CN105449875B - 感应式电源供应器及其金属异物检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种感应式电源供应器及其金属异物检测方法，用来检测所述感应式电源供应器的一电力发送范围内是否存在一金属异物。所述方法包括中断所述感应式电源供应器的至少一驱动信号，以停止对所述感应式电源供应器的一供电线圈进行驱动；在所述供电线圈停止驱动时，侦测所述供电线圈上的一线圈信号的一衰减状态；以及根据所述线圈信号的衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物。通过本发明的金属异物侦测方法，可实现更准确的金属异物侦测，以提升感应式电源供应器的保护效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于感应式电源供应器的方法，尤其涉及一种可侦测感应式电源供应器的电力发送范围内是否存在金属异物的方法。
背景技术
在感应式电源供应器中，供电端通过驱动电路推动供电线圈产生谐振，进而发出射频电磁波，再通过受电端的线圈接收电磁波能量后进行电性转换，以产生直流电源提供给受电端装置。一般来说，线圈两面都可发送与接收电磁波，因此线圈的非感应面往往会加装磁性材料，使电磁能量集中在感应侧，磁性材料贴近于线圈会加大线圈电感量，进而提升电磁感应能力。另外，电磁能量若施加于金属体上，会对其产生加热效果，其原理与电磁炉相同。因此，磁性材料的另一效用在于阻隔电磁能量，以避免其干扰线圈后端装置的运作，同时避免电磁能量对周遭金属产生加热作用而发生危险。
感应式电源供应器包括供电端与受电端，其分别通过线圈感应进行电力与控制信号的传送，安全性为必要的考虑因素。然而，在实际应用时，用户可能有意或无意地在两个感应线圈之间插入金属异物。供电过程中若出现金属异物时，线圈产生的电磁能量会对其造成巨大的加热作用，而发生燃烧或爆炸等意外。因此，业界非常重视此安全议题，且相关商品必须具备侦测金属异物是否存在的能力，当金属异物存在时，需要关闭电源输出以进行保护。
现有技术(美国专利公开号US 2011/0196544 A1)提出了一种侦测供电端与受电端之间是否存在金属异物的方法，此方法也用于市面销售的产品上，然而，现有技术仍存在至少以下缺点：
第一，现有技术是通过供电端输出功率与受电端接收功率的测量，进行功率损耗的计算，并通过计算出的功率损耗与预定临界值进行判断，若功率损耗超过临界值时，则判别为存在金属异物。其中，最大的问题在于临界值的设定，若设定得过于严谨，系统可能在正常运作之下误判为存在金属异物；若设定得过于宽松，当某些金属异物存在时可能无法开启保护功能。例如当硬币、钥匙或回形针等体积较小的金属异物存在供电端的电力发送范围内时，可能无法产生明显的功率损耗，但所述金属异物仍会受到大量的加热。此外，临界值的设定需通过大规模实体采样并进行数据分析，相当耗时且费力。
第二，在感应式电源供应器中，影响供电端与受电端之间能量传递损耗的因素非常复杂，其可能受到电路组件性能、线圈与磁性材料的搭配、两端线圈相对距离与水平偏移位置、线圈之间的介质特性(如线圈外壳上的金属漆成分)等影响。由于影响因素繁多，使得产品因为零件误差造成的损耗值不同，因而无法将临界点设定得太过严谨，导致保护效果有限。
第三，在感应式电源供应器的相关产业中，基于商业化的流通性，同一感应式电源供应器的供电端与受电端可能由不同制造商所生产，也可能在不同时期生产。上述临界值设定通常是在供电端完成，但相关的功率设定需对应多种不同的受电端电路进行调整，难以全面顾及各种受电端电路的特性，可能会发生兼容性不佳的问题。
第四，在供电端与受电端中，都需设计相对应的电路来实现功率测量，其存在必要的电路成本，此外，为了执行高准确度的功率测量，可能需要更复杂的电路及更高的成本，实施的难度也愈高。
第五，不同功率设计之下可能存在不同的损耗值，举例来说，若一感应式电源供应器采用5瓦特(Watt，W)的输出功率时，假设其基础功率损耗大约位于0.5W到1W之间，若金属异物产生的功率损耗落在1W之内，就有可能侦测不到。若将输出功率提升至50W时，在同样的电路设计之下，基础功率损耗将大幅提升至5W到10W之间，用来判断金属异物的功率临界值也需等比例放大，在此情形下，许多金属异物都可能无法被侦测到。例如，回形针造成的功率损耗极小，容易被现有金属异物侦测方法所忽略，但其接收到的电磁感应功率足以产生高温而造成灾害。换言之，现有金属异物侦测方法将无法应用于感应式电源供应器正在供电的情况，特别是以高功率供电的情况。
鉴于此，实有必要提出另一种金属异物侦测方法，以改善感应式电源供应器的保护效果。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种可侦测感应式电源供应器的电力发送范围内是否存在金属异物的方法及其感应式电源供应器，以实现更有效的金属异物侦测，进而提升感应式电源供应器的保护效果。
本发明公开一种用于一感应式电源供应器的方法，用来检测所述感应式电源供应器的一电力发送范围内是否存在一金属异物。所述方法包括中断所述感应式电源供应器的至少一驱动信号，以停止对所述感应式电源供应器的一供电线圈进行驱动；在所述供电线圈停止驱动时，侦测所述供电线圈上的一线圈信号的一衰减状态；以及根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物。
本发明还公开一种感应式电源供应器，包括一供电模块。所述供电模块包括一供电线圈、一谐振电容、至少一供电驱动单元及一供电微处理器。所述谐振电容耦接于所述供电线圈，可用来搭配所述供电线圈进行谐振。所述至少一供电驱动单元耦接于所述供电线圈及所述谐振电容，可用来发送至少一驱动信号至所述供电线圈，以驱动所述供电线圈产生能量。所述供电微处理器可用来接收所述供电线圈上的一线圈信号，并执行以下步骤：控制所述至少一供电驱动单元中断所述至少一驱动信号，以停止对所述供电线圈进行驱动；在所述供电线圈停止驱动时，侦测所述线圈信号的一衰减状态；以及根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物。
附图说明
图1为本发明实施例一感应式电源供应器的示意图。
图2为本发明实施例一金属异物判断流程的示意图。
图3为驱动信号驱动供电线圈使得线圈信号稳定振荡的波形示意图。
图4为驱动信号中断时线圈信号进行衰减振荡的波形示意图。
图5A为不存在金属异物的情况下，驱动信号中断时线圈信号自然衰减的波形示意图。
图5B及图5C为存在金属异物的情况下，驱动信号中断时线圈信号衰减的波形示意图。
图6为本发明实施例利用临界电压来判断线圈信号衰减速度的示意图。
图7为本发明实施例一金属异物判断详细流程的示意图。
图8为本发明实施例另一金属异物判断详细流程的示意图。
图9A为受电端具有负载且不存在金属异物的情况下，驱动信号中断时线圈信号衰减的波形示意图。
图9B为受电端具有负载且存在金属异物的情况下，驱动信号中断时线圈信号衰减的波形示意图。
图10为本发明实施例中断驱动信号以侦测线圈信号衰减速度的波形示意图。
图11为本发明实施例以移相方式起始驱动信号的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100 感应式电源供应器
10 电源供应器
1 供电模块
11 供电微处理器
111 处理单元
112 时钟产生器
113 电压产生装置
114 比较器
115 电压侦测装置
121、122 供电驱动单元
130 分压电路
131、132 分压电阻
141 谐振电容
142 供电线圈
143、243 磁导体
2 受电模块
21 负载单元
242 受电线圈
3 金属异物
D1、D2 驱动信号
C1 线圈信号
V_th 临界电压
20 金属异物判断流程
200～208 步骤
A、B 波形
t1、t2 时间
70 金属异物判断详细流程
700～718 步骤
80 金属异物判断详细流程
800～818 步骤
V1 输出电压
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例一感应式电源供应器100的示意图。如图1所示，感应式电源供应器100包括一供电模块1及一受电模块2。供电模块1可接收来自于一电源供应器10的电源。供电模块1包括一供电线圈142及一谐振电容141。其中，供电线圈142可用来发送电磁能量到受电模块2以进行供电，谐振电容141耦接于供电线圈142，可用来搭配供电线圈142进行谐振。此外，在供电模块1中，可选择性地采用磁性材料所构成的一磁导体143，用来提升供电线圈142的电磁感应能力，同时避免电磁能量影响后端电路。供电模块1还包括供电驱动单元121及122、一供电微处理器11及一分压电路130。供电驱动单元121及122耦接于供电线圈142及谐振电容141，可分别发送驱动信号D1及D2到供电线圈142，其可接收供电微处理器11的控制，用以驱动供电线圈142产生并发送能量。供电驱动单元121及122两者同时运作时，可进行全桥驱动。在部分实施例中，也可仅开启供电驱动单元121及122其中一者，或是仅布置一供电驱动单元121或122，以进行半桥驱动。供电微处理器11可接收供电线圈142上的线圈信号C1(即供电线圈142及谐振电容141之间的电压信号)，并根据线圈信号C1来判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在一金属异物3。分压电路130包括分压电阻131及132，其可对供电线圈142上的线圈信号C1进行衰减以后，将其输出至供电微处理器11。在部分实施例中，若供电微处理器11具有足够的耐压，也可不采用分压电路130，直接由供电微处理器11接收供电线圈142上的线圈信号C1。至于其他可能的组成组件或模块，如信号解析电路、供电单元、显示单元等，可视系统需求而增加或减少，故在不影响本实施例的说明下，略而未示。
请继续参考图1。受电模块2包括一受电线圈242，其可用来接收供电线圈142的供电。在受电模块2中，也可选择性地采用磁性材料所构成的一磁导体243，以提升受电线圈242的电磁感应能力，同时避免电磁能量影响后端电路。受电线圈242并将接收到的电力传送到后端的负载单元21。在受电模块2中，其他可能的组成组件或模块，如稳压电路、谐振电容、整流电路、信号反馈电路、受电微处理器等，可视系统需求而增加或减少，故在不影响本实施例的说明下，略而未示。
不同于现有技术中，供电端与受电端需同时进行功率测量，以通过功率损耗来判断金属异物，本发明只需要在供电端进行线圈信号的判读，即可判断供电线圈的电力发送范围内是否存在金属异物。请参考图2，图2为本发明实施例一金属异物判断流程20的示意图。如图2所示，金属异物判断流程20可用于一感应式电源供应器的供电端(如图1的感应式电源供应器100的供电模块1)，其包括以下步骤：
步骤200：开始。
步骤202：中断感应式电源供应器100的驱动信号D1及D2，以停止对供电线圈142进行驱动。
步骤204：在供电线圈142停止驱动时，侦测供电线圈142上的线圈信号C1的一衰减状态。
步骤206：根据线圈信号C1的衰减状态，判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物3。
步骤208：结束。
根据金属异物判断流程20，在感应式电源供应器100的供电模块1中，驱动信号D1及D2在驱动过程中会中断一段时间，此时，供电驱动单元121及122会停止对供电线圈142进行驱动(步骤202)。一般来说，当供电线圈142正常驱动时，供电驱动单元121及122所输出的驱动信号D1及D2是互为反相的方波，在此情况下，供电线圈142上的线圈信号C1会呈现稳定的上下振荡，如图3所示。当供电线圈142停止驱动时，因供电线圈与谐振电容之间仍存在能量，线圈信号C1会继续振荡并逐渐衰减。图4绘出了线圈信号C1进行衰减振荡的情形，当驱动信号D1及D2中断时，原先以方波形式输出的驱动信号D1及D2分别停留在高电位及低电位并停止驱动供电线圈142，此时，线圈信号C1会开始衰减并持续振荡。接着，供电微处理器11会侦测线圈信号C1的衰减状态(步骤204)，并根据线圈信号C1的衰减状态来判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物3(步骤206)。更明确来说，供电微处理器11可根据线圈信号C1的衰减速度来判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物3。
请参考图5A、图5B及图5C，图5A为不存在金属异物的情况下，驱动信号D1及D2中断时线圈信号C1自然衰减的波形示意图，图5B及图5C为存在金属异物的情况下，驱动信号D1及D2中断时线圈信号C1衰减的波形示意图。比较图5A～5C的波形可知，在图5A中，当金属异物不存在的情况下，线圈信号C1会以缓慢的速度衰减，直到驱动信号D1及D2重新启动为止，衰减的速度取决于线圈的阻尼。如图5B所示，当金属异物存在时，线圈信号C1的衰减速度会大幅提升。也就是说，金属异物在吸收供电线圈142所发送的能量的同时，会大幅提高线圈信号C1衰减的阻尼，使得线圈信号C1振荡的振幅快速缩小。图5C绘出了金属异物更大的情况，其造成线圈信号C1更快速的衰减。根据上述特性，供电微处理器11可针对线圈信号C1的衰减速度设定一临界值来进行判断，例如当线圈信号C1的衰减速度大于临界值时，供电微处理器11可判断感应式电源供应器100的电力发送范围内存在金属异物，进而执行断电或其它保护措施。
上述判断线圈信号C1的衰减速度的方式可通过临界电压的设定来实现。请参考图6，图6为本发明实施例利用临界电压来判断线圈信号C1衰减速度的示意图。如图6所示，波形A为金属异物不存在时线圈信号C1波峰的自然衰减情形，波形B为金属异物存在时线圈信号C1波峰的衰减情形。线圈信号C1由时间t1开始衰减，供电微处理器11可设定小于线圈信号C1的最大电压的一临界电压V_th。若线圈信号C1的峰值在时间t2以后衰减到临界电压V_th，其衰减速度较慢，可判断为金属异物不存在；若线圈信号C1的峰值在时间t2以前衰减到临界电压V_th，其衰减速度较快，可判断为金属异物存在。
请继续参考图6搭配图1所示。供电微处理器11可包括一处理单元111、一时钟产生器112、一电压产生装置113、一比较器114及一电压侦测装置115。时钟产生器112耦接于供电驱动单元121及122，可用来控制供电驱动单元121及122发送驱动信号D1及D2或中断驱动信号D1及D2。时钟产生器112可以是一脉冲宽度调变产生器(Pulse Width Modulationgenerator，PWM generator)或其它类型的时钟产生器，用来输出一时钟信号至供电驱动单元121及122。电压侦测装置115可用来侦测线圈信号C1的峰值电压，并将接收到的电压信息传送到处理单元111。电压侦测装置115可以是一模拟数字转换器(Analog to DigitalConverter，ADC)，用来将供电线圈142上的模拟电压转换为数字电压信息，并将此电压信息输出至处理单元111。处理单元111耦接于电压侦测装置115，可根据上述峰值电压的信息来设定临界电压V_th，并将临界电压V_th的信息输出至电压产生装置113，临界电压V_th即可用来判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物3。电压产生装置113则用来输出临界电压V_th，电压产生装置113可以是一数字模拟转换器(Digital toAnalog Converter，DAC)，其可接收来自于处理单元111的临界电压信息，将其转换为模拟电压并加以输出。比较器114的一输入端可接收临界电压V_th，另一输入端可接收来自于供电线圈142的线圈信号C1，其可比较线圈信号C1与临界电压V_th，以产生一比较结果。处理单元111再根据上述比较结果，判断线圈信号C1的衰减速度，进而判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物。也就是说，本发明可取得线圈信号C1的峰值电压衰减到临界电压V_th的时间，来判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物。
在一实施例中，供电微处理器11可根据驱动信号D1及D2中断以后，线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数来判断线圈信号C1的衰减速度。请参考图7，图7为本发明实施例一金属异物判断详细流程70的示意图。如图7所示，金属异物判断详细流程70可通过供电微处理器11来实现，以通过波峰到达临界电压V_th的次数来判断线圈信号C1的衰减速度，其包括以下步骤：
步骤700：开始。
步骤702：设定临界电压V_th。
步骤704：在驱动信号D1及D2中断时，启动一计数器。
步骤706：在线圈信号C1的一振荡周期中，侦测线圈信号C1的波峰是否到达临界电压V_th。若是，则执行步骤708；若否，则执行步骤710。
步骤708：计数器的计次加一，并进入下一振荡周期。接着执行步骤706。
步骤710：取得计数器的一计数结果，此计数结果为线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数。
步骤712：判断线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数是否小于一临界值。若是，则执行步骤714；若否，则执行步骤716。
步骤714：判断为感应式电源供应器100的电力发送范围内存在金属异物。
步骤716：判断为感应式电源供应器100的电力发送范围内不存在金属异物
步骤718：结束。
根据金属异物判断详细流程70，供电微处理器11可先设定临界电压V_th的大小，举例来说，供电微处理器11中的处理单元111可根据来自于电压侦测装置115的电压信息来设定临界电压V_th的大小。接着，当驱动信号D1及D2中断时，供电微处理器11会启动一计数器，并开始侦测线圈信号C1波峰的大小。供电微处理器11会在线圈信号C1的每一振荡周期内侦测线圈信号C1的峰值，当峰值仍超过临界电压V_th的大小时，供电微处理器11则继续侦测下一振荡周期内的峰值大小，并对计数器的计次加一。随着线圈信号C1的波峰的衰减，峰值会逐渐下降到临界电压V_th，直到某一波峰的峰值小于临界电压V_th时，供电微处理器11可取得计数器的一计数结果，此计数结果即代表线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数。
在此情况下，供电微处理器11可通过线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数来判断线圈信号C1的衰减速度。当线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数愈多，代表线圈信号C1的衰减速度愈慢，可能是金属异物不存在的情况。当线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数愈少，代表线圈信号C1的衰减速度愈快，此时金属异物可能存在感应式电源供应器100的电力发送范围内。供电微处理器11可设定一临界值，当线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数小于此临界值时，即可判断感应式电源供应器100的电力发送范围内存在金属异物，进而执行断电或其它保护措施。反之，当线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数大于此临界值时，可判断感应式电源供应器100的电力发送范围内不存在金属异物。
在另一实施例中，供电微处理器11可根据驱动信号D1及D2中断以后，线圈信号C1的衰减时间来判断线圈信号C1的衰减速度。请参考图8，图8为本发明实施例另一金属异物判断详细流程80的示意图。如图8所示，金属异物判断详细流程80可通过供电微处理器11来实现，以通过线圈信号C1的衰减时间来判断线圈信号C1的衰减速度，其包括以下步骤：
步骤800：开始。
步骤802：设定临界电压V_th。
步骤804：在驱动信号D1及D2中断时，启动一定时器。
步骤806：在线圈信号C1的一振荡周期中，侦测线圈信号C1的波峰是否到达临界电压V_th。若是，则执行步骤808；若否，则执行步骤810。
步骤808：进入下一振荡周期。接着执行步骤806。
步骤810：停止定时器，并取得定时器的一定时结果，此定时结果为线圈信号C1的衰减时间。
步骤812：判断线圈信号C1的衰减时间是否小于一临界值。若是，则执行步骤814；若否，则执行步骤816。
步骤814：判断为感应式电源供应器100的电力发送范围内存在金属异物。
步骤816：判断为感应式电源供应器100的电力发送范围内不存在金属异物
步骤818：结束。
根据金属异物判断详细流程80，供电微处理器11可先设定临界电压V_th的大小，同样地，供电微处理器11中的处理单元111可根据来自于电压侦测装置115的电压信息来设定临界电压V_th的大小。当驱动信号D1及D2中断时，供电微处理器11会启动一定时器，并开始侦测线圈信号C1波峰的大小。供电微处理器11会在线圈信号C1的每一振荡周期内侦测线圈信号C1的峰值，当峰值仍超过临界电压V_th的大小时，供电微处理器11则继续侦测下一振荡周期内的峰值大小。随着线圈信号C1的波峰的衰减，峰值会逐渐下降到临界电压V_th，直到某一波峰的峰值小于临界电压V_th时，供电微处理器11会停止定时器，并取得定时器的一定时结果。此定时结果即相同于线圈信号C1衰减到临界电压V_th的衰减时间。换言之，线圈信号C1的衰减时间起始于驱动信号D1及D2中断时，并终止于出现线圈信号C1的波峰未到达临界电压时。
在此情况下，供电微处理器11可通过线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的衰减时间来判断线圈信号C1的衰减速度。当线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的时间愈长，代表线圈信号C1的衰减速度愈慢，可能是金属异物不存在的情况。当线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的时间愈短，代表线圈信号C1的衰减速度愈快，此时金属异物可能存在感应式电源供应器100的电力发送范围内。供电微处理器11可设定一临界值，当线圈信号C1的衰减时间小于此临界值时，即可判断感应式电源供应器100的电力发送范围内存在金属异物，进而执行断电或其它保护措施。反之，当线圈信号C1的波峰到达临界电压V_th的次数大于此临界值时，可判断感应式电源供应器100的电力发送范围内不存在金属异物。
值得注意的是，上述通过线圈信号C1的衰减速度来判断金属异物的方法不易受到受电端负载的影响。也就是说，即使供电模块1正在进行供电时，仍可通过短时间切断驱动信号D1及D2来进行金属异物的侦测，且受电端的负载不会改变线圈信号C1的衰减状态及速度。请参考图9A及图9B，图9A及图9B都是受电端具有负载的情况，由线圈信号C1的波形可知供电线圈142接收到来自于受电端的反馈信号。图9A为不存在金属异物的情况下，驱动信号D1及D2中断时线圈信号C1衰减的波形示意图。图9B为存在金属异物的情况下，驱动信号D1及D2中断时线圈信号C1衰减的波形示意图。由图9A及图9B可知，即使是供电模块1正在进行供电的情况下，在驱动信号D1及D2中断时，仍可侦测出线圈信号C1的衰减速度在金属异物存在时的明显变化，且衰减速度不受到供电端是否进行供电的影响。此外，即使加大供电线圈142的输出功率，也不会影响线圈信号C1的衰减速度。需注意的是，当受电端负载存在时，驱动过程中线圈信号C1的振幅大小会改变。在此情况下，电压侦测装置115可实时取得线圈信号C1的峰值电压，使得供电微处理器11可根据峰值电压的大小，对临界电压V_th进行适当的调整，进而准确地侦测线圈信号C1的衰减速度。更明确来说，供电微处理器11可设定临界电压V_th小于供电线圈142正常驱动时的峰值电压，使得临界电压V_th可用于信号衰减的侦测。
除此之外，通过中断驱动信号D1及D2来进行线圈信号C1衰减速度侦测的方式只会在电力输出过程中中断极短的时间，不致影响电力传送。请参考图10，图10为本发明实施例中断驱动信号D1及D2以侦测线圈信号C1衰减速度的波形示意图。如图10所示，V1代表感应式电源供应器100输出至负载的输出电压。由于受电端往往具有相当大的稳压电容，当驱动信号D1及D2短期中断时，对输出电压V1产生的影响十分微小。
值得注意的是，除了用来侦测线圈信号C1的衰减速度以判断金属异物是否存在之外，供电微处理器11也可进一步判断金属异物的类型或大小。在一实施例中，供电微处理器11可设定多个临界电压，并根据线圈信号C1的波峰分别衰减到所述多个临界电压的衰减时间，来取得线圈信号C1的一衰减型态。接着，供电微处理器11即可根据线圈信号C1的衰减型态来判断感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物，并判断金属异物的类型或大小。举例来说，当设定两个临界电压V_th1及V_th2时，供电微处理器11可取得线圈信号C1的波峰衰减到临界电压V_th1的衰减时间(或峰值超过临界电压V_th1的次数)，并取得线圈信号C1的波峰衰减到临界电压V_th2的衰减时间(或峰值超过临界电压V_th2的次数)。供电微处理器11可据此计算出线圈信号C1衰减的斜率，进而判断金属异物的大小或类型。不同成分的金属可能会出现不同的衰减情形，例如钢铁、铜等会造成较快速的衰减，其测量到的线圈信号C1的衰减斜率较大；相对地，铝造成的衰减速度较慢。除此之外，体积较大的金属异物也会产生较大的斜率。通过不同金属异物的判断，系统可根据不同金属异物可能产生的威胁性，执行相应的保护措施。
在此例中，供电微处理器11可包含两个电压产生装置及两个比较器，其中，两个电压产生装置可分别输出临界电压V_th1及V_th2，两个比较器则对应将临界电压V_th1及V_th2分别与线圈信号C1进行比较。感应式电源供应器100的制造者可根据实际需求，在供电微处理器11中设置任意数量的电压产生装置及比较器，以通过任意数量的临界电压来判断金属异物的大小或类型。
值得注意的是，当驱动信号D1及D2中断且已判断出感应式电源供应器100的电力发送范围内是否存在金属异物以后，可通过移相方式再次起始驱动信号D1及D2，以避免线圈信号C1的振幅瞬间大幅上升而造成组件烧毁。请参考图11，图11为本发明实施例以移相方式起始驱动信号D1及D2的示意图。如图11所示，驱动信号D1及D2在中断时分别停留在高电位及低电位，欲重新启动时，驱动信号D1先切换至低电位，驱动信号D1及D2再同时切换至高电位。此时，驱动信号D1及D2具有相同相位，不会产生谐振效果，因此线圈信号C1的振幅不会大幅上升。接着，时钟产生器112逐渐调整驱动信号D1及D2中任一或两者的相位，直到驱动信号D1及D2具有相反相位为止。例如可微调驱动信号D1或D2切换的时间点，使得两者之间逐渐达到相反相位。当相位开始调整以后，驱动信号D1及D2的驱动能力逐渐提升，使供电线圈142逐渐提高对谐振电路的驱动效果，进而使线圈信号C1的振幅慢慢提升。如此一来，可避免线圈信号C1的振幅瞬间大幅上升而造成组件烧毁。
由上述可知，本发明可用来判断感应式电源供应器的电力发送范围内是否存在金属异物，其可通过对线圈信号衰减状态的侦测来实现。本领域的技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，图1所示的供电微处理器11的结构仅为众多实施方式的一种，实际上，时钟产生器112、电压产生装置113、比较器114及电压侦测装置115等模块除了可包含在供电微处理器11内部，也可独立设置在供电模块1中，且上述各模块的实现方式也不限于说明书所描述的范围。此外，如上所述，根据金属异物的感应需求，供电模块1可包括任意数量的电压产生装置及比较器，例如当只需要判断金属异物是否存在时，设置一电压产生装置及一比较器足以应付此需求；若需要判断金属异物的大小或类型时，可设置多个电压产生装置及比较器来进行判断。此外，也可通过多个电压产生装置及比较器来提升判断的准确度。除此之外，在上述实施例中，当线圈中断驱动时，两驱动信号D1及D2停留在不同电位，但在其它实施例中，当线圈中断驱动时，两驱动信号D1及D2也可同时停留在高电位或低电位，而不限于此。另外，上述实施例主要用来侦测线圈信号的衰减速度，以判断金属异物是否存在，实际上，除了侦测衰减速度以外，也可通过侦测其它衰减特性来判断金属异物，例如峰值下降的斜率、衰减加速度等。在一实施例中，供电微处理器11也可包括一存储器，用来存储各种金属异物的衰减型态，以供金属异物侦测时进行比对。
值得注意的是，即使是再小的金属异物，只要进入感应式电源供应器的电力发送范围，都会在线圈中断驱动时影响线圈信号的衰减状态。因此，本发明可侦测到极小的金属异物，如硬币、钥匙、回形针等。此外，即使在输出功率变化时，相同的金属异物也会造成相同型态及相同速度的信号衰减，在此情形下，本发明的金属异物侦测方法可适用于任何输出功率，因此，感应式电源供应器加大功率设计不致受限于现有技术中金属异物侦测时不易定义功率损耗临界值的问题。除此之外，本发明的金属异物侦测方法仅由供电端来执行，可适用于任何厂商制造的受电模块，即，本发明实施于供电端的金属异物侦测方法与受电端之间不存在兼容性问题。同时，线圈中断驱动时的线圈信号衰减不易受到受电端负载、供电输出功率或其它外力的影响，可准确地设定临界值，以有效判断微小金属异物的存在。本发明的另一优点在于，金属异物侦测方法只需要在供电微处理器中增加软件的控制机制即可实现，不需要额外增加硬件电路，可有效控制电路成本。
综上所述，本发明可通过侦测供电线圈上的线圈信号衰减状态，来判断感应式电源供应器的电力发送范围内是否存在金属异物。为达到准确的金属异物侦测，在驱动线圈运作的过程中，可中断驱动信号以停止对供电线圈进行驱动，并在停止驱动时侦测线圈信号的衰减状态，进而判断金属异物是否存在。如此一来，可实现更准确的金属异物侦测，以提升感应式电源供应器的保护效果。此外，通过本发明的金属异物侦测方法，微小的金属异物也能够侦测得到。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种用于一感应式电源供应器的方法，用来检测所述感应式电源供应器的一电力发送范围内是否存在一金属异物，所述方法包括：
中断所述感应式电源供应器的至少一驱动信号，以停止对所述感应式电源供应器的一供电线圈进行驱动；
在所述供电线圈停止驱动时，侦测所述供电线圈上的一线圈信号的一衰减状态；以及
根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物；
其中，根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物的步骤包括：
设定一临界电压；
在所述至少一驱动信号中断以后，计算所述线圈信号的波峰到达所述临界电压的一次数；以及
当所述次数小于一临界值时，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内存在所述金属异物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物的步骤包括：
当所述线圈信号的一衰减速度大于一临界值时，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内存在所述金属异物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述至少一驱动信号中断以后，计算所述线圈信号的波峰到达所述临界电压的所述次数的步骤包括：在所述至少一驱动信号中断时，激活一计数器；
启动所述计数器以后，在所述线圈信号的一振荡周期中，侦测所述线圈信号的波峰是否到达所述临界电压；
当侦测到所述线圈信号的波峰到达所述临界电压时，所述计数器的计次加一，接着在所述线圈信号的下一振荡周期中，侦测所述线圈信号的波峰是否到达所述临界电压；以及
当侦测到所述线圈信号的波峰未到达所述临界电压时，取得所述计数器的一计数结果，作为所述线圈信号的波峰到达所述临界电压的所述次数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
侦测所述线圈信号的一峰值电压，并根据所述峰值电压来设定至少一临界电压，所述至少一临界电压用来判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物；
其中，所述至少一临界电压小于所述峰值电压。
5.一种用于一感应式电源供应器的方法，用来检测所述感应式电源供应器的一电力发送范围内是否存在一金属异物，所述方法包括：
中断所述感应式电源供应器的至少一驱动信号，以停止对所述感应式电源供应器的一供电线圈进行驱动；
在所述供电线圈停止驱动时，侦测所述供电线圈上的一线圈信号的一衰减状态；以及
根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物；
其中，根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物的步骤包括：
设定一临界电压；
在所述至少一驱动信号中断以后，测量所述线圈信号的一衰减时间，所述衰减时间起始于所述至少一驱动信号中断时，并终止于出现所述线圈信号的波峰未到达所述临界电压时；以及
当所述衰减时间小于一临界值时，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内存在所述金属异物。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述至少一驱动信号中断以后，测量所述线圈信号的所述衰减时间的步骤包括：
在所述至少一驱动信号中断时，启动一定时器；
启动所述定时器以后，在所述线圈信号的一振荡周期中，侦测所述线圈信号的波峰是否到达所述临界电压；
当侦测到所述线圈信号的波峰到达所述临界电压时，继续在所述线圈信号的下一振荡周期中，侦测所述线圈信号的波峰是否到达所述临界电压；以及
当侦测到所述线圈信号的波峰未到达所述临界电压时，停止所述定时器，并取得所述定时器的一定时结果，作为所述线圈信号的所述衰减时间。
7.一种用于一感应式电源供应器的方法，用来检测所述感应式电源供应器的一电力发送范围内是否存在一金属异物，所述方法包括：
中断所述感应式电源供应器的至少一驱动信号，以停止对所述感应式电源供应器的一供电线圈进行驱动；
在所述供电线圈停止驱动时，侦测所述供电线圈上的一线圈信号的一衰减状态；以及
根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物；
其中，根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物的步骤包括：
设定多个临界电压；
根据所述线圈信号的波峰分别衰减到所述多个临界电压的衰减时间，取得所述线圈信号的一衰减型态；以及
根据所述衰减型态来判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物，并判断所述金属异物的类型或大小。
8.一种用于一感应式电源供应器的方法，用来检测所述感应式电源供应器的一电力发送范围内是否存在一金属异物，所述方法包括：
中断所述感应式电源供应器的至少一驱动信号，以停止对所述感应式电源供应器的一供电线圈进行驱动；
在所述供电线圈停止驱动时，侦测所述供电线圈上的一线圈信号的一衰减状态；
根据所述线圈信号的所述衰减状态，判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物；以及
在判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物以后，以移相方式起始所述至少一驱动信号；
其中，以移相方式起始所述至少一驱动信号的步骤包括：
在起始所述至少一驱动信号时，所述至少一驱动信号中的一第一驱动信号与一第二驱动信号具有相同相位；以及
逐渐调整所述第一驱动信号及所述第二驱动信号中任一或两者的相位，直到所述第一驱动信号与所述第二驱动信号具有相反相位为止。
9.一种感应式电源供应器，包括一供电模块，所述供电模块包括：
一供电线圈；
一谐振电容，耦接于所述供电线圈，用来搭配所述供电线圈进行谐振；
至少一供电驱动单元，耦接于所述供电线圈及所述谐振电容，用来发送至少一驱动信号至所述供电线圈，以驱动所述供电线圈产生能量；
以及
一供电微处理器，用来接收所述供电线圈上的一线圈信号，并执行如权利要求1至8任一项所述的步骤。
10.如权利要求9所述的感应式电源供应器，其特征在于，所述供电微处理器包括：
一时钟产生器，耦接于所述至少一供电驱动单元，用来控制所述至少一供电驱动单元发送所述至少一驱动信号或中断所述至少一驱动信号；
一电压侦测装置，用来侦测所述线圈信号的一峰值电压；
一处理单元，耦接于所述电压侦测装置，用来根据所述峰值电压来设定至少一临界电压，所述至少一临界电压用来判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物；
至少一电压产生装置，耦接于所述处理单元，分别用来输出所述至少一临界电压；以及
至少一比较器，其中每一比较器对应于所述至少一电压产生装置中的一电压产生装置，用来比较所述线圈信号与相对应的所述电压产生装置所输出的一临界电压，以产生一比较结果；
其中，所述处理单元还根据所述比较结果，判断所述线圈信号的所述衰减状态，进而判断所述感应式电源供应器的所述电力发送范围内是否存在所述金属异物。
11.如权利要求9所述的感应式电源供应器，其特征在于，所述供电模块还包括：
一分压电路，用来对所述线圈信号进行分压以后，输出至所述供电微处理器。
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