用于檢測無線充電系統中的外物的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開的實施例總體上涉及無線功率傳輸設備。具體而言，本公開的實施例涉及 用于檢測可能對無線充電設備造成干擾的外物的方法和系統。
【背景技術】
[0002] 無線功率目前被廣泛用于對移動設備充電、對電動車輛充電、對生物醫學設備供 電，以及用于其它應用。無線功率傳輸使用將功率傳送至功率接收器的功率發送器來實施。 功率接收器經常與通過無線功率傳輸系統充電的終端設備集成或者與之相連，雖然功率發 送器設備通常并非物理接合至終端設備。連接至發送器的電子器件將來自電源（無論是交 流還是直流）的功率變換為適當形式以對發送器中的功率發送器線圈進行驅動。功率隨后 使用電感耦合而從功率發送器線圈傳輸至功率接收器線圈。接收器中的電子器件隨后對來 自接收器線圈的功率進行調整，從而生成用于對設備進行供電或者對連接至設備的電池進 行充電的適當輸出。
[0003] 在理想的無線功率傳輸系統中，所發送的功率和所接收的功率是相等的，這意味 著在傳輸期間沒有功率損失。然而，由于功率是使用電磁場進行發送的，所以當該磁場與并 未被配置為對設備進行供電或充電的金屬或導電部分進行交互時，系統中的能量會有所損 失。所導致的功率損失不僅使得無線充電系統的效率下降，而且還導致了金屬部分的發熱。 該發熱進而會損壞設備或者對用戶安全形成威脅。
【發明內容】
[0004] 本公開的實施例包括用于在無線功率發送器系統中使用一個或多個外物檢測線 圈以檢測外物的存在的方法和系統。某些實施例在不需要或者不接收來自接收器系統的有 關功率數量與所發送功率數量相比較的信息的情況下檢測外物。一些實施例包括比功率發 送器線圈更小的檢測線圈。這使得能夠檢測小的外物，比如硬幣、戒指以及其它類似大小的 外物。
[0005] 在一些實施例中，線圈陣列中的一個或多個檢測線圈被用來檢測可能干擾從功率 發送器線圈向功率接收器線圈的功率無線傳輸的外物。正如其它實施例，線圈陣列中的線 圈能夠被配置為具有比無線功率傳輸系統的功率發送器線圈更小并且優選地與外物的大 小相當的大小，因此改善了外物檢測線圈和外物之間的耦合（并且因此改善了檢測靈敏 度）。檢測陣列的線圈可以處于單個層級中或者處于彼此有所偏移的多個層級中以提供更 為徹底的檢測范圍。
[0006] 實施例還能夠通過適當設置檢測線圈的大小而改變在Z方向（功率傳輸方向）上 的檢測距離。這使得在被充電的設備的友好寄生組件更為遠離功率發送器系統和功率接收 系統之間的接口的情況下，檢測線圈能夠檢測到外物而并不會將該友好寄生組件錯誤地識 別為外物。
[0007] 其它參數也能夠進行改變以改變Z方向中的檢測距離。例如，某些實施例使用包 括檢測線圈的諧振電路。諧振電路的表現被用來識別外物的存在。可能添加與檢測線圈串 聯連接（或者與電容器串聯連接）的電阻器。通過添加電阻器，諧振電路的品質因數有所 減小，因此也使得檢測距離有所減小。在另一種方法中，還能夠通過改變該諧振電路的頻率 來調整檢測距離。諧振頻率的調整例如能夠通過改變諧振電路中的電容器值來完成。
[0008] 在其它實施例中，檢測線圈連接至位置單元，該位置單元使用來自線圈的檢測響 應以確定外物的位置。
[0009] 在一些實施例中，作為接收器線圈電路的一部分的電容器能夠在使用外物檢測線 圈之前被充電。通過對這些電容器進行"預充電"，接收器線圈在外物檢測線圈的初始操作 期間所吸收的能量有所減少。這降低了外物檢測系統和方法將錯誤地將接收器線圈和電路 識別為外物的可能性。
【附圖說明】
[0010] 圖1是在沒有外物的情況下的無線功率傳輸系統的圖示。
[0011] 圖2(a)是一個實施例中的沒有外物的無線功率傳輸系統中的外物檢測傳感器的 電路圖以及相伴的波形。
[0012] 圖2(b) -個實施例中的具有外物的無線功率傳輸系統中的外物檢測傳感器的電 路圖以及相伴的波形。
[0013] 圖3(a)是一個實施例中的無線功率傳輸系統中的外物檢測傳感器的電路圖以及 相伴的波形。
[0014] 圖3(b)是一個實施例中的無線功率傳輸系統中的外物檢測傳感器的電路圖以及 相伴的波形。
[0015] 圖4(a)是一個實施例中的包括代表性的友好寄生組件和外物的無線功率傳輸系 統的截面圖。
[0016] 圖4(b)是一個實施例中的包括代表性的友好寄生組件和外物的無線功率傳輸系 統的分解圖。
[0017] 圖5是一個實施例中的無線功率傳輸系統發送器線圈以及外物檢測線圈的陣列 的圖示。
[0018] 圖6是圖示出一個實施例中的針對假設的10mm外物半徑而作為檢測線圈半徑的 函數的、外物檢測線圈和外物之間的耦合的圖形。
[0019] 圖7是描繪出一個實施例中的作為距兩個不同半徑（或直徑）的線圈的Z軸距離 的函數的外物檢測線圈和外物之間的電磁耦合的圖形。
[0020] 圖8(a)是一個實施例中的外物線圈檢測陣列的平面圖，其中該陣列是單個層級 的檢測線圈。
[0021] 圖8(b)是一個實施例中的外物線圈檢測陣列的平面圖，其中該陣列是雙層的檢 測線圈，其中第二層與第一層在橫向方向有所偏移。
[0022] 圖9(a)是一個實施例中的定義三個活動區域的兩個重疊的功率發送器線圈的平 面圖，外物檢測線圈部署在該三個活動區域中的每一個之中。
[0023] 圖9(b)是一個實施例中的定義三個活動區域的兩個重疊的功率發送器線圈的平 面圖，兩個外物檢測線圈在重疊發送器線圈所形成的活動區域中與第三檢測線圈重疊部 署。
[0024] 圖10是一個實施例中的Q2/Q1隨著由于向諧振電路添加電阻器的Q1的變化而變 化的圖形。
[0025] 圖11是一個實施例中的Q2/Q1隨著振蕩頻率的變化而變化、由此減小了檢測線圈 的檢測距離的圖示。
[0026] 圖12(a)是一個實施例中的在接收器中使用的接收器電路的電路圖。
[0027] 圖12(b)是一個實施例中的圖12(a)的接收器電路的電路圖，其還示出了整流器 二極管的寄生電容。
[0028] 圖13(a)_(c)圖示出了一個實施例中的外物檢測諧振電路的各種電壓和電流特 性。
[0029] 圖14是一個實施例中的外物檢測電路用來檢測外物的示例算法的方法流程圖。
[0030] 附圖僅出于圖示的目的描繪出本發明的各個實施例。本領域技術人員從以下討論 將會輕易認識到，可以在并不背離本公開的原理的前提下采用本文所圖示的結構和方法的 可替換實施例。
【具體實施方式】
[0031] 概述
[0032] 本公開中所描述的實施例包括用于檢測可能干擾從功率發送器向功率接收器進 行的無線功率傳輸的金屬或傳導性外物（簡稱為"外物"）的方法和系統。特別地，部署在 功率發送器和功率接收器之間的外物吸收一些或全部的所發送能量，因此降低了無線充電 設備的效率和/或通過變熱而帶來安全性問題。這對于更小的外物而言尤其成為問題，其 吸收一些能量但是卻不足以觸發終止功率傳輸的故障。而且，所描述的方法和系統能夠在 發送器內部實施并且在沒有來自接收器的任何信息的情況下進行工作。
[0033] 外物檢測技術
[0034] 有兩種寬泛類型的能夠吸收無線充電設備所發送的能量的外物。第一種類型包括 作為被無線充電設備所供電或充電的設備的一部分的傳導性組件或物體。該設備的這些傳 導性組件經常被稱作是"友好寄生組件"。第二種類型包括并非作為被充電設備的一部分的 傳導性部分或物體。這些經常被稱之為"外物"。
[0035] 對于被設計為適應無線充電的設備而言，友好寄生組件經常被配置為導致有所減 少或可忽略的安全性問題。這樣的配置的示例包括但并不局限于將友好寄生組件遠離發送 器所發射的電磁場最為密集的區域進行放置，利用使得組件所吸收的能量有所減少的屏蔽 層對友好寄生組件進行屏蔽，將友好寄生組件設計為適應、吸收或耗盡所發送能量在組件 中所感生的熱能，和/或其它技術。此外，當使用這些配置中的任意配置時，友好寄生組件 通常將不會被本公開的實施例檢測為外物。
[0036] 圖1是在沒有外物的情況下的無線充電系統100的圖示。在該示例中，無線充電系 統包括發送器系統102,其