CN112715007A - 增强的异物检测方法 - Google Patents

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CN112715007A CN201980043886.9A CN201980043886A CN112715007A CN 112715007 A CN112715007 A CN 112715007A CN 201980043886 A CN201980043886 A CN 201980043886A CN 112715007 A CN112715007 A CN 112715007A
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Abstract

根据本公开的一个方面，提供确定校准信号强度因子的方法，该方法用于通过定位在发射器顶部的接收器进行异物检测的增强方法，确定校准信号强度因子的方法包括：在第一位置处测量由发射器发起的数字ping产生的第一信号强度，其中，第一位置是最佳耦合位置；确定第一位置的第一Q因子，其中第一Q因子是报告的Q因子；在第二位置处测量由发射器发起的另一数字ping产生的第二信号强度；确定第二位置的第二Q因子；根据第一信号强度、第二信号强度、第一Q因子和第二Q因子确定校准信号强度因子。根据本公开主题的另一方面，通过位于发射器顶部的接收器进行异物检测的增强方法，该方法包括：测量由发射器发起的数字ping产生的信号强度；通过用校准后的信号强度因子归一化信号强度来确定校准后的信号强度值；以及将校准后的信号强度和报告的Q因子的值传送给发射器，其中发射器基于这些值执行异物检测。

Description

增强的异物检测方法
技术领域
本公开的主题涉及无线电力充电系统。更具体地，本公开的主题涉及增强的用于检测异物的方法。
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.第119(e)条要求于2018年6月27日提交的，Itay Sherman和Elieser Mach的题为“Improving FOD in WPC(改善WPC中的FOD)”的共同待决的美国临时专利申请第62/690,356号的优先权；该美国临时申请为了所有目的通过引用并入本文。
背景技术
对无线电力充电系统的需求的增长导致在各种各样的场所中显著的部署增加，并且增加了增加发射器和接收器之间的有效充电距离的需求。通常，系统安装在用户可以接触到的表面(例如桌子、酒吧等)的顶部，因此需要装饰性外观和无危险的安装。大多数已部署的系统都在使用无线电源联盟(WPC)Qi技术，该技术正在不断推动以提高功率，以满足诸如智能手机笔记本电脑之类的高耗电的可充电设备的需求。
与无线电力充电技术相关联的安全问题之一与铁磁性材料(异物)的存在有关，铁磁性材料的存在可能会干扰此类系统的无线电力发射器和无线电力接收器。这些靠近充电系统的异物可能会从发射器产生的磁场中吸收能量，并导致过热，着火，特别是在大功率充电中。
一些商业上可获得的充电系统采用异物检测机制，该异物检测机制基于发射器对系统Q因子的测量，并通过接收器将其与报告的Q因子进行比较。此机制要求每个电力接收器(PRx)必须存储一个Q因子值，该值是在生产过程中与参考发射器最佳耦合时测得的。根据该机制，PRx每次放置在PTx上时将其存储的Q因子传送给PTx时，而PTx通过放置在其上的PRx来确定Q因子。所存储的Q因子和所确定的Q因子之间的高于阈值的差被可商购的系统用来表示异物的存在。
应当注意，对可商购机制的累积测试在异物检测中显示出高于25％的不准确性。本公开的目的是提供用于异物检测的准确方法。
发明内容
根据本公开主题的第一方面，确定校准信号强度因子的方法，该方法用于通过定位在发射器顶部的接收器进行异物检测的增强方法，所述确定校准信号强度因子的方法包括：在第一位置处测量由发射器发起的数字ping产生的第一信号强度，其中，所述第一位置是最佳耦合位置；确定所述第一位置的第一Q因子，其中所述第一Q因子是报告的Q因子；在第二位置处测量由发射器发起的另一数字ping产生的第二信号强度；确定所述第二位置的第二Q因子；根据所述第一信号强度、所述第二信号强度、所述第一Q因子和所述第二Q因子确定校准信号强度因子。
根据本公开主题的另一方面，通过位于发射器顶部的接收器来进行异物检测的增强方法，该方法包括：测量由发射器发起的数字ping产生的信号强度；通过用校准后的信号强度因子归一化信号强度来确定校准后的信号强度值；以及将校准后的信号强度和报告的Q因子的值传送给所述发射器，其中所述发射器基于这些值执行异物检测。
通过位于接收器下方的发射器来进行异物检测的增强方法，该方法包括：从所述接收器获得校准后的信号强度值和报告的Q因子值；根据测得的衰减时间确定系统Q因子；利用校正后的信号强度对系统Q因子进行归一化，确定归一化Q因子；以及通过将所述系统Q因子与所述归一化Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果所述系统Q因子大于所述归一化Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
根据本公开主题的又一方面，通过通过将接收器置于发射器顶部的无线电力系统进行异物检测的增强方法，该方法包括：通过所述接收器测量由所述发射器发起的数字ping产生的信号强度；通过所述接收器通过用校准后的信号强度因子对信号强度进行归一化来确定校准后的信号强度值；以及
将校准后的信号强度和报告的Q因子的值传送给所述发射器，其中所述发射器基于这些值执行异物检测；将校准后的信号强度的值和报告的Q因子传送给所述发射器；通过所述发射器基于测得的衰减时间确定系统Q因子；通过所述发射器通过利用校准后的信号强度对所述系统Q因子进行归一化，确定归一化Q因子；以及通过所述发射器通过将所述系统Q因子与所述归一化Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果所述系统Q因子大于所述归一化Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
根据本公开主题的又一方面，通过位于发射器顶部的接收器来进行检测异物的增强方法，该方法包括：确定在与发射器的最佳耦合位置处的报告的Q因子；计算指示所述接收器能够在不中断其操作的情况下维持通过所述发射器进行的功率暂停的最长时间段的最小时间，其中，所述计算最小时间是基于包括时间常数和所述接收器的整流器的最小工作电压在内的参数；以及将所报告的Q因子的值、最小时间和/或参数传送给发射器，其中所述发射器基于这些值执行异物检测。
根据本公开主题的又一方面，通过位于接收器下方的发射器来进行异物检测的增强方法，该方法包括：从所述接收器获得报告的Q因子值和/或参数值的最小时间值；根据最小时间值或基于参数值对最小时间的计算来确定时隙；暂停输出到所述接收器的功率持续等于一个时隙的持续时间；在所述时隙期间执行重复的电压或电流测量以确定所述发射器的衰减时间，其中，所述测量在所述时隙开始之后不久开始；根据重复的测量结果计算系统Q因子；以及通过将所述系统Q因子与报告的Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果报告的Q因子大于系统Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
根据本公开主题的又一方面，通过将接收器置于发射器顶部的无线电力系统进行异物检测的增强方法，所述方法包括：通过所述接收器确定在与所述发射器的最佳耦合位置处的报告的Q因子；通过所述接收器计算最小时间，该最小时间指示接收器能够在不中断其操作的情况下维持通过发射器进行的功率暂停的最长时间段，其中，所述计算最小时间基于包括时间常数和所述接收器的整流器的最小工作电压在内的参数；以及将报告的Q因子的值、最小时间值和/或参数值传送给所述发射器；通过所述发射器基于最小时间值或者基于参数值对最小时间的计算来确定时隙；通过所述发射器暂停输出到接收器的功率持续等于一个时隙的持续时间；在所述时隙期间，由所述发射器执行重复的电压或电流测量，以确定所述发射器的衰减时间，其中，所述测量在所述时隙开始之后不久开始；根据重复的衰减时间测量值计算系统Q因子；以及通过所述发射器通过将系统Q因子与报告的Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果报告的Q因子大于系统Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
附图说明
仅通过示例的方式，参考附图描述了所公开的主题的一些实施方案。现在具体地具体参考附图，要强调的是，所示出的细节仅是示例性的，并且仅是出于对本公开主题的优选实施方案进行说明性讨论的目的，并且出于提供所提供的内容被认为是所公开主题的原理和概念方面的最有用和最容易理解的描述的目的而呈现。就这一点而言，没有试图比基本理解所公开的主题所必需的更详细地示出所公开的主题的结构细节，结合附图进行的描述使得所公开主题的各种形式可以在实践中体现的方式对于本领域技术人员来说是显而易见的。
在图中：
图1示出了根据所公开主题的一些示例性实施方案的用于无线电力充电的系统的框图；
图2示出了根据所公开主题的一些示例性实施方案的用于异物检测的方法的流程图；并且
图3示出了根据所公开的主题的一些示例性实施方案的用于异物检测的另一种方法的流程图。
具体实施方式
在详细解释所公开的主题的至少一个实施方案之前，应理解，所公开的主题的应用不限于在以下描述中阐述的或在附图中说明的构造细节和组件的布置。所公开的主题能够具有其他实施方案，或者能够以各种方式被实践或执行。同样，应当理解，本文采用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。附图通常不按比例绘制。为了清楚起见，在一些附图中省略了不必要的元件。
术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”和“具有”以及它们的结合词是指“包括但不限于”。术语“由……组成”具有与“包括并限于”相同的含义。
术语“基本上由……组成”是指该组合物、方法或结构可包括其他成分、步骤和/或部分，但前提是该其他成分、步骤和/或部分不会实质性地改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本特征和新颖特征。
如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数形式，除非上下文另外明确指出。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。
在整个本申请中，可以以范围格式呈现本公开主题的各种实施方案。应当理解，范围格式的描述仅是为了方便和简洁，并且不应被解释为对所公开主题的范围的不灵活的限制。因此，应该认为范围的描述已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。
应当理解，为清楚起见，在单独的实施方案的上下文中描述的所公开的主题的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的所公开主题的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合提供，或者适当地以所公开主题的任何其他所描述的实施方案来提供。在各种实施方案的上下文中描述的某些特征不应被认为是那些实施方案的必要特征，除非该实施方案没有那些要素就不能工作。
所公开的主题所解决的一个技术问题是不需要的金属物体(异物)的存在，其可能通过吸收电磁场的一部分而导致效率损失和可能的安全隐患。考虑到市场上无线充电系统功率不断增长的趋势，可能的安全隐患变得更加严重。通常，金属物体，例如硬币、回形针或任何铁磁物体，它们附着于或位于可充电设备(负载)上或附近，例如手机壳、笔记本电脑；否则发射器可能会影响磁场。
应注意，在存在特定接收器(Rx)的情况下，发射器(Tx)的Q因子
Figure BDA0002866081870000061
不固定，并且可能会根据Rx和Tx表面之间的垂直距离[Z间隙]而变化。这种变化的主要原因是反射电阻的变化，而不仅仅是电感和/或频率的变化。当典型的接收器(即嵌入具有“友好金属”的设备中的接收器)接近Tx时，友好金属对Tx反射高电阻，而当设备远离Tx时，反射电阻会显著降低。对于参考接收器，这种效应不太明显，因为它们通常不包含“友好金属”。
在本公开中，术语“设备”是指可以通过本发明的无线电源系统充电的设备，例如智能电话、电话、平板电脑、膝上型计算机等。而且，在本公开中，术语“友好金属”是指作为设备构造的组成部分的组件，其中将接收器嵌入该组件中，该“友好金属”具有与磁场相互作用并消耗一部分能量的铁磁特性。
在可商购的系统中，接收器会测量由发射器(Tx)发送的数字ping信号产生的信号强度，并在每次将其放置在Tx上时将代表信号强度的值发送回Tx。累积的测试表明，信号强度不受存在小异物的严重影响，但是信号强度受Z间隙的影响很大，因此可以指示Z间隙，即Rx和Tx表面之间的距离，即使存在异物也是如此。但是，由于缺乏清晰，通用的信号强度校准方法，因此限制了信号强度用于测量Z间隙的用途。
在可商购的无线电力系统中，Tx在建立电力合约之前从Rx接收其存储的Q因子。然后，Tx根据自己的衰减时间(τ)的测量值
Figure BDA0002866081870000062
确定自己的Q，即系统Q因子，然后将其与Rx报告的Q因子进行比较，以确定是否存在异物。
所公开的主题所处理的另一个技术问题是Rx报告的Q因子不考虑Z间隙，在实际应用中它可能不同于Rx与实验室条件的参考发射器的零间隙。累积测试位于各种Z间隙中的典型Tx上方的Rx(例如0到5毫米)有无异物，显示出确定的系统Q因子误差，取决于Z间隙，该误差在20％到40％之间变化。这种可商购的方法导致模棱两可的情况，其中不清楚是否存在异物，这是本公开所解决的技术问题的一部分。这种可能的模棱两可的一个例子是，具有良好耦合的Rx可以产生与具有高z间隙和小异物的Rx相似的系统Q因子。
还应当注意，基于累积的测试，使用基于频率的异物检测的可商购方法类似地引起模棱两可情形。例如，在无异物的情况下位于Z间隙＝5毫米处的典型Tx上方的Rx具有比在有异物的情况下Z间隙＝1.2毫米处相同的Rx和Tx更高的衰减频率。因此，仅衰减频率测量不足以检测异物。
还应当指出，使用测量的衰减时间(或导出的Q因子)的可商购方法也不够独特。例如，累积测试表明，在有异物的情况下在Z间隙＝5毫米时测得的Tx和Rx的Q因子要比在无异物的情况下在Z间隙＝0时计算出的Tx和Rx的Q因子要高。
一种技术解决方案是提供精确的异物机制，该异物机制能够克服上述可商购机制的缺点。
将提醒的是，可以由Rx测量的信号强度主要取决于Z间隙，即Rx与Tx表面之间的强度，但受到诸如硬币之类的异物的影响很小。还需要提醒的是，Rx报告的参考Q因子未反映Z间隙的可能变化，因为在大多数情况下，参考Q因子在Z间隙＝0时测得，因此报告的值为低于最坏情况下的Q因子。
在所公开的主题的一些示例性实施方案中，Rx将被配置为基于在接收器的工厂或生产线上获得并存储的校准信息，对信号强度测量执行校准过程。此外，Rx还应将校准后信号强度的值与参考Q因子一起传送给Tx，以允许针对特定的Z间隙设置调整异物检测机制。
利用所公开的主题的一种技术效果是利用校准后的信号强度、报告的值，以对所报告的Q因子进行归一化，以使信号强度与针对不同Z间隙的测量Q因子相关。附加地或可替代地，发射器应利用校准信号强度的值对报告的Q因子进行归一化，然后进行异物检测过程。
另一个技术解决方案是用于确定系统Q因子的增强方法，该方法基于发射器的衰减时间测量。在一些示例性实施方案中，发射器可以被配置为也在操作(充电)期间执行测量过程，而不中断接收器的操作。本公开的增强方法被配置为主要从发射器的衰减时间测量来抵消接收器的影响。
利用增强方法来确定系统Q因子的技术效果提高了所确定的系统Q因子的准确性，从而推进了异物检测。
现在参考图1，其示出了根据所公开主题的一些示例性实施方案的用于无线电力充电的系统的框图。用于无线电力充电的系统包括发射器(Tx)100和接收器(Rx)200。
在一些示例性实施方案中，该系统可适于利用Tx 100通过使用Rx 200的感应式电源适配器来为用户的可充电设备(负载)20充电或直接向具有嵌入式Rx 200的负载20进行充电。Rx 200可以包括至少一个次级线圈(Ls)210和电容器(Cs)230，它们一起形成LC谐振电路。
在一些示例性实施方案中，Tx 100可以包括发射器电子设备(Tx-elect)150、至少一个初级线圈(Lt)110和至少一个电容器Ct 130，其被配置为在Rx 200的线圈中感应电流。Tx-elect 150包括控制器151；全桥或半桥驱动器152，DC电流传感器153，DC电压传感器154和AC电流传感器155。
控制器151可以是中央处理单元(CPU)、微处理器、电子电路、集成电路(IC)等。另外地或可替代地，控制器151可以被实现为针对诸如数字信号处理器(DSP)或微控制器之类的特定处理器而编写或移植到其的固件，或者可以被实现为诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)之类的硬件或可配置硬件。控制器151可用于执行Tx 110或其任何子组件所需的计算。
在所公开的主题的一些示例性实施方案中，控制器151被配置为确定以下参数：
a.通过获取和测量DC电压传感器154的结果来测量PS 160两端的DC电压。
b.通过获取和测量DC电流传感器153的结果，由PS 160提供的DC电流。
c.通过获取和测量交流电流传感器155的结果，将交流电流提供给Lt110。可替代地，可以通过利用DC电流传感器153感测从电源流向驱动器的瞬时电流来确定输出AC电流。
值得注意的是，确定交流电流参数可以包括峰值电流、绝对电流的平均值、RMS电流、一次谐波的振幅及其任意组合等。
在一些示例性实施方案中，控制器151包括半导体存储器组件(未示出)。存储器可以是永久性或易失性存储器，例如闪存、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可重编程存储器(FLASH)及其任意组合或类似物。
在一些示例性实施方案中，存储器保留保留程序代码以激活控制器151以执行与确定控制全桥或半桥驱动器152的脉冲宽度调制(PWM)信号相关联的动作。驱动器152可以调节流过Lt 110的输出电流，即由Tx 100提供的功率，通过调制流过Lt 110的电流的工作频率和/或占空比来实现。在一些示例性实施方案中，控制器151中生成的PWM信号调整调制以满足无线充电诸如负载20之类的负载的需求。在替代实施方案中，可以控制DC电源的振幅。而且，可由控制器151在适合负载20的功率需求的工作频率范围内设置PWM信号频率和占空比。在一些示例性实施方案中，存储器可以保留程序代码以激活控制器151以发送数字ping给接收器并执行与图2和图3所示的任何步骤相关的动作。
在一些示例性实施方案中，控制器151可以利用其存储器来保持与本公开系统的计费管理相关联的连接软件、监视信息、配置和控制信息以及应用。
在一些示例性实施方案中，控制器151可以被配置为基于符合以下通信标准的协议与负载20进行通信：电源联盟(PM)；无线电力联盟(WPC)和空中燃料联盟(AirFuelAlliance)。根据这些通信方法，但不限于，控制器151可以被配置为从负载20获取用户的凭证，以便认证用于授予和调节充电服务的用户。附加地或可替代地，控制器151还可以被配置为从设备20获取其功率需求。
上面详述的组件可以被实现为例如由控制器151或由另一处理器执行的一组或多组相互关联的计算机指令。组件被布置为一个或多个可执行文件、动态库、静态库、方法、函数、服务等，并以任何编程语言在任何计算环境下进行编程。
现在参考图2，其示出了根据所公开主题的一些示例性实施方案的用于异物检测的方法的流程图。
在步骤201中，可以测量第一信号强度[S1]。在一些示例性实施方案中，当Rx位于参考PTx上的第一位置并且处于最佳耦合时，Rx测量第一信号强度[S1]。其中，第一位置定义为Rx与Tx之间无间隙(Z垂直轴)，即Z间隙＝0；最佳耦合定义为Rx和Tx之间的最佳对齐方式(X-Y平面)。
在步骤202中，可以确定第一Q因子。在一些示例性实施方案中，Rx在位于参考PTx上的第一位置并且处于最佳耦合时确定第一Q因子[Q1]。在一些示例性实施方案中，第一Q因子[Q1]等于报告的Q因子。
在步骤203中，可以测量第二信号强度[S2]。在一些示例性实施方案中，当Rx位于参考PTx上的第二位置并且处于最佳耦合时，Rx测量第二信号强度[S2]。其中，第二位置被定义为较高的间隙，例如5毫米，例如Z间隙＝5毫米。
在步骤204中，可以确定第二Q因子。在一些示例性实施方案中，当位于参考PTx上的第二位置处并且处于最佳耦合时，Rx确定第二Q因子[Q2]。
在步骤205中，可以计算校准后的信号强度因子(G)以用于确定校准后的信号强度[S′]。在一些示例性实施方案中，Rx可以进行以下计算以确定因子G。
ΔQ＝Q2-Q1
ΔS＝S2-S1
Figure BDA0002866081870000101
其中，F为固定因子，典型地，F＝10；200是定义绝对完美对齐的基线值；G是补偿由Rx制造商测得的信号强度的因子，该关系是在任何给定的Z间隙和未知的耦合质量(即，无线电力充电的典型使用)下本公开的Rx测得的Tx与Tx之间的关系。
在一些示例性实施方案中，步骤201至205可以作为工厂设置或初始配置的部分在生产线执行或在调试接收器时执行。
在步骤206中，可以确定校准后的信号强度S′，并将其与报告的Q因子[Q1]一起传送给发射器。应当注意，在典型的操作过程中，当Rx被放置在Tx上时，Rx可以执行由发射器发起的数字ping的信号强度测量，这产生未校准的测量信号强度S3。在一些示例性实施方案中，Rx可以使用以下方程式来确定校准后的信号强度S’。
S′＝200-(S3-S1)*G
在步骤207中，可以从Rx乘Tx获得报告的Q因子[Q1]和校准后的信号强度[S']。
在步骤208中，可以确定系统Q因子[Qs]。在一些示例性实施方案中，Tx可以基于与任何给定Rx建立功率合约之前或之后的测得的衰减时间来确定Qs。通常，Rx在将Rx放置在其上时确定Qs。
在步骤209中，可以确定归一化的Q因子[Qn]。在一些示例性实施方案中，可以由Tx进行以下计算以确定归一化的Q因子。
Figure BDA0002866081870000111
在步骤210中，可以检测到异物的存在。在一些示例性实施方案中，如果Qs大于Qn，则不存在异物，并且如果Qs小于Qn，则存在异物。
下表是示例性测试案例，包括具有嵌入式Rx的设备的测量和计算，该设备在有和没有小异物的情况下在四个不同的Z间隙(0、1.2、2.5和5毫米)下进行了测试。
Z间隙[毫米] 0 1.2 1.2 2.5 2.5 5 5
异物存在 否 否 是 否 是 否 是
电感[μH] 35.17 31.85 30.365 29.53 28.76 27.35 26.45
电阻[mΩ] 460 495 600 288 426 348 426
电压最大值[V] 3.57 4.62 5.37 6.127 5.87 10.075 11.85
电压37％[V] 1.32 1.71 1.99 2.27 2.17 3.725 4.38
衰减时间[μSec.] 140 158 93 162 115 173 146
衰减频率[kHz.] 86.7 90.9 93.8 95.14 96 98.4 98.7
信号强度 163 152 144 134 137 100 95
计算出的系统Q因子 44 49.6 29.2 50.9 36.2 54.35 45.9
校准后的信号强度 200 182 168 153 158 96 88
归一化的Q{Qn} 40 41.8 43.2 44.7 44.2 50.4 51.2
基于Q1的Q裕量 +4 +9.6 -11.8 +10.9 -3.8 +14.35 +5.9
基于Qn的Q裕量 +4 +4 -14 +6.2 -8 +4 -5.3
另一个技术解决方案是用于确定系统Q因子的增强方法，该方法基于发射器的衰减时间测量。在一些示例性实施方案中，发射器可以被配置为也在操作(充电)期间执行测量过程，而不中断接收器的操作。本公开的增强方法被配置为主要从发射器的衰减时间测量来抵消接收器的影响。
在该示例中，基于在没有异物情况下的设备的Z间隙＝0mm'和Z间隙＝5mm'处的信号强度测量值，计算出校准后的信号强度[S']。Tx使用报告的S值对参考Q因子进行归一化，以产生Qn，该Qn将用于异物检测。
在一些示例性实施方案中，从表中描绘的这些测量值得出的G值为：
Figure BDA0002866081870000121
在以上实施例中，Rx报告的Q因子比在表面上测得的最小Q因子(即40)低10％。
从上表中描述的测量中可以看出，校准过程消除了对于可变Z间隙的异物检测的模棱两可，即使对于小的异物也提供了具有良好裕量的确定性结果。相反，在Q1裕量的情况下，如果设备位于表面上方5[mm]且表面上有异物，则不会检测到异物。
以上示例性实施方案利用了信号强度和Q因子的近似线性关系。在另一个示例性实施方案中，通过对Rx执行多点校准(即跨多个Z间隙测量Q因子并相应地校准信号强度)来确定信号强度和Q因子之间的关系。另外或可替代地，强度和Q因子之间的其他关系可在Rx报告或Q因子的Tx计算中使用。
在又一示例性实施方案中，可以组合衰减振荡频率的信息以进一步改善异物检测。异物的存在可以增加衰减振荡频率，但是其本身与Z间隙的增加是无法区分的。但是，在给定Z间隙或Q因子的情况下，对于给定的Z间隙或Q因子，可以定义参考衰减频率，以便高于该频率的测量频率可用于检测异物的存在。
给定以上实施例和示例性实施方式，对最小和最大Z间隙使用测得的Q因子，并基于此定义衰减频率相对于测得的Q因子的线性近似值，从而允许一些附加的频率裕量2KHz。
Figure BDA0002866081870000122
F阈值＝Fmin+(Qdecay-Qmin)*增益+Fmarign＝1.0435*Qdecay+43.69
使用上述阈值并将其与实际测得的衰减频率进行比较将为所有上述情况提供对异物的正确检测。
现在参考图3，图3示出了根据所公开主题的一些示例性实施方案的用于异物检测的另一种方法的流程图。
在一些示例性实施方案中，可以将用于确定系统Q因子的发射器的衰减时间测量配置为在充电期间也执行测量过程而不会中断接收器的操作。本公开的这种增强方法旨在主要抵消发射器的衰减时间测量期间接收器的影响。
在步骤301中，接收器(Rx)可以向发射器(Tx)报告Q因子和Tmin。在一些示例性实施方案中，基于时间常数[τ]来计算Tmin，该时间常数由Cr 230和RL 250的乘积定义，即图1的(τ＝Cr*RL)。由于电容器Cr 240的充电行为，充电的Cr 240的电压衰减(假设整流器240俘获以对其充电)将是成指数关系的，时间常数等于τ。因此，可以使用以下方程式
Figure BDA0002866081870000131
来计算Tmin(最小时间)，其中Vrec是整流器240的电压输出，Vmin是在Rx操作中断之前Rx所需的最小电压，而RL是Rx上的典型负载电阻。
另外，或替代地，代替计算Tmin，Rx可以向Tx报告Cr230、RL250、τ、Vrect、Vmin的值；以及任何组合，以便Tx可以计算Tmin。另外，Rx还应报告所谓的“报告的”Q因子，这是在生产Rx期间测得的标准Q因子，如前所述。
在步骤302中，发射器可以启动衰减时间测量。在一些示例性实施方案中，Tx可以设置小于或等于最小时间(Tmin)的时隙(Tslot)，其中，Tslot实际上是Tx可以在不中断其运行的情况下暂停对Rx充电的持续时间。应该注意的是，在一个实施方案中，Tx在该步骤还将计算Tmin，在该实施方案中，Rx向Tx报告其Tmin计算参数，即谐振电路值和Vmin，而不是计算Tmin。
在步骤303中，发射器可以在等于Tslot的时隙中暂停对接收器充电。在一些示例性实施方案中，Tx在短于Tmin的时间段Tslot中从驱动线圈Ls 110停止其功率驱动器操作，因此使得Cr230开始衰减。通过这样做，在不中断Rx操作的情况下，逐渐减小了用于Rx充电的功率。
在步骤304中，发射器可以重复地测量衰减时间。在一些示例性实施方案中，Tx在Tslot开始之后不久(例如，预设时间或预设周期数，例如两个周期)开始重复测量，其中一个周期可以是至少一个谐振频率周期。在一些示例性实施方案中，可以基于在Tslot的剩余时间期间对Ltl 10和/或图1的谐振电容器Ctl30的电压或电流的重复测量来确定衰减时间。附加地或可替代地，Rx还可以基于相同的测量来确定衰减振荡频率。
例如，可以基于测得的电压/电流中的峰之间的振幅比和峰之间的时间间隔来确定衰减时间。另外，或者可替代地，衰减时间由以下公式确定：
Figure BDA0002866081870000141
其中Δt是峰之间的时间间隔；A1和A2是两个连续峰值的振幅。另外地或可替代地，可以基于所测量的电压/电流的峰值之间的时间间隔来确定衰减振荡频率f＝1/Δt。
在步骤305和306中，发射器可以在Tslot结束后继续为Rx充电，并基于最后Tslot的重复衰减时间测量结果来计算系统Q因子。
在步骤307中，可以检测到异物的存在。在一些示例性实施方案中，如果由Rx报告的Q因子大于由Tx计算的系统Q因子，则发射器确定异物的存在。否则，如果Rx报告的Q因子小于系统Q因子，则没有检测到异物。
应该注意的是，典型的感应功率Rx包括连接到具有并联电容器Cr260和典型电阻负载RL的全波或半波整流器240的谐振电路(Ls 210和Cs230)。在一些示例性实施方案中，发射器在短定义的时间段Tslot中停止驱动功率信号。确定时间段Tslot，使得整流电容器Cr260的电压衰减将不允许电压Vrect下降到系统定义的Vmin以下。通过在比Tmin短的时隙中停止功率信号，本公开的设计保证了Rx功率传输将仍然继续而不会中断。
本公开的主题的一个目的是提供正确测量Tx上电流或电压上的衰减模式以便提取衰减时间和导出的Q因子的能力。目的是能够在Tx存在任何异物以及Rx存在“友好金属”的情况下测量的Q因子值，而无需断开Rx接收电路的电源。
在步骤302至304中，此短间隔停止时信号衰减，Rx上的电压高于整流器开路电压，也高于Vrect，因此在电源驱动器停止后立即接收的Rx仍将有电流流过通过其整流器。随着Rx负载反射到Tx，Tx上信号的衰减将更快。该过程将持续到感应电压和Rx电路谐振电路电压低于整流电容器电压为止。在大多数示例性实施方案中，在衰减时间测量开始之前，需要2至3个周期的振荡(通常为100kHz，即20-30μsec)。
应该注意的是，一旦整流器关闭，Rx负载和电路的影响就被抵消，因为几乎没有电流在Rx谐振电路中流动。然后，负载完全由整流电容器供电。
还应该注意的是，当不存在异物并且友好金属最小时，Tx的衰减时间会更长。在这种情况下，衰减时间常数可以由2*Lt/Rp给出，其中Lt l10是Tx电路电感，Rp是其寄生电阻。但是，如果Tx的衰减时间大于整流电压的衰减时间(Cr*RL)，则Tx感应的电压的衰减将比整流电压的衰减慢，并且在某一时刻整流阶段将再次开始导通。在这种情况下，Rx可以采用报告的Tmin来依赖于整流阶段传导恢复之前的估计时间。在一个实施方案中，报告的时间Tmin被选择为直到整流传导前的时间和
Figure BDA0002866081870000151
中的较低者。
本公开的主题可以是系统、方法和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括其上具有用于使处理器执行本公开主题的各方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质可以是有形设备，其可以保留和存储由指令执行设备使用的指令。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷举列表包括以下内容：便携式计算机软盘，硬盘，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦可编程只读存储器存储器(EPROM或闪存)，静态随机存取存储器(SRAM)，便携式光盘只读存储器(CD-ROM)，数字多功能磁盘(DVD)，记忆棒，软盘，机械编码设备(例如打孔卡或凹槽中的凸起结构，上面记录了指令)，以及上述内容的任何适当组合。如本文所使用的，计算机可读存储介质不应被理解为本身是瞬时信号，例如无线电波或其他自由传播的电磁波，通过波导或其他传输介质(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)传播的电磁波或通过电线传输的电信号。
此处描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者通过网络(例如，因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到外部计算机或外部存储设备。该网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配器卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发计算机可读程序指令以存储在相应的计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开主题的操作的计算机可读程序指令可以是汇编程序指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据或以一种或多种编程语言(包括面向对象的编程语言，例如Smalltalk，C++等)和常规过程编程语言(例如“C”编程语言或类似编程语言)的任意组合编写的源代码或目标代码。计算机可读程序指令可以完全在用户计算机上，部分在用户计算机上，作为独立软件包执行，部分在用户计算机上并且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者可以与外部计算机建立连接(用于例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。在一些实施方案中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令来个性化电子电路，以便执行本公开主题的各方面。
在此参考根据所公开主题的实施方案的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了所公开主题的各方面。将理解的是，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令来实现。
可以将这些计算机可读程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器，以产生机器，使得该指令在经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行时创建用于实现流程图和/或框图方框中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指导计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式起作用，从而使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。
计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
附图中的流程图和框图示出了根据本公开主题的各个实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的体系结构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可以代表指令的模块、片段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图的框的组合可以由执行指定功能或动作或执行特殊用途的硬件和计算机指令的组合的基于特殊用途硬件的系统来实现。
本文所使用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，并不旨在限制所公开的主题。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
所附权利要求中的所有装置或步骤加上功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与具体要求保护的其他要求保护的元件组合地执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的主题的描述，但并不意图是穷举的或将本公开的主题限于公开的形式。在不脱离所公开主题的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施方案是为了最好地解释所公开的主题的原理和实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解具有各种修改的各种实施方案的所公开的主题，这些修改适合于预期的特定用途。

Claims (9)

1.确定校准信号强度因子的方法，该方法用于通过定位在发射器顶部的接收器进行异物检测的增强方法，所述确定校准信号强度因子的方法包括：
在第一位置处测量由发射器发起的数字ping产生的第一信号强度，其中，所述第一位置是最佳耦合位置；
确定所述第一位置的第一Q因子，其中所述第一Q因子是报告的Q因子；
在第二位置处测量由发射器发起的另一数字ping产生的第二信号强度；
确定所述第二位置的第二Q因子；
根据所述第一信号强度、所述第二信号强度、所述第一Q因子和所述第二Q因子确定校准信号强度因子。
2.通过位于发射器顶部的权利要求1的接收器进行异物检测的增强方法，该方法包括：
测量由发射器发起的数字ping产生的信号强度；
通过用校准后的信号强度因子归一化信号强度来确定校准后的信号强度值；以及
将校准后的信号强度和报告的Q因子的值传送给所述发射器，其中所述发射器基于这些值执行异物检测。
3.通过位于接收器下方的发射器进行异物检测的增强方法，该方法包括：
从所述接收器获得校准后的信号强度值和报告的Q因子值；
根据测得的衰减时间确定系统Q因子；
利用校正后的信号强度对系统Q因子进行归一化，确定归一化Q因子；以及
通过将所述系统Q因子与所述归一化Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果所述系统Q因子大于所述归一化Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
4.通过权利要求2的位于接收器下方的发射器进行异物检测的增强方法，该方法包括：
从所述接收器获得校准后的信号强度值和报告的Q因子值；
根据测得的衰减时间和报告的Q因子值确定系统Q因子；
利用校正后的信号强度对所述系统Q因子进行归一化，确定归一化Q因子；和
通过将所述系统Q因子与所述归一化Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果所述系统Q因子大于所述归一化Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
5.通过将权利要求1的接收器放置在发射器顶部的无线电力系统来进行检测异物的增强方法，该方法包括：
通过所述接收器测量由所述发射器发起的数字ping产生的信号强度；
通过所述接收器通过用校准后的信号强度因子对信号强度进行归一化来确定校准后的信号强度值；以及
将校准后的信号强度和报告的Q因子的值传送给所述发射器，其中所述发射器基于这些值执行异物检测；
将校准后的信号强度的值和报告的Q因子传送给所述发射器；
通过所述发射器基于测得的衰减时间确定系统Q因子；
通过所述发射器通过利用校准后的信号强度对所述系统Q因子进行归一化，确定归一化Q因子；以及
通过所述发射器通过将所述系统Q因子与所述归一化Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果所述系统Q因子大于所述归一化Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
6.通过位于发射器顶部的接收器来进行检测异物的增强方法，该方法包括：
确定在与发射器的最佳耦合位置处的报告的Q因子；
计算指示所述接收器能够在不中断其操作的情况下维持通过所述发射器进行的功率暂停的最长时间段的最小时间，其中，所述计算最小时间是基于包括时间常数和所述接收器的整流器的最小工作电压在内的参数；以及
将所报告的Q因子的值、最小时间和/或参数传送给发射器，其中所述发射器基于这些值执行异物检测。
7.通过位于接收器下方的发射器来进行异物检测的增强方法，该方法包括：
从所述接收器获得报告的Q因子值和/或参数值的最小时间值；
根据最小时间值或基于参数值对最小时间的计算来确定时隙；
暂停输出到所述接收器的功率持续等于一个时隙的持续时间；
在所述时隙期间执行重复的电压或电流测量以确定所述发射器的衰减时间，其中，所述测量在所述时隙开始之后不久开始；
根据重复的测量结果计算系统Q因子；以及
通过将所述系统Q因子与报告的Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果报告的Q因子大于系统Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
8.通过位于权利要求6的接收器下方的发射器来进行异物检测的增强方法，该方法包括：
从权利要求6的接收器中获得报告的Q因子值和/或参数值的最小时间值；
根据最小时间值或基于参数值对最小时间的计算来确定时隙；
暂停输出到接收器的功率持续等于一个时隙的持续时间；
在所述时隙期间执行重复的电压或电流测量以确定所述发射器的衰减时间，其中，所述测量在所述时隙开始之后不久开始；
根据重复的衰减时间测量值计算系统Q因子；以及
通过将系统Q因子与报告的Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果报告的Q因子大于系统Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
9.通过将接收器置于发射器顶部的无线电力系统进行异物检测的增强方法，所述方法包括：
通过所述接收器确定在与所述发射器的最佳耦合位置处的报告的Q因子；
通过所述接收器计算最小时间，该最小时间指示接收器能够在不中断其操作的情况下维持通过发射器进行的功率暂停的最长时间段，其中，所述计算最小时间基于包括时间常数和所述接收器的整流器的最小工作电压在内的参数；以及
将报告的Q因子的值、最小时间值和/或参数值传送给所述发射器；
通过所述发射器基于最小时间值或者基于参数值对最小时间的计算来确定时隙；
通过所述发射器暂停输出到接收器的功率持续等于一个时隙的持续时间；
在所述时隙期间，由所述发射器执行重复的电压或电流测量，以确定所述发射器的衰减时间，其中，所述测量在所述时隙开始之后不久开始；
根据重复的衰减时间测量值计算系统Q因子；以及
通过所述发射器通过将系统Q因子与报告的Q因子进行比较来执行异物检测，其中，如果报告的Q因子大于系统Q因子，则存在至少一个异物，否则不存在异物。
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