CN110149809A - 无线功率传输系统中的异物检测 - Google Patents

Abstract

一种无线功率传输系统包括功率接收器(105)，所述功率接收器包括用于从由功率发射器(101)生成的电磁信号中提取功率的线圈(107)。负载控制器(305、309)在异物检测间隔期间断开负载(303)，并且功率控制器(307、311)发射反映感应信号水平与参考水平之间的差异的功率控制消息。消息发射器(307、313)向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率。所述功率发射器响应于所述功率控制消息而调整所述电磁信号的功率水平，并且异物检测器(207)响应于所述电磁信号的所述功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。

Description

无线功率传输系统中的异物检测

技术领域

本发明涉及无线功率传输系统中的异物检测，并且具体但是并非排他地涉及用于向诸如例如厨房用具的较高功率设备提供感应功率传输的功率发射器的异物检测。

背景技术

大多数目前的电气产品需要专用的电气接触部以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有其自己的专用电源，导致典型的用户具有大量不同的电源，每个电源专用于特定设备。尽管内部电池的使用可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但是这仅仅提供了部分解决方法，因为电池将需要再充电(或更换)。电池的使用也可能显著增加设备的重量以及潜在的成本和尺寸。

为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器感应器感应地传输到个体设备中的接收器线圈。

经由磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用在初级发射器感应器/线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级发射器线圈和次级接收器线圈，基于松散耦合变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许在不要求进行任何有线或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发射器线圈的附近或顶部以便在外部进行再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在所述水平表面上以便进行供电。

此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地，被称为Qi规范的无线功率传输方法已经被定义并且目前正在进一步开发。该方法允许满足Qi规范的功率发射器设备与也满足Qi规范的功率接收器设备一起使用，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备(例如，取决于特定功率消耗)的某项功能。

Qi规范是由无线充电联盟开发的并且例如能够在其网站找到更多信息：http:// www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中，具体地，能够找到所定义的规范文档。

无线功率传输的潜在问题是功率可能无意地被转移到例如碰巧位于功率发射器附近的金属物体。例如，如果将诸如硬币、钥匙、戒指等的异物放置在被布置为接收功率接收器的功率发射器平台上，则由发射器线圈生成的磁通量将在金属物体中引入涡电流，这将导致物体升温。热量增加可能非常显著并且可能非常不利。

为了降低出现这样的情况的风险，已经提出引入异物检测，其中，功率发射器能够检测异物的存在并且当发生肯定性检测时降低发射功率和/或生成用户警报。例如，Qi系统包括用于检测异物的功能，以及用于在检测到异物时降低功率的功能。具体地，Qi规范版本1.2.1，第11节描述了检测异物的各种方法。

检测这样的异物的一种方法是通过确定未知的功率损耗，如例如在WO2012127335中所公开的。功率接收器和功率发射器两者都测量其功率，并且接收器将其测量到的所接收的功率传输到功率发射器。当功率发射器检测到由发射器发送的功率与由接收器接收到的功率之间的显著差异时，可能潜在地存在不想要的异物，并且出于安全原因可以降低或中止功率传输。该功率损耗方法需要由功率发射器和功率接收器执行的同步、准确的功率测量。

例如，在Qi功率传输标准中，功率接收器估计其接收到的功率，例如通过测量经整流的电压和电流、将其相乘并且加上对功率接收器中的内部功率损耗的估计(例如，作为接收器的一部分的整流器、接收器线圈、金属部件等的损耗)。功率接收器以例如每四秒的最小速率向功率发射器报告所确定的接收到的功率。

功率发射器估计其发射的功率，例如通过测量逆变器的DC输入电压和电流、将其相乘并且通过减去发射器中内部功率损耗(诸如，例如作为功率发射器的一部分的逆变器、初级线圈和金属部件中的估计的功率损耗)的估计来校正结果。

功率发射器能够通过从发射的功率中减去所报告的接收到的功率来估计功率损耗。如果差值超过阈值，则发射器将假设在异物中消耗了太多功率，并且然后其能够终止功率传输。

备选地，已经提出了测量由初级线圈和次级线圈以及对应的电容和电阻形成的谐振电路的品质因子或Q因子。测量到的Q因子的减小可以指示存在异物。

在实践中，使用在Qi规范中所描述的方法实现足够的检测准确度往往是困难的。关于特定的当前操作条件的许多不确定性加剧了这种困难。

例如，特定问题是友好金属(即，包含功率接收器或功率发射器布置的设备自身的金属部件)的潜在存在，因为这些金属的磁和电性质可能是未知的，并且因此可能难以补偿。此外，功率接收器与功率发射器之间的空间对齐通常是未知的，并且这可能实质地影响测量到的值。同样地，所生成的磁场的横向延伸通常是未知的，并且可能在不同的功率发射器之间显著变化。

此外，即使在金属异物中耗散相对少量的功率也可能导致不希望的加热。因此，有必要检测发送的功率与接收的功率之间的更加小的功率差异，并且当功率传输的功率水平增加时这可能是特别困难的。

在许多情况下，Q因子退化方法对于检测金属物体的存在具有更好的灵敏度。然而，其可能仍然不能够提供足够的准确度，并且例如也可能受到友好金属的影响。

因此，当前算法往往是次优的，并且在某些情况和范例中可能提供低于最佳性能。特别地，其可能导致存在未被检测到的异物，或者导致当没有异物存在时对异物的错误检测。

因此，经改进的物体检测将是有利的，并且特别地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、经改进的物体检测、更少的错误检测和漏检、向后兼容性、和/或经改进的性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明寻求单独地或者以任何组合来优选缓解、减轻或消除上文所提到的缺点中的一个或多个缺点。

根据本发明的一方面，提供了一种无线功率传输系统，其包括功率发射器和功率接收器，所述功率接收器用于经由电磁信号从所述功率发射器接收功率传输；所述功率接收器包括：功率接收器线圈，其用于从所述电磁信号中提取功率；负载控制器，其被布置为在异物检测间隔期间断开所述功率接收器线圈的负载；功率控制器，其用于在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；消息发射器，其用于向所述功率发射器发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器从所述电磁信号中提取的预定量的功率；并且所述功率发射器包括：功率发射器线圈，其用于生成所述电磁信号；消息接收器，其用于从所述功率接收器接收所述功率控制消息和所述预定的负荷指示；功率环控制器，其用于响应于所述功率控制消息而控制所述电磁信号的功率水平；异物检测器，其用于在所述异物检测间隔期间响应于所述电磁信号的所述功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。

在许多实施例中，本发明可以提供经改进的异物检测。在许多情况和系统中，可以实现更准确的异物检测。在许多实施例中，该方法可以降低复杂性，并且在许多系统中，可以提供高度的向后兼容性。具体地，该方法可以特别适合于改善例如根据Qi规范的版本1.2或者更早版本操作的Qi无线功率传输系统中的异物检测。

所述方法例如可以引入异物检测测试模式，其中，功率接收器能够以高感应电压但低负载(对应于高磁场强度但电磁信号的低负荷)两者操作。在这样的情况下，异物的影响可能是更显著的，因为在这样的物体中感应的功率将表示所提取的总功率的更高比例。实际上，更高的磁强度可以导致异物中的更高的感应信号，并且降低的负荷可以降低当检测异物是否存在时功率接收器的存在的影响。

在异物检测间隔期间，所述电磁信号可以具体地是电磁检测信号，并且可以出于检测是否存在任何异物的特定目的而生成。在异物检测间隔期间，所述电磁信号可以既提供用于检测异物的信号，又向功率接收器提供功率传输。由于接收器线圈的负载的断开，功率传输通常将显著低于在随后的功率传输阶段期间的功率。

所述负载可以是在异物检测间隔期间被断开但是在随后的功率传输阶段期间不被断开的可切换负载。在异物检测间隔期间，所述接收器线圈可以通过残余负载来施加负荷。在随后的功率传输阶段期间，残余负载可以完全或部分地存在。正在被断开的负载可以是表示接收器线圈的负载的可切换负载，所述接收器线圈的负载在随后的功率传输阶段期间存在但是在异物检测间隔期间不存在。

所述功率控制器和功率环控制器可以一起形成功率控制环，在异物检测间隔期间，所述功率控制环驱动电磁信号的功率，使得感应信号处于参考水平。所述功率环控制器可以被布置为：响应于指示功率接收器线圈中的感应信号的水平低于参考水平的功率控制消息而增加电磁信号的功率水平，并且响应于指示功率接收器线圈中的感应信号的水平高于参考水平的功率控制消息而降低电磁信号的功率水平。

所述异物检测器可以被布置为：如果电磁信号的功率水平与要从电磁信号提取的通过预定的负荷指示所指示的功率之间的差异高于阈值，则确定异物被检测到。如果所述差低于阈值，则所述异物检测器可以确定没有异物被检测到。

所述异物检测间隔可以作为功率传输初始化的一部分而发生。具体地，其可以作为功率传输初始化的一部分而执行，这导致随后的功率传输阶段。仅在没有异物被检测到的情况下所述系统才可以前进到功率传输阶段。

所述预定的负荷指示可以仅取决于参考水平，并且可以具体地被确定为参考水平的预定函数。在许多实施例中，所述预定的负荷指示可以被存储在存储器中并且从存储器取回。在许多情况下，所述预定的负荷指示可以仅基于在异物检测间隔的开始之前可获得的信息来确定。在许多实施例中，所述参考水平可以是在异物检测间隔之前获知的预定的参考水平，并且所述预定的负荷指示可以在异物检测间隔的开始之前被完全获知。在许多实施例中，所述预定的负荷指示可以在所述异物检测间隔期间没有对任何电流的任何测量的情况下被确定，并且在许多实施例中，在丝毫没有任何测量的情况下被确定。

所述预定的负荷指示可以如在异物检测间隔期间被传输给功率发射器，或者例如可以在此之前(例如，当功率接收器被第一次检测到时)被传输。

处于参考水平的感应信号可以对应于等于参考水平的感应信号的水平。

所述预定的负荷指示指示当功率接收器正在特定操作点处(负载被断开，感应信号水平处于参考水平)时预期的电磁检测信号的负荷。所述功率接收器然后可以使用功率控制消息来朝向在这种状况下操作而驱动所述功率接收器，并且因此，异物检测能够基于预定的负荷指示来执行。所述功率控制消息可以被用于将感应信号水平与参考水平之间的差异降至可接受的水平，使得所述预定的负荷指示提供对负荷的足够准确的指示。所述预定的负荷指示可以在任何合适的时间被传输，包括在异物检测间隔之前被传输。在不同的实施例中，所述异物检测可以在不同的时间被执行，并且常常可以被延迟以允许功率控制环到达感应信号水平足够接近参考水平的相对稳定的状态。

根据本发明的任选特征，所述感应信号的所述水平通过指示所述功率接收器线圈上的电压的电压水平来表示。

这可能是特别有效的，并且提供高性能，也促进实施。功率接收器线圈上的电压例如可以是峰值、RMS或者绝对平均电压。

电压水平可以是在对感应信号的整流和通常的低通滤波之后测量到的电压。

在许多实施例中，所述感应信号的水平是指示功率接收器线圈上的电压的电压水平，或者实际上是功率接收器线圈上的测量到的电压。

根据本发明的任选特征，所述功率控制器被布置为生成所述功率控制消息以反映参考电压与在对所述感应信号的整流和低通滤波之后测量到的电压之间的差异。

这可能是特别有效的，并且提供高性能，也促进实施。所述低通滤波可以具体地是被耦合到整流器的输出部的平滑或纹波电容器的形式。在许多实施例中，执行整流的整流器可以是全桥整流器。

根据本发明的任选特征，所述参考水平是不低于3V并且不高于30V的电压水平。

在许多实施例中，这可以提供吸引人的性能。具体地，其可以允许在异物检测间隔期间的大的但是不过大的电磁场强度与没有在功率接收器处感应的问题高电压的期望之间的期望的权衡。该方法可以允许高电磁场强度但是通过功率接收器的低负荷。这可以提供异物检测的经改善的准确性。电压例如可以是功率接收器线圈上的峰值、RMS或者绝对平均电压。

根据本发明的任选特征，所述参考水平是预定的参考水平。

在许多情况下，预定的参考水平可以改善异物检测，并且可以具体地导致更可预测的并且有利的测试配置。在许多实施例中，其可以允许更准确的预定的负荷指示，并且例如可以允许预定的负荷指示被存储为能够被简单地取回并且被传输到功率发射器的固定值。

根据本发明的任选特征，当所述负载被断开时所述功率接收器线圈的负荷不高于1W。

在许多实施例和情况中，这可以提供经改善的异物检测。

根据本发明的任选特征，当所述负载被断开时所述功率接收器线圈的负荷的电阻分量不小于100Ohm。

在许多实施例和情况中，这可以提供经改善的异物检测。

根据本发明的任选特征，所述功率接收器被布置为将所述预定的负荷指示确定为所述参考水平的预定函数。

这可以提供有效、准确和/或低复杂性的异物检测。所述预定函数可以是仅参考水平的函数。所述预定函数例如可以在针对功率接收器的制造或设计阶段期间被确定，并且例如可以作为查找表被存储在存储器中。

根据本发明的任选特征，所述异物检测是在功率传输阶段的开始之前的校准阶段的一部分。

所述方法可以特别适合于校准阶段。所述校准阶段可以是功率发射器校准例如要在功率传输阶段期间用于特定功率接收器并且具体用于功率接收器的功率提取特性的异物检测的校准阶段。在许多情况下，这样的校准阶段可以包括轻负载校准，并且所述异物检测可以在这样的轻负载状况被实现的时间间隔期间来执行。所述功率发射器可以仅基于指示没有异物存在的所述预定的负荷指示的情况而继续对异物检测的校准。

所述方法可以特别适合于对Qi无线传输系统的校准，诸如具体地对根据Qi规范版本1.2或更低版本(并且通常也利用更高版本)操作的Qi无线传输系统的校准。

根据本发明的任选特征，所述预定的负荷指示反映利用所述功率接收器从由参考功率发射器生成的电磁信号中提取的功率的测量结果，并且所述参考功率发射器以所述负载被断开并且所述感应信号的所述水平处于所述参考信号水平的配置来布置。

在许多实施例中，这可以提供有利的性能。

根据本发明的任选特征，所述预定的负荷指示包括由在所述功率接收器的导电元件中感应的涡电流所提取的功率。

所述预定的负荷指示可以表示对从来自由功率接收器线圈提取的功率和由功率接收器的其他导电元件(诸如金属板、壳体或其他元件)提取的功率两者的电磁信号中提取的功率的贡献。因此，其可以包括来自友好金属的存在的贡献。

这可以允许更准确的异物检测。

根据本发明的一方面，提供了一种用于经由电磁信号从功率发射器接收功率传输的功率接收器，所述功率接收器包括：功率接收器线圈，其用于从所述电磁信号中提取功率；负载控制器，其被布置为在异物检测间隔期间断开所述功率接收器线圈的负载；功率控制器，其用于在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；消息发射器，其用于向所述功率发射器发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器从所述电磁信号中提取的预定量的功率。

根据本发明的一方面，提供了一种用于无线功率传输系统的异物检测方法，所述无线功率传输系统包括功率发射器和功率接收器，所述功率接收器用于经由电磁信号从所述功率发射器接收功率传输；所述方法包括：所述功率接收器执行以下步骤：在异物检测间隔期间断开功率接收器线圈的负载；在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；向所述功率发射器发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器从所述电磁信号中提取的预定量的功率；并且所述功率发射器执行以下步骤：从所述功率接收器接收所述功率控制消息和所述预定的负荷指示；响应于所述功率控制消息而控制所述电磁信号的功率水平；在所述异物检测间隔期间响应于所述电磁信号的功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。

根据本发明的任选特征，所述方法被布置为针对所述参考水平的多个不同的值重复所述步骤。

在许多实施例中，这可以提供经改善的异物检测。

根据本发明的一方面，提供了一种用于功率接收器的操作方法，所述功率接收器经由电磁信号从功率发射器接收功率传输；所述方法包括：在异物检测间隔期间断开功率接收器线圈的负载；在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；并且向所述功率发射器发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器从所述电磁信号提取的预定量的功率。

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面、特征和优势将变得显而易见并将得以阐述。

附图说明

将仅通过范例的方式参考附图来描述本发明的实施例，在附图中，

图1图示了根据本发明一些实施例的功率传输系统的元件的范例；

图2图示了根据本发明的一些实施例的功率发射器的元件的范例；

图3图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的范例；并且

图4图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的范例。

具体实施方式

以下描述集中于能适用于利用诸如从Qi规范中已知的功率传输方法的无线功率传输系统的本发明的实施例。然而，将意识到，本发明不应当限于该应用，而是可以应用于许多其他无线功率传输系统。

图1图示了根据本发明的一些实施例的无线功率传输系统的范例。所述功率传输系统包括功率发射器101，功率发射器101包括(或者被耦合到)发射器线圈/电感器103。所述系统还包括功率接收设备105，功率接收设备105包括(或者被耦合到)接收器线圈/电感器107。

所述系统提供从功率发射器101到功率接收设备105的电磁信号，在功率传输阶段中，所述电磁信号可以被称为功率传输信号，而在异物检测间隔中，所述电磁信号可以被称为电磁检测信号。具体地，功率发射器101生成电磁信号，所述电磁信号作为磁通量由发射器线圈或电感器103来传播。所述电磁检测信号和/或所述功率传输信号通常可以具有在大约20kHz到大约500kHz之间的频率，并且常常用于通常在从95kHz到205kHz范围内的Qi兼容系统(或者例如对于高功率厨房应用，频率例如可以通常在20kHz到80kHz之间的范围内)。发射器线圈103与功率接收线圈107被松散地耦合，并且因此，功率接收线圈107拾取来自所述功率发射器101的功率传输信号(的至少部分)。因此，经由从发射器线圈103到接收线圈107的无线电感耦合，功率从所述功率发射器101被传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要被用于指代发射器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是将意识到，通过等效，其也可以被认为和用作对被提供给发射器线圈103或由功率接收线圈107拾取的电信号的参考。

在该范例中，功率接收设备105具体是经由接收器线圈107接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收设备105可以包括金属元件，诸如金属加热元件，在这种情况下，功率传输信号引起涡电流，导致对元件的直接加热。

所述系统被布置为传输实质的功率水平，并且具体地，所述功率发射器在许多实施例中可以支持超过500mW、1W、5W、50W、100W或500W的功率水平。例如，针对Qi对应的应用，对于低功率应用(基本功率曲线)，功率传输通常可以在1-5W功率范围内，对于Qi规范版本1.2，多达15W，并且对于高功率应用(诸如，例如厨房应用)，功率传输可以超过100W并且高达1000W以上。

在下文中，将具体参考根据Qi规范的实施例(除了本文中描述的(或对应的)修改和增强之外)或者适合于由无线电力联盟开发的更高功率厨房规格的实施例来描述功率发射器101和功率接收设备105的操作。具体地，功率发射器101和功率接收设备105可以遵循或基本上与Qi规范版本1.0、1.1或1.2的元件相兼容(除了本文中描述的(或对应的)修改和增强之外)。

在无线功率传输系统中，物体(通常从功率传输信号中提取功率并且不是功率发射器101或功率接收设备105的一部分的导电元件，即，对功率传输是非预期的、不期望的和/或干扰的元件)的存在在功率传输期间可能是非常不利的。这样的不希望的物体在本领域中被称为异物。

异物不仅可能通过向操作添加功率损耗来降低效率，而且还可能降低功率传输操作自身(例如，通过干扰功率传输效率或者提取不直接例如通过功率传输回路来控制的功率)。另外，异物中的电流的感生(特别是异物的金属部分中的涡流)可能导致对异物的通常非常不希望的加热。

为了解决这样的情况，诸如Qi的无线功率传输系统包括用于异物检测的功能。具体地，所述功率发射器包括寻求检测是否存在异物的功能。如果是这样，则所述功率发射器例如可以终止功率传输或者减少能够传输的最大功率量。

由Qi规范提出的当前方法基于检测功率损耗(通过比较发射的功率和报告的接收到的功率)或者检测输出谐振电路的品质Q中的劣化。然而，已经发现这些方法在许多情况下提供次优的性能，并且其可能具体导致不准确的检测，导致错过的检测和/或误报，在误报中，尽管没有这样的对象存在，但是仍检测到异物。

异物检测可以在功率接收器进入功率传输阶段之前(例如，在功率传输的初始化期间)或者在功率传输阶段期间被执行。在功率传输阶段期间的检测通常基于测量到的发射功率与接收器功率的比较，而在功率传输阶段之前进行的检测通常基于所反映的阻抗的测量结果，例如通过使用小的测量信号来测量发射器线圈的品质因子。

作为范例，异物检测的挑战在于对执行足够准确的测量的要求，以便实现足够可靠的异物检测。例如，如果用于异物检测的测量在Qi功率传输初始化阶段的选择阶段中发生，则功率发射器针对该测量所提供的信号必须小到足以不唤醒功率接收器。然而，这通常导致差的信噪比，导致降低的检测准确性。

暴露于小的测量电磁信号的功率接收器可能示出取决于测量电磁信号的水平、初级线圈与次级线圈之间的耦合、以及整流器的输出端处的电容器的充电状态的泄露电流。因此，取决于当前经历的实际状况，该泄露电流能够是不同的。由于泄露电流影响初级线圈处的反映阻抗，对品质因子的测量也取决于实际状况，并且这通常妨碍最佳检测。

图1的系统使用不同的方法用于异物检测。在许多实施例中，所述方法可以提供经改善的异物检测，并且具体地，在许多实施例中，当所述系统未正在功率传输阶段中操作时，可以提供更准确的异物检测。所述方法还可以允许低复杂性和低资源要求。所述方法的优点在于：其可以适合于包括在许多现有系统中(诸如具体地在Qi无线功率传输系统中)，并且实际上，这可以常常在几乎没有修改的情况下被实现。因此，所述方法提供了高度的向后兼容性。

图2图示了功率发射器101的元件，并且图3更详细图示了图1的功率接收器105的元件。

功率发射器101包括驱动器201，驱动器201能够生成驱动信号，所述驱动信号被馈送到发射器线圈103，发射器线圈103继而生成电磁信号，为了简洁和清楚，当系统在所描述的异物检测被执行的异物检测间隔中时，所述电磁信号也将被称为检测信号或电磁检测信号。在该实施例中，出于检测是否存在任何异物的特定目的，电磁信号被生成。然而，将意识到，所述电磁信号也可以具有其他目的，并且具体地，在一些实施例中，其可以为功率接收器提供功率。

还将意识到，用于在功率传输阶段期间生成功率传输信号的功能也可以被用于在功率传输阶段期间生成电磁检测信号。例如，无论是出于功率传输还是异物检测(或者这两者)的目的，相同的驱动器和输出电路通常被用于生成用于发射器线圈103的任何驱动信号。

驱动器201通常可以包括通常通过驱动全桥或半桥形成的逆变器形式的输出电路，如技术人员应众所周知的。

功率发射器101还包括功率发射器控制器203，功率发射器控制器203被布置为根据期望的操作原理来控制功率发射器101的操作。具体地，功率发射器101可以包括根据Qi规范执行功率控制所需的许多功能。

功率发射器控制器203被具体布置为控制通过驱动器201的驱动信号的生成，并且能够控制驱动信号的功率水平，并且因此控制所生成的电磁信号的水平(以及具体地在功率传输阶段之前的检测信号)。具体地，功率发射器控制器203也是响应于从功率接收器105接收的功率控制消息而控制电磁信号的功率水平的功率环控制器。

为了从功率接收器105接收数据和消息，功率发射器101包括消息接收器205，消息接收器205被布置为从功率接收器105接收数据和消息(如技术人员将意识到的，数据消息可以提供一个或多个比特的信息)。在该范例中，功率接收器105被布置为对电磁信号(即，由发射器线圈103生成的检测信号/功率传输信号)进行负载调制，并且消息接收器205被布置为感测发射器线圈103的电压和/或电流的变化并且基于这些内容对负载调制进行解调。技术人员将意识到如例如在Qi无线功率传输系统中所使用的负载调制的原理，并且因此这些内容将不被进一步详细地描述。

功率发射器101还包括异物检测器207，异物检测器207被布置为执行异物检测，即具体地检测任何不期望的导电元件是否可能存在于所生成的电磁场内。

在异物检测被执行的间隔期间，即在异物检测(时间)间隔期间，异物检测器207可以对状况进行评估以确定异物是否被认为存在。在异物检测间隔期间，功率发射器101生成电磁检测信号，并且异物检测基于比较该信号的功率水平与所接收到的功率水平的指示，其中，所述指示是从功率接收器105接收的。

所述电磁检测信号的功率水平反映由电磁场中的导电元件(包括接收器线圈107)从所述电磁检测信号中提取的功率。其因此指示由功率接收器105以及可能存在的任何异物的组合所提取的功率。所述电磁信号的功率水平与由功率接收器105提取的功率之间的差异因此反映由所存在的任何异物提取的功率。所述异物检测例如可以是低复杂性检测，其中，如果电磁信号的功率水平(此后被称为发射功率水平)之间的差异超过所报告的由功率接收器105提取的功率(此后被称为接收功率水平)，异物的检测被认为已经发生。

在所述方法中，所述异物检测因此基于所发射的功率水平与所报告的接收到的功率水平之间的功率水平。在不同的实施例中，对异物的检测的反应可以是不同的。然而，在许多实施例中，异物检测间隔可以是潜在功率传输初始化的一部分，并且功率发射器101可以被布置为响应于对异物的检测而终止该初始化。

图3图示了功率接收器105的一些示范性元件。

接收器线圈107被耦合到功率接收器电路301，功率接收器电路301将接收器线圈107经由开关305耦合到负载303(即，其是可切换负载305)。功率接收器电路301包括将由接收器线圈107提取的功率转换成用于负载的合适供应的功率控制路径。另外，功率接收器电路301可以包括执行功率传输所需的各种功率接收器控制器功能，并且具体地根据Qi规范执行功率传输所需的功能。

为了支持从功率接收器105到功率发射器101的通信，功率接收器105包括负载调制器307。负载调制器307被布置为响应于要被发射到功率发射器101的数据而改变接收器线圈107的负荷。负载变化然后通过功率发射器101来检测和解调，如本领域技术人员应当知晓的。

图4图示了功率接收器105的功率路径的范例的元件的电路示意图。在该范例中，功率接收器105包括通过名称LRX提及的接收器线圈107。在该范例中，接收器线圈107是谐振电路的一部分，并且功率接收器105因此还包括谐振电容器CRX。接收器线圈107经受电磁信号，并且因此，在线圈中感应AC电压/电流。所述谐振电路被耦合到具有平滑电容器C1的整流器桥，所述平滑电容器C1被耦合到该桥的输出端。因此，在电容器C1上生成DC电压。DC电压上的纹波的量值将取决于平滑电容器的尺寸以及取决于负载。

桥B1和平滑电容器C1经由通过开关S1图示的开关305被耦合到通过参考符号RL所指示的负载303。开关305因此能够被用于将负载与功率路径连接或断开，并且因此，负载是可切换负载305。将意识到，尽管开关S1被示为常规开关，但是其当然可以通过任何合适的器件(包括通常通过MOSFET)来实施。还将意识到，负载303被图示为简单的被动端口，但是其当然可以是任何合适的负载。例如，负载303可以是要被充电的电池、移动电话或者另一通信或计算设备，可以是简单的被动负载等。实际上，负载303不一定是外部负载或专用的内部负载，但是例如可以包括功率接收器105自身的元件。因此，在图3和图4中所图示的负载303可以被认为表示能够通过开关305/S1被断开的接收器线圈107的任何负载/电磁信号，并且其因此也被称为可切换负载305。

图4还图示了能够基于开关S2的切换而与谐振电路并联地连接或断开的负载调制电容器C2。负载调制器307可以被布置为控制开关S2，使得调制电容器C2的负载能够响应于要被发射给功率发射器101的数据而被连接和断开，由此提供负载调制。

功率接收器105被布置为在异物检测间隔期间进入异物检测模式，所述异物检测间隔具体地可以是功率传输阶段的初始化的一部分。功率接收器105包括负载控制器309，负载控制器309对开关305进行控制(相当地，开关305能够被认为是负载控制器的一部分)。负载控制器309能够通过将负载303与功率接收器断开来发起所述异物检测间隔，即，其断开功率接收器电路301的负载，并且因此，断开接收器线圈107的负载(负载控制器309被布置为在异物检测间隔期间降低接收器线圈107的负荷)。

将意识到，接收器线圈107的负荷可以在异物检测间隔期间不被完全关闭。例如，功率接收器105仍然可以提取用于例如操作一些内部电路的功率。因此，负载控制器309可以被布置为将负载与接收器线圈107的负荷断开，同时仍然允许接收器线圈107通过一个或多个其他负载而施加负荷。实际上，接收器线圈107的负荷能够被认为包括在异物检测间隔期间被负载控制器309断开的负载以及未被负载控制器309断开的负载。因此，负载303能够被认为表示在异物检测间隔期间被接收器线圈107断开的负载。该负载可以包括功率传输针对其建立的外部或内部负载两者，而且也可以包括例如在异物检测间隔期间被暂时关闭的内部控制功能。

功率接收器105包括功率控制器311，功率控制器311被布置为与功率发射器101建立功率控制环。具体地，功率控制器311能够向功率发射器101发射功率控制消息，并且作为响应，功率发射器101可以改变驱动信号的功率水平并且因此改变所生成的电磁信号。通常，功率控制器311可以生成功率控制误差消息，其指示对于功率发射器101增加或降低功率水平的请求。功率控制器311可以通过比较测量值与参考值来确定适当的误差消息。

在功率传输期间，功率控制器311可以将所提供的功率水平与所需的功率水平进行比较，并且基于该比较而请求增加或降低的功率水平。

在异物检测间隔期间，功率控制器311被布置为确定在功率接收器线圈中感应的信号的水平与参考水平之间的差异。所述水平可以通常被确定为电压水平(具体地，感应电压的水平)，但是在其他实施例中，例如可以是功率水平(具体地，感应信号功率的水平)或电流水平(具体地，感应电流的水平)。将意识到，可以使用感应信号的水平的任何合适的指示。

在许多实施例中，功率控制器311被布置为将感应信号的电压水平指示与参考电压进行比较，并且基于该比较来生成功率控制消息。如果电压低于参考值，则发射请求要增加电磁信号的水平的功率控制消息，并且如果其高于参考值，则发射请求要降低电磁信号的水平的功率控制消息。作为响应，功率发射器控制器203增加或降低驱动信号水平以提供电磁检测信号的对应变化。

以这种方式，功率接收器105能够控制电磁检测信号的水平，使得感应信号的水平朝向参考值被驱动。具体地，发射器线圈103上面的电压可以被驱动为等于给定的参考电压。

所述方法因此允许功率接收器105对建立通常预定负载被提供以及感应信号并且具体是感应电压处于预定水平的预定配置的控制。因此，参考操作状况针对功率接收器105(通过功率接收器105自身)来进行设置。

功率接收器105还包括消息发射器313，消息发射器313被布置为向功率发射器101发射预定的负荷指示。消息发射器313被耦合到负载调制器307，允许预定的负荷指示使用负载调制被发射给功率发射器101(将意识到，功率控制器和消息发射器可以被认为包括通过图3中的负载调制器307单独表示的负载调制功能)。

所述预定的负荷指示提供当在功率接收器105正在用于异物检测的给定操作点处操作的情况下时(即，当可切换负载303被断开并且感应信号水平处于/等于参考水平时)通过功率接收器105对功率发射器101的负荷的指示。具体地，所述预定的负荷指示指示当所述系统在可切换负载303被断开并且功率接收器线圈中的感应信号处于参考水平的情况和操作配置下操作时将从所述电磁检测信号中提取的功率。因此，所述预定的负荷指示指示当可切换负载305被断开并且感应信号的水平等于参考水平时所述电磁检测信号的负荷。

所述预定的负荷指示因此提供功率接收器105在异物检测间隔期间对电磁检测信号具有的影响的信息。在该间隔期间，功率接收器105发射功率控制消息，使得感应信号的水平朝向给定的参考值被驱动，并且其中，可切换负载303被断开。

所述预定的负荷指示此外是预定的指示。其是基于感应信号水平处于参考水平并且可切换负载303被断开的假设。在许多实施例中，所述预定的负荷指示实际上可以是简单地通过从存储器取回而向功率发射器101发射并且基于当前状况在没有由于任何测量或修改而被修改的情况下被发射的存储值。实际上，在许多实施例中，所进行的仅有的测量是对感应信号水平的测量，使得这能够朝向参考水平被驱动。然而，在许多实施例中，所述预定的负荷指示也独立于此，即，预定的负荷指示被取回并且被发射给功率发射器101，并且感应信号的测量然后被用于将该水平驱动到参考水平，使得实际的操作状况等于针对预定的负荷指示所假设的操作状况。

例如，在针对功率接收器的设计或制造阶段期间，其可以被定位在测试设置中，其中，电磁信号被提供，并且其中，确保没有其他物体存在以从电磁检测信号中提取功率。所述功率接收器可以被设置为与可切换负载303被断开(例如，负载可以不被包括或者功率接收器的开关可以断开负载)相对应的配置。所述功率接收器然后可以在异物检测模式下进行操作，导致功率控制消息被生成以将感应信号的水平驱动到参考水平。所述测试设置因此可以控制所述电磁检测信号的功率。当足够稳定的状况被实现时，电磁信号的功率被测量(例如，通过测量驱动线圈生成电磁信号的驱动信号的功率)。所述测量能够是在严密控制的状况下并且利用高度准确的测量设备，并且因此，所提取的功率能够被非常准确地测量。测量值然后可以被编程到所制造的功率接收器内，并且被用作预定的负荷指示。

所述预定的负荷指示因此是被发射给功率发射器并且提供当功率接收器105正在异物检测操作配置下操作时预期到功率接收器对电磁检测信号施加的负荷的指示的预定值。该值不仅仅是在接收器线圈107中感应的信号的实际功率的测量，而且是可以包括例如由功率接收器105自身的导电元件(常常被称为友好金属)引起的负荷的预定值。因此，消息发射器313发射指示由于在异物检测配置下操作的功率接收器105的存在的电磁检测信号的预期负荷的预定的负荷指示。

功率发射器101的消息接收器205接收预定的负荷指示，并且将其发送给异物检测器207。异物检测器207然后前进到将所生成的电磁检测信号的功率水平(即，发射功率水平)与预定的负荷指示进行比较。在许多实施例中，异物检测器207可以简单地从发射器功率水平中减去预定的负荷指示。如果结果超过给定的阈值，则异物检测器207可以确定异物已经被检测到，并且否则认为还尚未检测到异物。

具体地，所述功率发射器可以在通过所述预定的负荷指示从功率接收器105报告的接收到的功率的异物检测间隔期间确定其所发射的功率水平。基于这些值，异物检测器207能够计算所发射的功率与所接收的功率之间的差异，并且检查该差是否在小的公差范围之内。如果该差在所述范围之外，则异物检测器207指示异物已经被检测到。如果其在所述范围之内，则异物检测器207指示尚未发生检测到异物。该范围可以被选取为使得通过该功率差未检测到的金属物体中的功率损耗被认为是可接受地低的。当然，将意识到，其他并且通常更复杂的决策标准可以用于其他实施例。

所述方法因此在异物检测间隔期间建立异物检测模式或配置。在这种模式下，功率接收器105正在以严格定义的操作参数(降低的可预测负载并且以参考水平指示)进行操作，并且替代测量所接收到的功率水平，预定值被用于表示由功率接收器105的电磁检测信号的负荷。

在所述方法中，功率接收器105因此向功率发射器101发射预定的负荷指示。所述预定的负荷指示包括当功率接收器105正在特定的测试模式下进行操作时电磁检测信号的功率负荷的指示，在所述特定的测试模式中，可切换负载305被断开并且在接收线圈107中感应的信号的水平处于特定的参考水平。所述预定的负荷指示可以具体地表示通常在制造或设计阶段期间的这种负荷的先前确定，并且因此表示当在这样的情况下操作时功率接收器105的预期的或假设的性能。

除了发射所述预定的负荷指示之外，功率接收器105还被布置为进入这种测试模式，即，其被布置为控制系统的操作以达到尽可能接近所述预定的负荷指示所表示的标称情况的操作情况。其通过向功率发射器101发射功率控制消息来这样做，其中，所述功率控制消息基于将感应信号水平的指示与参考水平进行比较来生成。在许多实施例中，使用整流和平滑后的电压。所述功率控制消息导致电磁检测信号的水平改变，并且因此导致感应信号被驱动到与参考水平相对应，并且因此与所述预定的负荷指示所表示的标称配置相对应。因此，功率接收器105执行两个操作，亦即，其提供所预期的针对特定标称情况所提取的功率的信息，并且然后其进入异物检测模式，在所述异物检测模式中，其将系统配置为在该特定情况下操作。

将意识到，所述预定的负荷指示可以在任何时间被发射。具体地，在一些实施例中，功率接收器105和功率发射器101与彼此第一次通信的时间，其可以被发射。在这样的情况下，功率发射器101例如可以存储所接收到的预定的负荷指示，并且根据所描述的方法将此用于所有未来的异物检测。在其他实施例中，每当功率接收器105进入异物检测测试模式(即，在每个异物检测间隔中)时，预定的负荷指示就可以被发射。实际上，所述预定的负荷指示的所述发射可以被用于指示功率接收器105正在进入该模式，并且因此，可以向功率发射器101指示异物检测测试应当被发起。

因此，将意识到，所述预定的负荷指示的所述发射可以与功率接收器105实际进入异物检测测试模式分开，即，其可以与感应信号到参考水平的实际驱动分开。

在不同的实施例中，可以在不同的时间执行由异物检测器207执行的异物检测，并且实际上，在不同的实施例中，可以使用用于确定要执行异物检测的时间的不同方法。

在许多实施例中，将存在从异物检测间隔的开始直至感应信号被驱动足够接近参考水平的延迟。实际上，用于将感应信号驱动到该水平的功率控制环通常是相对低的。因此，通过异物检测器207的异物检测通常相对于异物检测间隔的开始并且实际上相对于功率接收器105进入异物检测测试模式被延迟。

在一些实施例中，异物检测器207可以简单地具有固定的预定延迟，并且可以假设在该延迟之后所述功率控制环已经具有足够的时间来使感应信号水平足够接近参考水平。在其他实施例中，异物检测器207例如可以响应于所接收到的功率控制消息而确定用于异物检测的合适的时间。具体地，可以确定异物检测直到所述功率控制消息包括从请求更多功率到请求更少功率并且反之的给定量的功率请求转变才被执行。例如，如果功率接收器105在进入异物检测间隔后测量到过低的感应功率水平，则其将前进到请求增加的功率水平，直至感应水平(稍微)超过参考水平，在此状态下，其将发射功率下降请求。这可以通过功率发射器101来检测，功率发射器101可以将其作为感应水平足够接近参考水平的指示，以便所述预定的负荷指示可能是正在被提取的功率的足够准确的指示。实际上，当稳定状况发生时，所述功率控制消息通常将具有相等量的功率上升和功率下降请求，并且这种情况可以被检测并且被异物检测器207用于开始异物检测。

在一些实施例中，功率接收器105可以向功率发射器101发射功率接收器105已经达到具有与参考水平相对应的感应水平的足够稳定的水平的指示。这可以基于在功率接收器105处的感应水平的测量来确定。在这样的实施例中，功率发射器101可以直到接收到来自功率接收器105的指示测试模式状况已经到达的消息才执行异物检测。

实际上，在一些实施例中，所述消息也可以发射所述预定的负荷指示，即，功率接收器105可以直到状况对于要被执行的异物检测而言足够稳定才发射预定的负荷指示。因此，功率接收器105可以被布置为响应于感应信号的水平满足相对于参考水平的相似性要求的确定而发射所述预定的负荷指示。所述相似性要求可以简单地为其之间的差异在阈值之下。功率发射器101可以被布置为响应于接收到消息并且具体地响应于接收到所述预定的负荷指示而开始异物检测。

应当注意，所述预定的负荷指示被预先确定，并且提供当感应信号处于参考水平时正被提取的估计的功率。然而，由于变化、漂移等，即使当功率控制处于稳定的适应状态时，感应信号的实际水平实际上将自此稍微改变。因此，所述预定的负荷指示提供来自标称测试配置的标称功率提取，而非提供针对操作状况的负荷。然而，所述功率控制环将确保该潜在偏差低到足以不会不可接受地影响异物检测。

在许多实施例中，功率接收器105通过其被控制为处于参考水平的感应信号的水平指示接收器线圈上的电压的电压水平。在一些实施例中，功率接收器105可以在异物检测间隔期间直接测量例如峰值、峰峰值、绝对平均值或RMS电压，并且生成将该值驱动到通常预定的参考值的功率控制消息。

在许多实施例中，特别有利的方法是要控制所述电磁检测信号的水平，使得整流和平滑(低通滤波)后的电压朝向参考电压被驱动。在许多实施例中，所述功率控制器可以被布置为生成功率控制消息以反映参考电压与在感应信号的整流和低通滤波之后测量到的电压之间的差异。

例如，对于图3的功率路径，整流由桥B1来提供，并且低通滤波平滑效果通过电容器C1来实现。在该范例中，所考虑的水平可以是电容器C1上面的电压。因此，功率控制器311可以在异物检测间隔期间测量C1上的电压，并且将其与预定的参考电压进行比较。如果C1上的电压(也被称为整流电压)低于预定的参考电压，则功率上升请求被发射到功率发射器101，并且如果经整流的电压高于预定的参考电压，则功率下降请求被发射。所述电磁检测信号因此将被驱动到导致经整流的电压处于参考水平的给定水平。

将意识到，如果经整流的电压的负荷(即，(例如，通过内部电路)从经整流的电压汲取的电流)相对于平滑电容器C1的尺寸是足够低的，则纹波将是不显著的，并且桥B1和平滑电容器C1的布置有效地充当峰值检测器电路。还将意识到，对于更高的纹波，所述系统可以在测量电压时补偿所述纹波，例如其可以使测量与纹波同步，或者例如可以进行多次测量并且对这些测量求平均。

电压水平并且具体地整流和平滑电压水平的使用不仅促进实施，而且提供相对于易于测量并且能够直接提供经改善的性能的参数。具体地，电磁场强度取决于感应电压而非感应或提取的功率。因此，通过控制电压水平处于给定的参考水平，即使非常少的功率被功率接收器105提取，也能够确保电磁场强度是相对高的。然而，该相对高的电磁场强度将导致在异物中被感应更高量的功率。因此，所述方法可以确保在异物检测间隔期间，由异物提取的功率是相对高的，而由功率接收器105提取的功率是相对低的。这可能导致更可靠的并且准确的检测。

所描述的方法因此可以利用功率发射器提供在功率接收器处的轻负载状况下具有良好信噪比的电磁检测信号形式的测量信号的测试模式/配置。在该测试模式下，所述功率接收器可以被通电并且与功率发射器通信，并且该操作可以是基于功率接收器正在从所述电磁检测信号中提取功率。通过断开在功率传输阶段期间被提供功率的负载的至少一些元件，所述功率接收器可以控制经整流的电压以在固定的轻负载状况下到达预定的高水平。所述经整流的电压到参考值的驱动是通过向功率发射器发射因此适应所述电磁检测信号的水平的功率控制消息来实现的。

由于当在测试模式下在异物检测间隔中操作时的这些固定状况，由功率接收器提取的功率能够被更准确地估计，并且实际上能够被预先确定。所述方法使得功率接收器能够在执行异物检测时执行关于电磁检测信号的负荷的准确数据。该信息的经改善的准确性使得功率发射器能够以更好的分辨率和更高的准确性来检测异物。

所述功率接收器能够向功率发射器报告针对参考状况的准确的预定的接收到的功率值。所述接收到的功率值例如能够在生产期间被预先编程或安装到功率接收器内。实际上，由于感应水平，并且具体地，由于整流电压水平和负载是固定的，部件中(诸如接收器线圈和整流器中)的功率损失能够被事先估计，并且所述功率接收器不必测量电流以便计算所述接收到的功率。相反，其允许预定的负荷指示被存储，并且被简单地取回并且被发射给功率发射器。所述值例如能够被存储在功率接收器的存储器中，或者可以被存储为例如相对于参考值指示该值的电阻设置。

此外，尽管电磁检测信号的负荷可以是轻的，生成高整流电压所需的磁场强度通常将是相对高的。因此，暴露于该场的异物将损耗相对高量的功率，并且因此，产生通过功率接收器的电磁检测信号的负荷是相对低的而通过异物的负荷通常将是相对高的情况。

实际上，当负载状况是轻的时，即，当功率接收器仅提取低量功率时，异物的存在或不存在能够当负载是重的时对生成电磁检测信号以导致感应信号水平匹配参考水平所需的功率有相对更大的影响。这允许更可靠的异物检测。

例如，对于由功率发射器驱动适当的电流通过发射器线圈而生成的给定磁场，暴露于该场的异物中的功率损耗可以是0.3W。如果功率接收器被暴露于同一场(例如，当异物位于功率发射器与功率接收器之间时)，则所接收的功率取决于通过功率接收器的实际负荷，并且这取决于功率接收器的负载。在断开的可切换负载的情况下，所述功率接收器可以仅提取1W，并且在连接的可切换负载的情况下，其可以提取5W。对应的所发射的功率然后将分别为1.3W和5.3W。相比于所接收到的功率，功率差分别为30％和6％，因此，在第一情况下提供了可靠得多的检测。

用于所述方法的各种参数的特定值将取决于个体系统的偏好和要求。

然而，在许多实施例中，特别有利的操作可以针对不低于3V和/或不高于30V的参考电压水平来建立，并且在一些实施例中，特别有利的操作可以针对不低于5V和/或不高于20V的参考电压水平来建立。这可以具体地是电压水平是整流电压的水平(或者可能是例如峰值、RMS或绝对平均线圈电压)的情况。将参考电压设置在这些范围之内通常将确保电磁检测信号的磁场强度高到足以感应异物中的可相对容易检测到的水平，但是将允许电压处于其能够被容易地在功率接收器中使用的水平。例如，可以确保水平低到足以不冒损坏电子部件的风险、不冒电击的风险等。

在许多实施例中，当负载被断开时接收器线圈的负荷不高于1W和/或者不低于100Ohm。在一些实施例中，接收器线圈的负荷不高于500mW或甚至100mW和/或不低于1kOhm或甚至10kOhm。

维持负荷低/轻并且因此由接收器线圈107提取的功率低并且接收器线圈107的负载上的电阻分量高确保了存在的任何异物的影响将对电磁检测信号的功率水平有更高的相对影响，并且因此将促进异物检测。

在许多实施例中，参考水平是预定的参考水平。例如，针对整流电压参考电压可以在制造期间被存储在功率接收器105中，并且功率接收器105可以在异物检测模式下操作时取回该值，并且生成将平滑电容器上的测量电压驱动到该值的功率控制消息。该方法可以确保功率接收器105在根据该方案执行异物检测时总是在同一操作点处操作。

使用预定的参考水平可以促进预定的负荷指示的生成。所述预定的负荷指示可以被生成以反映利用功率接收器从由参考功率发射器生成的电磁信号中提取的功率的测量，并且参考功率发射器在参考配置下进行布置。这可以如先前所描述的那样在制造或设计过程期间被完成。所述功率接收器可以在给定配置下被定位在参考发射器上，例如对应于被定位在用于功率传输的(例如，其中，发射器线圈和接收器线圈尽可能接近彼此)并且没有可能潜在地从电磁信号中提取功率的其他物体存在的标称或最佳位置处的功率接收器。所述功率接收器和所述参考功率发射器然后可以进入异物检测模式，其中，该功率接收器驱动电磁场强度以导致给定的参考水平，例如平滑电容器上的给定电压。用于驱动发射器线圈的功率然后可以基于例如发射器线圈的电流和电压的测量来计算。

所得到的测量到的用于发射器线圈的驱动信号的功率水平以及因此电磁信号的功率水平可以作为预定的负荷指示而被存储在功率接收器中。另外，参考水平可以被存储。在一些系统中，该过程可以作为制造过程的一部分针对正被制造的每个功率接收器来执行。在许多应用中，对于针对每种类型的功率接收器仅要被执行一次的过程，功率接收器将是足够相似的，并且相同的值能够被存储在该类型的所有功率接收器中。无论何时，功率接收器只要随后进入异物检测模式，就能够简单地提取参考水平并且将其用于功率控制，并且能够提取所存储的预定的负荷指示并且将其发射给功率发射器。因此，能够实现低复杂性的经改善的异物检测。

在一些实施例中，所述预定的负荷指示可以被确定为参考水平的预定函数。

例如，所述功率接收器可以被设计为进入异物检测模式，其中，整流电压被驱动到在例如从5V到15V的给定范围之内的值，但是没有描述特定的电压。所述功率接收器然后可以将电压驱动到在该范围内的给定的但是非预定的水平。例如，所述值可以取决于其他因素，诸如用于外部负载的期望电压(例如，如果外部负载需要5V的电压，则参考水平被设置为5V，如果其需要12V的电压，则参考水平被设置为12V等)。

在这样的情况下，并非针对所述预定的负荷指示的单个值被存储，而是根据参考电压提供预定的负荷指示的函数可以被存储。因此，功率接收器能够取回函数，并且针对选定的参考水平对此进行评估，并且将所得到的值发射到所述功率发射器。

预定函数例如可以被存储为例如可以通过拟合到通过如上文所描述的制造或设计期间的测试获得的多个测量结果而确定的数学表达式。作为另一范例，预定函数可以作为一组相关值被提供在查找表中。对于不直接被包括在查找表中的值，功率接收器例如可以通过内插来确定所述预定的负荷指示。

在许多实施例中，所述系统可以被布置为针对参考水平的一系列不同值来执行所描述的过程。例如，异物检测可以针对5V、10V、15V和20V的参考电压来执行。在许多情况下，这样的方法可以提供经改善的检测准确性。同样地，在稍微不同的操作状况下的多个测量可以允许更复杂的检测算法。例如，如果四个测试中的三个测试指示异物存在，则异物检测可以被认为已经发生。

所描述的方法的优点在于：其特别适合于包括在许多目前的无线功率传输系统中。具体地，所述方法与Qi无线功率传输规范的当前方法高度兼容。

实际上，所述方法非常良好地适于Qi功率传输初始化方法的校准阶段。

Qi功率初始化以选择阶段开始，其中，物体的存在可以被检测。所述功率发射器然后移动到查验(ping)阶段，其中，所述功率发射器生成查验电磁信号并且检测所检测的物体是否如预期的那样针对功率接收器做出响应。如果是这样的话，则所述系统移动到识别和配置阶段，否则所述功率发射器返回到选择阶段。在识别和配置阶段中，消息在功率接收器与功率发射器之间进行交换，识别参数，诸如版本号、最大请求功率以及适合于设置功率传输的其他配置数据。

对于更老并且通常更低的功率版本，所述系统然后移动到功率传输阶段。然而，如果功率发射器和功率接收器两者都支持Qi标准的更新版本，则所述系统可以移动到消息在功率接收器与功率发射器之间进行交换以协商不同的操作参数(诸如可接受的功率水平区间)的协商阶段。在协商阶段后，所述系统移动到校准阶段，在此之后，其移动到功率传输阶段。如果任何误差发生在不同的阶段中，则所述功率发射器返回到选择阶段。

在校准阶段中，所述功率发射器与所述功率接收器被彼此校准，并且具体地，所发射的功率与所接收的功率关系的校准被确定。所述校准阶段包括两个阶段，亦即，在功率接收器处的轻负载的情况下执行的第一校准阶段。紧接着是第二校准阶段，其中，所述功率接收器连接负载，使得功率发射器的负荷更接近在功率传输阶段期间预期的负荷。

Qi无线功率传输系统并且具体地校准阶段的进一步细节能够在“The QiWireless Power Transfer System,Power Class 0Specification,parts 1and 2:Interface Definitions”(2016年4月的版本1.2.2)中发现。

具体地，章节5.1.2.5描述了从功率发射器角度的校准阶段，其中，图23图示了校准阶段中的两种状态，亦即：轻负载状态和连接的负载状态。所述功率发射器保持在这些状态中的一个状态内，直至其满足所报告的所接收的功率。如果所接收的功率满足这两种状态，则其将仅完成所述校准阶段。该章节提供了不满足的原因的范例。章节5.1.3.5描述了从功率接收器角度的校准阶段。

所描述的用于异物检测的方法极其好地适于所述校准阶段，亦即，在轻负载状态下，其中，功率发射器利用所报告的所接收的功率，以便将此与其所发射的功率进行比较以评价所述差是否在可接受的范围之内。通过将预定值用于给定的参考感应水平，所述方法可以允许功率接收器提供对所接收的功率的更准确的指示。已经发现常常提供比如在Qi规范的章节11.4.2中定义的所接收的功率水平的测量基本上更准确的指示。这允许功率发射器将小的范围用于功率差检测，并且实现对异物的存在/不存在的准确估计。

此外，由于轻负载状况已经被包括在校准阶段中，所描述的用于对异物的准确检测的方法能够在对Qi规范的极小改变的情况下被引入到校准阶段。同样地，许多接收器可以包括用于例如在功率传输阶段期间使用功率控制消息控制整流功率水平的电路，并且因此，这能够常常被容易地修改以在校准阶段期间提供所需的功能。

实际上，将意识到，所描述的方法可以提供许多不同的优点，并且一般可以改善无线功率传输系统(诸如具体地Qi无线功率传输系统)中的异物检测。这些优点可以包括：

通过功率接收器的更准确的所接收的功率估计。可以对此有贡献的影响包括：

由金属中的功率损失引起的相对差在轻负载下比在连接的负载下更大。

所测量到的整流的电压在轻负载下具有更低的纹波，并且因此比在连接的负载下更准确。

要作为所接收的功率而测量的更少或甚至没有参数取决于可以通常为预定值的单个参数(感应信号水平，例如整流电压)。

-许多参数(电流、内部功率损失)中的不确定性将不影响异物检测。

所接收的功率与单个(可能预定的)参数之间的关系能够在准确测量仪器的帮助下被预先确定。

对其他(常常较不)准确方法(诸如基于品质因子测量的异物检测方法)的较小依赖性。

单个(预定)参数的测量以及该参数与所接收的功率之间的预定关系允许功率接收器的更不复杂的、更可靠的并且更便宜的实施。

所述功率接收器被提供功率并且在异物检测模式下操作。这允许例如：

所述功率发射器的准确测量(校准阶段中的轻负载状况)与校准阶段的结束之间的更短时间；利用其他方法，功率发射器在选择阶段处准确地测量，意指查验、识别&配置和协商阶段需要在功率发射器进入校准阶段之前被执行。功率发射器的准确测量与校准阶段的结束之间的更短时间降低了异物在该时间期间进入电磁场(其将使校准无效)的可能性。

例如一旦怀疑对金属(异物或过多暴露的友好金属)的潜在不想要的加热，就从功率传输模式重新进入测试模式，由此让功率接收器继续运行。这允许功率接收器例如：

-通知用户充电被短暂暂停以由于准确检查。

-通知用户功率将被降低。

-建议用户检查异物的存在。

-建议用户检查功率接收器的对准，因为友好金属可能过多暴露于磁场。

-保持功率发射器关于对金属的潜在不想要的加热的报告的事件的次数的跟踪；如果用于其易失性存储器的功率被功率发射器从选择阶段的重启动中断，其将失去这种跟踪。

与许多安装的功率发射器并且具体与Qi功率发射器v1.2和更低的向后兼容性。

在校准阶段的第一部分中对在轻负载下的所接收的功率的更准确的报告不干扰v1.2的现有校准流程。其实际上改善了校准流程。

在v1.2中没有排除利用控制误差在校准阶段的第一部分中在轻负载下控制所述功率发射器以将感应信号值调节到预定值。

在v1.0、v1.1和v1.2中已经允许在功率传输阶段中断开负载并且控制功率信号。这允许在功率传输阶段中进入测试模式(轻负载状况)。

通过在协商阶段中请求包含功率发射器的版本的识别包(5.3.3.3)，功率接收器能够找出功率发射器是否支持新的特征。另一种可能性是将特定请求包添加到协商阶段，功率接收器将其用于检查功率发射器是否支持新的特征。

在找出功率发射器支持新的特征之后，功率接收器仅依赖于该新的特征，例如功率接收器然后可以：

-当系统处在功率传输阶段中时，请求功率发射器返回到校准阶段的轻负载部分，以便准确地重新检查和重新校准。

-请求功率发射器对在功率传输阶段中在轻负载状况下对金属的潜在加热进行关键检查。

与许多安装的功率接收器并且具体地与Qi接收器v1.2和更低的向后兼容性：

支持新的特征的功率接收器可以将此通信给功率发射器。其能够通过识别包(5.2.3.8)中的版本或者通过在协商阶段中使用特定请求包来这样做：请求功率发射器是否支持该特征-这无疑指示功率接收器支持该特征。在功率发射器已经接收到该新的特征被功率接收器支持之后，功率发射器仅依赖于在轻负载状况下报告的准确的所接收的功率测量。

将意识到，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以在不背离本发明的情况下使用不同的功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布。例如，被图示为由单独的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的合适设备的引用，而并不指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明能够以任何合适的形式来实施，包括硬件、软件、固件或者这些的任何组合。本发明可以任选地被至少部分地实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的各元件和部件可以以任何合适的方式来物理地、功能地和逻辑地实施。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的一部分来实施。这样，本发明可以在单个单元中实现，或者可以在不同的单元、电路和处理器之间物理地和功能地分布。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于这里所阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受所附权利要求的限制。另外，尽管可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除存在其他元件或步骤。

此外，尽管单独列出，但是多个设备、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实施。另外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些特征可以有利地组合，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。在一类权利要求中包含特征并不意味着对该类别的限制，而是指示该特征在合适时同样适用于其他权利要求类别。此外，权利要求中的特征的顺序并不意味着特征必须工作的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不意味着必须以该顺序执行这些步骤。而是，可以以任何合适的顺序来执行这些步骤。另外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的附图标记仅仅被提供用于地使示例清楚，而不应当被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种无线功率传输系统，包括功率发射器(101)和功率接收器(105)，所述功率接收器用于经由电磁信号从所述功率发射器(101)接收功率传输；

所述功率接收器(105)包括：

功率接收器线圈(107)，其用于从所述电磁信号中提取功率；

负载控制器(305、309)，其被布置为在异物检测间隔期间断开所述功率接收器线圈(107)的负载(303)；

功率控制器(307、311)，其用于在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器(101)发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈(107)中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；

消息发射器(307、313)，其用于向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈(107)中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率；并且

所述功率发射器(101)包括：

功率发射器线圈(103)，其用于生成所述电磁信号；

消息接收器(205)，其用于从所述功率接收器接收所述功率控制消息和所述预定的负荷指示；

功率环控制器(203)，其用于响应于所述功率控制消息而控制所述电磁信号的功率水平；

异物检测器(207)，其用于在所述异物检测间隔期间响应于所述电磁信号的所述功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。

2.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中，所述感应信号的所述水平由指示所述功率接收器线圈(107)上的电压的电压水平来表示。

3.根据权利要求1或2所述的无线传输系统，其中，所述功率控制器(307、311)被布置为生成所述功率控制消息以反映参考电压与在对所述感应信号的整流和低通滤波之后测量到的电压之间的差异。

4.根据前述权利要求2和3中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述参考水平是不低于3V并且不高于30V的电压水平。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述参考水平是预定的参考水平。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，当所述负载(303)被断开时所述功率接收器线圈(107)的负荷不高于1W。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，当所述负载(303)被断开时所述功率接收器线圈(107)的负荷的电阻分量不小于100Ohm。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述功率接收器(105)被布置为将所述预定的负荷指示确定为所述参考水平的预定函数。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述异物检测是在功率传输阶段的开始之前的校准阶段的部分。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述预定的负荷指示反映利用所述功率接收器从由参考功率发射器生成的电磁信号中提取的功率的测量结果，并且所述参考功率发射器以所述负载被断开并且所述感应信号的所述水平处于所述参考信号水平的配置来布置。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述预定的负荷指示包括由在所述功率接收器的导电元件中感应的涡电流所提取的功率。

12.一种用于经由电磁信号从功率发射器(101)接收功率传输的功率接收器(105)，包括：

功率接收器线圈(107)，其用于从所述电磁信号中提取功率；

负载控制器(305、309)，其被布置为在异物检测间隔期间断开所述功率接收器线圈(107)的负载(303)；

功率控制器(307、311)，其用于在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器(101)发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈(107)中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；

消息发射器(307、313)，其用于向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈(107)中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率。

13.一种用于无线功率传输系统的异物检测方法，所述无线功率传输系统包括功率发射器(101)和功率接收器(105)，所述功率接收器用于经由电磁信号从所述功率发射器(101)接收功率传输；所述方法包括：

所述功率接收器执行以下步骤：

在异物检测间隔期间断开功率接收器线圈(107)的负载(303)；

在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器(101)发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈(107)中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；

向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载(303)被断开并且所述功率接收器线圈(107)中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率；并且

所述功率发射器执行以下步骤：

从所述功率接收器(107)接收所述功率控制消息和所述预定的负荷指示；

响应于所述功率控制消息而控制所述电磁信号的功率水平；

在所述异物检测间隔期间响应于所述电磁信号的功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。

14.根据权利要求13所述的方法，被安排为针对所述参考水平的多个不同的值重复所述步骤。

15.一种用于功率接收器的操作方法，所述功率接收器经由电磁信号从功率发射器(101)接收功率传输；所述方法包括：

在异物检测间隔期间断开功率接收器线圈(107)的负载(303)；

在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器(101)发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈(107)中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；并且

向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈(107)中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率。