无线充电系统及其异物检测电路的制作方法

本实用新型涉及无线充电技术领域，特别涉及一种无线充电系统的异物检测电路以及一种具有该异物检测电路的无线充电系统。

背景技术：

在无线充电系统中，是通过线圈收发电磁波进行能量传输，如果有金属异物在电磁波传输范围内时，可能会引起发热，从而带来一定的安全隐患。因此，在无线充电前和无线充电过程中需要对异物进行检测。

目前，无线充电系统中异物检测的方式包括能量损失检测方式和q值检测方式。采用能量损失检测异物的方式时，精度主要依赖于运放跟采样电路的精度，容易出现误判或无法有效判别异物的情况，而采用q值检测异物的方式，能有效检测异物，灵敏度高，但是现有q值检测方式的检测电路比较复杂，需要独立的mos管进行控制，成本较高，检测范围小。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种无线充电系统的异物检测电路，无需采用mos管控制，就能通过q值检测来有效判别异物，以及根据线圈编号确定异物的区域，实现异物定位，电路简单且容易实现，成本低。

本实用新型的第二个目的在于提出一种无线充电系统。

为达到上述目的，本实用新型第一方面提出了一种无线充电系统的异物检测电路，其中，所述无线充电系统包括无线发射电路和无线接收电路，所述无线发射电路包括多个无线发射线圈和驱动桥，所述驱动桥通过驱动至少一个所述无线发射线圈进行工作以便所述无线发射电路发射充电电磁波，所述无线接收电路通过接收所述充电电磁波以对待充电设备进行无线充电，所述异物检测电路包括：线圈切换单元，所述线圈切换单元与每个所述无线发射线圈相连，所述线圈切换单元用于切换每个所述无线发射线圈接入所述无线发射电路；检测端，所述检测端用于检测所述无线发射电路发射检测电磁波时当前接入所述无线发射电路的无线发射线圈上所产生的交变电压；整流单元，所述整流单元的输入端与所述检测端相连，所述整流单元对所述交变电压进行整流；阻容分压滤波单元，所述阻容分压滤波单元的输入端与所述整流单元的输出端相连，所述阻容分压滤波单元对所述整流单元输出的电压进行分压滤波处理，以输出检测电压；控制器，所述控制器的采样端与所述阻容分压滤波单元的输出端相连，所述控制器的控制输出端与所述线圈切换单元相连，所述控制器通过所述控制输出端输出切换信号至所述线圈切换单元以控制多个无线发射线圈依次接入所述无线发射电路，并对所述检测电压进行采样以根据所述检测电压计算所述无线发射电路的q值，以及根据所述无线发射电路的q值判断所述无线发射电路的电磁波传输范围内是否存在异物，并在所述无线发射电路的电磁波传输范围内存在异物时根据当前接入所述无线发射电路的无线发射线圈的编号判断异物所处的区域。

根据本实用新型提出的无线充电系统的异物检测电路，通过线圈切换单元切换每个无线发射线圈接入无线发射电路，并通过检测端检测无线发射电路发射检测电磁波时当前接入无线发射电路的无线发射线圈上所产生的交变电压，以及通过整流单元对无线发射线圈上产生的交变电压进行整流，再通过阻容分压滤波单元对整流单元输出的电压进行分压滤波处理，以输出检测电压，这样控制器通过控制输出端输出切换信号至线圈切换单元以控制多个无线发射线圈依次接入无线发射电路，并通过对每个无线发射线圈接入无线发射电路时对应的检测电压进行采样以根据检测电压计算无线发射电路的q值，以及根据无线发射电路的q值判断无线发射电路的电磁波传输范围内是否存在异物，并在无线发射电路的电磁波传输范围内存在异物时根据当前接入无线发射电路的无线发射线圈的编号判断异物所处的区域，从而无需采用mos管控制，就能通过q值检测来有效判别无线发射电路的电磁波传输范围内是否存在异物，并且通过多个无线发射线圈依次进行工作实现扫描，基于线圈编号就能确定异物所处的区域，实现异物定位，而且电路简单、容易实现，成本大大降低，可靠性还高。

另外，根据本实用新型上述提出的无线充电系统的异物检测电路还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，上述的无线充电系统的异物检测电路还包括：限流单元，所述限流单元连接在所述整流单元与所述阻容分压滤波单元之间，所述限流单元对所述整流单元的输出进行限流处理。

具体地，所述整流单元包括：第一二极管，所述第一二极管的阳极作为所述整流单元的输入端，所述第一二极管的阴极作为所述整流单元的输出端。

具体地，所述限流单元包括：限流电阻，所述限流电阻的一端与所述整流单元的输入端相连，所述限流电阻的另一端与所述阻容分压滤波单元的输入端相连。

具体地，所述阻容分压滤波单元包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述限流电阻的另一端相连；第一电容，所述第一电容的一端分别与所述第一电阻的一端和所述限流电阻的另一端相连，所述第一电容的另一端接地；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连且具有第一节点，所述第二电阻的另一端接地，所述第一节点作为所述阻容分压滤波单元的输出端；第二电容，所述第二电容与所述第二电阻并联。

可选地，所述多个无线发射线圈呈矩阵式布置。

其中，所述检测电磁波的振幅小于所述充电电磁波的振幅。

可选地，所述无线发射电路输出pwm频率至所述驱动桥以便所述无线发射电路发射频率不断变化的检测电磁波。

进一步地，所述驱动桥包括第一mos管、第二mos管、第三mos管和第四mos管，所述第一mos管的源极与所述第二mos管的源极相连且具有第二节点，所述第三mos管的源极与所述第四mos管的源极相连且具有第三节点，所述第一mos管的漏极与所述第三mos管的漏极相连，所述第二mos管的漏极与所述第四mos管的漏极相连，所述第二节点与所述无线发射电路的谐振电容组的一端相连，所述谐振电容组的另一端与所述无线发射线圈的一端相连且具有第四节点，所述无线发射线圈的另一端通过所述线圈切换单元与所述第三节点相连，所述第四节点作为所述检测端。

为达到上述目的，本实用新型第二方面提出了一种无线充电系统，其包括上述的无线充电系统的异物检测电路。

根据本实用新型提出的无线充电系统，通过上述异物检测电路，能够基于无线发射电路的q值有效地判断无线发射电路的电磁波传输范围内是否存在异物，不仅灵敏度高，而且异物检测电路无需mos管控制，此外通过多个无线发射线圈依次进行工作实现扫描，基于线圈编号就能确定异物所处的区域，实现异物定位，而且电路简单、容易实现，成本大大降低，可靠性还高。

附图说明

图1为根据本实用新型一个实施例的无线充电系统中无线发射电路及异物检测电路的示意图；

图2为根据本实用新型一个实施例的无线发射线圈的布置示意图；

图3为根据本实用新型一个实施例的无线充电系统的异物检测电路的电路示意图；

图4为根据本实用新型一个实施例的无线发射电路中谐振电路的谐振频率分布示意图；以及

图5为根据本实用新型实施例的无线充电系统的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型实施例提出的无线充电系统的异物检测电路，采用q值检测的方式，仅需要几个阻容器件，无需额外的mos管，就能实现对无线发射电路的电磁波传输范围内的异物进行有效检测，不仅灵敏度高，而且无需mos管控制，此外通过多个无线发射线圈依次进行工作实现扫描，基于线圈编号就能确定异物所处的区域，实现异物定位，而且电路简单、容易实现，成本大大降低，可靠性还高。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

图1为根据本实用新型一个实施例的无线充电系统的异物检测电路的方框示意图。如图1所示，无线充电系统包括无线发射电路10和无线接收电路(图中未示出)，无线发射电路10包括多个无线发射线圈101和驱动桥102，驱动桥102通过驱动至少一个无线发射线圈101进行工作以便无线发射电路10发射充电电磁波，无线接收电路通过接收充电电磁波以对待充电设备进行无线充电。通常，无线接收电路设置在待充电设备例如移动终端中，通过无线接收线圈接收充电电磁波来实现待充电设备的无线充电。

可选地，作为一个实施例，如图2所示，多个无线发射线圈101呈矩阵式布置，这样通过线圈编号就能实现矩阵式扫描。

如图1所示，异物检测电路20包括线圈切换单元200、检测端vback、整流单元201、阻容分压滤波单元202和控制器203(例如mcu)。

其中，线圈切换单元200与每个无线发射线圈101相连，线圈切换单元200在控制器203的控制下用于切换每个无线发射线圈101接入无线发射电路10。检测端vback用于检测无线发射电路10发射检测电磁波时当前接入无线发射电路10的无线发射线圈上所产生的交变电压。整流单元201的输入端与检测端vback相连，整流单元201对无线发射线圈101上产生的交变电压进行整流。阻容分压滤波单元202的输入端与整流单元201的输出端相连，阻容分压滤波单元202对整流单元201输出的电压进行分压滤波处理，以输出检测电压。控制器203的采样端例如mcu的ad采样端口与阻容分压滤波单元202的输出端相连，控制器203的控制输出端与线圈切换单元200相连，控制器203通过控制输出端输出切换信号至线圈切换单元200以控制多个无线发射线圈101依次接入无线发射电路10，并对每个无线发射线圈101接入无线发射电路时所对应的检测电压进行采样以根据检测电压计算无线发射电路10的q值，以及根据无线发射电路10的q值判断无线发射电路10的电磁波传输范围内是否存在异物，并在无线发射电路10的电磁波传输范围内存在异物时根据当前接入无线发射电路10的无线发射线圈的编号判断异物所处的区域。

也就是说，在无线充电系统的异物检测过程中，依次切换不同的无线发射线圈接入无线发射电路，并通过控制驱动桥102驱动当前接入的无线发射线圈101，以指定频率发送几个脉冲，即检测电磁波，这样从检测端vback点采集当前接入无线发射电路10的无线发射线圈101上所产生的交变电压，传给后端电路，整流单元201和阻容分压滤波单元202先后对交变电压进行整流、分压滤波处理，最后通过控制器203的采样端实时采样并计算，得到无线发射电路的q值。因为电路设计完成后，电路本身q值是固定的，其值作为比较阀值q_threshold，这样控制器203将实时采集运算得到的q值q_measured与阈值q_threshold进行比较，当q_measured>＝q_threshold时，判断无金属异物存在；当q_measured<q_threshold时，判断有金属异物存在。在判断有金属异物存在时，控制器203根据当前接入无线发射电路10的无线发射线圈的编号就能确定金属异物所处的区域，并发出提示信息。

因此，在本实用新型的实施例中，通过控制多个无线发射线圈101的切换，就能实现整个区域内的异物检测，不仅检测范围广，实现异物定位，而且灵敏度高，电路成本也相对较低。

可选地，根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，上述的无线充电系统的异物检测电路20还包括限流单元204，限流单元204连接在整流单元201与阻容分压滤波单元202之间，限流单元204对整流单元201的输出进行限流处理，防止电流过大而损坏电路中的元器件。

具体地，如图3所示，整流单元201包括第一二极管d1，第一二极管d1的阳极作为整流单元201的输入端，第一二极管d1的阴极作为整流单元201的输出端。

即言，整流单元201采用半波整流的方式对无线发射线圈101上产生的交变电压进行整流。

进一步地，如图3所示，限流单元204包括限流电阻r0，限流电阻r0的一端与第一二极管d1的阴极相连，限流电阻r0的另一端与阻容分压滤波单元202的输入端相连。

并且，如图3所示，阻容分压滤波单元202包括第一电阻r1、第一电容c1、第二电阻r2和第二电容c2。第一电阻r1的一端与限流电阻r0的另一端相连，第一电容c1的一端分别与第一电阻r1的一端和限流电阻r0的另一端相连，第一电容c1的另一端接地，第二电阻r2的一端与第一电阻r1的另一端相连且具有第一节点j1，第二电阻r2的另一端接地，第一节点j1作为阻容分压滤波单元202的输出端，第二电容c2与第二电阻r2并联。

也就是说，当前接入无线发射电路10的无线发射线圈101上所产生的交变电压经过第一二极管d1整流，再经过限流电阻r0限流，然后进行电阻r1、r2分压得到合适的电平，控制器203例如mcu通过ad采样的方式对j1点电压进行采样，然后根据采样电压计算无线发射电路10的q值，其中，电容c1、c2起到滤波作用。

在本实用新型的实施例中，检测电磁波的振幅小于充电电磁波的振幅。即言，检测电磁波的振幅必须能够保证无线发射线圈上产生的交变电压满足检测需求，又不能太高，否则有待充电设备放置时可能损坏待充电设备，因此，无线发射电路10发射检测电磁波时，无线接收电路无法工作。

要想使无线接收电路无法工作，即无线发射电路发出的检测电磁波不能把无线接收电路唤醒，那么就需要降低无线发射电路在谐振时发出的检测电磁波的振幅，也就是说降低无线发射电路中的电压值。为了降低无线发射电路中的电压值，使无线发射电路的驱动桥采用半桥电路进行工作。

根据本实用新型的一个实施例，无线发射电路10输出pwm频率至驱动桥102以便无线发射电路10发射频率不断变化的检测电磁波。

无线发射电路的电磁波传输范围内如果存在异物，会使的无线发射电路的q值发生变化。也就是说，无线发射电路中的q值在存在异物时和没有存在异物时，其值不一样。为了能够有效地检测到存在异物时无线发射电路的q值，需要无线发射电路发射频率不断变化的检测电磁波，即需要在一定频率范围内检测无线发射电路的q值。无线发射电路的固有谐振频率在该范围内，即无线发射电路在没有存在异物时的谐振频率在该范围内，例如，无线发射电路在没有存在异物时，其谐振点的频率是ahz，那么无线发射电路在存在异物时，其谐振点的频率可能比a高或低，这时，就需要无线发射电路在a±m内进行频率扫描，直到找到无线发射电路的谐振点的频率，从而计算得出q值，m可根据实际情况进行标定。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，驱动桥102包括第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4，第一mos管q1的源极与第二mos管q2的源极相连且具有第二节点j2，第三mos管q3的源极与第四mos管q4的源极相连且具有第三节点j3，第一mos管q1的漏极与第三mos管q3的漏极相连，第二mos管q2的漏极与第四mos管q4的漏极相连，第二节点j2与无线发射电路10的谐振电容组103的一端相连，谐振电容组103的另一端与无线发射线圈101的一端相连且具有第四节点，无线发射线圈101的另一端通过线圈切换单元200与第三节点j3相连，第四节点作为检测端vback。

可选地，线圈切换单元200可以包括多个切换开关，多个切换开关在控制器203的控制下导通或关闭，实现多个无线发射线圈101依次接入无线发射电路10。

其中，谐振电容组103与无线发射线圈101组成谐振电路，采用半桥驱动的方式输出pwm频率来驱动接入无线发射电路10的无线发射线圈101发出检测电磁波时，pwm频率与谐振电路的谐振频率保持一致，从而能获得更加稳定的交变电压，便于后端电路采集。

具体地，以qi标准的a28线圈为例，a28线圈感值为7uh，谐振匹配电容用360nf，则谐振频率为100khz，如图4所示，在pwm输出频率在谐振时可达到最高电压。

综上所述，本实用新型实施例的无线充电系统的异物检测电路采用q值检测的方式来实现异物检测，并且异物检测电路只需几个阻容器件，无需mos管控制，就能实现q值检测，电路简单可靠，成本大大降低，此外，通过多个无线发射线圈进行矩阵式扫描，提高异物检测范围，实现异物定位，同时精度还不受影响。

根据本实用新型实施例的无线充电系统的异物检测电路，通过线圈切换单元切换每个无线发射线圈接入无线发射电路，并通过检测端检测无线发射电路发射检测电磁波时当前接入无线发射电路的无线发射线圈上所产生的交变电压，以及通过整流单元对无线发射线圈上产生的交变电压进行整流，再通过阻容分压滤波单元对整流单元输出的电压进行分压滤波处理，以输出检测电压，这样控制器通过控制输出端输出切换信号至线圈切换单元以控制多个无线发射线圈依次接入无线发射电路，并通过对每个无线发射线圈接入无线发射电路时对应的检测电压进行采样以根据检测电压计算无线发射电路的q值，以及根据无线发射电路的q值判断无线发射电路的电磁波传输范围内是否存在异物，并在无线发射电路的电磁波传输范围内存在异物时根据当前接入无线发射电路的无线发射线圈的编号判断异物所处的区域，从而无需采用mos管控制，就能通过q值检测来有效判别无线发射电路的电磁波传输范围内是否存在异物，并且通过多个无线发射线圈依次进行工作实现扫描，基于线圈编号就能确定异物所处的区域，实现异物定位，而且电路简单、容易实现，成本大大降低，可靠性还高。

此外，如图5所示，本实用新型实施例还提出了一种无线充电系统100，其包括上述的无线充电系统的异物检测电路20。

根据本实用新型实施例的无线充电系统，通过上述异物检测电路，能够基于无线发射电路的q值有效地判断无线发射电路的电磁波传输范围内是否存在异物，不仅灵敏度高，而且异物检测电路无需mos管控制，此外通过多个无线发射线圈依次进行工作实现扫描，基于线圈编号就能确定异物所处的区域，实现异物定位，而且电路简单、容易实现，成本大大降低，可靠性还高。

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本实用新型是参照根据本实用新型实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本实用新型可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。