用于檢測無線充電系統(tǒng)中的外物的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開的實(shí)施例總體上涉及無線功率傳輸設(shè)備。具體而言，本公開的實(shí)施例涉及 用于檢測可能對無線充電設(shè)備造成干擾的外物的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線功率目前被廣泛用于對移動(dòng)設(shè)備充電、對電動(dòng)車輛充電、對生物醫(yī)學(xué)設(shè)備供 電，以及用于其它應(yīng)用。無線功率傳輸使用將功率傳送至功率接收器的功率發(fā)送器來實(shí)施。 功率接收器經(jīng)常與通過無線功率傳輸系統(tǒng)充電的終端設(shè)備集成或者與之相連，雖然功率發(fā) 送器設(shè)備通常并非物理接合至終端設(shè)備。連接至發(fā)送器的電子器件將來自電源（無論是交 流還是直流）的功率變換為適當(dāng)形式以對發(fā)送器中的功率發(fā)送器線圈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。功率隨后 使用電感耦合而從功率發(fā)送器線圈傳輸至功率接收器線圈。接收器中的電子器件隨后對來 自接收器線圈的功率進(jìn)行調(diào)整，從而生成用于對設(shè)備進(jìn)行供電或者對連接至設(shè)備的電池進(jìn) 行充電的適當(dāng)輸出。
[0003] 在理想的無線功率傳輸系統(tǒng)中，所發(fā)送的功率和所接收的功率是相等的，這意味 著在傳輸期間沒有功率損失。然而，由于功率是使用電磁場進(jìn)行發(fā)送的，所以當(dāng)該磁場與并 未被配置為對設(shè)備進(jìn)行供電或充電的金屬或?qū)щ姴糠诌M(jìn)行交互時(shí)，系統(tǒng)中的能量會有所損 失。所導(dǎo)致的功率損失不僅使得無線充電系統(tǒng)的效率下降，而且還導(dǎo)致了金屬部分的發(fā)熱。 該發(fā)熱進(jìn)而會損壞設(shè)備或者對用戶安全形成威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本公開的實(shí)施例包括用于在無線功率發(fā)送器系統(tǒng)中使用一個(gè)或多個(gè)外物檢測線 圈以檢測外物的存在的方法和系統(tǒng)。某些實(shí)施例在不需要或者不接收來自接收器系統(tǒng)的有 關(guān)功率數(shù)量與所發(fā)送功率數(shù)量相比較的信息的情況下檢測外物。一些實(shí)施例包括比功率發(fā) 送器線圈更小的檢測線圈。這使得能夠檢測小的外物，比如硬幣、戒指以及其它類似大小的 外物。
[0005] 在一些實(shí)施例中，線圈陣列中的一個(gè)或多個(gè)檢測線圈被用來檢測可能干擾從功率 發(fā)送器線圈向功率接收器線圈的功率無線傳輸?shù)耐馕?。正如其它?shí)施例，線圈陣列中的線 圈能夠被配置為具有比無線功率傳輸系統(tǒng)的功率發(fā)送器線圈更小并且優(yōu)選地與外物的大 小相當(dāng)?shù)拇笮?，因此改善了外物檢測線圈和外物之間的耦合（并且因此改善了檢測靈敏 度）。檢測陣列的線圈可以處于單個(gè)層級中或者處于彼此有所偏移的多個(gè)層級中以提供更 為徹底的檢測范圍。
[0006] 實(shí)施例還能夠通過適當(dāng)設(shè)置檢測線圈的大小而改變在Z方向（功率傳輸方向）上 的檢測距離。這使得在被充電的設(shè)備的友好寄生組件更為遠(yuǎn)離功率發(fā)送器系統(tǒng)和功率接收 系統(tǒng)之間的接口的情況下，檢測線圈能夠檢測到外物而并不會將該友好寄生組件錯(cuò)誤地識 別為外物。
[0007] 其它參數(shù)也能夠進(jìn)行改變以改變Z方向中的檢測距離。例如，某些實(shí)施例使用包 括檢測線圈的諧振電路。諧振電路的表現(xiàn)被用來識別外物的存在?？赡芴砑优c檢測線圈串 聯(lián)連接（或者與電容器串聯(lián)連接）的電阻器。通過添加電阻器，諧振電路的品質(zhì)因數(shù)有所 減小，因此也使得檢測距離有所減小。在另一種方法中，還能夠通過改變該諧振電路的頻率 來調(diào)整檢測距離。諧振頻率的調(diào)整例如能夠通過改變諧振電路中的電容器值來完成。
[0008] 在其它實(shí)施例中，檢測線圈連接至位置單元，該位置單元使用來自線圈的檢測響 應(yīng)以確定外物的位置。
[0009] 在一些實(shí)施例中，作為接收器線圈電路的一部分的電容器能夠在使用外物檢測線 圈之前被充電。通過對這些電容器進(jìn)行"預(yù)充電"，接收器線圈在外物檢測線圈的初始操作 期間所吸收的能量有所減少。這降低了外物檢測系統(tǒng)和方法將錯(cuò)誤地將接收器線圈和電路 識別為外物的可能性。
【附圖說明】
[0010] 圖1是在沒有外物的情況下的無線功率傳輸系統(tǒng)的圖示。
[0011] 圖2(a)是一個(gè)實(shí)施例中的沒有外物的無線功率傳輸系統(tǒng)中的外物檢測傳感器的 電路圖以及相伴的波形。
[0012] 圖2(b) -個(gè)實(shí)施例中的具有外物的無線功率傳輸系統(tǒng)中的外物檢測傳感器的電 路圖以及相伴的波形。
[0013] 圖3(a)是一個(gè)實(shí)施例中的無線功率傳輸系統(tǒng)中的外物檢測傳感器的電路圖以及 相伴的波形。
[0014] 圖3(b)是一個(gè)實(shí)施例中的無線功率傳輸系統(tǒng)中的外物檢測傳感器的電路圖以及 相伴的波形。
[0015] 圖4(a)是一個(gè)實(shí)施例中的包括代表性的友好寄生組件和外物的無線功率傳輸系 統(tǒng)的截面圖。
[0016] 圖4(b)是一個(gè)實(shí)施例中的包括代表性的友好寄生組件和外物的無線功率傳輸系 統(tǒng)的分解圖。
[0017] 圖5是一個(gè)實(shí)施例中的無線功率傳輸系統(tǒng)發(fā)送器線圈以及外物檢測線圈的陣列 的圖示。
[0018] 圖6是圖示出一個(gè)實(shí)施例中的針對假設(shè)的10mm外物半徑而作為檢測線圈半徑的 函數(shù)的、外物檢測線圈和外物之間的耦合的圖形。
[0019] 圖7是描繪出一個(gè)實(shí)施例中的作為距兩個(gè)不同半徑（或直徑）的線圈的Z軸距離 的函數(shù)的外物檢測線圈和外物之間的電磁耦合的圖形。
[0020] 圖8(a)是一個(gè)實(shí)施例中的外物線圈檢測陣列的平面圖，其中該陣列是單個(gè)層級 的檢測線圈。
[0021] 圖8(b)是一個(gè)實(shí)施例中的外物線圈檢測陣列的平面圖，其中該陣列是雙層的檢 測線圈，其中第二層與第一層在橫向方向有所偏移。
[0022] 圖9(a)是一個(gè)實(shí)施例中的定義三個(gè)活動(dòng)區(qū)域的兩個(gè)重疊的功率發(fā)送器線圈的平 面圖，外物檢測線圈部署在該三個(gè)活動(dòng)區(qū)域中的每一個(gè)之中。
[0023] 圖9(b)是一個(gè)實(shí)施例中的定義三個(gè)活動(dòng)區(qū)域的兩個(gè)重疊的功率發(fā)送器線圈的平 面圖，兩個(gè)外物檢測線圈在重疊發(fā)送器線圈所形成的活動(dòng)區(qū)域中與第三檢測線圈重疊部 署。
[0024] 圖10是一個(gè)實(shí)施例中的Q2/Q1隨著由于向諧振電路添加電阻器的Q1的變化而變 化的圖形。
[0025] 圖11是一個(gè)實(shí)施例中的Q2/Q1隨著振蕩頻率的變化而變化、由此減小了檢測線圈 的檢測距離的圖示。
[0026] 圖12(a)是一個(gè)實(shí)施例中的在接收器中使用的接收器電路的電路圖。
[0027] 圖12(b)是一個(gè)實(shí)施例中的圖12(a)的接收器電路的電路圖，其還示出了整流器 二極管的寄生電容。
[0028] 圖13(a)_(c)圖示出了一個(gè)實(shí)施例中的外物檢測諧振電路的各種電壓和電流特 性。
[0029] 圖14是一個(gè)實(shí)施例中的外物檢測電路用來檢測外物的示例算法的方法流程圖。
[0030] 附圖僅出于圖示的目的描繪出本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員從以下討論 將會輕易認(rèn)識到，可以在并不背離本公開的原理的前提下采用本文所圖示的結(jié)構(gòu)和方法的 可替換實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 概述
[0032] 本公開中所描述的實(shí)施例包括用于檢測可能干擾從功率發(fā)送器向功率接收器進(jìn) 行的無線功率傳輸?shù)慕饘倩騻鲗?dǎo)性外物（簡稱為"外物"）的方法和系統(tǒng)。特別地，部署在 功率發(fā)送器和功率接收器之間的外物吸收一些或全部的所發(fā)送能量，因此降低了無線充電 設(shè)備的效率和/或通過變熱而帶來安全性問題。這對于更小的外物而言尤其成為問題，其 吸收一些能量但是卻不足以觸發(fā)終止功率傳輸?shù)墓收?。而且，所描述的方法和系統(tǒng)能夠在 發(fā)送器內(nèi)部實(shí)施并且在沒有來自接收器的任何信息的情況下進(jìn)行工作。
[0033] 外物檢測技術(shù)
[0034] 有兩種寬泛類型的能夠吸收無線充電設(shè)備所發(fā)送的能量的外物。第一種類型包括 作為被無線充電設(shè)備所供電或充電的設(shè)備的一部分的傳導(dǎo)性組件或物體。該設(shè)備的這些傳 導(dǎo)性組件經(jīng)常被稱作是"友好寄生組件"。第二種類型包括并非作為被充電設(shè)備的一部分的 傳導(dǎo)性部分或物體。這些經(jīng)常被稱之為"外物"。
[0035] 對于被設(shè)計(jì)為適應(yīng)無線充電的設(shè)備而言，友好寄生組件經(jīng)常被配置為導(dǎo)致有所減 少或可忽略的安全性問題。這樣的配置的示例包括但并不局限于將友好寄生組件遠(yuǎn)離發(fā)送 器所發(fā)射的電磁場最為密集的區(qū)域進(jìn)行放置，利用使得組件所吸收的能量有所減少的屏蔽 層對友好寄生組件進(jìn)行屏蔽，將友好寄生組件設(shè)計(jì)為適應(yīng)、吸收或耗盡所發(fā)送能量在組件 中所感生的熱能，和/或其它技術(shù)。此外，當(dāng)使用這些配置中的任意配置時(shí)，友好寄生組件 通常將不會被本公開的實(shí)施例檢測為外物。
[0036] 圖1是在沒有外物的情況下的無線充電系統(tǒng)100的圖示。在該示例中，無線充電系 統(tǒng)包括發(fā)送器系統(tǒng)102,其