CN111384789A - 使用电容性传感器的无线功率传输 - Google Patents
使用电容性传感器的无线功率传输 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111384789A CN111384789A CN201911328743.0A CN201911328743A CN111384789A CN 111384789 A CN111384789 A CN 111384789A CN 201911328743 A CN201911328743 A CN 201911328743A CN 111384789 A CN111384789 A CN 111384789A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- line
- voltage
- coil
- lines
- wireless power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
- H02J50/402—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices the two or more transmitting or the two or more receiving devices being integrated in the same unit, e.g. power mats with several coils or antennas with several sub-antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
- H03K2217/96—Touch switches
- H03K2217/9607—Capacitive touch switches
- H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle
- H03K2217/96073—Amplitude comparison
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本公开的各实施例涉及使用电容性传感器的无线功率传输。一种在无线功率发射线圈之上的电容器传感器阵列(或网格),可以包括:第一组线;与第一组线相交的第二组线;第一复用器,被耦合以从电压源向第一组线提供电荷(例如,以DC电压的形式),并且提供第一信号以检测每条线上的电压;以及第二复用器,被耦合以从电压源向第二组线提供电荷,并且提供第二信号以检测每条线上的电压,其中物体相对于第一组线和第二组线所在的位置而被定位。根据一些实施例,无线功率接收线圈和整流器电路可以用于形成电容器传感器,以感测接收线圈和发射线圈之间的电容,以用于两个线圈之间的更好的对准。还提供了其他实施例。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年01月02日提交的美国临时专利申请号62/787,553的优先权,其通过引用并入本文,并且要求于2018年12月28日提交的美国临时专利申请号62/786,200的优先权,其通过引用并入本文。
技术领域
本发明的实施例涉及功率的无线传输,并且特别地涉及与无线功率传输相关联的电容性传感器。
背景技术
例如智能电话、平板电脑、可穿戴设备和其他设备的移动设备越来越多地使用无线充电系统。通常,无线功率传递涉及驱动传输线圈的发射器,和具有靠近传输线圈放置的接收器线圈的接收器。接收器线圈接收由传输线圈生成的无线功率,并且使用所接收的功率来驱动负载,例如以向电池充电器提供功率。
当前存在多种不同的标准用于功率的无线传递。针对功率的无线传输的更常见标准包括无线功率联盟(A4WP)标准和无线功率联盟标准,即Qi标准。在无线功率联盟Qi规范下,谐振感应耦合系统被利用以在接收器线圈电路的谐振频率处为单个设备充电。在Qi标准中,接收设备线圈紧邻发射线圈放置,而在A4WP标准中,接收设备线圈被放置在发射线圈附近(可能与属于其他充电设备的其他接收线圈一起)。任一个无线功率协议或附加变型可以包括充电方法的组合(即,一个发射器对一个接收器,或一个发射器对多个接收器)。
通常,无线功率系统包括:发射器线圈,被驱动以产生随时间变化的磁场;以及接收器线圈,可以是诸如手机、PDA、计算机或其他设备的设备的一部分,该接收器线圈相对于发射器线圈定位,以接收在随时间变化的磁场中发射的功率。
关于无线功率传输的持续问题是接收线圈与发射线圈的对准以及与无线功率发射器相邻的异物的定位。
因此,需要开发更好的系统来定位无线功率发射线圈和接收线圈之间的对准以及异物的位置。
发明内容
根据一些实施例,提出了一种可以在无线功率发射线圈之上使用的电容器传感器。在一些实施例中,电容器传感器可以包括:第一组线;与第一组线相交的第二组线;耦合到第一组线的第一复用器,该第一复用器被配置为:将电荷从电池提供至第一组线,并且将第一信号提供至第一ADC采样和保持,以检测第一组线中的每条线上的电压;以及耦合到第二组线的第二复用器,该第二复用器被配置为:将电荷从电池提供至第二组线,并且将第二信号提供至第二ADC采样和保持,以检测第二组线中的每条线上的电压,其中物体相对于第一组线和第二组线所在的位置而定位。
根据一些实施例,电容器传感器可以是接收器或发射器的一部分。在一些实施例中,电容器传感器使用接收线圈和整流器电路装置。在功率传递操作中,整流器电路装置对接收线圈中的AC信号进行整流,并且在输出端子上提供经整流的电压。但是为了使接收线圈与传输线圈对准,接收线圈和整流器电路装置的操作被反转(reversed):输出端子变为接收DC电压的输入,并且整流器电路装置将DC电压耦合到接收线圈。然后,接收线圈上的电压改变被监测,以检测流过由接收线圈和传输线圈形成的电容器的电流。电压改变被用于检测发射线圈的存在,并且被用于对准两个线圈以用于最佳功率传递。对准可以通过使接收线圈电容最大化而被实现。
在下面关于以下附图讨论这些和其他实施例。
附图说明
图1A图示了无线功率系统。
图1B图示了根据一些实施例的具有电容性传感器的发射器组件。
图2和图3图示了用于发射器组件的示例电容性传感器。
图4图示了根据一些实施例的具有电容性传感器的发射器组件的一个示例。
图5是根据一些实施例的使用电容性传感器进行的发射器操作的一个示例的流程图。
图6图示了传输线圈和接收线圈之间的电容。
图7A和图7B图示了接收线圈的配置。
图8A和图8B图示了使用接收线圈进行的电容检测操作。
这些图将在下面进一步讨论。
具体实施方式
在以下描述中,阐述了描述本发明的一些实施例的特定细节。然而,对于本领域的技术人员清楚的是,可以在没有一些或所有这些特定细节的情况下实践一些实施例。本文公开的特定实施例旨在是说明性的而非限制性的。本领域的技术人员可以实现其他元件,即使在这里没有具体描述,但该些元件在本公开的范围和精神内。
该描述说明了发明的方面,并且实施例不应当被认为是限制性的,权利要求限定了所保护的发明。在不脱离该描述和权利要求的精神和范围的情况下,可以进行各种改变。在一些情况下,未详细示出或描述公知的结构和技术,以免模糊本发明。
图1A图示了示例无线功率发射系统100。如图1A中所图示的,发射设备102被耦合以驱动发射线圈106以产生随时间变化的磁场。随时间变化的磁场在接收线圈108中感应电流。接收线圈108被耦合到接收设备104,接收设备104接收所发射的无线功率。但是,难以检测到异物和未对准的接收线圈108(例如,设备102(移动电话或一些其他类型的设备)的未对准)之间的差异。
图1B图示了根据一些实施例的发射线圈组件120。如图1B中所图示的,发射线圈106可以被安装在基板110上。电容性传感器112可以被安装在发射线圈106之上。电容性传感器112可以被使用以标识接收设备104或异物的物体尺寸和位置,或者可以被使用以标识发射线圈组件120的表面上的设备104或异物的存在。
标识异物的之前的尝试包括例如监测功率损耗或Q因子测量。可以利用接收设备104与发射设备102的强制机械对准来解决对准问题。
然而,根据本发明的实施例,导电网格阵列112可以被放置在发射线圈106上方。导电网格阵列112可以被用于物体检测、物体位置和尺寸感测。附加地,在一些实施例中,导电网格阵列112可以提供电动干扰梳状滤波器以减少来自发射线圈106的辐射发射。
图2图示了网格阵列112以及用于驱动网格阵列112的电路装置202和204。如所图示的,网格阵列包括水平线130h和竖直线130v(线130以俯视图图示,并且水平和竖直的指定是任意的,并且仅指由两组彼此正交的线形成的网格)。如图2中所图示的,电容性传感器利用呈网格阵列图案的薄PCB迹线112h、112v而被形成(基板110可以是PCB(即印刷电路板)或一些其他类型的基板)。模拟复用器210h和210v或其他方法可以被使用,以将已知的电压单独地施加到网格的每条线130(即130h、130v)。然后可以使用具有模数转换器(ADC 240h、240v,其可以是两个转换器或单个转换器)的采样和保持技术来一次监测每条线上的衰减速率。电压降超过通常值指示金属物体在该特定线上方。
如图2中所图示的,电路202可以包括耦合到水平线130h的模拟复用器210h和耦合到复用器输出的晶体管220h,以将由复用器选择的水平线130h充电到电池230的电压。复用器输出还可以耦合到ADC采样和保持电路,该ADC采样和保持电路包括ADC(模数转换器)240h,和连接到地(或另一个基准电压)的电容器244h,以采样水平线上的电压。
类似地,电路204包括耦合到竖直线130v的模拟复用器210v和耦合到MUX输出的晶体管220v,以将由复用器选择的竖直线130v充电到电池230(或用于对每条线施加固定的已知电压的一些其他调节电压源)的电压。复用器输出还耦合到ADC采样和保持电路,该ADC采样和保持电路包括ADC 240v和连接到地(或另一个基准电压)的电容器244v,以采样竖直线上的电压。
因此,电路202和204可以使用复用器,以在网格的水平线和竖直线中的每条线上循环并对其充电。具体地,控制器250将晶体管220h导通,并且使MUX 210h选择线130h以将该线充电到电池230电压。类似地,控制器250将晶体管220v导通,并且使MUX 210v选择线130v,以将该线充电到电池230电压。在被充电之后,这些线上的电压就可以通过连接到ADC240的输出的监测器260来一次监测一个,或一次监测两个(一条水平线和一条竖直线),并且可以随时间监测电压上的下降。如上所述,如果一条线上的电压比阈值速率(例如,比其他线上的电压)下降的快,或者在特定时间处,该电压低于特定阈值(例如,由其他线上的电压设定的阈值),则该线靠近物体,并且因此确定了物体的位置。可以通过编译水平线和竖直线130中的每条线上的数据来确定物体的尺寸和位置。
图3图示了当物体302被放置在电容性传感器112之上时的操作。(为简单起见,在图3中省略了控制器250和一些其他特征。)物体302可以是待充电的设备,例如手机、接收线圈,或者可以是金属异物。在物体302被放置在传感器112之上的情况下,在细迹线130(电容器的一个板)和金属物体302之间形成电容器。在通过对线130充电而产生电场时,当当物体紧邻时,电荷从该线传递到该金属物体。这导致受影响的线上的电压改变,如下式指示:
dV=icdt/C·
其中dV是电压改变,ic是由到物体302的电场损耗产生的电容性电流,dt是时间单位,并且C是线与物体302之间的有效电容。
因此,当物体302在附近时,电场将使物体附近的线130上的电压更快地衰减。因此,物体及其尺寸可以基于线130中的哪些线以更快的速率损失电压而被检测。因此,在一个时间单位后对每条线上的电压进行采样,在不存在物体302的情况下将产生约0V的改变,而在存在物体302的情况下将产生负电压的改变。这在图3中由与每条线相关联的“+”和“-”来说明,与每条线相关联的“+”和“-”取决于该线是否靠近物体302经过。
如在图3中进一步图示的,在一些实施例中,电容器270耦合到每条线以存储电荷。这些电容(在一些实施例中,每条线例如为10pF至30pF)可以取决于复用器寄生电容器和选择/取消选择速度。
通过将电荷存储在电容性传感器112的网格阵列的每条线上,然后对电压衰减的速率进行采样,可以以合理的准确度检测物体的位置、距离和尺寸。利用该信息,可以检测电话的对准或异物的位置。通过快速对线130充电,然后一次检查一个电压衰减,线上的电压衰减可以指示物体何时在其上方。利用网格图案,我们可以找到该位置。
本领域技术人员将认识到,电容性传感器112可以包括除网格图案以外的图案。另外,附加的电路装置可以被包括,使得可以同时对水平方向上的多条线130h和竖直方向上的多条线130v进行充电和采样。尽管附加的电路装置可以改善传感器阵列112的响应时间,但它增加了所需的电路装置。
对于诸如电容性传感器112的电容性传感器,几种应用是清楚的。例如,电容性传感器112可以检测边缘,并且因此可以检测含铁(ferrous)物体的尺寸、形状和位置,以用于对准观察。在某些系统中,FOD(异物检测)设置可以基于物体的放置位置而被调整。例如,图4示出了具有三个发射线圈106.1、106.2、106.3的发射器组件120。电容性传感器112(与图2、图3中相同)被安装在三个发射线圈之上。电容性传感器112感测在线圈106.2之上而不在线圈106.1、106.3之上的物体302。如果发射器120确定物体302是待充电的设备(例如,这可以从物体302的尺寸或形状,或者通过发射器120尝试通过用作天线的线圈160.2与物体302无线通信,或者通过发射器120接收用户命令而被确定),发射器120经由线圈106.2开始无线功率传递;其他两个线圈不活动。如果发射器120确定物体302是异物,则发射器120不开始功率传递,并且可以生成警报信号。另外,如果正在进行功率传递,则可以关断该传递,直到移除物体为止。
另外,在无线功率传输期间,水平线或竖直线可以接地,以创建EMI梳状滤波器屏蔽。
图5是根据一些实施例的发射器操作的流程图。在步骤510,(多个)复用器210选择一个或多条线130。在步骤514,所选择的线经由(多个)晶体管220被连接到电池230预先确定的充电时间,或者直到该些线达到预先确定的充电电压为止。在步骤518,将线与电池断开预先确定的放电时间,或者直到该些线达到预先确定的放电电压。对于每条线,记录在放电时间内达到的最终电压,或者记录该些线达到放电电压所花费的时间。这些记录值可以由包括ADC 240和监测器260的监测器电路或一些其他合适的监测器电路而被测量。所记录的值可以被记录在合适的计算机可读存储器(例如,半导体寄存器)中。监测器260可以包括微控制器。
可以重复上述步骤,直到已经选择了所有行。备选地,这些步骤可以仅针对线中的一些线执行,即,如果存在多个发射线圈,则针对覆盖在发射线圈106中的单个线圈上的线来执行。
在步骤530,如上所述,基于所记录的值采取发射器控制动作。例如,如果在正在操作的发射线圈之上检测到异物,则将线圈背关断。
在一些实施例中,线130可以存在或可以不存在,并且电容感测可以由接收设备104而不是发射器(或者附加于发射器)执行。接收器104可以感测接收线圈108和发射器之间的电容,以帮助对准接收线圈108,以用于最佳功率传递。图6图示了相对于接收线圈108定位的传输线圈106的配置600。接收器线圈108被耦合到驱动器IC104C,该驱动器IC 104C可以包括整流器电路,整流器电路提供从接收器线圈电流生成的经整流的电压VRECT。驱动器104C还可以根据需要包括用于监测接收器线圈108上的电压的电路,以用于到发射线圈106的最佳的电容性耦合。接收器线圈上的电压V满足以下关系:
其中dV是接收线圈108上的电压改变,ic是反映在接收线圈108和发射线圈106之间的电场损耗的“电容器电流”,并且C是有效电容,有效电容随着与发射线圈106的靠近和对准而增加。尽管图6图示了对相对于发射线圈106的接收线圈108的电容的监测,但是当在接收线圈108附近提供任何金属物体时,可以通过监测电压改变来监测接收器线圈108的电容。
可以使用任何适当的技术来监测接收线圈上的电压,该技术可以包括以上结合图3和图3描述的技术。作为非限制性示例,这种技术可以包括使用ADC和/或模拟电路装置来监测接收线圈放电速率。特别地,可以通过感测接收线圈上的电压下降比平常更快(基于历史);或者通过感测在特定时间的接收线圈电压低于特定阈值,来监测放电速率。可以使用数字或模拟电路装置(包括时间-数字转换器,和/或用于感测接收线圈的电压达到阈值的时间的和/或延迟线,和/或比较器,和/或一些其他电路装置)来完成这种感测。
图7A和图7B图示了耦合到接收线圈108的控制电路104C。图7A图示了示意图,而图7B图示了接收线圈108和包括控制电路104C的电路板104B。如关于图6所讨论的,可以监测接收线圈108上的电压来电容性地检测发射线圈或其他物体的存在。
在图7A的实施例中,接收线圈108被连接到同步整流器,该同步整流器包括由驱动器708H、708L驱动的PMOS晶体管702H、704H、702L、702H。具体地,接收线圈108的一端被连接到串联连接的晶体管702L、704L之间的节点710L。节点710L通过电容器连接到MOSFET驱动器708L,该MOSFET驱动器708L驱动晶体管702L、704L。类似地,接收线圈108的另一端通过电容器Cs被连接到串联连接的晶体管702H、704H之间的节点710H。该节点通过电容器被连接到MOSFET驱动器708H,该MOSFET驱动器708H驱动晶体管702H、704H。提供经整流的电压的节点VRECT被连接到晶体管702H、702L的源极。
在功率传递操作中,节点VRECT提供由整流器生成的经整流的电压。但是在功率传递之前,节点VRECT可以连接到DC电源(可能是外部电源,未示出),以将DC电压V施加到接收线圈108,并且监测接收线圈中的电压改变dV。(在该操作期间的任何给定时间,整个线圈都被迫处于相同的电压处,即跨线圈的电压为0V。)通过使MOSFET驱动器708(即708H、708L)将晶体管704H、702L导通,并且将晶体管702H、704L关断来施加DC电压。接收线圈电压可以用于基于关系式(1)估计电容C。
图8A和图8B图示了通过监测电压改变dV来监测接收线圈108中的电容。如图8B中所图示的,接收线圈108可以形成在电路板104B上并且耦合到控制系统104C。控制系统104C可以跨接收线圈108和接收电容器Cs的组合耦合电压。如图8A中所图示的,接收线圈108和对应的发射线圈106之间的电容由下式给出:
C=εA/z,
其中C是电容,A是接收线圈108和传输线圈106覆盖的重叠区域,z是两个线圈之间的距离,并且ε是接收线圈108和发射线圈106之间的材料的介电常数(空气、外壳、外盖等)。特别地,接收线圈108可以被定位在使电容最大化的横向位置中的特定距离z处。
本发明的一些实施方式由以下条款定义。
条款1限定了一种定位在发射线圈之上的电容器传感器,该电容器传感器包括:
第一组线;
第二组线,与第一组线相交;
第一复用器,耦合到第一组线,第一复用器配置为:将电荷从电池提供至第一组线,并且将第一信号提供至第一ADC采样和保持,以检测第一组线中的每条线上的电压;以及
第二复用器,耦合到第二组线,第二复用器被配置为:将电荷从电池提供至第二组线,并且将第二信号提供至第二ADC采样和保持,以检测第二组线中的每条线上的电压,
其中物体相对于第一组线和第二组线所在的位置而被定位。
2.根据条款1的电容器传感器,其中第一组线和第二组线形成网格阵列。
3.一种无线功率发射器,包括:
一个或多个发射线圈;
电容器传感器,定位在一个或多个发射线圈之上,并且包括:
第一线;
第二线,与第一线相交;
复用器电路,耦合到第一线和第二线,复用器电路被配置为将电荷从电荷源提供至由复用器电路选择的线(例如,复用器电路可以是210h和210v;或者两个复用器可以用单个MUX代替,其中单个输出耦合到ADC或其他电路以一次监测单条线;或者可以有许多复用器,每个复用器连接到一组线130,并且复用器的输出可以被并行监测,或者可以通过采样-保持而被保持,并且一个接一个地被监测);以及
监测器电路(例如,ADC 240,可能具有监测器260),用于监测第一线和第二线中的每条线的放电速率,每条线的放电速率取决于靠近线的物体的存在并且取决于线和物体之间的电荷传递(例如,可以通过以下方式来监测放电速率:通过感测感测线上的电压比阈值速率,或者比其他线上的电压下降的更快;或者通过感测感测线电压在特定时间低于特定阈值或低于其他线上的电压;可以使用数字或模拟电路装置来实现这种感测,数字或模拟电路装置包括:时间-数字转换器,和/活用于感测该线的电压达到阈值的时间的延迟线,和/或比较器,和/或一些其他电路装置);
其中功率发射器在功率传输中对监测器电路作出响应。
4.根据条款3的无线功率发射器,其中通过监测器电路监测每条线的放电速率包括:在预先确定的时间长度之后,确定线的电压是否已经达到阈值。
5.根据条款3的无线功率发射器,其中通过监测器电路监测每条线的放电速率包括:在每条线放电预先确定的时间长度之后,将线的电压与其他线的电压进行比较。
6.根据条款3的无线功率发射器,其中通过监测器电路监测每条线的放电速率包括:确定线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度。
7.根据条款3的无线功率发射器,其中通过监测器电路监测每条线的放电速率包括:将线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度与其他线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度进行比较。
8.根据条款3至7中的任一项的无线功率发射器,其中复用器电路包括:
第一复用器(例如210h),耦合到第一线,以将来自电荷源的电荷提供给由第一复用器选择的第一线,并且将所选择的第一线耦合到监测器电路;以及
第二复用器(例如210v),耦合到第二线,以将来自电荷源的电荷提供给由第二复用器选择的第二线,并且将所选择的第二线耦合到监测器电路。
9.根据条款3至8中任一项的无线功率发射器,被配置为在功率传递期间将第一线接地。
10.根据条款3至9中的任一项的无线功率发射器,包括多个发射线圈,其中发射器被配置为:通过操作已经由电容器传感器在其之上检测到待充电的物体的发射线圈来执行功率传递,但是保持已经由电容器传感器在其之上检测到没有待充电的物体的每个发射线圈不活动
11.根据条款3至10中的任一项的无线功率发射器,其中无线功率发射器被配置为:当在发射线圈之上检测到异物时,关断发射线圈。
12.一种无线功率传输方法,包括:
对多个第一线和多个第二线中的每条线充电,第一线和第二线覆盖一个或多个发射线圈;
监测第一线和第二线中的每条线的放电速率,以确定邻近第一线和第二线中的一个或多条线的物体的存在和位置;以及
响应于监测操作而操作一个或多个发射线圈。
13.根据条款12的方法,其中监测每条线的放电速率包括:在预先确定的时间长度之后,确定线的电压是否已经达到阈值。
14.根据条款12的方法,其中监测每条线的放电速率包括:在每条线放电预先确定的时间长度之后,将线的电压与其他线的电压进行比较。
15.根据条款12的方法,其中监测每条线的放电速率包括:确定线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度。
16.根据条款12的方法,其中监测每条线的放电速率包括:将线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度与其他线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度进行比较。
17.根据条款12至16中的任一项的方法,其中充电包括:使用复用器电路将被充电的每条线连接至电荷源;并且
监测放电速率包括通过复用器电路将每条线耦合到监测器电路。
18.根据条款12至17中的任一项的方法,还包括:在功率传递期间将第一线接地。
19.根据条款12至18中的任一项的方法,其中一个或多个发射线圈是多个发射线圈,并且方法包括:通过操作已经使用监测在其之上检测到待充电的物体的发射线圈来执行功率传递,但是保持已经使用监测在其上检测到没有待充电的物体的每个发射线圈不活动。
20.根据条款12至19中的任一项的方法,还包括当在发射线圈之上检测到异物时,关断发射线圈。
21.一种无线功率传递装置,包括:
接收线圈,用于接收无线信号并且生成对应的AC信号;
电路装置,将接收线圈耦合到一个端子,以用于整流AC信号以及在端子上提供经整流的DC信号(例如,该电路装置可以是IC 104C,可能具有驱动器708和晶体管702、704;该端子可以是VRECT);
其中电路装置可操作,以监测根据相对于另一物体的接收线圈的位置的接收线圈中的电容,。
22.根据条款21的装置,其中装置是无线功率接收器。
23.根据条款21或22的装置,其中另一物体是传输线圈。
24.根据权利要求21至23中的任一项的装置,其中监测电容包括向接收线圈施加电压,并且监测接收线圈中的电压。
25.根据条款24的装置,其中将电压施加到接收线圈包括将电压施加到上述端子。
26.根据条款25的装置,其中电路装置包括整流器,整流器包括:
一个或多个晶体管,耦合在接收线圈和端子之间;以及
驱动器电路装置,用于驱动晶体管;并且
将电压施加到接收线圈包括:通过驱动器电路装置驱动晶体管,以将在端子处的电压耦合到接收线圈。
27.根据条款21至26中任一项的装置,其中电路装置包括整流器,整流器包括:
一个或多个晶体管,耦合在接收线圈和端子之间;以及
驱动器电路装置,用于驱动晶体管;并且
监测电容包括:通过驱动器电路驱动晶体管以向接收线圈施加电压,以及监测接收线圈中的电压。
本发明包括由上述装置执行的方法,以及被配置为执行上述方法的装置。本发明包括用于制造该装置的制造技术。
提供以上具体实施方式是为了说明本发明的特定实施例,并且不旨在进行限制。在本发明的范围内的众多变化和修改是可能的。本发明在所附权利要求中阐述。
Claims (20)
1.一种无线功率发射器,包括:
一个或多个发射线圈;
电容器传感器,定位在所述一个或多个发射线圈之上,并且包括:
第一线;
第二线,与所述第一线相交;
复用器电路,耦合到所述第一线和所述第二线,所述复用器电路被配置为将电荷从电荷源提供给由所述复用器电路选择的线;以及
监测器电路,用于监测所述第一线和第二线中的每条线的放电速率,每条线的所述放电速率取决于靠近所述线的物体的存在并且取决于所述线和所述物体之间的电荷传递;
其中所述功率发射器在功率传输中对所述监测器电路作出响应。
2.根据权利要求1所述的无线功率发射器,其中通过所述监测器电路来监测每条线的所述放电速率包括:在预先确定的时间长度之后,确定线的电压是否已经达到阈值。
3.根据权利要求1所述的无线功率发射器,其中通过所述监测器电路来监测每条线的所述放电速率包括:在每条线放电预先确定的时间长度之后,将所述线的电压与其他线的电压进行比较。
4.根据权利要求1所述的无线功率发射器,其中通过所述监测器电路来监测每条线的所述放电速率包括:确定所述线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度。
5.根据权利要求1所述的无线功率发射器,其中通过所述监测器电路来监测每条线的所述放电速率包括:将所述线的电压达到预先确定的值所花费的时间长度与其他线的电压达到所述预先确定的值所花费的时间长度进行比较。
6.根据权利要求1所述的无线功率发射器,其中所述复用器电路包括:
第一复用器,耦合到所述第一线,以将来自所述电荷源的电荷提供给由所述第一复用器选择的所述第一线,并且将所选择的第一线耦合到所述监测器电路;以及
第二复用器,耦合到所述第二线,以将来自所述电荷源的电荷提供给由所述第二复用器选择的所述第二线,并且将所选择的第二线耦合到所述监测器电路。
7.根据权利要求1所述的无线功率发射器,被配置为在功率传递期间将所述第一线接地。
8.根据权利要求1所述的无线功率发射器,包括多个发射线圈,其中所述发射器被配置为:通过操作已经由所述电容器传感器在其之上检测到待充电的物体的发射线圈来执行功率传递,但是保持已经由所述电容器传感器在其之上检测到没有待充电的物体的每个发射线圈不活动。
9.根据权利要求1所述的无线功率发射器,其中所述无线功率发射器被配置为:当在发射线圈之上检测到异物时,关断所述发射线圈。
10.一种无线功率传输方法,包括:
对多个第一线和多个第二线中的每条线充电,所述第一线和第二线覆盖一个或多个发射线圈;
监测所述第一线和所述第二线中的每条线的放电速率,以确定邻近所述第一线和第二线中的一个或多条线的物体的存在和位置;以及
响应于所述监测操作而操作所述一个或多个发射线圈。
11.根据权利要求10所述的方法,其中监测每条线的所述放电速率包括:在预先确定的时间长度之后,确定线的电压是否已经达到阈值。
12.根据权利要求10所述的方法,其中监测每条线的所述放电速率包括:在每条线放电预先确定的时间长度之后,将所述线的电压与其他线的电压进行比较。
13.根据权利要求10所述的方法,其中所述一个或多个发射线圈是多个所述发射线圈,并且所述方法包括:通过操作已经使用所述监测在其之上检测到待充电的物体的发射线圈来执行功率传递,但是保持已经使用所述监测在其之上检测到没有待充电的物体的每个发射线圈不活动。
14.一种无线功率传递装置,包括:
接收线圈,用于接收无线信号并且生成对应的AC信号;
电路装置,将所述接收线圈耦合到端子,以用于整流所述AC信号以及在所述端子上提供经整流的DC信号;
其中所述电路装置可操作,以监测根据相对于另一物体的所述接收线圈的位置的所述接收线圈中的电容。
15.根据权利要求14所述的装置,其中所述装置是无线功率接收器。
16.根据权利要求14所述的装置,其中所述另一物体是传输线圈。
17.根据权利要求16所述的装置,其中监测所述电容包括向所述接收线圈施加电压,并且监测所述接收线圈中的所述电压。
18.根据权利要求17所述的装置,其中将所述电压施加到所述接收线圈包括将电压施加到所述端子。
19.根据权利要求18所述的装置,其中所述电路装置包括整流器,所述整流器包括:
一个或多个晶体管,耦合在所述接收线圈和所述端子之间;以及
驱动器电路装置,用于驱动所述晶体管;并且
将所述电压施加到所述接收线圈包括:通过所述驱动器电路装置驱动所述晶体管,以将在所述端子处的所述电压耦合到所述接收线圈。
20.根据权利要求14所述的装置,其中所述电路装置包括整流器,所述整流器包括:
一个或多个晶体管,耦合在所述接收线圈和所述端子之间;以及
驱动器电路装置,用于驱动所述晶体管;并且
监测所述电容包括:通过所述驱动器电路装置驱动所述晶体管以向所述接收线圈施加电压,以及监测所述接收线圈中的所述电压。
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862786200P | 2018-12-28 | 2018-12-28 | |
US62/786,200 | 2018-12-28 | ||
US201962787553P | 2019-01-02 | 2019-01-02 | |
US62/787,553 | 2019-01-02 | ||
US16/368,777 US10938255B2 (en) | 2018-12-28 | 2019-03-28 | Wireless power transmission using a capacitive sensor |
US16/368,777 | 2019-03-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111384789A true CN111384789A (zh) | 2020-07-07 |
Family
ID=71124246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911328743.0A Pending CN111384789A (zh) | 2018-12-28 | 2019-12-20 | 使用电容性传感器的无线功率传输 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10938255B2 (zh) |
KR (1) | KR20200083920A (zh) |
CN (1) | CN111384789A (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020123385A1 (en) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | Irobot Corporation | Magnetic navigation systems for autonomous mobile robots |
US11874423B2 (en) | 2019-10-25 | 2024-01-16 | Witricity Corporation | Circuit for object detection and vehicle position determination |
US20210210972A1 (en) * | 2020-01-06 | 2021-07-08 | Aira, Inc. | Flux manipulation in a multi-coil wireless charger |
KR20220035589A (ko) * | 2020-09-14 | 2022-03-22 | 삼성전자주식회사 | 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송 장치의 제어 방법 및 무선 전력 시스템 |
CN112533279A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-19 | 珠海格力电器股份有限公司 | 无线数据转换模块及能源互联网系统 |
US11969605B2 (en) * | 2020-12-23 | 2024-04-30 | Advanced Neuromodulation Systems, Inc. | Systems and methods for noise filtering in implantable medical device charging systems |
WO2022164558A1 (en) * | 2021-01-26 | 2022-08-04 | Witricity Corporation | Wire-wound structures for electromagnetic sensing of objects |
US11750041B2 (en) * | 2021-01-26 | 2023-09-05 | Witricity Corporation | Wire-wound structures for electromagnetic sensing of objects |
CN115447409B (zh) * | 2022-08-10 | 2024-06-21 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 基于额外耦合通道的无线充电汽车副边电压反馈系统 |
KR20240102479A (ko) * | 2022-12-26 | 2024-07-03 | 주식회사 반프 | 무선전력 송수신 시스템 및 무선전력 송수신 방법 |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001044789A (ja) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 弾性表面波フィルタとその製造方法及びこの弾性表面波フィルタを用いた無線機器 |
CN103652627A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-03-26 | 大连盖世生物技术有限公司 | 一种虫草米线及其加工方法 |
US20140111154A1 (en) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | Witricity Corporation | Foreign object detection in wireless energy transfer systems |
EP2983266A1 (en) * | 2014-08-05 | 2016-02-10 | Panasonic Corporation | Power transmission device and wireless power transmission system |
US9377905B1 (en) * | 2011-05-31 | 2016-06-28 | Parade Technologies, Ltd. | Multiplexer for a TX/RX capacitance sensing panel |
US20160266663A1 (en) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | Eivind Holsen | Adaptive Transmit Voltage in Active Stylus |
CN106663947A (zh) * | 2014-08-01 | 2017-05-10 | 高通股份有限公司 | 用于在无线功率传送系统中检测不充分无线耦合并改进带内信号传递的系统和方法 |
KR20170088184A (ko) * | 2016-01-22 | 2017-08-01 | 동양이엔피 주식회사 | 무선 전력 전송 장치의 전자파 저감 구조 |
CN107112787A (zh) * | 2014-11-11 | 2017-08-29 | 鲍尔拜普罗克西有限公司 | 感应功率发射器 |
CN107807394A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-16 | 哈尔滨工业大学 | 置于无线能量发射线圈端的多异物检测线圈装置 |
CN109075816A (zh) * | 2016-04-06 | 2018-12-21 | 皇家飞利浦有限公司 | 无线功率传输系统中的物体检测 |
US20190363588A1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | Witricity Corporation | Extended Foreign Object Detection Signal Processing |
US20190393732A1 (en) * | 2016-12-27 | 2019-12-26 | Tdk Corporation | Metallic foreign object detector, wireless power transmitting device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2768527B1 (fr) | 1997-09-18 | 2000-07-13 | Sgs Thomson Microelectronics | Regulateur de tension |
US20090322291A1 (en) | 2008-06-30 | 2009-12-31 | Ngo Mike M | Integrated circuit with output drive power section |
US9601261B2 (en) | 2008-09-27 | 2017-03-21 | Witricity Corporation | Wireless energy transfer using repeater resonators |
US9184660B2 (en) | 2010-08-18 | 2015-11-10 | Finsix Corporation | Very high frequency switching cell-based power converter |
US9588530B2 (en) | 2012-07-06 | 2017-03-07 | Nxp Usa, Inc. | Voltage regulator circuit and method therefor |
US20140197782A1 (en) | 2013-01-15 | 2014-07-17 | Lite-On It Corporation | Wireless charger with combined electric radiation shielding and capacitive sensing functions |
CN107769549A (zh) | 2014-01-08 | 2018-03-06 | 联发科技(新加坡)私人有限公司 | 一种集成电路 |
US10185342B2 (en) | 2016-11-04 | 2019-01-22 | Qualcomm Incorporated | Configurable charge controller |
-
2019
- 2019-03-28 US US16/368,777 patent/US10938255B2/en active Active
- 2019-12-20 CN CN201911328743.0A patent/CN111384789A/zh active Pending
- 2019-12-26 KR KR1020190175276A patent/KR20200083920A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001044789A (ja) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 弾性表面波フィルタとその製造方法及びこの弾性表面波フィルタを用いた無線機器 |
US9377905B1 (en) * | 2011-05-31 | 2016-06-28 | Parade Technologies, Ltd. | Multiplexer for a TX/RX capacitance sensing panel |
US20140111154A1 (en) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | Witricity Corporation | Foreign object detection in wireless energy transfer systems |
CN103652627A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-03-26 | 大连盖世生物技术有限公司 | 一种虫草米线及其加工方法 |
CN106663947A (zh) * | 2014-08-01 | 2017-05-10 | 高通股份有限公司 | 用于在无线功率传送系统中检测不充分无线耦合并改进带内信号传递的系统和方法 |
EP2983266A1 (en) * | 2014-08-05 | 2016-02-10 | Panasonic Corporation | Power transmission device and wireless power transmission system |
CN107112787A (zh) * | 2014-11-11 | 2017-08-29 | 鲍尔拜普罗克西有限公司 | 感应功率发射器 |
US20160266663A1 (en) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | Eivind Holsen | Adaptive Transmit Voltage in Active Stylus |
KR20170088184A (ko) * | 2016-01-22 | 2017-08-01 | 동양이엔피 주식회사 | 무선 전력 전송 장치의 전자파 저감 구조 |
CN109075816A (zh) * | 2016-04-06 | 2018-12-21 | 皇家飞利浦有限公司 | 无线功率传输系统中的物体检测 |
US20190393732A1 (en) * | 2016-12-27 | 2019-12-26 | Tdk Corporation | Metallic foreign object detector, wireless power transmitting device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system |
CN107807394A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-16 | 哈尔滨工业大学 | 置于无线能量发射线圈端的多异物检测线圈装置 |
US20190363588A1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | Witricity Corporation | Extended Foreign Object Detection Signal Processing |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ZHONGZHUO SHI;: "无线充电器技术和解决方案", 电子产品世界, no. 11 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200212729A1 (en) | 2020-07-02 |
US10938255B2 (en) | 2021-03-02 |
KR20200083920A (ko) | 2020-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111384789A (zh) | 使用电容性传感器的无线功率传输 | |
US9652105B2 (en) | Electronic device, wireless power receiving apparatus, and display apparatus | |
KR101959088B1 (ko) | 전기 방사 차폐 및 정전용량형 감지 기능이 결합된 무선 충전기 | |
KR102453771B1 (ko) | 위치 검출 장치 및 위치 검출 센서의 제어 방법 | |
EP2972697B1 (en) | Adaptive touch sensor control based on identification of attached accessory | |
US20190326782A1 (en) | Wireless Charging System With Metallic Object Detection | |
US9477357B2 (en) | Touch input system and method for detecting touch using the same | |
CN105867711B (zh) | 一种真笔迹触控笔和触控装置 | |
AU2016382628B2 (en) | Wireless power transfer device and method | |
US11336119B2 (en) | Q-factor determination of coil select | |
CN103636098A (zh) | 用于检测、表征以及跟踪感应电力接收器的系统和方法 | |
CN102449874A (zh) | 用于探测无线功率传输系统中的装置的方法和装置 | |
CN107015716B (zh) | 位置指示器和位置指示方法 | |
CN104080644A (zh) | 供电装置和电力接收装置 | |
WO2016114629A1 (ko) | 무선 전력 전송 장치 | |
KR20150050142A (ko) | 전자 기기 | |
JP2016054596A (ja) | 異物検知装置 | |
CN103380572A (zh) | 电容性传感器装置和用于操作电容性传感器装置的方法 | |
CN113260964A (zh) | 触控面板、无线充电组件以及电子设备 | |
KR102325113B1 (ko) | 스마트폰 용 무선 안테나 코일 | |
CN104122546A (zh) | 多线圈阵列式无线供电系统接收端定位方法及系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |