CN113472094A - 无线充电发射装置、谐振电路、品质因数的检测方法及处理器 - Google Patents

无线充电发射装置、谐振电路、品质因数的检测方法及处理器 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种无线充电发射装置、谐振电路、品质因数的检测方法及处理器。该无线充电发射装置包括：第一输入端和第二输入端，第一输入端和第二输入端之间提供输入电压；滤波器，连接在第一输入端和第二输入端之间，滤波器至少包括第一电感和第一电容；开关，与第一电容串联连接；以及谐振腔，与第一电容和开关组成的支路并联连接，谐振腔向无线充电接收装置提供无线功率；其中，开关被配置为在品质因数检测时断开。该无线充电发射装置在其谐振电路包含多个谐振点的情况下，能够准确判断装置周围是否存在异物。

Description

无线充电发射装置、谐振电路、品质因数的检测方法及处理器
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，更具体地，涉及一种无线充电发射装置、谐振电路、品质因数的检测方法及处理器。
背景技术
随着技术进一步发展，无线电力传输作为一种用于为诸如移动电话、平板PC、数码相机、MP3播放器等基于电池的移动装置供电或充电的高效且便利的机制出现。无线电力传输系统通常包括原边发射器和副边接收器。原边发射器通过磁耦合而耦合到副边接收器。该磁耦合可由松散耦合的变压器实现，该松散耦合的变压器具有在原边发射器中形成的原边线圈和在副边接收器中形成的副边线圈。
在进行无线电力传输之前，无线电力传输系统会检测原边线圈的品质因数(Q-factor，可简称为Q因子)，品质因数用于检测在电力传输范围内是否存在对电力传输有不利影响的异物(例如，金属物体)，其中，当存在异物时，品质因数将减小而功率损耗将增加。如果无线电力传输系统检测到的品质因数低于阈值，则判定为范围内存在异物，从而将不会进行电力传输。
现有技术通常将具有扫描频率的信号加载到无线电力传输系统中的谐振电路上，以检测发射线圈的品质因数。现有技术能够准确检测由一个电感器和一个电容器组成的谐振电路中的品质因数，然而，对于包含多个谐振元件的无线电力传输系统，其谐振电路中存在多个谐振频率，当存在多个谐振频率时，在不同时刻可能对应着相同的谐振电压或谐振电流，因此在采样过程中可能会出现采样点错误的问题，从而难以准确检测品质因数，进而难以准确判断在电力传输范围内是否存在异物。
因此，期望提供一种改进的方案，以在存在多个谐振元件的情况下，降低异物检测的难度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种无线充电发射装置、谐振电路、以及无线充电发射装置和/或谐振电路的品质因数的检测方法，从而能够准确判断装置/电路周围是否存在异物。
根据本公开的第一方面，提供一种无线充电发射装置，包括：第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端之间提供输入电压；滤波器，连接在所述第一输入端和所述第二输入端之间，所述滤波器至少包括第一电感和第一电容；开关，与所述第一电容串联连接；以及谐振腔，与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，所述谐振腔向无线充电接收装置提供无线功率；其中，所述开关被配置为在品质因数检测时断开。
可选的，所述谐振腔包括串联连接的发射线圈和第二电容。
可选的，所述滤波器还包括第二电感，所述第二电感连接到所述第二输入端。
可选的，还包括：整流器，所述整流器的输入端接收输入信号，第一输出端连接至所述第一输入端，第二输出端连接至所述第二输入端，从而所述滤波器经由所述整流器接收整流后的所述输入电压。
可选的，还包括：控制电路，提供开关控制信号至所述开关，以控制所述开关在品质因数检测时断开。
可选的，还包括：检测电路，连接至所述谐振腔，在品质因数检测时，所述检测电路检测所述无线充电发射装置的品质因数。
可选的，所述检测电路连接在所述发射线圈和所述第二电容之间，其中，在品质因数检测时，所述检测电路检测所述发射线圈和所述第二电容之间的节点电压以得到品质因数。
可选的，所述检测电路包括电流互感器或霍尔传感器，所述检测电路连接在所述发射线圈两端，以检测流过所述发射线圈的电流，从而得到品质因数。
根据本公开的第二方面，提供一种谐振电路，包括：第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端之间提供输入电压；滤波器，至少包括串联在所述第一输入端和所述第二输入端之间的第一电感和第一电容；开关，与所述第一电容串联连接，谐振腔，与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，其中，在检测品质因数时，所述开关断开，以断开所述第一电容与所述谐振腔的连接。
根据本公开的第三方面，提供一种品质因数的检测方法，用于检测如上所述的无线充电发射装置或如上所述的谐振电路中的品质因数，其特征在于，所述无线充电发射装置或谐振电路包括滤波器、开关和谐振腔，所述滤波器至少包括串联连接的第一电感和第一电容，所述开关与所述第一电容串联连接，所述谐振腔与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，所述品质因数的检测方法包括：在传输功率中，所述开关导通，在检测品质因数时，所述开关断开，以断开所述第一电容与所述谐振腔的连接。
根据本公开的第四方面，提供一种处理器，所述处理器被配置为控制无线充电发射装置的一开关，所述无线充电发射装置包括滤波器、开关和谐振腔，所述滤波器至少包括串联连接的第一电感和第一电容，所述开关与所述第一电容串联连接，所述谐振腔与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，其中，所述处理器被配置为检测无线充电发射装置的品质因数时断开所述开关。
可选的，所述处理器还包括检测电路，所述检测电路连接至所述无线充电发射装置的所述谐振腔，所述检测电路用于在品质因数检测时，检测所述谐振腔的电压或电流，以获得所述无线充电发射装置的品质因数。
可选的，所述处理器被配置为在功率传输时导通所述开关。
可选的，所述处理器还包括：整流器，连接至所述滤波器；以及控制电路，用于控制所述开关和/或所述整流器的晶体管的导通和断开。
本发明提供的无线充电发射装置、谐振电路、品质因数的检测方法及处理器，在检测品质因数时断开开关，以将第一电容断路，第一电容断路之后，可将滤波器和谐振腔中的各个电感和发射线圈等效为单个电感，因此，断开开关后的等效电路仅包括一个等效的单个电感和单个电容，获得的谐振曲线是单调衰减的阻尼振荡曲线，不会出现采样错误的问题，因此获得的品质因数精度较高、一致性较好，从而能够准确判断装置周围是否存在异物。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1a示出了一种传统的谐振电路的电路示意图；
图1b示出了根据图1a的谐振电路的谐振曲线；
图2a示出了另一种传统的谐振电路的电路示意图；
图2b示出了又一种传统的谐振电路的电路示意图；
图2c示出了再一种传统的谐振电路的电路示意图；
图2d示出了根据图2a的谐振电路的谐振曲线；
图3示出了根据本发明实施例的无线充电系统的框图；
图4a示出了根据本发明第一实施例的无线充电发射装置的电路示意图；
图4b示出了根据图4a的无线充电发射装置中的开关S1分别在导通和断开情况下的谐振曲线；
图5a示出了根据本发明第二实施例的无线充电发射装置的电路示意图；
图5b示出了根据图5a的谐振电路的中的开关S1的驱动电压和发射线圈的电流波形；
图6示出了根据本发明实施例的品质因数的检测方法的流程图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应理解，本申请实施例中的A与B连接/耦接，表示A与B可以串联连接或并联连接，或者A与B通过其他的器件，本申请实施例对此不作限定。
谐振电路是通信电路中常用的无源网络，利用谐振电路的幅频特性和相频特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量并抑制掉无用频率分量及噪声，还可以进行信号的频幅转换和频相转换。作为示例，本申请提供的谐振电路应用于无线充电发射装置中，无线充电技术是指电能的无线传输技术，其不借助于实物导线即可实现电能的无线传输，具有方便、快捷以及减少严苛环境中使用电缆带来的危害等优势，其中，谐振式无线充电发射装置更是具有非辐射性、高效率、噪声小、抗干扰性强的优势。
由于谐振电路容易受到异物影响，因此在谐振电路的使用中，通常会预先检测品质因数(Q-factor，可简称为品质因数)，以检测在谐振电路周围是否存在对电力传输有不利影响的异物(例如，金属物体)，其中，Q值愈大表征谐振电路的选择性愈佳，当存在异物时，品质因数将减小而功率损耗将增加。如果系统检测到的品质因数低于阈值，则判定为范围内存在异物，从而将不会执行后续步骤。
发射线圈的品质因数的检测方式通常有两种，一种是基于谐振时电容器的电压与电感线圈的电压的比值；另一种是基于谐振曲线来测量。本申请提供的谐振电路中，基于谐振曲线来测量品质因数。
图1a和1b分别示出了一种传统的谐振电路及其谐振曲线。该谐振电路100包括串联连接的电容Cp和电感Lp，其谐振曲线较为简单的阻尼振荡曲线。在该谐振电路100的品质因数测量中，当周围不存在异物时，该谐振电路100的品质因数约为105，是一个较大的值，因此很容易根据品质因数检测出该谐振电路100周围是否存在异物。
然而，随着科学技术的发展，越来越多的电子设备支持更多样化的功能、更快的通信速度以及更强的兼容性，其功耗也相应的大大增加，传统的串联LC震荡电路的电器性能已经无法满足市场需求，因此市场对无线充电发射装置提出了更高的要求，通常通过增加谐振元件来提高无线充电发射装置的电器性能。
传统技术能够准确检测由一个电感器和一个电容器组成的谐振电路中的品质因数，然而，对于包含多个谐振元件的系统，其谐振电路中存在多个谐振频率，多个谐振频率意味着多个品质因数，因此检测出的品质因数存在一致性较差的问题，难以准确检测品质因数，从而难以确定在谐振电路周围是否存在异物。
图2a示出了另一种传统的谐振电路的电路示意图；图2b示出了又一种传统的谐振电路的电路示意图；图2c示出了再一种传统的谐振电路的电路示意图；图2d示出了根据图2a的谐振电路的谐振曲线。如图2a所示的谐振电路200包括依次串联的电感L1、电容Cser、电感Lp、电容Cser、和电感L2，以及并联在电容Cser、电感Lp、电容Cser两端的电容Cpar。如图2b所示的谐振电路200包括依次串联的电感L1、电感Lp、电容Cser、和电感L2，以及并联在电感Lp、电容Cser两端的电容Cpar。如图2b所示的谐振电路200包括依次串联的电感L1、电容Cser、电感Lp和电感L1，以及并联在电容Cser、电感Lp两端的电容Cpar。上述谐振电路都包含多个电容和电感，因此其谐振曲线包含多个谐振点。基于如图2a所示的谐振电路200，如图2d所示，可以看出，该谐振电路200的谐振曲线较为复杂，该谐振曲线存在多个谐振频率，在不同时刻可能对应着相同的谐振电压或谐振电流，因此在采样过程中可能会出现采样点错误的问题，从而难以准确检测品质因数，进而难以准确判断在电力传输范围内是否存在异物。进一步的，经由计算可以得到，当周围不存在异物时，该谐振电路200的品质因数约为55，是一个很低的值，当在其周围放置手机时，该谐振电路200的品质因数约为37，因此很难根据品质因数确定该谐振电路周围是否存在异物。
本发明实施例提供的无线充电发射装置和谐振电路通过将并联的谐振元件进行断路处理，保证了品质因数检测结果的准确性。
下面将结合附图对本申请提供的无线充电发射装置、谐振电路、品质因数的检测方法及处理器的实施例进行描述。
图3示出了根据本发明实施例的无线充电系统的框图。在图3中，以虚线框示意性的示出无线充电装置10能够进行功率传输的预定范围，应当理解，本申请对无线充电装置10进行功率传输的预定范围(包括大小、方向等参数)不做限制。
如图3所示，该无线充电系统包括无线充电装置10和无线充电接收装置20。无线充电装置10例如包括电源11和无线充电发射装置300，无线充电装置10用于向预定范围内的无线充电接收装置20进行功率传输。
在一些实施例中，无线充电装置10还包括连接在电源11和无线充电发射装置300之间的功率转换器12，功率转换器12有利于进一步改善无线充电装置10的性能。在备选实施例中，功率转换器12是可选元件。换句话说，无线充电发射装置300可直接连接到电源11。
应注意，上文描述的功率转换器只是示例。本领域技术人员将意识到，取决于设计需要和不同应用，可备选地使用诸如基于E类拓扑的功率转换器(例如，E类放大器)的其它合适的功率转换器。
当将无线充电接收装置20放置在无线充电发射装置300附近时，无线充电发射装置300通过磁场磁耦合到无线充电接收装置20。通过作为无线充电发射装置300的一部分的发射器线圈(电感)和作为无线充电接收装置20的一部分的接收器线圈(电感)形成松散耦合的变压器115。因此，可将电功率从无线充电发射装置300传输到无线充电接收装置20。
在一些实施例中，无线充电发射装置300可在充电板内。发射器线圈放置在充电板的上表面下方。无线充电接收装置20可嵌入在移动电话内。当将移动电话放在充电板附近时，可在发射器线圈和接收器线圈之间建立磁耦合。换句话说，发射器线圈和接收器线圈可形成松散耦合的变压器，通过该变压器，在无线充电发射装置300和无线充电接收装置20之间进行功率传输。发射器线圈和接收器线圈之间的耦合的强度可通过耦合系数k来量化。在一些实施例中，k在从约0.05到约0.9的范围中。
在该无线充电装置10中，电源11例如是将公用线路电压转换成直流电压的电源适配器，可选的，电源11是诸如太阳能电池板阵列的可再生电源。此外，电源11可以是任何合适的能量存储装置，例如可再充电电池，燃料电池，其任何组合和/或类似装置。
无线充电发射装置300包括整流器330，用于接收并转换电源11提供的电能，并将其转换为输入电压，滤波器310经由第一输入端和第二输入端接收输入电压，谐振腔320连接至滤波器，并向无线充电接收装置20提供无线功率。
根据一些实施例，整流器330可包括全桥转换器的原边开关。备选地，整流器330可包括诸如半桥转换器、推挽式转换器、其任意组合和/或类似装置的任何其它合适的功率转换器的原边开关。
在一些实施例中，整流器330包括全波二极管桥。在备选实施例中，可以用由诸如n-型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管的开关元件形成的全波桥取代全波二极管桥。此外，整流器330可由其它类型的可控器件形成，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、双极结型晶体管(BJT)器件、超结晶体管(SJT)器件、绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件、基于氮化镓(GaN)的功率器件和/或类似器件。整流器330的详细操作和结构在本领域中众所周知，因此这里不再论述。
在本公开实施例中，无线充电发射装置300还包括一开关(可参见图4a和图5a所示的开关S1)，滤波器310至少包括第一电感和第一电容，开关与第一电容串联连接，谐振腔320与第一电容和开关组成的支路并联连接。可选的，该无线充电发射装置300例如还包括处理器340，处理器340例如被配置为连接并控制无线充电发射装置300的开关，其中，处理器340被配置为检测无线充电发射装置300的品质因数时断开开关。可选的，处理器340被配置为在功率传输时导通开关。可选的，处理器340还用于控制整流器330中的晶体管的导通与断开。该方案可以在品质因数检测时，将与谐振腔320并联的第一电容断路，从而保证了品质因数检测结果的准确性。无线充电发射装置300的具体结构可参见图4a和图5a，在此不详细叙述。
下文将结合图4a至6对无线充电发射装置300的详细配置进行描述。
图4a示出了根据本发明第一实施例的无线充电发射装置的电路示意图；图4b示出了根据图4a的无线充电发射装置中的开关S1分别在导通和断开情况下的谐振曲线。
如图4a所示，该无线充电发射装置300包括：第一输入端A和第二输入端B，第一输入端A和第二输入端B之间提供输入电压；滤波器310，连接在第一输入端A和第二输入端B之间，至少包括串联连接的第一电感L1和第一电容Cpar；开关S1，与第一电容Cpar串联连接；以及谐振腔320，与第一电容Cpar和开关S1组成的支路并联连接，谐振腔320向无线充电接收装置提供无线功率；其中，开关S1被配置为在品质因数检测时断开。可选的，开关S1例如为绝缘栅双极型晶体管、双极型晶体管、绝缘栅型场效应管和继电器等多种开关中的任意一种，本申请对开关S1的具体类型不做限制。
在本公开实施例中，无线充电发射装置300的品质因数检测的时机例如是在进行功率发射之前，或是在功率传输中断之后。可选的，在品质因数检测时，无线充电发射装置300每间隔1至3秒计算获得一个品质因数值。
该无线充电发射装置300的具体连接方式例如为：滤波器310包括串联在第一节点a和第二节点b之间的发射线圈Lp和第二电容Cser，谐振腔320经由第一节点a和第二节点b并联至第一电容Cpar的两端，开关S1连接在第一节点a或第二节点b与第一电容Cpar之间。
作为一个示例，滤波器310还包括：连接在第二节点b和第二输入端B之间的第二电感L2，其中，在品质因数检测时，发射线圈Lp与第一电感L1、第二电感L2等效为单个电感。
应当理解，在滤波器310包含第一电感L1和第一电容Cpar的前提下，本申请对滤波器310的具体形式不做限制。例如，滤波器310是包含一个电容和两个电感的π形滤波器，或滤波器310是包含两个电容和一个电感的π形滤波器，无论滤波器310中包含多少个与谐振腔320并联的电容，只需要在电容与谐振腔之间串联一个开关，即可在品质因数检测时断开电容与谐振腔之间的连接，从而排除了并联的电容带来的多个谐振点的问题，可以准确地测量电路中所包含的各个电感的等效电感的品质因数，进而准确判断装置/电路周围是否存在异物。
进一步的，在谐振腔320至少包括发射线圈Lp和第二电容Cser的基础上，本申请对谐振腔320的具体形式不做限制，例如可参见图2a，谐振腔320包括发射线圈Lp和两个电容Cser，或参见图2b和2c，发射线圈Lp和第二电容Cser的位置是可以变换的。
在本申请实施例中，该无线充电发射装置300例如还包括整流器330，整流器330的输入端接收输入电压，整流器330的第一输出端连接至第一输入端A，整流器330的第二输出端连接至第二输入端B，从而滤波器310经由整流器330接收整流后的输入电压。整流器330例如是全桥整流器或半桥整流器，本申请对整流器330的具体形式不做限制。
在该实施例中，整流器330例如是由第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4组成的全波桥，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4例如是N沟道场效应晶体管。其中，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2串联在输入电压VIN的正极和参考地GND之间，第三晶体管Q3和第四晶体管Q4串联在输入电压VIN和参考地GND之间，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2之间具有第一输出端，第三晶体管Q3和第四晶体管Q4之间具有第二输出端，第一输出端和第二输出端之间的电压差向滤波器310提供整流后的输入电压。
进一步地，所述整流器330可以由其他类型的可控器件形成，例如，可控器件为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件，双极结晶体管(BJT)器件，超级结晶体管(SJT)器件，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件，基于氮化镓(GaN)的功率器件和/或类似的。所述整流器330的详细工作和结构在本领域中是公知的，因此这里不讨论。
作为一个示例，该无线充电发射装置300还包括处理器340，处理器340被配置为控制无线充电发射装置300的开关S1，其中，处理器340被配置为检测无线充电发射装置300的品质因数时断开开关S1。可选的，处理器340被配置为在功率传输时导通开关S1。可选的，该处理器340还被配置为获得无线充电发射装置300的品质因数和/或控制整流器330中的晶体管的导通和断开。
在该示例中，该无线充电发射装置300例如还包括集成于处理器340中的检测电路，检测电路连接至无线充电发射装置的谐振腔310，用于在品质因数检测时，检测谐振腔310的电压或电流，以获得无线充电发射装置300的品质因数。例如，检测电路连接在发射线圈Lp和第二电容Cser之间，其中，在品质因数检测时，检测电路至少将第一电感L1和发射线圈Lp等效为单个电感，并根据发射线圈Lp和第二电容Cser之间的节点电压检测品质因数，品质因数小于/或等于设定阈值表征在无线充电发射装置300的周围有异物存在。又例如，检测电路包括电流互感器或霍尔传感器，该检测电路连接在发射线圈Lp的两端，以检测流过发射线圈Lp的电流，从而得到品质因数。
在该示例中，该无线充电发射装置300例如还包括集成于处理器340中的控制电路，控制电路用于控制整流器330和提供开关控制信号至开关S1，以控制开关S1在品质因数检测时断开，在功率传输时导通开关S1。可选的，该控制电路还可以控制整流器330中的各个晶体管的导通和断开。在替代的实施例中，可以使用独立于控制电路的驱动电路控制整流器330中的各个晶体管的导通和断开，驱动电路可选择的位于处理器340内部或外部。
在上述示例中，整流器330、滤波器310、开关S1和谐振腔320以单独的电路形式存在，检测电路和控制电路集成在处理器340的内部。在另外一些可替代的示例中，整流器330、滤波器310、开关S1和谐振腔320可以以单独的电路形式存在，也可以是两两集成在一起，或是全部集成在一起。此外，整流器330、检测电路和控制电路中的至少一个设置于处理器340的内部，其余部分可选择地设置于处理器340的内部或外部电路中，例如，将控制电路设置于处理器340内部，整流器330、检测电路设置为处理器340的外部电路，又例如，将整流器330、检测电路和控制电路均集成于处理器340的内部。
该实施例提供的无线充电发射装置300具有至少两种模式，即至少具有传输功率模式和品质因数检测模式。在传输功率模式中，导通开关S1，以导通第一电容Cpar到第一节点a和第二节点b的电流路径，从而无线充电发射装置300正常工作。在检测品质因数时，断开开关S1，以将第一电容断路Cpar，从而有利于检测无线充电发射装置300的品质因数。
具体的，在检测品质因数时，由于断开了开关S1，因此在检测品质因数时，实际上仅检测了由等效电感和第二电容Cser串联形成的谐振回路中的品质因数，等效电感至少包括发射线圈Lp和第一电感L1，等效电感还可以进一步包括第二电感L2，该谐振回路中的电流/电压是单调衰减的阻尼振荡，因此可以准确检测品质因数的数值，并且该品质因数数值较大，因此可以更容易界定出无线充电发射装置300周围是否存在异物。
上文描述了本发明实施例的谐振电路的一些示例，然而本发明实施例不限于此，还可能存在其他方式的扩展和变形。
例如，应当理解，前述实施例中的参考地电位可以在替代实施例中替换为其他非零的基准电位(具有正电压幅值或负电压幅值)或受控变化的参考信号。
又例如，本申请实施例提供的电感、电容可以是集总参数的电容元件和电感元件，也可以是其他功能与电容和电感类似的等效元件，这里所述的等效结构例如但不限于为微带线、变容管、具有一定图案的导体结构等可提供感性阻抗和/或容性阻抗的结构。
还例如，可以在本实施例提供的无线充电发射装置中合适的位置设置电阻等元件，以达到电路功能的不同需求。
同时，本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的结构和方法，可以使用不同的配置方法或调节方法对每个结构或该结构的合理变形来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。并且，应理解，本申请实施例中前述的图的放大器各个部件之间的连接关系为示意性举例，并不对本申请实施例造成任何限制。
基于一种示例性的配置方式，图4b示出了根据图4a的无线充电发射装置中的开关S1分别在导通和断开情况下的谐振曲线。如图4b所示，谐振曲线A为导通开关情况下的谐振曲线，利用其检测出来的品质因数数值可能因为采样值的变化而是非稳定的，例如在一次检测中，即使周围不存在异物，其品质因数值小于60，因此难以界定谐振电路的周围是否存在异物；谐振曲线B为断开开关情况下的谐振曲线利用其检测出来的品质因数数值是稳定的，并且在一次示例性的检测中，周围不存在异物，其品质因数值大于90，因此容易界定无线充电发射装置的周围是否存在异物。
图5a示出了根据本发明第二实施例的无线充电发射装置的电路示意图；图5b示出了根据图5a的谐振电路的中的开关S1的驱动电压和发射线圈的电流波形。
该无线充电发射装置300包括：第一输入端A和第二输入端B，第一输入端A和第二输入端B之间提供输入电压；滤波器310，至少包括串联在第一输入端A和第二输入端B之间的第一电感L1和第一电容Cpar；谐振腔320，至少包括串联在第一节点a和第二节点b之间的发射线圈Lp和第二电容Cser，谐振腔320经由第一节点a和第二节点b并联至第一电容Cpar的两端；以及开关S1，连接在第一节点a或第二节点b与第一电容Cpar之间，其中，开关S1被配置为在品质因数检测时断开。可选的，开关S1例如为绝缘栅双极型晶体管、双极型晶体管、绝缘栅型场效应管和继电器等多种开关中的任意一种，本申请对开关S1的具体类型不做限制。
作为一个示例，滤波器310还包括：连接在第二节点b和第二输入端B之间的第二电感L2，其中，在品质因数检测时，发射线圈Lp与第一电感L1、第二电感L2等效为单个电感。
应当理解，在滤波器310包含第一电感L1和第一电容Cpar的前提下，本申请对滤波器310的具体形式不做限制。例如，滤波器310是包含一个电容和两个电感的π形滤波器，或滤波器310是包含两个电容和一个电感的π形滤波器，无论滤波器310中包含多少个与谐振腔320并联的电容，只需要在电容与谐振腔之间串联一个开关，即可在品质因数检测时断开电容与谐振腔之间的连接，从而排除了并联的电容带来的多个谐振点的问题，可以准确地测量电路中所包含的各个电感的等效电感的品质因数，进而准确判断装置/电路周围是否存在异物。
进一步的，在谐振腔320至少包括发射线圈Lp和第二电容Cser的基础上，本申请对谐振腔320的具体形式不做限制，例如可参见图2a，谐振腔320包括发射线圈Lp和两个电容Cser，或参见图2b和2c，发射线圈Lp和第二电容Cser的位置是可以变换的。
在该实施例中，无线充电发射装置300还包括控制电路350，该控制电路350连接至开关S1的控制端，用于控制开关S1的导通与断开的电信号。开关S1例如是N沟道场效应晶体管，在检测品质因数时，加载到开关S1的控制端上的电信号为低电平，以断开开关S1，在传输功率时，加载到开关S1的控制端上的电信号为高电平，以导通开关S1。
作为一个示例，控制电路350包括第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第一电阻R1、第一电源V1和第二电源V2，其中，第五晶体管Q5的第一通路端用于提供第一信号VC1、第二通路端连接至参考地GND，第五晶体管Q5的控制端连接至第一电源V1；第六晶体管Q6的第一通路端连接至第二电源V2、第二通路端连接至开关S1的控制端以提供第二信号VC2(即开关控制信号)，第六晶体管Q6的控制端接收第一信号VC1；第五晶体管Q5的第一通路端经由第一电阻R1和R2连接至第二电源V2，其中，第二信号VC2用于控制开关S1的导通与断开，第一电源V1在检测品质因数时为低电平，从而提供低电平的第二信号VC2，以断开开关S1，第一电源V1在传输功率时为高电平，从而提供高电平的第二信号VC2，以导通开关S1。在该示例中，第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的沟道类型相反，例如，第五晶体管Q5是N型双极晶体管，第六晶体管Q6是P型双极晶体管。
在该示例中，具体的，在检测品质因数时，第一电源V1为低电平，从而第五晶体管Q5断开，第一信号Vc1为高电平，第六晶体管Q6断开，第二信号Vc2为低电平，因此开关S1断开；在传输功率时，第一电源V1为高电平，从而第五晶体管Q5导通，第一信号Vc1为高低电平，第六晶体管Q6导通，第二信号Vc2为高电平，因此开关S1导通。
可选的，控制电路320还包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及二极管D1。其中，二极管D1的正极连接至第二电源V2，负极连接至第六晶体管Q6的第一通路端；第二电阻R2连接在第五晶体管Q5的第一通路端和第二晶体管管Q2的控制端之间；第三电阻R3连接在第一电源V1和第五晶体管Q5的控制端之间；第四电阻R4连接在第六晶体管Q6的第二通路端和开关S1的控制端之间。
可选的，无线充电发射装置300还包括：连接在控制电路350的输出端(即第六晶体管Q6的第二通路端)与第二节点b之间的第二电容C3；以及连接在控制电路320的输出端与第二节点b之间的稳压二极管D2。
图5b示出了根据图5a的无线充电发射装置的开关S1的驱动电压和发射线圈电流的波形图。在图5b中，电压曲线为开关的控制端上的电压，电流曲线为发射线圈中的电流，当开关的控制端被施加稳定的电压时，发射线圈的电流是稳定的交变电流。
上文描述了本发明实施例的无线充电发射装置的一些示例，然而本发明实施例不限于此，还可能存在其他方式的扩展和变形。
再例如，可以采用其它类型的控制电路来控制开关的导通与断开，图4a所示的控制电路的形式是非必要的。进一步的，本申请实施例提供的控制电路中，可以调整其中所包含的元器件的类型，例如将开关替换为P沟道场效应晶体管，并相应的调整第一电源的时序，以达到检测品质因数时开关断开、在传输功率时开关导通的技术效果。
此外，应理解，本申请实施例还提供了一种谐振电路，该谐振电路的电路图可参照图5a所示的无线充电发射装置300，该谐振电路包括：第一输入端和第二输入端，第一输入端和第二输入端之间提供输入电压；滤波器，至少包括串联在第一输入端和第二输入端之间的第一电感和第一电容；开关，与第一电容串联连接，谐振腔，与第一电容和开关组成的支路并联连接，其中，在检测品质因数时，开关断开，以断开第一电容与谐振腔的连接。
该谐振电路可以应用在各种通信系统中，本申请实施例对此不作限定。例如应用于雷达设备、通信设备、导航设备、卫星地面站、电子对抗设备等。其中，通信系统例如但不限于为：全球移动通讯(global system of mobile communication,GSM)系统、码分多址(code division multiple access,CDMA)系统、宽带码分多址(wideband code divisionmultiple access,WCDMA)系统、通用分组无线业务(general packet radio service,GPRS)、长期演进(long term evolution,LTE)系统、LTE频分双工(frequency divisionduplex,FDD)系统、LTE时分双工(time division duplex,TDD)、通用移动通信系统(universal mobile telecommunication system,UMTS)、全球互联微波接入(worldwideinteroparability for microwave access,WiMAX)通信系统、无线局域网(wirelesslocal area network,WLAN)、第五代无线通信系统等。
图6示出了根据本发明实施例的品质因数的检测方法的流程图。该品质因数的检测方法用于检测无线充电发射装置或谐振电路中的发射线圈的品质因数，无线充电发射装置或谐振电路包括滤波器、开关和谐振腔，滤波器至少包括串联连接的第一电感和第一电容，开关与第一电容串联连接，谐振腔与第一电容和开关组成的支路并联连接。该品质因数的检测方法包括步骤S1和步骤S2。
在步骤S1中，在检测品质因数时，断开开关，以断开第一电容与谐振腔之间的连接，并检测品质因数。其中，若品质因数数值大于阈值，则判定为谐振电路周围不存在异物；执行步骤S2，若品质因数数值小于阈值，则判定为谐振电路周围存在异物，停止执行后续步骤。
在步骤S2中，在传输功率时，导通开关。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (14)

1.一种无线充电发射装置，其特征在于，包括：
第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端之间提供输入电压；
滤波器，连接在所述第一输入端和所述第二输入端之间，所述滤波器至少包括第一电感和第一电容；
开关，与所述第一电容串联连接；以及
谐振腔，与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，所述谐振腔向无线充电接收装置提供无线功率；
其中，所述开关被配置为在品质因数检测时断开。
2.根据权利要求1所述的无线充电发射装置，其特征在于，所述谐振腔包括串联连接的发射线圈和第二电容。
3.根据权利要求1所述的无线充电发射装置，其特征在于，所述滤波器还包括第二电感，所述第二电感连接到所述第二输入端。
4.根据权利要求1所述的无线充电发射装置，其特征在于，还包括：整流器，所述整流器的输入端接收输入信号，第一输出端连接至所述第一输入端，第二输出端连接至所述第二输入端，从而所述滤波器经由所述整流器接收整流后的所述输入电压。
5.根据权利要求1所述的无线充电发射装置，其特征在于，还包括：控制电路，提供开关控制信号至所述开关，以控制所述开关在品质因数检测时断开。
6.根据权利要求2所述的无线充电发射装置，其特征在于，还包括：检测电路，连接至所述谐振腔，在品质因数检测时，所述检测电路检测所述无线充电发射装置的品质因数。
7.根据权利要求6所述的无线充电发射装置，其特征在于，所述检测电路连接在所述发射线圈和所述第二电容之间，
其中，在品质因数检测时，所述检测电路检测所述发射线圈和所述第二电容之间的节点电压以得到品质因数。
8.根据权利要求6所述的无线充电发射装置，其特征在于，所述检测电路包括电流互感器或霍尔传感器，所述检测电路连接在所述发射线圈两端，以检测流过所述发射线圈的电流，从而得到品质因数。
9.一种谐振电路，其特征在于，包括：
第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端之间提供输入电压；
滤波器，至少包括串联在所述第一输入端和所述第二输入端之间的第一电感和第一电容；
开关，与所述第一电容串联连接，
谐振腔，与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，
其中，在检测品质因数时，所述开关断开，以断开所述第一电容与所述谐振腔的连接。
10.一种品质因数的检测方法，用于检测权利要求1-8任一项所述的无线充电发射装置或权利要求9所述的谐振电路中的品质因数，其特征在于，所述无线充电发射装置或谐振电路包括滤波器、开关和谐振腔，所述滤波器至少包括串联连接的第一电感和第一电容，所述开关与所述第一电容串联连接，所述谐振腔与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，所述品质因数的检测方法包括：
在传输功率中，所述开关导通，
在检测品质因数时，所述开关断开，以断开所述第一电容与所述谐振腔的连接。
11.一种处理器，其特征在于，所述处理器被配置为控制无线充电发射装置的一开关，
所述无线充电发射装置包括滤波器、开关和谐振腔，所述滤波器至少包括串联连接的第一电感和第一电容，所述开关与所述第一电容串联连接，所述谐振腔与所述第一电容和所述开关组成的支路并联连接，
其中，所述处理器被配置为检测无线充电发射装置的品质因数时断开所述开关。
12.根据权利要求11所述的处理器，其特征在于，所述处理器还包括检测电路，所述检测电路连接至所述无线充电发射装置的所述谐振腔，所述检测电路用于在品质因数检测时，检测所述谐振腔的电压或电流，以获得所述无线充电发射装置的品质因数。
13.根据权利要求11所述的处理器，其特征在于，所述处理器被配置为在功率传输时导通所述开关。
14.根据权利要求11所述的处理器，其特征在于，所述处理器还包括：
整流器，连接至所述滤波器；以及
控制电路，用于控制所述开关和/或所述整流器的晶体管的导通和断开。
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