CN114788132A - 无线功率传输系统中的异物检测 - Google Patents

Abstract

一种功率发射器(101)包括驱动器(201)，所述驱动器生成针对发射器线圈的驱动信号，以在功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号。一组平衡检测线圈(207、209)包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿。异物检测器(205)被耦合到检测线圈并且在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测。所述异物检测器(205)被布置为响应于来自检测线圈的信号的特性满足异物检测准则而检测异物。变压器(1101)具有初级绕组和与所述一组平衡检测线圈串联耦合的次级绕组。补偿电路(1103)被耦合到所述初级绕组并且被布置为生成针对所述初级绕组的补偿驱动信号，所述补偿驱动信号偏移所述一组检测线圈的组合电压。

Description

无线功率传输系统中的异物检测

技术领域

本发明涉及无线功率传输系统中的异物检测，并且具体地但非排他地，涉及针对向较高功率设备(例如，厨房器具)提供感应功率传输的功率发射器的异物检测。

背景技术

当今的大多数电气产品需要专用的电接触以便从外部电源供电。然而，这倾向于是不切实际的并且需要用户物理地插入连接器或以其他方式建立物理电接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有它们自己的专用电源，导致通常用户具有大量不同的电源，每个电源专用于特定设备。尽管使用内部电池可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但这仅提供部分解决方案，因为电池将需要再充电(或更换)。电池的使用也可能显著增加设备的重量和潜在的成本和尺寸。

为了提供显著改善的用户体验，已经提出使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器感应器感应地传送到各个设备中的接收器线圈。

通过磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用于在初级发射器线圈与次级接收器感应器/线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级发射器线圈和次级接收器线圈，基于松散耦合的变压器的原理，这些之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许到设备的无线功率传输，而不需要进行任何电线或物理电连接。实际上，其可以简单地允许将设备放置在发射器线圈附近或之上，以便从外部再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，在该水平表面上可以简单地放置设备以便被供电。

此外，可以有利地设计这样的无线功率传输设备，使得功率发射器设备可以与一系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经定义了称为Qi规范的无线功率传输方法，并且目前正在进一步开发。该方法允许符合Qi规范的功率发射器设备与也满足Qi规范的功率接收器设备一起使用，而不是必须来自同一制造商或必须对彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适应特定功率接收器设备的一些功能(例如，取决于特定的功率抽取)。

Qi规范由无线充电联盟(Wireless Power Consortium)开发，并且更多信息可以在他们的网站上找到：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，在其上特别是可以找到定义的规范文档。

无线功率传输的潜在问题是功率可能无意地被转移到例如碰巧位于功率发射器附近的金属物体。例如，如果将诸如硬币、钥匙、戒指等的异物放置在被布置为接收功率接收器的功率发射器平台上，则由发射器线圈生成的磁通量将在金属物体中引入涡电流，这将导致物体升温。热量增加可能非常显著并且可能非常不利。

为了降低出现这种情况的风险，已经提出引入异物检测，其中，功率发射器可以检测到异物的存在并且当发生肯定性检测时降低发射功率和/或生成用户警告。例如，Qi系统包括用于检测异物的功能，以及用于在检测到异物时降低功率的功能。具体地，Qi规范版本1.2.1，第11节描述了检测异物的各种方法。

在WO 2015018868A1中公开了一种检测这样的异物的方法。在WO 2012127335中提供了另一个示例，其公开了一种基于确定未知功率损耗的方法。在所述方法中，功率接收器和功率发射器都测量它们的功率，并且接收器将其测得的接收功率传送到功率发射器。当功率发射器检测到发射器发送的功率与接收器接收的功率之间的显著差异时，可能潜在地存在不需要的异物，并且出于安全原因可以减少或中止功率传输。该功率损耗方法需要由功率发射器和功率接收器执行的同步的准确功率测量。

例如，在Qi功率传输标准中，功率接收器估计其接收功率，例如通过测量经整流的电压和电流，将它们相乘并且加上功率接收器中的内部功率损耗的估计(例如，作为接收器的一部分的整流器、接收器线圈、金属部件等的损耗)。功率接收器以例如每四秒的最小速率向功率发射器报告所确定的接收功率。

功率发射器估计其发射功率，例如通过测量逆变器的DC输入电压和电流，将它们相乘并通过减去发射器中内部功率损耗(例如作为功率发射器的一部分的逆变器、初级线圈和金属部件中的估计功率损耗)的估计来校正结果。

功率发射器可以通过从发射功率中减去报告的接收功率来估计功率损耗。如果差值超过阈值，则发射器将假设在异物中消耗太多功率，并且然后它可以进行终止功率传输。

或者，已经提出测量由初级线圈和次级线圈形成的谐振电路的质量因子或Q因子以及相应的电容和电阻。测量的Q因子的减少可以指示存在异物。该方法通常在功率传输之前使用。

实际上，使用Qi规范中描述的方法倾向于难以获得足够的检测精度。关于具体的当前操作条件的许多不确定性加剧了这种困难。

例如，特定问题是友好金属(即实施功率接收器或功率发射器的设备的金属部件)的潜在存在，因为这些项的磁和电性质可能是未知的(并且在不同的设备之间变化)，因此可能难以补偿。

此外，即使相对少量的功率在金属异物中耗散，也可能导致不希望的加热。因此，有必要检测发送和接收功率之间的更加小的功率差异，并且当功率传输的功率水平增加时这可能是特别困难的。

在许多情况下，Q因子退化方法对于检测金属物体的存在具有更好的灵敏度。然而，它可能仍然不能提供足够的精度，并且例如也可能受到友好金属的影响。

异物检测的性能取决于实际执行测试时存在的特定操作条件。例如，如Qi规范中所述，如果在功率传输初始化过程的选择阶段执行异物检测测量，则功率发射器为测量提供的信号必须足够小以防止其唤醒上电源接收器。然而，对于这样一个小信号，信噪比通常不好，导致测量精度降低。

另一个问题是，异物检测通常是一种非常敏感的测试，期望在正在执行测试的操作条件和场景可能有很大变化的环境中检测由异物的存在引起的相对较小的变化。

针对更高的功率水平传输，这些问题倾向于被放大，而无线功率的当前发展趋势倾向于朝着更高的功率水平传输。例如，无线功率联盟正在开发无线厨房规范，旨在支持高达2000W或者甚至更高的高功率水平。对于更高的功率水平，异物检测算法需要更准确，以防止将异物加热到安全温度之上。实际上，温升是由绝对功率水平给出的，并且因此对于更高的功率水平，需要检测的相对功率损耗可能大大降低。

在WO2019053194中已经提出，在功率传输操作期间，在功率接收器的负载被关断的时隙中进行异物检测，从而实现在要被检测的异物中消耗更小的绝对功率水平。然而，在异物检测期间断开负载在许多高功率应用中可能是有问题的，因为断开开关通常会引入额外的损耗和/或增加成本。此外，对于许多应用，实施这种断开是不可行的，例如，如果负载是由功率发射器加热的加热元件，其生成的电磁场直接在加热元件中生成涡流。

此外，对于更高的功率水平，异物检测的检测的准确度变得越来越重要，因此对准确测量方法的要求也越来越严格。实际上，许多适用于低功率使用的异物检测方法不适合检测更高的功率传输。

用于异物检测的当前方法和测量倾向于次优，并且在某些场景下并且示例可能提供低于最佳性能。特别地，它们可能导致异物的存在未被检测到，或者当没有异物存在时导致异物的错误检测。此外，更准确的方法往往是复杂和昂贵的。

因此，改进的物体检测将是有利的，并且特别地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、改进的物体检测、更少的错误检测和漏检、向后兼容性、改进的稳定性和更高功率水平传输、和/或改进的性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明寻求单独地或以任何组合来优选地减弱、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于经由感应功率传输信号来向功率接收器无线的提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：发射器线圈；用于生成针对所述发射器线圈的驱动信号的驱动器，所述驱动器被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围(time frame)的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔内生成电磁测试信号；串联耦合的一组平衡检测线圈，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；异物检测器，其被耦合到所述一组平衡检测线圈并被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；变压器，其具有初级绕组和次级绕组，所述次级绕组与所述一组平衡检测线圈串联耦合；以及补偿电路，其被耦合到所述初级绕组并且被布置为生成针对所述初级绕组的补偿驱动信号，所述补偿驱动信号将所述一组检测线圈的组合电压偏移。

在许多实施例中，本发明可以提供改进的异物检测。在许多场景和系统中，可以实现更准确的异物检测。所述方法在许多实施例中可以降低复杂性。具体而言，所述方法可能特别适用于改进较高功率水平的功率传输系统中的异物检测。

所述方法可以允许在功率传输阶段期间提高异物检测测试的准确性和/或可靠性。在许多实施例中，所述方法可以减少异物检测测试的不确定性，从而提高性能。

在许多实施例中，所述方法可以降低对实现方式不准确性的敏感性，例如检测线圈的几何形状的不平衡和变化。

在许多实施例和场景中，本发明可以提供改进和/或便利的异物检测。当使用平衡检测线圈时，所述方法可以提供用于提高检测准确度的特别有效的方法。它可以非常适合与生成待评估信号的第一变压器一起使用，但是也可以在没有这样的变压器的情况下使用。

补偿方法尤其可以允许和/或改进对异物的位置估计。

所述重复时间范围的异物检测时间间隔可以具体地被定时为与功率传输信号的零交叉相符合地(其包括零交叉)被同步。可以生成补偿驱动信号，使得所述次级绕组生成偏移/至少部分抵消第一组平衡检测线圈的组合电压的信号。包括补偿驱动信号可以被生成使得为当不存在异物时导致组合电压的偏移/至少部分消除。

在许多实施例中，异物检测时间间隔的持续时间不超过所述时间范围的持续时间的5％、10％或20％。在许多实施例中，所述(一个或多个)异物检测时间间隔的持续时间不小于所述时间范围的70％、80％或90％。所述(一个或多个)异物检测时间间隔的持续时间在许多情况下可以不超过5msec、10msec或50msec。

检测线圈的平衡在于检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿。两个平衡检测线圈上的组合电压低于两个平衡检测线圈中的每个上的电压中最大的电压。补偿可以是两个信号的至少部分抵消。

所述次级绕组可能比所述初级绕组具有更少的匝数。

如果来自检测线圈的相位和/或幅值信号超过阈值，则所述异物检测器可以被布置为确定检测到异物。

电磁测试信号也可以称为测试电磁场并且这些术语可以被认为是可互换的。检测线圈/绕组串联耦合意味着通过检测线圈/绕组的电流是相同的。

根据本发明的任选的特征，平衡检测线圈组与次级绕组之间的耦合的组合电阻小于100欧姆。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。在一些实施例中，所述一组平衡检测线圈与所述次级绕组之间的耦合的组合电阻小于50、10、5或1欧姆。电阻可以是(串联)耦合/连接的阻抗的电阻(实部)分量。

根据本发明的任选的特征，所述次级绕组的匝数不小于所述初级绕组的匝数的十分之一。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述补偿电路被布置为在异物检测时间间隔期间生成补偿驱动信号以具有与驱动信号的频率相匹配的频率。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的补偿，从而导致改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述补偿电路被布置为动态地调整所述驱动信号的参数，所述参数是所述驱动信号的电压幅值和相位中的至少一个。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的补偿，从而导致改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述补偿电路被布置为改变所述驱动信号的参数以确定参考参数值，针对所述参考参数值，来自第一次级绕组的信号具有最小幅值，并且所述补偿电路被布置为将驱动信号设置为在执行异物检测时的参考参数值。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的补偿，从而导致改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选特征，所述装置包括：多组平衡检测线圈，包括所述一组平衡检测线圈和至少第二组平衡检测线圈，所述第二组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；开关电路，其用于将所述多个平衡检测线圈中的一个平衡检测线圈通过串联耦合而在时间上顺序地耦合到所述次级绕组；并且其中，所述补偿电路被布置为根据哪组平衡检测线圈被耦合到所述次级绕组而针对所述驱动信号应用不同的参数值。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的补偿，从而导致改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，在异物检测时间间隔期间所述驱动信号的频率不低于高出在功率传输时间间隔期间所述驱动信号的频率的50％。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。它可以具体地提供由功率接收器的负载引起的负载的减小的影响并且例如使谐振负载失谐。在许多实施例中，负载的减少的影响可以导致更准确的异物检测。

在一些实施例中，在异物检测时间间隔期间的驱动信号的频率比在功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率高出不少于100％，甚至200％。

根据本发明的任选的特征，在异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的50％。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。它可以具体地提供由功率接收器的负载引起的负载的减小的影响并且例如使谐振负载失谐。在许多实施例中，负载的减少的影响可以导致更准确的异物检测。

在一些实施例中，在异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的25％或10％。

根据本发明的任选的特征，驱动信号的电压幅值在异物检测时间间隔期间是恒定的。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的方面，提供了一种操作功率发射器以无线地经由功率传输信号向功率接收器提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：发射器线圈；串联耦合的一组平衡检测线圈，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；变压器，其具有初级绕组和次级绕组，所述次级绕组与所述一组平衡检测线圈串联耦合；所述方法包括：用于生成针对所述发射器线圈的驱动信号的驱动器，所述驱动器被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔内生成电磁测试信号；异物检测器，其被耦合到所述一组平衡检测线圈并被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；补偿电路，其被耦合到所述初级绕组并且被布置为生成针对所述初级绕组的补偿驱动信号，所述补偿驱动信号将所述一组检测线圈的组合电压偏移。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于经由感应功率传输信号来向功率接收器无线的提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：发射器线圈；用于生成针对所述发射器线圈的驱动信号的驱动器，所述驱动器被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔内生成电磁测试信号；串联耦合的第一组平衡检测线圈，所述第一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；第一变压器，其具有第一次级绕组和第一初级绕组，所述第一初级绕组与所述第一组平衡检测线圈串联耦合；异物检测器，其被耦合到所述第一次级绕组并且被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器被布置为响应于来自所述第一次级绕组的信号的特性符合异物检测准则而检测异物。

在许多实施例中，所述方法可以提供改进的异物检测。在许多场景和系统中，可以实现更准确的异物检测。所述方法在许多实施例中可以降低复杂性。具体而言，所述方法可能特别适用于改进较高功率水平的功率传输系统中的异物检测。

所述方法可以允许在功率传输阶段期间提高异物检测测试的准确性和/或可靠性。在许多实施例中，所述方法可以减少异物检测测试的不确定性，从而提高性能。

在许多实施例中，所述方法可以提供对噪声的降低的敏感性，例如由驱动器的开关输出电路生成的噪声。

在许多实施例中，异物检测时间间隔的持续时间不超过所述时间范围的持续时间的5％、10％或20％。在许多实施例中，所述(一个或多个)异物检测时间间隔的持续时间不小于所述时间范围的70％、80％或90％。所述(一个或多个)异物检测时间间隔的持续时间在许多情况下可以不超过5msec、10msec或50msec。

检测线圈的平衡在于检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿。两个平衡检测线圈上的组合电压低于两个平衡检测线圈中每个上的电压中最大的电压。补偿可以是两个信号的至少部分消除。

所述第一初级绕组的匝数可以少于所述第一次级绕组的匝数。所述第一变压器可以被布置为执行从针对所述第一初级绕组的较低阻抗到针对所述第二初级绕组的较高阻抗的阻抗变换。

如果来自所述第一次级绕组线圈的相位和/或幅值信号超过阈值，则所述异物检测器可以被布置为确定检测到异物。

电磁测试信号也可以称为测试电磁场并且这些术语可以被认为是可互换的。检测线圈/绕组串联耦合意味着通过检测线圈/绕组的电流是相同的。

根据本发明的任选的特征，所述次级绕组是无源负载的。

所述次级绕组可以被连接到向所述次级绕组提供无源负载的负载电路。所述次级绕组可以连接到不向所述次级绕组提供任何功率的电路。所述次级绕组中的信号/电压/电流可以仅源自在所述一组或多组平衡检测线圈中感应的信号。

根据本发明的任选的特征，所述一组平衡检测线圈是无源负载的。

所述一组平衡检测线圈可以被连接到负载电路，所述负载电路向所述一组平衡检测线圈提供无源负载。所述一组平衡检测线圈可以被连接到不向所述一组平衡检测线圈提供任何功率的电路(包括所述第一变压器)。所述平衡检测线圈中的信号/电压/电流可以仅源自所述一组或多组平衡检测线圈中的感应。

所述异物检测器可以被布置为响应于来自所述第一次级绕组的感应信号的特性满足异物检测准则而检测异物，所述感应信号是在第一组平衡检测线圈中感应的信号。

所述功率发射器可以被布置为将能量从所述平衡检测线圈传送到所述异物检测器。

根据本发明的任选的特征，所述装置还包括至少一个第一谐振电容器，其被耦合到所述第一次级绕组以形成谐振电路，所述谐振电路的谐振频率具有基本上等于电磁测试信号的频率的频率。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。它尤其可以降低噪声敏感性并且便于针对异物检测评估的测量。

根据本发明的任选的特征，所述第一组平衡检测线圈与所述第一初级绕组之间的耦合的组合电阻小于100欧姆。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。在一些实施例中，所述第一组平衡检测线圈与所述第一初级绕组之间的耦合的组合电阻小于50、10、5或1欧姆。电阻可以是(串联)耦合/连接的阻抗的电阻(实部)分量。

根据本发明的任选的特征，所述第一次级绕组的匝数不小于高出所述第一初级绕组的匝数的十倍。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述设备包括多组平衡检测线圈，包括第一组平衡检测线圈和至少第二组平衡检测线圈，所述第二组平衡检测线圈包括两个检测线圈，这些检测线圈布置为使得信号在两个检测线圈通过发射线圈生成的电磁场相互补偿；并且所述异物检测器被布置为响应来自至少所述第二组平衡检测线圈的输出信号而执行异物检测。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述装置还包括开关电路，用于将多个平衡检测线圈中的一个通过串联耦合来在时间上顺序地耦合到第一初级绕组；并且所述异物检测器被布置为响应于来自针对耦合到第一电流变压器的多个平衡检测线圈中的至少两个平衡检测线圈的第一次级绕组的信号的特性而执行异物检测。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述开关电路被布置为在相继的异物检测时间间隔在将多个平衡检测线圈的不同组平衡检测线圈耦合到所述第一初级绕组之间进行切换。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述开关电路被布置为在一个异物检测时间间隔期间在将多个平衡检测线圈的不同组平衡检测线圈耦合到所述第一初级绕组之间进行切换。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

根据本发明的任选的特征，所述异物检测器被布置为响应于来自针对耦合到所述第一变压器的所述多个平衡检测线圈中的至少两个平衡检测线圈的所述第一次级绕组的所述信号的所述特性而确定位置指示估计。

这可以在许多实施例和场景中提供关于异物的额外信息。

根据本发明的任选的特征，所述多组平衡检测线圈被定位于发射器线圈内。

在许多实施例和场景中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

所述发射线圈和所述检测线圈可以是平面线圈，由所述检测线圈覆盖的区域可以在由所述发射线圈覆盖的区域内。穿过所述检测线圈的电磁测试信号的电磁场线也可以穿过所述发射线圈。

所述功率发射器可以包括：多组平衡检测线圈，包括所述第一组平衡检测线圈和至少第二组平衡检测线圈，所述第二组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；开关电路，其用于将所述多个平衡检测线圈中的一个平衡检测线圈通过串联耦合而在时间上顺序地耦合到所述第一初级绕组；并且其中，所述补偿电路被布置为根据哪组平衡检测线圈被耦合到所述第一初级绕组而针对所述驱动信号应用不同的参数值。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的补偿，从而导致改进和/或便利的异物检测。

在所述异物检测时间间隔期间的驱动信号的频率可以比所述功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率高50％以上。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。它可以具体地提供由功率接收器的负载引起的负载的减小的影响并且例如使谐振负载失谐。在许多实施例中，负载的减少的影响可以导致更准确的异物检测。

在异物检测时间间隔期间的驱动信号的频率可以比在功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率高出不少于100％，甚至200％。

在异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值可以不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的50％。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。它可以具体地提供由功率接收器的负载引起的负载的减小的影响并且例如使谐振负载失谐。在许多实施例中，负载的减少的影响可以导致更准确的异物检测。

在异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值可以不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的25％或10％。

在异物检测时间间隔期间，驱动信号的电压幅值可以是恒定的。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的异物检测。

可以提供一种用于通过感应功率传输信号来向功率接收器无线地提供功率的功率发射器的操作方法；所述功率发射器包括：发射器线圈；串联耦合的一组平衡检测线圈，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；具有次级绕组和初级绕组的变压器，所述初级绕组与所述一组平衡检测线圈串联耦合；并且所述方法包括：生成用于所述发射器线圈的驱动信号，以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号，并在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号；并且在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器被布置为响应于来自所述次级绕组的信号的特性满足异物检测准则而检测异物。

在一些系统中，可以提供以下项：

一种用于通过感应功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：发射器线圈；用于生成针对所述发射器线圈的驱动信号的驱动器，所述驱动器被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔内生成电磁测试信号；串联耦合的一组平衡检测线圈，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；异物检测器，其被耦合到所述一组平衡检测线圈并被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；其中，所述驱动器被布置为生成驱动信号，使得在异物检测时间间隔期间的驱动信号的频率不低于高出在功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率50％。

一种用于通过感应功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：发射器线圈；用于生成针对所述发射器线圈的驱动信号的驱动器，所述驱动器被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔内生成电磁测试信号；串联耦合的一组平衡检测线圈，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；异物检测器，其被耦合到所述一组平衡检测线圈并被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；其中，所述驱动器被布置为生成驱动信号，使得在异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的50％。

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、特征和优势将变得显而易见并将得以阐述。

附图说明

仅以范例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中，

图1图示了根据本发明一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图2图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图3图示了根据针对功率发射器的半桥逆变器的示例；

图4图示了根据针对功率发射器的全桥逆变器的示例；

图5图示了图1的无线功率传输系统的时间范围的示例；

图6图示了根据本发明一些实施例的针对功率发射器的检测线圈的示例；

图7图示了根据本发明一些实施例的针对功率发射器的电磁场和检测线圈的示例；

图8图示了根据本发明一些实施例的针对功率发射器的驱动信号的示例；

图9图示了根据本发明一些实施例的针对功率发射器的驱动信号的示例；

图10图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图11图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图12图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图13图示了根据本发明一些实施例的针对功率发射器的检测线圈的示例；

图14图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图15图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图16图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图17图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图18图示了根据本发明一些实施例的针对功率发射器的信号的示例；

图19图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图20图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例。

具体实施方式

以下描述集中于适用于利用诸如Qi规范或者无线厨房规范中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无线功率传输系统的示例。功率传输系统包括功率发射器101，功率发射器101包括(或被耦合到)发射器线圈/电感器103。该系统还包括功率接收器105，功率接收器105包括(或被耦合到)接收器线圈/电感器107。

所述系统提供了可以感应地将功率从功率发射器101传输到功率接收器105的功率传输信号。具体地，功率发射器101生成电磁信号，所述电磁信号通过发射器线圈或电感器103作为磁通量传播。功率传输信号通常可以具有在大约20kHz到大约500kHz之间的频率，并且通常用于通常在95kHz到205kHz范围内的Qi兼容系统(或者例如对于高功率厨房应用，频率可以例如通常在20kHz到80kHz之间的范围内)。发射器线圈103与功率接收线圈107松散地耦合，并且因此功率接收线圈107拾取来自所述功率发射器101的功率传输信号(的至少部分)。因此，经由从发射器线圈103到接收线圈107的无线电感耦合，功率从所述功率发射器101传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要用于指发射器线圈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，通过等效，它也可以被考虑和使用为对提供给发射器线圈103或由功率接收线圈107拾取的电信号的参考。

在示例中，功率接收器105特别是经由功率接收器线圈107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，例如金属加热元件，在这种情况下，功率传输信号直接感应出涡电流，导致元件的直接加热。

该系统被布置为传输显著的功率水平，并且具体地，功率发射器在许多实施例中可以支持超过500mW、1W、5W、50W、100W或500W的功率水平。例如，对于Qi对应的应用，功率传输通常针对低功率应用(基本功率概况)可以在1-5W功率范围内，对于Qi规范版本1.2高达15W，对于更高功率应用(例如，电动工具、笔记本电脑、无人机、机器人等)在高达100W的范围内，并且对于超高功率应用(例如厨房应用)超过100W和高达1000W以上。

在下文中，将具体参考总体根据Qi规范的实施例(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)或者适合于由无线电力联盟(Wireless Power Consortium)开发的更高功率厨房规格的实施例来描述功率发射器101和功率接收器105的操作。特别地，功率发射器101和功率接收器105可以遵循Qi规范版本1.0、1.1或1.2的元素或基本上与其兼容(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)。

在无线功率传输系统中，存在物体(通常是导电元件并且不是功率发射器101或功率接收器105的一部分从功率传输信号中提取功率，即对功率传输是非预期的、不期望的和/或干扰的元件)在功率传输期间可能是非常不利的。这种不希望的物体在本领域中被称为异物。

异物不仅可以通过向操作添加功率损耗来降低效率，而且还可以降低功率传输操作本身(例如，通过干扰功率传输效率或提取不直接被控制的功率，例如通过功率传输回路)。另外，异物中的电流的感应(特别是异物的金属部分中的涡流)可能导致异物的通常非常不希望的加热。

为了解决这样的场景，诸如Qi或无线厨房规范的无线功率传输系统包括针对异物检测的功能具体地，功率发射器包括寻求检测是否存在异物的功能。如果是这样，则功率发射器可以例如终止功率传输或减少可以传输的最大功率量。

异物检测可以在功率接收器进入功率传输阶段之前(例如在功率传输的初始化期间)或在功率传输阶段期间执行。在功率传输阶段期间的检测通常基于测量的发射功率和接收功率的比较，而在功率传输阶段之前发生的检测通常基于对反射阻抗的测量，例如通过使用小的测量信号测量发射器线圈的品质因数。

Qi规范提出的当前方法基于检测功率损耗(通过比较发送和报告的接收功率)或检测输出谐振电路的质量Q中的劣化。然而，在当前使用中，已经发现这些方法在许多情况下提供次优性能，并且它们可能具体导致不准确的检测，导致错过检测和/或误报，其中尽管没有这样的对象存在，但是检测到异物。

传统的异物检测往往不是最佳的，部分原因是执行异物检测的特定操作条件和场景的变化和不确定性，包括功率发射器特性、功率接收器特性、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一个示例是需要执行足够准确的测量以实现足够可靠的异物检测。这可能导致希望生成尽可能强大的信号以提高检测准确度。然而，这可能会增加功率接收器和存在的任何异物的功耗。检测性能可能对所应用的特定信号水平敏感，并且通常会有相互冲突的要求。

图1的系统使用一种用于异物检测的方法，其旨在为异物检测提供改进的权衡。该方法在许多实施例中可以提供改进的异物检测，并且具体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性和低资源需求。

如将在下文中更详细描述的，所述方法在功率传输阶段使用时分方法，其中：异物检测和功率传输可以例如在分开的时间间隔中执行，从而允许它们之间的干扰(特别是功率传输对异物检测的影响)被显著降低。

在下文中，将更详细地描述图1的系统。在该示例中，用于异物检测的电磁功率传输信号和电磁测试信号由同一线圈生成。此外，信号/场将用不同的术语来指代，即在功率传输时间间隔期间生成的电磁信号/场将被称为功率传输信号，而在异物检测时间间隔期间生成的电磁信号/场将被称为电磁测试信号，或简称测试信号。

图2更详细地图示了图1的功率发射器101的元件。

功率发射器101包括驱动器201，所述驱动器201可以生成驱动信号，所述驱动信号被馈送到发射器线圈103，发射器线圈103继而生成电磁功率传输信号，从而向功率接收器105提供功率传输。所述功率传输信号在功率传输阶段的功率传输时间间隔期间被提供。

驱动器201生成电流和电压，其被馈送到发射器电感器103。驱动器201通常是逆变器形式的驱动电路，其从DC电压生成交流信号。驱动器201的输出通常是通过适当地切换开关桥的开关来生成驱动信号的开关桥。图3示出了半桥开关桥/逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们从不同时闭合。交替地，S1闭合而S2断开，并且S2闭合而S1断开。开关以期望的频率断开和闭合，从而在输出端生成交流信号。通常，逆变器的输出经由谐振电容器连接到发射器电感器。图4示出了全桥开关桥/逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们从不同时闭合。开关S3和S4被控制为使得它们从不同时闭合。交替地，开关S1和S4闭合，而S2和S3断开，并且然后S2和S3闭合，而S1和S4或断开，从而在输出端创建方波信号。开关以期望的频率断开和闭合。

功率发射器101还包括功率发射器控制器203，其被布置为根据期望的操作原理来控制功率发射器101的操作。具体地，功率发射器101可以包括根据Qi规范或无绳厨房规范来执行功率控制所需的许多功能。

功率发射器控制器203具体被布置为控制由驱动器201进行的驱动信号的生成，并且其可以具体控制驱动信号的功率水平，并且因此控制所生成的功率传输信号的水平。功率发射器控制器203包括功率回路控制器，其响应于在功率控制阶段期间从功率接收器105接收到的功率控制消息来控制功率传输信号的功率水平。

图1的系统使用一种用于异物检测的方法，所述方法旨在调整操作以提供针对异物检测的改进的折衷。该方法在许多实施例中可以提供改进的异物检测，并且具体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性和低资源需求。

在该示例中，驱动器201和发射器线圈103被布置为生成用于将功率传输到功率接收器的目的的电磁功率传输信号和用于异物检测的电磁测试信号两者。功率发射器可在功率传输阶段针对驱动信号采用重复的时间范围，其中时间范围包括至少一个功率传输时间间隔和一个异物检测时间间隔。这样的重复时间范围的示例如图5中所示，其中功率传输时间间隔由PT指示，并且异物检测时间间隔由D指示。在该示例中，每个时间范围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，并且这些(以及时间范围本身)在每一帧中具有相同的持续时间。然而，应当理解，在其他实施例中，其他时间间隔也可以被包括在时间范围中(例如通信间隔)，或者多个异物检测时间间隔和/或功率传输时间间隔可以被包括在每个时间范围中。此外，在一些实施例中，不同时间间隔的持续时间(以及实际上时间范围本身)可以动态地变化。

在该方法中，异物检测和功率传输因此在时域中分离，从而导致从功率传输到异物检测的交叉干扰减少。因此，由于功率传输的操作条件的变化导致的可变性和不确定性可以与异物检测隔离，从而导致更可靠和准确的异物检测。

在功率传输阶段，功率发射器因此被布置为在时间范围的功率传输时间间隔期间执行功率传输。具体地，在这些时间间隔期间，功率发射器101和功率接收器105可以操作功率控制回路(功率控制回路可以基于功率传输时间间隔内的通信或者可以例如基于功率传输之外的通信时间间隔，例如，在专用通信时间间隔中。例如，每个异物时间间隔可以被多个交替的功率传输时间间隔和通信时间间隔分隔开。因此，正在传输的功率水平可以动态地变化。在功率传输阶段的时间范围的异物检测时间间隔中，驱动信号的至少一个参数以及电磁测试信号的至少一个参数通常被设置为预定值，或者例如在在异物检测时间间隔之前执行的调整操作期间确定的值。因此，在异物检测时间间隔中，可以将参数设置为预定值(即，在异物检测时间间隔之前确定，并且通常在功率传输阶段之前确定)。相反，在功率传输时间间隔期间，参数可以不被限制到该预定值。

例如，在功率传输时间间隔期间，系统可以操作功率控制回路，所述功率控制回路允许功率传输信号的功率水平响应于来自功率接收器的功率控制消息而改变。功率控制回路可以控制/改变驱动信号/功率传输信号的电流、电压和频率中的至少一个。相反，在异物检测时间间隔期间，在功率传输时间间隔期间由功率控制回路改变的参数可以被设置为在功率传输阶段之前确定的电流、电压和/或频率的预定值。

在许多实施例中，在异物检测时间间隔期间设置驱动信号的恒定(通常较低)幅值(通常是电压)。额外地或替代地，可以在异物检测时间间隔期间为驱动信号设置预定频率，并且这通常可以显著高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号。

结果，在功率传输时间间隔期间生成的电磁信号、功率传输信号，通常具有与在异物检测时间间隔期间生成的电磁信号、电磁测试信号显著不同的特性。在功率传输时间间隔期间生成的电磁信号或场将被称为功率传输信号，而在异物检测时间间隔期间生成的电磁信号或场将被称为电磁测试信号，或仅称为测试信号。然而，应当理解，在图2的系统中，在功率传输时间间隔和异物检测时间间隔电磁信号都从相同的线圈生成，并且实际上相同的驱动器等针对功率传输时间间隔和异物检测时间间隔两者被使用。实际上，在许多实施例中，对测试信号的引用可以被认为等同于异物检测时间间隔期间的功率传输信号。

功率发射器101包括异物检测器205，所述异物检测器205被布置为执行异物检测测试，即具体检测在所生成的电磁场中是否可能存在任何不期望的导电元件。

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205因此评估条件以确定是否认为异物存在。在异物检测时间间隔期间，功率发射器101生成电磁测试信号并且异物检测基于评估该信号的属性和特性。

在该系统中，异物检测基于在一组平衡检测线圈中检测由电磁测试信号感应的信号，所述一组平衡检测线圈包括至少两个检测线圈207、209，所述至少两个检测线圈被布置为使得它们在存在由发射器线圈103生成的电磁场(例如电磁测试信号)的情况下彼此负偏移。具体地，功率发射器包括第一检测线圈207和第二检测线圈209，它们被耦合为使得由发射器线圈(至少部分地)生成的电磁场相互补偿。

因此，发射器线圈103生成的电磁场将在第一检测线圈207中感应出信号，并将在第二检测线圈209中感应出信号。然而，感应电压将具有相反的极性，使得由发射器线圈103生成的电磁场生成的检测线圈207、209的串联耦合的电压(幅值)至少低于由发射器线圈103生成的电磁场生成的单个检测线圈207、209中最大的电压(幅值)并且通常低于任一个。因此，第一检测线圈207和第二检测线圈209被耦合为使得来自发射器线圈103生成的电磁场的感应电压至少部分地相互抵消。

检测线圈具体地被布置为对应于至少两个绕组，在所述至少两个绕组中，当不存在异物时由电磁测试信号生成相反的信号。因此，相反的信号可以至少部分地相互抵消，并且因此跨检测线圈207、209的串联耦合的所测量的感应信号的水平将被降低，并且可能基本上被抵消。这可以允许将大大增加的磁场强度用于异物检测。实际上，在许多实施例和场景中，所生成的感应电压可能(理想地)仅由绕组之间的磁通量的差异引起。绕组之间的这种差异或不对称可能是由异物引起的，并且因此在许多情况下可以更准确地测量异物对磁场(以及感应信号)的影响。

图6中示出了检测线圈布置的示例。在该示例中，第一检测线圈207被形成为第一绕组L1并且第二检测线圈209被形成为以(反)串联耦合的第二绕组L2，使得两个绕组的组合电压相互抵消以实现均匀电磁场。在该示例中，检测线圈207、209/绕组L1、L2相对且对称地围绕中心点定位。它们进一步形成在平面中，并且发射器线圈103还被形成在同一平面(或至少一个基本平行的平面)中。在该示例中，检测线圈213被形成在发射线圈103的内部。此外，检测线圈213被形成为具有大致相同的轮廓并且覆盖大致相同的区域。

结果，通过两个检测线圈213的电磁通量基本相同但方向相反。结果，两个检测线圈207、209中的感应电压基本相同但具有相反的相位/极性，并且两个串联耦合的检测线圈213上的组合电压被抵消到基本为零。

因此，检测线圈207、209被布置为使得在存在均匀场的情况下，和/或在存在由发射器线圈103生成的电磁场且不存在其他物体的情况下，感应信号/电压至少部分地相互抵消/补偿，理想情况下生成零组合电压。

图2和图6的布置使得两个检测线圈中的第一检测线圈的感应信号具有与两个检测线圈中的第二检测线圈的感应信号相反的电压。对于均匀场，针对两个检测线圈的感应信号具有相反的相位。两个检测线圈中的感应信号相位相反。两个检测线圈串联且反相耦合，使得感应的信号具有相反的极性。这些特性针对均匀场和由发射器线圈103生成的未失真场存在。

然而，在存在金属异物的情况下，磁场通常会失真，从而导致两个检测线圈207、209的场之间的不对称。通常，对于金属异物，生成的电磁测试信号将感应涡流，这导致异物生成电磁场，使得组合电磁场相对于生成的电磁测试信号的场失真。如图7所示，得到的不对称场将导致在第一检测线圈207和第二检测线圈209中感应出不同的信号。因此，与不存在异物并且通过两个检测线圈207、209的通量是对称的而导致组合电压基本为零的情况相反，异物的存在导致不对称并因此导致电压。两个检测线圈207、209的感应信号的这种差异可用于检测异物的存在。

在图2的系统中，检测线圈对207、209的组合电压不被直接测量并且用于执行异物检测。相反，检测线圈与第一变压器211串联耦合，使得通过检测线圈207、209的电流也流过第一变压器211的初级绕组。因此，检测线圈207、209和初级绕组是串联电路的一部分，在检测线圈207、209中感应的电流流过该串联电路。

注意，变压器的初级绕组是从源汲取功率/能量的绕组，并且次级绕组是将能量输送到负载的绕组，即能量从初级绕组传递到次级绕组。

该电路可以包括其他部件和元件，但在特定示例中，检测线圈207、209与初级绕组之间的耦合是低欧姆的。在大多数实施例中，检测线圈207、209与初级绕组之间的耦合的组合电阻小于100欧姆，并且在许多实施例中小于50欧姆、10欧姆、5欧姆，或者在许多实施例中甚至小于1欧姆。在许多实施例中，如图2中所示，初级绕组可以被直接耦合到检测线圈207、209。

在该示例中，第一变压器211被实现为电流互感器而不是电压互感器。具体地，第一变压器211被布置为具有次级绕组的匝数显著高于初级绕组的匝数的绕组比。在许多实施例中，次级绕组的匝数不小于初级绕组的匝数的10、20、50或100倍。

第一变压器211因此可以提供非常大的阻抗变换，使得即使次级绕组上的相对高的阻抗也将导致初级绕组上的非常低的阻抗。因此，第一变压器211的初级绕组阻抗可能非常低，从而导致低电压和高电流。此外，由于到检测线圈207、209的耦合具有低阻抗，因此由检测线圈207、209、第一变压器211的初级绕组以及它们之间的耦合形成的检测电路具有低总阻抗，从而导致低电压和高电流。实际上，在许多情况下，检测线圈207、209中的电流将创建与来自发射器线圈103的场相反的磁场，通常导致电压非常接近于零但具有显著电流流动的检测电路。

第一变压器211的初级绕组的阻抗可以对应于次级绕组上的阻抗除以第二绕组与初级绕组之间的匝数比的平方。在许多实施例中，初级阻抗可以被布置为针对所有频率不超过1欧姆、10欧姆或50欧姆。因此，在许多实施例中，次级阻抗可以被布置为不超过1欧姆、10欧姆或50欧姆乘以匝数比的平方。

第一变压器211因此被耦合为使得它针对检测线圈207、209表现出低阻抗。因此，检测电路本质上变成了电流测量电路。

第一变压器211的次级被耦合到异物检测器205，异物检测器205被布置为在异物检测时间间隔期间基于来自第一次级绕组的信号的特性来执行异物检测。如果信号满足合适的异物检测准则，则确定存在异物，如果不满足，则确定不存在异物。具体的异物检测准则将取决于各个实施例的具体偏好和要求。在许多实施例中，可能要求第一变压器211的次级处的信号幅值高于阈值，例如可能要求次级绕组的电压和/或电流的幅值超过阈值。

在许多实施例中，次级绕组可以耦合到至少部分电容性的负载。在图2的示例中，功率发射器具体包括谐振电容器213，其被耦合到第一次级绕组以形成谐振电路。谐振电容器213具体可以被耦合为形成并联谐振电路。

谐振电容213具体可以被布置为形成谐振电路，其谐振频率与在异物检测时间间隔内的电磁测试信号/驱动信号的频率基本相等(例如，在电磁测试信号的1％、2％、或5％以内)。因此，谐振电路针对电磁测试信号被调谐，这可以实现改进的检测幅值并减少例如由检测线圈207、209拾取的噪声和干扰。

在具体示例中，谐振电路与次级绕组一起形成在驱动信号/电磁测试信号频率下具有特别高阻抗的并联谐振。这可以最大化并过滤次级绕组的电压，允许改进异物检测性能。例如，在许多实施例中，异物检测器205可以简单地比较谐振电路上的电压的电压幅值，并且当该幅值超过给定阈值时生成检测指示。在许多实施例中，如果相位偏离预期参考相位太多，则执行相位检测可能是有利的，其中指定检测异物。这特别适用于生成的检测信号是接近正弦(对称)信号的当前方法。

使用与次级绕组形成并联谐振的谐振电容器213导致最高阻抗处于谐振频率，即处于电磁测试信号的频率。此外，可以将电阻器并联添加到谐振电路，从而可以控制质量Q(选择性)(例如，在从1到3的范围内)。在这种情况下，LCR并联组合的行为类似于具有受控最大阻抗的带通滤波器。带通滤波可能导致端子处的电压接近正弦波形

在许多实施例中，谐振频率处的次级阻抗可以被设置为不超过1欧姆、10欧姆或50欧姆乘以匝数比的平方。

将测量(电流)变压器与平衡检测线圈一起使用的方法在许多情况下提供了改进的异物检测，并允许在增加的功率水平下使用功率发射器。它进一步允许低复杂性并且可以降低成本并提高整体性能。

该方法因此可以实施利用一组或多组平衡检测线圈207、209的异物检测，也称为所谓的感应平衡。在具体示例中，两个检测线圈207、209彼此相对定位并且与发射器线圈103位于相同的磁平面中。如果这样的感应平衡暴露于由发射器线圈103生成的对称检测电磁场，则检测线圈207、209的端子处的电压在理想的理论情况下基本上为零。

如果将金属片放在感应平衡的一侧，如图7中所示，检测电磁测试信号/场的密度不再对称，并且可以在感应平衡的端子处测量电压。

通常，利用感应平衡系统，当场通过线圈对称时，在检测线圈207、209的端子处测量的电压非常接近于零。然而，即使对于由于异物造成的不对称，电压也可能非常小并且通常在例如10mV的范围内。准确测量和评估如此小的电压非常具有挑战性。在有嘈声的电磁环境中尤其如此，例如在功率发射器中经常遇到的情况，其中噪声例如由大功率开关逆变器等生成。尽管屏蔽可以改善这种情况，但仍然很难生成足够无噪声的测量信号。

这些问题可以在所描述的系统中得到缓解，其中第一变压器211可以用作电流互感器，有效地测量通过(一个或多个)感应平衡的检测线圈207、209的电流。它可以有效地允许检测线圈207、209在被测量的电流的情况下发生低欧姆短路。

在该方法中，在均匀场的情况下(如通常不存在异物的情况)，在每个检测线圈中感应出信号，其中平衡的检测线圈基本上相互补偿。检测线圈207、209的输出被耦合到第一变压器211。因此，在检测线圈207、209中感应信号(由发射器线圈生成的电磁场)，并且在平衡检测线圈207、209的输出端生成的(差异)感应信号被馈送到第一变压器的初级211。然后由异物检测器205评估次级信号处的所得信号。由异物检测器205评估的信号因此是在检测线圈207、209中感应的信号的表示，并且具体地是补偿的差异/加和感应信号。

在该系统中，第一变压器211的次级绕组是被动负载的。所述次级绕组可以被连接到向所述次级绕组提供无源负载的负载电路。次级绕组可以连接到不向次级绕组提供任何功率或能量的电路。所述次级绕组中的信号/电压/电流可以仅源自在所述一组或多组平衡检测线圈中感应的信号。

等效地，所述一组平衡检测线圈无源地加载在所描述的系统中。

所述一组平衡检测线圈可以被连接到负载电路，所述负载电路向所述一组平衡检测线圈提供无源负载。所述一组平衡检测线圈可以被连接到不向所述一组平衡检测线圈提供任何功率的电路(包括所述第一变压器)。所述平衡检测线圈中的信号/电压/电流可以仅源自所述一组或多组平衡检测线圈中的感应。

所述异物检测器可以被布置为响应于来自所述第一次级绕组的感应信号的特性满足异物检测准则而检测异物，所述感应信号是在第一组平衡检测线圈中感应的信号。

在许多实施例中，在第一变压器211的绕组之间交换的唯一能量/功率源自检测线圈207、209中的感应。

使用测量变压器并且特别是低阻抗/电流测量耦合变压器的方法可以提供许多优点。

实际上，变压器的使用允许系统中断噪声可能被电磁耦合的虚假或非预期环路。实际上，现实实施方式要求检测线圈耦合到测量/异物检测电路，这通常导致需要相当长的电线。这可能导致形成大的导线环，其中电动势电压由主导的磁场感应。然而，对于功率传输系统，通常存在高度的电磁噪声和干扰(例如驱动逆变器的切换往往会生成大量的电磁噪声)，这可能会作为噪声耦合到检测和测量系统。在实践中，这可能会为相对敏感的测量提供显著的噪声分量，并可能导致性能下降。

测量变压器的使用可以将大的连接回路断开，并且具体可以将回路转换成两个较小的回路，即第一变压器211初级侧的检测回路和第一变压器211次级侧的测量回路。这不仅减少了每个环路的有效面积，而且在实践中允许实现具有更多设计/实现自由度，从而能够改进优化以减少噪声的影响。

此外，低初级阻抗/电流测量的方法可以提供改进的噪声性能，并且可以减少不同环路之间的噪声传播。

例如，仅使用耦合在检测线圈207、209上的直接测量电阻器并且测量该电阻器上的电压将需要相对大的电阻器以生成足够的电压。然而，这也会导致感应出并叠加到检测信号的高噪声电动势电压。噪声信号将受到检测回路和测量回路中生成的噪声的影响，这可能会降低检测性能。使用低匝数比变压器可能会导致类似的行为，特别是可能会保持两个环路之间的紧密连接，从而导致一个环路中感应的噪声影响另一个环路(例如，测量环路中的噪声将导致检测环路中的不平衡)。

使用高匝数比电流耦合变压器可以提高性能。具体地，它可以为异物检测提供高检测电压，同时在初级侧保持低电压。此外，检测回路中的噪声拾取对检测电压的影响很小，因为它可能会被谐振电路过滤。

测量回路拾取的噪声对检测回路的操作影响很小，因为电压会因匝数比而降低，因此它确实会大大减少任何不平衡效应。该方法允许增加/最大化检测回路中的电流，同时仍然允许向异物检测提供检测电压。

谐振电容器的使用，特别是用于形成并联谐振电路，可以进一步提高测量/检测性能。具体而言，由于通过有效过滤降低噪声并在适当频率下提供更正弦波形的信号而生成的改进的信号完整性，它可以提供更准确的相位和/或幅值检测。它还提供带外信号的衰减，从而衰减由电磁测试信号以外的其他来源引起的噪声。

如前所述，功率发射器被布置为控制驱动信号以在异物检测时间间隔期间与在功率传输时间间隔期间表现出不同的参数。这尤其可用于减少负载对功率接收器的电磁测试信号的影响和影响。

已经提出在短的异物检测时间间隔期间断开功率接收器的负载，例如通过使用为此目的主动打开的开关来实现功率接收器。然而，对于kW范围内的更高功率水平，这种解决方案并不理想，因为断路开关会引入额外的损耗并增加成本。实际上，在一些高功率应用中，实现这样的切换根本不可行，例如负载是感应加热的金属元件，其中涡电流直接由功率传输信号感应以引起加热。

在异物检测时间间隔期间的驱动信号的参数相对于功率传输时间间隔的调整可以解决这个问题并且可以用于减轻功率接收器的负载对异物检测的影响。

在许多实施例中，驱动器201被布置为在异物检测时间间隔期间与在功率传输时间间隔期间相比增加驱动信号的频率，并且具体地被设置为将驱动信号频率设置为不小于高出功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率50％。驱动器201可以相应地生成电磁测试信号以具有比功率传输信号显著更高的频率。

在许多情况下，显著增加频率可以改善检测并减少功率接收器负载的影响。例如，功率发射器和功率接收器都可以具有为功率传输而形成的谐振电路，例如发射器线圈103和接收器线圈107都可以是谐振电路的一部分，例如具有fres＝25kHz的谐振频率。在异物检测时间间隔期间增加驱动频率(例如至50kHz)将导致功率发射器谐振电路以感应模式操作，从而导致发射器线圈103中的电流减小。此外，由于系统不再调谐，接收器线圈电流也降低了。这将进一步降低功率发射器电流。整体效果将对应于部分断开负载所生成的效果。在许多实施例中，驱动器201可以被设置为在异物检测时间间隔期间相对于功率传输时间间隔降低驱动信号的电压，并且具体地可以设置在异物检测时间期间驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号电压幅值的50％(或通常为25％甚至10％)。

降低的电压可以生成强度降低的电磁测试信号，因此在异物检测时间间隔期间生成的电磁场低于在功率传输时间间隔期间生成的电磁场，并且可以相应地减少负载的负载。这在许多情况下可以允许改进的检测。在一些实施例中，降低的电压可能是有利的，因为它可能导致功率接收器负载的断开。例如，如果电压降低到一定水平，包括整流器和电池的功率接收器将由电池驱动，因为感应电压不足以使整流器导通。这将有效地断开负载与电磁测试信号的连接，从而提高异物检测性能。

在许多实施例中，驱动器201可以被布置为在异物检测时间间隔期间将驱动信号的电压幅值设置为恒定。这可以导致生成更均匀的电磁测试信号，这可以改进基于平衡检测线圈207、209的异物检测。例如，如果电压幅值随时间变化，则检测信号会发生变化，除非这种变化能够被补偿或考虑在内，否则检测精度将会降低。

在许多实施例中，驱动器201可以被布置为在异物检测时间间隔期间将驱动信号生成为具有恒定的并且比在功率传输时间间隔内驱动信号低至少50％的电压幅值和高至少50％的频率。

作为示例，在功率传输时间间隔期间，以接近功率发射器和功率接收器的谐振频率的第一操作频率生成驱动信号，以便高效地传输无线功率。

在异物检测时间间隔期间，将驱动信号的第一工作频率从功率发射器和功率接收器两者的谐振频率移开，移动到第二较高工作频率。驱动信号的该第二较高操作频率可以被固定在预定值，所述预定值比第一操作频率(即功率传输信号的频率)高至少1.5倍。

此外，驱动信号电压Uinv被改变为第二幅值(例如由不同的电压源提供)，所述第二幅值是恒定的并且低于功率传输时间间隔期间的幅值。

利用具有第二较高工作频率和第二较低且恒定电压幅值的驱动信号，通过发射器线圈103线圈的电流被强烈减小并保持恒定。此外，由于驱动器电流滞后于驱动器信号电压，因此由于驱动器201输出端的逆变器工作在零电压开关情况下，开关噪声大大降低。

这种情况下的驱动信号幅值示例如图8中所示，其中功率传输时间间隔期间的操作称为模式1，异物检测时间间隔期间的操作称为模式2。在该示例中，电压幅值在功率传输时间间隔期间也是恒定的，例如由于逆变器由恒定电压源供电。

图9图示了电压幅值在功率传输时间间隔期间变化的相应示例。这可以例如通过由整流(但未平滑)AC电压的电压供应逆变器来实现。在异物检测时间间隔期间的电源电压(其可以与AC信号的过零同步)，是通过替代电源来提供的，所述替代电源提供基本恒定电压。可以生成这种驱动信号的电路示例如图10中所示。在该电路中，输出逆变器电路(M1、M2、Cp1、Cp2)由经整流的交流电源电压驱动，除非经整流电压低于由第二电源电路(2^ndUdc)馈送的平滑电容器C3的给定电压(在示例中为48V)。在此期间，逆变器电路由平滑电容器C3经由D5供电，从而导致基本恒定的供电电压以及因此恒定的驱动信号电压幅值。

在这样的示例中，发射器线圈103在异物检测时间间隔期间生成对应于用于异物检测的基本恒定的电磁场的电磁测试信号，其中电磁测试信号具有预定的较高的第二操作频率。异物检测电磁场/电磁测试信号的幅值主要由驱动器201的第二较低输出电压决定。在这种情况下，功率接收器的未断开负载与功率发射器有效地失谐，并且因此它对电磁场/电磁测试信号的影响减小。

在实践中，检测线圈207、209可以被生成为尽可能相同并且可以被设计为尽可能多地抵消。然而，在实践中，已经发现即使在没有异物存在的情况下，检测线圈207、209的参数以及可能在电磁环境中也可能存在一些不对称和差异。此外，在许多情况下，不对称和不平衡可能导致检测线圈207、209上的组合电压与期望检测的一些异物引起的电压处于相同数量级。因此，即使使用平衡的电感/检测线圈，在许多实施例中也可能导致困难的或不太理想的检测性能。

图11图示了一个示例，其中图2的功率发射器还包括补偿电路，所述补偿电路被布置为补偿平衡检测线圈207、209的平衡操作中的缺陷。补偿电路具体包括变压器，以下称为补偿变压器1101，其具有与所述一组平衡检测线圈(即与检测线圈207、209)串联耦合的次级绕组(以下也称为补偿次级绕组)。

初级绕组(以下也称为补偿初级绕组)被耦合到补偿电路1103，所述补偿电路1103被布置为生成用于第二初级绕组的补偿驱动信号。生成补偿驱动信号，使得它抵消/至少部分抵消检测线圈207、209的组合电压。具体地，生成补偿驱动信号以抵消(至少部分地抵消)来自发射器线圈103生成的未失真电磁测试场/信号的感应电压。因此，如果不存在异物，则生成补偿驱动信号以相对于检测线圈207、209上的组合电压降低补偿次级绕组和检测线圈207、209上的组合电压。

当不存在异物时，可以生成补偿驱动信号以抵消检测线圈207、209上的电压。具体地，在图11的系统中，生成补偿驱动信号，使得补偿次级绕组生成将第一检测线圈205和第二检测线圈上的组合电压(具有相反相位/极性)偏移的电压207。因此，第一变压器211(以下也称为测量变压器211)上的电压被补偿变压器1101和生成的补偿电压降低。

还需要注意的是，生成这样补偿信号来将两个检测线圈中的感应电压(emf)之间的电压差偏移会导致串联耦合中流动的电流减少，并且因此可以同样考虑补偿电路电流补偿/抵消电路。

补偿电路1103被耦合到补偿初级绕组并生成补偿驱动信号，从而导致在补偿次级绕组处生成补偿信号以将在检测线圈207、209中感应的信号(当不存在异物时)偏移。补偿信号被生成为具有与驱动信号/电磁测试信号相同的频率，并且具有与检测线圈207、209的组合电压基本相反的相位。因此，如果第一检测线圈205上的电压超过第二检测线圈207上的电压，则生成补偿信号/补偿驱动信号以具有与第二检测线圈207中感应的电压基本相同的相位，并且与第一检测线圈205中感应的电压相位相反。如果第二检测线圈207上的电压超过第一检测线圈205上的电压，则生成补偿信号/补偿驱动信号以具有与第一检测线圈205中感应的电压基本相同的相位，并且与第二检测线圈207中感应的电压相位相反。

在图11的系统中，补偿变压器1101被布置为具有初级绕组上的匝数显著高于次级绕组上的匝数的绕组比。在许多实施例中，初级绕组的匝数不小于次级绕组的匝数的10、20、50或100倍。

补偿变压器1101因此可以提供非常大的阻抗变换，使得即使初级绕组上的相对高的阻抗也将导致次级绕组上的非常低的阻抗。因此，次级绕组可以生成具有低电压和高电流的信号，对应于低阻抗。因此，补偿方法保持电流聚焦检测并支持具有非常低阻抗的检测回路。

该电路可以包括其他部件和元件，但在特定示例中，检测线圈207、209与补偿变压器1101的次级绕组之间的耦合是低欧姆的。在大多数实施例中，检测线圈207、209与次级绕组之间的耦合的组合电阻小于100欧姆，并且在许多实施例中小于50欧姆、10欧姆、5欧姆，或者在许多实施例中甚至小于1欧姆。在许多实施例中，如图11和12中所示，次级绕组可以被直接耦合到检测线圈207、209。

在图11的方法中，补偿驱动信号以及相应的补偿信号被生成为具有与驱动信号相同并且因此与电磁测试信号相同的频率。可以将相位和/或幅值设置为提供期望的补偿的值。

在一些实施例中，相位和/或幅值可以是预定的值。例如，在制造或设计期间，可以估计检测线圈207、209之间关于所生成的电磁测试信号的不对称性(基于理论分析和/或测量)并且可以确定合适的补偿驱动信号参数值。然后可以在异物检测时间间隔期间应用这些。

然而，在许多实施例中，补偿电路1103可以被布置为动态地调整驱动信号的参数，并且具体地可以被布置为调整驱动信号的电压幅值和/或相位。

这在许多实施例中可以提供改进的补偿/抵消。实际上，即使检测线圈207、209在制造阶段完全平衡和/或完美表征，电磁场和由此感应的信号也将取决于特定环境，并且特别是倾向于取决于例如使用哪个功率接收设备并确切地这被如何定位而变化。因此，能够动态地调整补偿，特别是针对当前的电磁环境进行校准，可以显著提高性能。

在许多实施例中，补偿电路1103可以被布置为改变驱动信号的参数，特别是相位或幅值，以确定参考参数值，针对所述参考参数值，补偿次级绕组、第一检测线圈205和第一检测线圈205第二检测线圈207上的组合电压最小。补偿电路1103因此可以评估候选参数值的范围并且确定如下的值，针对所述值，在当前背景中抵消是最佳的。

在图11的具体示例中，补偿电路1103具体可以用于改变补偿驱动信号的电压和相位，并测量测量变压器211的次级绕组的输出信号。这可以生成适应当前场景/背景的高效自适应异物检测系统。

应当理解，尽管图11描述了补偿电路1103连同图2的基于变压器的测量方法的使用，但其不限于该应用。相反，补偿方法可以与基于平衡检测线圈的其他异物检测方法一起使用。例如，如图12中所示，补偿电路1103可以与在补偿之后直接测量来自检测线圈207、209的电压并且不使用测量变压器的系统一起使用。

当与第一变压器211一起用作测量变压器时，使用为平衡检测线圈207、209提供补偿信号的补偿电路的所述方法是有利的。然而，补偿电路通常对于平衡检测线圈207、209可能是有利的，并且该方法不依赖于正在使用的第一变压器211或者实际上不依赖于正在使用的任何测量变压器。无论检测线圈207、209的输出的测量是如何测量的，所述方法都可以用于许多不同的实施例中。

还将理解，使用第一变压器211的系统的所描述的特征和特性也可以适用于不使用这样的第一变压器211的实施例。例如，前面描述的功能、特征和特性都适用于图11和图12的系统。例如，参考图2和图11描述的频率或电压的变化也适用于图12的系统。

补偿对于减轻或减少检测线圈和/或周围环境之间的不平衡可能是有用的。这可以在许多场景中提供改进的性能并且可以具体地提供更准确的异物检测。

在许多实施例中，它还可以允许或改进用于异物检测的位置估计。具体地，可以通过考虑在检测线圈的平衡组的两个检测线圈中感应的信号之间的不对称性来生成异物位置指示估计。针对一组平衡检测线圈的输出信号的相位和/或极性可以指示异物位于更靠近哪个检测线圈。例如，功率发射器表面上的异物可能导致在相邻检测线圈中感应出具有特定极性的电动势。来自平衡的检测线圈组的输出信号的极性可以相应地指示异物靠近哪个检测线圈。补偿可以减轻在不存在异物时存在的不平衡，从而允许异物的影响的更准确的确定，并且因此更准确的位置估计。例如，它可以检测较小的不平衡，从而例如特别是允许改进靠近检测线圈之间的交叠的位置估计。

在前面的示例中，已经描述了仅具有单组平衡检测线圈的实施例。然而，在其他实施例中，可以使用多组平衡检测线圈，并且异物检测可以被布置为基于来自这些平衡检测线圈组中的一组或多组的输出信号来执行异物检测。

例如，如图13所示，功率发射器可以被生成为包括三组平衡检测线圈，每组包括两个楔形线圈。在该示例中，异物检测可以测量来自三个平衡检测线圈对中的每个的输出信号并且使用这些来执行异物检测。使用的确切标准将取决于各个实施例的偏好和要求。作为低复杂度示例，如果平衡检测线圈组中的至少一组生成超过给定阈值的信号，则可以确定检测到异物检测。在一些实施例中，可以评估和比较不同的信号，例如以生成用于检测异物的位置估计。

在许多实施例中，实际上在图13的示例中，平衡检测线圈位于发射器线圈103内。这通常可以提供改进的性能，并且可以特别地提供对于不同线圈是同质的电磁测试信号/场。

在许多实施例中，多组平衡检测线圈与单个测量变压器一起使用。具体地，如图14所示，功率发射器可以包括耦合到多组平衡检测线圈1403(其中三个在图13中表示)的开关电路1401。

在该示例中，开关电路1401被布置为在将每组平衡检测线圈1403耦合到测量变压器211之间进行切换。开关电路1401具体用于将多个平衡检测线圈1403中的一个按时间顺序耦合到测量变压器211的初级绕组。耦合使得检测线圈和初级绕组串联耦合，即通过一个线圈的电流与通过其他线圈/绕组的电流相同。

异物检测器205可以在每个切换时间间隔期间确定测量变压器211的次级上的电压，即可以确定每组平衡检测线圈的电压并将其用于异物检测。因此，可以执行时间顺序测量，并且可以基于这些测量来确定异物检测。

此外，如所提到的，对于耦合到第一变压器的多个平衡检测线圈中的至少两个，信号可以用于响应来自次级绕组的信号的特性来确定异物的位置指示估计。例如，如果异物FO位于线圈L1的顶部(参见图13)，则感应平衡不平衡，并且检测信号出现在变压器211的输出端，相对于相位参考具有特定相位关系信号。如果相同的异物位于线圈L2的顶部(见图13)，则感应平衡再次失衡，但是来自变压器211的检测信号示出与相位参考信号相反的相位。

切换的时序，并且特别是切换的频率，可以在实施例之间变化，并且实际上可以在一个实施例内动态变化。

在一些实施例中，开关电路1401可以被布置为在连续的异物检测时间间隔之间切换将不同组的平衡检测线圈耦合到映射器203的初级绕组。

具体地，所述方法可以在每个异物检测时间间隔并且经常在每个帧中顺序地测量一组平衡检测线圈。这可以允许增加的持续时间并因此允许更准确的测量。它还可以允许减少在例如功率传输时间间隔期间可以相对缓慢地执行的切换的要求。

在其他实施例中，开关电路1401可以被布置为在一个异物检测时间间隔期间在将多个平衡检测线圈中的不同组平衡检测线圈耦合到第一初级绕组之间进行切换。因此，在一个异物检测时间间隔期间，一组、多组或所有组平衡检测线圈可以被耦合到测量变压器211，并且可以由异物检测器205测量次级绕组的信号。

这可以提供更快和更相关的测量，这在一些实施例中可以实现更具响应性或改进的异物检测。

图15图示了用于使用三组平衡检测线圈的场景的开关电路1401原理的示例。在示例中，使用3通道多路复用器顺序地扫描这些集合。因此，在该方法中，仅需要单个测量变压器211，并且因此仅需要一个测量信号路径，从而通常避免相位和/或幅值测量误差(偏移、漂移等)

图16示出了与图15相对应的示例，但增加了补偿变压器1101。因此，测量变压器211与补偿变压器1101串联耦合并且一起在不同组的平衡检测线圈之间切换。在这样的系统中，补偿电路1103可以针对每组平衡检测线圈分别确定和存储参考参数值。然后，它可以为当前选择的一组平衡检测线圈检索适当的参考参数值，并且将其应用于生成的补偿驱动信号。因此，补偿电路1103可以根据哪组平衡检测线圈被耦合到测量变压器211的初级绕组而应用不同的补偿驱动信号参数。这可以在许多实施例中提供显著改进的补偿，从而导致改进的异物检测性能。

因此，特定方法可以减少甚至消除电感平衡测量系统的偏移。由于构造公差、线圈布局等，测量变压器211的次级绕组电压“Ufod”通常不为零，即使在发射器线圈103的有效磁场区域内不存在异物时也是如此。由于异物，所述偏移信号可能与测量信号处于同一数量级。这使得异物的检测变得困难并且同样显著的是，异物在有效磁场区域内的位置变得难以确定。

图16的电路在检测线圈L1至L6的公共回路内添加了交流电压Ucomp。电压Ucomp具体与功率传输信号具有相同的频率，与驱动器201的驱动信号具有特定相位关系。根据选择的平衡检测线圈组，所述相位关系会有所不同。

此外，电压Ucomp具有特定幅值。根据选择的平衡检测线圈组，所述幅值可能不同。

电压Ucomp可以例如具有对应于对称方波的波形，或者在许多实施例中它可以例如是正弦或三角波形。

在许多实施例中，补偿电压可以被生成为方波电压，因为这导致三角波形状的补偿电流。这将匹配线圈中的电流，因为发射器线圈103通常可以是由于驱动频率高于谐振频率而以感应模式驱动的谐振电路的一部分。这导致在检测线圈207、209中感应的相应信号的三角波形。

在许多实施例中，可以使用驱动频率校准方法来调整频率以提供改进的波形匹配。因此，在一些实施例中，补偿电路1103也可以被布置为调整所生成的补偿驱动信号的频率。例如，它可以改变频率并选择来自测量变压器211的测量电压被最小化的频率。

例如，对于48kHz补偿信号，可以使用和调整具有(例如)480kHz载波的PWM D类放大器，以提供具有更高分辨率的所需电压形状。

参考图16所示的功率发射器来描述该方法的具体示例并且其包括许多先前描述的特征。

在这样的系统中，功率发射器可以最初校准补偿系统以减少或优选地消除不同组平衡检测线圈的偏移。

功率发射器可以首先设置用于校准的初始参数。驱动器201可以生成具有第二较高操作/驱动频率的驱动信号，例如作为对称方波。该第二较高工作频率可以被设置为由测量变压器211的电感Ls1和谐振电容器C1给出的谐振频率。在一些实施例中，合适的值可以是例如48kHz。电压幅值可以设置为恒定电压，例如48V。

然后补偿电路1103可以继续使用以下方法为第一组平衡检测线圈(线圈L1、L2)确定合适的补偿信号：

补偿电路1103可以首先经由“通道选择”端口来选择第一检测线圈对L1-L2。

补偿电路1103可以如图18所示地将“Phase comp”和“Ampl.comp”信号提供到乘法器1701。

最初，“Phase comp”信号与“Phase ref”信号同相，即“Ampl.comp”被调整到相对较低的水平。

补偿电路1103然后可以在360度的全跨度上以小步长增加“Phase comp”信号的延迟。偏移电压Ufod'具有最小值处的延迟值被存储在补偿电路1103中。

补偿电路1103使用这个存储的延迟值并且以小步长增加信号“Ampl.comp”的幅值。然后它存储如下的值，针对所述值，偏移电压具有最小值。

为了减少找到最佳延迟和幅值值的时间，步骤4和5可以使用逐次逼近。

然后，存储的相位/延迟和幅值值将反映如下的设置，针对所述设置，偏移电压Ufod’被最小化，并且因此平衡检测线圈之间的不平衡已经被最大程度地补偿。然后可以针对所有平衡检测线圈组重复该过程。

补偿电路1103然后可以将多路复用器切换到下一组平衡检测线圈(L3、L4)并重复该过程以找到针对该组平衡检测线圈的补偿值。

图19图示了乘法器1701的实施例的示例。该示例说明了围绕低功率半桥逆变器构建的开关乘法器。低功率Mosfet Q1和Q2利用如图18所示的对称驱动信号“Phase comp”以交替模式驱动。乘法器1701的瞬时输出电压Ucomp(t)然后被给出为：

Ucomp(t)＝Phasecomp(t)*Ampl.comp

利用电容器CBuf1和CBuf2，电压Ufod(t)的DC分量被去除，从而导致补偿变压器1101由AC电压驱动。

应当理解，在其他实施例中可以使用用于调整补偿信号的相位/延迟和/或幅值的其他方法。

在初始校准之后(在已知不存在异物时执行)，可以在异物检测时间间隔期间执行异物检测。

作为具体示例，异物检测器205可以使用3通道多路复用器依次扫描三组平衡检测线圈。图20示出了使用这种MOSFET的可能实现方式的示例。扫描可以在单个异物检测时间间隔中执行，或者可以分成多个异物检测时间间隔。

由于谐振电路，信号Ufod是正弦的并且被放大器1703放大以生成经放大的信号Ufod'。该信号被馈送到相位检测器1705和比较器1707。应该理解，尽管在图17中单独示出，但是这些功能通常被认为是补偿电路1103的一部分。

如果相位检测器1705检测到信号Ufod'和“Phase ref”之间的相位差高于预定值，则确定检测到异物并且补偿电路1103可以例如将驱动器201切换到关闭状态并终止电力传输。

如果信号Ufod'的幅值变得高于预定值“Ampl.ref”，则比较器1707向补偿电路1103发送控制信号。在这种情况下，再次确定检测到异物并且补偿电路1103可以将驱动器201切换到关闭状态并终止功率传输。

应当理解，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，显而易见的是，可以在不背离本发明的情况下使用不同功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布。例如，被示为由分别的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器执行。因此，对特定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设备的引用，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明可以以任何合适的形式实现，包括硬件、软件、固件或这些的任何组合。本发明可以任选地至少部分地实现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来物理地、功能地和逻辑地实现。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或作为其他功能单元的一部分来实现。这样，本发明可以在单个单元中实现，或者可以在不同的单元、电路和处理器之间物理地和功能地分布。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于这里阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受所附权利要求的限制。另外，尽管可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除存在其他元件或步骤。

将理解，对优选值的引用并不意味着任何限制，除了它是在异物检测初始化模式中确定的值之外，即它是优选的，因为它是在调整过程中确定的。对优选值的引用可以代替对例如第一值的引用。

此外，尽管单独列出，但是多个设备、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实现。另外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些特征可以有利地组合，并且包含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。在一类权利要求中包含特征并不意味着对该类别的限制，而是指示该特征在合适时同样适用于其他权利要求类别。在一个独立权利要求的从属权利要求中包括特征并不意味着对该独立权利要求的限制，而是指示该特征在合适的情况下同等地适用于其他独立权利要求。此外，权利要求中的特征的顺序并不意味着特征必须工作的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不意味着必须以该顺序执行这些步骤。而是，可以以任何合适的顺序来执行这些步骤。另外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的附图标记仅被提供用于地使示例清楚，不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)；所述功率发射器(101)包括：

发射器线圈(103)；

驱动器(201)，其用于生成针对所述发射器线圈(103)的驱动信号，所述驱动器(201)被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号；

串联耦合的一组平衡检测线圈(207、209)，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

异物检测器(205)，其被耦合到所述一组平衡检测线圈并被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器(205)被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；

变压器(1101)，其具有初级绕组和次级绕组，所述次级绕组与所述一组平衡检测线圈串联耦合；以及

补偿电路(1103)，其被耦合到所述初级绕组并且被布置为生成针对所述初级绕组的补偿驱动信号，所述补偿驱动信号将所述一组检测线圈的组合电压偏移。

2.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，其中，第一组平衡检测线圈与所述次级绕组之间的耦合的组合电阻小于100欧姆。

3.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，其中，所述次级绕组的匝数不少于所述初级绕组的匝数的十分之一。

4.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，其中，所述补偿电路(1103)被布置为在所述异物检测时间间隔期间生成具有与所述驱动信号的频率相匹配的频率的所述补偿驱动信号。

5.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，其中，所述补偿电路(1103)被布置为动态地调整所述驱动信号的参数，所述参数是所述驱动信号的电压幅值和相位中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的功率发射器(101)，其中，所述补偿电路(1103)被布置为改变所述驱动信号的所述参数以确定参考参数值，针对所述参考参数值，来自第一次级绕组的信号具有最小幅值，并且所述补偿电路被布置为在执行异物检测操作时将所述驱动信号设置为所述参考参数值。

7.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，包括：

多组平衡检测线圈，其包括所述一组平衡检测线圈和至少第二组平衡检测线圈，所述第二组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

开关电路(1401)，其用于将所述多个平衡检测线圈中的一个平衡检测线圈经由串联耦合而在时间上顺序地耦合到所述次级绕组；并且

其中，所述补偿电路(1103)被布置为根据哪组平衡检测线圈被耦合到所述次级绕组而针对所述驱动信号应用不同的参数值。

8.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，其中，在所述异物检测时间间隔期间的驱动信号的频率不低于比在所述功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率高50％。

9.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，其中，在所述异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的50％。

10.根据任一前述权利要求所述的功率发射器(101)，其中，在所述异物检测时间间隔期间，所述驱动信号的电压幅值是恒定的。

11.一种操作用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)的方法；所述功率发射器(101)包括：

发射器线圈(103)；

串联耦合的一组平衡检测线圈(207、209)，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

变压器(1101)，其具有初级绕组和次级绕组，所述次级绕组与所述一组平衡检测线圈串联耦合；所述方法包括：

生成针对所述发射器线圈(103)的驱动信号，包括生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号；

被耦合到所述一组平衡检测线圈的异物检测器(205)在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器(205)被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；

被耦合到所述初级绕组的补偿电路(1103)生成针对所述初级绕组的补偿驱动信号，所述补偿驱动信号将所述一组检测线圈的组合电压偏移。

12.一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)；所述功率发射器(101)包括：

发射器线圈(103)；

驱动器(201)，其用于生成针对所述发射器线圈(103)的驱动信号，所述驱动器(201)被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号；

串联耦合的一组平衡检测线圈(207、209)，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

异物检测器(205)，其被耦合到所述一组平衡检测线圈并被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器(205)被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；

其中，所述驱动器(201)被布置为生成所述驱动信号，使得在所述异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的50％。

13.一种操作用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)的方法；所述功率发射器包括：

发射器线圈(103)；

串联耦合的一组平衡检测线圈(207、209)，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

并且所述方法包括：

生成针对所述发射器线圈(103)的驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且生成针对所述发射器线圈的驱动信号以在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号；

在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性满足异物检测准则而检测异物；

其中，生成所述驱动信号而使得在所述异物检测时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的50％。

14.一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)；所述功率发射器(101)包括：

发射器线圈(103)；

驱动器(201)，其用于生成针对所述发射器线圈(103)的驱动信号，所述驱动器(201)被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号；

串联耦合的第一组平衡检测线圈(207、209)，所述第一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

第一变压器(211)，其具有第一次级绕组和第一初级绕组，所述第一初级绕组与所述第一组平衡检测线圈串联耦合；

异物检测器(205)，其被耦合到所述第一次级绕组并且被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器(205)被布置为响应于来自所述第一次级绕组的信号的特性符合异物检测准则而检测异物。

15.根据权利要求14所述的功率发射器(101)，其中，所述第一次级绕组是无源负载的。

16.根据权利要求14或15所述的功率发射器(101)，其中，所述一组平衡检测线圈是无源负载的。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的功率发射器(101)，还包括至少第一谐振电容器，所述第一谐振电容器被耦合到所述第一次级绕组以形成谐振电路，所述谐振电路的谐振频率具有基本上等于所述电磁测试信号的频率的频率。

18.根据前述权利要求14至17中的任一项所述的功率发射器(101)，包括多组平衡检测线圈，所述多组平衡检测线圈包括所述第一组平衡检测线圈和至少第二组平衡检测线圈，所述第二组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；并且所述异物检测器(205)被布置为响应于来自至少所述第二组平衡检测线圈的输出信号而执行异物检测。

19.根据权利要求18所述的功率发射器(101)，还包括开关电路(1401)，所述开关电路用于将所述多个平衡检测线圈中的一个平衡检测线圈经由串联耦合在时间上顺序地耦合到所述第一初级绕组；并且其中，所述异物检测器(205)被布置为响应于来自针对被耦合到所述第一电流变压器的所述多个平衡检测线圈中的至少两个平衡检测线圈的所述第一次级绕组的信号的特性而执行异物检测。

20.一种功率发射器(101)，其用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率；所述功率发射器(101)包括：

发射器线圈(103)；

驱动器(201)，其用于生成针对所述发射器线圈(103)的所述驱动信号，所述驱动器(201)被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在所述重复时间范围的至少一个异物检测时间间隔期间生成电磁测试信号；

串联耦合的一组平衡检测线圈(207、209)，所述一组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

异物检测器(205)，其被耦合到所述一组平衡检测线圈并被布置为在所述异物检测时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器(205)被布置为响应于来自所述一组平衡检测线圈的信号的特性符合异物检测准则而检测异物；

其中，所述驱动器(201)被布置为生成驱动信号，使得在异物检测时间间隔期间的驱动信号的频率不低于比在功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率高50％。

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