CN112467893A - 具有对象检测的无线充电系统 - Google Patents

Abstract

无线电力传输设备使用包括无线电力传输线圈的输出电路将无线电力信号传输至无线电力接收设备。测量电路耦接到输出电路以帮助确定无线电力接收设备是否存在并且准备接受无线电力的传输。测量电路包括测量电路，该测量电路耦接至输出电路并且测量信号，而振荡器电路以探测频率向输出电路提供信号。测量电路还包括测量电路，该测量电路耦接至输出电路并且测量信号，而振荡器电路在第一频率和第二频率之间扫描施加到输出电路的信号来检测敏感设备诸如射频识别设备。测量电路中的脉冲响应电路用于进行电感和Q因子测量。

Description

具有对象检测的无线充电系统

本申请是国际申请号为PCT/US2018/015778、国际申请日为2018年1月29日、中国申请号为201880009061.0的发明专利申请的分案申请。

本专利申请要求于2017年11月6日提交的美国临时专利申请15/804,145、于2017年6月28日提交的美国临时专利申请62/526,285、以及于2017年2月2日提交的美国临时专利申请62/453,850的优先权，这些美国专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及无线系统，并且更具体地涉及在其中对设备无线地充电的系统。

背景技术

在无线充电系统中，诸如具有充电表面的设备的无线电力传输设备将电力无线传输至便携式电子设备。便携式电子设备接收无线传输的电力并且使用该电力来对内部电池充电或向设备供电。在一些情况下，异物可能意外地放置在充电表面上。这可能在执行无线电力传输操作时带来挑战。

发明内容

无线电力传输设备将无线电力信号传输至无线电力接收设备。无线电力传输设备具有向包括无线电力传输线圈的输出电路提供信号的逆变器。无线电力传输线圈可为覆盖与无线电力传输设备相关联的无线充电表面的无线电力传输线圈阵列的一部分。

信号测量电路耦接到输出电路以帮助确定无线电力接收设备是否存在并且准备接受无线电力的传输。测量电路包括测量电路，该测量电路耦接至输出电路并且测量信号，而振荡器电路以探测频率向输出电路提供信号。使用来自测量电路的一个或多个探测频率下的测量，无线电力传输设备确定在线圈上是否存在外部对象。

测量电路中的脉冲响应电路耦接到输出电路并且用于测量输出电路对由无线电力传输设备中的逆变器提供的脉冲信号的响应。脉冲响应电路用于进行电感和Q因子测量。

在操作期间，来自脉冲响应电路的信息和在探测频率处的测量可用于确定无线接收设备是否存在于无线充电表面中的特定线圈上方，并因此可用于调节与无线电力传输设备的无线电力传输。

测量电路还包括测量电路，该测量电路耦接至输出电路并且测量信号，而振荡器电路在第一频率和第二频率之间扫描交流电输出信号。由频率扫描操作产生的测量用于检测敏感设备，诸如射频识别设备。如果检测到敏感设备，则可避免潜在破坏性的无线电力传输操作。

切换电路用于将所选线圈从与充电表面重叠的线圈阵列动态地切换到输出电路中，使得可探测线圈阵列中的适当线圈是否存在外部对象和敏感设备诸如射频识别设备。

附图说明

图1为根据一些实施方案的例示性无线充电系统的示意图。

图2是根据一个实施方案的具有形成无线充电表面的线圈阵列的例示性无线电力传输设备的顶视图。

图3是根据一个实施方案的例示性无线电力传输电路的电路图，其中在无线电力传输设备中具有输出电路信号测量电路。

图4为示出根据一个实施方案的无线电力传输设备的表面上的各种示例性对象的响应的曲线图。

图5为根据实施方案的可用于表征无线电力传输设备上的对象类型的例示性脉冲响应的曲线图。

图6为示出根据一个实施方案的可与将敏感对象诸如射频识别设备放置在无线电力传输设备的表面上相关联的类型的输出信号迹线的曲线图。

图7为根据一个实施方案的示例性便携式电子设备的横截面侧视图，该示例性便携式电子设备具有形成谐振电路的无线电力接收线圈和辅助线圈。

图8是根据一个实施方案的曲线图，其中针对无线电力传输设备的表面上的多种类型的示例性对象绘制了作为频率函数的输出电路信号测量。

图9是根据一个实施方案的操作无线电力传输系统诸如图1的无线充电系统所涉及的例示性操作的流程图。

图10是示出根据实施方案的与在有噪声的无线充电环境中执行脉冲响应测量相关联的信号的曲线图。

图11为根据实施方案的与进行脉冲响应测量相关联的示例性操作的流程图。

具体实施方式

无线电力系统具有无线电力传输设备，其以无线方式将电力传输至无线电力接收设备。无线电力传输设备为诸如无线充电垫、无线充电盘、无线充电支架、无线充电台或其他无线电力传输设备的设备。无线电力传输设备具有用于将无线电力传输至无线电力接收设备中的一个或多个无线电力接收线圈的一个或多个线圈。无线电力接收设备是诸如蜂窝电话，手表，媒体播放器，平板电脑，一对耳塞，遥控器，膝上型计算机，其他便携式电子设备或其他无线电力接收设备的设备。

在操作期间，无线电力传输设备向一个或多个无线电力传输线圈提供交流信号。这使得线圈将交流电磁信号(有时称为无线电力信号)传输至无线电力接收设备中的一个或多个对应线圈。无线电力接收设备中的整流器电路将所接收的无线电力信号转换成直流(DC)电力，以用于为无线电力接收设备供电。

图1中示出了例示性无线电力系统(无线充电系统)。如图1所示，无线电力系统8包括无线电力传输设备12以及一个或多个无线电力接收设备，诸如无线电力接收设备10。设备12可为独立设备诸如无线充电垫，可内置到家具中，或者可为其他无线充电装备。设备10为便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑或其他电子设备。设备12为垫或形成无线充电表面的其他设备并且设备10为在无线电力传输操作期间停留在无线充电表面上的便携式电子设备的示例性配置在本文中有时可作为实施例被描述。

在系统8的操作期间，用户将一个或多个设备10放置在设备12的充电表面上。电力传输设备12耦接到交流电源，诸如交流电源50(例如，供应线路功率或其他主电源的墙壁式插座)，具有用于供电的电池诸如电池38，和/或耦接到另一个电源。功率转换器诸如AC-DC功率转换器40可将功率从主电源或其他AC电源转换为用于功率控制电路42和设备12中的其他电路的DC功率。在操作期间，控制电路42使用无线电力传输电路34和耦接到电路34的一个或多个线圈36将交流电磁信号48传输至设备10，以及从而将无线电力传输至设备10的无线电力接收电路46。

电力传输电路34具有切换电路(例如，逆变器电路中的晶体管)，所述晶体管基于由控制电路42提供的控制信号接通和关闭以产生通过适当的线圈36的AC电流信号。当AC电流通过由逆变电路驱动的线圈36时，产生由耦接到接收设备10中的无线电力接收电路46的一个或多个对应线圈14接收的交流电磁场(无线电力信号48)。当交流电磁场被线圈14接收时，在线圈14中感生出对应的交流电流和电压。电路46中的整流器电路46将来自一个或多个线圈14的接收的AC信号(所接收的与无线电力信号相关联的交流电流和电压)转换为DC电压信号用以给设备10供电。DC电压用于为设备10中的部件供电，诸如显示器52，触摸传感器部件和其他传感器54(例如，加速度计，力传感器，温度传感器，光传感器，压力传感器，气体传感器，湿度传感器，磁传感器等)，用于对设备12的控制电路42和/或其他设备无线通信的无线通信电路56，音频部件和其他部件(例如，输入-输出设备22和/或控制电路20)并且用于为设备10中的内部电池(诸如电池18)进行充电。

设备12和10包括控制电路42和20。控制电路42和20包括存储和处理电路，诸如微处理器、电源管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路。控制电路42和20被配置为执行用于在系统8中实现所需的控制和通信特征的指令。例如，控制电路42和/或20可用于确定电力传输水平，处理传感器数据，处理用户输入，处理来自传输电路34的其他信息诸如关于无线耦接效率的信息，处理来自接收电路46的信息，使用来自电路34和/或46中的信息，诸如电路34中的输出电路上的信号测量值和来自电路34和/或46的其他信息，以确定何时启动和停止无线充电操作，调节充电参数，诸如充电频率，多线圈阵列中的线圈对准，以及无线电力传输水平并且执行其他控制功能。控制电路42和/或20可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)和/或软件(例如，在系统8的硬件上运行的代码)执行这些操作。用于执行这些操作的软件代码存储在非暂态计算机可读存储介质上(例如，有形计算机可读存储介质)。该软件代码可有时被称为软件、数据、程序指令、指令、或代码。该非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器或、其他可移动介质、其他计算机可读介质、或这些计算机可读介质或其他存储装置的组合。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可在控制电路42和/或20的处理电路上执行。该处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、或其他处理电路。

设备12和/或设备10可无线通信。设备10和12可例如在控制电路42和20(和/或无线通信电路诸如图1的电路56)中具有无线收发器电路，所述无线收发器电路允许在设备10和12之间无线传输信号(例如，使用与线圈36和14分开的天线来发射和接收单向或双向无线信号，使用线圈36和14传输和接收单向或双向无线信号等)。

利用一个示例性配置，无线传输设备12为无线充电垫或其他无线电力传输设备，其包括被为通过无线充电表面提供无线电力的线圈36的阵列。这种类型的布置在图2中示出。在图2的示例中，设备12具有位于X-Y平面中的线圈36的阵列。设备12的线圈36由形成充电表面60的平面电介质结构诸如塑料构件或其它结构覆盖。设备36中的线圈36的阵列的侧向尺寸(X和Y尺寸)可以是1至1000cm、5至50cm、大于5cm、大于20cm、小于200cm、小于75cm，或其它合适的大小。线圈36可重叠或可被布置成非重叠配置。线圈36可放置成具有行和列的矩形阵列，和/或可使用六边形贴块图案或其它图案来平铺。

在操作期间，用户将一个或多个设备10放置在充电表面60上。异物，诸如硬币、纸夹、金属箔的碎片、和/或其它外部导电对象可能意外地被置于表面60上。系统8自动检测位于表面60上的导电对象是否对应于设备10或不兼容的外部对象并且采取合适的动作。利用一个示例性布置，系统8检查位于表面60上的对象是否包括敏感物项诸如射频识别(RFID)设备或其他可能在系统36允许无线电力传输到这些对象之前被从线圈36暴露到大场时可能受损的可能敏感的电子设备。

如图2的示例中所示，外部对象诸如外部对象62和对象64可与一个或多个线圈36重叠。在一些情况下，对象62和64将为便携式电子设备10。在其他情况下，对象62和64中的一者或多者将是不兼容的外部对象(例如，导电外部对象，诸如金属硬币，敏感设备诸如RFID设备等)。还可能出现这样的情况，其中不兼容的外部对象和便携式电子设备与相同的一个或多个线圈36重叠。

图3示出了示例性无线电力传输电路34，其包括用于检测和表征表面60上的外部对象的电路。如图2所示，电路34可包括逆变器诸如逆变器72或产生无线电力信号的其他驱动电路，所述无线电力信号通过包括一个或多个线圈36的输出电路传输。在图2的示例中示出了单个线圈36。一般来讲，设备12可具有任何合适数量的线圈36(1-100，大于5，大于10，小于40，小于30，5-25等)。由控制电路42控制的切换电路MX(有时称为复用器电路)可位于每个线圈36之前和/或之后和/或输出电路71的其他部件之前和/或之后，并且可用于将期望的一组一个或多个线圈36(期望的输出电路71)切换到使用中或不使用。例如，如果确定图2的对象62是无线电力接收设备10并且对象64是不兼容的外部对象诸如硬币，则可在无线电力传输操作期间激活与对象62重叠的线圈，并且可将对象64下的线圈停用，使得这些线圈不传输无线电力。如果需要，也可在无线电力传输操作期间关闭其他线圈36(例如，在该示例中未由对象64重叠的线圈)。

继续参考图3，在无线电力传输操作期间，逆变器72的晶体管74由来自控制电路42的AC控制信号驱动。控制电路42还可以使用逆变器72的晶体管74向线圈36施加方波脉冲或其他脉冲(例如，在脉冲响应测量期间)。线圈36(例如，已使用多路复用电路MX选择的线圈)具有电感L。电容器96具有与输出电路90中的电感L串联耦接的电容C1。当在开关(晶体管)TP闭合时由逆变器72提供交流驱动信号时，由线圈36和电容器96形成的输出电路产生由设备10中的一个或多个线圈14接收的交流电磁场。每个线圈36的电感L受到与外部对象的磁耦接的影响，因此在各种频率下对设备12中的一个或多个线圈36进行的电感L的测量可揭露关于充电表面60上的对象的信息。

为了节省功率，设备12可在等待使用时以待机模式进行操作，以向设备10供应无线电力。图3的信号测量电路(有时称为输出电路信号测量电路，外部或异物检测电路等)在待机期间监视外部对象的存在。在待机操作期间，发射器电路34中的测量电路的功率消耗可小于50mW，小于200mW，大于1mW，或其他合适的值。

在待机模式下，设备12周期性地扫描线圈36(例如，设备12扫描线圈36中的每一个)，以确定是否存在外部对象(例如，设备10，异物诸如硬币等)。为了针对由于测量值引起的电感L的变化来探测所选线圈，在控制电路42关闭逆变器72(例如，晶体管74未用于将信号驱动到节点N2上)时利用振荡器电路84将探测信号驱动到节点N1上。控制电路42可例如使用振荡器电路84(例如，一个或多个电压控制振荡器，一个或多个其他可调振荡器和/或其他振荡电路)以在探测频率fr(例如，4MHz或其他合适频率，诸如至少500kHz，至少1MHz，至少2MHz，小于10MHz，1MHz和10MHz之间，或其他合适频率)下产生交流探测信号(例如，正弦波，方波等)。在待机模式期间使用的探测频率fr是不同于RFID频率诸如13.56MHz的频率，并且不同于在无线充电操作期间由逆变器72提供给输出电路71的正常交流频率，所述频率可为例如100-500kHz，大于50kHz，大于100kHz，大于200kHz，小于450kHz，小于400kHz，小于300kHz或其他合适的无线电力交流驱动频率。

频率fr处的信号经由电容器86施加到节点N1并且经由电容器96耦接到线圈36，而逆变器72被控制电路42保持在关闭状态。控制电路42控制多路复用器MX以从图2所示的设备12的线圈36阵列中选择施加频率fr处的信号的线圈(例如，图3的线圈36)。电容C1可具有150μF，大于10μF，小于1000μF或其他合适的值。晶体管TP在打开时可具有寄生电容Cp(例如，80pF，大于10pF，小于800pF，或其他合适的值的电容)。对于待机操作，控制电路42打开晶体管TP，使得探测信号被路由通过线圈36。当晶体管TP打开时，寄生电容Cp与电容C1串联耦接。这有效地从用电感L形成的串联电路中移除电容C1，因为串联电路中电容C1(其在微法拉范围内)和Cp(其在皮法范围内)的电容将为大约Cp。

在TP打开的情况下，输出电路71(与C1和Cp串联的线圈36)将通过在公式1的频率fres处的谐振来表征。

fres＝1/(2π(LCp)^1/2) (1)

图4的曲线102给出在线圈36上不存在外部对象的情况下，节点N1处作为施加的信号频率f的函数的预期测量信号(输出电压OUT(N1))。在存在包括重叠线圈36的一个或多个线圈14的电子设备诸如设备10的情况下，曲线102可如曲线100所示移位至较低频率。在存在重叠线圈36的硬币或其他不相容的异物的情况下，曲线102可移动至如曲线104所示的较高频率。负载的变化可通过使用图3的测量电路78在一个或多个探测频率下监测OUT(N1)的值来检测。例如，振荡器电路84可用于以已被选择为匹配公式1的谐振频率fres的频率fr将探测信号施加到节点N1。如果需要，可将多个探测信号施加到输出电路72，同时使用测量电路来评估节点N1上的所得信号。例如，曲线102的变化方向(偏移较高或较低)可通过在图4的频率fr附近的两个或更多个频率处进行OUT(N1)的多个测量来检测。

为了测量OUT(N1)，测量电路78包括峰值检测器80和模数转换器82。电路78测量节点N1处的信号，并将该信号的对应数字版本提供给控制电路42。在存在重叠线圈36的对象(无论是来自设备10，敏感RFID设备还是硬币或其他不兼容的异物)的情况下，信号OUT(N1)将下降。例如，由于存在外部对象，节点N1上的信号可从未加载线圈36时的P1d值(例如，与曲线102相关联的峰值)下降到加载线圈36时的P2的值(与偏移曲线100相关联的减小的值)。

在待机操作期间，控制电路42可通过使用多路复用器电路MX或电路34中的其他切换电路来扫描线圈36。在一些实施方案中，这顺序地将线圈36中的每一个耦接到节点N1，而电路78测量每个所选择的线圈36的OUT(N1)。如果检测到OUT(N1)中没有变化，则控制电路42可断定设备12上不存在任何对象(例如，没有对象静止在充电表面60上)。如果检测到OUT(N1)的改变，控制电路42执行附加操作以确认设备10存在，而不是不兼容的异物诸如硬币。

利用一种示例性方法，控制电路42使用脉冲响应测量电路76(有时称为电感测量电路和/或Q因子测量电路)响应于在待机期间检测到一个或多个线圈36上的负载来执行电感L和品质因子Q的低频测量。在脉冲响应测量期间，控制电路42引导逆变器72向线圈36提供一个或多个激励脉冲(脉冲)，同时接通晶体管TP，使得输出电路71中的L和C1形成谐振电路。脉冲可以是例如为持续时间为1μ的方波脉冲。如果需要，可施加更长或更短的脉冲。谐振电路可在接近线圈36的正常无线充电频率的频率下谐振(例如，约320kHz，100-500kHz，大于50kHz，大于100kHz，大于200kHz，小于450kHz，小于400kHz，小于300kHz，或其他合适的无线充电频率)。

电路71对所施加的脉冲的脉冲响应(信号OUT(N1))如图5所示。图5的脉冲响应信号的频率与1/sqrt(LC)成比例，因此L可从已知值C1和脉冲响应信号的测量频率获得。可从L和脉冲响应信号的测量衰减导出Q。如图5所示，如果信号OUT(N1)缓慢衰减，则Q高(例如，HQ)，并且如果信号OUT(N1)衰减得更快，则Q较低(例如，SQ)。因此，用电路76测量图5的脉冲响应信号的OUT(N1)的衰减包络和OUT(N1)的频率将允许控制电路42确定Q和L。

如果给定线圈的测量值L与重叠表面60的线圈36的阵列中的线圈36中每个预期的正常L值匹配(例如，当所测量的L值不受表面60上的存在设备10或其他外部对象的影响时)，则控制电路42可断定不存在适于无线充电的外部对象。如果L的给定测量值大于无负载线圈预期值，则控制电路42可推断出存在适合于无线充电的外部对象，并且可执行另外的测量操作。例如，控制电路42可在节点N1上执行扫描频率测量(有时称为RFID检查测量)，以检查诸如RFID设备的敏感设备是否存在于表面60上。

由电路76进行的测量在一个或多个线圈36上执行(例如，可在设备12中的线圈阵列中的线圈36中的每一个上执行这些测量)。电路42使用这些脉冲响应测量来识别横跨表面60测量的L值(和/或Q因子值)中的空间图案。对所测量的电感(L)变化的图案的分析可有助于确定在线圈36上是否存在已知类型的设备10。在确定何时将无线电力从设备12传输到设备10时，可使用测量的电感L(以及如果需要，Q因子，其相对于L具有反向关系)的空间图案的分析作为表面60的X-Y平面中的线圈位置的函数。例如，如果线圈36中的每一个的L值从其标称状态保持不变，则电路42可得出不存在适于无线充电的外部设备的结论。如果给定线圈36中的一个的L值升高或检测到测量的L值的其他合适图案，则电路42可断定适用于无线充电的外部设备存在于该线圈上并且可准备使用该线圈传输无线电力。

在传输无线电力之前，可能期望检查诸如RFID设备之类的敏感设备是否存在于表面60上。敏感设备可能因无线电力水平过高而受到损坏，因此检查敏感设备有助于在后续无线电力传输操作期间避免对敏感设备的损坏。在一些情况下，便携式设备10和敏感设备两者可存在于设备12中的线圈36阵列中的相同线圈36上。例如，敏感设备可存在于包括无线电力接收线圈14的蜂窝电话，手表或其他便携式设备10下。尽管可通过利用线圈36进行电感测量来检测便携式设备10的存在，但希望检查是否还存在敏感设备，以避免通过暴露于无线电力传输而损坏敏感设备。

射频识别(RFID)设备通常具有在相对高的频率诸如13.56MHz的频率下谐振的RFID线圈电路。在一些实施方案中，为了确定RFID是否存在于表面60上，RFID检查测量通过使用测量电路94(图3)测量节点N1上的信号OUT(N1)来执行。在这些检查测量期间，控制电路42引导振荡器电路84在覆盖普及的RFID线圈的期望谐振频率的第一频率频率f1和第二频率f2之间扫描提供至节点N1的信号的频率。晶体管TP可保持接通，使得来自振荡器电路84的电流流过在测量操作期间已选择的每个线圈36。f1的值例如可以是10MHz，大于5MHz，小于11MHz，小于12MHz，小于15MHz或其他合适的值。f2的值可以是30MHz，大于14MHz，大于15MHz，大于20MHz，小于45MHz或其他合适的值。

如图3所示，扫描频率测量电路94包括峰值检测器，诸如测量节点N1上的电压的峰值检测器88，带通滤波器90和模数转换器电路92。模数转换器电路92向控制电路42提供其输入的数字版本。

当没有RFID设备存在于设备12的充电表面60上时，峰值检测器88将检测到信号，诸如图6中的曲线108的信号。当RFID设备与充电表面60重叠时，信号OUT(N1)(参见，例如曲线110)将在频率f扫过f1和f2之间时显示谐振信号，诸如信号112。谐振信号112可例如对应于谐振频率，诸如13.56MHz的RFID谐振频率。

频率f以预定的速度在f1和f2之间扫描。例如，控制电路42可以2毫秒，至少1毫秒，小于3毫秒或其他合适的时间段的间隔从f1扫描到f2的频率。选择带通滤波器90的通过频率，使得当频率f在f1和f2之间以预定的速度变化时(例如，当以2毫秒等的间隔覆盖整个扫描范围时)谐振频率112将作为带通输出曲线114的带通滤波的信号112’通过带通滤波器90。带通滤波器90的使用有助于从曲线110移除非谐振信号波动(例如，图6的示例性曲线110所示类型的信号倾斜和缓慢变化的增大和/或减小)。所得带通滤波信号(曲线114和滤波后的信号谐振112')可由控制电路42处理以确认已检测到特定频率处的RFID谐振。然后，控制电路42可采取适当的动作。例如，如果未检测到RFID签名，则控制电路42可断定表面60上检测到的外部对象很可能是便携式设备(具有线圈10的设备14)，而没有任何居间(重叠)的敏感RFID设备。如果检测到RFID签名(例如，RFID频率诸如13.56MHz的谐振信号112')，则控制电路42可降低由线圈36传输的无线电力的水平，或者可防止由线圈36(或至少由敏感RFID设备重叠的线圈)传输无线电力，以减轻对RFID设备的损坏。任选地，控制电路42可向用户发出警示。

在一些布置方式中，可能期望在图6的频率扫描操作期间避免敏感频率。例如，可能期望跳过以不允许的频率fnp为中心的窄频带诸如带113。例如，不允许的频率fnp可为13.56MHz的频率。带113可覆盖13.56MHz的+/-20kHz内的频率(作为示例)。在从f1到f2的频率扫描期间跳过带113可确保在司法管辖区中遵守法规，其中限制带113的频率的使用。为了有利于跳过带113，可使用允许在频率扫描期间快速跳过不需要的频率诸如直接数字正弦波发生器的电路来实现振荡器84。如果需要，可以使用其他类型的振荡器。

图7为处于示例性构型的设备10的横截面侧视图，其中设备10具有位于设备外壳116的下部中的电力接收线圈(线圈14)。设备也可具有一个或多个附加线圈，诸如线圈PR。每个可选线圈PR可形成对应谐振电路的一部分(例如，具有在10MHz和30MHz之间的频率或其他合适频率下的已知频率谐振的无源谐振电路)。当扫描每个线圈36的频率f时，设备12的测量电路可检测线圈诸如线圈PR的存在和位置，如结合图6所述。将已知的无源谐振器结合到设备10中可有助于允许设备12准确识别设备10的位置，取向和类型。

当放置在表面60上时，不同的设备也可具有不同的已知频率谐振。例如，考虑图8的场景。在不存在外部对象的情况下，线圈36可表现出曲线FS所示类型的频率响应。当第一类型的设备10(例如，蜂窝电话)放置在表面60上时，曲线FS可移位至曲线D1。当第二类型的设备10(例如，手表)放置在表面60上时，曲线FS可移位至曲线D2。通过横跨预定频率范围(例如，从1kHz，10kHz的低频，大于100kHz，大于1MHz，大于10MHz，小于100MHz，小于10MHz，小于1MHz或其他合适的低频到10kHz的高频，大于100kHz，大于1MHz，大于10MHz，大于10MHz，小于1GHz，小于100MHz，小于10MHz或其他适合高频)扫描测量OUT(N1)，设备12可确定存在什么类型的电力接收设备10并且可使用该信息来采取适当的动作(例如，通过向具有适合设备的设置等的设备提供无线电力)。如果需要，电路42还可使用较小的一组测量(例如，一组2-10个数据点，大于2个数据点，小于5个数据点等)来区分曲线诸如曲线FS，D1和D2。

图9是使用系统8所涉及的例示性操作的流程图。在框120的操作期间，系统8执行待机测量。例如，设备12可使用电路诸如图3的电路78来监视一个或多个线圈36(例如，设备12中的线圈36阵列中的每个线圈36)，是否存在可能与无线电力传输相容的外部对象诸如设备10中的一个或诸如硬币或磁卡的不兼容对象。可以在频率fr处进行单个测量，以确定对于任何线圈36，OUT(N1)是否低于预期，或者如果需要，可以在靠近fr的不同频率下进行多次测量(例如，以确定线圈共振由于外部对象而偏移的方向，从而有助于确定对象是电子设备还是硬币或其他不兼容的异物)。框120的待机操作消耗低功率(例如，50毫瓦或更小，100毫瓦或更小，大于1毫瓦或其他合适的量)。

响应于在框120的操作期间用控制电路42检测到外部对象，控制电路42执行附加的检测操作，诸如低频脉冲响应测量(框122)。在框122的操作期间，控制电路42可例如使用逆变器72或其他谐振电路驱动电路来将激励(例如，方波或其他信号脉冲)施加到由一个或多个线圈36形成的电路(例如，设备12中的线圈36的阵列中的每个线圈36，这些线圈中的子集，诸如在框120的操作期间已经检测到异物存在的那些线圈，和/或线圈36中的一个或多个的其他适合子集)，从而使得该电路(以及该线圈36)谐振同时使用测量单元诸如图3的脉冲响应测量电路76测量谐振电路的响应。如结合图5所述，然后可测量和分析所得电路谐振的特性。例如，控制电路42可使用关于所测量的谐振频率的信息来测量电感，并且可使用关于信号谐振衰减的信息来确定电阻R和Q因子。如果需要，框120和/或122的测量可在跨表面60的维度X和Y中映射出，以帮助识别设备10和异物。

如果框122的操作显示没有异物存在并且电子设备10存在，则可在框124期间执行额外的检查操作。具体地讲，可执行利用电路诸如图3的振荡器电路84和扫描频率测量电路94的频率扫描测量，以检查是否存在敏感RFID设备，如结合图6所述。

在框126的操作期间，基于测量结果诸如框120，122和/或124的测量结果来采取适当的动作。例如，如果在框124的操作期间检测到敏感RFID设备，或者如果检测到异物，则可阻止利用所有线圈36或线圈36的适当子集的无线充电操作。响应于检测到具有已知特征L响应(和/或Q响应)的电子设备10，并且响应于在利用94(如何适合的话)检测到一个或多个线圈36之后不存在RFID设备(例如，L和/或Q测量和/或其他测量指示的线圈36可被对象或所有线圈36重叠)，控制电路42可使用无线电力传输电路42来将无线电力传输至无线电力接收电路46。

在一些操作环境中，信号测量精度可能受到噪声的不利影响。例如，在其中多个电力接收设备位于公共无线充电垫上的布置中，在进行测量时，诸如重叠垫中的不同线圈的另一设备上的脉冲响应测量，使用垫中由该设备重叠的线圈将无线电力传输到设备中的一个的过程可能产生噪声。利用一个示例性布置方式，可通过停止对第一设备的充电足够长的时间来避免潜在干扰，以允许在不存在噪声的情况下在设备上进行诸如脉冲响应测量的测量。利用另一个示例性布置方式，可从测量诸如脉冲响应测量中移除噪声。

图10是示出在尝试对由无线电力接收设备重叠的线圈进行测量时，节点N1上的测量信号(或其他合适节点)诸如信号OUT可如何抑制噪声的示意图。如曲线150所示，在不存在由脉冲响应测量电路76施加的任何脉冲的情况下，信号OUT最初可在时间段T1期间由脉冲响应测量电路76测量。在时间段T1期间，由于在设备12上的其他位置对一个或多个附加无线电力接收设备进行充电(例如，除了由无线电力接收设备重叠的线圈/线圈36之外的其他线圈)，在信号OUT中可存在噪声。在时间段T2期间，脉冲响应测量电路76将脉冲施加到线圈36并且测量所得信号OUT的所得振铃和指数衰减。由于无线电力传输到设备12上的一个或多个其他设备，因此该测量信号中存在噪声。如结合图5所述，脉冲响应信号的频率和衰减速率可显示诸如线圈电感值L之类的信息。为了增强测量精度，可在处理周期T2期间测量的信号之前从在周期T2期间测量的信号移除在周期T1期间测量的噪声，以产生测量结果诸如电感L。

在可能嘈杂的环境诸如其中多个设备10位于公共无线电力传输设备12上的充电环境中测量电感L所涉及的示例性操作的流程图示出于图11中。如图11所示，可从设备12到第一设备10的电力传输可在步骤152处发起。

利用一种示例性方法，短暂地暂停到第一设备的电力传输，以允许测量与第二设备重叠的线圈的L。该方法由框154，156和158的操作示出。在框154的操作期间，设备12停止向第一设备的电力传输。在框156的操作期间，脉冲响应测量电路76用于进行脉冲响应测量，从而获得由第二设备重叠的线圈的L(例如，在第一设备未接收电力的情况下)。在框158的操作期间，恢复从设备12到第一设备10的电力传输。电力也可无线地传输至第二设备10。

利用在框160，162和164中示出的另一示例性方法，从所测量的信号移除噪声而不中断到第一设备的电力传输。在框160的操作期间，测量电路76或其他测量电路测量由第二设备重叠的线圈的信号OUT(例如，图10的周期T1)中的噪声，而不中断向第一设备的电力传输。在框162的操作期间，脉冲响应测量电路76向由第二设备重叠的线圈施加脉冲并且测量信号OUT(例如，参见图10的周期T2)，同时使用设备12中的其他线圈继续向第一设备传输电力(从而将噪声引入在时间段T2期间测量的信号中)。在框164的操作期间，脉冲响应测量电路76和/或控制电路42从周期T2的脉冲响应信号中移除所测量的周期T2的噪声(例如，通过在各种不同的试验阶段值处重复减去所测量的噪声，直到实现令人满意的噪声去除)。如果以这种方式令人满意地移除噪声(例如，如果获得信号OUT的指数衰减并且因此获得的L和/或其他参数的测量值具有令人满意的准确性)，则脉冲响应测量完成并且无线电力传输操作可继续。如线166所示，如果在框164的操作期间没有令人满意地移除噪声，则处理可回到框160以进行附加的噪声和脉冲响应测量。

如果诸如射频识别(RFID)设备的异物被设备10重叠并且因此被插入设备10与设备12中的一个或多个线圈36之间，则系统8允许设备12放弃对设备10的充电。因为可独立地控制线圈36，如果在设备12的一部分上检测到RFID设备或其他敏感设备(例如，与第一组一个或多个线圈重叠)而在设备12的另一部分上检测到设备10(例如，重叠不同于第一组线圈的第二组一个或多个线圈)，则设备12可仅使用第二组线圈而不使用第一组线圈来无线传输电力。这样，电力不被无线地传输到RFID设备，而是仅传输至无线电力接收设备10。

根据一个实施方案，提供了一种具有充电表面的无线电力传输设备，其包括多个线圈，耦接到线圈的测量电路，耦接到线圈并被配置成将无线电力信号传输至具有一个或多个线圈的无线电力接收设备的无线电力传输电路，以及被配置为控制无线电力信号的传输的控制电路，该控制电路被配置为在以下模式下操作：第一模式，其中所述控制电路使用所述无线电力传输电路和所述线圈中的第一组一个或多个线圈来将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备，而不将无线电力传输到使用所述测量电路检测到的射频识别设备，所述射频识别设备与不同于所述第一组线圈的所述线圈中的第二组一个或多个线圈重叠；和第二模式，其中当利用所述测量电路检测到所述射频识别设备由所述无线电力接收设备重叠时，所述控制电路放弃使用所述无线电力传输电路将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备。

根据另一实施方案，其中所述控制电路被进一步配置为至少部分地基于来自所述测量电路的线圈电感信息利用所述线圈来检测异物。

根据另一个实施方案，所述测量电路包括：输出电路，所述输出电路包括所述线圈中的所选择的一个；振荡器电路，所述振荡器电路耦接到所述输出电路；第一测量电路，所述第一测量电路被配置为在所述振荡器电路以探测频率产生输出时测量所述输出电路中的信号；和第二测量电路，所述第二测量电路被配置为在所述振荡器电路产生从第一频率到第二频率范围内的频率扫描输出时测量所述输出电路中的信号。

根据另一个实施方案，所述测量电路还包括脉冲响应测量电路，所述脉冲响应测量电路被配置为测量包括所述线圈中的所选择的一个的所述输出电路对脉冲信号的响应，所述无线电力传输电路包括逆变器，所述控制电路被配置为利用所述逆变器向所述线圈中的所选择的一个提供所述脉冲信号，并且所述控制电路被配置为使用所述脉冲响应测量电路来测量与所述线圈中的所选择的一个相关联的电感。

根据另一个实施方案，所述控制电路被配置为使用所述脉冲响应测量电路来测量与所选择的线圈相关联的Q因子。

根据另一个实施方案，13.56MHz的频率位于所述第一频率和所述第二频率之间。

根据另一个实施方案，所述测量电路包括脉冲响应测量电路，所述脉冲响应测量电路耦接到所述输出电路并且被配置为进行电感和Q因子测量，所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述脉冲响应测量电路的信息利用所述无线电力传输电路来控制无线电力向所述无线电力接收设备的传输。

根据另一个实施方案，所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述第一测量电路的信息来检测与所述线圈阵列重叠的异物。

根据另一个实施方案，所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述第二测量电路的信息来检测由所述无线电力接收设备重叠的所述射频识别设备。

根据另一个实施方案，所述无线电力接收设备被配置为与所述线圈上的区域重叠，并且所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述第一测量电路的信息来识别所述区域。

根据另一个实施方案，所述第一测量电路包括第一峰值检测器，并且所述第二测量电路包括第二峰值检测器和带通滤波器。

根据另一个实施方案，所述无线电力传输电路包括逆变器，所述控制电路被配置为利用所述逆变器将脉冲信号施加到包括所述线圈中的所选择的一个的所述输出电路，所述无线电力传输设备包括脉冲响应测量电路，所述控制电路被配置为在施加所述脉冲信号时使用所述脉冲响应测量电路来测量与所述输出电路相关联的谐振频率，并且所述控制信号被配置为至少部分地基于所测量的谐振频率利用所述无线电力传输电路来控制无线电力向所述无线电力接收设备的传输。

根据一个实施方案，提供了一种使用具有无线电力传输电路的无线电力传输设备的方法，所述无线电力传输电路使用线圈将无线电力信号传输到无线电力接收设备，所述方法包括：在第一模式下操作所述无线电力传输设备，其中所述无线电力传输设备使用所述线圈中的第一组一个或多个线圈来将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备，而不将无线电力传输到与不同于所述第一组线圈的所述线圈中的第二组一个或多个线圈重叠的射频识别设备；以及在第二模式下操作所述无线电力传输设备，其中在检测到所述射频识别设备由所述无线电力接收设备重叠时，所述无线电力传输设备放弃将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备。

根据另一个实施方案，该方法包括至少部分地基于从所述线圈采集的线圈电感信息来检测所述无线电力传输设备上的异物。

根据另一个实施方案，该方法包括在所述无线电力传输设备中的振荡器电路以探测频率产生输出时，测量所述无线电力传输设备中的信号；以及在所述振荡器电路产生从第一频率到第二频率范围内的频率扫描输出时，测量所述无线电力传输设备中的信号。

根据另一个实施方案，该方法包括测量线圈对脉冲信号的响应。

根据另一个实施方案，所述无线电力传输设备包括逆变器，所述方法包括：利用所述逆变器将所述脉冲信号提供给所述线圈中的所选择的一个；以及使用脉冲响应测量电路来测量与所述线圈中的所选择的一个相关联的电感。

根据一个实施方案，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，包括用于以下操作的指令：利用耦接到线圈的无线电力传输电路将无线电力信号传输到无线电力接收设备；在第一模式下操作控制电路，其中所述控制电路使用所述无线电力传输电路和所述线圈中的第一组一个或多个线圈来将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备，而不将无线电力传输到射频识别设备，所述射频识别设备与不同于所述第一组线圈的所述线圈中的第二组一个或多个线圈重叠；以及在第二模式下操作所述控制电路，其中在检测到所述射频识别设备由所述无线电力接收设备重叠时，所述控制电路放弃使用所述无线电力传输电路将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备。

根据另一个实施方案，非暂态计算机可读存储介质包括用于至少部分地基于从所述线圈采集的线圈电感信息来检测异物的指令。

根据另一个实施方案，非暂态计算机可读存储介质包括用于测量所述线圈中的所选择的一个对脉冲信号的响应的指令。

前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种具有充电表面的无线电力传输设备，包括：

线圈；

输出电路，耦接所述线圈并且被配置为利用所述线圈来传输无线电力信号到无线电力接收设备；

振荡器电路，向所述输出电路提供振荡器输出信号；

测量电路，耦接到所述输出电路；以及

控制电路，所述控制电路被配置为：

执行所述振荡器输出信号的频率扫描，

在所述频率扫描期间使用所述测量电路来采集线圈电感测量结果，以及

基于所述线圈电感测量结果来确定对象是否存在于所述充电表面处。

2.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：基于所述线圈电感测量结果来确定异物是否存在于所述充电表面处。

3.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：基于所述线圈电感测量结果来确定射频识别(RFID)设备是否存在于所述充电表面处。

4.根据权利要求3所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：在包括13.56MHz的频率范围内执行所述频率扫描。

5.根据权利要求3所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：响应于确定所述RFID设备存在于所述充电表面处，而放弃使用所述无线电力传输电路来传输所述无线电力信号。

6.根据权利要求5所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：基于所述线圈电感测量结果来确定所述无线电力接收设备是否存在于所述充电表面处，并且其中所述控制电路被配置为：响应于确定所述无线电力接收设备存在于所述充电表面处，而控制所述输出电路以将所述无线电力信号传输至所述无线电力接收设备。

7.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：基于所述线圈电感测量结果来确定是射频识别(RFID)设备还是如下的异物存在于所述充电表面处，所述异物不是RFID设备并且不是所述无线电力接收设备。

8.根据权利要求7所述的无线电力传输设备，其中所述无线电力信号被配置为对所述无线电力接收设备上的电池进行充电。

9.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：在5MHz与30MHz之间的至少一些频率处执行所述频率扫描。

10.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：通过将所述线圈电感测量结果与预定的线圈电感进行比较来确定所述对象是否存在于所述充电表面处，所述预定的线圈电感是所述频率扫描内的频率的函数。

11.一种具有充电表面的无线电力传输设备，包括：

线圈；

输出电路，耦接所述线圈并且被配置为利用所述线圈来传输无线电力信号到无线电力接收设备；

振荡器电路，向所述输出电路提供振荡器输出信号；

测量电路，耦接到所述输出电路；以及

控制电路，所述控制电路被配置为：

执行所述振荡器输出信号的频率扫描，

在执行所述频率扫描的同时，使用所述测量电路来采集线圈电感测量结果，以及

基于所述线圈电感测量结果来确定射频识别(RFID)设备是否存在且与所述线圈重叠。

12.根据权利要求11所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：响应于确定所述RFID设备存在且与所述线圈重叠，而放弃使用所述无线电力传输电路来传输所述无线电力信号。

13.根据权利要求12所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：基于所述线圈电感测量结果来确定所述无线电力接收设备是否存在且与所述线圈重叠。

14.根据权利要求13所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：响应于确定所述无线电力接收设备存在且与所述线圈重叠，而控制所述输出电路以将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备。

15.根据权利要求11所述的无线电力传输设备，其中所述频率扫描在包括5MHz与30MHz之间的频率的频率范围内被执行。

16.根据权利要求11所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：响应于确定所述RFID设备存在且与所述线圈重叠，而减小所述无线电力信号的传输电力水平。

17.根据权利要求11所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：通过将所述线圈电感测量结果与预定的线圈电感进行比较来确定所述RFID设备是否存在且与所述线圈重叠，所述预定的线圈电感是所述频率扫描内的频率的函数。

18.一种具有充电表面的无线电力传输设备，包括：

线圈；

输出电路，耦接所述线圈并且被配置为利用所述线圈来传输无线电力信号到无线电力接收设备；

振荡器电路，向所述输出电路提供振荡器输出信号；

测量电路，耦接到所述输出电路；以及

控制电路，所述控制电路被配置为：

执行所述振荡器输出信号的频率扫描，

在执行所述频率扫描的同时，使用所述测量电路来采集线圈电感测量结果，

基于所述线圈电感测量结果来确定不是所述无线电力接收设备的异物是否存在且与所述线圈重叠，

响应于确定与所述线圈重叠的所述异物不存在，而控制所述输出电路将所述无线电力信号传输到所述无线电力接收设备，以及

响应于确定所述异物存在且与所述线圈重叠，而放弃使用所述无线电力传输电路来传输所述无线电力信号。

19.根据权利要求18所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：通过将所述线圈电感测量结果与预定的线圈电感进行比较来确定所述异物是否存在且与所述线圈重叠。

20.根据权利要求18所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为：基于所述线圈阻抗测量结果来确定所述异物是射频识别(RFID)设备还是并非RFID设备的异物。

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