应用于无线充电系统的金属异物检测装置的制作方法

本发明涉及金属检测领域，具体地，涉及一种应用于无线充电系统的金属异物检测装置。

背景技术：

目前，仍然没有一个可靠的金属异物检测装置可以去检测无线充电系统中的微小金属异物。传统的金属异物检测装置主要应用在小功率(5w～10w)无线充电系统中，按照无线充电联盟wpc(wirelesspowerconsortium)制定的qi的标准来设计，通过发出侧功率、接收侧功率的差值，根据差值变化判断来是否有金属异物。但是，小功率无线充电系统跟大功率无线充电系统的体积及传输距离都相差甚远，所以功率损耗小的小金属异物很难被检测出来。因此，传统的金属异物检测装置无法应用到大功率无线充电系统中。有部分学者通过检测传输效率变化判断是否有金属异物；但是，无线充电系统中的小金属异物的传输效率几乎没有变化，这种检测方式很难检测体积比较小的金属异物。也有部分学者通过检测线圈表面温度的变化判断是否有金属异物；这种检测方式的明显缺陷是检测时间相对比较长(分钟级别)，且在高温环境下，过高的线圈温度易烧坏金属异物检测装置，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种应用于无线充电系统的金属异物检测装置，用以检测无线充电系统中的微小金属异物。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种应用于无线充电系统的金属异物检测装置，包括：交流电压源，用于提供交流模拟电压；与交流电压源并联的一个或多个支路，每个支路均包括：一个或多个串联的线圈，位于无线充电系统中的接收端与发射端之间；与线圈串联的电阻；高频峰值检测电路，高频峰值检测电路的第一输入端与电阻的一端连接，高频峰值检测电路的第二输入端与电阻的另一端连接，用于将电阻两端的交流模拟电压转化为直流模拟电压，直流模拟电压的值为交流模拟电压的峰值；金属异物检测装置还包括：报警装置；分别与报警装置、各高频峰值检测电路的输出端连接的处理器，用于根据各高频峰值检测电路输出的直流模拟电压，控制报警装置输出报警信息。

在其中一种实施例中，各线圈均位于一个pcb检测板上；pcb检测板的面积大于或等于无线充电系统中的接收端面积。

在其中一种实施例中，各线圈的半径均为3cm-4cm。

在其中一种实施例中，还包括：与处理器连接的存储器，用于存储报警阀值；处理器具体用于：将直流模拟电压与报警阀值作比较，根据比较结果控制报警装置输出报警信息。

在其中一种实施例中，处理器还包括：模数转换器，用于将直流模拟电压转换为直流数字电压；

在其中一种实施例中，报警装置包括：指示灯和\或蜂鸣器；指示灯用于通过灯光输出报警信息；蜂鸣器用于通过声音输出报警信息。

在其中一种实施例中，还包括：与处理器连接的通信设备，用于发送报警信息至外部设备。

在其中一种实施例中，通信设备的通信接口为gprs接口、蓝牙接口、can总线接口或wif接口。

本发明实施例的应用于无线充电系统的金属异物检测装置，交流电压源提供交流模拟电压，线圈位于无线充电系统中的接收端与发射端之间，电阻与线圈串联，高频峰值检测电路将电阻两端的交流模拟电压转化为值为交流模拟电压峰值的直流模拟电压，处理器根据直流模拟电压控制报警装置显示报警信息。因为本发明实施例是通过电压变化来检测金属异物，所以与现有技术相比，本发明可以检测更加微小金属异物，缩短检测时间，避免在高温环境下的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中应用于无线充电系统的金属异物检测装置的结构图；

图2是本发明实施例中交流电流流过无金属异物线圈示意图；

图3是本发明实施例中交流电流流过无金属异物线圈的等效电路图；

图4是本发明实施例中交流电流流过有金属异物线圈示意图；

图5是本发明实施例中交流电流流过有金属异物线圈的等效电路图；

图6是本发明实施例中的线圈示意图。

图7是本发明实施例中应用于无线充电系统的金属异物检测装置第一种实施例的结构图；

图8是本发明实施例中应用于无线充电系统的金属异物检测装置第二种实施例的结构图；

图9是本发明实施例中无金属异物时输出的电压波形。

图10是本发明实施例中有金属异物时输出的电压波形。

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，所描述的实施例仅仅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做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。

鉴于目前仍然没有一个可靠的金属异物检测装置可以去检测无线充电系统中的微小金属异物，本发明实施例提供一种应用于无线充电系统的金属异物检测装置，交流电压源提供交流模拟电压，线圈位于无线充电系统中的接收端与发射端之间，电阻与线圈串联，高频峰值检测电路将电阻两端的交流模拟电压转化为值为交流模拟电压峰值的直流模拟电压，处理器根据直流模拟电压控制报警装置显示报警信息，因为本发明实施例是通过电压变化来检测金属异物，所以与现有技术相比，本发明可以检测更加微小金属异物，缩短检测时间，避免在高温环境下的安全隐患。

图1是本发明实施例中应用于无线充电系统的金属异物检测装置的结构图。如图1所示，应用于无线充电系统的金属异物检测装置包括：交流电压源，用于提供交流模拟电压；与交流电压源并联的一个或多个支路，每个支路均包括：一个或多个串联的线圈，位于无线充电系统中的接收端与发射端之间；与线圈串联的电阻；高频峰值检测电路，高频峰值检测电路的第一输入端与电阻的一端连接，高频峰值检测电路的第二输入端与电阻的另一端连接，用于将电阻两端的交流模拟电压转化为直流模拟电压，直流模拟电压的值为交流模拟电压的峰值；金属异物检测装置还包括：报警装置；分别与报警装置、各高频峰值检测电路的输出端连接的处理器，用于根据各高频峰值检测电路输出的直流模拟电压，控制报警装置输出报警信息。

实施例中，高频小功率交流电压源提供高频交流模拟电压，多路线圈均并联在交流电压源上。每一支路中均有多个串联的线圈以及一电阻。当无线充电系统中的接收端与发射端之间存在金属异物时，由于存在涡流效应，此时线圈的等效阻抗会发生变化，进而会改变支路中的交流模拟电流。交流模拟电流流经电阻，高频峰值检测电路的输入端会接收到交流模拟电压。高频峰值检测电路将电阻两端的交流模拟电压转化为直流模拟电压，处理器从高频峰值检测电路的输出端接收直流模拟电压，根据直流模拟电压的变化值控制报警装置输出报警信息，管理人员根据报警信息得知无线充电系统中的接收端与发射端之间存在金属异物，可以及时停止无线充电系统的运行或调整无线充电系统的功率输出，避免金属异物对无线充电系统造成影响。

图2是本发明实施例中交流电流流过无金属异物线圈示意图。如图2所示，当交流电流流过无金属异物的线圈时，会产生第一磁场图3是本发明实施例中交流电流流过无金属异物线圈的等效电路图。如图3所示，交流电压给第一电阻r1和第一等效电感l1供电，产生交流电流当不存在金属异物时，线圈的第一等效输出阻抗是：z0＝r1+jωl1，其中，z0为线圈的第一等效输出阻抗，r1为线圈的第一等效电阻，ω为交流电的电角度。

图4是本发明实施例中交流电流流过有金属异物线圈示意图。如图4所示，当交流电流流过有金属异物的线圈时，由于涡流效应，金属异物中会产生与第一磁场反向的感应磁场以及与交流电流反向的感应电流图5是本发明实施例中交流电流流过有金属异物线圈的等效电路图。如图5所示，当存在金属异物时，线圈的第二等效输出阻抗是：其中，z1为线圈的第一等效输出阻抗，r2为第二等效电阻，m为线圈与金属异物之间的互感系数，l2为第二等效电感。当线圈附近存在金属异物时，线圈的等效输出阻抗发生变化，进而输出变化的交流模拟电流。

图6是本发明实施例中的线圈示意图。如图6所示，各线圈均位于一个pcb检测板上，形成线圈矩阵。具体实施时，线圈的半径可以为3cm-4cm，pcb检测板的面积可以为20cm×20cm、30cm×30cm、或40cm×40cm。pcb检测板的面积大于或等于无线充电系统中的接收端面积，以令金属异物检测装置的检测范围覆盖无线充电系统中的接收端。

图7是本发明实施例中应用于无线充电系统的金属异物检测装置第一种实施例的结构图。如图7所示，金属异物检测装置还可以包括：与处理器连接的存储器，用于存储报警阀值；处理器可以具体用于：将直流模拟电压与报警阀值作比较，根据比较结果控制报警装置输出报警信息。实施例中，处理器将直流模拟电压与存储于存储器的报警阀值作比较，当直流模拟电压超出报警阀值时，处理器会控制报警装置输出报警信息。其中，处理器还可以包括模数转换器，用于将直流模拟电压转换为直流数字电压。处理器还可以将直流数字电压与报警阀值作比较，根据比较结果控制报警装置输出报警信息。

实施例中，报警装置可以包括：指示灯和\或蜂鸣器；指示灯用于通过灯光输出报警信息；蜂鸣器用于通过声音输出报警信息。当金属异物检测装置检测到金属异物时，高频峰值检测电路输出的直流模拟电压会超出报警阀值，此时，指示灯会开始闪烁，蜂鸣器会发出声音提示，告知管理人员无线充电系统中存在金属异物。

实施例中，应用于无线充电系统的金属异物检测装置还可以包括：连接于高频峰值检测电路和处理器之间的放大滤波电路，用于对高频峰值检测电路输出的直流模拟电压进行放大滤波处理，然后将经过放大滤波处理的直流模拟电压输出至处理器。

图8是本发明实施例中应用于无线充电系统的金属异物检测装置第二种实施例的结构图。如图8所示，无线充电系统的金属异物检测装置还可以包括：与处理器连接的通信设备，用于发送报警信息至外部设备。其中，通信设备的通信接口可以为gprs接口、蓝牙接口、can总线接口或wif接口。外部设备包括计算机、智能手机、掌上电脑(pda,personaldigitalassistant)等智能装置，可以位于中控室，也可以由管理人员随身携带。

图9是本发明实施例中无金属异物时输出的电压波形。将高频峰值检测电路的输出端接入示波器，如图9所示，此时示波器显示的电压值为7.3v。图10是本发明实施例中有金属异物时输出的电压波形。当把1元硬币放入无线充电系统中的接收端与发射端之间时，如图10所示，此时示波器显示的电压值为7.7v，电压明显变化0.4v，说明无线充电系统中存在金属异物。

实施例中，金属异物检测装置的处理器可以为无线充电系统中的处理器，控制无线充电系统运行。当检测到金属异物时，处理器一方面控制报警装置输出报警信息，另一方面切断无线充电系统的运行电路，此时无线充电系统停止运行或调整无线充电系统的功率输出，可以及时降低金属异物对无线充电系统的影响。

综上，本发明的应用于无线充电系统的金属异物检测装置，交流电压源提供交流模拟电压，线圈位于无线充电系统中的接收端与发射端之间，电阻与线圈串联，高频峰值检测电路将电阻两端的交流模拟电压转化为值为交流模拟电压峰值的直流模拟电压，处理器根据直流模拟电压控制报警装置显示报警信息。因为本发明实施例是通过电压变化来检测金属异物，所以与现有技术相比，本发明可以检测更加微小金属异物，缩短检测时间，避免在高温环境下的安全隐患。本发明还可以在无线充电系统中存在金属异物时，控制无线充电系统停止运行或调整无线充电系统的功率输出，及时降低金属异物对无线充电系统的影响。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。