CN109687561A - 具有基于图像处理的外来物体检测的无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有基于图像处理的外来物体检测的无线充电系统”。一种无线功率传输系统，该无线功率传输系统具有无线功率接收装置，所述无线功率接收装置具有无线功率接收线圈，所述无线功率接收线圈位于具有无线功率传输线圈阵列的无线功率传输装置的充电表面上。所述无线功率传输装置中的控制电路可使用逆变器电路向所述线圈阵列中的线圈供应交流信号，从而传输无线功率信号。所述控制电路还可用于检测所述线圈阵列上的外来物体，诸如没有无线功率接收线圈的金属物体。例如，控制电路可使用来自所述线圈阵列中的这些线圈的电感测量结果来识别所述线圈阵列的与潜在无线功率接收装置相对应的区段。所述控制电路可基于与潜在无线功率接收装置相对应的所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量之间的比较来控制无线功率传输。

Description

具有基于图像处理的外来物体检测的无线充电系统
本专利申请要求于2018年1月19日提交的美国专利申请15,/875,418以及于2017年9月5日提交的临时专利申请62/554,453的优先权，这些专利申请据此以引用的方式全文并入本文。
技术领域
本发明整体涉及功率系统，并且更具体地，涉及用于给装置充电的无线功率系统。
背景技术
在无线充电系统中，无线充电垫向放置在垫上的电子装置无线传输功率。电子装置具有接收线圈和整流器电路，以用于从无线充电垫中邻近接收线圈的线圈接收无线交流(AC)功率。整流器将所接收AC功率转换成直流(DC)功率。当垫上存在外来物体时，垫控制电路可采取合适的动作来防止不期望的加热。
发明内容
无线功率传输系统具有无线功率接收装置，该无线功率接收装置位于无线功率传输装置的充电表面上。该无线功率接收装置具有无线功率接收线圈，并且该无线功率传输装置具有无线功率传输线圈阵列。控制电路可使用该无线功率传输装置中的逆变器电路来向该线圈阵列中的线圈供应交流信号，从而传输无线功率信号。
耦接到该线圈阵列的信号测量电路可在该控制电路使用该逆变器电路向这些线圈中的每一个施加激励信号时进行测量。该控制电路可分析利用该信号测量电路获得的测量结果以确定电感值和与该线圈阵列中的线圈相关联的其它测量结果。
可使用基于图像处理的外来物体检测来检测位于该线圈阵列上的外来物体，诸如没有无线功率接收线圈的金属物体。例如，控制电路可使用来自该线圈阵列中的这些线圈的电感测量结果和其它测量结果来识别该线圈阵列的与潜在无线功率接收装置相对应的有效区段。该无线功率传输装置还可从存在于该功率传输装置上的无线功率接收装置接收装置标识符。该控制电路可基于该无线功率接收装置的预期的形状、大小、取向、电感以及其它拓扑和磁性特性来确定有效区段。
该控制电路可将与潜在无线功率接收装置相对应的所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量进行比较。响应于检测到所识别区段多于所接收装置标识符，可阻止无线功率传输操作以防止这些外来物体的不期望的加热或者可采取其它合适的操作。响应于检测到所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量匹配，可执行无线功率传输操作或者可采取其它合适的操作。
附图说明
图1是根据一个实施方案的包括无线功率传输装置和无线功率接收装置的示例性无线充电系统的示意图。
图2是根据一个实施方案的例示性无线功率传输电路和例示性无线功率接收电路的电路图。
图3是根据一个实施方案的上面已经放置多个无线功率接收装置和多个外来物体的例示性无线功率传输装置的顶视图。
图4是根据一个实施方案的上面存在多个无线功率接收装置的例示性无线功率传输装置的顶视图。
图5是根据一个实施方案的上面存在多个无线功率接收装置和一个外来物体的例示性无线功率传输装置的顶视图。
图6是根据一个实施方案的操作无线功率传输系统所涉及的例示性操作的流程图。
具体实施方式
无线功率系统可具有无线功率传输装置，诸如无线充电垫。无线功率传输装置可向无线功率接收装置(诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机、电动车辆或其它电子装置)无线传输功率。无线功率接收装置可使用来自无线功率传输装置的功率来给装置供电以及给内部电池充电。
图1中示出了例示性无线功率系统(无线充电系统)。如图1所示，无线功率系统8可包括无线功率传输装置、诸如无线功率传输装置12，并且可包括无线功率接收装置、诸如无线功率接收装置24。无线功率传输装置12可包括控制电路16。无线功率接收装置24可包括控制电路30。系统8中的控制电路、诸如控制电路16和控制电路30可用于控制系统8的操作。此控制电路可包括与微处理器、功率管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路相关联的处理电路。此处理电路在装置12和24中实现所需的控制和通信特征。例如，处理电路可用于确定功率传输水平、处理传感器数据、处理用户输入、处理装置12与24之间的协商、带内和带外发送和接收数据分组、以及处理其它信息和使用此信息来调整系统8的操作。
系统8中的控制电路可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件来在系统8中执行操作。用于在系统8中执行操作的软件代码存储在控制电路8中的非临时性计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上。该软件代码有时可被称为软件、数据、程序指令、指令、或代码。非临时性计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器、或其它可移动介质等。存储在非临时性计算机可读存储介质上的软件可在控制电路16和/或30的处理电路上执行。处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)、或其它处理电路。
功率传输装置12可以是独立的功率适配器(例如，包括功率适配器电路的无线充电垫)，可以是通过缆线耦接到功率适配器或其它设备的无线充电垫，可以是便携式装置，可以是已经结合到家具、车辆或其它系统中的设备，或者可以是其它无线功率传递设备。其中功率传输装置12是无线充电垫的例示性配置在本文中有时可作为示例进行描述。
功率接收装置24可以是便携式电子装置，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑或其它设备。功率传输装置12可耦接到壁装插座(例如，交流电)，可具有用于供应功率的电池，和/或可具有另一功率源。功率传输装置12可具有AC-DC功率转换器、诸如功率转换器14，以用于将来自壁装插座或其它功率源的AC功率转换成DC功率。DC功率可用于给控制电路16供电。在操作期间，控制电路16中的控制器可使用功率传输电路52来向装置24的功率接收电路54传输无线功率。功率传输电路52可具有切换电路(例如，由晶体管形成的逆变器)，该切换电路基于由控制电路16提供的控制信号而接通或截止，以形成通过一个或多个线圈42的AC电流信号。线圈42可布置成平面线圈阵列(例如，在其中装置12是无线充电垫的配置中)。
当AC电流通过一个或多个线圈42时，产生交流电磁场(信号44)，这些交流电磁场由一个或多个对应线圈、诸如功率接收装置24中的线圈48接收。当交流电磁场被线圈48接收时，在线圈48中诱导出对应的交流电流。整流器电路诸如整流器50(其包含整流部件，诸如布置在桥式网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管)将从线圈48接收的AC信号(与电磁信号44相关联的所接收交流信号)转换成DC电压信号以用于给装置24供电。
由整流器50产生的DC电压可用于给电池诸如电池58供电，并且可用于给装置24中的其它部件供电。例如，装置24可包括输入输出装置56诸如显示器、触摸传感器、通信电路、音频部件、传感器和其它部件，并且这些部件可由整流器50所产生的DC电压(和/或电池58所产生的DC电压)供电。
装置12和/或装置24可使用带内或带外通信进行无线通信。装置12可例如具有无线收发器电路40，该无线收发器电路40使用天线来向装置24无线地传输带外信号。无线收发器电路40可用于使用天线从装置24无线地接收带外信号。装置24可具有向装置12传输带外信号的无线收发器电路46。无线收发器46中的接收器电路可使用天线来从装置12接收带外信号。
无线收发器电路40使用一个或多个线圈42来向无线收发器电路46传输带内信号，这些信号由无线收发器电路46使用线圈48接收。可使用任何合适的调制方案来支持装置12与装置24之间的带内通信。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(FSK)来将数据从装置12带内传送至装置24，并且使用幅移键控(ASK)来将数据从装置24带内传送至装置12。在这些FSK和ASK传输期间，功率从装置12无线传送至装置24。
在无线功率传输操作期间，电路52在给定功率传输频率下向一个或多个线圈42供应AC驱动信号。功率传输频率可以是例如约125kHz、至少80kHz、至少100khz、小于500khz、小于300khz或其它合适的无线功率频率的预定频率。在一些配置中，功率传输频率可在装置12与24之间的通信中进行协商。在其它配置中，功率传输频率是固定的。
在无线功率传输操作期间，虽然功率传输电路52在功率传输频率下将AC信号驱动到一个或多个的线圈42中以产生信号44，但无线收发器电路40使用FSK调制来调节驱动AC信号的功率传输频率，并由此调节信号44的频率。在装置24中，线圈48用于接收信号44。功率接收电路54使用在线圈48上接收的信号和整流器50来产生DC功率。同时，无线收发器电路46使用FSK解调来从信号44提取带内传输数据。这种方法允许通过线圈42和48将FSK数据(例如，FSK数据分组)从装置12带内传输至装置24，同时使用线圈42和48将功率从装置12无线传送至装置24。
装置24与装置12之间的带内通信使用ASK调制和解调技术。无线收发器电路46通过使用切换器(例如，收发器46中的耦接线圈48的一个或多个晶体管)将数据带内传输至装置12以调节功率接收电路54(例如，线圈48)的阻抗。这继而调节信号44的振幅和通过线圈42的AC信号的振幅。无线收发器电路40监测通过线圈42的AC信号的振幅，并且使用ASK解调从由无线收发器电路46传输的这些信号提取带内传输数据。使用ASK通信允许通过线圈48和42将ASK数据位(例如，ASK数据分组)从装置24带内传输至装置12，同时使用线圈42和48将功率从装置12无线传送至装置24。
控制电路16具有检测与装置12相关联的充电表面上的外部物体的外来物体测量电路41(有时称为外来物体检测电路或外部物体检测电路)。电路41可检测能够与功率传输装置12通信和/或从其接收功率的具有至少一个无线功率接收线圈的无线功率接收装置24。能够与功率传输装置12通信和/或从其接收功率的具有至少一个无线功率接收线圈的无线功率接收装置有时可称为受支持装置或兼容装置。电路41还可检测不受支持的或不兼容的电子装置(即，不能操作来从功率传输装置12无线接收功率的电子装置)以及可能潜在地不期望地被加热的物体(诸如硬币、钥匙、纸夹以及其它金属物体)。为简单起见，不兼容的电子装置和其它金属物体(诸如硬币、钥匙和纸夹)均可称为外来物体。
在例示性布置中，控制电路16的测量电路41包含信号发生器电路(例如，用于在一个或多个探针频率下生成AC探针信号的振荡器电路、脉冲发生器等)和信号检测电路(例如，滤波器、模数转换器、脉冲响应测量电路等)。在测量操作期间，装置12中的切换电路可由控制电路16进行调整以将线圈42中的每一个切换到使用中。当每个线圈42选择性地切换到使用中时，控制电路16使用信号测量电路41的信号发生器电路来向那个线圈施加激励信号(有时称为脉冲信号或探针信号)，同时使用信号测量电路41的信号检测电路来测量对应响应。控制电路30和/或控制电路16中的测量电路也可用于进行电流和电压测量。
每个线圈42的特性取决于是否有任何物体与那个线圈重叠，并且还取决于是否存在具有线圈诸如图1的线圈48的无线功率接收装置，这种存在可改变任何被重叠或附近线圈42的所测量的电感。信号测量电路41被配置为测量当在一个或多个频率下向线圈供应信号时该线圈处的信号(以测量线圈电感)、信号脉冲(例如，使得测量电路中的测量电路可用于进行电感和Q因子测量)等。使用来自测量电路41的测量结果，无线功率传输装置确定线圈上是否存在外部物体。例如，如果所有线圈42都表现出其对所施加信号的预期标称响应，则控制电路16可推断出不存在外部装置。如果线圈42中的一个表现出不同的响应(例如，与正常的不存在物体的基线不同的响应)，则控制电路16可推断出存在外部物体(可能是兼容的无线功率接收装置)。
图2中示出了可用于形成图1的功率传输电路52和功率接收电路54的类型的例示性电路。如图2所示，功率传输电路52可包括用于向线圈42供应交流驱动信号的驱动电路(逆变器电路)。在一种例示性配置的情况下，逆变器电路系统包括多个逆变器电路、诸如图2的逆变器60，每个逆变器电路由装置12的控制电路16控制并且每个逆变器电路耦接到线圈42的相应一个。
磁耦合系数k表示系统8中的传输线圈与接收线圈之间的磁耦合量。无线功率传输效率随k缩放，因此可通过以下方式获得最佳充电(例如，峰值效率)：评估每个线圈的耦合系数k，并基于耦合系数选择适当的线圈来用于向装置24传输无线功率。在已经确定每个线圈42的耦合系数k之后，控制电路16可通过以下方式来将适当的线圈42切换到使用中：选择相应的逆变器60来用于将信号驱动到线圈中。
每个逆变器60具有金属氧化物半导体晶体管或其它合适的晶体管。这些晶体管由在控制信号输入端62上从控制电路16(图1)接收的AC控制信号来调制。AC控制信号控制调制晶体管，使得将直流功率(跨直流电源输入端子63的输入电压Vindc)转换成对应AC驱动信号，该对应AC驱动信号通过线圈42(具有Ltx的自电感)的相关联的电容器Ctx被施加至线圈42。这产生电磁信号44(磁场)，这些电磁信号44电磁(磁性)耦合到无线功率接收装置54中的线圈48中。
线圈42与48之间的电磁(磁)耦合程度由磁耦合系数k表示。信号44由线圈48(具有Lrx的自电感)接收。线圈48和电容器Crx耦接到整流器50。在操作期间，来自线圈48的响应于所接收信号44而产生的AC信号由整流器50整流，以跨输出端子65产生直流输出功率(例如，直流整流器输出电压Vo)。端子65可耦接到功率接收装置24的负载(例如，电池58以及装置24中由从整流器50供应的直流功率供电的其它部件)。
每个线圈42的电感Ltx受到与外部物体的磁耦合的影响，因此在各种频率下对装置12中的一个或多个线圈42进行的电感Ltx测量可揭露关于功率传输装置12上的物体的信息。为了节省功率，装置12可在等待使用时以待机模式进行操作，以向装置8供应无线功率。信号测量电路41可在待机期间针对外部物体的存在进行监测。为了针对由于外部物体而在电感Ltx上发生的变化对所选择线圈进行探测，可产生探针频率下的交流探针信号(例如正弦波、方波等)。然后可基于Ctx的已知值和脉冲响应信号的频率来导出电感Ltx。可从L和脉冲响应信号的测量衰减导出品质因子Q的值。可基于整流器50(Vo)的输出电压、传输线圈电感Ltx、接收线圈电感Lrx、已知电容Ctx和其它因子来确定耦合因子k。
如果给定线圈的Ltx的测量值与线圈42阵列中的每一个线圈42所预期的正常Ltx值匹配，则控制电路16可推断出不存在适用于无线充电的外部物体。如果Ltx的给定测量值不同于(例如，大于)无负载线圈预期值，则控制电路42可推断出存在外部物体，并且可执行另外的测量操作。
图3中示出了装置12的例示性配置的顶视图，其中装置12具有线圈42阵列。装置12总体上可具有任何合适数量的线圈42(例如，22个线圈、至少5个线圈、至少10个线圈、至少15个线圈、少于30个线圈、少于50个线圈等)。装置12的线圈42可由形成充电表面70的平面电介质结构、诸如塑料构件或其它结构覆盖。装置12中的线圈42阵列的侧向尺寸(X和Y尺寸)可以是1-1000cm、5-50cm、大于5cm、大于20cm、小于200cm、小于75cm、或其它合适的大小。线圈42可重叠或可被布置成非重叠配置。线圈42可放置成具有行和列的矩形阵列，和/或可使用六边形贴块图案或其它图案来平铺。
系统8的用户有时可将一个或多个无线功率接收装置放置在装置12上。例如，用户可将功率接收装置24A和24B(以及(如果需要)一个或多个另外的装置)放置在装置12上。外来物体72A、72B和72C(诸如硬币、钥匙、纸夹、金属箔的碎片、和/或其它外来金属物体)也可存在于表面70上。如果在存在外来物体、诸如外来物体72A、72B和72C的情况下使用线圈42来传输无线功率信号，则可在外来物体中诱导出涡流。这些涡流具有不期望地加热外来物体的可能。外来物体可包括可在暴露于来自线圈42的场时可能潜在地受损的敏感电子装置。
为了避免外来物体的所不期望的加热，系统8自动检测位于表面70上的物体是对应于受支持装置(例如，受支持功率接收装置，诸如装置24A和24B)还是对应于不兼容的外来物体(例如，不具有无线功率接收线圈的金属物体，诸如物体72A、72B和72C)并采取合适的动作。当在充电表面70上检测到物体(即，通过测量线圈的电感值)时，系统8可尝试确定该物体是否是使用带内通信的受支持功率接收装置。可使用线圈42提供足够的功率以实现带内通信。如果未建立带内通信，或者确定物体不是兼容的功率接收装置，则线圈将不会开始无线充电。然而，如果检测到一个或多个兼容的无线功率接收装置24，则可能期望使用功率传输装置12来向功率接收装置24传递无线功率。
即使检测到兼容的无线功率接收装置，功率传输装置12也可以直到确定功率传输装置上不存在任何外来物体才开始传输无线功率。如果充电表面70上存在外来物体，则可阻止无线功率传递(即使另外希望向兼容装置24传输无线功率)。因此，系统8可在开始无线充电之前采取步骤来确定是否存在外来物体。例如，系统8可执行基于图像处理的外来物体检测(有时称为远场外来物体检测)以检测不在无线功率接收装置之下的外来物体，并且可执行基于机器学习的外来物体检测(有时称为近场外来物体检测)以检测在无线功率接收装置附近或之下的外来物体。
如图3所示，外来物体72A和72B是可使用基于图像处理的外来物体检测来检测的外来物体的示例。在基于图像处理的外来物体体检测中，可以检查来自阵列中的每个线圈的电感(以及任选地，品质因子Q、耦合因子k、以及与无线功率传输装置上的物体对由无线功率传输装置发射的激励信号的磁响应相关的任何其它类型的测量结果)。带内通信可供无线功率传输装置12用来从充电表面上的每个无线功率接收装置接收装置标识符。例如，无线功率接收装置24A可向装置12发送将装置24A识别为蜂窝电话的装置标识符，而无线功率接收装置24B可向装置12发送将装置24B识别为手表的装置标识符。每个无线功率接收装置可具有当装置存在于充电表面上时的电感测量结果(和/或品质因子和耦合因子)的特征模式。例如，蜂窝电话(24A)可与手表(24B)具有不同的电感测量结果特征模式。当接收装置标识符时，无线功率传输装置12可将无线功率接收装置的已知电感测量结果特征模式与来自线圈42的当前电感测量结果进行比较。如果存在与所存在的已知无线功率接收装置之一的特征模式不对应的电感测量结果(即，对应于外来物体72B的电感测量结果)，那么这可解释为充电表面上存在外来物体。
例如，图4中的无线功率传输装置可施加激励信号并捕获位于顶部上的所有物体在电感、品质因子和耦合因子方面的响应。在这种情况下，总响应可被解释为6x6像素和3信道图像(因为图4中的线圈阵列位于6x6网格上，并且每个线圈具有对应于电感、品质因子和耦合因子的三个测量结果)。可对这些类型的(磁性)图像应用图像处理技术、诸如分段，以检测受支持无线功率接收装置和外来物体的有效区段。无线功率接收装置的有效区段应满足涉及但不限于接收器形状、大小、电感以及其它拓扑和磁性特性的一组标准。在图3的示例中，图3的对应(磁性)图像可示出4个区段：与外来物体72B相关联的区段、与接收器24B相关联的区段、与接收器24A相关联的区段、以及最后地与外来物体72A相关联的小区段。
基于图像处理的外来物体检测可用于识别与受支持无线功率接收装置相隔最小距离(即，15毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、介于25与30毫米之间、大于20毫米、大于25毫米、大于10毫米、小于50毫米等)的外来物体。太靠近无线功率接收装置(例如，比25至30毫米更近)的外来物体或在无线功率接收装置之下的外来物体(例如，外来物体72C)可具有由于邻近无线功率接收装置的存在而难以检测到的相应电感测量变化。例如，考虑图3的示例，无线功率接收装置24A可具有相应电感测量结果。与外来物体72C相关联的电感测量结果可能难以与跟装置24A相关联的电感测量结果区分开。外来物体72C和装置24A下方的线圈可具有与无负载线圈预期值不同的电感测量结果(从而指示外部物体的存在)。然而，测量电感可包括来自外来物体72C和装置24A两者的贡献。与外来物体72C相关联的电感因此难以识别，使得很难检测外来物体72C的存在。
基于机器学习的外来物体检测(有时称为近场外来物体检测)可用于检测在充电表面上紧邻无线功率接收装置的外来物体。基于机器学习的外来物体检测可包括使用机器学习分类器来确定指示充电表面上是否存在外来物体的概率值。概率值可使用电感测量结果、品质因子、耦合因子和来自线圈42的其它所期望测量结果来确定。基于机器学习的外来物体检测可用于检测在充电表面上紧邻无线功率接收装置的外来物体，诸如外来物体72A和72C。
图3示例中的装置24A由纵向轴线74表征，该纵向轴线74可相对于水平轴线X以任何角度(例如，0-360°的角度)取向。类似地，装置24B由纵向轴线76表征，该纵向轴线76可相对于水平轴线X以任何角度(例如，0-360°的角度)取向。与无线功率接收装置相关联的电感测量结果可取决于功率接收装置的纵向轴线相对于X轴的角度(有时称为取向)和功率接收装置在XY平面内的位置。例如，无线功率接收装置24A在充电表面70上的位置可影响由线圈42获得的与无线功率接收装置相关联的电感测量结果。另外，在XY平面内的任何给定位置处，装置24A的取向可进一步影响由线圈42获得的与无线功率接收装置相关联的电感测量结果(例如，如果纵向轴线74与X轴对齐，则电感测量结果将与纵向轴线与Y轴对齐的情况不同)。
图4和图5是例示性无线功率传输装置的顶视图。在图4和图5的示例中，无线功率传输装置12包括布置在6x6网格中的36个线圈(C1-C36)。然而，此示例仅是例示性的，并且装置12可在任何所需布置中包括任何数量的线圈(如先前结合图3所讨论)。图4和图5示出了与线圈42相关联的例示性电感测量。图4和图5的电感测量示出了基于图像处理的外来物体检测如何可用于检测装置12的充电表面上的外来物体。
如图4所示，电感测量结果与无负载线圈所预期的电感测量结果不同的线圈42以“x”标记。具有无负载线圈所预期的电感测量结果的线圈未被标记。如图4所示，无线功率传输装置的第一区域中的线圈C1、C2、C7、C8、C13和C14可具有大于无负载线圈预期值的电感测量结果。在无线功率传输装置的第二区域中，线圈C22、C23、C28和C29也具有大于无负载线圈预期值的电感测量结果。
为了识别外来物体，控制电路(例如，图1中的控制电路16)可在来自线圈42的电感测量结果中识别区段。在图4的示例中，线圈C1、C2、C7、C8、C13和C14具有大于无负载线圈预期值的电感测量结果，并且在充电表面上分组在一起。因此，控制电路16可识别包括线圈C1、C2、C7、C8、C13和C14的区段82。类似地，线圈C22、C23、C28和C29具有大于无负载线圈预期值的电感测量结果，并且在充电表面上分组在一起。因此，控制电路16可识别包括线圈C22、C23、C28和C29的区段84。
控制电路16还可从充电表面上的每个无线功率接收装置接收装置标识符(例如，使用带内通信)。为了确定是否存在外来物体，控制电路可将所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量进行比较。如果所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量匹配，则控制电路16可解释为不存在外来物体。如果所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量不匹配，则控制电路16可解释为存在外来物体。在图4的示例中，控制电路16可接收来自蜂窝电话的第一装置标识符和来自手表的第二装置标识符。控制电路16可确定所接收装置标识符的数量(2)等于所识别区段的数量(2)，并且推断出不存在外来物体。在无线功率接收装置不能够向无线功率发射器装置发送标识符的情况下，在识别充电表面的区段、诸如区段82和84时，控制电路16可基于与所有受支持无线功率接收装置相关联的信息来尝试基于图像处理的外来物体检测。
当识别充电表面的区段、诸如区段82和84时，控制电路16可使用与所接收装置标识符相关联的信息。例如，每个受支持无线功率接收装置(和对应的装置标识符)可具有已知线圈电感测量结果特征模式。在图4的示例中，控制电路16从蜂窝电话接收装置标识符。蜂窝电话可具有相关联的线圈电感测量结果特征模式。响应于从蜂窝电话接收装置标识符，无线功率传输装置12的控制电路16可查找与蜂窝电话相关联的特征模式。然后，控制电路16可将与蜂窝电话相关联的特征模式与来自线圈42的电感测量结果进行比较，以尝试识别与特征模式匹配的区段。例如，在图4中，区段82可与跟存在于充电表面上的蜂窝电话相关联的特征模式匹配。区段84可与跟存在于充电表面上的手表相关联的特征模式匹配。
受支持无线功率接收装置的特征模式可以是电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的特征模式，电感测量结果大于无负载线圈预期值是受支持无线功率接收装置存在于充电表面上时所预期的(例如，蜂窝电话通常可具有电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的相关联的2x3区段)。特征模式可包括关于与充电表面上存在蜂窝电话相关联的电感测量结果的另外信息(即，电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最大数量；电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最大长度；电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最大宽度；电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最大跨度；电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的形状的其它表征；取决于电感和/或品质因子的其它变量等)。特征模式(有时称为模板)可包括与预期电感量结果相关联的信息(而不仅仅是测量电感是否大于无负载线圈预期值)。特征模式已经被描述为包括与线圈电感相关联的信息。然而，特征模式可包括可与蜂窝电话的存在相关联的品质因子、耦合系数或其它期望值。
在图5的示例中，无线功率传输装置12上存在外来物体。如结合图4所讨论，为了识别外来物体，控制电路(例如，图1中的控制电路16)可在来自线圈42的电感测量结果中识别区段。在图5的示例中，线圈C1、C2、C7、C8、C13和C14具有大于无负载线圈预期值的电感测量结果，并且在充电表面上分组在一起。因此，控制电路16可识别包括线圈C1、C2、C7、C8、C13和C14的区段86。线圈C22、C23、C28和C29具有大于无负载线圈预期值的电感测量结果，并且在充电表面上分组在一起。因此，控制电路16可识别包括线圈C22、C23、C28和C29的区段88。最后，线圈C11可具有大于无负载线圈预期值的电感测量结果。因此，控制电路16可识别包括线圈C11的区段90。
在图5的示例中，控制电路16可接收来自蜂窝电话的第一装置标识符和来自手表的第二装置标识符。控制电路16可确定所接收装置标识符的数量(2)小于所识别区段的数量(3)，并且推断出存在外来物体。
图6是使用充电系统8所涉及的例示性操作的流程图。
在框202的操作期间，可针对受支持功率接收装置生成模板。针对每个受支持无线接收装置，可执行数次试验。在每次试验中，可从无线功率传输装置12的线圈阵列收集包括电感值、品质因子和耦合因子的数据。数据可在每次试验期间从线圈阵列中的每个线圈收集。在每次试验期间，无线功率传输装置上可存在无线功率接收装置(同时无线功率传输装置上不存在外来物体)。在每次试验之后，可将无线功率接收装置移动到无线功率传输装置上的不同位置。通过表征线圈阵列中的线圈在受支持无线功率接收装置以不同位置、取向和/或高度存在于功率传输装置上时的响应，可针对受支持无线功率接收装置开发出模板或特征模式。
每个受支持无线功率接收装置的模板可包括当功率接收装置存在于功率传输装置的充电表面上时来自线圈阵列中的线圈的典型电感测量结果。例如，该模板可以包括关于以下项的信息：存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的全部线圈的最大数量；存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最大长度；存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最大宽度；存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最大跨度；存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的全部线圈的最小数量；存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最小长度；存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的全部线圈的最小宽度；和/或存在功率接收装置时电感测量结果大于无负载线圈预期值的线圈的最小跨度。在无线功率传输装置12的操作期间，可将模板与来自线圈阵列的线圈数据进行比较，以确定是否存在受支持无线功率接收装置。
在框204的操作期间，功率传输装置12可执行数据收集操作。无线功率传输装置12中的信号测量电路41可向装置12中的无线功率传输线圈阵列中的每个线圈42施加激励信号(例如，脉冲)。当每个脉冲被施加到与相应线圈42相关联的输出电路时，信号测量电路41确定诸如线圈电感L、品质因子Q等的参数。同样在框302的操作期间，可执行预处理操作，诸如确定相关的因变量(即，L2、L×Q、L2×Q等)。
同样在框204的操作期间，功率传输装置12可识别存在于充电表面上的受支持无线功率接收装置24。无线功率传输装置上的功率接收装置24可向功率传输装置12无线传输包括装置标识符的数据。装置标识符可识别装置无线功率接收装置24的类型(即，蜂窝电话、手表、平板电脑等)。功率接收装置24可向无线功率传输装置12无线传输另外的信息(即，充电水平、线圈电感、其它装置状态等)。如先前所讨论，功率传输装置12和功率接收装置24可使用带内通信进行无线通信。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(FSK)来将数据从装置12带内传送至装置24，并且使用幅移键控(ASK)来将数据从装置24带内传送至装置12。
从功率接收装置24到功率传输装置12的带内通信(即，包括装置标识符的通信)可使用ASK调制和解调技术。无线收发器电路46可通过使用切换器(例如，收发器46中的耦接线圈48的一个或多个晶体管)将装置标识符带内传输至装置12以调节功率接收电路54(例如，线圈48)的阻抗。这继而调节信号44的振幅和通过线圈42的AC信号的振幅。无线收发器电路40监测通过线圈42的AC信号的振幅，并且使用ASK解调从由无线收发器电路46传输的这些信号提取所传输装置标识符。
在框206的操作期间，功率传输装置12的控制电路16可执行基于图像处理的外来物体检测。在基于图像处理的外来物体检测中，可检查来自阵列中的每个线圈的测量结果(例如，电感测量结果L和品质因子Q)以及从充电表面上每个受支持无线功率接收装置接收的装置标识符。可以使用模板(其具有如上文结合框202的操作所描述的特性)将来自线圈阵列的测量结果分成区段。区段可包括具有不同于(例如，大于)无负载线圈的预期值的电感值的相邻线圈的群组。区段可至少部分地基于来自线圈阵列的电感测量结果与跟所接收装置标识符相关联的已知电感测量结果特征模式(即，模板)之间的比较来识别。电感测量结果特征模式可存储在无线功率传输装置12中(例如，在查找表中)。响应于从无线功率接收装置接收装置标识符，无线功率传输装置12中的控制电路16可检索与装置标识符相关联的特征模式(例如，从查找表检索)。
为了确定是否存在外来物体，控制电路可将所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量进行比较。如果所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量匹配，则控制电路16可解释为不存在外来物体。如果所识别区段的数量与所接收装置标识符的数量不匹配，则控制电路16可解释为存在外来物体。例如，如果检测到不具有对应装置标识符的区段(对应于导电物体)，则可假定该区段对应于外来物体(即，金属物体，诸如硬币、钥匙或纸夹)。
在框208的操作期间，功率传输装置12的控制电路16可执行基于机器学习的外来物体检测。可使用机器学习分类器来确定指示是否存在外来物体的概率值(该概率值与指示是否存在一个或多个无线功率接收装置的概率值有联系)。机器学习分类器可接收诸如电感测量结果和品质因子、因变量(即，L2、L×Q、L2×Q等)以及所接收装置标识符的数据作为输入。基于输入，机器学习分类器可确定指示装置12的充电表面上是否存在外来物体的概率值。替代地或另外地，机器学习分类器可确定指示充电表面上是否仅存在受支持无线功率接收装置的概率值(即，不存在外来物体的概率)。
在框210的操作期间，功率传输装置12的控制电路16可响应基于图像处理的外来物体检测和基于机器学习的外来物体检测的结果而采取合适的动作。例如，如果在框206的操作期间检测到外来物体，则控制电路16可引起无线功率传输电路52放弃利用线圈42传输无线功率信号。如果在框206的操作期间未检测到外来物体，则控制电路16可执行块208的操作，或者可引起无线功率传输电路52利用线圈42传输无线功率信号。
功率传输装置12的控制电路16可以将来自机器学习分类器的概率值(即，存在外来物体的概率)与预定阈值进行比较。如果概率值超过阈值(指示很可能存在外来物体)，则控制电路16可引起无线功率传输电路52放弃利用线圈42传输无线功率信号。相反，如果概率值小于阈值(指示很可能不存在外来物体)，则控制电路16可引起无线功率传输电路52利用一个或多个线圈42传输无线功率信号。
在功率传输装置12包括多于一个线圈42的某些实施方案中，只有一子组线圈42可传递无线功率信号。如果需要，不同的线圈可传递不同量的无线功率。在一些实施方案中，可检测到外来物体，但确定其距离无线功率接收装置足够远以致无法实现无线功率传递，从而不会加热外来物体。在这些实施方案中，无线功率可被传递至无线功率接收装置(即使在充电表面上存在外来物体)
在一些实施方案中，当确定很可能存在外来物体时，控制电路16可生成通知用户存在外来物体的警示。警示可以是例如在功率接收装置24上显示的视觉警示或由功率接收装置24发射的听觉警示。例如，功率传输装置12可使用带内通信来向功率接收装置24传送警示。然后，功率接收装置24可使用显示器显示视觉警示，使用扬声器发出听觉警示，或者使用触觉输出装置(例如，振动器)传送触觉警示。功率接收装置24可使用任何所需的部件(即，输入输出装置56，诸如显示器或音频部件)传送警示。另选地，功率传输装置12可包括用于向用户传送警示的输入输出部件(即，显示器或音频部件)。一般来讲，在框210的操作期间，可采取任何期望的动作。
根据一个实施方案，提供了一种具有被配置为接收至少一个无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，该无线功率传输装置包括：多个线圈；无线功率传输电路，该无线功率传输电路耦接到该多个线圈并且被配置为利用该多个线圈传输无线功率信号；以及控制电路，该控制电路被配置为：使用该多个线圈收集第一测量结果，这些第一测量结果包括数据通信信号；将这些第一测量结果的至少部分解调成数据通信位；使用这些数据通信位确定与该多个线圈耦接的无线功率传输装置的第一数量；使用该多个线圈收集第二测量结果，这些第二测量结果包括选自由电感测量结果、品质因子测量结果以及耦合因子测量结果组成的组的一个或多个测量结果；使用这些第二测量结果确定与该多个线圈耦接的潜在无线功率接收装置的第二数量；并且使用该无线功率传输电路至少基于该第一数量和该第二数量来控制无线功率的传输。
根据另一个实施方案，控制无线功率的传输包括：根据确定该第一数量等于该第二数量，引起该无线功率传输电路利用该多个线圈中的一个或多个线圈传输无线功率信号。
根据另一个实施方案，控制无线功率的传输包括：根据确定该第一数量小于该第二数量，引起该无线功率传输电路放弃利用该多个线圈中的一个或多个线圈传输无线功率信号。
根据另一个实施方案，该控制电路被进一步配置为根据确定该第一数量小于该第二数量，引起警示，其中该警示包括选自由触觉警示、视觉警示和听觉警示构成的组的警示。
根据另一个实施方案，确定与该多个线圈耦接的无线功率接收装置的该第一数量包括：对与该多个线圈耦接的带内通信收发器的数量进行计数。
根据另一个实施方案，将这些第一测量结果的至少部分解调成数据通信位包括：解调幅移键控信号或频移键控信号。
根据另一个实施方案，该控制电路被进一步配置为使用这些第二测量结果确定指示该充电表面上是否存在预定无线功率接收装置的概率值。
根据另一个实施方案，使用该数据通信位确定与该多个线圈耦接的无线功率接收装置的该第一数量包括：使用该数据通信位来识别来自存在于该充电表面上的每个无线功率接收装置的装置标识符。
根据另一个实施方案，使用这些第二测量结果确定与该多个线圈耦接的潜在无线功率接收装置的该第二数量包括：基于所识别装置标识符来获得表示潜在无线功率接收装置的多个线圈电感测量结果特征模式，以及使用所获得特征模式和这些第二测量结果来确定与该多个线圈耦接的潜在无线功率接收装置的该第二数量。
根据另一个实施方案，这些第二测量结果包括一个或多个电感测量结果、一个或多个品质因子测量结果以及一个或多个耦合系数测量结果。
根据另一个实施方案，该无线功率传输装置包括信号测量电路，该信号测量电路被配置为向该多个线圈中的每个线圈提供激励信号以收集该第二测量结果。
根据一个实施方案，提供了一种具有被配置为接收至少一个无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，该无线功率传输装置包括：多个线圈；无线功率传输电路，该无线功率传输电路耦接到该多个线圈并且被配置为利用该多个线圈传输无线功率信号；以及控制电路，该控制电路被配置为：对存在于该充电表面上的无线功率接收装置的第一数量进行计数；从该多个线圈收集数据；处理该数据以识别该充电表面上对应于潜在无线功率接收装置的区域的第二数量；将该第一数量与该第二数量进行比较；并且使用该无线功率传输电路至少基于该第一数量与该第二数量之间的该比较来控制无线功率的传输。
根据另一个实施方案，使用该无线功率传输电路至少基于该第一数量与该第二数量之间的该比较来控制无线功率的传输包括：响应于确定该第一数量小于该第二数量，引导该无线功率传输电路放弃传输无线功率信号。
根据另一个实施方案，该控制电路被进一步配置为响应于确定该第一数量小于该第二数量，生成指示存在外来物体的警示。
根据另一个实施方案，该控制电路包括信号测量电路，该信号测量电路被配置为通过向该多个线圈中的每个线圈提供激励信号来从该多个线圈收集电感测量结果。
根据另一个实施方案，对存在于该充电表面上的无线功率接收装置的该第一数量进行计数包括：从存在于该充电表面上的每个无线功率接收装置无线地接收装置标识符。
根据另一个实施方案，处理该数据以识别该充电表面上对应于潜在无线功率接收装置的区域的该第二数量包括：基于从每个无线功率接收装置接收的装置标识符来获得每个无线功率接收装置的模板特性，以及对该数据应用这些模板特性以识别该充电表面上对应于潜在无线功率接收装置的区域的该第二数量。
根据一个实施方案，提供了一种具有被配置为接收至少一个无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，该无线功率传输装置包括：多个线圈；无线功率传输电路，该无线功率传输电路耦接到该多个线圈并且被配置为利用该多个线圈传输无线功率信号；以及控制电路，该控制电路被配置为：确定指示该充电表面上存在多少无线功率接收装置的数值；从该多个线圈收集数据；基于来自该多个线圈的该数据，将该充电表面分成各自对应于潜在无线功率接收装置的多个区段；将指示该充电表面上存在多少无线功率接收装置的该数值与该多个区段的计数进行比较；并且使用该无线功率传输电路、至少基于指示该充电表面上存在多少无线功率接收装置的该数值与该多个区段的该计数之间的该比较来控制无线功率的传输。
根据另一个实施方案，确定指示该充电表面上存在多少无线功率接收装置的该数值包括：从存在于该充电表面上的每个无线功率接收装置无线地接收装置标识符，并且其中将该充电表面分成各自对应于潜在无线功率接收装置的该多个区段包括：对来自该多个线圈的该数据应用与每个装置标识符相关联的模板特性，以将该充电表面分成该多个区段。
根据另一个实施方案，使用该无线功率传输电路、至少基于指示该充电表面上存在多少无线功率接收装置的该数值与该多个区段的该计数之间的该比较来控制无线功率的传输包括：响应于确定指示该充电表面上存在多少无线功率接收装置的该数值小于该多个区段的该计数，引导该无线功率传输电路放弃传输无线功率信号。
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可单独实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种具有被配置为接收至少一个无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，所述无线功率传输装置包括：
多个线圈；
无线功率传输电路，所述无线功率传输电路耦接到所述多个线圈并且被配置为利用所述多个线圈传输无线功率信号；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
使用所述多个线圈收集第一测量结果，其中所述第一测量结果包括数据通信信号；
将所述第一测量结果的至少部分解调成数据通信位；
使用所述数据通信位确定与所述多个线圈耦接的无线功率接收装置的第一数量；
使用所述多个线圈收集第二测量结果，其中所述第二测量结果包括选自由电感测量结果、品质因子测量结果以及耦合因子测量结果构成的组的一个或多个测量结果；
使用所述第二测量结果确定与所述多个线圈耦接的潜在无线功率接收装置的第二数量；以及
使用所述无线功率传输电路至少基于所述第一数量和所述第二数量来控制无线功率的传输。
2.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其中控制无线功率的传输包括：
根据确定所述第一数量等于所述第二数量，使得所述无线功率传输电路利用所述多个线圈中的一个或多个线圈来传输无线功率信号。
3.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其中控制无线功率的传输包括：
根据确定所述第一数量小于所述第二数量，使得所述无线功率传输电路放弃利用所述多个线圈中的一个或多个线圈来传输无线功率信号。
4.根据权利要求3所述的无线功率传输装置，其中所述控制电路被进一步配置为：
根据确定所述第一数量小于所述第二数量，引起警示，其中所述警示包括选自由触觉警示、视觉警示和听觉警示构成的组的警示。
5.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其中确定与所述多个线圈耦接的无线功率接收装置的所述第一数量包括：对与所述多个线圈耦接的带内通信收发器的数量进行计数。
6.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其中将所述第一测量结果的至少部分解调成数据通信位包括：解调幅移键控信号或频移键控信号。
7.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其中所述控制电路被进一步配置为使用所述第二测量结果来确定指示所述充电表面上是否存在预定无线功率接收装置的概率值。
8.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其中使用所述数据通信位确定与所述多个线圈耦接的无线功率接收装置的所述第一数量包括：使用所述数据通信位来识别来自存在于所述充电表面上的每个无线功率接收装置的装置标识符。
9.根据权利要求8所述的无线功率传输装置，其中使用所述第二测量结果确定与所述多个线圈耦接的潜在无线功率接收装置的所述第二数量包括：
基于所识别的装置标识符来获得表示潜在无线功率接收装置的线圈电感测量结果的多个特征模式；以及
使用所获得的特征模式和所述第二测量结果来确定与所述多个线圈耦接的潜在无线功率接收装置的所述第二数量。
10.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其中所述第二测量结果包括一个或多个电感测量结果、一个或多个品质因子测量结果以及一个或多个耦合因子测量结果。
11.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，还包括信号测量电路，所述信号测量电路被配置为向所述多个线圈中的每个线圈提供激励信号以收集所述第二测量结果。
12.一种具有被配置为接收至少一个无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，所述无线功率传输装置包括：
多个线圈；
无线功率传输电路，所述无线功率传输电路耦接到所述多个线圈并且被配置为利用所述多个线圈传输无线功率信号；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
对存在于所述充电表面上的无线功率接收装置的第一数量进行计数；
从所述多个线圈收集数据；
处理所述数据以识别所述充电表面上与潜在的无线功率接收装置相对应的区域的第二数量；
将所述第一数量与所述第二数量进行比较；以及
使用所述无线功率传输电路至少基于所述第一数量与所述第二数量之间的所述比较来控制无线功率的传输。
13.根据权利要求12所述的无线功率传输装置，其中使用所述无线功率传输电路至少基于所述第一数量与所述第二数量之间的所述比较来控制无线功率的传输包括：
响应于确定所述第一数量小于所述第二数量，引导所述无线功率传输电路放弃传输无线功率信号。
14.根据权利要求12所述的无线功率传输装置，其中所述控制电路被进一步配置为：
响应于确定所述第一数量小于所述第二数量，生成指示存在外来物体的警示。
15.根据权利要求12所述的无线功率传输装置，其中所述控制电路包括信号测量电路，所述信号测量电路被配置为通过向所述多个线圈中的每个线圈提供激励信号来从所述多个线圈收集电感测量结果。
16.根据权利要求15所述的无线功率传输装置，其中对存在于所述充电表面上的无线功率接收装置的所述第一数量进行计数包括：从存在于所述充电表面上的每个无线功率接收装置无线地接收装置标识符。
17.根据权利要求16所述的无线功率传输装置，其中处理所述数据以识别所述充电表面上与潜在的无线功率接收装置相对应的区域的所述第二数量包括：
基于从每个无线功率接收装置接收的装置标识符来获得每个无线功率接收装置的模板特性；以及
对所述数据应用所述模板特性以识别所述充电表面上与潜在的无线功率接收装置相对应的区域的所述第二数量。
18.一种具有被配置为接收至少一个无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，所述无线功率传输装置包括：
多个线圈；
无线功率传输电路，所述无线功率传输电路耦接到所述多个线圈并且被配置为利用所述多个线圈传输无线功率信号；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
确定指示所述充电表面上存在多少无线功率接收装置的数值；
从所述多个线圈收集数据；
基于来自所述多个线圈的所述数据，将所述充电表面分成各自与潜在的无线功率接收装置相对应的多个区段；
将指示所述充电表面上存在多少无线功率接收装置的所述数值与所述多个区段的计数进行比较；以及
使用所述无线功率传输电路至少基于指示所述充电表面上存在多少无线功率接收装置的所述数值与所述多个区段的所述计数之间的所述比较来控制无线功率的传输。
19.根据权利要求18所述的无线功率传输装置，其中确定指示所述充电表面上存在多少无线功率接收装置的所述数值包括：从存在于所述充电表面上的每个无线功率接收装置无线地接收装置标识符，并且其中将所述充电表面分成各自与潜在的无线功率接收装置相对应的所述多个区段包括：对来自所述多个线圈的所述数据应用与每个装置标识符相关联的模板特性，以将所述充电表面分成所述多个区段。
20.根据权利要求18所述的无线功率传输装置，其中使用所述无线功率传输电路至少基于指示所述充电表面上存在多少无线功率接收装置的所述数值与所述多个区段的所述计数之间的所述比较来控制无线功率的传输包括：
响应于确定指示所述充电表面上存在多少无线功率接收装置的所述数值小于所述多个区段的所述计数，引导所述无线功率传输电路放弃传输无线功率信号。
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