用于检测无线充电系统中的外物的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开的实施例总体上涉及无线功率传输设备。具体而言，本公开的实施例涉及 用于检测可能对无线充电设备造成干扰的外物的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 无线功率目前被广泛用于对移动设备充电、对电动车辆充电、对生物医学设备供 电，以及用于其它应用。无线功率传输使用将功率传送至功率接收器的功率发送器来实施。 功率接收器经常与通过无线功率传输系统充电的终端设备集成或者与之相连，虽然功率发 送器设备通常并非物理接合至终端设备。连接至发送器的电子器件将来自电源（无论是交 流还是直流）的功率变换为适当形式以对发送器中的功率发送器线圈进行驱动。功率随后 使用电感耦合而从功率发送器线圈传输至功率接收器线圈。接收器中的电子器件随后对来 自接收器线圈的功率进行调整，从而生成用于对设备进行供电或者对连接至设备的电池进 行充电的适当输出。
[0003] 在理想的无线功率传输系统中，所发送的功率和所接收的功率是相等的，这意味 着在传输期间没有功率损失。然而，由于功率是使用电磁场进行发送的，所以当该磁场与并 未被配置为对设备进行供电或充电的金属或导电部分进行交互时，系统中的能量会有所损 失。所导致的功率损失不仅使得无线充电系统的效率下降，而且还导致了金属部分的发热。 该发热进而会损坏设备或者对用户安全形成威胁。
【发明内容】
[0004] 本公开的实施例包括用于在无线功率发送器系统中使用一个或多个外物检测线 圈以检测外物的存在的方法和系统。某些实施例在不需要或者不接收来自接收器系统的有 关功率数量与所发送功率数量相比较的信息的情况下检测外物。一些实施例包括比功率发 送器线圈更小的检测线圈。这使得能够检测小的外物，比如硬币、戒指以及其它类似大小的 外物。
[0005] 在一些实施例中，线圈阵列中的一个或多个检测线圈被用来检测可能干扰从功率 发送器线圈向功率接收器线圈的功率无线传输的外物。正如其它实施例，线圈阵列中的线 圈能够被配置为具有比无线功率传输系统的功率发送器线圈更小并且优选地与外物的大 小相当的大小，因此改善了外物检测线圈和外物之间的耦合（并且因此改善了检测灵敏 度）。检测阵列的线圈可以处于单个层级中或者处于彼此有所偏移的多个层级中以提供更 为彻底的检测范围。
[0006] 实施例还能够通过适当设置检测线圈的大小而改变在Z方向（功率传输方向）上 的检测距离。这使得在被充电的设备的友好寄生组件更为远离功率发送器系统和功率接收 系统之间的接口的情况下，检测线圈能够检测到外物而并不会将该友好寄生组件错误地识 别为外物。
[0007] 其它参数也能够进行改变以改变Z方向中的检测距离。例如，某些实施例使用包 括检测线圈的谐振电路。谐振电路的表现被用来识别外物的存在。可能添加与检测线圈串 联连接（或者与电容器串联连接）的电阻器。通过添加电阻器，谐振电路的品质因数有所 减小，因此也使得检测距离有所减小。在另一种方法中，还能够通过改变该谐振电路的频率 来调整检测距离。谐振频率的调整例如能够通过改变谐振电路中的电容器值来完成。
[0008] 在其它实施例中，检测线圈连接至位置单元，该位置单元使用来自线圈的检测响 应以确定外物的位置。
[0009] 在一些实施例中，作为接收器线圈电路的一部分的电容器能够在使用外物检测线 圈之前被充电。通过对这些电容器进行"预充电"，接收器线圈在外物检测线圈的初始操作 期间所吸收的能量有所减少。这降低了外物检测系统和方法将错误地将接收器线圈和电路 识别为外物的可能性。
【附图说明】
[0010] 图1是在没有外物的情况下的无线功率传输系统的图示。
[0011] 图2(a)是一个实施例中的没有外物的无线功率传输系统中的外物检测传感器的 电路图以及相伴的波形。
[0012] 图2(b) -个实施例中的具有外物的无线功率传输系统中的外物检测传感器的电 路图以及相伴的波形。
[0013] 图3(a)是一个实施例中的无线功率传输系统中的外物检测传感器的电路图以及 相伴的波形。
[0014] 图3(b)是一个实施例中的无线功率传输系统中的外物检测传感器的电路图以及 相伴的波形。
[0015] 图4(a)是一个实施例中的包括代表性的友好寄生组件和外物的无线功率传输系 统的截面图。
[0016] 图4(b)是一个实施例中的包括代表性的友好寄生组件和外物的无线功率传输系 统的分解图。
[0017] 图5是一个实施例中的无线功率传输系统发送器线圈以及外物检测线圈的阵列 的图示。
[0018] 图6是图示出一个实施例中的针对假设的10mm外物半径而作为检测线圈半径的 函数的、外物检测线圈和外物之间的耦合的图形。
[0019] 图7是描绘出一个实施例中的作为距两个不同半径（或直径）的线圈的Z轴距离 的函数的外物检测线圈和外物之间的电磁耦合的图形。
[0020] 图8(a)是一个实施例中的外物线圈检测阵列的平面图，其中该阵列是单个层级 的检测线圈。
[0021] 图8(b)是一个实施例中的外物线圈检测阵列的平面图，其中该阵列是双层的检 测线圈，其中第二层与第一层在横向方向有所偏移。
[0022] 图9(a)是一个实施例中的定义三个活动区域的两个重叠的功率发送器线圈的平 面图，外物检测线圈部署在该三个活动区域中的每一个之中。
[0023] 图9(b)是一个实施例中的定义三个活动区域的两个重叠的功率发送器线圈的平 面图，两个外物检测线圈在重叠发送器线圈所形成的活动区域中与第三检测线圈重叠部 署。
[0024] 图10是一个实施例中的Q2/Q1随着由于向谐振电路添加电阻器的Q1的变化而变 化的图形。
[0025] 图11是一个实施例中的Q2/Q1随着振荡频率的变化而变化、由此减小了检测线圈 的检测距离的图示。
[0026] 图12(a)是一个实施例中的在接收器中使用的接收器电路的电路图。
[0027] 图12(b)是一个实施例中的图12(a)的接收器电路的电路图，其还示出了整流器 二极管的寄生电容。
[0028] 图13(a)_(c)图示出了一个实施例中的外物检测谐振电路的各种电压和电流特 性。
[0029] 图14是一个实施例中的外物检测电路用来检测外物的示例算法的方法流程图。
[0030] 附图仅出于图示的目的描绘出本发明的各个实施例。本领域技术人员从以下讨论 将会轻易认识到，可以在并不背离本公开的原理的前提下采用本文所图示的结构和方法的 可替换实施例。
【具体实施方式】
[0031] 概述
[0032] 本公开中所描述的实施例包括用于检测可能干扰从功率发送器向功率接收器进 行的无线功率传输的金属或传导性外物（简称为"外物"）的方法和系统。特别地，部署在 功率发送器和功率接收器之间的外物吸收一些或全部的所发送能量，因此降低了无线充电 设备的效率和/或通过变热而带来安全性问题。这对于更小的外物而言尤其成为问题，其 吸收一些能量但是却不足以触发终止功率传输的故障。而且，所描述的方法和系统能够在 发送器内部实施并且在没有来自接收器的任何信息的情况下进行工作。
[0033] 外物检测技术
[0034] 有两种宽泛类型的能够吸收无线充电设备所发送的能量的外物。第一种类型包括 作为被无线充电设备所供电或充电的设备的一部分的传导性组件或物体。该设备的这些传 导性组件经常被称作是"友好寄生组件"。第二种类型包括并非作为被充电设备的一部分的 传导性部分或物体。这些经常被称之为"外物"。
[0035] 对于被设计为适应无线充电的设备而言，友好寄生组件经常被配置为导致有所减 少或可忽略的安全性问题。这样的配置的示例包括但并不局限于将友好寄生组件远离发送 器所发射的电磁场最为密集的区域进行放置，利用使得组件所吸收的能量有所减少的屏蔽 层对友好寄生组件进行屏蔽，将友好寄生组件设计为适应、吸收或耗尽所发送能量在组件 中所感生的热能，和/或其它技术。此外，当使用这些配置中的任意配置时，友好寄生组件 通常将不会被本公开的实施例检测为外物。
[0036] 图1是在没有外物的情况下的无线充电系统100的图示。在该示例中，无线充电系 统包括发送器系统102,其