CN109756033A - 无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法，其中，装置包括电源发送设备；电源发送设备包括：频率调节模块，用于调节电源发送设备的谐振频率；发送端控制模块，用于控制频率调节模块实现对该电源发送设备的谐振频率的调节；第一电感；第一电容；第一电感与第一电容相串联，频率调节模块并联于第一电容的两端，发送端控制模块与频率调节模块相连接；当装置处于正常充电模式下，装置工作于第一谐振频率状态；当装置处于异物检测模式下下，装置工作于第二谐振频率状态，通过对频率调节模块的控制，改变电源发送设备的谐振频率，提高金属异物对无线充电系统的影响。采用该种装置及方法可有效检测出无线充电系统中的金属异物。

Description

无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法

技术领域

本发明涉及无线充电领域，特别涉及无线充电设备中的金属异物检测领域，具体是指一种无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法。

背景技术

无线充电是利用电磁感应等技术，在充电器和设备之间进行非接触式能量传输的一种技术。由于充电器和设备之间无需接触，可以通过空气传输能量，设备可以实现高密封性和低物理磨损，具有可靠性高、寿命长、安全性能好的特点。充电器通过发送线圈输出能量，设备通过接收线圈接收能量，由于线圈间的空气气隙中产生了交变磁场。若气隙中存在金属异物，则会在金属异物内产生涡流，导致异物发热引发安全问题，同时也会影响无线充电系统的整体能量传输效率，因此需要对无线充电系统中出现的异物能够进行检测。

现有无线充电应用中的异物检测方法一般是基于功率损耗，无金属异物情况下，正常充电过程中发送端和接收端的电参数都是可监控的，有异物时由于部分功率被金属异物吸收，系统整体效率降低。比如在接收端接收功率保持不变的情况下发送端输出功率增加，发送电流增大，或者发送端输出功率保持不变的情况下接收端输出功率减小，通过这些电参数的变化可以检测出是否有金属异物。

此方法在有些情况下，比如金属异物吸收的功率占比超过10％时，金属异物是比较容易检测到的。但是，在有些情况下，金属异物吸收的功率占比比较小，甚至只有不到1％，因为发送端和接收端的器件参数误差一般为5～10％，采样精度为1％～3％，金属异物的影响淹没在这些精度误差范围之内，所以金属异物则不易被检测到。需要增加特殊的额外检测装置来检测金属异物，或者采用特殊的结构工艺排除金属异物的方式来避免金属异物对系统的影响。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种有效的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法。

为了实现上述的目的，本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法如下：

该无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其主要特点是，所述的装置包括电源发送设备；

所述的电源发送设备包括：

频率调节模块，用于调节所述的电源发送设备的谐振频率；

发送端控制模块，用于控制所述的频率调节模块实现对该电源发送设备的谐振频率的调节；

第一电感；

第一电容；

所述的第一电感与所述的第一电容相串联，所述的频率调节模块并联于所述的第一电容的两端，所述的发送端控制模块与所述的频率调节模块相连接；

当所述的装置处于正常充电模式下，所述的发送端控制模块对所述的频率调节模块进行调节，使得所述的装置工作于第一谐振频率状态；

当所述的装置处于异物检测模式下下，所述的发送端控制模块对所述的频率调节模块进行调节，使得所述的装置工作于第二谐振频率状态。

较佳地，所述的频率调节模块包括一个可控开关器件，该可控开关器件的控制端与所述的发送端控制模块相连接，所述的频率调节模块通过该可控开关器件的通断状态选择性地并联于所述的第一电容两端，该可控型器件的控制端与所述的发送端控制模块相连接；

当所述的装置处于正常充电模式下，所述的可控开关器件为断开状态，所述的频率调节模块未并联于所述的第一电容两侧，仅由所述的第一电感及所述的第一电容确定所述的电源发送设备的谐振频率的大小，所述的装置工作于第一谐振频率状态；

当所述的装置处于异物检测模式下，所述的可控开关器件为接通状态，所述的频率调节模块接通并联于所述的第一电容两侧，由所述的第一电感、第一电容及频率调节模块共同确定所述的电源发送设备的谐振频率的大小，所述的装置工作于第二谐振频率状态。

较佳地，所述的频率调节模块包括第二电容和第一可控开关器件，所述的第二电容与所述的第一可控开关器件相串联，且并联跨接于所述的第一电容的两端，所述的第一可控开关器件的控制端与所述的发送端控制模块相连接。

更佳的，所述的第二电容的电容量为所述的第一电容的电容量的三倍。

较佳地，所述的电源发送设备还包括第一电参数采集模块，用于采集所述的电源发送设备的电参数，该第一电参数采集模块与所述的发送端控制模块相连接。

较佳地，所述的装置还包括驱动模块，所述的发送端控制模块通过该驱动模块与所述的频率调节模块相连接，该驱动模块用于将所述的发送端控制模块发送的作为控制信号的电压低的数字信号进行调整为电压高的模拟信号，控制所述的频率调节模块。

较佳地，所述的电源发送设备还包括逆变模块，所述的第一电感与所述的第一电容并联跨接于所述的逆变模块的两端，所述的发送端控制模块与该逆变模块相连接，所述的发送端控制模块用于控制所述的逆变模块；或者

所述的装置还包括驱动模块，所述的电源发送设备中还包括逆变模块，所述的第一电感与所述的第一电容并联跨接于所述的逆变模块的两端，所述的发送端控制模块通过该驱动模块与所述的频率调节模块及逆变模块相连接，该驱动模块用于将所述的发送端控制模块发送的作为控制信号的电压低的数字信号进行调整为电压高的模拟信号，控制所述的逆变模块与所述的频率调节模块。

较佳地，所述的逆变模块包括第二可控开关器件、第三可控开关器件、第四可控开关器件以及第五可控开关器件；所述的第二可控开关器件和第三可控开关器件依次串接于所述的外部稳压源与地之间，且所述的第四可控开关器件和第五可控开关器件依次串接于所述的外部稳压源与地之间；所述的第一电感的第一端接于所述的第二可控开关器件与第三可控开关器件之间，且该第一电感的第二端通过所述的第一电容接于所述的第四可控开关器件与第五可控开关器件之间，所述的第二可控开关器件的控制端、第三可控开关器件的控制端、第四可控开关器件的控制端和第五可控开关器件的控制端均与所述的发送端控制模块相连接，且该发送端控制模块通过对所述的第二可控开关器件的控制端、第三可控开关器件的控制端、第四可控开关器件的控制端和第五可控开关器件的控制端的控制使得该逆变模块工作于全桥逆变状态；

所述的发送端控制模块控制所述的第四可控开关器件一直处于断开状态、第五可控开关器件一直处于闭合状态，且该发送端控制模块通过对所述的第二可控开关器件与第三可控开关器件的控制端的控制使得该逆变模块工作于半桥逆变状态；

当所述的装置工作于正常工作模式下，所述的逆变模块工作于全桥逆变状态；

当所述的装置工作于异物检测模式下，所述的逆变模块工作于全桥逆变状态或半桥逆变状态。

较佳地，所述装置中还包括与外部受电设备相连接的电源接收设备，所述电源接收设备包括：

第二电感，该第一电感接收所述的电源发送设备输入的能量；

第三电容；

第二电参数采集模块，采集所述的电源接收设备的电参数；

整流模块；

稳压模块；以及

接收端控制模块；

所述的第二电参数采集模块与所述的第二电感以及第二电容相连接，所述的第二电感的第一端直接连接所述的整流模块，且该第二电感的第二端通过所述的第三电容与所述的整流模块相连接，所述的整流模块还通过所述的稳压模块与所述的外部受电设备相连接；所述的接收端控制模块分别与所述的整流模块、稳压模块以及第二电参数采集模块相连接。

该基于上述装置实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其主要特点是，所述的发送端控制模块控制该频率调节模块调节所述的电源发送设备的谐振频率，然后进行金属异物检测控制处理操作；其中：

在所述的装置工作于正常充电模式的情形下，所述的发送端控制模块控制该频率调节模块将该装置调节在第一谐振频率状态下工作；

在所述的装置工作于异物检测模式的情形下，所述的发送端控制模块控制该频率调节模块将该装置调节在第二谐振频率状态下工作。

较佳地，当所述的装置工作于正常工作模式下时，所述逆变模块处于全桥逆变状态；

当所述的装置工作于异物检测模式下时，所述逆变模块工作于全桥逆变状态或半桥逆变状态。

较佳地，所述的进行金属异物检测控制处理操作，包括以下步骤：

(1)将所述的装置的当前电参数与系统预置在所述的发送端控制模块的阈值表中的阈值组进行比对；

(2)以所述的装置的当前电参数与系统预置在所述的发送端控制模块的阈值表中的阈值的比对结果为依据，得到所述的无线充电系统中是否有异物的检测结果；

(3)如检测结果为所述的无线充电系统中有异物时，则继续后续步骤(4)，否则继续后续步骤(5)；

(4)所述的金属异物检测装置发出警报，并结束检测工作；

(5)将所述的装置当前工作模式切换为正常充电模式；

(6)所述的无线充电系统开始充电。

更佳地，所述的步骤(1)包括以下步骤：

(11)所述的第一电参数采集模块检测所述的电源发送设备中的第一电参数；

(12)所述的电源发送设备获取电源接收设备中的第二电参数；

(13)将所述的电源发送设备中的第一电参数以及所述的电源接收设备中的第二电参数与系统预置在所述的发送端控制模块的阈值表中的阈值进行比对。

更进一步的，所述的步骤(2)包括以下步骤：

(21)根据所述的电源接收设备中的第二电参数查找出所述的阈值表中与所述的电源接收设备中的第二电参数对应的第一阈值；

(22)将所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的第一阈值进行比对；

(23)判断所述的电源发送设备中的第一电参数是否大于所述的第一阈值；

(24)若所述的电源发送设备中的第一电参数大于所述的第一阈值，则确定检测结果为所述的无线充电系统中有异物，并继续后续步骤(3)；否则确定检测结果为所述的无线充电系统中不存在异物，并继续后续步骤(3)。

更进一步的，所述的步骤(2)包括以下步骤：

(21a)根据所述的电源发送设备中的第一电参数查找出所述的阈值表中与所述的电源发送设备中的第一电参数对应的第二阈值；

(22a)将所述的电源接收设备中的第二电参数与所述的第二阈值进行比对；

(23a)判断所述的电源接收设备中的第二电参数是否小于所述的第二阈值；

(24a)若所述的电源接收设备中的第二电参数小于所述的第二阈值，则确定所述的无线充电系统中有异物的检测结果并继续后续步骤(3)，否则确定所述的无线充电系统中不存在异物的检测结果并继续后续步骤(3)。

更进一步的，所述的步骤(2)包括以下步骤：

(21b)求所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值；

(22b)根据所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值，查找出所述的阈值表中与所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值对应的第三阈值；

(23b)将所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值与所述的第三阈值进行比对；

(24b)判断所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值是否大于所述的第三阈值；

(25b)若所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值大于所述的第三阈值，则确定检测结果为所述的无线充电系统中有异物，并继续后续步骤(3)；否则确定检测结果为所述的无线充电系统中不存在异物，并继续后续步骤(3)。

较佳地，所述的步骤(1)前还包括以下步骤：

(0.1)进入异物检测模式，判断当前所述的装置的电源发送设备的谐振频率为异物检测模式对应的第二谐振频率还是正常充电模式对应的第一谐振频率；

(0.2)如果所述的电源发送设备的谐振频率为正常充电模式对应的第一谐振频率，则继续步骤(0.3)；如果所述的电源发送设备的谐振频率为异物检测模式对应的第二谐振频率，则继续步骤(1)；

(0.3)将所述的电源发送设备的谐振频率调整为异物检测模式对应的第二谐振频率，并继续步骤(1)。

较佳地，所述的步骤(6)后还包括以下步骤：

(7)所述的无线充电系统充电持续系统预置的时间T后，返回上述步骤(1)。

采用了本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法，无需增加特殊的额外检测装置来检测金属异物，或者采用特殊的结构工艺排除金属异物的方式来避免金属异物对系统的影响，通过控制频率调节模块，改变所述的电源发送设备的谐振频率，提高金属异物对无线充电系统功率的影响，在无线充电系统内部就能构造检测控制装置及方法，有效检测出无线充电系统中的金属异物，成本低、效果可靠。

附图说明

图1为一实施例中本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法中的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置的原理图。

图2为一实施例中本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法中的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置正常工作模式下的逆变模块及频率调节模块的电路图。

图3为一实施例中本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法中的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置异物检测工作模式下的逆变模块及频率调节模块的电路图。

图4为一实施例中本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法中的实现无线充电系统中的金属异物检测控制的方法中阈值表形成流程图。

图5为一实施例中本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法中的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法中的异物检测模式工作流程图。

图6为本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法中的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法中在不同谐振频率下的接收端吸收能量与频率的关系图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。下面参考附图详细描述本发明的各实施方式。

本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法中的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其中，所述的装置包括电源发送设备1；

所述的电源发送设备1包括：

频率调节模块105，用于调节所述的电源发送设备1的谐振频率；

发送端控制模块102，用于控制所述的频率调节模块实现对该电源发送设备的谐振频率的调节；

第一电感L1；

第一电容C1；

所述的第一电感L1与所述的第一电容C1相串联，所述的频率调节模块105并联于所述的第一电容C1的两端，所述的发送端控制模块102与所述的频率调节模块105相连接；

当所述的装置处于正常充电模式下，所述的发送端控制模块102对所述的频率调节模块 105进行调节，使得所述的装置工作于第一谐振频率状态；

当所述的装置处于异物检测模式下下，所述的发送端控制模块102对所述的频率调节模块105进行调节，使得所述的装置工作于第二谐振频率状态。

在上述实施例中，所述的频率调节模块105包括一个可控开关器件，该可控开关器件的控制端与所述的发送端控制模块102相连接，所述的频率调节模块105通过该可控开关器件的通断状态选择性地并联于所述的第一电容C1两端，该可控型器件的控制端与所述的发送端控制模块102相连接；

当所述的装置处于正常充电模式下，所述的可控开关器件为断开状态，所述的频率调节模块105未并联于所述的第一电容C1两侧，仅由所述的第一电感L1及所述的第一电容C1 确定所述的电源发送设备的谐振频率的大小，所述的装置工作于第一谐振频率状态；

当所述的装置处于异物检测模式下，所述的可控开关器件为接通状态，所述的频率调节模块105接通并联于所述的第一电容C1两侧，由所述的第一电感L1、第一电容C1及频率调节模块105共同确定所述的电源发送设备的谐振频率的大小，所述的装置工作于第二谐振频率状态。

在上述实施例中，所述的频率调节模块105包括第二电容C2和第一可控开关器件，所述的第二电容C2与所述的第一可控开关器件相串联，且并联跨接于所述的第一电容C1的两端，所述的第一可控开关器件的控制端与所述的发送端控制模块102相连接。

在上述实施例中，所述的第二电容C2的电容量为所述的第一电容C1的电容量的三倍。

在上述实施例中，所述的电源发送设备还包括第一电参数采集模块103，用于采集所述的电源发送设备的电参数，该第一电参数采集模块103与所述的发送端控制模块102相连接。

在上述实施例中，所述的装置还包括驱动模块104，所述的发送端控制模块102通过该驱动模块104与所述的频率调节模块105相连接，该驱动模块104用于将所述的发送端控制模块102发送的作为控制信号的电压低的数字信号进行调整为电压高的模拟信号，控制所述的频率调节模块105。

在上述实施例中，所述的电源发送设备还包括逆变模块101，所述的第一电感L1与所述的第一电容C1并联跨接于所述的逆变模块101的两端，所述的发送端控制模块102与该逆变模块101相连接，所述的发送端控制模块102用于控制所述的逆变模块101；或者

所述的装置还包括驱动模块104，所述的电源发送设备中还包括逆变模块101，所述的第一电感L1与所述的第一电容C1并联跨接于所述的逆变模块101的两端，所述的发送端控制模块102通过该驱动模块104与所述的频率调节模块105及逆变模块101相连接，该驱动模块104用于将所述的发送端控制模块102发送的作为控制信号的电压低的数字信号进行调整为电压高的模拟信号，控制所述的逆变模块101与所述的频率调节模块105。

在上述实施例中，所述的逆变模块101包括第二可控开关器件、第三可控开关器件、第四可控开关器件以及第五可控开关器件；所述的第二可控开关器件和第三可控开关器件依次串接于所述的外部稳压源与地之间，且所述的第四可控开关器件和第五可控开关器件依次串接于所述的外部稳压源与地之间；所述的第一电感L1的第一端接于所述的第二可控开关器件与第三可控开关器件之间，且该第一电感L1的第二端通过所述的第一电容C1接于所述的第四可控开关器件与第五可控开关器件之间，所述的第二可控开关器件的控制端、第三可控开关器件的控制端、第四可控开关器件的控制端和第五可控开关器件的控制端均与所述的发送端控制模块102相连接，且该发送端控制模块102通过对所述的第二可控开关器件的控制端、第三可控开关器件的控制端、第四可控开关器件的控制端和第五可控开关器件的控制端的控制使得该逆变模块101工作于全桥逆变状态；

也可以是所述的发送端控制模块102控制所述的第四可控开关器件一直处于断开状态、第五可控开关器件一直处于闭合状态，且该发送端控制模块102通过对所述的第二可控开关器件与第三可控开关器件的控制端的控制使得该逆变模块101工作于半桥逆变状态；

当所述的装置工作于正常工作模式下，所述的逆变模块101工作于全桥逆变状态；

当所述的装置工作于异物检测模式下，所述的逆变模块101工作于全桥逆变状态或半桥逆变状态。

在上述实施例中，所述装置中还包括与外部受电设备4相连接的电源接收设备2，所述电源接收设备2包括：

第二电感L2，该第一电感L1接收所述的电源发送设备输入的能量；

第三电容C3；

第二电参数采集模块，采集所述的电源接收设备2的电参数；

整流模块；

稳压模块；以及

接收端控制模块；

所述的第二电参数采集模块与所述的第二电感L2以及第二电容C2相连接，所述的第二电感L2的第一端直接连接所述的整流模块，且该第二电感L2的第二端通过所述的第三电容 C3与所述的整流模块相连接，所述的整流模块还通过所述的稳压模块与所述的外部受电设备 4相连接；所述的接收端控制模块分别与所述的整流模块、稳压模块以及第二电参数采集模块相连接。

在上述实施例中，本发明的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其中，所述的进行金属异物检测控制处理操作，包括以下步骤：

所述的发送端控制模块102控制该频率调节模块105调节所述的电源发送设备的谐振频率，然后进行金属异物检测控制处理操作；其中：

在所述的装置工作于正常充电模式的情形下，所述的发送端控制模块102控制该频率调节模块105将该装置调节在第一谐振频率状态下工作；

在所述的装置工作于异物检测模式的情形下，所述的发送端控制模块102控制该频率调节模块105将该装置调节在第二谐振频率状态下工作。

在上述实施例中，当所述的装置工作于正常工作模式下时，所述逆变模块101处于全桥逆变状态；

当所述的装置工作于异物检测模式下时，所述逆变模块101工作于全桥逆变状态或半桥逆变状态。

(0.1)进入异物检测模式，判断当前所述的装置的电源发送设备的谐振频率为异物检测模式对应的第二谐振频率还是正常充电模式对应的第一谐振频率；

(0.2)如果所述的电源发送设备的谐振频率为正常充电模式对应的第一谐振频率，则继续步骤(0.3)；如果所述的电源发送设备的谐振频率为异物检测模式对应的第二谐振频率，则继续步骤(1)；

(0.3)将所述的电源发送设备的谐振频率调整为异物检测模式对应的第二谐振频率，并继续步骤(1)；

(1)将所述的装置的当前电参数与系统预置在所述的发送端控制模块102的阈值表中的阈值组进行比对，该步骤具体包括如下步骤：

(11)所述的第一电参数采集模块103检测所述的电源发送设备中的第一电参数；

(12)所述的电源发送设备获取电源接收设备2中的第二电参数；

(13)将所述的电源发送设备中的第一电参数以及所述的电源接收设备2中的第二电参数与系统预置在所述的发送端控制模块102的阈值表中的阈值进行比对；

(2)以所述的装置的当前电参数与系统预置在所述的发送端控制模块102的阈值表中的阈值的比对结果为依据，得到所述的无线充电系统中是否有异物的检测结果，该步骤可以具体包括如下步骤：

(21)根据所述的电源接收设备2中的第二电参数查找出所述的阈值表中与所述的电源接收设备2中的第二电参数对应的第一阈值；

(22)将所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的第一阈值进行比对；

(23)判断所述的电源发送设备中的第一电参数是否大于所述的第一阈值；

(24)若所述的电源发送设备中的第一电参数大于所述的第一阈值，则确定检测结果为所述的无线充电系统中有异物，并继续后续步骤(3)；否则确定检测结果为所述的无线充电系统中不存在异物，并继续后续步骤(3)；

该步骤也可以包括如下具体步骤：

(21a)根据所述的电源发送设备中的第一电参数查找出所述的阈值表中与所述的电源发送设备中的第一电参数对应的第二阈值；

(22a)将所述的电源接收设备2中的第二电参数与所述的第二阈值进行比对；

(23a)判断所述的电源接收设备2中的第二电参数是否小于所述的第二阈值；

(24a)若所述的电源接收设备2中的第二电参数小于所述的第二阈值，则确定所述的无线充电系统中有异物的检测结果并继续后续步骤(3)，否则确定所述的无线充电系统中不存在异物的检测结果并继续后续步骤(3)。

该步骤还可以包括如下具体步骤：

(21b)求所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备2中的第二电参数的差值；

(22b)根据所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备2中的第二电参数的差值，查找出所述的阈值表中与所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备2中的第二电参数的差值对应的第三阈值；

(23b)将所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备2中的第二电参数的差值与所述的第三阈值进行比对；

(24b)判断所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备2中的第二电参数的差值是否大于所述的第三阈值；

(25b)若所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备2中的第二电参数的差值大于所述的第三阈值，则确定检测结果为所述的无线充电系统中有异物，并继续后续步骤(3)；否则确定检测结果为所述的无线充电系统中不存在异物，并继续后续步骤(3)；

(3)如检测结果为所述的无线充电系统中有异物时，则继续后续步骤(4)，否则继续后续步骤(5)；

(4)所述的金属异物检测装置发出警报，并结束检测工作；

(5)将所述的装置当前工作模式切换为正常充电模式；

(6)所述的无线充电系统开始充电；

(7)所述的无线充电系统充电持续系统预置的时间T后，返回上述步骤(1)。

所述的系统预置在所述的发送端控制模块102的阈值表中的阈值，可由以下方式进行设定：

在无异物状况下，所述的电源发送设备将所述的装置当前工作模式切换为异物检测模式；

所述的第一电参数采集模块103检测所述的电源发送设备中的电参数，所述的第二电参数采集模块检测所述的电源接收设备2中各项电参数，并将所述的电源接收设备2中各项电参数打包为接收功率包；

所述的电源发送设备获取所述的接收功率包，将上述步骤中的发送设备和接收设备电参数由小到大对应排列，分别获取无异物时在不同功率下，所述的电源发送设备的电参数对应的所述的电源接收设备2的电参数。将所述的各个电参数对应设为参考阈值，存入所述的发送端控制模块102，存为阈值表。

上述阈值表的设定方式只是一个例子，并不包含于本发明的无线充电系统中基于功率损耗的金属异物检测的装置及方法中。

在上述实施例中，第一谐振频率状态即正常充电状态下，所述的电源发送设备的谐振频率为第一谐振频率状态即异物检测模式下，所述的电源发送设备的谐振频率为其中，L1为所述的第一电感L1的电感量，C1为第一电容C1 的电容量，C2为第二电容C2的电容量，C2＝3*C1，在该具体实施例中，第二谐振频率f_tx2是第一谐振频率f_tx1的一半，其中，电容值的选择是基于频率的要求，第二谐振频率f_tx2是第一谐振频率f_tx1的一半是一种较佳的方案，当两个谐振频率的比值在80％以上时，由于两谐振频率相差不大，导致测量效果不明显，但是第二谐振频率的取值也不能过小，如果第二谐振频率过小会使异物难以发热，异物无法吸收足够的功率，也就难以检测到异物的存在，比如本实施例中的L取值为10uH，C1取值为250nF，C2取值为50nF时，第一谐振频率的值为100HZ，第二谐振频率为50HZ就是一个较好的取值，即第二谐振频率f_tx2是第一谐振频率f_tx1取值的40％-60％作用比较好。

在该具体实施例中，说明了本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法工作可以在全桥模式下的工作状态，也可以工作在半桥状态，只要将其中的逆变模块101 切换为半桥模式即可。

本发明无论工作在半桥逆变状态还是全桥逆变状态均能有效检测出无线充电系统中的金属异物，在检测过程中，为了提高安全等级，防止检测时，无线充电系统中有金属异物，功率过大，带来的严重发热，将装置在检测时，可以将无线充电系统的逆变模块101调节为半桥工作模式，只需运用发送端控制模块102对逆变模块101进行调整即可，无论哪种逆变状态均可检测到异物。

下面结合图1至图6具体介绍本发明无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法在具体实施例中的应用，及其相关原理。

如图1及图2所示，正常充电模式下，发送端控制模块(102)通过驱动模块(104)驱动逆变模块(101)，将稳压源(3)提供的电能传输给发送端(即所述的电源发送设备)线圈L1使其产生交变电磁场，向外传输能量，接收端(即所述的电源接收设备)线圈L2感应到能量后经过整流模块和稳压模块将电能送给受电设备(4)。当异物进入发送端和接收端之间的充电区域时，会吸收能量发热，同时接收端提供的能量变高，导致电参数采集模块(103)监测到的数据发生变化。正常充电模式时，发送端谐振频率为

如图3所示，在异物检测模式下，改变发送端的结构，见下图。改变部件101的工作方式，与发送线圈L1联系端的控制信号不变，与电容C1端的控制信号变为接地端的开关闭合导通，接稳压源端的开关打开悬空；增加一个电容C2与原C1并联(105)。发送端的谐振频率就变为所以f_tx2<f_tx1。这种电路结构使部件101由全桥驱动变为半桥驱动，输出能量能低，接收端接收到的能量也低，可以保证在异物检测模式下整个系统的能量限定在较小的范围内，本发明也可以工作于全桥模式，即发送端控制模块控制逆变模块工作于全桥模式使逆变模式中的四个可控型开关器件按全控方式进行通断即可。

以下为一具体实施例中本发明的基于功率损耗无线充电系统中金属异物检测的装置及方法的一组实验数据，开启充电后，发送端工作在第二工作频率，有异物和无异物的情况下，采集模块(103)中的电流参数的测试数据，可以有效分辨出有无异物的区别，具体数据如下表所示：

如图4所示，在无异物状态下，发送端和接收端开始充电后，工作频率设定为第二工作频率。发送端开始检测，当受电设备在不同功率下，获取发送端无异物时电参数，设为参考阈值，存入发送端控制模块。

异物检测工作流程如图5所示，当系统进入充电阶段后，发送端切换驱动电路为半桥逆变结构，工作频率设置为第二工作频率，进入异物检测模式。发送端开始检测各项电参数，同时获取接收端的接收功率包，根据收到的接收功率包查找预存在发送端的阈值表。将当前测试的电参数与阈值表中的阈值比较，大于阈值时判断为存在异物，报警；反之无异物，发送端驱动电路切换回全桥逆变结果，工作频率切换到第一工作频率，回到正常充电模式。

在大功率无线充电系统中实测结果如下表，采用了频率偏移方法后，可以将更轻薄的金属异物检测出来，本发明与现有技术的测试方法测试效果的对比如下表所示：

在上述实验中所采用的异物#1与异物#2的体积与厚薄程度相对接近，但二者形状不同。

本发明运用的原理如下：

在大功率无线充电应用下要检测出金属异物，需要提高异物对整个系统的影响，增加异物吸收的功率占比。一般情况下，异物是无法预知和控制的，但是反过来可以降低接收端吸收的功率占比，相应提高异物吸收的功率占比。要降低接收端吸收的功率，可以通过将接收端工作频率偏移谐振频率点。无线充电系统在正常工作时，发送端和接收端的谐振频率接近，而工作频率略高于两者的谐振频率。将发送端谐振频率下调，同时工作频率也相应下调，使当前工作频率偏移接收端的谐振频率更远，从而降低接收端吸收的能量。如图6，实线反映接收端吸收到的能量，发送端的第一谐振频率f_tx1偏移到第二谐振频率f_tx2，接收端的谐振频率frx保持不变，而系统的第一工作频率f_op1也偏移到了第二工作频率f_op2，导致接收端吸收到的能量P_rx2降低；同时异物吸收的能量在f_op1和f_op2变化不大，因此最终异物吸收能量在整个系统中的占比变大，也就是说，发送端和接收端的谐振频率是二者的固有频率，这两个频率仅受各自的电容与电感大小的影响，而工作频率与谐振频率有一定关系，工作频率往往是稍偏离谐振频率，在充电状态时，由谐振频率与工作频率比较接近来保证接收端吸收的能量是比较多的(在这种情况下，系统的充电效率较高，否则会造成能量浪费)，而检测模式下，发送端切换到第二谐振频率时，使得系统工作频率变化，接收端吸收的能量就发生明显变化， (因为此时的工作频率偏离接收端的谐振频率较多)，而两个工作频率对在异物上产生涡流的影响变化不大，所以异物吸收的能量变化也不大。

在金属异物检测问题中，本发明解决了小功率无线充电应用的功率算法无法适用于大功率无线充电应用的瓶颈，提高了大功率无线充电应用中金属异物检测的准确率。本发明采用了偏离了充电频率的第二工作频率，避免了异物检测阶段时对接收端的影响。增加的硬件结构简单，成本较低，可适用于从小功率到中大功率不同级别的相同应用。

采用了本发明的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置及其方法，无需增加特殊的额外检测装置来检测金属异物，或者采用特殊的结构工艺排除金属异物的方式来避免金属异物对系统的影响，通过控制频率调节模块，改变所述的电源发送设备的谐振频率，提高金属异物对无线充电系统功率的影响，在无线充电系统内部就能构造检测控制装置及方法，有效检测出无线充电系统中的金属异物，成本低、效果可靠。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的装置包括电源发送设备；

所述的电源发送设备包括：

频率调节模块，用于调节所述的电源发送设备的谐振频率；

发送端控制模块，用于控制所述的频率调节模块实现对该电源发送设备的谐振频率的调节；

第一电感；

第一电容；

所述的第一电感与所述的第一电容相串联，所述的频率调节模块并联于所述的第一电容的两端，所述的发送端控制模块与所述的频率调节模块相连接；

当所述的装置处于正常充电模式下，所述的发送端控制模块对所述的频率调节模块进行调节，使得所述的装置工作于第一谐振频率状态；

当所述的装置处于异物检测模式下下，所述的发送端控制模块对所述的频率调节模块进行调节，使得所述的装置工作于第二谐振频率状态。

2.根据权利要求1所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的频率调节模块包括一个可控开关器件，该可控开关器件的控制端与所述的发送端控制模块相连接，所述的频率调节模块通过该可控开关器件的通断状态选择性地并联于所述的第一电容两端，该可控型器件的控制端与所述的发送端控制模块相连接；

当所述的装置处于正常充电模式下，所述的可控开关器件为断开状态，所述的频率调节模块未并联于所述的第一电容两侧，仅由所述的第一电感及所述的第一电容确定所述的电源发送设备的谐振频率的大小，所述的装置工作于第一谐振频率状态；

当所述的装置处于异物检测模式下，所述的可控开关器件为接通状态，所述的频率调节模块接通并联于所述的第一电容两侧，由所述的第一电感、第一电容及频率调节模块共同确定所述的电源发送设备的谐振频率的大小，所述的装置工作于第二谐振频率状态。

3.根据权利要求1所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的频率调节模块包括第二电容和第一可控开关器件，所述的第二电容与所述的第一可控开关器件相串联，且并联跨接于所述的第一电容的两端，所述的第一可控开关器件的控制端与所述的发送端控制模块相连接。

4.根据权利要求3所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的第二电容的电容量为所述的第一电容的电容量的三倍。

5.根据权利要求1所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的电源发送设备还包括第一电参数采集模块，用于采集所述的电源发送设备的电参数，该第一电参数采集模块与所述的发送端控制模块相连接。

6.根据权利要求1所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的装置还包括驱动模块，所述的发送端控制模块通过该驱动模块与所述的频率调节模块相连接，该驱动模块用于将所述的发送端控制模块发送的作为控制信号的电压低的数字信号进行调整为电压高的模拟信号，控制所述的频率调节模块。

7.根据权利要求1所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的电源发送设备还包括逆变模块，所述的第一电感与所述的第一电容并联跨接于所述的逆变模块的两端，所述的发送端控制模块与该逆变模块相连接，所述的发送端控制模块用于控制所述的逆变模块；或者

所述的装置还包括驱动模块，所述的电源发送设备中还包括逆变模块，所述的第一电感与所述的第一电容并联跨接于所述的逆变模块的两端，所述的发送端控制模块通过该驱动模块与所述的频率调节模块及逆变模块相连接，该驱动模块用于将所述的发送端控制模块发送的作为控制信号的电压低的数字信号进行调整为电压高的模拟信号，控制所述的逆变模块与所述的频率调节模块。

8.根据权利要求1所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述的逆变模块包括第二可控开关器件、第三可控开关器件、第四可控开关器件以及第五可控开关器件；所述的第二可控开关器件和第三可控开关器件依次串接于所述的外部稳压源与地之间，且所述的第四可控开关器件和第五可控开关器件依次串接于所述的外部稳压源与地之间；所述的第一电感的第一端接于所述的第二可控开关器件与第三可控开关器件之间，且该第一电感的第二端通过所述的第一电容接于所述的第四可控开关器件与第五可控开关器件之间，所述的第二可控开关器件的控制端、第三可控开关器件的控制端、第四可控开关器件的控制端和第五可控开关器件的控制端均与所述的发送端控制模块相连接，且该发送端控制模块通过对所述的第二可控开关器件的控制端、第三可控开关器件的控制端、第四可控开关器件的控制端和第五可控开关器件的控制端的控制使得该逆变模块工作于全桥逆变状态；

所述的发送端控制模块控制所述的第四可控开关器件一直处于断开状态、第五可控开关器件一直处于闭合状态，且该发送端控制模块通过对所述的第二可控开关器件与第三可控开关器件的控制端的控制使得该逆变模块工作于半桥逆变状态；

当所述的装置工作于正常工作模式下，所述的逆变模块工作于全桥逆变状态；

当所述的装置工作于异物检测模式下，所述的逆变模块工作于全桥逆变状态或半桥逆变状态。

9.根据权利要求1所述的无线充电系统中实现金属异物检测控制的装置，其特征在于，所述装置中还包括与外部受电设备相连接的电源接收设备，所述电源接收设备包括：

第二电感，该第一电感接收所述的电源发送设备输入的能量；

第三电容；

第二电参数采集模块，采集所述的电源接收设备的电参数；

整流模块；

稳压模块；以及

接收端控制模块；

所述的第二电参数采集模块与所述的第二电感以及第二电容相连接，所述的第二电感的第一端直接连接所述的整流模块，且该第二电感的第二端通过所述的第三电容与所述的整流模块相连接，所述的整流模块还通过所述的稳压模块与所述的外部受电设备相连接；所述的接收端控制模块分别与所述的整流模块、稳压模块以及第二电参数采集模块相连接。

10.一种基于权利要求1～9中任一项所述的装置实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的发送端控制模块控制该频率调节模块调节所述的电源发送设备的谐振频率，然后进行金属异物检测控制处理操作；其中：

在所述的装置工作于正常充电模式的情形下，所述的发送端控制模块控制该频率调节模块将该装置调节在第一谐振频率状态下工作；

在所述的装置工作于异物检测模式的情形下，所述的发送端控制模块控制该频率调节模块将该装置调节在第二谐振频率状态下工作。

11.根据权利要求10所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，

当所述的装置工作于正常工作模式下时，所述逆变模块处于全桥逆变状态；

当所述的装置工作于异物检测模式下时，所述逆变模块工作于全桥逆变状态或半桥逆变状态。

12.根据权利要求10所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的进行金属异物检测控制处理操作，包括以下步骤：

(1)将所述的装置的当前电参数与系统预置在所述的发送端控制模块的阈值表中的阈值组进行比对；

(2)以所述的装置的当前电参数与系统预置在所述的发送端控制模块的阈值表中的阈值的比对结果为依据，得到所述的无线充电系统中是否有异物的检测结果；

(3)如检测结果为所述的无线充电系统中有异物时，则继续后续步骤(4)，否则继续后续步骤(5)；

(4)所述的金属异物检测装置发出警报，并结束检测工作；

(5)将所述的装置当前工作模式切换为正常充电模式；

(6)所述的无线充电系统开始充电。

13.根据权利要求12所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)包括以下步骤：

(11)所述的第一电参数采集模块检测所述的电源发送设备中的第一电参数；

(12)所述的电源发送设备获取电源接收设备中的第二电参数；

(13)将所述的电源发送设备中的第一电参数以及所述的电源接收设备中的第二电参数与系统预置在所述的发送端控制模块的阈值表中的阈值进行比对。

14.根据权利要求13所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2)包括以下步骤：

(21)根据所述的电源接收设备中的第二电参数查找出所述的阈值表中与所述的电源接收设备中的第二电参数对应的第一阈值；

(22)将所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的第一阈值进行比对；

(23)判断所述的电源发送设备中的第一电参数是否大于所述的第一阈值；

(24)若所述的电源发送设备中的第一电参数大于所述的第一阈值，则确定检测结果为所述的无线充电系统中有异物，并继续后续步骤(3)；否则确定检测结果为所述的无线充电系统中不存在异物，并继续后续步骤(3)。

15.根据权利要求13所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2)包括以下步骤：

(21a)根据所述的电源发送设备中的第一电参数查找出所述的阈值表中与所述的电源发送设备中的第一电参数对应的第二阈值；

(22a)将所述的电源接收设备中的第二电参数与所述的第二阈值进行比对；

(23a)判断所述的电源接收设备中的第二电参数是否小于所述的第二阈值；

(24a)若所述的电源接收设备中的第二电参数小于所述的第二阈值，则确定所述的无线充电系统中有异物的检测结果并继续后续步骤(3)，否则确定所述的无线充电系统中不存在异物的检测结果并继续后续步骤(3)。

16.根据权利要求13所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2)包括以下步骤：

(21b)求所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值；

(22b)根据所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值，查找出所述的阈值表中与所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值对应的第三阈值；

(23b)将所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值与所述的第三阈值进行比对；

(24b)判断所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值是否大于所述的第三阈值；

(25b)若所述的电源发送设备中的第一电参数与所述的电源接收设备中的第二电参数的差值大于所述的第三阈值，则确定检测结果为所述的无线充电系统中有异物，并继续后续步骤(3)；否则确定检测结果为所述的无线充电系统中不存在异物，并继续后续步骤(3)。

17.根据权利要求12所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)前还包括以下步骤：

(0.1)进入异物检测模式，判断当前所述的装置的电源发送设备的谐振频率为异物检测模式对应的第二谐振频率还是正常充电模式对应的第一谐振频率；

(0.2)如果所述的电源发送设备的谐振频率为正常充电模式对应的第一谐振频率，则继续步骤(0.3)；如果所述的电源发送设备的谐振频率为异物检测模式对应的第二谐振频率，则继续步骤(1)；

(0.3)将所述的电源发送设备的谐振频率调整为异物检测模式对应的第二谐振频率，并继续步骤(1)。

18.根据权利要求12所述的实现无线充电系统中金属异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(6)后还包括以下步骤：

(7)所述的无线充电系统充电持续系统预置的时间T后，返回上述步骤(1)。