一种金属异物的检测方法及无线充电器与流程

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种金属异物的检测方法及无线充电器。

背景技术：

在移动终端进行无线充电时，若无线充电器中存在金属异物，则变化的磁场产生涡流，使得该金属异物消耗磁场能量并产生热量，最终会引起火灾等安全问题。从而在无线充电之前，必须准确检测无线充电器中是否存在金属异物。若发现有金属异物，则停止充电。

现有技术中，检测金属异物的方法包括两种方案。其中，第一种方案通过计算充电电路中各线圈的功率损耗来判断是否存在金属异物；第二种方案通过比较发射端初级线圈的品质因数与设定阈值的大小来判断是否存在金属异物。若品质因数小于设定阈值，则判定存在金属异物。

然而，对于第一种方案，由于发射端的逆变桥以及其他电气元器件和发射线圈上的功率损耗无法直接测量，且发射端的发射功率和接收端的接收功率需要在同一个时间窗进行测量，此外，需要同步校准发射端和接收端的功率补偿来减少测量和计算误差，导致测量难度较大。对于第二种方案，在测量发射端初级线圈的品质因数时，由于初级发射线圈的发射功率较大，从而会激活接收端的整流电路对其后端的滤波电容进行充电，而滤波电容的漏电流会影响品质因数的测量和计算，导致测量不准确，进一步降低检测准确度。

技术实现要素：

本发明实施例提供的金属异物的检测方法及无线充电器，解决了测量品质因数不准确导致异物检测不准确、检测难度大的问题。

一方面，本发明实施例公开了一种金属异物的检测方法，应用于无线充电器，包括：

在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接；

当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数；

在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接；

根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。

另一方面，本发明实施例还公开了一种无线充电器，包括：

通知断开模块，用于在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接；

测量模块，用于当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数；

通知闭合模块，用于在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接；

金属异物确定模块，用于根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。

再一方面，本发明实施例还公开了一种无线充电器，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的金属异物的检测方法的步骤。

最后一方面，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的金属异物的检测方法的步骤。

在本发明实施例中，在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接；当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数；在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接；根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。取得了提高品质因数的测量准确度以及异物检测准确度，降低了检测难度的有益效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例一中的一种金属异物的检测方法的步骤流程图；

图1a示出了本发明实施例的系统结构框图；

图1b示出了本发明实施例的无线充电系统接收端的电路结构框图；

图1c示出了本发明实施例的系统流程图；

图1d示出了本发明实施例中检测发射端表面是否存在物体时发射的谐振波形图；

图2示出了本发明实施例二中的一种金属异物的检测方法的步骤流程图；

图2a示出了测量品质因数的电路图；

图3示出了本发明实施例三中的一种无线充电器的结构框图；

图4示出了本发明实施例四中的一种无线充电器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过列举几个具体的实施例详细介绍本发明提供的一种金属异物的检测方法及无线充电器。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例一的一种金属异物的检测方法的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤101，在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接。

本发明实施例适用于具有无线充电功能的移动终端，以保证移动终端充电过程的安全性。

对于无线充电系统，包括发射端和接收端，其中，发射端对应无线充电器，接收端对应充电对象，例如手机、平板电脑等移动终端。如图1a所示，发射端包括：直流输入模块、全桥逆变模块、初级lc(电感-电容)网络模块、发射主控制模块、发射端通讯模块以及品质因数测量模块，其中，品质因数测量模块为本发明实施例新增模块；接收端包括：次级lcc(电感-电容-电容)网络模块、接收端通讯模块、反向偏置电压模块、接收主控制模块、全桥整流和滤波模块、降压稳压模块、负载模块。

其中，直流输入模块用于输入直流电源。

全桥逆变模块用于将输入直流电源逆变为交流电能，并通过初级线圈发射出去。

初级lc网络模块为发射端lc谐振电路，包括初级线圈。

q值测量模块用于测量初级lc谐振电路的电压，包括采样电路、差分放大电路和低通滤波电路，最后进入发射端主控制模块处理。

发射端主控制模块用于检测充电电流、电压、温度、模数转化以及外部电路。

发射端通讯模块为发射端的调制/解调电路，发射端向接收端发送信号的调制方式是fsk(frequencyshiftkeying，频移键控)。

次级lcc网络模块为接收端的lcc谐振电路，包括次级线圈。

反向偏置电压模块由金氧半导体场效晶体管(metal-oxidesemiconductorfieldeffecttransistor，mosfet)开关电路组成，具有阻抗低，响应快的特点；在品质因数检测过程中控制次级线圈lcc电路和整流电路的连接状态，由接收端的主控制模块控制该开关。需要说明的是该模块为本发明实施例新增模块。

全桥整流即整流电路，用于将次级lcc网络模块接收的交流电转为直流电，由mosfet全桥电路组成。

滤波模块用于去除杂波，使直流电输出更平滑，滤波模块往往由大电容组成。

降压稳压模块由电源开关电路组成，用于将直流电压降压、稳压到负载工作范围。

负载模块包括移动终端等，例如手机。

接收主控制模块用于对通讯模块和反向偏置电压模块进行控制。例如，本发明实施例通过接收主控制模块将次级线圈和整流电路的连接断开。

接收端通讯模块为接收端的调制和解调电路，接收端向发射端发送信号的调制方式是am(amplitudemodulation，幅度调制)。

本发明实施例基于发射端进行详细说明。

具体地，在发射端进行测量品质因数之前，通过发射端通讯模块将通知消息经过fsk调制，通过初级线圈发送至接收主控制模块，以断开接收端的次级线圈和整流电路的连接，直至测量品质因数结束。

步骤102，当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数。

当接收端通过次级线圈接收到通知消息时，经过通讯模块进行解调之后，发送至接收主控制模块。在接收主控制模块控制断开次级线圈和整流电路的连接之后，接收端通讯模块向发射主控制模块发送断开响应，从而使得发射主控制模块通知品质因数测量模块启动测量。

其中，接收主控制模块通过打开开关，断开次级线圈和整流电路的连接。如图1b所示的无线充电系统的电路图，mos(metal-oxidesemiconductor，金氧半导体)开关k为连接次级线圈和整流电路的连接开关。此外，lp为发射端初级线圈电感，ls为接收端次级线圈的电感，cs、cd分别谐振电路的两个电容，cf为滤波电路的电容，r为负载。

可以理解，在测量品质因数过程中，次级线圈和整流电路的连接始终保持断开状态。

其中，品质因数的物理意义为q＝2π(回路存储能量/每周消耗的能量)。对于测量有接收端影响的发射端的品质因数时，为了测量更精确，需要使得接收端处于未激活状态。而在能量传输阶段或数字ping阶段，都会使得接收端的整流管导通，然后对滤波电路充电，此时发射端部分能量传递到接收端，使得测量的发射端品质因数不准确。

具体地，谐振电路的品质因数q＝wl/r＝1/wcr，其中，w为达到谐振的频率，l为谐振电路的电感值，r为电容值，c为电容值，电容和电感互为倒数。需要说明的是，在电路达到谐振时电路呈阻抗性，电感和电容不消耗外加电能，只是在电感和电容之间互相转换。

本发明实施例对应的系统流程如图1c所示，其中：

待机阶段(selectionphase)：发射端电路处于待机低功耗状态。

模拟ping阶段(analogping)：检测发射端初级线圈表面是否存在物体。若检测到物体则进入品质因数测量阶段；否则，进入待机阶段。

具体地，如图1d所示，发射端周期性发射谐振频率为fod的短脉冲作用于初级线圈。其中，脉冲时间持续todd。若发射端初级线圈表面无物体，则发射端的初级线圈由于发射谐振频率为fod的短脉冲，产生了电流iod。在脉冲出现后的规定的时间内，发射端的电流检测电路对初级线圈的电流进行测量。当初级线圈的当前电流iodt低于iod时，确定发射端初级线圈表面存在物体。

需要说明的是，在确定发射端初级线圈表面存在物体时，进入步骤101。

品质因数测量阶段(q-factormeasure)：要在数字ping之前执行，从而避免数字ping阶段发射的功率对品质因数的测量造成干扰。

数字ping阶段(digitalping)：检测无线接收器是否存在。

fod(foreignobjectdetection，异物检测)判定及功率传输阶段(fodexternalphase&powertransferphase)：包括id识别、配置阶段和fod判定、校准阶段以及功率传输阶段等。

步骤103，在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接。

在实际应用中，在测量结束之后，发射端会向接收端发送闭合次级线圈和整流电路的连接的通知。具体地，通过发射端通讯模块将通知消息经过fsk调制，通过初级线圈发送至接收主控制模块，以闭合接收端的次级线圈和整流电路的连接。

具体地，接收主控制模块通过闭合开关，闭合次级线圈和整流电路的连接。如图1b所示，开关k为连接次级线圈和整流电路的连接开关。

步骤104，根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。

具体地，当品质因数小于设定值时，确定当前发射端表面存在金属异物；当品质因数大于等于设定值时，确定当前发射端表面不存在金属异物。

在确定发射端表面存在金属异物之后，停止充电，并提示用户进行安全检查和处理。从而保证了移动终端的安全性。

在本发明实施例中，在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接；当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数；在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接；根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。取得了提高品质因数的测量准确度以及异物检测准确度，降低了检测难度的有益效果。

实施例二

参照图2，示出了本发明实施例二的一种金属异物的检测方法的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤201，在测量品质因数之前，向充电电路的接收端发送包含测量开始信息的第一私有数据包，以通知接收端断开次级线圈和整流电路的连接。

在本发明实施例中，发送端通过包含测量开始信息的私有数据包，通知接收端准备开始测量品质因数，从而接收端在接收到该信息时，断开次级线圈和整流电路的连接。

其中，测量开始信息的具体内容和形式可以根据实际应用场景设定，本发明实施例对其不加以限制。

步骤202，当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，基于由正弦交流电压输入、电阻、电容以及所述无线充电器的初级线圈电感组成的谐振电路，测量所述初级线圈两端的电压以及所述正弦交流电压输入的电压。

如图2a所示的测量品质因数的电路图，由正弦交流电压输入vs、电阻r、电容c、以及发射端初级线圈l组成。串联lc谐振电路是电压谐振，谐振时电感l或电容c两端的电压差等于外加电压vs的q倍。

本发明实施例通过发射端初级线圈两端的电压v2、正弦交流电压输入的电压v1，计算得到品质因数。

具体地，可以通过电压表对发射端初级线圈两端的电压v2、正弦交流电压输入的电压v1进行测量。也可以通过其他方式测量经过发射端初级线圈的电流，通过电压和电流的关系式计算得到v1、v2。

步骤203，根据所述初级线圈两端的电压以及所述正弦交流电压输入的电压，确定所述当前充电系统的品质因数。

具体地，可以通过如下公式(1)得到品质因数q：

q＝v2/v1(1)

其中，v1为正弦交流电压输入的电压，v2为发射端初级线圈两端的电压。可以理解，由于v1大于v2，从而品质因数q小于1。

步骤204，在所述测量结束之后，向所述接收端发送包含测量结束信息的第二私有数据包，以通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接。

本发明实施例通过包含测量结束信息的私有数据包通知接收端测量结束，从而接收端在接收到该消息时，关闭次级线圈和整流电路的连接。

其中，测量结束信息的具体内容和形式可以根据实际应用场景设定，本发明实施例对其不加以限制。

本发明实施例通过发送端和接收端之间的握手通信，准确测量品质因数。

步骤205，接收接收端发送的参考品质因数。

其中，参考品质因数根据接收端的固有参数确定，是确定值。

步骤206，根据所述参考品质因数确定第一阈值。

其中，当参考品质因数越大时，第一阈值越大；反之，参考品质因数越小时，第一阈值越小。第一阈值和参数品质因数的定量关系可以根据实际应用场景设定，本发明实施例对其不加以限制。

步骤207，根据所述第一阈值和所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。

具体地，若品质因数小于第一阈值，则确定当前发射端表面存在金属异物；若品质因数大于等于第一阈值，则确定当前发射端表面不存在金属异物。

在本发明实施例中，在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接；当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数；在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接；根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。取得了提高品质因数的测量准确度以及异物检测准确度，降低了检测难度的有益效果。此外，还可以通过携带测量开始信息和测量结束信息的私有数据包实现接收端和发射端的握手通信，相互通知接收端次级线圈和整流电路的连接状态，从而进一步提高了检测准确度。

实施例三

参照图3，示出了本发明实施例三的一种无线充电器的结构框图。

所述无线充电器300包括：通知断开模块301、测量模块302、通知闭合模块303、金属异物确定模块304。

下面分别详细介绍各模块的功能以及各模块之间的交互关系。

通知断开模块301，用于在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接。

测量模块302，用于当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数。

通知闭合模块303，用于在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接。

金属异物确定模块304，用于根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。

在本发明实施例中，在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接；当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数；在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接；根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。取得了提高品质因数的测量准确度以及异物检测准确度，降低了检测难度的有益效果。

实施例三是方法实施例一对应的装置实施例，详细说明可以参照实施例一，在此不再赘述。

实施例四

参照图4，示出了本发明实施例四的一种无线充电器的结构框图。

所述无线充电器400包括：通知断开模块401、测量模块402、通知闭合模块403、金属异物确定模块404。

下面分别详细介绍各模块的功能以及各模块之间的交互关系。

通知断开模块401，用于在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接。可选地，在本发明实施例中，上述通知断开模块401，包括：

通知断开子模块4011，用于在测量品质因数之前，向充电电路的接收端发送包含测量开始信息的第一私有数据包，以通知接收端断开次级线圈和整流电路的连接。

测量模块402，用于当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数。可选地，在本发明实施例中，上述测量模块402，包括：

电压测量子模块4021，用于基于由正弦交流电压输入、电阻、电容以及所述无线充电器的初级线圈电感组成的谐振电路，测量所述初级线圈两端的电压以及所述正弦交流电压输入的电压。

品质因数确定子模块4022，用于根据所述初级线圈两端的电压以及所述正弦交流电压输入的电压，确定所述当前充电系统的品质因数。

通知闭合模块403，用于在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接。可选地，在本发明实施例中，上述通知闭合模块403，包括：

通知闭合子模块4031，用于向所述接收端发送包含测量结束信息的第二私有数据包，以通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接。

金属异物确定模块404，用于根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。可选地，在本发明实施例中，上述金属异物确定模块404，包括：

参考品质因数接收子模块4041，用于接收接收端发送的参考品质因数。

第一阈值确定子模块4042，用于根据所述参考品质因数确定第一阈值。

金属异物确定子模块4043，用于根据所述第一阈值和所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。

在本发明实施例中，在测量品质因数之前，通知充电电路的接收端断开次级线圈和整流电路的连接；当接收到所述接收端发送的对所述连接的断开响应时，测量所述充电电路的品质因数；在所述测量结束之后，通知所述接收端闭合所述次级线圈和整流电路的连接；根据所述品质因数确定所述无线充电器表面是否存在金属异物。取得了提高品质因数的测量准确度以及异物检测准确度，降低了检测难度的有益效果。此外，还可以通过携带测量开始信息和测量结束信息的私有数据包实现接收端和发射端的握手通信，相互通知接收端次级线圈和整流电路的连接状态，从而进一步提高了检测准确度。

实施例四是方法实施例二对应的装置实施例，详细说明可以参照实施例二，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述金属异物的检测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(read-onlymemory，简称rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)、磁碟或者光盘等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。