料傳輸之方法，其步驟係：(a)待機時間計時結束，開始發送偵測訊號；(b)將主工作頻率傳送至暫存區；(c)供電模組之供電微處理器所連接線圈電壓檢測電路，開啟類比數位轉換〔ADC〕模式；(d)開始輸出系統所設定最高工作頻率，而將該最高工作頻率輸出至該供電微處理器所連接之供電驅動單元；(e)降低工作頻率；(f)目前工作頻率是否等於該暫存區內的主工作頻率，若不等於、即進行步驟(e)，若等於、即進行步驟(g)；(g)結束變頻輸出，開始偵測訊號；(h)檢查訊號，對應之回饋訊號，受電端產生傳輸資料訊號，其步驟即為：(h00)準備開始傳輸資料；(h01)定義資料長度之開始訊號資料長度，即包括：邏輯〔1〕的調製長度、邏輯〔1〕的非調製長度、邏輯〔0〕的調製長度、邏輯〔0〕的非調製長度；(h02)進入調製狀態，並開始計時該開始訊號之 資料；(h03)計時結束，調製轉態；(h04)將要傳輸的資料轉出最高位元判斷要送的邏輯是〔0〕或〔1〕，若為〔0〕、即進行步驟(h05)，若為〔1〕、即進行步驟(h06)；(h05)判斷邏輯〔0〕目前的調製狀態，若調製中、即進行步驟(h051)，若無調製、即進行步驟(h052)；(h051)計時邏輯〔0〕的調製長度，且開關電路呈斷路，並進行步驟(h07)；(h052)計時邏輯〔0〕的非調製長度，且開關電路導通，並進行步驟(h07)；(h06)判斷邏輯〔1〕目前的調製狀態，若調製中、即進行步驟(h061)，若無調製、即進行步驟(h062)；(h061)計時邏輯〔1〕的調製長度，且開關電路呈斷路，並進行步驟(h07)；(h062)計時邏輯〔1〕的非調製長度，且開關電路導通，並進行步驟(h07)；(h07)檢查要傳輸的資料是否已傳輸完成，若否即進行步驟(h08)，若是、即進行步 驟(h09)；(h08)未傳輸完成，準備傳輸下一位元，並進行步驟(h06)；(h09)傳輸完成，進入結束延遲計時；(h10)導通斷路保護電路；(h11)結束傳輸資料；再進行解析電路訊號是否有資料訊號，若有、即進行步驟(i)，若無、即進行步驟(j)；(i)資料碼檢查程式，檢查資料碼是否可辨識，其步驟即為：(i00)資料碼檢查程式啟動；(i01)檢查先前是否有開始訊號，若無、即進行步驟(i02)，若有、即進行步驟(i05)；(i02)檢查目前訊號是否為開始長度，若是、即進行步驟(i03)，若否、即進行步驟(i04)；(i03)是開始長度，標記有開始訊號後進行步驟(i05)；(i04)資料訊號無法辨識，準備關閉輸出；(i05)準備接收下一個位元，並等待轉態觸發；(i06)轉態觸發，停止計時器，判斷目前之訊號 狀態為調製中或非調製中，若為調製中、即進行步驟(i07)，若為非調製中、即進行步驟(i08)；(i07)調製中的訊號，檢查是否符合邏輯〔1〕或〔0〕的調製中長度範圍，若符合、即進行步驟(i09)，若不符合、即進行步驟(i04)；(i08)非調製中的訊號，檢查是否符合邏輯〔1〕或〔0〕的非調製中長度範圍，若符合、即進行步驟(i09)，若不符合、即進行步驟(i04)；(i09)資料訊號於長度範圍內，填入對應邏輯代碼之至接收記憶體中；(i10)檢查是否已接收完成指定的位元數，若已接收完成、即進行步驟(i11)，若未接收完成、即進行步驟(i05)；(i11)收到資料碼，執行確認格式是否正確，若格式正確、即進行步驟(i12)，若格式錯誤、即進行步驟(i04)；(i12)正確格式，進入供電模式，執行正常供電作業若可辨識、即進行正常供電模式、且供電至受電模組，若無法辨識、即進行步 驟(j)；(j)無偵測資料，該線圈電壓檢測電路之類比數位轉換〔ADC〕啟動，轉換成資料；(k)偵測訊號結束，關閉連接該供電單元之輸出；(l)利用該線圈電壓檢測電路轉換之類比數位轉換〔ADC〕資料，用以設定工作頻率用以調整偵測訊號之輸出功率；(m)進入待機模式，並開始計時直到下次啟動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高功率感應式電源供應器中資料傳輸之方法，其中該步驟(c)之該供電模組，係包括供電微處理器、該供電微處理器電性連接之供電驅動單元、該供電微處理器電性連接之訊號解析電路、該供電微處理器電性連接之線圈電壓檢測電路、該供電微處理器電性連接之顯示單元、該供電微處理器電性連接之供電單元及電源接地端，並由該供電驅動單元電性連設有諧振電路，且透過該諧振電路、該線圈電壓檢測電路及該訊號解析電路，分別電性連接可對外發送電源訊號之供電線圈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高功率感應式電源供應器中資料傳輸之方法，其中該步驟(h)之該受電模組，係包括受電微處理器、該受電微處理器電性連接之電壓偵測電路、該受電微處理器電性連接之斷路保護電路、該受電微處理器電性連接之穩壓電路、該受電微處理器電性連接之調幅載波調 製電路、該受電微處理器電性連接之直流降壓器，且透過該斷路保護電路、該直流降壓器、該電壓偵測電路分別電性連接整流濾波電路，而該整流濾波電路再與該調幅載波調製電路分別電性連接諧振電路、受電線圈。
  4. 一種高功率感應式電源供應器，係包括：供電模組、受電模組；其中：該供電模組設有供電微處理器，且由該供電微處理器分別電性連接驅動供電模組運作之供電驅動單元、偵測及解析線圈資料訊號之訊號解析電路、偵測供電線圈的電壓之線圈電壓檢測電路、顯示供電模組運作狀態之顯示單元、供應所需電源之供電單元及電源接地端，並透過該供電驅動單元電性連接諧振電路，則利用該諧振電路、該線圈電壓檢測電路及該訊號解析電路，再分別電性連接可對外發送電源、傳輸資料訊號之供電線圈，該供電驅動單元係包括MOSFET驅動器、切換MOSFET驅動器的工作頻率用以變換之高端MOSFET、低端MOSFET之開關狀態，且透過高端MOSFET、低端MOSFET分別電性連接該諧振電路、該供電線圈；該受電模組設有係配合該供電模組的該供電線圈進行感應訊號傳輸之受電線圈，而該受電模組係設有受電微處理器，且該受電微處理器分別電性連接偵測供電源的電壓之電壓偵測電路、作業中開關控制之斷路保護電路、穩定供電源的電壓 之穩壓電路、進行資料訊號編碼之調幅載波調製電路、穩定供電源電壓之直流降壓器，該受電模組之調幅載波調製電路，係包括呈串聯之電感、二極體、MOSFET元件，以透過該斷路保護電路、該直流降壓器、該電壓偵測電路分別電性連接對電力訊號濾波、整流之整流濾波電路，而該整流濾波電路再與該調幅載波調製電路分別電性連接該諧振電路、該受電線圈。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之高功率感應式電源供應器，其中該供電模組之供電單元係設有連接外部電源之供應源、二串聯式之偵測用分壓電阻。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之高功率感應式電源供應器，其中該供電模組之顯示單元，係液晶顯示幕、發光二極體(LED)顯示幕或冷光片顯示幕。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之高功率感應式電源供應器，其中該受電模組之電壓偵測電路，係包括呈串聯電性連接之偵測端點、二偵測用分壓電阻。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之高功率感應式電源供應器，其中該受電模組之整流濾波電路係包括整流器、電容。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之高功率感應式電源供應器，其中該受電模組之斷路保護電路，係包括電阻及P型MOSFET元件、N型MOSFET元件。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之高功率感應式電源供應器， 其中該受電模組之穩壓電路，係包括電容、直流降壓器，並由該直流降壓器電性連接受電輸出端。
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