CN111384787A - 实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法 - Google Patents

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王聪颖
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Abstract

本发明涉及一种实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，包括频率发生器，用于产生频率精确度为定值的信号源；驱动电路，与所述的频率发生器相连接，用于将频率发生器输出的PWM脉冲放大到足以驱动线圈能量的方波信号；LC谐振电路，与所述的驱动电路相连接，用于将所述的方波信号转化为正弦波信号。本发明还涉及一种实现能量传输线圈中异物检测控制的方法。采用了本发明的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法，本发明的实验装置简单，成本低；其次，本发明在线圈能量传输前将异物检测出来，且更快速、有效和可靠。从效率、成本、可靠性等考虑，本发明采用频率扫描的方式在线圈能量传输前就将异物快速检测出来。

Description

实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法
技术领域
本发明涉及无线技术领域，尤其涉及无线技术能量传输领域，具体是指一种实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法。
背景技术
近年来，随着无线技术的日益发展，由于其功能性好、可靠性高、安全性、及使用寿命较高、加上无接触、无磨损的特性使其应用越来越广泛。
然而，无线传输较有线传输也有缺点，在能量传输线圈的周围一旦出现异物，会引起系统温度急剧升高，导致系统损坏，故本发明通过频率扫描的方法在线圈能量传输前将异物检测出来，更具可靠性、快速性和有效性。
目前，检测异物的方法有很多，如利用温度传感器探测无线充电系统表面是否存在异常高温区域，若出现异常高温，就认为有异物；或是通过检测电流的大小来判断有无异物，若电流大于某个阈值，则认为有异物存在。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种效率高、成本低、可靠性好的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法。
为了实现上述目的，本发明的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法如下：
该实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
频率发生器，用于产生频率精确度为定值的信号源；
驱动电路，与所述的频率发生器相连接，用于将频率发生器输出的PWM脉冲放大到足以驱动线圈能量的方波信号；
LC谐振电路，与所述的驱动电路相连接，用于将所述的方波信号转化为正弦波信号。
较佳地，所述的LC谐振电路包括电容和线圈电感，所述的电容和线圈电感相互连接。
较佳地，所述的LC谐振电路的固有频率，具体为：
根据以下公式计算LC谐振电路的固有频率：
Figure BDA0001930625660000021
其中，L为电感值，C为电容值。
较佳地，所述的系统还包括滤波电路，与所述的LC谐振电路相连接，用于将高频等杂波滤除，获得比较平滑的曲线。
较佳地，所述的系统还包括ADC采样电路，与所述的滤波电路相连接，用于采样得到信号波动的幅值变化。
该基于上述系统实现能量传输线圈中异物检测控制的方法，其主要特点是，所述的系统还包括滤波电路，所述的系统还包括ADC采样电路，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的频率发生器产生方波信号，所述的驱动电路将所述的方波信号放大，所述的LC谐振电路将信号转化为正弦波信号；
(2)确定异物检测的阈值；
(3)比较测量值和阈值，判断测量值是否大于阈值，如果是，则线圈上午异物；否则，线圈上有异物。
较佳地，所述的方法还包括以下步骤：
(1-1.1)所述的滤波电路通过测量得到信号波动的幅度变化。
较佳地，所述的方法还包括以下步骤：
(2-1.1)所述的ADC采样电路直接采样，并得到信号波动的幅值变化。
较佳地，所述的步骤(1)中的频率发生器产生的方波信号以谐振频率f KHz为中心，步进为△fKHz。
较佳地，所述的步骤(3)中的测量值为谐振信号波动的最大值。
采用了本发明的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法，本发明的实验装置简单，成本低；其次，本发明在线圈能量传输前将异物检测出来，且更快速、有效和可靠。从效率、成本、可靠性等考虑，本发明采用频率扫描的方式在线圈能量传输前就将异物快速检测出来。
附图说明
图1为本发明的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统的频率扫描结构图。
图2为本发明的实现能量传输线圈中异物检测控制的方法的流程图。
图3为本发明的实现能量传输线圈中异物检测控制的方法的无异物时信号波动的示意图。
图4为本发明的实现能量传输线圈中异物检测控制的方法的有异物时信号波动的示意图。
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。
该实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，其中，所述的系统包括：
频率发生器，用于产生频率精确度为定值的信号源；
驱动电路，与所述的频率发生器相连接，用于将频率发生器输出的PWM脉冲放大到足以驱动线圈能量的方波信号；
LC谐振电路，与所述的驱动电路相连接，用于将所述的方波信号转化为正弦波信号。
作为本发明的优选实施方式，所述的LC谐振电路包括电容和线圈电感，所述的电容和线圈电感相互连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的LC谐振电路的固有频率，具体为：
根据以下公式计算LC谐振电路的固有频率：
Figure BDA0001930625660000031
其中，L为电感值，C为电容值。
作为本发明的优选实施方式，所述的系统还包括滤波电路，与所述的LC谐振电路相连接，用于将高频等杂波滤除，获得比较平滑的曲线。
作为本发明的优选实施方式，所述的系统还包括ADC采样电路，与所述的滤波电路相连接，用于采样得到信号波动的幅值变化。
该基于上述系统实现能量传输线圈中异物检测控制的方法，所述的系统还包括滤波电路，所述的系统还包括ADC采样电路，其中包括以下步骤：
(1)所述的频率发生器产生方波信号，所述的驱动电路将所述的方波信号放大，所述的LC谐振电路将信号转化为正弦波信号；
(1-1.1)所述的滤波电路通过测量得到信号波动的幅度变化；
(2-1.1)所述的ADC采样电路直接采样，并得到信号波动的幅值变化。
(2)确定异物检测的阈值；
(3)比较测量值和阈值，判断测量值是否大于阈值，如果是，则线圈上午异物；否则，线圈上有异物。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)中的频率发生器产生的方波信号以谐振频率f KHz为中心，步进为△fKHz。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)中的测量值为谐振信号波动的最大值。
本发明的具体实施方式中，本发明主要包含了四大部分：频率发生器、driver电路、电容、线圈电感。如图1所示：首先定义频率发生器产生一定频率的方波信号，然后通过driver电路产生具备一定能量的方波信号，最后经过LC谐振电路将方波信号转化为正弦波信号。
为了实现能量传输线圈异物检测的功能，这里采用频率扫描的思想。通过线圈上正弦波信号振幅的变化实现异物检测功能。
所述频率发生器是指产生频率精确度为定值的信号源。
所述driver电路是用来将频率发生器输出的PWM脉冲放大到足以驱动线圈能量的传输。
所述电容和线圈电感连接在一起，组成LC电路，也称为谐振电路，振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界的影响，即振荡电路的固有频率为
Figure BDA0001930625660000041
根据本发明提供的频率扫描结构图，其中所述频率发生器和谐振电路之间相互关联，所述谐振电路工作在谐振频率附近时，产生的能量最大。
本发明提供的频率扫描结构图实现了能量传输线圈的异物检测，其异物检测流程如下步骤：
(1)首先利用频率发生器产生方波，要求该方波在一定时间t ms内，以谐振频率fKHz为中心，步进为△fKHz，大概前后扫描若干个频率点；
(2)方波经driver电路和LC谐振回路后，产生的谐振电路信号如图3和图4所示，可以通过ADC直接采样，采样得到信号波动的幅值变化，也可以通过滤波电路测量得到信号波动的幅度变化；
(3)在线圈表面不放置任何异物，并与其他线圈进行能量传输，如图3所示，通过频率扫描，在不同的频率点，信号波动的幅度变化有一定的规律，此时，在谐振频率点处的信号波动最大，记为V1，阈值记为V0，且V0<V1；
(4)在线圈表面放置异物，并与其他线圈进行能量传输，此时，谐振电路曲线幅度变化明显减小，如图4所示，测量得到谐振信号波动的最大值，记为V2，若V2<V0，则认为线圈表面有异物。
基于线圈能量传输中对系统的保护，异物检测功能显得至关重要，其特征在于，根据LC震荡回路谐振特性利用频率扫描来进行异物检测的方法。不同的频率点下，信号波动产生有规律的幅度变化，在谐振点处，幅度变化达到最大，若有异物干扰，信号波动产生幅度变化会整体变小，谐振点处，幅度变化最大值也会相应减小。
采用了本发明的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统及方法，本发明的实验装置简单，成本低；其次，本发明在线圈能量传输前将异物检测出来，且更快速、有效和可靠。从效率、成本、可靠性等考虑，本发明采用频率扫描的方式在线圈能量传输前就将异物快速检测出来。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，其特征在于，所述的系统包括：
频率发生器，用于产生频率精确度为定值的信号源；
驱动电路，与所述的频率发生器相连接，用于将频率发生器输出的PWM脉冲放大到足以驱动线圈能量的方波信号；
LC谐振电路，与所述的驱动电路相连接，用于将所述的方波信号转化为正弦波信号。
2.根据权利要求1所述的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，其特征在于，所述的LC谐振电路包括电容和线圈电感，所述的电容和线圈电感相互连接。
3.根据权利要求1所述的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，其特征在于，所述的LC谐振电路的固有频率，具体为：
根据以下公式计算LC谐振电路的固有频率：
Figure FDA0001930625650000011
其中，L为电感值，C为电容值。
4.根据权利要求1所述的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，其特征在于，所述的系统还包括滤波电路，与所述的LC谐振电路相连接，用于将高频等杂波滤除，获得比较平滑的曲线。
5.根据权利要求1所述的实现能量传输线圈中异物检测功能的系统，其特征在于，所述的系统还包括ADC采样电路，与所述的滤波电路相连接，用于采样得到信号波动的幅值变化。
6.一种基于权利要求1所述的系统实现能量传输线圈中异物检测控制的方法，其特征在于，所述的系统还包括滤波电路，所述的系统还包括ADC采样电路，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的频率发生器产生方波信号，所述的驱动电路将所述的方波信号放大，所述的LC谐振电路将信号转化为正弦波信号；
(2)确定异物检测的阈值；
(3)比较测量值和阈值，判断测量值是否大于阈值，如果是，则线圈上午异物；否则，线圈上有异物。
7.根据权利要求6所述的实现能量传输线圈中异物检测控制的方法，其特征在于，所述的方法还包括以下步骤：
(1-1.1)所述的滤波电路通过测量得到信号波动的幅度变化。
8.根据权利要求6所述的实现能量传输线圈中异物检测控制的方法，其特征在于，所述的方法还包括以下步骤：
(2-1.1)所述的ADC采样电路直接采样，并得到信号波动的幅值变化。
9.根据权利要求6所述的实现能量传输线圈中异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的频率发生器产生的方波信号以谐振频率fKHz为中心，步进为△fKHz。
10.根据权利要求6所述的实现能量传输线圈中异物检测控制的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的测量值为谐振信号波动的最大值。
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