CN109921524A - 具有用于异物检测的电力水平计算电路的无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有用于异物检测的电力水平计算电路的无线充电系统。在无线充电系统中，电力发送节点(TX)具有用于将电力无线地发送到电力接收节点(RX)的发送器以及用于从RX接收信号的信号接收器。在电力输送会话期间，TX累积对应于其发送电力水平的数据，检测来自RX的接收电力(RP)包的结束，然后识别累积数据的子集。TX使用累积数据的子集来计算其发送电力水平。TX从所接收的RP包中提取RX的接收电力水平，并将其计算的发送电力水平与RX的接收电力水平进行比较，以确定异物的存在。改善了当来自RX的包没有被TX正确接收时的FO检测的准确性。

Description

具有用于异物检测的电力水平计算电路的无线充电系统

技术领域

本发明总体涉及无线充电系统，并且更具体地涉及用于检测无线充电系统中的异物(foreign object)的存在的技术。

背景技术

在常规的无线充电系统中，电源(在此被称为电力发送节点或TX)经由电感耦合将电力无线地发送至放置在TX上或至少在TX附近的电源宿(power sink)(在此称为电力接收节点或RX)，以便对RX充电或供电。TX和RX之间的电感耦合是经由每个节点中的谐振换能器电路系统而实现的，谐振换能器电路系统具有如果不相同则相似的谐振频率。为了确定RX是否存在，TX将周期性或间歇地执行数字ping，并且如果RX存在，则RX将通过发送确认其存在的ack消息进行响应。术语“数字ping”是指TX将能量插入到其谐振换能器电路系统中，由此将电力输送到RX的谐振换能器电路系统，这又使得RX将ack消息发送回TX。在从RX接收到ack消息之后，TX将启动电力输送会话(power-transfer session)以将电力发送到RX。在电力输送会话期间，RX将发送指令TX增加或减少其发送电力水平的CEP(控制错误包)消息。

如果在电力输送会话期间金属异物(FO)(像硬币、钥匙或其它金属物体等)被放置在TX上或至少在TX附近，则TX和FO之间的电感耦合可能导致FO中产生热量，这可能存在火灾危险或会导致FO、TX和/或RX的损坏。照此，常规的TX被设计为监视其电力输送会话期间的电力损耗，其中电力损耗被定义为由TX发送的未被RX接收的电力量。

为了使TX能够确定电力损耗，常规的RX监视其接收电力的水平，并周期性地或间歇地向TX发送RP(接收电力)包，通知TX RX的接收电力水平。TX监视其发送电力的水平，并确定电力损耗为TX的发送电力水平与RX的接收电力水平之间的差。如果TX确定电力损耗超过指定电力损耗阈值，则TX确定FO存在，并且在这种情况下，TX终止电力输送会话并进入保护状态，在保护状态下，TX不能将电力输送给RX。

常规的RX通过监测其谐振换能器电路系统内的电流和电压水平来确定其接收电力水平。类似地，常规的TX通过监测其自身谐振换能器电路系统内的电流和电压水平来确定其发送电力水平。由于RX和TX电力水平随着时间而变化，所以TX将RX的接收电力水平的当前值与对应于RX测量其接收电力水平期间的相同时间段的其自身的发送电力水平的当前值进行比较。

当在电力输送会话期间将CEP或RP包从RX输送到TX时，RX和TX的谐振换能器电路系统中的电流和电压水平可被被充分破坏，使得相应确定的接收和发送电力水平可能不准确。如此，RX和TX在包输送的时间段期间没有测量它们相应的接收和发送电力水平。

图1是表示在常规RX和常规TX处执行的与TX的FO存在检测相关联的处理的时序图。图1表示RX发送两个连续的CEP包并随后发送RP包期间的示例性时间段。如所指示的，RX在到TX的包发送之间的时间段期间累积对应于其接收电力水平的数据。RX基于到TX的每个包的其发送的已知开始和结束来知道何时停止和开始其接收电力水平数据的累积。类似地，TX在来自RX的包的接收之间的时段期间累积对应于其发送电力水平的数据。当TX检测到每个接收到的包的开始时，TX停止累积其发送电力水平数据，并且当TX检测到每个接收到的包的结束时恢复数据累积。

例如，在CEP包#1的发送结束时，RX恢复累积对应于其接收电力水平的数据。类似地，在CEP包#1的接收的结束时，TX恢复累积对应于其发送电力水平的数据。

在CEP包#2的发送的开始时，RX停止累积对应于其接收电力水平的数据。类似地，在CEP包#2的接收的开始时，TX停止累积对应于其发送电力水平的数据。

在CEP包#2的发送的结束时，RX恢复累积对应于其接收电力水平的数据。类似地，在CEP包#2的接收的结束时，TX恢复累积对应于其发送电力水平的数据。

在RP包的发送的开始时，RX停止累积对应于其接收电力水平的数据。类似地，在RP包的接收的开始时，TX停止累积对应于其发送电力水平的数据。

由RX基于对应于其接收电力水平的其当前数据累积的子集来产生包含在RP包中的RX的接收电力水平信息。具体地说，如图1所指示的，由RX使用的数据的子集对应于在由RX进行的RP包的发送的开始之前结束偏移时间段(其持续时间由参数“OFFSET”指定)的定时窗口(其持续时间由参数“WINSIZE”指定)。类似地，TX基于对应于其发送电力水平的其当前数据累积的子集来产生其发送电力水平。具体地说，如图1所指示的，由TX使用的数据的子集对应于基于相对于在TX处的RP包的接收的开始的相同的WINSIZE和OFFSET参数而确定的定时窗口。由于RX进行的RP包的发送的开始基本上与TX处的RP包的接收的开始一致，所以两个定时窗口基本上相同。TX然后将RX的接收电力水平与其自身的发送电力水平进行比较，以检测是否存在FO。由于RX的接收电力水平对应于与TX的发送电力水平相同的时间段，因此比较提供了FO存在或不存在的良好指示。

注意，基于紧接在最近的包之前累积的数据的子集而不包括在任何先前接收到的包之前累积的任何数据来产生接收和发送电力水平。例如，在图1的示例中，在检测到RP包的发送和接收的开始之后，在CEP包#2之前累积的数据不被用于分别由RX和TX产生接收电力水平和发送电力水平。仅使用在CEP包#2之后累积的数据。

有时TX不能正确接收从RX发送的包。在那种情况下，RX的最近累积的数据将不会与TX的最近累积的数据在时间上对应，如下面关于图2进一步描述的，通过随着时间波动的电力水平，TX的发送电力水平将基于过时的数据，这可能导致TX的假正(false positive)FO检测。

图2是表示当CEP包未被正确接收时，在常规RX和常规TX处实现的与TX的FO检测相关联的处理的时序图。图2的时序图的开始与图1的相同。然而，在图2中，TX检测到CEP包#2的开始，但是没有正确地检测到该包的结束。结果，当TX检测到CEP包#2的开始时，TX停止其自身的发送电力数据的累积，但是TX不能在CEP包#2的结束时恢复数据累积，这是因为TX不能解码CEP包#2，因此未能检测到CEP包#2的结束。结果，当TX从RX接收到RP包时，RP包中关于RX的接收电力水平的信息将基于在CEP包#2的结束与RP包的开始之间的适当的定时窗口内的累积数据，而TX的发送电力水平将基于CEP包#1的结束和CEP包#2的开始之间的定时窗口内的累积数据。这种情况导致TX计算其发送电力水平的过时值，这可能导致TX产生FO的假正检测。在TX和RX节点中具有更准确的电力水平计算电路将是有利的。

附图说明

从以下的详细描述、所附权利要求以及附图，本发明的实施例将变得更明显，在附图中，相似的附图标记标识相似或相同的元件。

图1是表示在常规RX和常规TX处实现的与TX的FO存在检测相关联的处理的时序图；

图2是表示在CEP包没有被正确地接收时，在常规RX和常规TX处实现的与TX的FO存在检测相关联的处理的时序图；

图3是根据本发明的一个实施例的表示在RX和TX处实现的与TX的FO存在检测相关联的处理的时序图；

图4是表示在与图2类似的情况下当CEP包#2没有被正确地接收时，在图3的RX和TX处实现的与TX的FO存在检测相关联的处理的时序图；

图5是根据本发明的一个实施例的由图3和图4的TX实现以检测FO的存在的处理的流程图；和

图6是根据本发明的一个实施例的TX的简化框图。

具体实施方式

在此公开了本发明的详细说明性实施例。然而，这里公开的具体结构和功能细节仅仅是为了描述本发明的示例实施例的目的。本发明可以以许多替代形式来体现，并且不应该被解释为仅限于在此所述的实施例。此外，这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明的示例实施例。

如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中另有明确指示。进一步将理解的是，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指明所陈述的特征、步骤或组件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、步骤或组件。应该注意的是，在一些替代的实现方式中，所提到的功能/动作可能不按照图中所示的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个图实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行。

根据本发明的某些实施例，无线充电系统的电力发送节点(TX)在TX将电力无线地发送到电力接收节点(RX)期间的每个电力输送模式连续累积对应于其发送电力水平的数据。TX检测从RX接收到的每个接收电力(RP)包的结束，并识别其自身的累积数据的子集以用于产生其用于检测异物(FO)的存在的发送电力水平。

现在参考图3，示出了根据本发明的一个实施例的表示在RX和TX处执行的与TX的FO存在检测相关联的处理的时序图。与图1类似，图3表示RX发送两个连续的CEP包并且随后发送RP包期间的示例时间段。与图1的常规RX类似，图3的RX在到TX的包的发送之间的时间段期间累积对应于其接收电力水平的数据，然后使用该累积的数据的子集来产生关于将在RP包中发送到TX的其接收电力水平的信息。

然而，由本发明的TX执行的处理不同于常规TX的处理。具体来说，TX在整个电力输送会话期间连续累积对应于其发送电力水平的数据。TX还跟踪来自RX的每个接收包的结束的定时。当TX检测到包含RX的接收电力水平的接收RP包的结束时，TX使用对应于其自身发送电力水平的其累积数据的子集来产生其自身的发送电力水平。在当前优选的实施例中，TX基于由RX使用的相同WINSIZE和OFFSET参数加上指示RP包的已知持续时间的PKTLEN参数来识别累积数据的子集。如图3所指示的，通过从接收RP包的结束回退与PKTLEN参数和OFFSET参数之和相等的持续时间来识别(持续时间WINSIZE的)定时窗口的结束。以这种方式，TX可以将RX的接收电力水平与对应于相同时间段的其自身的发送电力水平进行比较。

图4是表示在与图2类似的情况下当CEP包#2没有被正确地接收时，在图3的RX和TX处实现的与TX的FO存在检测相关联的处理的时序图。这里，由于通过检测接收RP包的结束来触发用于计算TX的发送电力水平的TX的累积发送电力数据的子集的选择(如图3所示)，所以CEP包#2未被正确接收的事实不会不利地影响累积数据的子集的选择。结果，本发明的TX将比较RX的接收电力水平与对应于CEP包#2的结束和RP包的开始之间的相同时间段的其自身的发送电力水平。

由于TX处理是通过检测到包接收的结束而不是包接收的开始来触发的，所以与会被破坏的图2的常规处理相比，本处理将不会被当TX能够检测特定包的开始而不能检测该包的结束时的事件破坏。

在一些实施例中，TX将其发送电力水平数据存储在循环缓冲器中，使得最旧的数据被最新的数据重写。TX维护指针以跟踪循环缓冲器内的当前位置以及对应于包接收的时间段的数据的位置。

在其它实施例中，TX将其发送电力水平数据存储在诸如先进先出(FIFO)线性移位寄存器的非循环缓冲器中。在这里，TX也维护识别包接收的时间段的指针。

尽管已经在其中紧接在RP包之前的CEP包(即，图4中的CEP包#2)没有被正确接收的情况下描述了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，还可以针对其中不是紧接在RP包之前的CEP包或者除了紧接在RP包之前的CEP包之外的一个或多个其它CEP包没有被正确接收的情况来实现本发明。

注意，如果RP包未被正确接收，则TX将不计算其发送电力水平，并且TX将不执行其FO检测处理。相反，TX将继续积累对应于其发送电力水平的数据，同时等待随后的RP包的正确接收。

图5是由本发明的TX实现以检测FO的存在的处理的流程图。处理在步骤502开始，TX开始电力输送会话，在此期间TX将电力无线地输送到RX。在步骤504处，在整个电力输送会话期间，TX累积对应于其发送电力水平的数据。

在步骤506处，TX检测从RX接收的包的结束，并且在步骤508处，TX确定该包是否是RP包。如果该包不是RP包(例如，CEP包)，则处理返回到步骤504，在步骤504处TX继续在正在进行的电力输送会话期间累积其发送电力水平数据。

如果TX在步骤508确定包是RP包，则处理继续到步骤510，在步骤510处TX识别对应于其发送电力缓冲器中的要用于计算发送电力水平的累积数据的子集的定时窗口。

在步骤512处，TX使用在步骤510中识别的累积数据来计算其发送电力水平。

在步骤514处，TX将在步骤512中计算的其发送电力水平与在RP包中识别的RX的接收电力水平进行比较，并且在步骤516处，TX使用该比较来确定是否检测到FO(例如，如果TX的发送电力水平与RX的接收电力水平之间的差超过指定的阈值水平，则检测到FO)。如果没有检测到FO，则处理返回到步骤504，在步骤504处TX继续在正在进行的电力输送会话期间累积其发送电力水平数据。

如果在步骤516中TX检测到FO的存在，则在步骤518处，TX结束当前电力输送会话，并且在步骤520处，TX转变到其保护状态。

图6是根据本发明的一个实施例的TX 600的简化框图。提供了可以实现参照图5描述的方法的处理器602，以处理参照图3和图4讨论的场景。耦合到处理器602的存储器604包括存储与TX的发送电力水平相关联的累积数据的缓冲器605。电力发送器606将电力无线地发送给RX，并且信号接收器608从RX接收CEP和RP包。注意，在典型的实现方式中，电力发送器606和信号接收器608共享在有线和无线电磁信号之间转换的谐振换能器电路系统。在其它可能的实现方式中，电力发送器606和信号接收器608可以是完全不同的组件。

处理器602可以使用专用硬件以及能够执行适当软件的硬件来实现。处理器602的功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器来提供，其中一些处理器可以共享。此外，术语“处理器”的明确使用不应该被理解为专指能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)、网络处理器、专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)电路系统。也可以包括其它硬件、常规的和/或定制的。

存储器604可以是用于存储数据和/或软件的任何合适的电路系统，例如但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和/或非易失性储存器，并且可以与处理器602集成和/或实现为不同的组件。

尽管已经在TX通过从接收RP包的检测到的结束的时间减去指定PLTLEN参数和指定OFFSET参数来确定定时窗口的结束的上下文中描述了本发明，但是在可替换的实施例中，TX可以从RP包的结束减去单个参数(等于PLTLEN和OFFSET参数之和)以确定定时窗口的结束。

已经在其中基于接收RP包的检测到的结束的时间来确定定时窗口的结束的实施例的上下文中描述了本发明。在另一个实施例中，TX检测接收RP包的开始和结束两者，并且使用RP包的结束的检测来触发TX的发送电力水平的计算，并且使用RP包的检测到的开始的时间来识别定时窗口的结束(即，RP包开始之前的OFFSET持续时间)。在这样的实施例中，在RP包的持续时间内TX不需要用指定的PKTLEN值编程。

在一些实施例中，TX在无线充电系统中将电力无线地发送到RX。TX包括处理器、存储器、电力发送器和信号接收器。处理器(i)累积对应于TX的发送电力水平的数据，(ii)检测从RX接收的RP包的结束，(iii)然后识别累积数据的子集，并且(iv)基于累积数据的子集计算TX的发送电力水平。存储器用于存储累积数据，电力发送器将电力无线地发送给RX，并且信号接收器从RX接收RP包。

在一些实施例中，处理器从接收RP包中提取RX的接收电力水平，并将TX的发送电力水平与RX的接收电力水平进行比较以检测FO的存在。

在一些实施例中，处理器将累积数据的子集识别为在RP包的结束之前的已知持续时间结束的定时窗口内的累积数据，而在其它实施例中，处理器识别累积数据的子集作为在RP包的检测到的开始之前的已知持续时间结束的定时窗口内的累积数据。

在一些实施例中，处理器在TX的整个电力输送会话期间连续地累积对应于TX的发送电力水平的数据，并且将累积数据存储在存储器中的缓冲器中。

应该进一步理解，在不脱离以下权利要求所包含的本发明的实施例的情况下，可以由本领域技术人员对为了解释本发明的实施例描述和例示的部件的细节、材料和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种在无线充电系统中用于向电力接收节点RX无线地发送电力的电力发送节点TX，所述TX包括：

处理器，(i)累积对应于所述TX的发送电力水平的数据，(ii)检测从所述RX接收的接收电力RP包的结束，(iii)然后识别累积数据的子集，以及iv)使用所述累积数据的所述子集计算所述TX的发送电力水平；

存储器，存储所述累积数据；

电力发送器，将电力无线地发送到RX；以及

信号接收器，从所述RX接收所述RP包。

2.根据权利要求1所述的TX，其中所述处理器进一步从所接收的RP包中提取所述RX的接收电力水平，并将所述TX的发送电力水平与所述RX的接收电力水平进行比较，以检测异物FO的存在。

3.根据权利要求2所述的TX，其中所述处理器将所述累积数据的所述子集识别为在所述RP包的结束之前的已知持续时间结束的定时窗口内的数据。

4.根据权利要求2所述的TX，其中所述处理器将所述累积数据的所述子集识别为在所述RP包的检测到的开始之前的已知持续时间结束的定时窗口内的所述累积数据。

5.根据权利要求2所述的TX，其中所述处理器在所述TX的整个电力输送会话期间连续地累积对应于所述TX的发送电力水平的数据。

6.根据权利要求2所述的TX，其中所述处理器将所述累积数据存储在所述存储器中的缓冲器中。

7.一种用于在无线充电系统中向接收器RX无线地发送电力的无线发送器TX的方法，所述方法包括：

通过所述TX向所述RX无线地发送电力；

通过所述TX累积对应于所述TX的发送电力水平的数据，并将累积数据存储在所述TX的存储器中；

检测从所述RX接收到的RP包的结束；

在检测到所述RP包的结束之后，识别所述累积数据的子集；以及

基于所述累积数据的所述子集计算所述TX的发送电力水平。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括从所接收的RP包中提取所述RX的接收电力水平，并将所述TX的发送电力水平与所述RX的接收电力水平进行比较，以检测FO的存在。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述累积数据的所述子集被标识为在所述RP包的结束之前的已知持续时间的结束定时窗口内的所述累积数据。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述累积数据的所述子集被识别为在所述RP包的检测到的开始之前的已知持续时间结束的定时窗口内的所述累积数据。