整合電輻射屏蔽及電容感測功能的無線充電器的製造方法
2023-06-02 22:52:56
整合電輻射屏蔽及電容感測功能的無線充電器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種整合電輻射屏蔽及電容感測功能的無線充電器，該無線充電器包含一充電模塊、一電容感應器以及一控制單元。該充電模塊包含一第一線圈、一擺設區以及一位於該第一線圈及該擺設區間的梳狀屏蔽。該電容感應器與該梳狀屏蔽連接，以檢測該梳狀屏蔽與周圍環境間的電容變化量。當該無線充電器處於待機模式時，該梳狀屏蔽用於感測電容；當該電容變化量超過一預設閾值且一無線充電的電子裝置是置於該擺設區時，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於屏蔽電輻射。
【專利說明】整合電輻射屏蔽及電容感測功能的無線充電器
【技術領域】
[0001]本發明是有關於一種無線充電器，尤指一種整合電輻射屏蔽與電容感測功能的無線充電器。
【背景技術】
[0002]現今，多種的家庭或其它用途的電器具有各種複雜的電子電路，此等電器多藉由電源線或使用電池充電以提供運作所需的電力。然而，電源線的長度限制了電器的使用範圍，且多個電器的電源線容易因彼此纏繞而造成使用不便。因此，以感應式充電(意即無線充電)方式來提供電器電源實為趨勢所向。感應式充電方式是基於電磁感應而得以實現，而無線充電中主要的問題即為電磁幹擾(EMI, electromagnetic interference)。電磁幹擾為一種常見的問題，其是因電磁輻射或電磁傳導，擾亂或中斷運行中的電器而影響其性能，感應式充電裝置(無線充電器)的電輻射可能會干擾周圍其它電子裝置的運作。一般而言，標準的無線充電器會持續不斷地發送呼叫信號(ping signal)，來識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，此呼叫信號會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。
【發明內容】
[0003]本發明一方面是提供一種無線充電器，其用以對一具有一第二線圈的電子裝置進行充電，該無線充電器包含:一充電模塊，其包含一電磁稱合於該第二線圈的第一線圈，一設於相對於該第一線圈的擺設區，以及一設置在介於該第一線圈及該擺設區間的梳狀屏蔽；一電容感應器，其連接於該梳狀屏蔽以檢測該梳狀屏蔽與周圍環境間的電容變化量；以及一控制單元，其連接於該梳狀屏蔽及該電容感應器並記錄電容變化量；其中，當該電容變化量超過一預設的閾值時，該控制單元傳輸一呼叫信號至該電子裝置，且若該電子裝置響應該呼叫信號，則該控制單兀將該充電模塊由一待機模式切換至一充電模式以對該電子裝置進行無線充電，並切換該梳狀屏蔽連接至一接地端。
[0004]本發明另一方面是提供一種整合電輻射屏蔽及電容感測功能於一無線充電器的方法，該方法包含:(a)於一待機模式下，藉由與一梳狀屏蔽連接的一電容感應器測量該無線充電器中的該梳狀屏蔽與周圍環境間的電容變化量；(b)當該電容變化量超過預設的閾值時，通過一控制單元傳送一呼叫信號以確認一待充電的電子裝置；(C)當接收到該呼叫信號的響應時，該無線充電器是處於一充電模式，切換該梳狀屏蔽連接至一接地端並啟動該無線充電器以執行無線充電；以及(d)當該電容變化量低於該預設的閾值時，該無線充電器切換至該待機模式。
[0005]為便於理解所揭露的各種不同的目的，用於達成上述技術目的、技術特徵、以及技術效果而於本發明中所採用的技術是如以下的例示及附圖所示。
【專利附圖】
【附圖說明】[0006]圖1是本發明的無線充電器的一種實施態樣示意圖。
[0007]圖2是本發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的實施態樣的操作流程圖。
[0009]圖4是一未裝設梳狀屏蔽的無線充電器於充電模式下發射電輻射的頻譜圖。
[0010]圖5是一無線充電器裝設有本發明的梳狀屏蔽時於充電模式下發射電輻射的頻譜圖。
[0011][標號說明]
[0012]100無線充電器 10梳狀屏蔽
[0013]11第一線圈12擺設區
[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
【具體實施方式】
[0019]以下茲就本發明的技術細節詳述，惟本發明中的各種實施態樣僅作為說明的用途，而本領域技術人員可知悉，該等實施態樣於本發明的精神與範圍內所進行的更動或修改，仍屬本發明所界定的技術範疇。此外，本發明的圖式是俾於直觀理解其技術內容的用途，並非用以限制本發明。
[0020]圖1為本發明無線充電器的示意圖，圖2為本發明的無線充電器100與一可攜式設備的示意圖。該無線充電器100用以對一電子裝置40進行無線充電；在一般的情況下，該電子裝置40內設有一第二線圈41以感應電磁場來傳遞電功率，並將接收到的電功率轉換為電流以對該電子裝置40內的電池充電。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、一擺設區12以及一梳狀屏蔽13 ;該第一線圈11是電磁耦合於該電子裝置40內的該第二線圈41，且該第一線圈11可連接於一電源供應器；該擺設區12是設置於相對該第一線圈11處，用以擺設該電子裝置40以執行無線充電；且該梳狀屏蔽13是介於該擺設區12以及該第一線圈11之間。
[0021]於本發明的實施態樣中，該無線充電器100具有兩種模式，即待機模式以及充電模式。於待機模式下，該梳狀屏蔽13用以感測電容；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，本發明的無線充電器100集成電輻射屏蔽與電容感測的功能。兩種模式的轉換詳參下述。
[0022]該電容感應器20連接於該梳狀屏蔽13以檢測該梳狀屏蔽13與周圍環境的電容變化量。一般而言，該電容感應器20可直接感測電場。該電容感應器20是由一導體感測電極、一介電體以及用以感測電容變化量的感測電路所組成，且該電容感應器20可為一電容感測集成電路(integrated circuit, IC)。於待機模式下，由於該梳狀屏蔽13連接於該電容感應器20，而作為該電容感應器20的電極，若有一對象(電子裝置40)靠近該梳狀屏蔽13，則該梳狀屏蔽13與周圍環境的電容值即產生變化，且該電容變化量受該電容感應器20內的感測電路所檢測。
[0023]該控制單元30連接於該梳狀屏蔽13以及該電容感應器20，以記錄/儲存該電容變化量。當電容變化量超過預設的閾值時，該控制單元30即發送一呼叫信號予該電子裝置40，因此，該呼叫信號的發射僅於該電子裝置40靠近該控制單元30時才啟動，若該電子裝置40響應該呼叫信號，則該控制單元30將該充電模塊10自待機模式切換至充電模式以對該電子裝置40無線充電，並將該梳狀屏蔽13切換以連接至一接地端31。
[0024]本發明的術語「呼叫信號」是指由一第一互動無線裝置(於本發明中，所謂第一交互式無線設備即為控制單元30)所發射的任意種類的無線信號，以獲得在該第一互動無線裝置的特定範圍內，一第二交互式無線裝置(於本發明中，所謂第二交互式無線設備即為待充電的電子裝置40)的信息。該呼叫信號典型的為一種短距信號，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經由該第一線圈11所發送至該電子裝置40。當該第二交互式無線設備位於可接收該呼叫信號的範圍內，即以無線傳輸發送一響應信號，上述的響應信號可能包含了其它的信息，例如該電子裝置40剩餘電力或容量等。該第一交互式無線裝置可依據第二交互式無線裝置的殘餘的電力或電池內的電量，調整進行無線充電的時間。
[0025]本發明的術語「無線充電」，亦稱作「感應式充電」，是指通過電磁場於兩對象間傳遞能量(一為該無線充電器100，另一則為電子裝置40)。能量經由線圈感應耦合至電子裝置40，即可將能量用於對電池充電或供該電子裝置40運作。典型地，該無線充電器100使用第一線圈11作為感應線圈以連接交流電(AC)電源供應器並在一可充電範圍內產生一交流電磁場，且該電子裝置40內的該第二線圈41經由電磁場接收功率且轉換為電流對電子裝置40內的電池進行充電，此二感應線圈(該第一線圈11、該第二線圈41)在鄰近結合下形成一電氣變壓器。
[0026]於充電模式中執行無線充電時，該H場(magnetic field,即磁場)對該電子裝置40充電,而該無線充電器100亦產生一 E場(electronic field,即電場)，該E場福射發散並幹擾鄰近於該無線充電器100的其它設備。該梳狀屏蔽13作為一濾波器，藉以屏蔽該E場的電輻射，並且該梳狀屏蔽13感應一磁場(H場)並耦合於該電子裝置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，進而抑制源自E場的電輻射。若有一對象接近於該無線充電器100，並被該無線充電器100識別為無法進行無線充電，例如未響應該呼叫信號者，則該控制單元30保持該無線充電器100處於待機模式。該控制單元30可進一步包含一電性連接於該接地端31與該梳狀屏蔽13的切換器32,於一較佳實施態樣中，該切換器32為一電晶體。
[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所構成，該梳狀屏蔽13包含多個平行段131，以及多個介於兩兩該平行段131間的間隙132。於一較佳實施態樣中，該梳狀屏蔽13可印刷於一印刷電路板(PCB) 14上以強化該梳狀屏蔽13的結構，或減少金屬材料的使用量。該梳狀屏蔽13可覆蓋於該第一線圈11的空間，且組合兩個或以上的該梳狀屏蔽13相對朝向相反方向(對應於該第一線圈11並彼此相對)，且設置於該無線充電器100中的不同層，亦在本發明的範圍內。
[0028]請參照圖3，為一流程圖以說明圖1的實施態樣的操作。如圖3所示:當操作啟動時200，該無線充電器100將設定於待機模式，如流程方塊201所示。於待機模式下，該梳狀屏蔽13是作為該電容感應器20的電容感測電極，藉由該電容感應器20測量該梳狀屏蔽13與周圍環境(如某一對象或該電子裝置40)的電容變化量。因此，若一物體靠近該無線充電器100的擺設區12 (如流程圖塊202)，使電容量產生相應地變化，則該控制單元30檢測該電容變化量是否已超出一預設閾值(流程圖塊203)，若符合前述條件，該控制單元30即發送一呼叫信號(如流程圖塊204)予靠近該擺設區12的該對象以確認是否可對該對象進行充電。接續，若該對象是待充電且可適用於無線充電功能，則該對象發送回應信號予該控制單元30 (流程圖塊205)，而在該控制單元30接收到該響應信號的同時，其將該無線充電器100自待機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，並啟動該無線充電器100以執行無線充電(如流程圖塊206)。當無線充電完成後，該對象遠離該梳狀屏蔽13，而後電容變化量將小於預設的閾值，則該控制單元30切換該無線充電器100回到待機模式(如流程圖塊207)。
[0029]以此方式，本發明提供一種整合電輻射屏蔽以及電容感測功能的無線充電器100。因此，當該無線充電器100處於待機模式下，該控制單元30不需連續地傳送該呼叫信號來確認是否有對象靠近該無線充電器100，而是將該梳狀屏蔽13作為電容感測電極，通過該電容感應器20檢測靠近的對象。此外，當該無線充電器100處於充電模式下，該梳狀屏蔽13連接於接地端31而作為一濾波器。換言之，該梳狀屏蔽13使該第一線圈11得以感應磁場於該第二線圈41 (H場的磁力線可經由該間隙132通過該梳狀屏蔽13)，然而，伴隨磁場而生的電場(E場)則受到屏蔽，從而抑制E場所發射的電輻射。
[0030]接著說明本發名的梳狀屏蔽13的屏蔽能力。圖4為未裝設該梳狀屏蔽13時，充電模塊所發射的電輻射量的頻譜圖，而圖5為本發明裝設該梳狀屏蔽13後的充電模塊10所發射的電輻射量的頻譜圖，該梳狀屏蔽13是設置於該充電模塊與該電子裝置之間。圖4以及圖5的實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於圖5是設置於該充電模塊中第一線圈11的平行軸向。由圖4可得知，其電輻射於頻譜圖中明顯地超出了原始設備製造廠商提供的EMC(電磁兼容性)與EMI (電磁幹擾)規格書的極限值，然而在圖5中，僅有極少的波峰超出了極限值，證明本發明確有抑制E場發散電輻射的功效。
[0031]本發明是可應用於許多不同的【技術領域】中，例如汽車工業的構件、家用電器、消費性電子廣品或醫療系統中。
[0032]本發明已藉上述較佳具體實施態樣進行詳細說明，惟本發明並不限定於上述所舉例的實施態樣，凡在本發明所揭示的技術思想範圍內，對該等結構作各種變化及修飾，該等變化及修飾仍屬本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種無線充電器，其用以對一具有一第二線圈的電子裝置進行充電，該無線充電器包含: 一充電模塊，其包含一電磁耦合於該第二線圈的第一線圈，一設於相對於該第一線圈的擺設區，以及一設置在介於該第一線圈及該擺設區間的梳狀屏蔽； 一電容感應器，其連接於該梳狀屏蔽以檢測該梳狀屏蔽與周圍環境間的電容變化量；以及 一控制單元，其連接於該梳狀屏蔽及該電容感應器並記錄電容變化量； 其中，當該電容變化量超過一預設的閾值時，該控制單元傳輸一呼叫信號至該電子裝置，且若該電子裝置響應該呼叫信號，則該控制單元將該充電模塊由一待機模式切換至一充電模式以對該電子裝置進行無線充電，並切換該梳狀屏蔽連接至一接地端。
2.根據權利要求1所述的無線充電器，其中該控制單元進一步包含一電性連接於該接地端及該梳狀屏蔽的切換器。
3.根據權利要求2所述的無線充電器，其中該切換器為一電晶體。
4.根據權利要求1所述的無線充電器，其中該呼叫信號是由控制單元通過該第一線圈發送。
5.根據權利要求1所述的無線充電器，其中該梳狀屏蔽包含多個平行段。
6.根據權利要求1所述的無線充電器，其中該梳狀屏蔽是一電路路徑印刷於一印刷電路板上。
7.根據權利要求1所述的無線充電器，其中至少使用二個該梳狀屏蔽，其是設置於該無線充電器的不同層中，且彼此方向相反。
8.根據權利要求1所述的無線充電器，其中在該待機模式下，該梳狀屏蔽是作為該電容感應器的電極。
9.一種整合電輻射屏蔽及電容感測功能於一無線充電器的方法，該方法包含: (a)於一待機模式下，藉由與一梳狀屏蔽連接的一電容感應器測量該無線充電器中的該梳狀屏蔽與周圍環境間的電容變化量； (b)當該電容變化量超過預設的閾值時，通過一控制單元傳送一呼叫信號以確認一待充電的電子裝置； (C)當接收到該呼叫信號的響應時，該無線充電器是處於一充電模式，切換該梳狀屏蔽連接至一接地端並啟動該無線充電器以執行無線充電；以及 (d)當該電容變化量低於該預設的閾值時，該無線充電器切換至該待機模式。
10.根據權利要求9所述的方法，其中該無線充電器連接於一控制器以記錄該電容變化量並執行該待機模式及該充電模式之間的切換。
11.根據權利要求9所述的方法，其中該電容感應器為一電容感應器集成電路。
12.根據權利要求9所述的方法，其中該控制單元進一步包含一電性連接於該接地端及該梳狀屏蔽的切換器。
13.根據權利要求12所述的方法，其中該切換器為一電晶體。
14.根據權利要求9所述的方法，其中該梳狀屏蔽包含多個平行段。
15.根據權利要求9所述的方法，其中該梳狀屏蔽一電路路徑印刷於一印刷電路板上。
16.根據權利要求9所述的方法，其中至少使用二個該梳狀屏蔽，其是設置於該無線充`電器的不同層中，且彼此方向相反。
【文檔編號】G01R27/26GK103928990SQ201310148457
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年4月25日 優先權日:2013年1月15日
【發明者】S.格拉夫, A.沃爾德施米特, K.羅思, L.林登斯特拉斯 申請人:建興電子科技股份有限公司