CN114123550A - 异物检测电路及异物检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种异物检测电路及异物检测方法，所述方法包括：步骤a)建立无线电能传输系统中发射器和接收器之间的通信链路；步骤b)发射器和接收器基于磁性耦合进行无线电能传输；步骤c)测量接收器端的品质因子，并基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。通过本发明提供的异物检测电路及异物检测方法，解决了现有无法有效检测异物的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术，特别是涉及一种应用于无线电能传输系统中的异物检测电路及异物检测方法。
背景技术
随着技术的进步，无线电能传输已经成为移动终端(如移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器和/或其他类似终端)用于提供电能或对电池充电的有效和方便的机制。一个无线电能传输系统典型地包括一原边侧发射器及一副边侧接收器，所述原边侧发射器与所述副边侧接收器通过磁性耦合连接。
在正常的无线电能传输系统中，能量传输仅发生在原边侧发射器和副边侧接收器之间；但实际应用中，由于无线电能传输系统通常是处于一个开放的场景中(如具有无线充电功能的手机使用作为附件的充电器进行充电，手机和充电器是独立的可分离的产品形式)，原边侧发射器和副边侧接收器之间有时会存在异物(如硬币、回形针、钥匙或滤波片等)，而异物又会从磁场中消耗功率，并将自身加热到不安全的温度水平，这不仅会降低无线电能传输系统的功率传输效率，还会威胁用户人身安全。
鉴于此，有必要提供一种简单可靠的异物检测方法来在各种运行条件下提供快速而准确的解决方案。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种异物检测电路及异物检测方法，用于解决上述诸多问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种异物检测方法，应用于无线电能传输系统中，所述异物检测方法包括：
步骤a)建立无线电能传输系统中发射器和接收器之间的通信链路；
步骤b)发射器和接收器基于磁性耦合进行无线电能传输；
步骤c)测量接收器端的品质因子，并基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。
可选地，步骤c)在步骤b)之前和/或之后执行。
可选地，步骤c)在步骤b)之前执行时，步骤c)还包括：若判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则开启无线电能传输；若判断有异物存在于所述无线电能传输系统中，则不开启或限制无线电能传输。
可选地，步骤c)在步骤b)之后执行时，步骤c)还包括：若判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则继续无线电能传输；若判断有异物存在于所述无线电能传输系统中，则结束或限制无线电能传输。
可选地，通过限制传输功率来限制无线电能传输。
可选地，测量接收器端品质因子的方法包括：
向所述接收器中由接收线圈和谐振电容构成的谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡以得到具有谐振衰减包络的阻尼正弦波形；
比较阻尼正弦波形与阈值电压，并检测阻尼正弦波形的值等于阈值电压时的最后时刻；
根据所述最后时刻，确定与所述阻尼正弦波形的峰值对应的时刻，其中，所述峰值对应的时刻与所述最后时刻处于阻尼正弦波形的同一个周期内；
根据所述最后时刻、所述峰值对应的时刻和阈值电压确定阻尼正弦波形的峰值；
根据所述峰值对应的时刻及电压阶跃的电压值与所述峰值的比值来计算所述品质因子。
可选地，测量接收器端品质因子的方法包括：
向所述接收器中由接收线圈和谐振电容构成的谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡；
对所述谐振电路中的电容电压进行采样并得到采样电压信号；
对所述采样电压信号进行峰值保持以输出峰值电压信号，并同步将所述采样电压信号转换为方波信号；
对所述峰值电压信号和所述方波信号进行模数转换并同步采样，得到每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数；
根据每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数计算所述品质因子。
可选地，基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中的方法包括：比较所述品质因子和设定值，在所述品质因子小于所述设定值时，判定有异物存在于所述无线电能传输系统中，反之，则判定无异物存在于所述无线电能传输系统中。
可选地，得到所述设定值的方法包括：
在无异物时，测量不同中心间距下所述接收器端的品质因子，并从中选取最小值作为设定品质因子；
将所述设定品质因子与设定百分比的乘积作为所述设定值；
其中，所述中心间距是指所述发射器的发射线圈中心与所述接收器的接收线圈中心之间的距离。
可选地，重复多组测量以得到多个所述最小值，并对多个所述最小值求平均以得到所述设定品质因子。
可选地，所述设定百分比不大于100％。
本发明还提供了一种异物检测电路，设置于无线电能传输系统的接收器中，所述异物检测电路包括：激励注入模块及异物检测模块，耦接至所述无线电能传输系统中接收器的谐振电路，所述谐振电路包括串联的接收线圈和谐振电容；其中，
所述激励注入模块向所述谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡；
所述异物检测模块则基于所述谐振电路的自激振荡测量所述接收器端的品质因子，并基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。
可选地，所述异物检测模块还进行异物检测时机控制，及根据异物有无进行传输控制。
如上所述，本发明的一种异物检测电路及异物检测方法，可在电能开始传输之前和/或电能传输过程中进行，通过采用接收器端的品质因子进行异物检测，大大降低了检测误差，提高了检测精度。
附图说明
图1显示为无线电能传输系统的框图。
图2显示为发射器和接收器部分的电路图。
图3显示为异物检测电路的一种电路图。
图4显示为阻尼正弦波形的波形图。
图5显示为异物检测电路的另一种电路图。
图6显示为异物检测方法的一种流程图。
图7显示为异物检测方法的另一种流程图。
图8显示为发射器和接收器之间存在异物时的示意图。
元件标号说明
10 电源
20 发射器
201 电压转换电路
202 TX谐振电路
203 TX通信电路
204 TX控制电路
30 接收器
301 RX谐振电路
302 整流电路
303 RX通信电路
304 RX控制电路
40 负载
50 异物检测电路
501 激励注入模块
502 异物检测模块
502a 电压采样单元
502b 比较器
502c 峰值采样保持单元
502d ADC采样转换单元
502e 控制器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本实施例所述异物检测电路及方法应用于无线电能传输系统，其中，所述无线电能传输系统的框图如图1所示，包括级联在电源10和负载40之间的发射器20及接收器30，所述发射器20包括电压转换电路201及TX谐振电路202，所述接收器30包括RX谐振电路301及整流电路302，所述电压转换电路201耦接于所述电源10和所述TX谐振电路202之间，所述整流电路302耦接于所述RX谐振电路301和所述负载40之间。
其中，所述电源10可以为电源适配器，用于将220V的交流市电转换为直流电(如5V、10V等)；也可以为可再生电源，如太阳能电池板；还可以为能量存储装置，如可充电电池，燃料电池和/或其他类型的能量存储装置。所述电压转换电路201为由开关管S1-S4构成的DC-AC转换器，用于将所述电源10输出的直流电转换为交流电；所述TX谐振电路202包括串联的谐振电容Cp和发射线圈L1，用于在接收到所述电压转换电路201输出的交流电后产生交变磁场(如图2所示)。所述RX谐振电路301包括串联的谐振电容Cs和接收线圈L2，用于接收所述TX谐振电路202产生的交变磁场并输出交流电；所述整流电路302为由开关器件S5-S8构成的同步整流器，用于将所述RX谐振电路301输出的交流电进行整流后输出(如图2所示)。所述负载40可以为电能消耗装置，也可以为一个可充电电池和/或多个串联或并联的可充电电池。可选地，所述开关管S1-S4为N型管；所述开关器件S5和S7为P型管，所述开关器件S6和S8为N型管。需要注意的是，所述开关器件S5和S7也可以为N型管，所述开关器件S6和S8也可以为P型管，这对本实施例没有影响。
此外，为了控制无线电能传输过程，所述发射器20还包括TX通信电路203及TX控制电路204，所述接收器30还包括RX通信电路303及RX控制电路304，所述TX控制电路204耦接于所述TX通信电路203和所述电压转换电路201及所述电源10之间，所述RX控制电路304耦接于所述RX通信电路303和所述整流电路302之间；其中，所述TX通信电路203和所述RX通信电路303之间可以通过蓝牙(bluetooth)、无线宽带(wireless-fidelity WiFi)、紫蜂协议(Zigbee)、射频识别技术(radio frequency identification，RFID)、远程(long range，Lora)无线技术和近距离无线通信技术(near field communication，NFC)等实现无线通信，所述TX控制电路204和所述RX控制电路304则主要用于数据处理和传输控制。
实际应用中，所述发射器20可位于一充电器内，所述接收器30可嵌入一电子设备中；当所述电子设备靠近所述充电器放置时，也即，所述接收器30靠近所述发射器20放置时，所述发射器20和所述接收器30先建立通信连接并完成传输配置，之后所述发射器20通过磁场与所述接收器30磁性耦合，如此，来自电源10的电能可被无线传输至所述负载40。
为了实现异物检测，如图3和图5所示，本实施例提供一种异物检测电路50，设置于无线电能传输系统的接收器中，所述异物检测电路50包括：激励注入模块501及异物检测模块502，耦接至所述无线电能传输系统中接收器30的谐振电路，即RX谐振电路301，所述RX谐振电路301包括串联的接收线圈L2和谐振电容Cs；其中，所述激励注入模块501向所述RX谐振电路301施加具有电压阶跃的激励，并使所述RX谐振电路301产生自激振荡；所述异物检测模块502则基于所述RX谐振电路301的自激振荡测量所述接收器30端的品质因子Q，并基于所述品质因子Q判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。进一步的，所述异物检测模块502还进行异物检测时机控制，及根据异物有无进行传输控制。
一示例中，如图3所示，所述激励注入模块501包括一开关S0及一直流电源，所述直流电源通过所述开关S0耦接至所述RX谐振电路301；所述异物检测模块502则采用控制器来实现，其中，所述控制器除了用于异物检测外，还用于配置所述开关S0和所述整流电路302中的开关器件S5-S8。可选的，为了简化系统组成，所述控制器的功能可由所述RX控制电路304来实现。
进一步的，所述控制器还用于异物检测时机控制，如控制异物检测是在电能开始传输之前进行还是在电能传输过程中进行，具体可通过控制器向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和/或所述电压转换电路201来实现。
所述控制器还用于根据异物有无进行传输控制；具体为：
当异物检测在电能开始传输之前进行时，若所述控制器判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来开启无线电能传输，反之，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来不开启或限制无线电能传输；
当异物检测在电能传输过程中时，若所述控制器判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来继续无线电能传输，反之，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来结束或限制无线电能传输。
具体应用时，具有电压阶跃的激励通过两步施加到所述RX谐振电路301中：第一步，所述开关S0连通，所述直流电源提供的直流电压Vdc施加到所述RX谐振电路301中，响应所述直流电压Vdc，电流从所述直流电源通过所述谐振电容Cs、所述接收线圈L2和所述开关器件S6流到地；第二步，所述开关S0断开，所述RX谐振电路301的两端通过开关器件S6和S8接地，电流在由开关器件S8、谐振电容Cs、接收线圈L2和开关器件S6构成的导电回路中流动；通过连通和断开所述开关S0，电压阶跃(从Vdc到0)被施加到所述RX谐振电路301中，响应该电压阶跃，在所述RX谐振电路301中产生具有谐振衰减包络的阻尼正弦波形(如图4所示)。
所述控制器则用于检测该阻尼正弦波形，并检测所述阻尼正弦波形的值等于阈值电压时的最后时刻，以根据所述最后时刻确定与所述阻尼正弦波形的峰值对应的时刻，其中，所述峰值对应的时刻与所述最后时刻处于阻尼正弦波形的同一个周期内；及根据所述最后时刻、所述峰值对应的时刻和阈值电压确定阻尼正弦波形的峰值，并根据所述峰值对应的时刻及电压阶跃的电压值与所述峰值的比值来计算所述品质因子Q，以此判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。
其中，所述品质因子Q的具体计算方法：如图4所示，t2为阻尼正弦波形的值等于阈值电压Vth的最后时刻，t1为与阻尼正弦波形的峰值相对应的时刻，t1和t2处于阻尼正弦波形的同一个周期内；时刻t1可表示为t1＝N×T (公式1)，其中，T为阻尼正弦波形的周期，N为振荡周期数，本示例中N等于4；峰值y1可表示为
根据所述阻尼正弦波形，峰值y1还可以表示为
其中，Vdc为直流电源提供的直流电压，τ为阻尼正弦波形的时间常数；公式3可简化为
公式4可进一步表示为
根据时间常数的定义，τ可表示为
其中，L为所述RX谐振电路的等效电感，R为所述RX谐振电路的等效电阻；将公式6代入公式5，可得
所述RX谐振电路的品质因子Q可表示为
其中，f为阻尼正弦波形的频率；将公式7代入公式8，可得
另一示例中，如图5所示，所述激励注入模块501包括一开关S0及一直流电源，所述直流电源通过所述开关S0耦接至所述RX谐振电路301；所述异物检测模块502包括一开关S1、一电压采样单元502a、一比较器502b、一峰值采样保持单元502c、一ADC采样转换单元502d及一控制器502e，所述电压采样单元502a通过所述开关S1耦接至所述RX谐振电路301，所述比较器502b的一输入端耦接所述电压采样单元502a的输出端，所述比较器502b的另一输入端耦接参考电压Vref，所述比较器502b的输出端耦接所述ADC采样转换单元502d的一输入端，所述峰值采样保护单元502c的输入端耦接所述电压采样单元502a的输出端，所述峰值采样保护单元502c的输出端耦接所述ADC采样转换单元502d的另一输入端，所述ADC采样转换单元502d的输出端耦接至所述控制器502e；其中，所述控制器除了用于异物检测外，还用于配置开关S0、S1和所述整流电路302中的开关器件S5-S8。具体的，所述电压采样单元502a采用电阻分压方式实现。可选的，为了简化系统组成，所述控制器502e的功能可由所述RX控制电路304来实现。
进一步的，所述控制器502e还用于异物检测时机控制，如控制异物检测是在电能开始传输之前进行还是在电能传输过程中进行，具体可通过控制器向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和/或所述电压转换电路201来实现。
所述控制器502e还用于根据异物有无进行传输控制；具体为：
当异物检测在电能开始传输之前进行时，若所述控制器502e判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来开启无线电能传输，反之，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来不开启或限制无线电能传输；
当异物检测在电能传输过程中时，若所述控制器502e判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来继续无线电能传输，反之，则通过向所述TX控制电路204发送指令以控制所述电源10和所述电压转换电路201来结束或限制无线电能传输。
具体应用时，第一步，所述开关S0连通，所述开关S1断开，所述直流电源提供的直流电压Vdc施加到所述RX谐振电路301中，响应所述直流电压Vdc，电流从所述直流电源通过所述谐振电容Cs、所述接收线圈L2和所述开关器件S6流到地；第二步，所述开关S0断开，所述开关S1连通，所述RX谐振电路301的两端通过开关器件S6和S8接地，电流在由开关器件S8、谐振电容Cs、接收线圈L2和开关器件S6构成的导电回路中流动；通过连通和断开所述开关S0，电压阶跃(从Vdc到0)被施加到所述RX谐振电路301中，响应该电压阶跃，所述RX谐振电路301产生自激振荡。
与此同时，所述电压采样单元502利用电阻分压对所述谐振电容Cs的电容电压进行采样以得到采样电压信号，所述比较器502b基于参考电压Vref将所述采样电压信号转换为方波信号，所述峰值采样保护单元502c则同步对所述采样电压信号进行峰值保持以输出峰值电压信号，所述ADC采样转换单元502d对所述峰值电压信号和所述方波信号进行模数转换并同步采样以得到每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数，所述控制器502e则根据每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数计算所述品质因子Q，并以此判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。
其中，所述品质因子Q的具体计算方法：所述RX谐振电路301产生的自激振荡等效于向其中注入了一个阶跃信号，根据串联谐振阶跃响应公式可以得到：
其中，
将公式1进行运算变换可以得到根据每个波峰的峰值电压及其对应所在周期计算品质因子Q：
其中，Vp(1)和Vp(2)为任意两个相邻波峰的峰值电压；当然，上述公式也可以变形为
其中，Vp(1)和Vp(2)为任意两个间隔时间为N个振荡周期的波峰的峰值电压。
如图6和图7所示，本实施例提供一种异物检测方法，应用于无线电能传输系统中，所述异物检测方法包括：
步骤a)建立无线电能传输系统中发射器和接收器之间的通信链路；
步骤b)发射器和接收器基于磁性耦合进行无线电能传输；
步骤c)测量接收器端的品质因子，并基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。
其中，步骤c)可在步骤b)之前执行，即在电能开始传输之前进行异物检测，此时，各步骤的执行顺序为：步骤a)、步骤c)、步骤b)(如图6所示，忽略其中虚线所示的循环)；当然，步骤c)也可在步骤b)之后执行，即在电能传输过程中进行异物检测，此时，各步骤的执行顺序为：步骤a)、步骤b)、步骤c)(如图7所示)；当然，步骤c)还可既在步骤b)之前执行，又在步骤b)之后执行，即在电能开始传输之前和在电能传输过程中均进行异物检测，此时，各步骤的执行顺序为：步骤a)、步骤c)、步骤b)、步骤c)(如图6所示)。
进一步的，当步骤c)在步骤b)之前执行时，步骤c)还包括：若判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则开启无线电能传输；若判断有异物存在于所述无线电能传输系统中，则不开启或限制无线电能传输(如图6所示)；其中，通过限制传输功率来限制无线电能传输。当步骤c)在步骤b)之后执行时，步骤c)还包括：若判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则继续无线电能传输；若判断有异物存在于所述无线电能传输系统中，则结束或限制无线电能传输(如图7所示)；其中，通过限制传输功率来限制无线电能传输。更进一步的，无论步骤c)是在步骤b)之前执行还是之后执行，当判断有异物存在于所述无线电能传输系统中时，步骤c)还产生报警提醒以通知用户。
步骤a)中，所述发射器通过向所述接收器发送唤醒命令(如ping命令)来唤醒所述接收器，并与其建立通信链路。进一步的，在所述接收器被唤醒后，所述接收器会配置所述发射器的相关电能传输参数，如传输功率等。
步骤c)中，测量接收器端品质因子的方法包括：向所述接收器中由接收线圈和谐振电容构成的谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡以得到具有谐振衰减包络的阻尼正弦波形；比较阻尼正弦波形与阈值电压，并检测阻尼正弦波形的值等于阈值电压时的最后时刻；根据所述最后时刻，确定与所述阻尼正弦波形的峰值对应的时刻，其中，所述峰值对应的时刻与所述最后时刻处于阻尼正弦波形的同一个周期内；根据所述最后时刻、所述峰值对应的时刻和阈值电压确定阻尼正弦波形的峰值；根据所述峰值对应的时刻及电压阶跃的电压值与所述峰值的比值来计算所述品质因子。当然，步骤c)还可通过另外一种方法测量接收器端的品质因子，该方法包括：向所述接收器中由接收线圈和谐振电容构成的谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡；对所述谐振电路中的电容电压进行采样并得到采样电压信号；对所述采样电压信号进行峰值保持以输出峰值电压信号，并同步将所述采样电压信号转换为方波信号；对所述峰值电压信号和所述方波信号进行模数转换并同步采样，得到每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数；根据每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数计算所述品质因子。需要注意的是，由于这两种计算品质因子Q的过程在前文已详细描述，故此处不再赘述。
步骤c)中，基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中的方法包括：比较所述品质因子和设定值，在所述品质因子小于所述设定值时，判定有异物存在于所述无线电能传输系统中，反之，则判定无异物存在于所述无线电能传输系统中。
进一步的，得到所述设定值的方法包括：在无异物时，测量不同中心间距下所述接收器端的品质因子，并从中选取最小值作为设定品质因子；将所述设定品质因子与设定百分比的乘积作为所述设定值；其中，所述中心间距是指所述发射器的线圈中心与所述接收器的线圈中心之间的距离。需要注意的是，对于相同设备(即发射器的线圈相同，接收器的线圈也相同)，由于品质因子的变化趋势相同，故可仅对一定数量(如30个)的设备测量不同中心间距下所述接收器端的品质因子，并从中找到品质因子最小时所对应的中心间距；之后只需测量该中心间距下其他设备所对应的接收器端品质因子即可作为设定品质因子。更进一步的，可重复多组测量以得到多个所述最小值，并对多个所述最小值求平均以得到所述设定品质因子。可选的，所述设定百分比不大于100％，例如，所述设定百分比为80％，当然，也可根据具体需求，将所述设定百分比设为85％、75％等。
下面请结合图8，基于实测数据来对本实施例所述异物检测装置及方法的性能进行说明；其中，X距离是指发射器的发射线圈中心与接收器的接收线圈中心之间的水平距离，Z距离是指发射器的发射线圈中心距离其表面的垂直距离，FO是指发射器的发射线圈中心与异物中心之间的水平距离。
以异物为铝环为例，调整X距离和FO距离，测得的发射器端品质因子Qp和接收器端品质因子Qs的数据如表1；其中，以无异物时测得的最小Qp和Qs的80％作为设定值，发射器端的设定值为74.3107*80％＝59.44856，接收器端的设定值为26.074*80％＝20.8592；
由表1可知，利用Qp进行异物检测时，会存在较大检测误差，使得一些情况下的异物无法被检测出(表中标有*的即为无法检测出异物的)；可见，相较于Qp，通过Qs来进行异物检测时，检测误差被大大降低，检测精度被大大提升。可能的原因是接收端的线圈相较发射端的线圈距离异物更近。
表1
综上所述，本发明的一种异物检测电路及异物检测方法，可在电能开始传输之前和/或电能传输过程中进行，通过采用接收器端的品质因子进行异物检测，大大降低了检测误差，提高了检测精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种异物检测方法，应用于无线电能传输系统中，其特征在于，所述异物检测方法包括：
步骤a)建立无线电能传输系统中发射器和接收器之间的通信链路；
步骤b)发射器和接收器基于磁性耦合进行无线电能传输；
步骤c)测量接收器端的品质因子，并基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。
2.根据权利要求1所述的异物检测方法，其特征在于，步骤c)在步骤b)之前和/或之后执行。
3.根据权利要求2所述的异物检测方法，其特征在于，步骤c)在步骤b)之前执行时，步骤c)还包括：
若判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则开启无线电能传输；
若判断有异物存在于所述无线电能传输系统中，则不开启或限制无线电能传输。
4.根据权利要求2所述的异物检测方法，其特征在于，步骤c)在步骤b)之后执行时，步骤c)还包括：
若判断无异物存在于所述无线电能传输系统中，则继续无线电能传输；
若判断有异物存在于所述无线电能传输系统中，则结束或限制无线电能传输。
5.根据权利要求3或4所述的异物检测方法，其特征在于，通过限制传输功率来限制无线电能传输。
6.根据权利要求1所述的异物检测方法，其特征在于，测量接收器端品质因子的方法包括：
向所述接收器中由接收线圈和谐振电容构成的谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡以得到具有谐振衰减包络的阻尼正弦波形；
比较阻尼正弦波形与阈值电压，并检测阻尼正弦波形的值等于阈值电压时的最后时刻；
根据所述最后时刻，确定与所述阻尼正弦波形的峰值对应的时刻，其中，所述峰值对应的时刻与所述最后时刻处于阻尼正弦波形的同一个周期内；
根据所述最后时刻、所述峰值对应的时刻和阈值电压确定阻尼正弦波形的峰值；
根据所述峰值对应的时刻及电压阶跃的电压值与所述峰值的比值来计算所述品质因子。
7.根据权利要求1所述的异物检测方法，其特征在于，测量接收器端品质因子的方法包括：
向所述接收器中由接收线圈和谐振电容构成的谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡；
对所述谐振电路中的电容电压进行采样并得到采样电压信号；
对所述采样电压信号进行峰值保持以输出峰值电压信号，并同步将所述采样电压信号转换为方波信号；
对所述峰值电压信号和所述方波信号进行模数转换并同步采样，得到每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数；
根据每个波峰的峰值电压及其对应所在周期数计算所述品质因子。
8.根据权利要求1所述的异物检测方法，其特征在于，基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中的方法包括：比较所述品质因子和设定值，在所述品质因子小于所述设定值时，判定有异物存在于所述无线电能传输系统中，反之，则判定无异物存在于所述无线电能传输系统中。
9.根据权利要求8所述的异物检测方法，其特征在于，得到所述设定值的方法包括：
在无异物时，测量不同中心间距下所述接收器端的品质因子，并从中选取最小值作为设定品质因子；
将所述设定品质因子与设定百分比的乘积作为所述设定值；
其中，所述中心间距是指所述发射器的发射线圈中心与所述接收器的接收线圈中心之间的距离。
10.根据权利要求9所述的异物检测方法，其特征在于，重复多组测量以得到多个所述最小值，并对多个所述最小值求平均以得到所述设定品质因子。
11.根据权利要求9所述的异物检测方法，其特征在于，所述设定百分比不大于100％。
12.一种异物检测电路，设置于无线电能传输系统的接收器中，其特征在于，所述异物检测电路包括：激励注入模块及异物检测模块，耦接至所述无线电能传输系统中接收器的谐振电路，所述谐振电路包括串联的接收线圈和谐振电容；其中，
所述激励注入模块向所述谐振电路施加具有电压阶跃的激励，并使所述谐振电路产生自激振荡；
所述异物检测模块则基于所述谐振电路的自激振荡测量所述接收器端的品质因子，并基于所述品质因子判断是否有异物存在于所述无线电能传输系统中。
13.根据权利要求12所述的异物检测电路，其特征在于，所述异物检测模块还进行异物检测时机控制，及根据异物有无进行传输控制。
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