CN112119568A - 无线功率传输 - Google Patents

Abstract

一种功率接收器在功率传输阶段期间从由无线功率发送器生成的功率传输信号接收无线功率传输。在所述功率传输阶段期间所述功率传输信号采用重复时间框，其中，所述框至少包括功率传输时间间隔和异物检测时间间隔。所述功率接收器包括：同步器(311)，其将本地时间基准与所述重复时间框同步；以及负载控制器(309)，其在所述功率传输阶段的至少部分期间的所述异物时间检测时间间隔的至少部分期间断开负载(303)。所述断开的定时取决于所述本地时间基准。模式控制器(313)响应于针对所述同步的可靠性度量而在所述功率传输时间间隔内在第一操作模式与第二操作模式之间切换。

Description

无线功率传输

技术领域

本发明涉及无线功率传输系统的操作，并且特别地但非排他地涉及无线功率传输系统中的异物检测。

背景技术

当今大多数电气产品都需要专用的电气触点才能从外部电源获得供电。然而，这往往是不切实际的，并且要求用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气触点。通常，功率要求也有很大不同，并且当前大多数设备都被提供有自己的专用电源，从而导致典型的用户拥有大量不同的电源，而每个电源都专用于特定设备。虽然使用内部电池可以避免在使用期间与电源的有线连接，但是这仅提供了部分解决方案，因为电池需要充电(或更换)。使用电池还会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，将功率从功率发送器设备中的发送器电感器感应式传输到个体设备中的接收器线圈。

经由磁感应进行的功率传输是众所周知的概念，它主要应用于在初级发送器电感器/线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器。通过在两个设备之间分离初级发送器线圈与次级接收器线圈，基于松散耦合的变压器的原理，可以在它们之间进行无线功率传输。

这样的布置允许无线功率传输到设备，而无需进行任何电线或物理电气连接。实际上，它可以简单地允许将设备放置在发送器线圈附近或顶部，以便从外部进行充电或供电。例如，功率发送器设备可以被布置有水平表面，能够简单地将设备放置在该水平表面上以便进行供电。

此外，可以有利地设计这样的无线功率传输布置，使得功率发送器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经定义了被称为Qi规范的无线功率传输方法，并且目前正在进一步开发该方法。这种方法允许符合Qi规范的功率发送器设备与也符合Qi规范的功率接收器设备一起使用，而不必来自同一制造商或者不必是彼此专用的。Qi标准还包括一些功能来允许针对特定的功率接收器设备(例如取决于特定的功率消耗)而调整操作。

Qi规范是由无线功率联盟开发的，更多信息能够例如在其网站http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html上找到，其中，特别地，能够找到定义的规范文档。

在诸如Qi之类的功率传输系统中，为将所需的功率水平传输到功率接收器而生成的电磁场通常非常大。在许多情况下，这样的强磁场的存在可能会对周围环境产生影响。

例如，无线功率传输的潜在问题是功率可能被无意地传输到例如恰好在功率发送器附近的金属物体。例如，如果有异物(例如，硬币、钥匙、戒指等)被放置到被布置为接收功率接收器的功率发送器平台上，由发送器线圈生成的磁通量将会在金属物体中引入涡流，这将导致物体发热。热量增加可能会非常显著并且可能非常不利。

为了降低发生这种情况的风险，已经提出了引入异物检测的方法，其中，当发生肯定的检测时，功率发送器能够检测异物的存在并降低发送功率和/或生成用户警报。例如，Qi系统包括用于检测异物并在检测到异物时降低功率的功能。特别地，Qi规范版本1.2.1的第11节描述了各种检测异物的方法。

WO 2015018868 A1公开了一种检测这样的异物的方法。WO 2012127335中提供了另一示例，其公开了一种基于确定未知功率损耗的方法。在该方法中，功率接收器和功率发送器均测量其功率，并且接收器将其测量的接收功率传送到功率发送器。当功率发送器检测到由发送器发送的功率与由接收器接收的功率之间存在显著差异时，可能会存在不想要的异物，并且出于安全原因，功率传输可能会减小或中止。这种功率损耗方法需要由功率发送器和功率接收器执行同步的准确功率测量。

例如，在Qi功率传输标准中，功率接收器例如通过以下操作来估计其接收功率：测量整流后的电压和电流，将它们相乘并加上功率接收器中的内部功率损耗(例如，整流器、接收器线圈，作为接收器的部分的金属零件等的损耗)的估计值。功率接收器将所确定的接收功率以最小速率(例如每四秒)报告给功率发送器。

功率发送器例如通过以下操作来估计其发送功率：测量逆变器的DC输入电压和电流，将它们相乘并通过减去发射器中的内部功率损耗(例如：逆变器、初级线圈和作为功率发送器的部分的金属零件中的估计功率损耗)的估计值来校正结果。

功率发送器能够通过从发送功率中减去所报告的接收功率来估计功率损耗。如果差值超过阈值，则发送器将假定有过多的功率耗散在异物中，然后发送器能够终止功率传输(或者相应地调节操作参数，例如将功率传输限制为低于给定水平)。

替代地，已经提出了测量由初级线圈和次级线圈形成的谐振电路的品质或Q因数以及对应的电容和电阻。所测量的Q因数的减小可以指示存在异物。

实际上，使用Qi规范中描述的方法往往难以获得足够的检测准确度。关于特定的当前操作状况的许多不确定性加剧了这一困难。

例如，一个特殊的问题是可能存在友好金属(即，体现功率接收器或功率发送器的设备的金属部分)，因为它们的磁性和电学性质可能是未知的(并且在不同的设备之间有所不同)，因此可能难以补偿。

另外，在金属异物中耗散相对较小量的功率也会导致不期望的发热。因此，甚至有必要检测发送功率与接收功率之间很小的功率差异，并且当功率传输的功率水平提高时，这可能特别困难。

在许多情况下，Q因子劣化方法可能对检测金属物体的存在具有更好的灵敏度。然而，它可能仍然无法提供足够的准确度，并且例如可能还会受到友好金属的影响。

异物检测的性能取决于在实际执行测试时存在的特定操作条件。例如，如果按照Qi规范中的描述，在功率传输初始化过程的选择阶段中执行针对异物检测的测量，则功率发送器提供给该测量的信号必须足够小，以防止它唤醒功率接收器。然而，对于这么小的信号，信噪比通常很差，从而导致测量准确度降低。

对小的测量信号的需求可能会导致其他不利影响。暴露于小的测量信号的功率接收器可能会表现出泄漏电流，该泄漏电流取决于测量信号的水平、初级线圈与次级线圈之间的耦合以及整流器的输出部处的电容器的充电状态。因此，该泄漏电流能够取决于实际条件而不同。由于泄漏电流会影响功率发送器线圈处的反射阻抗，因此品质因数的测量结果也将取决于特定的电流条件。

另一问题是：异物检测通常是一种非常灵敏的测试，在这种测试中，期望在正在执行测试的操作条件和场景可能存在较大变化的环境中检测到由异物的存在引起的相对较小的变化。

因此，当前的算法往往是次优的，并且在一些场景和示例中提供的性能可能低于最优性能。特别地，它们可能会导致未检测到异物的存在，或者在不存在异物时错误地检测到异物。

在其中功率传输信号的功率水平高和/或在功率传输信号的功率水平变化时的场景中，准确地进行异物检测特别困难。因此，在功率传输阶段进行异物检测特别困难，对于表示较大且变化的负载的功率接收器而言尤其困难。另外，异物检测和功率传输的需求常常会产生冲突，并且实际上功率传输常常会干扰异物检测。然而，修改功率传输操作以改进异物检测通常会对功率传输产生不利影响。

功率传输系统的其他操作也可能对这种影响非常灵敏。例如，在许多场景中，功率发送器与功率接收器之间的通信可能会受到大负载(特别是大负载变化)的负面影响。

在许多系统中，从功率接收器到功率发送器的通信可以使用负载调制，其中，功率传输信号的负载取决于要发送的数据而变化。然而，这样的负载调制可能难以检测到功率传输信号的功率传输加载负载是否同时变化。类似地，可以通过调制功率传输信号(例如，幅度或频率调制)来实现从功率发送器到功率接收器的通信，但是由于负载的变化，功率传输信号的参数变化可能会引起对这样的调制的干扰。

实际上，即使将诸如NFC通信链路之类的完全分离的载波用于通信，由功率传输信号引起的非常大且变化的电磁场也可能造成相当大的干扰，尽管它们处于非常不同的频带中也是如此。

因此，功率传输信号的存在及其加载负载可能会对其他操作(例如，异物检测操作和通信操作)产生不利影响。

因此，改进用于功率传输系统的操作将是有利的，特别是允许提高灵活性，降低成本，降低复杂度，改进异物检测，改进通信，改进对不同负载的支持，改进适应性，向后兼容性，减小对功率传输操作的影响，改进功率传输操作和/或改进性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明试图优选以单独方式或者以任何组合方式减轻、缓解或者消除上述缺点中的一个或多个缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在功率传输阶段期间从来自无线功率发送器的功率传输信号接收无线功率传输的功率接收器，在所述功率传输阶段期间所述功率传输信号采用重复时间框，所述重复时间框至少包括功率传输时间间隔和异物检测时间间隔；所述功率接收器包括：同步器，其用于将本地时间基准与所述重复时间框同步；负载控制器，其用于在所述功率传输阶段的至少部分期间的所述异物时间检测时间间隔的至少部分期间断开负载，所述断开的定时取决于所述本地时间基准；模式控制器，其用于响应于针对所述同步的可靠性度量而在所述功率传输时间间隔内在第一操作模式与第二操作模式之间切换，其中，在所述第一操作模式和所述第二操作模式中采用不同的功率传输参数。

在许多实施例中，本发明可以提供改善的性能，并且可以在许多系统和实施例中提供总体上改进的功率传输操作。例如，在许多实施例中，可以通过在为了提供特别有利的条件而创建的时间间隔期间执行这样的检测来实现异物检测。

在许多实施例中，该方法可以降低复杂度，并且可以在许多系统中提供高度的向后兼容性。特别地，该方法可能特别适合用于改进在例如根据Qi规范的1.2版本或更早版本进行操作的Qi无线功率传输系统中的异物检测。

在许多实施例中，本发明可以提供更可靠和/或安全的操作。特别地，它可以减轻和降低当断开负载时发生过电压状况的风险。例如，当可靠性度量指示同步不可靠时，可以降低在功率传输时间间隔期间的功率传输信号的功率水平，从而降低了在功率传输时间间隔期间发生断开的情况下引发不可接受的过电压的风险。

在许多实施例中，异物检测时间间隔的持续时间不超过时间框的持续时间的5％、10％或20％。在许多实施例中，(一个或多个)异物检测时间间隔的持续时间不小于时间框的70％、80％或90％。

在异物检测时间间隔期间，可以对应于从功率发送器向功率接收器传输的功率的水平减小而减小功率传输信号的功率水平。在异物检测时间间隔期间，相对于在功率传输时间间隔期间从功率发送器向功率接收器传输的功率的功率水平，可以减小从功率发送器向功率接收器传输的功率的功率水平。可以将功率水平和对功率和功率水平的引用特定地认为与有功功率(I·U·Cosφ)有关。

第一操作模式和第二操作模式可以通过以下各项中的至少一项来采用不同的功率传输参数：在第一操作模式和第二操作模式中对功率传输信号的信号水平施加不同的限制；在第一操作模式和第二操作模式中对功率传输信号采用不同的负载；以及在第一操作模式和第二操作模式中对功率传输信号的功率水平的变化速率施加不同的限制。同步器可以被布置为生成针对同步的可靠性度量。

根据本发明的任选特征，所述同步器被布置为在进入所述功率传输阶段时执行所述本地时间基准与所述重复时间框的同步，所述模式控制器被布置为：当进入所述功率传输阶段时控制所述功率接收器在所述第一操作模式中操作，并且响应于检测到针对所述同步的所述可靠性度量超过阈值而将所述功率接收器切换到所述第二操作模式。

在许多实施例中，这可以提供改进的操作，通常包括更可靠和/或更安全的功率传输操作和/或改进的异物检测。特别地，该方法可以允许用于其中功率接收器试图在功率传输阶段期间提取大量功率的场景的改进的功率传输初始化。

根据本发明的任选特征，所述功率接收器还包括信号水平控制器，所述信号水平控制器用于将对所述功率传输信号的信号水平请求发送到所述功率发送器；所述信号水平控制器被布置为当在所述第一操作模式中时控制在所述功率传输间隔期间的所述功率传输信号的所述信号水平与在所述异物检测间隔期间的所述功率传输信号的信号水平不同；并且其中，所述同步器被布置为响应于所述功率传输时间间隔与所述异物时间间隔之间的信号变化而进行同步。

在许多实施例中，这可以提供改善的性能，并且可以提供可靠的初始定时调整和同步。

根据本发明的任选特征，所述同步器被布置为响应于在所述第一操作模式中的操作持续时间而确定针对所述同步的所述可靠性度量。

在许多实施例中，这可以提供改善的性能。

根据本发明的任选特征，所述功率接收器还包括启动器，所述启动器被布置为通过在进入所述功率传输阶段之前与所述功率发送器通信来确定针对所述异物时间间隔的参数集，所述参数集包括以下各项中的至少一项：a.所述异物时间间隔的持续时间；b.异物时间间隔之间的间隔；以及c.针对异物检测间隔的信号水平。

这可以提供更可靠的操作，并且特别地可以允许针对特定条件来调整操作。

根据本发明的任选特征，所述同步器被布置为基于所述参数集来执行所述同步。

这可以提供改善的性能，并且可以允许对操作条件的有利调整，其中，参数是通过协商来确定的，并且随后例如通过自动同步而得到调节。

根据本发明的任选特征，所述同步器被布置为响应于针对根据所述本地时间基准确定的所述异物检测时间间隔的定时参数与所述参数集的对应的定时参数的比较而确定所述可靠性度量。

这可以提供对可靠性度量的特别有利的确定。

根据本发明的任选特征，所述功率接收器被布置为控制所述功率发送器以将当在所述第一操作模式中时的所述功率传输信号的信号水平限制为低于当在所述第二操作模式中时的所述功率传输信号的信号水平。

在许多实施例中，这可以提供改进的和/或更可靠的操作，并且特别地可以减轻和/或降低过电压状况的风险。

根据本发明的任选特征，所述负载控制器被布置为当在所述第一操作模式中时而不是当在所述第二操作模式中时在功率传输时间间隔期间从所述功率传输信号断开负载。

这可以提供改进的操作。

根据本发明的任选特征，所述功率接收器还包括功率水平控制器，所述水平控制器用于将对所述功率传输信号的功率水平请求发送到所述功率发送器；所述功率水平控制器被布置为将针对当在所述第一操作模式中时的功率水平的变化速率限制为低于针对当在所述第二操作模式中时的功率水平的变化速率。

根据本发明的任选特征，所述同步器被布置为响应于针对在功率传输时间间隔和异物时间间隔期间的所述功率传输信号的信号水平的比较而确定针对所述同步的所述可靠性度量。

这可以提供对可靠性度量的特别有利的确定。

根据本发明的任选特征，所述模式控制器被布置为响应于检测到针对所述同步的所述可靠性度量低于阈值而将所述功率接收器从所述第二操作模式切换到所述第一操作模式。

根据本发明的任选特征，所述负载控制器被布置为在所述功率传输阶段的至少部分期间的所述异物时间检测时间间隔期间重新连接所述负载，所述重新连接的定时取决于所述本地时间基准。

根据本发明的任选特征，所述功率接收器还包括电流限制器，所述电流限制器用于在重新连接所述负载时限制到所述负载的电流。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于功率接收器在功率传输阶段期间从来自无线功率发送器的功率传输信号接收无线功率传输的操作方法，在所述功率传输阶段期间所述功率传输信号采用重复时间框，所述重复时间框至少包括功率传输时间间隔和异物检测时间间隔；所述方法包括：将本地时间基准与所述重复时间框同步；在所述功率传输阶段的至少部分期间的所述异物时间检测时间间隔的至少部分期间断开负载，所述断开的定时取决于所述本地时间基准；并且响应于针对所述同步的可靠性度量而在所述功率传输时间间隔内在第一操作模式与第二操作模式之间切换，其中，在所述第一操作模式和所述第二操作模式中采用不同的功率传输参数。

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、特征和优点将变得显而易见并且得到阐明。

附图说明

将参考附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1图示了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图2图示了根据本发明的一些实施例的功率发送器的元件的示例；

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示例；

图4图示了功率发送器的输出级的元件的示例；

图5图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的示例；

图6图示了针对图1的无线功率传输系统的时间框的示例；

图7图示了根据本发明的一些实施例的用于无线功率传输系统的时间框的示例；

图8图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的示例；

图9图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的示例。

具体实施方式

以下描述聚焦于适用于利用例如根据Qi规范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，应当理解，本发明不限于该应用，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功率传输系统的示例。功率传输系统包括功率发送器101，该功率发送器101包括(或者被耦合到)发送器线圈/电感器103。该系统还包括功率接收器105，该功率接收器105包括(或者被耦合到)接收器线圈/电感器107。

该系统提供电磁功率传输信号，该电磁功率传输信号可以将功率从功率发送器101感应式传输到功率接收器105。特别地，功率发送器101生成电磁信号，该电磁信号作为磁通量被发送器线圈或电感器103传播。功率传输信号可以对应于表示从功率发送器到功率接收器的能量传输的电磁功率传输分量，并且可以被认为对应于所生成的电磁场的将功率从功率发送器传输到功率接收器的分量。例如，如果接收线圈107没有加载负载，则功率接收器将不会从所生成的电磁场中提取任何功率(除了损耗以外)。在这样的场景中，发送器线圈103的驱动可以生成具有潜在高场强的电磁场，但是功率传输信号的功率水平将为零(除了损耗以外)。在一些情况下，在存在异物的情况下，可以认为功率传输信号包括与向异物进行功率传输相对应的分量，因此可以认为功率传输信号与从由功率发送器生成的电磁场中提取的功率相对应。

功率传输信号的频率通常可以在大约20kHz至大约500kHz之间，并且通常对于Qi兼容的系统来说通常在95kHz至205kHz的范围内(或者例如对于大功率厨房应用来说，该频率通常例如可以在20kHz至80kHz之间的范围内)。发送器线圈103和功率接收线圈107松散地耦合，并且因此功率接收线圈107拾取来自功率发送器101的功率传输信号(至少部分)。因此，功率经由从发送器线圈103到功率接收线圈107的无线感应耦合而从功率发送器101被传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要用于指代发送器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是应当理解，等效地，也可以考虑并使用功率传输信号作为提供给发送器线圈103的或由功率接收线圈107拾取的电信号的基准。

在该示例中，特别地，功率接收器105是经由接收器线圈107来接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收器105可以包括金属元件，例如，金属发热元件，在这种情况下，功率传输信号直接感应涡流，从而导致元件直接发热。

该系统被布置为传输实质的功率水平，并且特别地，在许多实施例中，功率发送器可以支持超过500mW、1W、5W、50W、100W或500W的功率水平。例如，对于Qi对应的应用，功率传输通常在用于低功率应用的1-5W功率范围内(基本功率曲线)，对于Qi规范版本1.2，功率传输最高为15W，对于更高的功率应用(例如，电动工具、便携式计算机、无人机、机器人等)，功率传输最高为100W，并且对于超高功率应用(例如，厨房应用)，功率传输超过100W并且最高超过1000W。

在下文中，将具体参考通常根据Qi规范(除了本文描述的(或随之而来的)修改和增强以外)或者适合用于由无线功率联盟正在开发的更高功率的厨房规范的实施例来描述功率发送器101和功率接收器105的操作。特别地，功率发送器101和功率接收器105可以遵循Qi规范1.0、1.1或1.2版本的元件或者基本上与之兼容(除了本文描述的(或随之而来的)修改和增强以外)。

在下文中将描述图1的系统的操作，其中，将具体聚焦于异物检测来进行描述。

在无线功率传输系统中，在功率传输期间存在物体(通常是从功率传输信号中提取功率且不属于功率发送器101或功率接收器105的部分的导电元件，即是对于功率传输的非预期的、不期望的和/或干扰的元件)会是非常不利的。这样的不期望的物体在本领域中被称为异物。

异物不仅会通过对操作增加功率损耗来降低效率，而且还会(例如通过干扰功率传输效率或者提取不受例如功率传输回路直接控制的功率)使功率传输操作本身劣化。另外，在异物中感应出电流(特别是在异物的金属部分中的涡流)会导致异物发热，这通常是非常不期望的情况。

为了解决这样的情况，诸如Qi之类的无线功率传输系统包括用于异物检测的功能。特别地，功率发送器包括试图检测是否存在异物的功能。如果是这样，则功率发送器可以例如终止功率传输或者减小能够传输的最大功率量。

发明人已经认识到：常规的异物检测不是最优地操作，并且这种情况部分是由于在执行异物检测的特定操作条件和场景中的变化和不确定性，包括功率发送器的属性、功率接收器的属性、应用的测试条件等的变化和不确定性。

异物检测测试面临的挑战的示例是要求执行足够准确的测量以实现足够可靠的异物检测。例如，如果在Qi功率传输初始化阶段的选择阶段中进行了针对异物检测的测量，则功率发送器为该测量提供的信号必须足够小，而不会唤醒功率接收器。然而，这通常会导致较差的信噪比，从而导致检测准确度降低。因此，检测性能会对所应用的特定信号水平非常灵敏，并且通常会有相互冲突的要求。

暴露于小的电磁信号的功率接收器可能会显示泄漏电流，该泄漏电流取决于电磁信号的水平，初级线圈与次级线圈之间的耦合以及整流器的输出部处的电容器的充电状态。因此，该泄漏电流能够取决于当前经历的实际条件以及个体功率接收器的特定参数(例如，电容器的属性)而变化。由于泄漏电流会影响初级线圈处的反射阻抗，因此品质因数的测量还取决于实际条件，并且这通常会妨碍最优检测。

又一问题是：由于针对不同的负载和信号水平，发射功率与接收功率之间的关系是不同的，因此基于例如所报告的在不同的负载或信号水平下的接收功率指示值可能不如期望的值可靠。

图1的系统使用用于异物检测的方法，该方法试图减小对变化的不确定性和灵敏度，并且因此试图提供改进的异物检测。该方法可以在许多实施例中提供改进的异物检测，并且特别地可以在许多实施例中提供更准确和/或更可靠的异物检测。该方法还可以允许低复杂度和低资源需求。该方法的优点在于：它适合被包括在许多现有系统中，例如专门被包括在Qi无线功率传输系统中，实际上，这通常可以进行少量修改即可实现。

如将在下文中更详细地描述的，该方法在功率传输阶段期间利用时分方法，其中，诸如异物检测和功率传输之类的操作可以例如在不同的时间间隔中执行，从而允许大大减少它们之间的干扰(特别是功率传输对异物检测的影响)。

特别地，针对无线功率传输系统，该功率传输信号要服从重复时间框，该重复时间框至少包括一个功率传输时间间隔和一个异物检测时间间隔。

功率发送器被布置为在异物检测时间间隔期间执行异物检测，并且为了促进该操作，功率接收器被布置为断开负载，从而与在连接负载而使得功率传输信号的加载负载的功率传输间隔期间相比减小了功率传输信号的负载。

特别地，如果通过断开负载将由功率接收器接收/提取的功率减小到(接近)零，则许多异物检测方法将变得更加准确。在这种情况下，如果功率发送器提供了功率，则该功率很可能主要被功率发送器附近的异物所吸收。能够以高得多的准确度来测量和检测从异物中提取的这样的功率，因为由功率接收器提取的功率的功率水平和不确定性会大大降低，并且通常会降低到例如仅由功率接收器的友好金属所提取的功率水平。这不仅会增大异物对功率传输信号的相对影响，而且通常还会实现对由功率接收器提取的功率进行更准确的补偿(例如，能够在校准过程期间估计由友好金属提取的功率并随后在异物检测算法中进行补偿)。

在异物检测时间间隔期间断开负载会导致在异物检测时间间隔期间的功率传输信号的功率水平相对于在功率传输时间间隔期间的功率传输信号的功率水平降低，并且通常由功率接收器提取的功率会不小于在功率传输时间间隔的功率水平的1/5、1/10或1/50。

因此，当实质上减小了由功率接收器对功率传输信号的加载负载时，功率发送器在异物检测时间间隔期间执行异物检测。另外，功率接收器与功率传输信号上的重复时间框同步，并且使用该操作对负载的断开进行同步，使得其与异物检测时间间隔对齐。通常，负载将在所确定的异物检测时间间隔开始之后不久断开负载，并且在所确定的异物检测时间间隔结束之前不久重新连接负载，从而提供小的安全裕量。作为功率发送器和功率接收器的时间框同步操作的结果，在执行改进的异物检测的同时仍然允许高传输功率水平。

图2图示了功率发送器101的元件，并且图3更详细地图示了图1的功率发送器105的元件。

功率发送器101包括驱动器201，该驱动器201能够生成被馈送到发送器线圈103的驱动信号，该发送器线圈103继而生成电磁场并因此生成向功率接收器105提供功率传输的电磁功率传输信号。(至少)在功率传输阶段的功率传输时间间隔期间提供功率传输信号。

驱动器201通常可以包括逆变器形式的输出电路，该输出电路通常是通过驱动如本领域技术人员所公知的全桥或半桥来形成的。图4图示了功率发送器的典型输出级的示例，其中，逆变器是由以电桥配置耦合的四个FET来形成的，并且发送器线圈103(LTx)还被耦合到电容器(CTx)以形成谐振输出电路。

功率发送器101还包括功率发送器控制器203，该功率发送器控制器203被布置为根据期望的操作原理来控制功率发送器101的操作。特别地，功率发送器101可以包括根据Qi规范执行功率控制所需的功能中的许多功能。

功率发送器控制器203特别地被布置为控制由驱动器201生成驱动信号，并且功率发送器控制器203能够特别地控制驱动信号的功率水平并相应地控制所生成的功率传输信号/电磁场的水平。功率发送器控制器203包括功率回路控制器，该功率回路控制器响应于在功率控制阶段期间从功率接收器105接收的功率控制消息而控制功率传输信号的功率水平。

为了从功率接收器105接收数据和消息，功率发送器101包括第一通信器205，该第一通信器205被布置为从功率接收器105接收数据和消息(本领域技术人员应当理解，数据消息可以提供一个或多个比特的信息)。在该示例中，功率接收器105被布置为对由发送器线圈103生成的功率传输信号进行负载调制，并且第一通信器205被布置为感测发送器线圈103的电压和/或电流的变化并基于这些变化来解调负载调制。本领域技术人员将意识到例如在Qi无线功率传输系统中使用的负载调制的原理，因此将不再详细描述该原理。

在许多实施例中，第一通信器205还被布置为将数据发送到功率接收器105，并且可以特别地被布置为使用频率、幅度或相位调制来调制功率传输信号。

在一些实施例中，可以使用单独的通信通道来执行通信，该单独的通信通道可以使用单独的通信线圈或者实际上使用发送器线圈103来实现。例如，在一些实施例中，可以实施近场通信，或者可以在功率传输信号上覆盖高频载波(例如，具有13.56MHz的载波频率)。

在图1-3的系统中，在功率传输阶段期间，通信是在异物检测时间间隔中执行的。特别地，异物检测时间间隔中的一些或实际上全部也可以用作其中执行功率发送器101与功率接收器105之间的通信的通信时间间隔。特别地，发送器控制器203可以对第一通信器205进行同步，使得通信操作(通常既接收又发送数据)是在功率传输阶段的异物检测时间间隔/通信时间间隔中(即在被分配用于通信的异物检测时间间隔中)(并且通常是仅在其中)执行的。

这可以大大改善通信性能。

功率发送器101还包括异物检测器207，该异物检测器207被布置为执行异物检测测试，即被布置为特定地检测在所生成的电磁场内是否可能存在任何不期望的导电元件。

在该系统中，异物检测测试基于在异物检测时间间隔期间(即在被分配给异物检测的异物检测时间间隔期间)执行的测量。

如稍后将更详细地描述的，在异物检测时间间隔期间，通过功率接收器断开其负载并减小功率传输信号的总体加载负载来降低功率传输信号的功率水平。负载的断开对应于将负载与功率传输信号解耦(并且可以认为负载与功率传输信号的断开和解耦是同义的)。负载将因此与功率传输信号以及与接收线圈107解耦/断开。

在许多实施例中，功率接收器105可以被布置为使功率传输信号的加载负载最小化以仅对应于由友好金属(功率接收器本身的金属部分)以及可能由功率接收器的控制功能所使用的少量功率所引起的加载负载。在异物检测时间间隔期间，功率接收器通常会将目标负载与功率传输信号完全断开。这通常可以例如减小功率传输信号的加载负载(从例如在功率传输时间间隔期间的5-50W至在异物检测时间间隔期间的小于500mW)。

应当注意，可以减小功率传输信号的功率水平，而不会导致所生成的电磁场强度减小(或由其引起的现象)。例如，功率接收器断开负载将会导致从电磁场和功率传输信号中提取的功率量减小，从而导致从驱动信号到发送器线圈103的功率量减小。然而，这不需要使得所生成的场强减小，并且实际上会得到大的场强，因为由接收器线圈107中的电流引起的相反的电磁场会减小。

因此，在许多实施例中，异物检测时间间隔的特征在于：与在功率传输时间间隔期间的情况相比，从功率发送器到功率接收器的功率传输会减小(或者至少是与在功率传输时间间隔期间的最大可能的/可用的功率传输相比，从功率发送器到功率接收器的最大可能的/可用的功率传输会减小)。然而，由发送器线圈103生成的电磁场的强度可以保持相同或者甚至增大。

实际上，在其中异物检测是基于测量由发送器线圈103生成的电磁场的加载负载的许多实施例中，可能期望调整驱动信号，使得所生成的电磁场具有适合用于在异物检测时间间隔期间执行预期操作的磁场。这可能甚至比在功率传输时间间隔期间的场强更高，但是由于功率接收器断开负载，正在传输的功率量会减小。然而，在大多数实施方式中，期望当接收器断开负载时，场强不要太高(以便减轻过电压的情况)。

加载负载减小会允许在许多情况下更准确地检测异物。这将使得在异物中耗散的功率在总功率耗散中所占的比例大得多，并且实际上，通常在异物中耗散的功率会超过在功率接收器中耗散的功率，从而检测出该异物功率耗散容易得多。

在图2的方法中，由驱动器201驱动发送器线圈来生成电磁测试信号，因此可以认为电磁测试信号对应于在异物检测时间间隔期间的功率传输信号。然而，将意识到，在一些实施例中，也可以由与发送器线圈103不同的线圈(例如，专用测试线圈)来生成电磁测试信号。在下文中，术语功率传输信号将用于指代在功率传输时间间隔期间和在异物检测时间间隔期间由功率发送器生成的电磁场信号。

在执行异物检测的间隔期间(即，在异物检测时间间隔期间)，异物检测器207可以评价状况以确定是否认为存在异物。在异物检测时间间隔期间，功率发送器101生成电磁测试信号，并且异物检测基于对该信号的特性和属性的评价。

例如，所生成的功率传输信号的功率水平(从所生成的功率传输信号中提取的功率)可以(通常通过将其与从功率接收器105提取的预期功率进行比较)用作对正由潜在的异物提取的功率的指示物。功率传输信号的功率水平反映出由存在于电磁场中的导电元件(包括接收线圈107)从所生成的电磁场中提取的功率。因此，它指示由功率接收器105以及可能存在的任何异物的组合提取的功率。功率传输信号的功率水平与由功率接收器105提取的功率之差相应地反映出由存在的任何异物提取的功率。异物检测例如可以是低复杂度检测，其中，如果电磁信号的功率水平之差(以下被称为发送功率水平)超过了所报告的由功率接收器105提取的功率(以下被称为接收功率水平)，则认为已经检测到异物。

在该方法中，异物检测相应地基于发送功率水平与报告的接收功率水平之间的功率水平比较。在不同的实施例中，对异物的检测的反应可能不同。然而，在许多实施例中，功率发送器101可以被布置为响应于检测到异物而(至少临时地)终止功率传输。在其他实施例中，功率发送器101可以被布置为在功率传输时间间隔期间对功率传输信号施加减小的功率限制并同时允许功率传输继续进行。

图3图示了功率接收器105的一些示例性元件。

接收器线圈107被耦合到功率接收器控制器301，该功率接收器控制器301经由开关305(即，它是可切换的负载305)将接收器线圈107耦合到负载303。功率接收器控制器301包括功率控制路径，该功率控制路径将由接收器线圈107提取的功率转换成适合于负载的功率。另外，功率接收器控制器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，并且特别是根据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到功率发送器101的通信，功率接收器105包括第二通信器307。

第二通信器307被布置为响应于要被发送到功率发送器101的数据而通过改变接收器线圈107的加载负载来将数据发送到功率发送器。然后，如本领域技术人员所公知的，功率发送器101对负载变化进行检测和解调。

在该示例中，第二通信器307还被布置为对功率传输信号的幅度、频率和/或相位调制进行解调，以便检索从功率发送器发送的数据。

功率接收器控制器301还被布置为控制第二通信器307，使得在通信间隔期间(即，在功率传输信号的功率水平减小的时间间隔期间)执行在功率传输阶段期间的通信。

因此，类似于第一通信器与功率接收器同步通信以在异物检测时间间隔期间发生通信，第二通信器也与功率发送器同步通信以在异物检测时间间隔期间发生通信。

图5图示了功率接收器105的功率路径的示例的元件的电路图。在该示例中，功率接收器105包括由名称LRX表示的接收器线圈107。在该示例中，接收器线圈107是谐振电路的部分，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/场，因此在线圈中感应出AC电压/电流。谐振电路被耦合到整流桥，其中，平滑电容器C1被耦合到整流桥的输出部。因此，在电容器C1上生成DC电压。DC电压上的纹波的幅值将取决于平滑电容器的大小并且还取决于负载。

电桥B1和平滑电容器C1经由由开关S1图示的开关305被耦合到用附图标记RL指示的负载303。开关305因此能够用于将负载与功率路径连接或断开，因此该负载是可切换负载305。将意识到，虽然开关S1被示为常规开关，但是它当然也可以通过任何合适的手段来实现，包括通常通过MOSFET来实现。还将意识到，负载303被图示为简单的无源端口，但是它当然也可以是任何合适的负载。例如，负载303可以是要充电的电池、移动电话或另一通信或计算设备，可以是简单的无源负载等。实际上，负载303不需要是外部负载或专用内部负载，而是可以例如包括功率接收器105本身的元件。因此，可以认为图3中图示的负载303表示能够被开关305/S1断开的接收器线圈107/电磁信号的任何负载，因此它也被称为可切换负载305。

图5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。第二通信器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送到功率发送器101的数据而被连接和断开，从而提供了负载调制。

功率接收器105被布置为在功率传输阶段期间的每个时间框的(一个或多个)异物检测时间间隔期间进入降低的功率模式。在该示例中，功率接收器105包括控制开关305的负载控制器309(等效地，能够将开关305视为负载控制器的部分)。在异物检测时间间隔期间，负载控制器309能够将负载303与功率接收器断开，即，负载控制器309断开功率接收器控制器301的负载，从而断开接收器线圈107的负载。因此，以这种方式，负载控制器309可以在异物检测时间间隔期间减小接收器线圈107的加载负载。此外，不仅功率接收器105的负载减小了，从而使得更容易检测其他功率损耗或者检测调制，而且更重要的是，功率接收器105进入了更加明确的或确定的状态，其中，负载变化对功率传输信号的影响降低了。

在图5的示例中，在异物检测时间间隔期间，开关S1可以用于断开负载。将意识到，在可切换负载303需要更加恒定的功率供应的实施例中，开关S1可以位于电容器C1之前，或者可以在开关S1之后提供另一储能器，以在异物检测时间间隔期间向可切换负载303提供功率。

将意识到，在异物检测间隔期间，接收器线圈107的加载负载可以并未完全关闭。例如，功率接收器105仍然可以提取功率以例如操作某种内部电路。因此，负载控制器309可以被布置为将负载与加载有负载的接收器线圈107断开，同时仍然允许接收器线圈107负载有一个或多个其他负载。实际上，接收器线圈107的加载负载能够被认为是包括在异物检测间隔期间由负载控制器309断开的负载和没有由负载控制器309断开的负载。因此，能够认为负载303表示在异物检测间隔期间被接收器线圈107断开的负载。该负载不仅可以包括为其建立功率传输的外部负载或内部负载，而且还可以包括例如在异物检测间隔期间临时关闭的内部控制功能。

功率接收器控制器301被布置为与功率发送器101建立功率控制回路。特别地，功率接收器控制器301能够将功率控制消息发送到功率发送器101，并且作为响应，功率发送器101可以在功率传输时间间隔期间改变功率传输信号的功率水平。典型地，功率接收器控制器301可以生成功率控制误差消息，该功率控制误差消息指示对功率发送器101增大或减小功率水平的请求。功率接收器控制器301可以通过将测量值与基准值进行比较来确定适当的误差消息。在功率传输期间，功率接收器控制器301可以将所提供的功率水平与所需的功率水平进行比较，并且基于该比较来请求增大或减小的功率水平。

如前所述，该系统在功率传输阶段应用重复时间框，其中，该时间框至少包括一个功率传输时间间隔和一个异物检测时间间隔。图6图示了这样的重复时间框的示例，在图6中，功率传输时间间隔用PT表示，并且异物检测时间间隔用D表示。在该示例中，每个时间框FRM仅包括一个异物检测时间间隔和一个功率传输时间间隔。然而，将意识到，在其他实施例中，在时间框中也可以包括其他时间间隔，或者在每个时间框中也可以包括多个异物检测时间间隔和/或功率传输时间间隔。特别地，重复时间框可以包括不同类型的异物检测时间间隔，例如，一个或多个异物检测时间间隔和一个或多个通信时间间隔。

在该方法中，可以在异物检测时间间隔中执行异物检测(例如，诸如通信之类的操作)，并且因此可以在时域中将异物检测(以及例如通信)与功率传输分离，从而使功率传输对异物检测/通信的交叉干扰减小。因此，能够将与针对功率传输的操作条件的变化有关的可变性和不确定性与异物检测(通信)隔离，从而得到更可靠和更准确的异物检测(通信)。

因此，在功率传输阶段中，功率发送器被布置为在功率传输阶段的时间框的功率传输时间间隔期间执行功率传输。特别地，在这些时间间隔期间，功率发送器和功率接收器可以操作功率控制回路(功率控制回路可以基于与重复时间间隔相对应的通信时间间隔内的通信)。因此，可以动态地改变被传输的功率的水平。

在功率传输阶段的时间框的异物检测时间间隔中，功率接收器断开/解耦负载，从而使得通过功率传输信号被传输到功率接收器的功率水平降低。

如前所述，功率水平的降低不必对应于所生成的电磁场的场强的减小。例如，当通过减小由功率接收器对场的加载负载(例如通过断开负载303)来显著降低功率传输水平时，可以增大结果得到的电磁场强度/所生成的电磁信号的信号水平。实际上，通常会期望保持相对较高的磁场强度，以便测量在异物中的足够的功率耗散，从而促进并改进异物检测。同时，通常期望的是，当负载303断开时，场强足够低而不会引起不可接受的过电压状况。

功率接收器105可以相应地减小在异物检测时间间隔期间由功率接收器对功率传输信号的加载负载。特别地，在异物检测时间间隔期间，由功率接收器对功率传输信号(用作电磁测试信号)产生的负载将小于在功率传输时间间隔期间由功率接收器对功率传输信号产生的负载(可以例如认为该负载分别是分别在功率传输时间间隔和异物检测时间间隔期间发送器线圈103和测试线圈209的有效电阻性阻抗)。

通过降低由功率接收器提取的功率水平，对存在的任何异物的检测都变得更容易。这可能是由于提取的功率总量减小了，从而使得更容易检测到较低的由异物提取的功率的功率水平。另外，通过断开负载，通常可以使功率接收器进入预定(或至少更容易预测的)状态，从而当执行异物检测测试时会促进对功率接收器的补偿。

因此，可切换负载303的断开不仅会减小功率传输信号的负载，而且还会使该负载更可预测并且具有减小的变化。通常，由功率接收器对功率发送器产生的负载不仅会因应用不同而显著变化，而且对于相同的应用和功率传输时期而言还可能是时间的函数。在功率传输阶段期间操作功率控制回路以针对这样的变化进行调整。然而，通过引入其中可以断开负载的异物检测时间间隔，能够使功率接收器进入基准模式，在该基准模式中，电磁场的加载负载更加可预测。因此，例如异物检测测试能够基于以下假设来执行：功率接收器处于该基准模式或测试模式，并且因此例如能够假设电磁测试信号的预定加载负载。因此，该方法不仅允许减小由功率接收器105产生的加载负载(从而通过相对影响更高的任何异物来提高准确度)，而且还会使其更加可预测，从而促进在异物检测测试期间对存在的功率接收器进行补偿。

因此，图1-5的系统提供了大大改进的异物检测测试方法，其中，异物检测测试是在更加受控的条件下执行的，从而允许执行更准确和更可靠的异物检测测试。

在这样的系统中的一个重要问题是：使功率接收器和功率发送器紧密地同步很重要，并且功率接收器在适当的时间连接负载并且特别是断开负载是特别重要的。例如，在典型的功率传输操作期间，功率传输信号的功率水平在功率传输时间间隔期间可能非常高。如果在功率发送器生成这样的强磁场和功率传输信号的时间期间断开功率接收器的负载，则当断开负载时在功率接收器中会感应出过电压。当断开负载时，经由功率接收器的发送器线圈(103)和接收器线圈(107)耦合的功率发送器的谐振电路不再受到负载的阻尼。实际上，存在这样的风险：即当功率接收器断开负载时，功率接收器处的感应电压可能会增大到可能导致功率接收器的部件损坏的水平。

然而，重复的时间框使得功率发送器能够在异物检测时间间隔期间将信号水平减小到感应电压不会损害功率接收器的部件的水平。如果在适当减小电磁场强度/信号水平之后功率接收器断开其负载，则能够避免在断开时出现过电压状况。例如，功率接收器可以测量例如其接收器线圈处的感应电压以检测功率信号的降低，以便将其用作针对异物检测间隔的开始的触发物，并且它会在该触发物时断开其负载。然而，这通常不是很可靠的方法，因为减小可能是由其他条件引起的，而不是作为异物检测间隔的开始的指示物。例如，由于先前从功率接收器接收到的控制误差，功率发送器可能减小功率信号。而且，负载的变化可能导致接收线圈处的感应电压降低。因此，功率接收器需要一种可靠的方法来在功率传输间隔中功率信号较高的情况下确定异物检测间隔的开始，以防止在断开负载时发生过电压和对功率接收器的部件的损坏。

在异物检测时间间隔结束时，将负载重新连接到接收器线圈107，使得该负载对功率传输信号加载负载。而且，期望在功率传输时间间隔之前连接负载，以便确保增大的电磁场不会感应出过高的电压，从而不会导致过电压状况。而且，功率接收器需要可靠的方法来及时地(即，在功率发送器增大信号水平之前)重新连接其负载。

因此，在异物检测时间间隔内发生负载的断开和重新连接通常是有利的。然而，期望可用于异物检测的时间足够长以允许准确的测量(具有足够的平均化)。此外，这些相互冲突的偏好受到使异物检测时间间隔尽可能短以提高效率并使有效功率传输的中断最小化的总体期望的约束。因此，期望在异物检测时间间隔的开始之后尽可能短的时间内断开负载并在尽可能靠近异物检测时间间隔的结束时连接负载。为了实现负载的安全断开和最优性能，重要的是将功率接收器(特别是负载控制器309)的操作与重复时间框可靠且紧密地同步。

功率接收器的操作的定时基于本地时间基准/时基，并且负载控制器309被布置为基于本地时间基准/时基对负载303的连接和断开进行定时。另外，功率接收器105包括同步器311，该同步器311被布置为将本地时间基准与重复时间框进行同步。因此，功率接收器105包括用于使负载303的连接和断开与功率传输信号的重复时间框进行同步的功能。

例如，本地时间基准可以是使用定时器/时钟等来实施的，这对于本领域技术人员来说是公知的。在一些实施例中，该定时器/时钟可以是自由运行时基，并且同步器311可以确定该自由运行时基的对应于重复时间框的不同时隙/间隔的时间。例如，同步器311可以确定时基的哪些时间值对应于异物检测时间间隔的开始和结束，然后可以对要在这些时间发生的负载303的连接和断开进行定时(通常具有小的偏移)。

在其他实施例中，同步器311可以被布置为改变时间基准的参数或设置，使得其与重复时间框对准。例如，倒数定时器可以在同步器311认为异物检测时间间隔开始时(或者紧接在其之后)启动，并且可以具有被确定为与由同步器311确定的异物检测时间间隔的持续时间相对应的持续时间(或略微更短的持续时间)。然后，负载控制器309可以被布置为在倒数定时器开始时断开负载303并在倒数定时器完成倒数时重新连接负载303。

在许多实施例中，同步器311可以被布置为实施定时回路，其中，生成误差信号以反映重复时间框与定时回路之间的差异。然后可以通过该误差信号来驱动定时回路，使得偏向于使定时误差/差异最小化并因此使得定时回路与重复时间框同步。例如，定时锁相回路可以被实施为生成本地时钟，该本地时钟与重复时间框同步并且特别地与异物检测时间间隔同步。

将意识到，用于将本地时间基准同步到重复时间框的特定方法可以取决于个体实施例的特定偏好和要求。

例如，在一些实施例中，针对驱动发送器线圈103的逆变器的输入部可以生成具有可以与重复时间框同步的动态变化的驱动信号(例如，逆变器可以被馈送有周期性变化的电源电压(其例如是通过AC电源电压的整流生成的))。这可以引起同步器311能够检测到并同步到的功率传输信号的周期性和同步的变化。

然而，在许多功率发送器中，驱动信号/功率传输信号的这种周期性变化是不切实际的或者不期望的，例如通常将经平滑和经调理的DC电压用作针对逆变器的电源电压。在这样的实施例中，功率发送器可以被布置为在功率传输间隔与异物检测时间间隔之间改变功率传输信号/所生成的电磁场/信号的属性，并且同步器311可以被布置为基于这些变化来对本地时间基准进行同步。

因此，同步器311特别地使得负载303的连接和断开的定时与重复时间框和异物检测时间间隔紧密同步。特别地，可以允许在异物检测时间间隔的开始之后不久发生断开并且在异物检测时间间隔的结束之前不久发生重新连接，从而确保异物检测时间间隔的持续时间能够减少并且在连接和断开负载时能够使可靠运行的开销和裕量最小化。

然而，在图3的功率接收器中，同步器311不仅执行同步，而且还会生成同步可靠性度量。该可靠性度量被生成为对同步的估计的可靠性/准确度的指示。特别地，可以认为该可靠性度量反映时间基准与重复时间框的同步的紧密程度和/或同步在给定的同步窗口内的概率。可以生成可靠性度量以提供对同步的时间基准与重复时间框之间的差异的估计结果。该估计结果可以是概率估计结果。

将意识到，虽然将描述用于确定可靠性度量的多种不同方法，但是特定方法将取决于个体实施例的偏好和要求，并且本领域技术人员能够使用更多或更少的准确方法。

功率接收器105还包括模式控制器313，该模式控制器313被馈送有针对同步所确定的可靠性度量。模式控制器313被布置为在不同的操作模式之间切换功率接收器105，并且特别地被布置为响应于可靠性度量而在功率传输时间间隔内在第一操作模式与第二操作模式之间切换功率接收器。因此，功率接收器105被布置为在功率传输时间间隔期间取决于功率接收器105(并且特别地取决于负载的断开)与重复时间框的同步的可靠性而不同地操作。

在许多实施例中，相对于在处于第二操作模式时的情况，当处于第一模式时，降低了在功率传输时间间隔期间的功率传输信号的水平。

因此，针对功率接收器的操作，要考虑到同步性能，实际上，在功率传输时间间隔期间，取决于负载的断开(以及通常是重新连接)的同步的可靠性来调整运行，即使这些动作是在异物检测时间间隔期间发生也是如此。

第一操作模式和第二操作模式可以特别地将不同的功率传输参数用于功率传输操作。例如，在第一操作模式和第二操作模式中，请求的功率水平和/或从功率传输信号中提取的加载负载和功率可以不同。第一操作模式和第二操作模式可以通过以下各项中的至少一项来采用不同的功率传输参数：在第一操作模式和第二操作模式中对功率传输信号的信号水平施加不同的限制；在第一操作模式和第二操作模式中采用不同的功率传输信号负载；在第一操作模式和第二操作模式中对功率传输信号的功率水平的变化速率施加不同的限制。这些示例将在后面更详细地描述。

模式控制器313可以特别地被布置为响应于检测到可靠性度量增大到给定阈值之上而将功率接收器105从第一(操作)模式切换到第二(操作)模式。类似地，模式控制器313可以被布置为响应于检测到可靠性度量落在给定阈值之下而将功率接收器105从第二(操作)模式切换到第一(操作)模式(这两个阈值可以相同但不是一定如此)。因此，取决于同步是否可靠，功率接收器105可以在功率传输时间间隔期间以不同的模式操作。

在许多实施例中，这可以提供更可靠和更安全的操作。

例如，在一些实施例中，功率接收器105并且特别是负载控制器309被布置为当在第一模式中时而不是在第二模式中时在功率传输时间间隔期间断开负载303。实际上，在该示例中，在一些实施例中，当在第一模式中时，负载303可以在整个重复时间框期间断开，而当在第二模式中操作时，可以采用在异物检测时间间隔期间将负载303周期性断开的操作。因此，当可靠性度量指示同步不可靠时，负载303可以在功率传输时间间隔和异物检测时间间隔这两者期间都断开，并且通常在重复时间框的整个持续时间内断开，而当可靠性度量指示同步可靠时，负载303仅在异物检测时间间隔期间临时断开。

另外，为了防止在功率接收器处产生不可接受的高感应电压，功率接收器可以确保由功率发送器提供的信号水平足够低。功率接收器能够通过发送控制误差来控制由功率发送器提供的功率信号的水平。特别地，如果认为同步不可靠，则功率接收器可以控制功率发送器以降低功率水平/信号强度。

在这种方法中，第一模式确保在感应信号可能具有较大值的时间期间没有负载的断开切换。因此，同步期间的误差或不准确将不会导致在功率传输时间间隔期间因断开而出现过电压状况。然而，当同步足够准确以确保在异物检测时间间隔期间发生断开时，该系统将进入操作模式，其中，执行功率传输(可以将由功率发送器提供的信号水平控制为由功率接收器接收的高水平)并且在异物检测时间间隔期间连接负载。在不同的操作模式之间的这种转换可以允许针对异物检测时间间隔和负载断开的设计参数和准则在第二操作模式中可靠得多，同时还允许同步紧密得多且裕量更小。这防止了会损坏功率接收器的电气部件的过电压状况，并且会减小异物检测时间间隔所需的时间，因为从异物检测时间间隔的开始到负载断开所需的裕量较小。

在一些实施例中，可以在整个功率传输阶段应用这样的方法，并且例如如果可靠性度量变为指示同步不够可靠，则功率接收器可以连续监视同步的状态并切换到第一模式，并且当可靠性度量指示同步再次可靠时，功率接收器可以切换回到正常操作。

这可以适合用于一些应用(例如，非关键电池充电)，但是也可以不适合用于其中需要保证连续功率传输性能的其他应用。在这样的场景中，功率接收器可以例如被布置为在同步变为不可靠的情况下完全终止功率传输操作。另外，在这样的实施例中，参数可以被确定为确保这种情况很少发生。

在许多实施例中，该系统可以被布置为在进入功率传输阶段时最初采用同步阶段。因此，功率传输阶段可以以同步间隔开始，在该同步间隔中，执行功率接收器与功率传输信号的减小的功率时间间隔的同步。在这样的实施例中，功率接收器可以在第一操作模式中进入功率传输阶段和同步阶段/时间间隔，并且仅在可靠性度量指示同步足够可靠时才切换到第二模式。即使对于要求连续功率传输的更关键的应用，这样的方法通常也将是有利的。

因此，在许多实施例中，模式控制器313在其进入功率传输阶段时控制功率接收器105在第一操作模式中操作。另外，当进入功率传输阶段时，同步器311执行本地时间基准与重复时间框的同步。因此，该系统可以在其中功率接收器105不(保证)与重复时间框(足够)同步的状态和模式中开始功率传输阶段。然而，这可以通过在第一模式中操作的功率接收器105来补偿，该功率接收器105可以被设计为在功率接收器105不与功率发送器101/重复时间框同步时的情况下提供适当的性能。在特定示例中，这是通过以下操作来实现的：在整个重复时间框内使负载303保持永久断开，从而确保不会发生由于负载303的断开而引起的过电压状况。

另外，通常在第一模式中降低在功率接收器的控制下由功率发送器提供的信号水平，以便确保在永久断开负载时不会发生过电压。

通常，这种操作需要同时生成信号水平和减小负载：

1、高信号水平和断开的负载可能导致过电压，甚至可能损坏功率接收器；

2、低信号水平和连接的负载可能导致电压不足，并且可能导致功率接收器停止工作。

因此，功率接收器可以基于功率接收器在哪种模式中操作来修改负载的连接/断开和信号水平设置这两者的操作。

在特定示例中，进入安全初始阶段，在该安全初始阶段中，可以执行同步(或者可以实现更准确的同步)，在此期间，功率接收器被布置为在“安全”模式中操作，在该“安全”模式中，同步误差不会导致出现潜在的损坏状况。在特定示例中，功率接收器在整个同步阶段内断开负载303，并且还控制功率发送器以生成信号水平足够低的电磁场。

模式控制器313将功率接收器105维持在该第一(安全)模式中，直到可靠性度量指示同步足够准确为止，此时它将模式控制器313切换到进行“正常”功率传输的第二操作模式(在功率传输时间间隔期间连接负载303的情况下尤其如此)。因此，功率接收器105保持在“安全”同步模式中，直到可靠性度量指示已经实现了足够准确和可靠的同步为止。

将意识到，虽然在上面的示例中，负载303在同步阶段期间是完全断开的，但是在其他实施例中不一定是这种情况。例如，在一些实施例中，在同步阶段期间可以仅断开负载303的部分，即，与在正常功率传输期间相比，在同步阶段期间功率接收器105可以被布置为将更小的负载耦合到接收器线圈107。例如，可以将负载减小到其中过电压状况可接受的水平。

在不同的实施例中，可以使用不同的方法和算法来将本地时间基准与重复时间框进行同步。在许多实施例中，功率发送器101可以被布置为改变所生成的电磁场的水平，使得该变化被同步到重复时间框。同步器311然后可以监视水平变化并将时间基准与此同步。

作为示例，功率发送器101可以被布置为在每个重复时间框的开始处插入短的、预定样式或特征标志的水平变化，并且同步器311可以被布置为检测该样式/特征标志并根据对检测到的样式/特征标志的定时来确定重复时间框的开始时间。

在许多实施例中，功率发送器101可以被布置为生成电磁信号，使得在功率传输时间间隔期间和在异物检测时间间隔期间的信号水平是不同的，并且同步器311可以被布置为将本地时间基准与结果得到的信号水平变化进行同步。特别地，同步器311可以检测功率传输信号(特别是在功率接收器线圈中感应的信号)的水平转变的定时，并且调节或者补偿本地时间基准，使得本地生成的重复时间框定时与这些转变相对应。例如，在一些实施例中，根据本地时间基准，在检测到的信号水平转变与异物检测时间间隔和功率传输时间间隔之间的预期转变之间的时间差可以用作针对控制本地时间基准的锁相定时回路的误差信号。

在一些实施例中，功率发送器可以被布置为自主地引入或确保这样的转变。然而，在其他实施例中，功率接收器可以被布置为与功率发送器进行通信以便确保这样的信号水平变化。

例如，功率接收器控制器301可以被布置为在同步阶段期间并且因此在功率接收器在第一模式中操作时将对功率传输信号的信号水平请求发送到功率发送器。这些信号水平请求可以被选择为使得在功率传输间隔期间的功率传输信号的信号水平不同于在异物检测间隔期间的功率传输信号的信号水平。它还可以控制功率发送器以生成足够低而不会生成不可接受的过电压状况的信号水平。

特别地，功率发送器101可以被布置为在异物检测时间间隔期间提供给定的信号水平(例如，预定水平或先前与功率接收器通信而确定的水平(这将在后面进行描述)。因此，功率发送器可以被布置为在框的异物检测时间间隔期间将用于驱动信号的信号水平以及因此用于所生成的电磁场的信号水平设置为该静态值。然而，该系统可以操作功率控制回路以动态地调节功率传输时间间隔的水平。该功率控制回路可以在整个功率传输阶段均处于活动状态并用于调整功率传输信号以提供所需的功率水平。然而，在同步阶段期间，功率接收器可以使用功率控制回路来将在功率传输时间间隔的信号水平调整为与在异物检测时间间隔期间的信号水平不同。

例如，功率接收器可以发送功率提升请求，直到同步器311准确地检测到信号水平转变为止(并且例如直到这些转变具有给定的幅值为止)。然后，功率接收器可以继续发送功率提升请求和功率降低请求，以在功率传输时间间隔期间将该水平维持在该优选水平处。

在同步阶段期间，功率接收器可以相应地使用功率控制回路来生成用于同步的合适条件。这样的方法的具体优点是，它可以使用已经用于实际功率传输操作的功能。例如，功率发送器可以简单地进入功率传输阶段，从而为在异物检测时间间隔期间的功率传输信号设置预定信号水平，并且操作功率控制回路以设置在功率传输时间间隔期间的水平。不管功率接收器是否处于同步阶段以及因此功率接收器是在第一模式中操作还是在第二模式中操作，都可以在整个功率传输阶段继续该方法。实际上，功率发送器可能并不知道功率接收器执行同步操作，或者这甚至是可能的。因此，该方法可以提供更简单的功率发送器操作和改善的向后兼容性，因为在功率发送器处不需要特定的改变来支持同步阶段。

在许多实施例中，该系统被布置为通过功率接收器与功率发送器之间的协商/通信来确定用于重复时间框的参数。这可以在功率传输阶段开始之前执行，因此可以在功率传输阶段之前执行，可以确定在功率传输阶段期间要使用的参数集。

在进入功率传输阶段之前，通过通信确定的参数集(在一些情况下其可能仅包括一个参数)可以包括以下各项中的一项或多项：异物时间间隔的持续时间；异物时间间隔之间的间隔；以及针对异物检测间隔的信号水平。

因此，功率发送器和功率接收器可以在功率传输阶段之前采用准备阶段或时间间隔，在该准备阶段或时间间隔中，功率发送器和功率接收器彼此通信，以便确定用于后续功率传输阶段操作的一个或多个参数。功率传输阶段中的操作然后可以基于在该准备阶段期间确定的参数。

例如，在许多实施例中，功率接收器可以向功率发送器发送一个或多个消息，从而请求要在功率传输阶段期间应用的参数值。例如，功率接收器可以请求所生成的电磁信号的特定信号水平或异物检测时间间隔的特定定时属性。然后，功率发送器和功率接收器可以应用这些参数值(并且特别是这些定时设置)以进行后续操作。

在许多实施例中，功率发送器和功率接收器可以特别地被布置为进行通信，以便建立异物检测时间间隔的持续时间和/或异物检测时间间隔之间的持续时间，并且通常是相继的异物检测时间间隔之间的持续时间。

该方法可以提供改进的折中，并且可以特别地允许针对个体设备的特定属性来调整操作，并且在许多实施例中针对个体功率传输操作的特定特性来调整操作。例如，可以调整该定时以反映功率传输的功率水平。

该方法可以解决以下问题：异物检测时间间隔的持续时间不仅可以影响功率发送器和功率接收器的行为，而且还可能影响最终负载(例如，由功率接收器供电的设备)的行为。

通常，如果异物检测时间间隔过长，则设备可能会遭受有效电源电压降低的困扰。当设备的能量存储受到限制时，例如在设备的输入部(功率接收器的输出部)处的电容器小于所期望的电容器的情况下，尤其会发生这种情况。设备必须能够桥接功率传输中断期间的时间，并且这通常需要相对较大的电容器(应当注意，在许多实施例中，功率接收器本身就可能包括这样的电容器并且可能包括电压调理以提供恒定的输出电压。然而，这仅仅意味着所描述的问题与功率接收器相关，而不是与外部负载设备相关。

如果时隙太短，则功率发送器可能无法可接受地执行特定操作。例如，功率发送器可能无法以足够的准确度执行FOD测量，原因是执行测量时测量信号不稳定，或者是因为采样数量不足。作为另一示例，太短的异物检测时间间隔可能无法提供足够的通信带宽，例如可能无法传达足够的数据来支持功率控制报告和提供其他测量结果。

异物检测时间间隔的最优持续时间可以相应地取决于许多特征和属性，例如，特定的操作参数和功率接收器的实施方式。在一些实施例中，功率接收器可以相应地向功率发送器发送消息，并且功率发送器可以被布置为响应于该消息而调整异物检测时间间隔的定时。

该消息可以特别明确地是针对异物检测时间间隔的给定持续时间的请求。在许多实施例中，功率接收器可以评价操作条件(例如，由外部负载汲取的功率)并且可以计算在其期间储能器/电容器能够维持足够的电荷以防止向负载提供的电源电压下降太多的最大时间。例如，负载为1A的最大持续时间可以是负载为2A的最大持续时间的两倍。因此，功率接收器对负载为2A的最大持续时间请求是对负载为1A的最大持续时间请求的两倍。

作为另一示例，例如在制造阶段期间，可以为功率接收器预定针对异物检测时间间隔的持续时间的合适值。例如，功率接收器可以是具有最大充电电流的电池充电器。能够在设计阶段期间确定与电容器中的内置设备能够保留足够的电荷以提供最大充电电流所对应的持续时间，并且能够在制造阶段期间将其永久地存储在功率接收器中。当启动利用功率发送器进行的功率传输时，功率接收器能够检索该值并将对异物检测时间间隔持续时间的请求发送给功率发送器。然后能够根据所存储的值使用具有异物检测时间间隔的重复时间框来进行功率传输阶段。由于功率接收器的要求和功能可能有很大不同，因此这可以允许针对功率接收器的个体特性来调整功率发送器和功率传输操作。

在一些实施例中，该系统可以被布置为基于从功率接收器发送到功率发送器的消息来设置异物检测时间间隔之间的持续时间。该系统可以特别地设置相继的重复时间框的异物检测时间间隔之间的持续时间，并且可以响应于从功率接收器到功率发送器的消息发送而有效地调整异物检测时间间隔的持续时间。

为了提供足够的平均功率传输，在功率传输时间间隔期间，功率传输的峰值功率水平会增大，持续时间会越来越短。在许多实施例中，功率传输水平可能受到限制(受到功率发送器的限制，或者可能受到可以仅被设计为提取给定的最大功率量的功率接收器的限制)。在这样的情况下，功率接收器可以在异物检测时间间隔之间发送对持续时间的请求，该持续时间足以确保在下一重复时间间隔开始之前电容器将完全充电(这特别适用于其中功率发送器会在异物检测时间间隔期间关闭功率传输信号的实施例)。

在一些实施例中，可以发送与异物检测时间间隔的持续时间以及异物检测时间间隔之间的持续时间这两者有关的单个请求。例如，在一些实施例中，重复时间框可以具有恒定的持续时间，并且功率接收器可以请求要应用的特定占空比。

在许多实施例中，功率发送器被布置为对异物检测时间间隔的持续时间强加最小持续时间要求。该最小持续时间可以用于确保在异物检测时间间隔内要执行的操作实际上具有足够的时间来实现期望的结果。例如，可以确保能够以足够的可靠性(包括足够的时间来设置和稳定测量信号)执行异物检测。作为另一示例，功率发送器可以被布置为要求最小持续时间，以便使通信具有足够的带宽。

在许多实施例中，功率发送器被布置为对异物检测时间间隔之间的持续时间强加最大持续时间要求。该最大持续时间可以用于确保足够频繁地执行在异物检测时间间隔中要执行的操作。例如，这可以确保以足够高的频率执行异物检测，以确保在能够将异物加热到不可接受的水平之前将检测到异物的出现。作为另一示例，这可以确保足够频繁地执行通信(从而例如为功率控制回路启用足够的更新速率)。

作为又一示例，在一些实施例中，用于异物检测的测量可以分布在多个减小的功率间隔上，以提高准确度并且/或者增加某种冗余。这使得异物检测能够更加精确。如果减少的供电时间的持续时间很短并且因此仅允许少量样本/测量结果，则异物检测时间间隔之间的持续时间可能很短，以便补偿并实现要在给定的要求时间(确保在异物被加热过热之前就被检测到)内采集的足够量的样本/测量结果。

类似地，功率接收器可以被布置为对定时值强加限制。例如，功率接收器可以确定针对服从最大值的异物检测时间间隔的持续时间的期望值，该最大值确保能够向外部负载提供足够的功率而无需储能器(通常为电容器)放电而导致不可接受的电压降。

类似地，如上所述，功率接收器可以确定针对服从最小值的异物检测时间间隔之间的持续时间的期望值，该最小值确保功率接收器电容器能够完全充电。

在许多实施例中，重复时间间隔的定时属性将服从由功率接收器和功率发送器两者强加的要求。通常，功率发送器和功率接收器都将具有必须同时满足的要求，以便采用定时值。例如，对重复时间间隔的持续时间和/或相继的重复时间间隔之间的持续时间的设置服从满足功率发送器和功率接收器两者的要求的值。

另外，在许多实施例中，这通常可以是设备中的一个设备(即，功率接收器或功率发送器)对最大值强加限制，而另一设备对正被设置的定时属性的最小值强加限制。

特别地，如前所述，在许多实施例中，异物检测时间间隔的持续时间可以服从由功率发送器强加的最小持续时间和由功率接收器强加的最大持续时间。

类似地，在许多实施例中，异物检测时间间隔之间的持续时间可以服从由功率发送器强加的最大持续时间和由功率接收器强加的最小持续时间。

在许多实施例中，这样的实施方式可以对异物检测时间间隔强加适当定时的有效控制，并且可以允许降低的复杂度并且更容易地与这两个设备进行互操作，从而独立地确保异物检测时间间隔将具有允许对于这两个设备(并因此对于总体功率传输)都是可接受的性能的定时属性。

用于设置异物检测时间间隔的定时属性的确切方法和消息交换取决于个体实施例的偏好和要求，并且可以在不同的系统中使用不同的方法。

然而，在许多系统中，例如通常对于Qi型实施方式，该方法基于功率接收器发送对合适的定时值的请求以及功率发送器接受或拒绝被拒绝的值。

类似地，功率接收器可以通过在准备阶段期间发送指示来请求在异物检测时间间隔期间施加给定的信号水平。该请求可以基于指示功率接收器的友好金属将对所生成信号产生的影响的测量结果，基于需要在异物检测时间间隔期间提供给功率接收器的任何最小功率，以防止过电压等。该请求通常将基于对标称功率发送器和操作条件的估计结果，因此将倾向于反映最坏的情况。然而，在许多实施例中，它可以用于提供初始设置，然后能够在功率传输阶段期间响应于操作条件的实际测量结果对该初始设置进行细化。

该方法的优点是能够例如在制造或设计阶段期间确定功率接收器的友好金属对预定电磁场的影响。功率接收器然后能够将该值报告给功率发送器，当执行异物检测时，该值可以补偿功率接收器的影响。如果功率接收器在异物检测测试期间经受对应的电磁场强度，则该补偿可以非常准确。

图7图示了系统可以如何操作的(简化)示例。

最初，在功率传输阶段之前，实施准备时隙PREP TS。在该准备时隙期间，功率接收器断开负载303。

这意味着没有(或者只有很少)功率被输送到负载并因此从由功率发送器生成的信号中被提取。功率发送器可以控制到发送器线圈103的驱动信号，以建立一种情况，在这种情况下，优选应用以下条件：

·功率接收器知晓功率接收器设备的友好金属对磁场的影响，或者功率接收器能够准确地确定功率接收器设备的友好金属对磁场的影响。例如，功率接收器知晓针对给定的磁场幅度和频率在友好金属中的功率耗散。

·功率发送器能够准确地测量友好金属和异物(如果存在的话)的组合影响。例如，功率发送器能够准确地确定发送功率。

结果，该系统能够准确地确定异物对磁场的影响。该影响优选与当功率发送器向功率接收器提供功率时由于异物暴露于发送器线圈103的磁场而导致的异物中的功率耗散所引起的预期温度升高有关。

为了建立上述情况，功率接收器能够提供关于适当的磁场的信息，例如通过传达磁场的类型、针对发送器线圈103的AC信号的允许的频率范围和任选的所需幅度来提供关于适当的磁场的信息。后者当然取决于发送器线圈103的设计。另外，功率接收器可以具有测量线圈，该测量线圈的感应电压很好地指示了设备的友好金属所暴露的场。在这种情况下，功率接收器可以向功率发送器提供控制信息，以将场控制到能够由功率接收器准确确定友好金属的影响的水平。

一旦建立了上述情况，功率发送器就能够存储驱动信号的设置以及由功率接收器确定的友好金属的预期影响。

另外，可以执行通信以确定针对重复时间框的合适的定时参数，例如，重复时间框的持续时间和异物检测时间间隔的持续时间。

在准备阶段结束时，可能已经设置了定时参数集和异物检测信号水平。特别地，准备阶段可能已经确定了针对异物检测时间间隔的测量信号条件、异物检测时间间隔的持续时间以及异物检测时间间隔之间的时间。

然后，功率发送器将在功率传输阶段期间使用这些值。然而，通常会存在某种变化/不确定性，例如，关于功率传输时间间隔与异物检测时间间隔之间的转变的确切定时。

然后，该系统可以进入功率传输阶段，在该功率传输阶段中应用重复时间框。在图7的示例中，重复时间框以异物检测时间间隔开始，随后是功率传输时间间隔。该系统从同步阶段开始，在该同步阶段中，在包括异物检测时间间隔和功率传输时间间隔的整个重复时间框期间断开负载303。在图7中，这由术语NP(无功率)来指示。

该系统进一步执行同步，并且在可靠性度量指示已达到了所需的可靠性/水平并同时将功率信号保持在功率接收器处不会出现过电压的水平时，该系统将切换到与正常的功率传输操作相对应的第二操作模式。在该模式中，负载303在异物检测时间间隔期间仍然是断开的，但是在功率传输时间间隔期间是连接的。这在图7中用术语“PWR”(功率)来指示。为简洁起见，图7图示了同步阶段仅包括单个重复时间框，但是将意识到，同步阶段通常包括多个重复时间框(在许多应用中，同步阶段可以包括不少于10个或20个重复时间框(取决于何时认为达到同步))。

作为在异物检测时间间隔期间的特定操作的示例，包括如前所述的使负载303断开的功率接收器。这意味着没有(或者只有很少)功率被输送到负载/功率接收器。功率发送器应用所存储的驱动信号设置并测量友好金属和存在的任何异物的组合影响。功率发送器将这种影响与所存储的友好金属的预期影响进行比较以确定异物的影响。然后，功率发送器可以确定与功率发送器认为情况安全的频率有关的驱动信号/功率传输信号的最大幅度，这意味着功率发送器希望异物的温度升高在安全范围内。然后，如果功率接收器尝试将功率传输信号控制到高于该最大值的水平，则功率发送器会将功率传输信号限制到该最大水平并报告警告。因此，在该示例中，在存在异物的情况下不终止功率传输阶段，而是将最大功率传输信号水平降低到确保将异物中的温度升高限制在可接受水平的水平。

如果功率发送器检测到友好金属和异物的组合影响的变化，则它可以返回到准备阶段以重新建立用于异物检测测量的条件。为了防止早期触发物返回到准备时隙，功率发送器能够(例如应用平均化窗口)组合多个FOD时隙的结果并且/或者在一定裕量内调节驱动信号。

在许多实施例中，同步器311被布置为基于在准备阶段期间确定的参数集来执行同步。例如，所确定的参数可以用作用于同步的开始参数，因此可以将定时参数的初始值设置为与在准备阶段中确定的参数相对应。例如，可以根据异物检测时间间隔的商定的持续时间以及异物检测时间间隔之间的持续时间(重复的时间框的持续时间)来确定从异物检测时间间隔到功率传输时间间隔(反之亦然)的时间转变的第一估计结果。这些参数然后可以用作应用同步的初始参数，例如，这些参数可以用作用于锁相定时回路的初始参数，然后，初始误差值被确定为反映所测量的水平转变时间与预定值之差。

在其他实施例中，在准备阶段期间确定的值可以对同步强加限制。例如，同步器311可以将异物检测时间间隔的持续时间以及异物检测时间间隔之间的持续时间固定地设置为在准备阶段期间确定的值。然后，同步器311可以调整定时偏移(即，转变的时刻)，以在这些条件下获得最佳结果(最小误差)。

将意识到，可以使用不同的方法来确定可靠性度量。在许多实施例中，可以基于指示当前值与测量值之差的误差信号来确定可靠性度量。例如，锁相定时回路的(经平均/低通滤波的)误差信号可以很好地指示同步的准确度和可靠性。在其他实施例中，可以取决于定时值的变化来替代地或额外地确定可靠性度量。例如，同步最初可能是相对不可靠的，因此例如异物检测时间间隔的开始的定时可能会有很大变化。然而，随着同步变得更加准确，变化会落在正确的值上并且改变和变化会减小。

在一些实施例中，可靠性度量的确定可以考虑功率接收器已经在第一模式中操作了多长时间。在一些实施例中，可以认为同步最初是可靠的，但是它将随时间不断改善。在一些实施例中，可以生成可靠性度量以指示针对较短的持续时间的可靠性比针对较长的持续时间的可靠性更低。作为低复杂度的示例，可以将可靠性度量设置为指示不可靠的同步，直到同步操作已经激活了给定时间为止。该时间通常将取决于同步的动态属性，例如，动态定时回路属性(例如，调整速率)。在该时间后，可以将可靠性度量设置为取决于误差信号的大小的值。这样的方法可以防止在已经针对定时适当调整了回路而使得切换到第二操作模式前由于同时发生的初始低误差信号而引起指示高可靠性的可靠性度量。这可以防止功率接收器在已经适当实现了同步之前偏移到第二模式。

在一些实施例中，可以响应于在准备阶段期间确定的参数而确定可靠性度量。例如，同步器311可以被布置为基于例如检测到水平转变来自由地同步到重复时间框。然后可以将结果得到的定时属性(特别是结果得到的异物检测时间间隔的持续时间以及异物检测时间间隔之间的间隔)与在准备阶段期间确定的值进行比较。可以生成可靠性度量以反映同步值与预定阶段的值的匹配的紧密程度(在这种情况下，该预定阶段的值可以被认为与已知由功率发送器应用的值相对应)。

在一些实施例中，同步器311可以被布置为基于针对分别在功率传输时间间隔和异物时间间隔期间的功率传输信号的信号水平的比较来确定针对同步的可靠性度量。这样的方法特别适合用于在“正常”功率传输操作期间在任何潜在的同步阶段之后的功率传输阶段期间确定可靠性度量。

在许多实施例中，同步器311可以在功率传输阶段期间连续地同步到功率传输信号的重复时间框，以便在整个潜在非常长的功率传输操作中跟踪变化(功率发送器的定时的变化或本地时间基准的定时的变化)。如前所述，这样的同步可以基于检测到在时间间隔之间的转变处的功率水平转变。然而，功率接收器可以动态地调整功率传输信号的功率水平以匹配负载条件，因此，在功率传输时间间隔期间所需的功率传输信号水平会变得接近于在功率传输时间间隔期间使用的预定水平。在这样的情况下，同步器311可能无法准确地检测到转变，因此可能使同步失败。因此，在一些示例中，如果同步器311无法检测到足够大的信号水平阶跃，则可以将可靠性度量设置为指示同步差的低水平。

当检测到可靠性度量指示同步足够可靠时，先前的示例聚焦于从第一模式到第二模式的切换。然而，替代地或额外地，模式控制器313可以被布置为基于可靠性度量将功率接收器从第二模式切换到第一模式。特别地，如果在功率传输阶段期间以及当在第二模式中时可靠性度量下降到阈值以下，从而指示同步不再可靠，则模式控制器313可以将功率接收器切换回第一操作模式。因此，作为特定示例，如果在“正常”功率传输操作期间同步可靠性变低，则模式控制器313可以将功率接收器切换到第一模式中，在该第一模式中，在功率传输时间间隔期间功率负载也断开，从而确保不会发生破坏性的过电压状况。功率接收器还可以发起专用同步过程并且例如与功率发送器进行通信以应用适合用于这样的同步的参数。

在一些实施例中，功率接收器可以在第一操作模式中被布置为采取可能改善同步操作的动作。实际上，在许多实施例中，功率接收器可以仅在异物检测时间间隔期间断开负载303，并且在功率传输时间间隔期间仍然保持负载303连接，即，第一模式与第二模式之间的负载操作可能没有特定差异。然而，功率接收器可以被布置为修改同步操作，并且可以特别地与功率发送器通信以改变功率传输信号的参数，这将促进由功率接收器进行的同步。

作为特定示例，功率接收器控制器301可以被布置为与功率发送器通信，以使功率接收器控制器301改变功率传输信号的信号水平/生成的电磁场，使得功率传输时间间隔与异物检测时间间隔之间的差异增大，从而促进对不同类型的间隔之间的转变的检测。

例如，如前所述，功率接收器控制器301被布置为实施功率控制回路并将功率控制消息发送到功率发送器。功率发送器响应于这些消息而在功率传输时间间隔期间调整信号水平，并且功率接收器控制器301被布置为生成请求，以使所提取的功率与功率接收器需要馈送负载303的功率相匹配。

然而，如果功率接收器在第二模式中(并且正在进行正常的功率传输)并且可靠性度量下降到指示同步不再足够准确(例如由于异物检测时间间隔和功率传输时间间隔中的水平几乎相等)的阈值以下，则模式控制器313可以将功率接收器切换到第一操作模式，在该第一操作模式中，它改变针对功率控制消息的操作，使得生成功率控制消息以使异物检测时间间隔和功率传输时间间隔这两者之间具有(较)大差异。因此，即使功率水平足以(或太高)使功率接收器为负载303供电，功率接收器控制器301也可以继续发送功率提升请求，以便增大针对异物检测时间间隔和功率传输时间间隔的信号水平之差。例如，可以发送加电请求，直到检测到的差异足够高为止，然后可以继续进行功率控制以维持该水平。因此，在这样的示例中，功率控制操作可以从基于功率传输操作的参数(所需功率水平)切换为基于同步的参数(时间间隔之间的信号水平步长)。

这样的方法对于在整个功率传输阶段中维持可靠的同步会是特别有利的，并且可以适用于例如当进入功率传输阶段时不执行初始同步阶段的实施例。例如，功率传输阶段可以简单地基于在准备阶段期间确定的初始参数值而开始，而不需要对同步进行任何初始的精细调谐。因此可以在第二操作模式中利用功率接收器直接开始功率传输阶段。然而，如果在功率传输阶段期间的同步被检测为变得不准确/不可靠，则模式控制器313可以将功率接收器切换到第一操作模式以执行(重新)同步。

这样的方法通常仅在连接的负载没有提取大量功率(具有相对较高的电阻值)时才会应用。

实际上，在第二操作模式中直接开始功率传输阶段是为了满足高功率需求，功率接收器试图迅速控制功率发送器以提供高信号水平，因为否则功率接收器处的电压可能会降至低于它能够操作的水平。外部负载水平通常不受功率接收器的控制。接收器必须处理给定的负载。

在基于检测到异物检测时间间隔和功率传输时间间隔之间的信号水平变化来执行在功率传输阶段期间的同步的示例中，该方法可以提供特别有效的操作。

作为另一示例，在一些实施例中，功率接收器控制器301可以被布置为将针对处于第一操作模式时的功率水平的变化速率限制为低于针对处于第二操作模式时的功率水平的变化速率。例如，当功率接收器在“正常”功率传输期间并且在第二操作模式中操作时，功率接收器可以发送功率控制消息，该功率控制消息允许功率控制回路的快速调整，使得其能够跟随快速变化。然而，如果可靠性度量(例如由于确定在功率传输时间间隔与异物检测时间间隔之间的信号水平变化较低)指示同步不可靠，因此模式控制器313可以将功率接收器切换到第一操作模式，在该第一操作模式中，可以大幅度地限制变化速率。特别地，可以改变功率控制回路的动态特性以实施非常慢的回路，并且可以仅逐渐增大功率水平，以便留出时间进行重新同步并防止在断开负载时在功率接收器处出现过电压状况(否则可能会因功率信号的快速增大而引起过电压状况，从而使得同步可能仍然不可靠)。在许多实施例中，调整可以是不对称的，使得支持功率水平的快速降低，但是可以仅非常缓慢的增大。

在其他实施例中，在这样的情况下，功率接收器控制器301可以被布置为限制功率发送器在切换到第一模式时提供最大功率信号水平，即，功率接收器控制器301可以允许在第二模式中的功率信号水平比在第一操作模式中的功率信号水平更高。

在该系统中，当在第二模式中操作时，功率接收器可以被布置为在异物检测时间间隔开始之后不久就断开负载303，并且可以被布置为在异物检测时间间隔结束之前不久就重新连接负载303，其中，基于与功率传输信号的重复时间框同步的本地时间基准来确定连接和断开这两者。例如，可以确定异物检测时间间隔的开始时间和结束时间，并且可以将断开和重新连接的切换时间设置为这些时间，但是通常具有短的预定时间偏移以确保转变总是在异物检测时间间隔内发生。

在一些实施例中，功率接收器可以包括电流限制器，该电流限制器被布置为在重新连接负载时限制流向负载的电流。特别地，电流限制器可以被布置为将针对电流的变化速率限制到给定的极限，使得在重新连接负载303时仅实现逐渐增大而不会发生大的冲击电流的风险(例如在负载303包括大的电容性部件的情况下可能发生这种情况)。电流限制器可以例如是以电感器的形式实施的。

图8-10可以用于图示针对这样的方法的电路示例，其中，负载303具有电阻性负载分量Rload和显著的电容性负载Cload这两者。

在示例中，在与开关S断开相对应的异物检测时间间隔的开始时断开负载303。在示例中，Cbridge上的电压在异物检测时间间隔期间保持恒定。然而，由于Rload而导致Cload上的电压降低(在负载303断开的时间期间(即，在异物检测时间间隔期间)，Cload可以有效地充当为用Rload表示的负载供电的储能器)。

在这种情况下，如在图8的示例中，如果不包括电流限制，则相对较高的冲击电流可以从Cbridge流到Cload以重新平衡这些电压。

解决这样的问题的解决方案是限制电流变化。例如通过在电容器Cbridge与Cload之间包括电感器限制电流变化来避免这样的浪涌。另一种并且通常是优选的方法可以是使用S将降压转换器实施为降压转换器的开关元件。在图9中给出了这样的示例，图9引入了Dbuck和Lbuck来创建降压转换器。在许多实施例中，这可能不会显著增大复杂度，因为这样的部件通常已经就位，因为大多数应用无论如何都需要对负载Rload两端的电压进行某种后期控制。

将意识到，为清楚起见，上面已经参考了不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，显而易见，可以在不同的功能电路、单元或处理器之间使用任何适当的功能分布，而不会减损本发明。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或控制器来执行。因此，对特定的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单元的引用，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。

能够以包括硬件、软件、固件或它们的任何组合的任何适当形式来实施本发明。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。本发明的实施例的元件和部件可以以任何合适的方式在物理、功能和逻辑上实施。实际上，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部分来实施功能。正因如此，本发明可以在单个单元中实施，或者可以在物理上和功能上被分布在不同的单元、电路和处理器之间。

虽然已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明并不旨在限于本文阐述的特定形式。而是，本发明的范围仅由权利要求来限制。另外，虽然看起来是结合了特定实施例来描述特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明来组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”并不排除其他元件或步骤的存在。

将意识到，对优选值的引用并不意味着对它处于在异物检测初始化模式中确定的值以外的任何限制，即，优选值是在调整过程中确定的值。对优选值的引用可以代替对例如第一值的引用。

此外，虽然被单独列出，但是多个单元、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，虽然个体特征可以被包括在不同的权利要求中，但是这些特征也可以被有利地组合，并且这些特征被包括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。而且，在一种类型的权利要求中包括特征并不意味着对这种类型的限制，而是表明在适当时该特征也可以等同地适用于其他权利要求类型。此外，权利要求中的特征的顺序并不意味着特征必须以此进行工作的特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的个体步骤的顺序并不意味着必须以该顺序执行步骤。而是，可以以任何合适的顺序执行步骤。另外，单数引用并不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并不排除多个。权利要求中的附图标记仅被提供为说明性示例，而绝不应被解释为对权利要求的范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于在功率传输阶段期间从来自无线功率发送器的功率传输信号接收无线功率传输的功率接收器，在所述功率传输阶段期间所述功率传输信号采用重复时间框，所述重复时间框至少包括功率传输时间间隔和异物检测时间间隔；所述功率接收器包括：

同步器(311)，其用于将本地时间基准与所述重复时间框同步；

负载控制器(309)，其用于在所述功率传输阶段的至少部分期间的所述异物时间检测时间间隔的至少部分期间断开负载(303)，所述断开的定时取决于所述本地时间基准；

模式控制器(313)，其用于响应于针对所述同步的可靠性度量而在所述功率传输时间间隔内在第一操作模式与第二操作模式之间切换，其中，在所述第一操作模式和所述第二操作模式中采用不同的功率传输参数。

2.根据权利要求1所述的功率接收器，其中，所述同步器(311)被布置为在进入所述功率传输阶段时执行所述本地时间基准与所述重复时间框的同步，所述模式控制器(313)被布置为：当进入所述功率传输阶段时控制所述功率接收器在所述第一操作模式中操作，并且响应于检测到针对所述同步的所述可靠性度量超过阈值而将所述功率接收器切换到所述第二操作模式。

3.根据权利要求2所述的功率接收器，还包括：信号水平控制器(301)，所述信号水平控制器用于将对所述功率传输信号的信号水平请求发送到所述功率发送器；所述信号水平控制器(301)被布置为当在所述第一操作模式中时控制在所述功率传输间隔期间的所述功率传输信号的所述信号水平与在所述异物检测间隔期间的所述功率传输信号的信号水平不同；并且其中，所述同步器(311)被布置为响应于所述功率传输时间间隔与所述异物时间间隔之间的信号变化而进行同步。

4.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，其中，所述同步器(311)被布置为响应于在所述第一操作模式中的操作持续时间而确定针对所述同步的所述可靠性度量。

5.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，还包括启动器(301)，所述启动器被布置为通过在进入所述功率传输阶段之前与所述功率发送器通信来确定针对所述异物时间间隔的参数集，所述参数集包括以下各项中的至少一项：

a.所述异物时间间隔的持续时间；

b.异物时间间隔之间的间隔；以及

c.针对异物检测间隔的信号水平。

6.根据权利要求5所述的功率接收器，其中，所述同步器(311)被布置为基于所述参数集来执行所述同步。

7.根据权利要求5或6所述的功率接收器，其中，所述同步器(311)被布置为响应于针对根据所述本地时间基准确定的所述异物检测时间间隔的定时参数与所述参数集的对应的定时参数的比较而确定所述可靠性度量。

8.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，其中，所述功率接收器被布置为控制所述功率发送器以将当在所述第一操作模式中时的所述功率传输信号的信号水平限制为低于当在所述第二操作模式中时的所述功率传输信号的信号水平。

9.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，其中，所述负载控制器(309)被布置为当在所述第一操作模式中时而不是当在所述第二操作模式中时在功率传输时间间隔期间从所述功率传输信号断开负载。

10.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，还包括：功率水平控制器(301)，其用于将对所述功率传输信号的功率水平请求发送到所述功率发送器；所述功率水平控制器(301)被布置为将针对当在所述第一操作模式中时的功率水平的变化速率限制为低于针对当在所述第二操作模式中时的功率水平的变化速率。

11.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，其中，所述同步器(311)被布置为响应于针对在功率传输时间间隔和异物时间间隔期间的所述功率传输信号的信号水平的比较而确定针对所述同步的所述可靠性度量。

12.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，其中，所述模式控制器(313)被布置为响应于检测到针对所述同步的所述可靠性度量低于阈值而将所述功率接收器从所述第二操作模式切换到所述第一操作模式。

13.根据任一前述权利要求所述的功率接收器，其中，所述负载控制器(309)被布置为在所述功率传输阶段的至少部分期间的所述异物时间检测时间间隔期间重新连接所述负载，所述重新连接的定时取决于所述本地时间基准。

14.根据权利要求13所述的功率接收器，还包括：电流限制器，所述电流限制器用于在重新连接所述负载时限制到所述负载的电流。

15.一种用于功率接收器在功率传输阶段期间从来自无线功率发送器的功率传输信号接收无线功率传输的操作方法，在所述功率传输阶段期间所述功率传输信号采用重复时间框，所述重复时间框至少包括功率传输时间间隔和异物检测时间间隔；所述方法包括：

将本地时间基准与所述重复时间框同步；

在所述功率传输阶段的至少部分期间的所述异物时间检测时间间隔的至少部分期间断开负载(303)，所述断开的定时取决于所述本地时间基准；

响应于针对所述同步的可靠性度量而在所述功率传输时间间隔内在第一操作模式与第二操作模式之间切换，其中，在所述第一操作模式和所述第二操作模式中采用不同的功率传输参数。

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