本发明总体涉及无线充电系统，并且更具体地涉及用于检测无线充电系统中的异物(foreignobject)的存在的技术。
背景技术：
在常规的无线充电系统中，电源(在此被称为电力发送节点或tx)经由电感耦合将电力无线地发送至放置在tx上或至少在tx附近的电源宿(powersink)(在此称为电力接收节点或rx)，以便对rx充电或供电。tx和rx之间的电感耦合是经由每个节点中的谐振换能器电路系统来实现，谐振换能器系统具有如果不相同则相似的谐振频率。为了确定rx是否存在，tx将周期性或间歇地发送ping消息，并且如果rx存在，则rx将通过发送确认其存在的ack消息来响应于接收到的ping消息。tx将通过向rx发送电力来响应于接收到的ack消息。在电力输送会话(power-transfersession)期间，rx将发送指令tx增加或减少其发送的电力水平的cep(控制错误包)消息。
如果在电力输送会话期间金属异物(fo)被放置在tx上或在tx附近，则tx和fo之间的电感耦合可能导致fo中产生热量，这可能会导致fo、tx和/或rx的损坏。照此，常规的tx监视电力输送会话期间的电力损耗，其中电力损耗被定义为由tx发送的未被rx接收的电力量。
为了使tx能够确定电力损耗，常规的rx监视其接收的电力水平，并周期性或间歇地向tx发送rp(接收的电力)包，通知tx接收到的电力水平。tx监视其发送电力的水平，并确定电力损耗为tx发送的电力水平与rx接收到的电力水平之间的差。如果电力损耗超过指定阈值，则tx得出结论：fo存在。在这种情况下，tx终止电力输送会话并进入保护状态，在保护状态下，tx不能将电力输送给rx。
在进入保护状态之后，如果tx确定该fo不再存在，则tx可以返回到非保护状态并启动另一个电力输送会话到rx。为了确定何时fo不再存在，常规的tx测量表征用于无线电力输送的其谐振换能器电路系统的品质因子(qf)值。当没有rx且没有fo存在时，tx的qf值会相对高。由于rx的谐振换能器电路系统被设计为在与tx的谐振换能器电路系统类似的频率处谐振，当rx存在(但不存在fo)时，tx的qf值将会仍然相对高。但是，当存在随机的fo(像硬币、钥匙或其它金属物体)时，则tx的qf值会相对低，不管rx是否也存在。
常规的tx在工厂测试期间在不存在rx和fo的情况下离线校准，以精确地确定tx的高度准确的校准的qf值，其中校准的qf值被编程到tx中。由于在不存在rx和fo的情况下校准tx，因此校准的qf值会相对高。在实时操作期间，当在电力输送会话期间fo被放置在tx附近时，tx检测到fo的存在(基于确定的电力损耗)并进入保护状态。
在保护状态期间，tx对其谐振换能器电路系统部分地通电，测量其当前qf值，并将当前qf值与其编程的校准的qf值进行比较，以确定是否存在fo。如果当前qf值低于校准的qf值，则tx确定存在fo，并且tx保持在保护状态。如果当前qf值与校准的qf值类似，则tx确定fo已被移除，并且tx转变到非保护状态，从而使tx能够启动另一个电力输送会话到rx。
具有不需要校准的qf值的工厂编程的tx将是有利的。
附图说明
从以下的详细描述、所附权利要求以及附图，本发明的实施例将变得更明显，在附图中，相似的附图标记标识相似或相同的元件。
图1是根据本发明的实施例的tx的状态机的状态图；
图2是根据本发明的实施例的由实现图1的tx状态机的tx执行的处理的流程图；以及
图3是根据本发明的实施例的tx的简化框图。
具体实施方式
在此公开了本发明的详细说明性实施例。然而，这里公开的具体结构和功能细节仅仅是为了描述本发明的示例实施例的目的。本发明可以以许多替代形式来体现，并且不应该被解释为仅限于在此所述的实施例。此外，这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明的示例实施例。
如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中另有明确指示。进一步将理解的是，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指明所陈述的特征、步骤或组件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、步骤或组件。应该注意的是，在一些替代的实现方式中，所提到的功能/动作可能不按照图中所示的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个图实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行。
在某些实施例中，本发明是在无线充电系统中用于将电力无线地发送到电力接收节点(rx)的电力发送节点(tx)。tx包括处理器，该处理器测量检测到异物(fo)的存在之前和之后的tx的品质因子(qf)值，并使用qf值来确定fo是否已被移除。存储器用于存储处理器测量的qf值。电力发送器将电力无线地发送给rx。信号接收器从rx接收信号。
tx使用tx测量的检测到fo的存在之前和之后的tx的qf值且不使用任何校准的qf值，来检测fo是否已被移除。在一个实施例中，在tx检测到fo的存在之后，tx转变到保护状态，并且tx使用(i)在fo存在之前由tx测量的qf值、(ii)在tx刚进入保护状态之后由tx测量的qf值以及(iii)在tx保持在保护状态的同时由tx测量的当前qf值，来确定fo是否已被移除。
图1是根据本发明的一个实施例的tx的状态机100的状态机图。图1示出了四个状态：初始化、rx检测、电力输送以及保护。取决于实现方式，除了rx检测状态之外，在初始化状态和电力输送状态之间还可以存在与本发明没有直接关系且在图1中未示出的其它常规状态。
在与常规tx的初始化状态类似的初始化状态102之后，tx进入rx检测状态104，在此期间，tx发送ping消息，直到电力接收节点(rx)用向tx指示rx存在的ack消息进行响应。如果且当tx接收到ack消息时，tx状态机100将转变到电力输送状态106，在此期间，tx将电力无线地发送给rx。如果且当tx通过确定电力损耗大于指定的电力损耗阈值水平而检测到fo的存在时，tx将转变到保护状态108。如果且当满足某些条件(如下所述)时，tx将返回到初始化状态102。
图2是根据本发明的一个实施例的由实现图1的tx状态机100的tx执行的处理的流程图。处理从步骤202开始，其中tx进入图1的初始化状态102，并且执行与常规无线充电系统中的常规tx的常规初始化功能类似的功能。
在步骤204中，tx检测rx的存在。特别地，tx间歇地执行数字ping，并且当rx存在并发送对应的ack消息时，tx检测到来自rx的ack消息，由此确定存在rx。术语“数字ping”是指tx将能量插入到其谐振换能器电路系统中，由此将能量输送到rx的谐振换能器电路系统，这又使得rx上电并将ack消息发送回tx。在rx检测之后，在步骤206中，tx测量并存储其当前品质因子(qf)值作为其基准或原始qf值(orig_qf)。注意，如以下进一步描述的，当执行步骤206时，除了rx之外，fo可能也存在或可能不存在。
在步骤208中，tx进入图1的电力输送状态106，在此期间，tx将电力发送给rx。在电力输送会话期间，tx从rx接收cep包，并且作为响应，相应地调谐其发送的电力水平。tx还接收来自rx的rp数据包，通知txrx的接收的电力水平。tx监视并将其自身发送的电力水平与rx的接收的电力水平进行比较以表征电力损耗的量。
在步骤210中，tx将电力损耗与指定的电力损耗阈值水平进行比较，以确定是否存在fo。如果电力损耗没有超过指定的电力损耗阈值水平，则tx确定不存在fo，并且处理返回到步骤208以继续当前的电力输送会话。如果且当电力损耗超过指定的电力损耗阈值水平时，则tx确定存在fo，并且在步骤212中，tx终止电力输送会话并进入图1的保护状态108。
在步骤214中，tx在进入保护状态108时测量并存储其qf值作为其初始保护qf值(enter_qf)及其当前qf值(curr_qf)两者。
在步骤216中，tx确定fo是否已被移除。在下面将进一步描述这个处理。如果tx确定fo已被移除，则处理返回到步骤202以重新进入初始化状态102，从而期待另一个电力输送会话到相同的rx或不同的rx。否则，tx确定fo未被移除，并且处理进行到步骤218。步骤216的处理在图1中通过qf测量和判断112来表示。
在步骤218中，tx确定rx是否已被移除。具体来说，tx执行数字ping，并等待接收作为返回的来自rx的对应的ack消息。如果在指定时间段内没有接收到ack消息，则tx确定rx已被移除，并且处理返回到步骤202以重新进入初始化状态102。注意，在一些实现方式中，tx在确定rx不再存在之前执行指定数量的没有回答的数字ping。在任何情况下，如果tx接收到ack消息，则tx确定rx仍然存在，并且处理进行到步骤220，在步骤220，tx重新测量其qf值并使用该值来更新其当前qf值(curr_qf)。然后，处理返回到步骤216，以使用更新的curr_qf值来确定fo是否已被移除。步骤218的处理在图1中通过rx检测110来表示。
再次参考步骤216，tx评估以下逻辑公式以确定fo是否已被移除：
(((orig_qf–enter_qf)>thresh1)&&((orig_qf–curr_qf)<
thresh1))
or
((abs(orig_qf–enter_qf)<thresh2)&&((curr_qf–orig_qf)>
thresh3))
其中：
-orig_qf是在步骤206中测量的qf值；
-enter_qf是在步骤214中测量的qf值；
-curr_qf是在步骤214中最初测量然后在步骤220中更新的qf值；以及
-thresh1、thresh2和thresh3是三个指定的qf阈值水平，其中thresh1用于判断curr_qf与orig_qf有多近，thresh2用于适应正常的qf测量方差，并且thresh3用于判断curr_qf与orig_qf有多远。如果tx评估逻辑公式为真，则tx确定fo已被移除。否则，tx评估逻辑公式为假，并确定fo未被移除。下面描述将逻辑公式应用于不同的情况。
以下关于逻辑公式的应用的讨论基于以下示例实现方式，其中，不存在fo的情况下的tx的相对高的qf值是大约100-120，并且存在fo的情况下的tx的相对低的qf值是大约20-30。在这个示例实现方式中，thresh1和thresh3都是50，并且thresh2是15。
为了正确操作，无线充电系统应该能够处理(i)tx开始将电力输送到rx之前fo被放置在tx附近的情况，以及(ii)tx正在向rx输送电力的同时fo被放置在tx附近的情况。在下面分别讨论这两个情况。
在第一类型的情况下，在tx开始将电力输送到rx之前，fo被放置在tx附近。由于tx在rx存在之后才开始输送电力，所以第一类型的情况包括：在rx存在之前fo被放置在tx附近的实例以及当fo和rx被同时放置在tx附近的实例。无论哪种方式，当rx被放置在tx附近时，tx在图2的步骤204中检测到rx，然后tx在步骤206中测量原始qf值(orig_qf)。由于此时存在fo，因此orig_qf将相对低(例如，大约20-30)。
因为存在fo，所以在步骤208中tx进入电力输送状态106之后不久，tx在步骤210中检测到fo的存在，并且在步骤212中转变到保护状态108。在存在fo的情况下，在步骤214中由tx测量的qf值enter_qf和curr_qf将仍然相对低。在这种情况下，所有三个qf值orig_qf、enter_qf和curr_qf将相对低并将彼此接近。
注意，即使rx和fo都存在于步骤206和214中，在不同时间测量的qf值之间可能存在小的差异，使得如步骤206测量的qf值可能略大于、略小于或等于在步骤214测量的qf值。在该示例实现方式中，假定如步骤206测量的qf值为26，并且假定如步骤214测量的qf值为24。在这种情况下，当在步骤214后在步骤216首次评估逻辑公式时，orig_qf＝26，enter_qf＝24以及curr_qf＝24。
将这三个qf值和三个不同的qf阈值thresh1、thresh2和thresh3代入步骤216的逻辑公式中得出：
(((26–24)>50)&&((26–24)<50))
or
((abs(26–24)<15)&&((24–26)>50))
其被评估为假。如此，tx将正确地确定fo未被移除，并且处理将继续到步骤218，在步骤218中tx确定rx是否已被移除。假定rx还未被移除，则处理继续到步骤220，在步骤220中tx重新测量其qf值并更新curr_qf。在这个示例实现方式中，在步骤220测量的qf值仍然是24，使得curr_qf保持在24。(注意，如果tx在步骤218中确定rx已被移除，则处理返回到步骤202以在仍然存在fo的情况下重新初始化tx，以等待另一个rx或相同rx的到来。)
在步骤220中更新curr_qf之后，处理返回步骤216以重新评估逻辑公式。只要fo保持存在(并且rx也保持存在)，并且即使curr_qf略变化，tx也将继续在步骤216中评估逻辑公式为假，从而正确地确定fo仍然存在。
如果且当fo在tx仍处于保护状态108时被移除，则在步骤220中由tx测量的当前qf值(curr_qf)将相对高，对于此示例实现方式，curr_qf为110。在这种情况下，当tx接下来在步骤216中评估逻辑公式时，curr_qf将是110，而orig_qf＝26且enter_qf＝24。
将这三个qf值和三个不同的qf阈值代入逻辑公式中得出：
(((26–24)>50)&&((26–110)<50))
or
((abs(26–24)<15)&&((110–26)>50))
其评估为真。如此，tx将正确地确定fo已被移除，并且处理将返回到步骤202。
因此，在tx开始将电力输送到rx之前fo被放置在tx附近的第一类型的情况下，tx将正确地确定fo是否已被移除。
在第二类型的情况下，在tx已经开始向rx发送电力之后，fo被放置在tx附近，同时tx仍处于电力输送状态106。这意味着在rx存在之后但是在fo存在之前，tx在步骤206中测量原始qf值。因此，对于这个示例实现方式，orig_qf将会相对高，为110。
当在电力输送会话期间fo被放置在tx附近时，tx将在步骤210中检测到fo的存在，并且在步骤212中从电力输送状态106转变到保护状态108。
在存在fo的情况下，在步骤214中由tx测量的qf值enter_qf和curr_qf将相对低，对于这个示例实现方式，将为24。在这种情况下，orig_qf＝110，enter_qf＝24，并且curr_qf＝24。
将这三个qf值和三个不同的qf阈值代入步骤216的逻辑公式中得出：
(((110–24)>50)&&((110–24)<50))
or
((abs(110–24)<15)&&((24–110)>50))
其被估计为假。如此，tx将正确地确定fo未被移除，并且处理将继续到步骤218，在步骤218中tx确定rx是否已被移除。假定rx还未被移除，则处理将继续到步骤220，在步骤220中tx重新测量其qf值并更新curr_qf。在该示例实现方式中，在步骤220测量的qf值仍然是24，使得curr_qf保持在24。注意，如果tx在步骤218中确定rx已被移除，则处理将返回到步骤202以在存在fo的情况下重新初始化tx，来等待另一个的rx或相同的rx的到来。
在步骤220中更新curr_qf之后，处理返回步骤216以重新评估逻辑公式。只要fo保持存在(并且rx也保持存在)，并且即使curr_qf略变化，tx也将继续在步骤216中评估逻辑公式为假，从而正确地确定fo仍然存在。
如果且当fo在tx仍处于保护状态108时被移除，则在步骤220中由tx测量的当前qf值(curr_qf)将相对高，对于该示例实现方式，curr_qf为105。在这种情况下，当tx接下来在步骤216中评估逻辑公式时，curr_qf将是105，而orig_qf＝110并且enter_qf＝24。
将这三个qf值和三个不同的qf阈值代入逻辑公式中得出：
(((110–24)>50)&&((110–105)<50))
or
((abs(110–24)<15)&&((105–110)>50))
其被评估为真。如此，tx将正确地确定fo已被移除，并且处理将返回到步骤202。
因此，在tx将电力正在输送给rx的同时fo被放置在tx附近的第二类型的情况下，tx将再次正确地确定fo是否已被移除。
图3是根据本发明的一个实施例的tx300的简化框图。处理器302实现图1的状态机100和图2的方法。存储器304存储处理器302使用的三个不同的qf值orig_qf、enter_qf和curr_qf以及三个qf阈值水平thresh1、thresh2和thresh3。电力发送器306将电力无线地发送到rx，并且信号接收器308接收来自rx的cep和rp包。注意，在典型的实现方式中，电力发送器306和信号接收器308共享在有线和无线电磁信号之间转换的谐振换能器电路系统。在其它可能的实现方式中，电力发送器306和信号接收器308可以是完全不同的组件。
处理器302可以使用专用硬件以及能够执行适当软件的硬件来实现。处理器302的功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器来提供，其中一些处理器可以共享。此外，术语“处理器”的明确使用不应该被理解为专指能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(dsp)、网络处理器、专用集成电路(asic)和/或现场可编程门阵列(fpga)电路系统。也可以包括其它硬件、常规的和/或定制的。
存储器304可以是用于存储数据和/或软件的任何合适的电路系统，例如但不限于只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和/或非易失性存储电路系统，并且可以与处理器302集成和/或实现为不同的组件。
尽管已经在特定逻辑公式的上下文中描述了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，可以实现其它逻辑公式以实现避免假正(falsepositive)(即，在fo保持时检测到fo移除)和假负(falsenegative)(即，未能检测到fo移除)的相同结果，同时实现真正(truepositive)(即，正确地检测到fo移除)和真负(truenegative)(即，正确地检测到fo未移除)两者。
由于本发明不需要在工厂进行系统校准，因此本发明是有利的。本发明还允许提前终止保护模式，并在fo被移除时提示恢复tx电力输送。
尽管已经在直接从rx接收无线数据包的tx的上下文中描述了本发明，但是本发明可以被实现在涉及从rx到tx的其它合适通信模式的上下文中，其它合适通信模式包括(但不限于)间接通信模式和/或涉及一个或多个有线链路的通信模式。
本发明消除了在无线充电系统中执行tx的高准确性的qf值的精确的离线校准和存储的需要。取而代之的是，本发明采用tx实时测量其qf值的能力的优点，利用不需要像常规的离线校准技术那样精确的技术来实时测量其qf值。
除非另有明确说明，否则每个数值值和范围应被解释为近似，就好像词“大约”或“近似”在该值或范围之前一样。
应该进一步理解，在不脱离以下权利要求所包含的本发明的实施例的情况下，可以由本领域技术人员对为了解释本发明的实施例描述和例示的部件的细节、材料和布置进行各种改变。
在包括任何权利要求的本说明书中，术语“每个”可以用于指代多个先前记载的元件或步骤的一个或多个指定的特性。当与开放式术语“包括”一起使用时，术语“每个”的引用不排除附加的未列举的元件或步骤。因此，可以理解的是，设备可以具有附加的、未列举的元件，并且方法可以具有附加的、未列举的步骤，其中附加的、未列举的元件或步骤不具有一个或多个指定的特性。
本文对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”并不一定都指相同的实施例，也不一定是与其它实施例相互排斥的单独的或替代实施例。这同样适用于术语“实现方式”。