CN108808892A - 感应式电源供应器的金属异物检测方法及其供电模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属异物检测方法，用于一感应式电源供应器的供电模块，该供电模块包括一供电线圈，其受控于一第一驱动信号及一第二驱动信号。该金属异物检测方法包括在该第一驱动信号及该第二驱动信号上周期性产生一侦测信号，该侦测信号控制该供电线圈进行谐振并产生一线圈信号；设定至少一临界电压，并将该线圈信号的多个峰值分别和该至少一临界电压进行比较，以产生多个触发信号；根据该线圈信号的一谐振频率，决定是否执行一预充电程序；以及根据该多个触发信号及该谐振频率，判断该感应式电源供应器的一供电范围内是否存在金属异物。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于感应式电源供应器的金属异物检测方法，尤其涉及一种可在感应式电源供应器启动送电之前判别金属异物是否存在的方法。
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。供电线圈所发送的电磁能量若施加于金属体上，会对其产生加热效果，累积热量后可能造成金属体高温引起燃烧而发生危害。在现有技术中，感应式电源供应器可在送电过程中周期性地中断驱动以进行金属异物检测，若发现金属异物即停止发送电力，过一段时间之后再重新启动送电，接着送电一段期间后，若侦测到金属异物存在则再次停止送电。如此反复循环仍持续对金属物体加热，长时间加热过后仍可能发生危险。
鉴于此，实有必要提出另一种金属异物检测方法，可在感应式电源供应器开始送电之前进行判断，并在发现金属异物存在时不启动送电，进而实现更有效的金属异物防护机制。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种可在感应式电源供应器启动送电之前判别金属异物是否存在的方法，可提升感应式电源供应器的金属异物防护功效。
本发明公开了一种金属异物检测方法，用于一感应式电源供应器的一供电模块，该供电模块包括一供电线圈，该供电线圈受控于一第一驱动信号及一第二驱动信号。该金属异物检测方法包括在该第一驱动信号及该第二驱动信号上周期性产生一侦测信号，其中，该侦测信号控制该供电线圈进行谐振并产生一线圈信号；设定至少一临界电压，并将该线圈信号的多个峰值分别和该至少一临界电压进行比较，以产生多个触发信号；根据该线圈信号的一谐振频率，决定是否执行一预充电程序；以及根据该多个触发信号及该谐振频率，判断该感应式电源供应器的一供电范围内是否存在金属异物。
本发明还公开了一种用于一感应式电源供应器的供电模块，用来执行一金属异物检测方法，该供电模块包括一供电线圈、一供电驱动模块、一信号接收模块及一处理器。该供电驱动模块耦接于该供电线圈，用来输出一第一驱动信号及一第二驱动信号至该供电线圈，并在该第一驱动信号及该第二驱动信号上周期性产生一侦测信号，其中，该侦测信号控制该供电线圈进行谐振并产生一线圈信号。该信号接收模块耦接于该供电线圈，用来设定至少一临界电压，并将该线圈信号的多个峰值分别和该至少一临界电压进行比较，以产生多个触发信号。该处理器耦接于该信号接收模块，用来执行以下步骤：根据该线圈信号的一谐振频率，决定是否执行一预充电程序；以及根据该多个触发信号及该谐振频率，判断该感应式电源供应器的一供电范围内是否存在金属异物。
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为本发明实施例一侦测信号的示意图。
图3为本发明实施例线圈信号的峰值与临界电压进行比较以产生触发信号的示意图。
图4为金属异物存在的情况下触发信号的时间缩短的示意图。
图5为受电模块发生故障时在线圈信号上造成不规则抖动式衰减的示意图。
图6为本发明实施例判断线圈信号的谐振频率的示意图。
图7为本发明实施例侦测信号及预充电程序的示意图。
图8为本发明实施例一金属异物检测流程的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100 感应式电源供应系统
1 供电模块
10 电源供应器
111 处理器
112 时钟产生器
113 电压产生装置
114 比较器
115 电压侦测装置
120 信号接收模块
121、122 供电驱动单元
130 分压电路
131、132 分压电阻
141、142 谐振电容
16 供电线圈
161、261 磁导体
D1、D2 驱动信号
C1 线圈信号
2 受电模块
21 负载单元
22 电容
230 整流电路
241、242 谐振电容
26 受电线圈
3 金属异物
DET 侦测信号
P1 脉冲信号
CP1 比较结果
TH 临界电压
TH1 第一临界电压
TH2 第二临界电压
TH3 第三临界电压
T1 第一触发信号
T2 第二触发信号
T3 第三触发信号
VC 参考电压
PRE 预充电程序
80 金属异物检测流程
800～826 步骤
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，并输出无线电力至受电模块2。供电模块1包括一供电线圈16及谐振电容141、142，以C－L－C的结构设置。其中，供电线圈16可用来发送电磁能量至受电模块2以进行供电，谐振电容141及142分别耦接于供电线圈16两端，在供电时可用来搭配供电线圈16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161，用来提升供电线圈16的电磁感应能力，同时避免电磁能量影响线圈非感应面方向的物体。
为控制供电线圈16及谐振电容141、142的运作，供电模块1还包括一处理器111、一时钟产生器112、供电驱动单元121及122、一信号接收模块120及一分压电路130。供电驱动单元121及122耦接于供电线圈16及谐振电容141及142，可分别发送驱动信号D1及D2至供电线圈16，其可接收处理器111的控制，用以驱动供电线圈16产生并发送能量。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。时钟产生器112可以是一脉冲宽度调变产生器(Pulse Width Modulation generator，PWMgenerator)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。处理器111可接收供电线圈16上的线圈信号C1(即供电线圈16及谐振电容142之间的电压信号)的相关信息，如线圈信号C1的谐振频率或衰减幅度等，并据此判别金属异物是否存在。处理器111可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、一微处理器(microprocessor)、一单片机(Micro Controller Unit，MCU)、或其它类型的处理装置或运算装置。信号接收模块120可用来追踪线圈信号C1的谐振频率及峰值大小，并将谐振频率或峰值的相关信息提供给处理器111以进行后续判读。分压电路130包括分压电阻131及132，其可对供电线圈16上的线圈信号C1进行衰减之后，将其输出至处理器111及信号接收模块120。在部分实施例中，若处理器111及信号接收模块120等电路具有足够的耐压，也可不采用分压电路130，直接由处理器111接收供电线圈16上的线圈信号C1。至于其他可能的组成组件或模块，如供电单元、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。
在一实施例中，信号接收模块120包括一电压产生装置113、一比较器114及一电压侦测装置115，如图1所示。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至处理器111。电压侦测装置115可以是一模拟数字转换器(Analog toDigital Converter，ADC)，用来将供电线圈16上的模拟电压转换为数字的电压信息，并将此电压信息输出至处理器111。处理器111即可根据上述电压信息来设定用于判断金属异物的临界电压，并将临界电压的信息输出至电压产生装置113。电压产生装置113可以是一数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)，其可接收来自于处理器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，另一输入端则接收来自于供电线圈16的线圈信号C1，其可比较线圈信号C1与临界电压，处理器111再根据上述比较的结果来判断金属异物是否存在。需注意的是，信号接收模块120也可整合于处理器111内部，而不限于此。
请继续参考图1。受电模块2包括一负载单元21、一电容22、一整流电路230、一受电线圈26及谐振电容241、242。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261，以提升受电线圈26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26可用来接收供电线圈16的供电，并将接收到的电力传送至整流电路230以进行整流，完成整流之后再传送至后端的电容22及负载单元21。电容22可以是用来进行滤波的滤波电容或用于稳定输出电压的稳压电容，且不应以此为限。在受电模块2中，其他可能的组成组件或模块，如信号反馈电路、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。
此外，一金属异物3未包括在感应式电源供应器100，但示于图1中的供电模块1及受电模块2之间以方便说明。当金属异物3位于感应式电源供应器100的供电范围内时，可能会接收到供电模块1发送的电磁能量而发热。本发明的金属异物检测方法即可用来判断感应式电源供应器100的供电范围内是否存在金属异物3，并在确认无金属异物3之后启动送电。
本发明的金属异物检测方法可用于感应式电源供应器开始发送电力之前，以在发现金属异物时不启动送电。首先，感应式电源供应器100的供电模块1可发送一侦测信号，用来侦测金属异物3。详细来说，供电驱动单元121及122可在输出至供电线圈16的驱动信号D1及D2上产生脉冲作为侦测信号，侦测信号可控制供电线圈16进行谐振并产生线圈信号C1。请参考图2，图2为本发明实施例一侦测信号DET的示意图。图2示出了驱动信号D1及D2以及线圈信号C1的波形。其中，供电驱动单元121及122可控制驱动信号D1及D2在电压电平高和低之间同步切换两次，随后，当驱动信号D2位于低电平时，由供电驱动单元121单独控制驱动信号D1切换至高电平再回到低电平而形成一脉冲信号P1，使得供电线圈16根据脉冲信号P1而进行谐振。
详细来说，单独控制驱动信号D1产生脉冲信号P1可在供电线圈16两端产生不同电压，即可驱动供电线圈16进行谐振。预先控制驱动信号D1及D2先在电压电平高和低之间同步切换两次的目的在于，预先对供电驱动单元121及122内部的自举电容(BootstrapCapacitor)进行充电。一般来说，自举电容可用来驱动供电驱动单元121及122输出可推动供电线圈16运作的高电压，此自举电容需在供电驱动单元121及122输出驱动信号的同时进行充电。当供电驱动单元121及122长时间未进行运作之后，自举电容所存储的电荷会逐渐耗尽。若在自举电容所存储的电荷不足的情形下进行驱动，脉冲信号P1可能无法有效推动供电线圈16到达足够的高电压。因此，可通过驱动信号D1及D2同步驱动的方式先让自举电容到达足够电荷，随后再单独驱动任一驱动信号D1或D2以控制供电线圈16进行谐振。需注意的是，上述控制驱动信号D1及D2同步切换两次的方式仅为本发明众多实施方式当中的一种，本领域技术人员应了解，也可在输出脉冲信号P1之前控制驱动信号D1及D2同步切换三次以上或仅切换一次。
当供电驱动单元121及122输出侦测信号DET之后，供电线圈16即可开始进行自谐振并持续衰减，处理器111可根据线圈信号C1的衰减型态来进行金属异物3的判断。例如，处理器111可控制信号接收模块120设定至少一临界电压或传送至少一临界电压至信号接收模块120，使得线圈信号C1振荡时产生的多个峰值可分别和至少一临界电压进行比较，以产生多个触发信号。如图2所示，其还包括比较器114所输出的一比较结果CP1的波形。信号接收模块120可先设定一临界电压TH，由电压产生装置113输出临界电压TH，比较器114比较线圈信号C1的峰值和临界电压TH，以取得包括多个触发信号的比较结果CP1。
详细来说，请参考图3，图3为本发明实施例线圈信号C1的峰值与临界电压进行比较以产生触发信号的示意图。图3示出了线圈信号C1及比较结果CP1的波形。如图3所示，在接收到侦测信号DET之后，线圈信号C1即开始振荡并衰减。
处理器111或信号接收模块120可分别设定一第一临界电压TH1、一第二临界电压TH2及一第三临界电压TH3。首先，电压产生装置113输出第一临界电压TH1，比较器114先比较线圈信号C1的峰值与第一临界电压TH1，以在比较结果CP1上产生第一触发信号T1。由于线圈信号C1持续衰减，代表线圈信号C1的峰值持续下降。当峰值下降至低于第一临界电压TH1时，第一触发信号T1即停止出现，此时电压产生装置113改为输出小于第一临界电压TH1的第二临界电压TH2，比较器114比较线圈信号C1的峰值与第二临界电压TH2，以在比较结果CP1上产生第二触发信号T2。当峰值持续衰减并下降至低于第二临界电压TH2时，第二触发信号T2即停止出现，此时电压产生装置113改为输出小于第二临界电压TH2的第三临界电压TH3，以在比较结果CP1上产生第三触发信号T3。直到峰值下降至低于第三临界电压TH3时，第三触发信号T3即停止出现。
在一实施例中，信号接收模块120可在供电驱动单元121及122产生并输出侦测信号DET时，取得线圈信号C1到达的高电压电平作为参考电压VC，接着将参考电压VC分别乘上至少一比例而产生至少一临界电压。举例来说，信号接收模块120中的电压侦测装置115可侦测线圈信号C1上的参考电压VC，并将参考电压VC分别乘上一第一比例、一第二比例及一第三比例而分别产生第一临界电压TH1、第二临界电压TH2及第三临界电压TH3。其中，第一比例、第二比例及第三比例可分别为四分之一、八分之一以及十六分之一。一般来说，当供电线圈16受到侦测信号DET的驱动并开始进行自谐振时，线圈信号C1的最大峰值电压约落在参考电压VC的二分之一左右，接着开始衰减且衰减幅度随着峰值大小而逐渐下降。因此，可将第一临界电压TH1设置于参考电压VC的四分之一，以取得线圈信号C1的峰值衰减一半的时间。
由上述可知，用来和线圈信号C1进行比较的临界电压是由供电线圈16驱动时线圈信号C1上的高电位(即参考电压VC)作为基准，乘上特定比例之后而产生。因此，无论驱动信号的大小如何改变，在金属异物3不存在的情况下，最终取得的第一触发信号T1、第二触发信号T2及/或第三触发信号T3的时间长度都不会发生变化。在此情形下，本发明的金属异物判断方法可用于任何环境，即用于不同驱动信号振幅的输出，此外，线圈特性对线圈信号C1衰减的影响和对参考电压VC的影响也能够等比例抵消。相较之下，传统感应式电源供应器往往采用线圈信号的衰减斜率来判断金属异物，其斜率判断基准较难以对应不同驱动信号适当地进行调整。
另一方面，当金属异物3存在的情况下，金属异物3会吸收供电线圈16发送的电磁能量，造成线圈信号C1衰减的速度加快，使得第一触发信号T1、第二触发信号T2及/或第三触发信号T3出现的时间长度缩短，如图4所示。优选地，处理器111可计算比较结果CP1上第一触发信号T1、第二触发信号T2及第三触发信号T3出现的整体时间长度，并将该时间长度与一预设时间值进行比较。若该时间长度大于预设时间值时，则判断感应式电源供应器100的供电范围内不存在金属异物3；若该时间长度小于预设时间值时，则判断感应式电源供应器100的供电范围内可能存在金属异物3。预设时间值可预先设定，例如用户通过大量测试取得各别感应式电源供应器在无金属异物存在之下触发信号的时间长度以及不同金属异物存在之下的触发信号的时间长度，以在两者之间取得最优选值作为预设时间值。在一实施例中，也可采用第一触发信号T1、第二触发信号T2及/或第三触发信号T3的数量作为金属异物3判断的依据。一般来说，当金属异物3存在时，第一触发信号T1、第二触发信号T2或第三触发信号T3中任一者的时间长度或数量都会小于无金属异物3的情况。当感应式电源供应器100判断金属异物3存在时，则不会启动电力发送。
在另一实施例中，也可仅采用第一触发信号T1、第二触发信号T2及/或第三触发信号T3当中一至两者的时间长度作为金属异物3的判断依据。需注意的是，上述三段触发信号的判断方式可进一步判断感应式电源供应器100是否正常运作，例如受电模块2发生故障或其它状况。举例来说，当受电模块2的整流电路230发生非对称性的故障时，其靠近供电模块1会造成线圈信号C1出现不规则抖动式衰减，其波形如图5所示。在此情形下，处理器111容易误判谐振频率，且难以通过单一临界电压所产生的触发信号有效进行侦测。同样地，当感应式电源供应器100判断受电模块2发生故障的情形下，也不会启动电力发送。在其它实施例中，也可设定更多临界电压以取得更多段触发信号来进行判断。
如上所述，当供电线圈16受到侦测信号DET的驱动并开始进行谐振时，线圈信号C1的最大峰值电压约落在参考电压VC的二分之一左右，且线圈信号C1衰减幅度随着峰值大小而逐渐下降。因此，线圈信号C1的峰值由参考电压VC的二分之一下降至四分之一的时间大约等于由参考电压VC的四分之一下降至八分之一的时间，也大约等于由参考电压VC的八分之一下降至十六分之一的时间。换言之，在线圈信号C1正常衰减的情形下(即未发生故障的情况下)，第一触发信号T1、第二触发信号T2及第三触发信号T3各自出现的时间长度会大致相等，无论是否存在金属异物3。在此情形下，处理器111可据此判断感应式电源供应器100或受电模块2是否正常运作，例如当判断第一触发信号T1、第二触发信号T2或第三触发信号T3当中任一者的时间长度过长或过短时判断发生故障。
值得注意的是，受电模块2包括容量较大的电容22。在开始充电之前，电容22内部尚未开始存储电荷，当受电模块2靠近供电模块1且供电线圈16发送侦测信号DET时，受电模块2的后端电路瞬间导通，使得线圈谐振产生的能量迅速被电容22接收并存储。此时，会在受电端接收电力的路径上产生一涌浪电流(rush current)，同时供电线圈16发送的能量迅速被吸收，使得线圈信号C1衰减速度加快，进而缩短信号接收模块120产生的触发信号的时间长度。在此情形下，只要包括大电容的受电模块2靠近供电模块1，处理器111极可能误判为金属异物3存在，使得发送电力的程序永远无法开启。
为解决上述问题，本发明还通过谐振频率的取得来判断靠近供电端的物体是否为正确的受电模块2，并在判断出受电模块2时，通过预充电的方式将电荷传送至电容22，直到电容22充饱电量之后，即不再吸收侦测信号DET的能量，使得处理器111可顺利进行金属异物3的判断。
请参考图6，图6为本发明实施例判断线圈信号C1的谐振频率的示意图。如图6搭配图1的信号接收模块120所示，由于线圈信号C1是以零电位为中心上下振荡，因此，电压产生装置113可输出零电位至比较器114，使得比较器输出一时钟信号，其频率即等于线圈信号C1的谐振频率。或者，若电压产生装置113及比较器114被设定用来取得对应于线圈信号C1峰值的触发信号时，信号接收模块120可包括另一组电压产生装置及比较器，用来取得谐振频率。
由前述可知，处理器111可根据第一触发信号T1、第二触发信号T2及第三触发信号T3出现的整体时间长度来进行金属异物3的判断。若该时间长度大于预设时间值时，则判断感应式电源供应器100的供电范围内不存在金属异物3；若该时间长度小于预设时间值时，代表线圈信号C1衰减速度加快，其可能是由金属异物3所造成，或由受电模块2的电容22造成，需要进一步的判断。在一实施例中，若处理器111判断该时间长度小于预设时间值时，可进一步判断供电线圈16的谐振频率。一般来说，受电模块2大多设置有磁导体261，当磁导体261靠近供电端时，会降低供电线圈16自谐振的频率。在此情形下，处理器111可预先设定一预设频率值以和侦测到的线圈谐振频率进行比较，例如根据供电线圈16在未靠近外界物体(即无磁导体靠近)的情况下侦测到的自谐振频率，以及受电模块2与供电模块1具有不同距离之下侦测到的线圈自谐振频率，在两者之间取得最优选值作为预设频率值。接着，在输出侦测信号DET并取得供电线圈16的谐振频率之后，处理器111可进一步判断其谐振频率大小。若判断谐振频率大于预设频率值时，代表线圈信号C1衰减速度加快是由金属异物3所造成，进而判断感应式电源供应器100的供电范围内存在金属异物3；若判断谐振频率小于预设频率值时，代表受电模块2的磁导体261靠近使谐振频率降低，因而线圈信号C1衰减速度加快是由受电模块2的电容22造成，在此情形下，处理器111可执行一预充电程序，以发送电力对电容22充电，直到电容22所存储的电量足够之后，即不再影响线圈信号C1的衰减速度，处理器111进而判断靠近供电模块1的装置为受电模块2而不是金属异物3。
请参考图7，图7为本发明实施例侦测信号DET及预充电程序PRE的示意图。图7示出了驱动信号D1及D2以及线圈信号C1的波形。如图7所示，侦测信号DET可周期性地被传送，而处理器111可取得对应于每一侦测信号DET的线圈信号C1衰减特性，如通过上述触发信号的时间长度以及谐振频率。当处理器111判断谐振频率下降但触发信号的时间长度属于金属异物3存在的情况，表示正确的受电模块2靠近但其电容22尚未存储足够电荷。因此，可在每数次侦测信号DET之后执行一次预充电程序PRE。在预充电程序PRE中，供电模块1发送电力以对受电模块2中的电容22进行充电，然而，发送电力的时间长度及能量不足以启动受电模块2响应数据码的运作。更明确来说，执行预充电程序PRE时仍未完成金属异物3判断的程序，即尚未确定金属异物3是否存在，因此，预充电程序PRE仅发送少量电力，以避免电力过大而启动受电模块2响应数据码，进而启动完整的充电程序，此时若金属异物3存在，容易发生过热危险。
因此，供电模块1可在传送数次侦测信号DET之后执行一次预充电程序PRE，随后再传送侦测信号DET以判断线圈信号C1自谐振的谐振频率以及触发信号的时间长度(即比较时间长度与预设时间值)。在此例中，侦测信号DET仅包括两次驱动信号D1及D2同步切换加上一次脉冲信号P1，其发送的能量极小；相较之下，一次预充电程序PRE往往包括近百次驱动信号D1及D2切换，使得电容22能够在有限时间内充电至足够电量。一般来说，若供电模块1的供电范围内为正确的受电模块2时，经过数次预充电程序PRE之后可让电容22到达足够电量，此时，在通过侦测信号DET来判断金属异物3的过程中，处理器111即可判断触发信号的时间长度大于预设时间值，同时通过线圈信号C1的谐振频率判断受电模块2靠近，进而启动正常充电程序。在正常充电程序中，供电模块1输出较长时间的电力，使得受电模块2回传数据码以启动供电模块1进行完整电力传送。
值得注意的是，若预充电程序PRE执行的次数到达一预设次数之后，触发信号的时间长度仍被判断为小于预设时间值时，处理器111即判断感应式电源供应器100的供电范围内存在金属异物3或感应式电源供应器100未能正常运作(例如发生故障)，以上情况供电模块1都不会启动电力传送。在一实施例中，金属异物3可能和受电模块2同时靠近供电模块1，当供电模块1输出侦测信号DET之后，处理器111可通过线圈信号C1的谐振频率判断受电模块2靠近，并通过触发信号的时间长度判断金属异物3可能存在。接着，处理器111执行预充电程序PRE，再输出侦测信号DET以进行判断。然而，即使通过预充电将电容22电量填满，金属异物3仍持续吸收能量而造成线圈信号C1快速衰减。因此，当预充电程序PRE的次数到达预设次数之后，若处理器111仍判断触发信号的时间长度小于预设时间值，即可判断金属异物3存在，此时，处理器111停止发送侦测信号DET且不启动正常充电程序。换句话说，只要侦测到受电模块2存在或靠近(即判断线圈信号C1的谐振频率低于预设频率值)，处理器111都会执行预充电程序PRE，无论金属异物3是否存在。需要经过多次预充电程序PRE使受电端的电容充满电荷之后，才能够通过触发信号的时间长度来正确判别金属异物3。除此之外，受电模块2故障或损坏时也可能发生多次预充电之后线圈信号C1的衰减速度仍过大的情况，此时处理器111也停止发送侦测信号DET同时不启动正常充电程序。
上述关于供电模块进行金属异物判断的方法可归纳为一金属异物检测流程80，如图8所示。金属异物检测流程80可用于一感应式电源供应器的供电端，如图1的供电模块1，其包括以下步骤：
步骤800：开始。
步骤802：在驱动信号D1及D2上产生一侦测信号DET，其中，侦测信号DET控制供电线圈16进行谐振并产生线圈信号C1。
步骤804：在侦测信号DET产生时，取得线圈信号C1上的一参考电压VC。
步骤806：将参考电压VC分别乘上至少一比例而产生至少一临界电压。
步骤808：将线圈信号C1的多个峰值分别和至少一临界电压进行比较，以产生多个触发信号。
步骤810：计算该多个触发信号出现的一时间长度。
步骤812：比较该时间长度与一预设时间值，若判断该时间长度大于预设时间值时，则执行步骤814；若判断该时间长度小于预设时间值时，则执行步骤816。
步骤814：判断感应式电源供应器100的供电范围内不存在金属异物3，接着执行步骤826。
步骤816：比较线圈信号C1的谐振频率与一预设频率值，若判断该谐振频率大于预设频率值时，则执行步骤818；若判断该谐振频率小于预设频率值时，则执行步骤820。
步骤818：判断感应式电源供应器100的供电范围内存在金属异物3，接着执行步骤826。
步骤820：判断预充电程序PRE执行的次数是否到达一预设次数。若是，则执行步骤824；若否，则执行步骤822。
步骤822：执行预充电程序PRE，接着回到步骤802。
步骤824：判断感应式电源供应器100的供电范围内存在金属异物3或感应式电源供应器100未正常运作，接着执行步骤826。
步骤826：结束。
关于金属异物检测流程80的详细运作方式及变化可参考上述段落的说明，在此不赘述。
综上所述，本发明提供了一种判别金属异物的方法，可用于感应式电源供应器启动送电之前，若判断金属异物存在，则感应式电源供应器不启动送电，以避免金属异物接收电磁能量造成发热的危险。在供电模块中，供电驱动模块可周期性地发送侦测信号，使得供电线圈产生谐振，其线圈信号并逐渐衰减。处理器可根据线圈谐振频率来判断是否有受电模块靠近。信号接收模块可设定至少一临界电压，并依序比较线圈信号的峰值与各临界电压而产生触发信号，处理器即可根据触发信号出现的时间长度来判断金属异物是否存在。若该时间长度大于预设时间值时，可判断感应式电源供应器的供电范围内不存在金属异物，并启动完整电力传送；若该时间长度小于预设时间值时，代表线圈信号衰减速度加快，其可能是由金属异物所造成，或由受电模块的电容造成。供电模块进一步执行预充电程序以发送电力提供给受电模块的电容，直到电容所存储的电量足够之后，即不再影响线圈信号的衰减速度，处理器进而判断靠近供电模块的装置为受电模块，并启动完整电力传送。若受电模块和金属异物同时靠近供电模块，供电端仍可通过谐振频率侦测到受电模块靠近，并执行预充电程序，然而，当执行预充电程序的次数到达一预设次数之后(即受电端的电容已存储足够电量)，若处理器仍判断触发信号出现的时间长度小于预设时间值，代表金属异物存在或感应式电源供应器未能正常运作，则供电模块不启动完整电力传送。如此一来，本发明可在感应式电源供应器启动送电之前进行金属异物判断，能够有效判别靠近供电端的物体为正确的受电模块或金属异物，且当受电模块和金属异物同时靠近供电模块时，供电端也能够正确进行判别。
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 (22)
1.一种金属异物检测方法，用于一感应式电源供应器的一供电模块，该供电模块包括一供电线圈，该供电线圈受控于一第一驱动信号及一第二驱动信号，该金属异物检测方法包括：
在该第一驱动信号及该第二驱动信号上周期性产生一侦测信号，其中，
该侦测信号控制该供电线圈进行谐振并产生一线圈信号；
设定至少一临界电压，并将该线圈信号的多个峰值分别和该至少一临界电压进行比较，以产生多个触发信号；
根据该线圈信号的一谐振频率，决定是否执行一预充电程序；以及
根据该多个触发信号及该谐振频率，判断该感应式电源供应器的一供电范围内是否存在金属异物。
2.如权利要求1所述的金属异物检测方法，其特征在于，在该第一驱动信号及该第二驱动信号上周期性产生该侦测信号的步骤中，每一次产生该侦测信号包括以下步骤：
控制该第一驱动信号及该第二驱动信号在一第一电压电平及一第二电压电平之间同步切换多次；以及
在控制该第一驱动信号及该第二驱动信号同步切换多次之后，在该第二驱动信号位于该第二电压电平时，单独控制该第一驱动信号至该第一电压电平再回到该第二电压电平而形成一脉冲信号，使得该供电线圈根据该脉冲信号而进行谐振。
3.如权利要求1所述的金属异物检测方法，其特征在于，该预充电程序包括：
发送电力以对该感应式电源供应器的一受电模块中的一电容进行充电，其中，发送电力的时间长度及能量不足以启动该受电装置响应数据码的运作。
4.如权利要求1所述的金属异物检测方法，其特征在于，还包括：
根据该多个触发信号，判断该感应式电源供应器的一受电模块是否故障。
5.如权利要求1所述的金属异物检测方法，其特征在于，设定该至少一临界电压的步骤包括：
在该侦测信号产生时，取得该线圈信号上的一参考电压；以及
将该参考电压分别乘上至少一比例而产生该至少一临界电压。
6.如权利要求1所述的金属异物检测方法，其特征在于，该至少一临界电压包括多个临界电压，且设定该至少一临界电压的步骤包括：
在该侦测信号产生时，取得该线圈信号上的一参考电压；以及
将该参考电压分别乘上一第一比例、一第二比例及一第三比例而分别产生该多个临界电压中的一第一临界电压、一第二临界电压及一第三临界电压。
7.如权利要求6所述的金属异物检测方法，其特征在于，该第一比例为四分之一，该第二比例为八分之一，该第三比例为十六分之一。
8.如权利要求6所述的金属异物检测方法，其特征在于，将该线圈信号的该多个峰值分别和该至少一临界电压进行比较以产生该多个触发信号的步骤包括：
比较该多个峰值与该第一临界电压，以产生该多个触发信号中的至少一第一触发信号；
在该至少一第一触发信号停止出现时，比较该多个峰值与该第二临界电压，以产生该多个触发信号中的至少一第二触发信号，其中，该第二临界电压小于该第一临界电压；以及
在该至少一第二触发信号停止出现时，比较该多个峰值与该第三临界电压，以产生该多个触发信号中的至少一第三触发信号，其中，该第三临界电压小于该第二临界电压。
9.如权利要求8所述的金属异物检测方法，其特征在于，根据该多个触发信号判断该感应式电源供应器的该供电范围内是否存在金属异物的步骤包括：
计算该至少一第一触发信号、该至少一第二触发信号及该至少一第三触发信号出现的一时间长度。
10.如权利要求9所述的金属异物检测方法，其特征在于，根据该线圈信号的该谐振频率决定是否执行该预充电程序，以及根据该多个触发信号及该谐振频率判断该感应式电源供应器的该供电范围内是否存在金属异物的步骤包括：
比较该时间长度与一预设时间值；
在判断该时间长度大于该预设时间值时，判断该感应式电源供应器的该供电范围内不存在金属异物；以及
在判断该时间长度小于该预设时间值时，还执行以下步骤：
比较该谐振频率与一预设频率值；
在该谐振频率大于该预设频率值时，判断该感应式电源供应器的该供电范围内存在金属异物；以及
在该谐振频率小于该预设频率值时，执行该预充电程序，并再次比较该时间长度与该预设时间值。
11.如权利要求10所述的金属异物检测方法，其特征在于，还包括：
当该预充电程序执行的次数到达一预设次数之后该时间长度仍被判断为小于该预设时间值时，判断该感应式电源供应器的该供电范围内存在金属异物或该感应式电源供应器未正常运作。
12.一种用于一感应式电源供应器的供电模块，用来执行一金属异物检测方法，该供电模块包括：
一供电线圈；
一供电驱动模块，耦接于该供电线圈，用来输出一第一驱动信号及一第二驱动信号至该供电线圈，并在该第一驱动信号及该第二驱动信号上周期性产生一侦测信号，其中，该侦测信号控制该供电线圈进行谐振并产生一线圈信号；
一信号接收模块，耦接于该供电线圈，用来设定至少一临界电压，并将该线圈信号的多个峰值分别和该至少一临界电压进行比较，以产生多个触发信号；以及
一处理器，耦接于该信号接收模块，用来执行以下步骤：
根据该线圈信号的一谐振频率，决定是否执行一预充电程序；以及
根据该多个触发信号及该谐振频率，判断该感应式电源供应器的一供电范围内是否存在金属异物。
13.如权利要求12所述的供电模块，其特征在于，该供电驱动模块执行以下步骤，以产生该侦测信号：
控制该第一驱动信号及该第二驱动信号在一第一电压电平及一第二电压电平之间同步切换多次；以及
在控制该第一驱动信号及该第二驱动信号同步切换多次之后，在该第二驱动信号位于该第二电压电平时，单独控制该第一驱动信号至该第一电压电平再回到该第二电压电平而形成一脉冲信号，使得该供电线圈根据该脉冲信号而进行谐振。
14.如权利要求12所述的供电模块，其特征在于，该预充电程序包括：
发送电力以对该感应式电源供应器的一受电模块中的一电容进行充电，其中，发送电力的时间长度及能量不足以启动该受电装置响应数据码的运作。
15.如权利要求12所述的供电模块，其特征在于，该处理器还根据该多个触发信号，判断该感应式电源供应器的一受电模块是否故障。
16.如权利要求12所述的供电模块，其特征在于，该信号接收模块执行以下步骤以设定该至少一临界电压：
在该侦测信号产生时，取得该线圈信号上的一参考电压；以及
将该参考电压分别乘上至少一比例而产生该至少一临界电压。
17.如权利要求12所述的供电模块，其特征在于，该至少一临界电压包括多个临界电压，且该信号接收模块执行以下步骤以设定该多个临界电压：在该侦测信号产生时，取得该线圈信号上的一参考电压；以及
将该参考电压分别乘上一第一比例、一第二比例及一第三比例而分别产生该多个临界电压中的一第一临界电压、一第二临界电压及一第三临界电压。
18.如权利要求17所述的供电模块，其特征在于，该第一比例为四分之一，该第二比例为八分之一，该第三比例为十六分之一。
19.如权利要求17所述的供电模块，其特征在于，该信号接收模块执行以下步骤，以将该线圈信号的该多个峰值分别和该至少一临界电压进行比较，以产生该多个触发信号：
比较该多个峰值与该第一临界电压，以产生该多个触发信号中的至少一第一触发信号；
在该至少一第一触发信号停止出现时，比较该多个峰值与该第二临界电压，以产生该多个触发信号中的至少一第二触发信号，其中，该第二临界电压小于该第一临界电压；以及
在该至少一第二触发信号停止出现时，比较该多个峰值与该第三临界电压，以产生该多个触发信号中的至少一第三触发信号，其中，该第三临界电压小于该第二临界电压。
20.如权利要求19所述的供电模块，其特征在于，该处理器执行以下步骤，以根据该多个触发信号判断该感应式电源供应器的该供电范围内是否存在金属异物：
计算该至少一第一触发信号、该至少一第二触发信号及该至少一第三触发信号出现的一时间长度。
21.如权利要求20所述的供电模块，其特征在于，该处理器执行以下步骤，以根据该线圈信号的该谐振频率决定是否执行该预充电程序，并根据该多个触发信号及该谐振频率判断该感应式电源供应器的该供电范围内是否存在金属异物：
比较该时间长度与一预设时间值；
在判断该时间长度大于该预设时间值时，判断该感应式电源供应器的该供电范围内不存在金属异物；以及
在判断该时间长度小于该预设时间值时，该处理器还执行以下步骤：
比较该谐振频率与一预设频率值；
在该谐振频率大于该预设频率值时，判断该感应式电源供应器的该供电范围内存在金属异物；以及
在该谐振频率小于该预设频率值时，执行该预充电程序，并再次比较该时间长度与该预设时间值。
22.如权利要求21所述的供电模块，其特征在于，当该预充电程序执行的次数到达一预设次数之后该时间长度仍被判断为小于该预设时间值时，该处理器判断该感应式电源供应器的该供电范围内存在金属异物或该感应式电源供应器未正常运作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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