具有物体检测的无线充电系统的制作方法

本公开整体涉及无线系统，并且更具体地涉及在其中对设备无线地充电的系统。

背景技术：

在无线充电系统中，无线电力传输设备诸如具有充电表面的设备将电力无线传输至便携式电子设备。便携式电子设备接收无线传输的电力并且使用该电力来对内部电池充电或向设备供电。在一些情况下，外来物体可能意外放置在充电表面上。这可在执行无线电力传输操作时带来挑战。

技术实现要素：

无线电力传输设备将无线电力信号传输至无线电力接收设备。无线电力传输设备具有向包括无线电力传输线圈的输出电路提供信号的逆变器。无线电力传输线圈可为覆盖与无线电力传输设备相关联的无线充电表面的无线电力传输线圈阵列的一部分。

信号测量电路耦接至输出电路以帮助确定无线电力接收设备是否存在，并且准备接受无线电力的传输。测量电路包括耦接至输出电路并且测量信号的测量电路，而振荡器电路以探测频率向输出电路提供信号。通过使用来自测量电路在一个或多个探测频率下的测量，无线电力传输设备确定在线圈上是否存在外部物体。

测量电路中的脉冲响应电路耦接至输出电路，并且用于测量输出电路对由无线电力传输设备中的逆变器提供的脉冲信号的响应。脉冲响应电路用于进行电感和q因数测量。

在操作期间，来自脉冲响应电路的信息和在探测频率下的测量可用于确定无线接收设备是否存在于无线充电表面中的特定线圈上，并因此可用于调节与无线电力传输设备的无线电力传输。

测量电路还包括耦接至输出电路并且测量信号的测量电路，而振荡器电路在第一频率和第二频率之间扫描交流输出信号。由扫频操作产生的测量用于检测敏感设备，诸如射频识别设备。如果检测到敏感设备，则可避免潜在破坏性的无线电力传输操作。

切换电路用于将所选线圈从与充电表面重叠的线圈阵列动态地切换到输出电路中，以便可探测线圈阵列中的适当线圈是否存在外部物体和敏感设备诸如射频识别设备。

无线电力接收设备在谐振电路中具有无线电力接收线圈，该谐振电路在无线电力接收电路谐振频率下谐振。无线电力传输设备的线圈被提供有脉冲串形式的驱动信号。在驱动信号的每个脉冲串期间，可检测到外部物体。在脉冲串之间，不施加驱动信号并且不对线圈进行测量。这有助于节省电力。

测量电路包括用于提供驱动信号的振荡器以及用于在已提供驱动信号的线圈上采集测量值的峰值检测器和模数转换器。基于速率的滤波应用于从模数转换器输出信号，以区分温度漂移效应和物体放置效应。驱动信号的频率略微大于无线电力接收电路谐振频率，以增强信号测量。

附图说明

图1为根据一些实施方案的例示性无线充电系统的示意图。

图2是根据实施方案的具有形成无线充电表面的线圈阵列的例示性无线电力传输设备的顶视图。

图3是根据实施方案的在无线电力传输设备中具有输出电路信号测量电路的例示性无线电力传输电路的电路图。

图4为示出根据实施方案的无线电力传输设备的表面上的各种例示性物体的响应的曲线图。

图5为根据实施方案的可用于表征无线电力传输设备上的物体的所述类型的例示性脉冲响应的曲线图。

图6为示出根据实施方案的可与将敏感物体诸如射频识别设备放置在无线电力传输设备的表面上相关联的所述类型的输出信号迹线的曲线图。

图7为根据实施方案的例示性便携式电子设备的横截面侧视图，该例示性便携式电子设备具有无线电力接收线圈和形成谐振电路的辅助线圈。

图8是根据实施方案的曲线图，其中针对无线电力传输设备的表面上的多种类型的例示性物体绘制了作为频率的函数的输出电路信号测量。

图9是根据实施方案的操作无线电力传输系统诸如图1的无线充电系统所涉及的例示性操作的流程图。

图10是示出根据实施方案的与在嘈杂的无线充电环境中执行脉冲响应测量相关联的信号的曲线图。

图11为根据实施方案的与进行脉冲响应测量相关联的例示性操作的流程图。

图12为根据实施方案的具有测量电路的例示性无线充电系统的示意图。

图13是示出根据实施方案的如何基于无线充电系统中的无线电力接收设备中的无线电力接收电路的谐振频率来选择测量电路的驱动频率的曲线图。

图14是示出根据实施方案的驱动信号可如何以由无驱动信号的时间段分开的脉冲串形式施加到线圈阵列以节省电力。

图15是示出根据实施方案的如何使用窗口算法来对测量电路中的模数转换器输出信号进行滤波以帮助区分温度驱动效应和外部物体移动效应的曲线图。

具体实施方式

无线电力系统具有无线电力传输设备，其将电力以无线方式传输至无线电力接收设备。无线电力传输设备是诸如无线充电垫、无线充电盘、无线充电支架、无线充电台或其他无线电力传输装置等设备。无线电力传输设备具有用于将无线电力传输至无线电力接收设备中的一个或多个无线电力接收线圈的一个或多个线圈。无线电力接收设备是诸如蜂窝电话、手表、媒体播放器、平板电脑、一对耳塞、遥控器、膝上型计算机、其他便携式电子设备或其他无线电力接收装置等设备。

在操作期间，无线电力传输设备向一个或多个无线电力传输线圈提供交流信号。这使得线圈将交流电磁信号(有时称为无线电力信号)传输至无线电力接收设备中的一个或多个对应线圈。无线电力接收设备中的整流器电路将所接收的无线电力信号转换成直流(dc)电力，以用于为无线电力接收设备供电。

图1中示出了例示性无线电力系统(无线充电系统)。如图1所示，无线电力系统8包括无线电力传输设备12和一个或多个无线电力接收设备，诸如无线电力接收设备10。设备12可为独立设备诸如无线充电垫，可内置在家具中，或可为另一无线充电装置。设备10是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑或其他电子装置。其中设备12为垫或形成无线充电表面的其他装置并且其中设备10为在无线电力传输操作期间停留在无线充电表面上的便携式电子设备的示例性配置在本文中有时可作为示例被描述。

在系统8的操作期间，用户将一个或多个设备10放置在设备12的充电表面上。电力传输设备12耦接到交流电压源，诸如交流电源50(例如，供应线路电力或其他市电电源的壁装电源插座)，具有用于供电的电池诸如电池38，和/或耦接到另一个电源。电力转换器诸如ac-dc电力转换器40可将电力从市电电源或其他ac电源转换为用于对设备12中的控制电路42和其他电路的供电的dc电力。在操作期间，控制电路42使用无线电力传输电路34和耦接到电路34的一个或多个线圈36，以将交流电磁信号48传输至设备10，从而将无线电力传输至设备10的无线电力接收电路46。

电力传输电路34具有切换电路(例如逆变器电路中的晶体管)，所述切换电路可基于由控制电路42提供的控制信号来开启或关闭，以通过适当的线圈36产生ac电流信号。当ac电流通过由逆变器电路驱动的线圈36时，产生交流电磁场(无线电力信号48)，该交流电磁场由耦接到接收设备10中的无线电力接收电路46的一个或多个对应线圈14接收。当交流电磁场被线圈14接收时，在线圈14中感生出对应的交流电流和电压。电路46中的整流器电路将从一个或多个线圈14所接收的ac信号(所接收的与无线电力信号相关联的交流电流和电压)转换为dc电压信号以给设备10供电。dc电压用于为设备10中的部件供电，诸如显示器52、触摸传感器部件和其他传感器54(例如，加速度计、力传感器、温度传感器、光传感器、压力传感器、气体传感器、湿度传感器、磁传感器等)、用于与设备12和/或其他装置的控制电路42无线通信的无线通信电路56、音频部件以及其他部件(例如输入-输出设备22和/或控制电路20)，并且用于对设备10中的内部电池(诸如电池18)进行充电。

设备12和10包括控制电路42和20。控制电路42和20包括存储电路和处理电路，诸如微处理器、电力管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路。控制电路42和20被配置为执行用于在系统8中实现所需的控制和通信特征的指令。例如，控制电路42和/或20可用于确定电力传输水平，处理传感器数据，处理用户输入，处理来自传输电路34的其他信息诸如关于无线耦合效率的信息，处理来自接收电路46的信息，使用来自电路34和/或46中的信息诸如电路34中的输出电路上的信号测量以及来自电路34和/或46的其他信息以确定何时启动和停止无线充电操作，调整充电参数诸如充电频率、多线圈阵列中的线圈布置和无线电力传输水平，以及执行其他控制功能。控制电路42和/或20可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)和/或软件(例如，在系统8的硬件上运行的代码)执行这些操作。用于执行这些操作的软件代码存储在非暂态计算机可读存储介质上(例如，有形计算机可读存储介质)。该软件代码可有时被称为软件、数据、程序指令、指令、或代码。该非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(nvram)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移除闪存驱动器或其他可移除介质、其他计算机可读介质、或这些计算机可读介质或其他存储器的组合。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可在控制电路42和/或20的处理电路上被执行。该处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、或其他处理电路。

设备12和/或设备10可无线通信。设备10和12可例如在控制电路42和20(和/或图1的无线通信电路诸如电路56)中具有无线收发器电路，所述无线收发器电路允许在设备10和12之间无线传输信号(例如，使用与线圈36和14分开的天线来传输和接收单向或双向无线信号，使用线圈36和14来传输和接收单向或双向无线信号等)。

在一个例示性配置中，无线传输设备12是无线充电垫或具有通过无线充电表面提供无线电力的线圈36阵列的其他无线电力传输装置。这种类型的布置在图2中示出。在图2的示例中，设备12具有位于x-y平面中的线圈36阵列。设备12的线圈36由形成充电表面60的平面电介质结构诸如塑料构件或其他结构覆盖。设备36中的线圈36的阵列的侧向尺寸(x和y尺寸)可以是1cm至1000cm、5cm至50cm、大于5cm、大于20cm、小于200cm、小于75cm，或其他合适的大小。线圈36可重叠或可被布置成非重叠配置。线圈36可放置成具有行和列的矩形阵列，和/或可使用六边形贴块图案或其他图案来平铺。

在操作期间，用户将一个或多个设备10放置在充电表面60上。外来物体诸如硬币、纸夹、金属箔的碎片、和/或其他外来导电物体可能意外地被置于表面60上。系统8自动检测位于表面60上的导电物体是否对应于设备10或不兼容的外来物体，并且采取合适的操作。在一个例示性布置中，系统8检查位于表面60上的物体是否包括敏感物体诸如射频识别(rfid)设备或在系统8允许将无线电力传输到这些物体之前暴露于来自线圈36的大电场时可能被损坏的其他可能敏感的电子装置。

如图2的示例所示，外部物体诸如外部物体62和物体64可与一个或多个线圈36重叠。在一些情况下，物体62和64将为便携式电子设备10。在其他情况下，物体62和64中的一者或多者将是不兼容的外部物体(例如，导电外来物体，诸如金属硬币、敏感设备诸如rfid设备等)。还可能出现这样的情况，其中不兼容的外部物体和便携式电子设备与相同的一个或多个线圈36重叠。

图3示出了包括用于检测和表征表面60上的外部物体的电路的例示性无线电力传输电路34。如图2所示，电路34可包括逆变器诸如逆变器72或产生无线电力信号的其他驱动电路，所述无线电力信号通过包括一个或多个线圈36的输出电路被传输。在图2的示例中示出了单个线圈36。一般来讲，设备12可具有任何合适数量的线圈36(1-100、大于5、大于10、小于40、小于30、5-25等)。由控制电路42控制的切换电路mx(有时称为复用器电路)可位于每个线圈36之前和/或之后和/或输出电路71的其他部件之前和/或之后，并且可用于将期望的一组一个或多个线圈36(期望的输出电路71)切换为使用或不使用。例如，如果确定图2的物体62是无线电力接收设备10并且物体64是不兼容的外来物体诸如硬币，则可在无线电力传输操作期间激活与物体62重叠的线圈，并且可去激活物体64下的线圈，使得这些线圈不传输无线电力。如果需要，也可在无线电力传输操作期间关闭其他线圈36(在该示例中，线圈不与物体64重叠)。

继续参考图3，在无线电力传输操作期间，逆变器72的晶体管74由来自控制电路42的ac控制信号驱动。控制电路42还可使用逆变器72的晶体管74向线圈36施加方波脉冲或其他脉冲(例如，在脉冲响应测量期间)。线圈36(例如，已使用多路复用电路mx选择的线圈)具有电感l。电容器96具有与输出电路90中的电感l串联耦接的电容器96。当在开关(晶体管)tp闭合时提供来自逆变器72的交流驱动信号时，由线圈36和电容器96形成的输出电路产生由设备10中的一个或多个线圈14接收的交流电磁场。每个线圈36的电感l受到与外部物体的磁耦合的影响，因此在各种频率下对设备12中的一个或多个线圈36进行的电感l测量可反映关于充电表面60上的物体的信息。

为了节省电力，设备12可在等待使用时以待机模式进行操作，以向设备10提供无线电力。图3的信号测量电路(有时称为输出电路信号测量电路、外部或外来物体检测电路等)在待机期间监测外部物体的存在。在待机操作期间，发射器电路34中的测量电路的电力消耗可小于50mw、小于200mw、大于1mw或其他合适的值。

在待机模式下，设备12周期性地扫描线圈36(例如，设备12扫描线圈36中的每一个)，以确定是否存在外部物体(例如，设备10、外来物体诸如硬币等)。为了探测由于外部物体引起的所选线圈的电感l的变化，在控制电路42关闭逆变器72时将探测信号驱动到具有振荡器电路84的节点n1上(例如，晶体管74不用于将信号驱动到节点n2上)。控制电路42可例如使用振荡器电路84(例如，一个或多个电压控制振荡器、一个或多个其他可调振荡器和/或其他振荡器电路)以在探测频率fr(例如，4mhz或其他合适频率，诸如至少500khz、至少1khz、至少2mhz、小于10mhz、介于1mhz和10mhz之间的频率或其他合适频率)下产生交流探测信号(例如，正弦波、方波等)。在待机模式期间使用的探测频率fr是不同于rfid频率诸如13.56mhz并且不同于在无线充电操作期间由逆变器72提供给输出电路71的正常交流频率的频率，所述频率可为例如100khz-500khz、大于50khz、大于100khz、大于200khz、小于450khz、小于400khz、小于300khz或其他合适的无线电力交流驱动频率。

频率fr下的信号经由电容器86施加到节点n1并且经由电容器96耦合到线圈36，而逆变器72被控制电路42保持在关闭状态。控制电路42控制多路复用器mx从图2所示的设备12的线圈36阵列中选择被施加频率fr下的信号的线圈(例如，图3的线圈36)。电容c1可具有150μf、大于10μf、小于1000μf的值或其他合适的值。晶体管tp在打开时可具有寄生电容cp(例如，80pf、大于10pf、小于800pf或其他合适的值的电容)。对于待机操作，控制电路42打开晶体管tp，使得探测信号被路由通过线圈36。当晶体管tp打开时，寄生电容cp与电容c1串联耦合。这有效地从用电感l形成的串联电路中移除电容c1，因为串联的电容c1(其在微法拉范围内)和cp(其在皮法拉范围内)的电容将为大约cp。

在tp打开的情况下，输出电路71(与c1和cp串联的线圈36)将通过在公式1的频率fres处的谐振来表征。

fres＝1/(2π(lcp)^1/2)(1)

图4的曲线102给出了在线圈36上不存在外部物体的情况下，节点n1处的预期测量信号(输出电压out(n1))随所施加的信号频率f的变化。在包含与线圈36重叠的一个或多个线圈14的电子设备诸如设备10存在的情况下，曲线102可偏移至较低频率，如曲线100所示。在与线圈36重叠的硬币或其他不兼容的外来物体的存在下，曲线102可偏移至如曲线104所示的较高频率。负载的变化可通过使用图3的测量电路78在一个或多个探测频率下监测out(n1)的值来检测。例如，振荡器电路84可用于在已被选择为与公式1的谐振频率fres匹配的频率fr下将探测信号施加到节点n1。如果需要，可将多个探测信号施加到输出电路72，同时使用测量电路来评估节点n1上的所得信号。例如，曲线102的变化方向(偏移较高或较低)可通过在图4的频率fr附近的两个或更多个频率下进行out(n1)的多个测量来检测。

为了测量out(n1)，测量电路78包括峰值检测器80和模数换器82。电路78测量节点n1处的信号，并将该信号的对应数字版本提供给控制电路42。在与线圈36重叠的物体(无论是来自设备10、敏感rfid设备还是硬币或其他不兼容的外来物体)存在的情况下，信号out(n1)将下降。例如，当由于存在外部物体时，节点n1上的信号可从线圈36无负载时的值p1(与曲线102相关联的峰值)下降至线圈36负载时的值p2(与偏移的曲线100相关联的减小值)。

在待机操作期间，控制电路42可通过使用多路复用器电路mx或电路34中的其他切换电路来扫描线圈36。在一些实施方案中，这将线圈36中的每一个耦接到节点n1，而电路78测量每个所选线圈36的out(n1)。如果未检测到out(n1)的变化，则控制电路42可断定设备12上不存在物体(例如，没有物体停留在充电表面60上)。如果检测到out(n1)的变化，则控制电路42执行附加操作以确认设备10存在，而不兼容的外来物体诸如硬币不存在。

利用一种例示性方法，控制电路42使用脉冲响应测量电路76(有时称为电感测量电路和/或q因数测量电路)，以响应于在待机期间检测到一个或多个线圈36上的负载来执行电感l和质量因数q的低频测量。在脉冲响应测量期间，控制电路42引导逆变器72向线圈36提供一个或多个激发脉冲，同时打开晶体管tp，使得输出电路71中的l和c1形成谐振电路。脉冲可以是例如持续时间为1μs的方波脉冲。如果需要，可施加更长或更短的脉冲。谐振电路可在接近线圈36的正常无线充电频率的频率下谐振(例如，约320khz、100khz-500khz、大于50khz、大于100khz、大于200khz、小于450khz、小于400khz、小于300khz或其他合适的无线充电频率)。

电路71对所施加的一个或多个脉冲的脉冲响应(信号out(n1))如图5所示。图5的脉冲响应信号的频率与1/sqrt(lc)成比例，因此l可从c1的已知值和脉冲响应信号的测量频率获得。可从l和脉冲响应信号的测量衰减导出q。如图5所示，如果信号out(n1)缓慢衰减，则q较高(例如，hq)，并且如果信号out(n1)衰减得较快，则q较低(例如，sq)。因此，用电路76测量图5的脉冲响应信号的out(n1)的衰减包络和out(n1)的频率将允许控制电路42确定q和l。

如果给定线圈的l的测量值与和表面60重叠的线圈36阵列中的每个线圈36的预期正常l值匹配(例如，当所测量的l值不受表面60上的存在设备10或其他外部物体的影响时)，则控制电路42可断定不存在适于无线充电的外部物体。如果l的给定测量值大于无负载线圈的预期值，则控制电路42可断定存在适于无线充电的外部物体，并且可执行附加的测量操作。例如，控制电路42可在节点n1上执行扫频测量(有时称为rfid检查测量)，以检查敏感设备诸如rfid设备是否存在于表面60上。

由电路76进行的测量在一个或多个线圈36上执行(例如，可在设备12中的线圈阵列中的每个线圈36上执行这些测量)。电路42使用这些脉冲响应测量来识别表面60上的测量的l值(和/或q因数值)中的空间图案。对所测量的电感(l)变化的图案的分析可有助于确定在线圈36上是否存在已知类型的设备10。在确定何时将无线电力从设备12传输到设备10时，可使用对测量的电感l(并且如果需要，具有相对于l的反向关系的q因数)的空间图案的分析作为表面60的x-y平面中的线圈位置的函数。例如，如果线圈36中的每一个的l值未从其标称状态发生变化，则电路42可断定不存在适于无线充电的外部设备。如果给定线圈36中的一个的l值升高或检测到测量的l值的其他合适图案，则电路42可断定适于无线充电的外部设备存在于该线圈上并且可准备使用该线圈传输无线电力。

在传输无线电力之前，可能期望检查敏感设备诸如rfid设备是否存在于表面60上。敏感设备可潜在地因无线电力水平过高而受到损害，因此检查敏感设备有助于在后续无线电力传输操作期间避免对敏感设备造成的损坏。在一些场景中，便携式设备10和敏感设备均可存在于设备12中的线圈36阵列中的相同线圈36上。例如，敏感设备可存在于蜂窝电话、手表或包括无线电力接收线圈14的其他便携式设备10下。尽管可通过利用线圈36进行电感测量来检测便携式设备10的存在，但希望检查是否还存在敏感设备，以避免通过暴露于无线电力传输而损坏敏感设备。

射频识别(rfid)设备通常具有在相对较高的频率诸如13.56mhz的频率下谐振的rfid线圈电路。在一些实施方案中，为了确定rfid是否存在于表面60上，通过使用测量电路94测量节点n1上的信号out(n1)来执行rfid检查测量(图3)。在这些检查测量期间，控制电路42引导振荡器电路84在第一频率f1和第二频率f2之间扫描提供至节点n1的信号的频率，所述频率覆盖普通rfid线圈的期望谐振频率。晶体管tp可保持打开，使得来自振荡器电路84的电流流过在测量操作期间已选择的每个线圈36。f1的值可例如为10mhz、大于5mhz、小于11mhz、小于12mhz、小于15mhz或其他合适的值。f2的值可为30mhz、大于14mhz、大于15mhz、大于20mhz、小于45mhz或其他合适的值。

如图3所示，扫频测量电路94包括峰值检测器诸如测量节点n1上的电压的峰值检测器88、带通滤波器90和模数转换器电路92。模数转换器电路92向控制电路42提供其输入的数字版本。

当没有rfid设备存在于设备12的充电表面60上时，峰值检测器88将检测到信号，诸如图6中的曲线108的信号。当rfid设备与充电表面60重叠时，信号out(n1)(参见例如曲线110)将在频率f1和f2之间扫描频率f时表现出谐振信号诸如信号112。谐振信号112可例如对应于谐振频率，诸如13.56mhz的rfid谐振频率。

频率f以预定的速度在f1和f2之间扫描频率f。例如，控制电路42可在2ms、至少1ms、小于3ms或其他合适的时间段的间隔中从f1至f2进行扫频。选择带通滤波器90的通过频率，以使得当频率f在f1和f2之间以预定速度改变时(例如，当整个扫描范围在2ms的间隔中被覆盖时)，谐振信号112将作为带通输出曲线114的带通滤波信号112’通过带通滤波器90。带通滤波器90的使用有助于从曲线110去除非谐振信号波动(例如，图6的例示性曲线110所示类型的信号倾斜和缓慢变化的增大和/或减小)。所得带通滤波信号(曲线114和滤波后的信号谐振112')可由控制电路42处理以确认已检测到特定频率下的rfid谐振。然后，控制电路42可采取适当的动作。例如，如果未检测到rfid签名，则控制电路42可断定表面60上检测到的外部物体很可能是便携式设备(具有线圈14的设备10)，而没有任何居间的(重叠的)敏感rfid设备。如果检测到rfid签名(例如，rfid频率诸如13.56mhz下的谐振信号112’)，则控制电路42可降低由线圈36传输的无线电力的水平，或者可防止由线圈36(或至少由敏感rfid设备重叠的线圈)传输无线电力，以减轻对rfid设备的损坏。任选地，控制电路42可向用户发出警示。

在一些布置中，可期望在图6的扫频操作期间避免敏感频率。例如，可期望跳过以未经允许的频率fnp诸如频带113为中心的窄频带。例如，未经允许的频率fnp可为13.56mhz的频率。频带113可覆盖(例如)13.56mhz的+/-20khz内的频率。在从f1至f2扫频期间跳过频带113可确保在限制频带113的频率使用的管辖区域中的法规遵从性。为了有利于跳过频带113，可使用允许在扫频期间快速跳过不需要的频率的电路来实施振荡器84，诸如直接数字正弦波发生器。如果需要，可以使用其他类型的振荡器。

图7为处于例示性配置的设备10的横截面侧视图，其中设备10具有位于设备外壳116的下部中的电力接收线圈(线圈14)。设备也可具有一个或多个附加线圈，诸如线圈pr。每个可选线圈pr可形成对应谐振电路(例如，在10mhz和30mhz之间的频率或其他合适频率下具有已知频率谐振的无源谐振电路)的一部分。如结合图6所述，当扫描每个线圈36的频率f时，设备12的测量电路可检测线圈诸如线圈pr的存在和位置。将已知的无源谐振器结合到设备10中可有助于设备12准确地识别设备10的位置、取向和类型。

当放置在表面60上时，不同的设备也可具有不同的已知频率谐振。例如，考虑图8的场景。在外部物体不存在的情况下，线圈36可表现出曲线fs所示类型的频率响应。当将第一类型的设备10(例如，蜂窝电话)放置在表面60上时，曲线fs可偏移至曲线d1。当将第二类型的设备10(例如，手表)放置在表面60上时，曲线fs可偏移至曲线d2。通过横扫预定频率范围(例如，从1khz、10khz、大于100khz、大于1mhz、大于10mhz、小于100mhz、小于10mhz、小于1mhz的低频率或其他合适的低频率到10khz、大于100khz、大于1mhz、大于10mhz、大于10mhz、小于1ghz、小于100mhz、小于10mhz的高频率或其他合适的高频率)测量out(n1)，设备12可确定存在何种类型的电力接收设备10并可使用该信息来采取适当的动作(例如通过将无线电力提供给具有设备适用设置的该设备等)。如果需要，电路42还可使用较小的测量组(例如，一组2-10个数据点、多于2个数据点、少于5个数据点等)来区分曲线诸如曲线fs、d1和d2。

图9是使用系统8所涉及的例示性操作的流程图。在框120的操作期间，系统8执行待机测量。例如，设备12可使用电路诸如图3的电路78来监测一个或多个线圈36(例如，设备12中的线圈36阵列中的每个线圈36)，以检查是否存在外部物体，诸如可能与无线电力传输相容的设备10中的一个或不兼容物体诸如硬币或徽章。可以在频率fr下进行单个测量，以确定对于任何线圈36，out(n1)是否低于预期，或者如果需要，可在靠近fr的不同频率下进行多次测量(例如，以确定线圈谐振由于外部物体而偏移的方向，从而帮助确定物体是电子设备还是硬币或其他不兼容的外来物体)。方框120的待机操作消耗少量电力(例如，50mw或更小、100mw或更小、大于1mw或其他合适的量)。

响应于在框120的操作期间用控制电路42检测到外部物体，控制电路42执行附加的检测操作，诸如低频脉冲响应测量(框122)。在框122的操作期间，控制电路42可例如使用逆变器72或其他谐振电路驱动电路来将刺激(例如，方波或其他信号脉冲)施加到由一个或多个线圈36形成的电路(例如，设备12中的线圈36阵列中的每个线圈36、这些线圈的子组，诸如在框120的操作期间已检测到的外来物体存在的那些线圈、和/或其他合适的多组一个或多个线圈36)，从而在使用测量电路诸如图3的脉冲响应测量电路76测量谐振电路的响应的同时使得该电路(和该线圈36)谐振。如结合图5所述，可随后测量和分析所得电路谐振的特性。例如，控制电路42可使用关于所测量的谐振频率的信息来测量电感，并且可使用关于信号谐振衰减的信息来确定电阻r和q因数。如果需要，框120和/或122的测量可在表面60的维度x和y中标出，以帮助识别设备10和外来物体。

如果框122的操作显示不存在外来物体并且存在电子设备10，则可在框124期间执行附加的检查操作。具体地，使用电路诸如图3的振荡器电路84和扫频测量电路94进行的扫频测量被执行以检查是否存在敏感rfid设备，如结合图6所述。

在框126的操作期间，基于测量结果诸如框120、122和/或124的测量来采取适当的动作。例如，如果在框124的操作期间检测到敏感rfid设备，或者如果检测到外来物体，则可阻止使用所有线圈36或线圈36的适当子组进行无线充电操作。响应于检测到具有已知特征l响应(和/或q响应)的电子设备10并且响应于在适当情况下使用电路94检测一个或多个线圈36(例如针对线圈36，l和/或q测量和/或其他测量指示可被物体或所有线圈36重叠)之后确定不存在rfid设备，控制电路42可使用无线电力传输电路34来将无线电力传输至无线电力接收电路46。

在一些操作环境中，信号测量精度可能受到噪声的不利影响。例如，在其中多个电力接收设备位于公共无线充电垫上的布置中，使用垫中的与设备中的一个设备重叠的线圈将无线电力传输到该设备的过程可在与垫中的不同线圈重叠的另一个设备上进行测量(诸如脉冲响应测量)时产生噪声。在一个例示性布置中，可通过在足够长的时间内停止对设备充电来避免潜在干扰，以允许在无噪声的情况下在第二设备上进行测量，诸如脉冲响应测量。利用另一个例示性布置，可从测量诸如脉冲响应测量中除去噪声。

图10是示出在尝试对由无线电力接收设备重叠的线圈进行测量时，节点n1(或其他合适节点)上的测量信号诸如信号out可如何包含噪声的示意图。如曲线150所示，在不存在由脉冲响应测量电路76施加的任何脉冲的情况下，信号out最初可在时间段t1期间由脉冲响应测量电路76测量。在时间段t1期间，由于对设备12上其他位置的一个或多个附加无线电力接收设备进行充电(例如，与除了由无线电力接收设备重叠的一个或多个线圈36之外的其他线圈重叠)，在信号out中可存在噪声。在时间段t2期间，脉冲响应测量电路76将脉冲施加到线圈36并且测量所得信号out的所得振铃和指数衰减。由于无线电力传输到设备12上的一个或多个其他设备，因此该测量信号中存在噪声。如结合图5所述，脉冲响应信号的频率和衰减速率可显示信息诸如线圈电感l的值。为了增强测量精度，可在处理周期t2期间测量的信号之前从在周期t2期间测量的信号移除在周期t1期间测量的噪声，以产生测量结果诸如电感l。

在可能嘈杂的环境诸如其中多个设备10位于公共无线电力传输设备12上的充电环境中测量电感l中所涉及的例示性操作的流程图示出于图11中。如图11中所示，从设备12到第一设备10的电力传输可在步骤152处发起。

利用一种例示性方法，到第一设备的电力传输暂时停止，以允许测量与第二设备重叠的一个或多个线圈的l。该方法由框154、156和158的操作示出。在框154的操作期间，设备12停止向第一设备的电力传输。在框156的操作期间，脉冲响应测量电路76用于进行脉冲响应测量，从而获得由第二设备重叠的线圈的l(例如，在第一设备未接收电力的情况下)。在框158的操作期间，恢复从设备12到第一设备10的电力传输。电力也可无线地传输至第二设备10。

通过在框160、162和164中示出的另一个例示性方法，从所测量的信号除去噪声而不中断向第一设备的电力传输。在框160的操作期间，测量电路76或其他测量电路测量由第二设备重叠的一个或多个线圈的信号out(例如，图10的周期t1)中的噪声，而不中断向第一设备的电力传输。在框162的操作期间，脉冲响应测量电路76向由第二设备重叠的一个或多个线圈施加脉冲并且测量信号out(参见例如图10的周期t2)，同时使用设备12中的其他线圈继续向第一设备传输电力(从而将噪声引入到在时间段t2期间测量的信号中)。在框164的操作期间，脉冲响应测量电路76和/或控制电路42从周期t2的脉冲响应信号中除去所测量的周期t2的噪声(例如，通过在各种不同的试验阶段值处反复减去所测量的噪声，直到实现令人满意的噪声去除)。如果以这种方式令人满意地去除噪声(例如，如果获得信号out的指数衰减并且因此获得的l和/或其他参数的测量值具有令人满意的准确性)，则脉冲响应测量完成并且无线电力传输操作可继续。如线166所示，如果在框164的操作期间没有令人满意地去除噪声，则处理可环回到框160以进行附加的噪声和脉冲响应测量。

如果外来物体诸如射频识别(rfid)设备被设备10重叠并因此被插置在设备10与设备12中的一个或多个线圈36之间，则系统8允许设备12放弃对设备10的充电。由于线圈36可被独立地控制，如果在设备12的一部分上检测到rfid设备或其他敏感设备(例如，与第一组一个或多个线圈重叠)而在设备12的另一部分上检测到设备10(例如，与不同于第一组线圈的第二组一个或多个线圈重叠)时，则设备12可仅使用第二组线圈而非第一组线圈来无线传输电力。这样，电力不被无线地传输到rfid设备，而是仅传输至无线电力接收设备10。

图12是示出无线电力传输电路系统34可如何具有在节点n1处形成分压器的阻抗z1和z2的电路的示意图。阻抗z1可由部件诸如电容器86形成。阻抗z2可由线圈36和相关联的电路部件(例如，寄生电阻和与线圈36相关联的电容)形成。多路复用器mx可包括开关阵列。当需要根据需要将线圈36切换为使用状态时，其相关的复用器开关可闭合。例如，控制电路42可控制复用器mx，使得当进行测量以检测线圈36上的无线电力接收设备12或其他外部物体时，驱动信号可被施加到线圈36中的每一个。

当期望对线圈36(阻抗z2)执行物体检测测量时，振荡器84将交流驱动信号诸如方波信号驱动到节点n1上。驱动信号的频率可(例如)为1.1mhz、至少800mhz、至少1mhz、小于5mhz、小于1.5mhz或其他合适的频率。测量电路78的峰值检测器80和模数转换器82用于测量节点n1上的电压以检测外部物体。在系统8的操作期间(例如，当无线电力接收设备10用于接收无线电力时)，无线电力接收设备10调谐其谐振电路(例如，由线圈14和相关电容形成的无线电力接收设备谐振电路)，使得无线电力接收设备谐振表现出期望的无线电力接收电路谐振频率frx。frx的值可以是例如1mhz或其他合适的频率(例如，0.9mhz至1.1mhz、0.8mhz至1.2mhz等)。当设备10存在于设备12上时(例如，当线圈14被放置在设备12中的线圈36上时)，设备10的谐振电路的阻抗被反射到发射器的线圈阻抗。因此，线圈36(z2)的电感在频率frx下表现出谐振，如图13的曲线200所示。

为了令人满意地检测每个线圈36上的设备10，可将振荡器84的驱动频率fdrive选择为略微大于接收器谐振频率frx(例如，fdrive可为frx的例如101％至150％)。这确保了节点n1的测量电压(例如，由于设备10的存在而在节点n1上的电压变化)将足以由测量电路78测量。在一个例示性配置中，frx为1mhz，并且fdrive介于1mhz和1.5mhz之间、1.1mhz-1.5mhz、至少1.05mhz、至少1.1mhz、至少1.15mhz、小于2mhz、小于1.9mhz、小于1.8mhz、小于1.7mhz、小于1.6mhz、小于1.4mhz、小于1.3mhz或确保节点n1上的电压偏转将足以响应于给定发射器线圈36上的设备10(及其谐振电路)的放置的其他合适的频率。

如果需要，通过施加来自振荡器84的由不活动(未施加驱动信号)周期分开的脉冲串形式的驱动信号，可在使用测量电路78进行的测量期间节省电力。如图14中所示，例如第一脉冲串(脉冲串b1)可包括施加到第一线圈(线圈c1)的一系列交流驱动信号、施加到第二线圈(线圈c2)的第二系列交流驱动信号、最多至第n个线圈cn的第n系列信号，然后是后续的信号脉冲串，诸如第二脉冲串(参见例如脉冲串b2)。每个线圈扫描可持续(例如)约0.5ms-2ms。在设备12中可存在22个线圈36或其他合适数量的线圈(例如，n的值可为22)。在测量信号的每个脉冲串内，来自振荡器84的交流信号可依次施加到每个线圈(c1…cn)。在连续脉冲串之间的关断周期toff期间，不将驱动信号施加到线圈。

如图14中所示，例如，在对脉冲串b1进行测量之后，振荡器84在关断周期toff内不提供任何输出信号以节省电力。在周期toff结束后，恢复信号测量。可将toff的值选择为较长以减小电力消耗，或更短以降低检测延迟。在一个例示性配置中，toff具有100ms至2s的值。通常，toff可具有任何合适的值(例如，200ms、225ms、250ms、至少10ms、至少50ms、至少100ms、至少200ms、至少400ms、至少800ms、小于3s、小于1.5s、小于900ms、小于500ms或小于300ms)。如果需要，可在其中仅存在单个线圈36的无线电力传输设备12的配置中使用具有关断周期toff的测量操作。在多线圈系统的上下文中使用脉冲串模式操作是例示性的。

峰值检测器80可使用二极管来实现。例如，峰值检测器80可由一对二极管形成(例如，耦接到地的第一二极管和第二二极管在节点n1与模数转换器电路82之间串联耦接)。二极管正向电压受温度波动的影响。为了降低由温度漂移效应造成的测量不准确性，将模数转换器82的输出进行时间滤波(例如，使用控制电路42在软件、固件和/或硬件中实施的基于速率的滤波器)。当用户将设备10放置在设备12上时，线圈36的阻抗以及因此模数转换器82的输出将比当模数转换器82的输出受温度漂移影响时更快地波动。通过对转换器82的输出进行滤波(例如，在将基于变化率的滤波应用至模数转换器的输出中使用每2秒进行5次模数转换器计数的模数转换器速度阈值或其他合适的阈值)，控制电路42可使用基于变化率的滤波来区分由于设备10的放置而导致的所测阻抗的相对较快的变化与由于温度漂移而导致的所测阻抗的相对较慢的变化。

在一个例示性配置中，使用窗口算法来实施变化率滤波以对模数转换器82的输出进行滤波，从而区分(待检测的)设备放置事件和(将被忽略的)温度漂移效应。图15为曲线图，其中模数转换器输出(adc)已被绘制为随时间变化(adc扫描)。如图15所示，控制电路42可检查时间窗口(例如，图15的时间段k-(k-k))内的adc输出值。在一个例示性配置中，每250ms(或其他合适的周期)扫描所有线圈36。每次扫描(一个adc值)存储在控制电路42中的存储器中的先进先出(fifo)缓冲器中，使得缓冲器包含每个线圈的k次扫描。控制电路42然后使用窗口算法(滤波过程)来处理窗口数据。具体地，将窗口内的adc值的最大值减去当前adc值(参见例如图15的δadc)与预定的物体检测阈值进行比较。如果δadc的值减去当前adc值超过预先确定的阈值量，则控制电路42断定在窗口期间转换器82的输出的变化是由于设备12上的物体放置(例如，设备10被放置在设备12上)引起的。如果δadc的值减去电流adc值不超过预先确定的阈值量，则控制电路42断定在窗口期间转换器82的输出的变化是由于温度漂移引起，并且可以被忽略。如果需要，控制电路42可使用其他技术来处理模数转换器输出，以区分温度漂移效应和物体放置效应。使用窗口算法来处理模数转换器输出是例示性的。

根据实施方案，提供了无线电力传输设备，其包括线圈、无线电力传输电路，该无线电力传输电路耦接到线圈并被配置为将无线电力信号传输至在无线电力接收电路中具有接收线圈的无线电力接收设备，该无线电力接收电路被配置为在无线电力接收电路谐振频率下谐振，控制电路被配置为控制无线电力信号的传输，并且测量电路被耦接至线圈，线圈被控制电路用来检测外部物体，测量电路包括被配置为在大于接收器谐振频率的驱动频率下施加驱动信号的振荡器，并包括被配置为在驱动频率下测量信号的模数转换器。

根据另一个实施方案，驱动频率介于1mhz和1.5mhz之间。

根据另一个实施方案，无线电力接收电路谐振频率为1mhz，并且驱动频率为至少1mhz。

根据另一个实施方案，驱动频率介于1.1mhz和1.5mhz之间。

根据另一个实施方案，驱动频率等于无线电力接收电路谐振频率的101％至150％。

根据另一个实施方案，控制电路被配置为引导振荡器以脉冲串的形式向线圈提供驱动信号，所述脉冲串由振荡器不向线圈提供驱动信号的相应时间段分隔。

根据另一个实施方案，在每个脉冲串期间，振荡器依次将驱动信号提供至线圈中的每一个线圈。

根据另一个实施方案，在相应脉冲串之间，振荡器在至少100ms的时间段内不提供驱动信号以节省电力。

根据另一个实施方案，控制电路被配置为处理来自模数转换器的输出，以区分温度漂移效应和物体放置效应。

根据另一个实施方案，驱动频率介于1.1mhz和1.5mhz之间，控制电路被配置为引导振荡器以由振荡器不提供任何驱动信号的相应时间段分隔的脉冲串提供驱动信号，并且控制电路被配置为处理来自模数转换器的输出，以区分温度漂移效应和物体放置效应。

根据实施方案，提供了一种使用具有无线电力传输电路的无线电力传输设备的方法，所述无线电力传输电路使用线圈将无线电力信号传输至无线电力接收设备，该无线电力接收设备具有无线电力接收电路，该无线电力接收电路具有相关联的无线电力接收电路谐振频率，该方法包括将电力从一个或多个线圈无线传输至无线电力接收设备，以及通过在等于无线电力接收电路谐振频率的101％至150％的驱动频率下将驱动信号提供给至少一个线圈来监测线圈是否存在外部物体。

根据另一个实施方案，无线电力接收电路谐振频率介于0.9mhz和1.1mhz之间，并且监测线圈是否存在外部物体包括在小于1.5mhz的驱动信号下提供驱动信号。

根据另一个实施方案，无线电力传输设备包括被配置为向耦接到线圈的节点提供驱动信号的振荡器和被配置为测量节点上的电压的模数转换器，该方法包括处理来自模数转换器的输出以区分热漂移效应和物体放置效应。

根据另一个实施方案，监测线圈包括依次向多个线圈中的每一个线圈提供驱动信号。

根据另一个实施方案，该方法包括以间隔至少50ms的脉冲串向线圈提供驱动信号，在每个脉冲串期间，振荡器将驱动信号依次提供给线圈中的每一个线圈。

根据另一个实施方案，处理来自模数转换器的输出以区分热漂移效应和物体放置效应包括将来自模数转换器的时间窗口内的输出信号进行比较。

根据另一个实施方案，处理来自模数转换器的输出以区分热漂移效应和物体放置效应包括将变化率滤波应用到输出。

根据实施方案，提供了无线电力传输设备，其包括线圈、无线电力传输电路，该无线电力传输电路耦接到线圈并被配置为将无线电力信号传输至无线电力接收设备，控制电路被配置为控制无线电力信号的传输，并且测量电路被耦接至线圈，线圈被控制电路用来检测外部物体，测量电路包括被配置为在介于1mhz和1.5mhz的驱动频率下向线圈施加驱动信号的振荡器，并包括被配置为在驱动频率下测量电压的模数转换器。

根据另一个实施方案，无线电力传输设备包括耦接在测量电路和线圈之间的多路复用电路，该控制电路被配置为控制多路复用电路将驱动信号施加到线圈中的一个所选的线圈，同时使用模数转换器来测量电压。

根据另一个实施方案，控制电路被配置为以脉冲串方式将驱动信号施加到线圈，在每个脉冲串期间，控制电路将驱动信号施加到每个线圈，并且每个脉冲串与后续脉冲串之间间隔至少50ms的时间段。

前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。