CN115210989B - 无线充电系统中的外来对象检测及相关的系统、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了针对无线功率发射器的外来对象检测及相关的系统、方法和设备。用于无线功率发射器的控制器包括处理核心和模数转换器，该模数转换器被配置为对发射线圈的线圈电压电位和线圈电流中的至少一者进行采样。该处理核心被配置为响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流中的该至少一者来确定预期参考Q因子值，以及将该预期参考Q因子值与从无线功率接收器接收的参考Q因子值进行比较。该处理核心被进一步配置为响应于该预期Q因子值与从该无线功率接收器接收的该参考Q因子值的比较来确定在该发射线圈附近检测到外来对象。

Description

无线充电系统中的外来对象检测及相关的系统、方法和设备
优先权声明
本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2020年3月3日提交的并且名称为″LOW POWEROBJECT DETECTION IN MULTI-COIL WIRELESS CHARGING SYSTEMS AND RELATED SYSTEMS，METHODS，AND DEVICES″的美国临时专利申请序列号62/984,722的权益，该美国临时专利申请的全部公开内容据此以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及无线功率传输，并且更具体地，涉及多线圈无线功率发射器中的低功率对象检测。
背景技术
无线功率传输系统可将功率从一个电子设备传输到另一个电子设备。更具体地，发射设备的发射器可生成电磁场，并且接收设备的接收器可从该电磁场提取功率。
附图说明
虽然本公开以特别指出并清楚地要求保护具体实施方案的权利要求书作为结尾，但当结合附图阅读时，通过以下描述可更容易地确定本公开范围内的实施方案的各种特征和优点，在附图中：
图1是根据一些实施方案的无线电力系统的框图；
图2是根据一些其他实施方案的被配置为检测外来对象的存在的无线电力系统的框图；
图3是图1和图2的无线功率发射器的区段的示意图；
图4是根据一些实施方案的示出用于无线功率发射器(例如，图2的发射器)的对象检测方法的数据收集方法的流程图；
图5是根据一些实施方案的示出用于无线功率发射器(例如，图2的发射器)的对象检测方法的数据处理方法的流程图；
图6是根据一些实施方案的示出无线功率发射器(例如，图2的发射器)的对象检测方法的流程图；
图7是示出图2的无线电力系统的交流(AC)控制信号、线圈电压电位和线圈电流相对于时间绘制的曲线图；
图8是示出在AC信号接通时间段和数据收集时间段之间的过渡附近的图6的曲线图的放大版本的曲线图；并且
图9是在一些实施方案中可用于实现本文所公开的各种功能、操作、动作、过程和/或方法的电路的框图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，参考了形成本公开的一部分的附图，并且在附图中以举例的方式示出了可实施本公开的实施方案的特定示例。充分详细地描述了这些实施方案，以使本领域的普通技术人员能够实践本公开。然而，可利用其他实施方案，并且可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构、材料和过程的变化。
本文所呈现的图示并不旨在为任何特定方法、系统、设备或结构的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的实施方案的理想化表示。本文所呈现的附图未必按比例绘制。为了读者的方便，各附图中的类似结构或部件可保持相同或相似的编号；然而，编号的相似性并不意味着该结构或部件在尺寸、组成、配置或任何其他属性方面必须是相同的。
以下描述可包括示例以帮助本领域的普通技术人员实践本发明所公开的实施方案。使用术语″示例性的″、″通过示例″和″例如″是指相关描述是说明性的，虽然本公开的范围旨在涵盖示例和法律等同形式，但使用此类术语并不旨在将实施方案或本公开的范围限制于指定的部件、步骤、特征或功能等。
应当容易理解，如本文一般所述并且在附图中示出的实施方案的部件可被布置和设计成多种不同的配置。因此，对各种实施方案的以下描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅代表各种实施方案。虽然实施方案的各个方面可在附图中呈现，但是附图未必按比例绘制，除非特别指明。
此外，所示出和描述的特定实施方式仅为示例，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。元件、电路和功能可以框图形式示出，以便不以不必要的细节模糊本公开。相反，所示出和描述的特定实施方式仅为示例性的，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。另外，块定义和各个块之间逻辑的分区是特定实施方式的示例。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，本公开可通过许多其他分区解决方案来实践。在大多数情况下，已省略了关于定时考虑等的细节，其中此类细节不需要获得本公开的完全理解，并且在相关领域的普通技术人员的能力范围内。
本领域的普通技术人员将会理解，可使用多种不同技术和技法中的任何一者来表示信息和信号。为了清晰地呈现和描述，一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域的普通技术人员应当理解，信号可表示信号总线，其中总线可具有多种位宽度，并且本公开可在包括单个数据信号在内的任意数量的数据信号上实现。
结合本文所公开的实施方案描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑部件、分立硬件部件或设计成实施本文所描述的功能的其任何组合来实现或实施。通用处理器(在本文还可称为″主机处理器″或简称″主机″)可以是微处理器，但在替代方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实现为计算设备的组合，诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。在通用计算机被配置为执行与本公开的实施方案相关的计算指令(例如，软件代码)时，包括处理器的通用计算机被认为是专用计算机。
实施方案可根据被描绘为流程图、流程示意图、结构图或框图的过程来描述。虽然流程图可将操作动作描述为连续过程，但是这些动作中的许多动作可按照另一序列、并行地或基本上同时地执行。此外，可重新安排动作的顺序。过程可以对应于方法、线程、函数、程序、子例程、子程序等。此外，本文所公开的方法可以在硬件、软件或两者中实现。如果在软件中实现，这些函数可作为一个或多个指令或代码存储或传输到计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，该通信介质包括有利于将计算机程序从一个位置传递到另一个位置的任何介质。
使用诸如″第一″、″第二″等名称对本文的元件的任何引用不限制那些元件的数量或顺序，除非明确陈述此类限制。相反，这些名称可在本文中用作在两个或更多个元件或元件的实例之间进行区分的便利方法。因此，提及第一元件和第二元件并不意味着在那里只能采用两个元件，或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另外指明，一组元件可包括一个或多个元件。
如本文所用，涉及给定参数、属性或条件的术语″基本上″是指并且包括在本领域的普通技术人员将会理解的给定参数、属性或条件满足小程度的方差的程度，诸如例如在可接受的制造公差内。以举例的方式，取决于基本上满足的具体参数、属性或条件，参数、属性或条件可至少满足90％、至少满足95％、或甚至至少满足99％。
无线功率传输技术用于在广泛的应用范围内将功率从一个系统传输到另一系统。Qi是广泛采用的无线充电标准，并且其已扩展到消费者蜂窝电话品牌。
以举例的方式，Qi无线系统包括发射器和接收器。发射器基于从接收器接收的反馈来控制传输到接收器的功率。发射器包括至少一个线圈，接收器线圈与该至少一个线圈耦合在无线系统中。在多线圈发射器设计中，存在彼此重叠的多个发射器线圈，使得接收器线圈可以被放置在发射器线圈中的任一个发射器线圈附近。这为接收器的放置提供了空间自由度，并且即使仅将接收器线圈近似放置在发射器附近也能确保功率传输。相反，单个线圈发射器要求接收器线圈与发射器线圈正确对准以用于功率传输。
发射器的功能中的一个功能是检测靠近其线圈的接收器的存在。Qi规范建议使用两种接收器检测方法，即：(1)模拟ping和(2)数字ping。这些方法用称为ping电压的电压电位激励储能电路，并且测量模拟ping中的电流或数字ping中的接收器通信以检测接收器。周期性地进行该操作以检查接收器是否存在。然而，这两种方法均消耗相对大量的功率，这可能是电池供电的发射器的问题。此外，这两种方法都无法标识在发射器附近存在与接收器不同的外来对象。如果未检测到外来对象，则外来对象可导致发射器将外来对象作为接收器的一部分来对待，这可导致不正确的功率损耗校准并且功率被辐射到外来对象，从而浪费功率并且潜在地加热外来对象。
本文公开了确定预期参考Q因子值的无线功率发射器，该预期参考Q因子值对于与耦合到给定接收器的该无线功率发射器不同类型的无线功率发射器而言是预期的，根据发射器测量和已知参数来确定该预期参考Q因子值。作为非限制性示例，所确定的预期参考Q因子值被确定为好像接收器已经被放置在中等功率A1(MP-A1)线圈上(例如，如由无线充电联盟(WPC)Qi中等功率规范所规定的)；中等功率可高达15瓦)。将所确定的预期参考Q因子值与从校准到MP-A1发射器的接收器接收的参考Q因子值进行比较。所确定的预期参考Q因子值的计算可能相对复杂，因为该计算依赖于无线功率发射器和接收器的电感值和电阻值。此外，接收器在发射器上的反射阻抗可取决于无线功率发射器和接收器之间的耦合系数，该耦合系数随接收器的接收线圈距无线功率发射器的发射线圈的间隔距离(z)以及接收线圈相对于发射线圈的x-y对准而变化。
一种用于检测外来对象的Qi规范方法涉及：接收器在校准阶段期间向发射器传输参考Q因子值，该参考Q因子值是用具有两毫米间隔的MP-A1发射器线圈以100kHz获取的。发射器使用参考Q因子值来检测是否存在外来对象。该Qi指定的检测外来对象的方法适用于最初提出的具有类似于MP-A1发射器的发射器特性的发射器。然而，较新的发射器拓扑结构具有与MP-A1发射器不同的特性，并且因此可能无法使用来自被校准到MP-A1发射器的接收器的参考Q因子值。
Qi规范未提及对于不同类型的发射器使用所确定的参考Q因子值。相反，Qi规范最先规定将使用MP-A1型发射器的参考Q因子值，并且自从它的第一规范以来没有变化。可以确定Q因子的一种方式是通过使用具有不同Q因子的若干接收器，并且用发射器和将发送的参考Q因子拟合在Q因子范围上的曲线。然而，该曲线拟合方法作为所使用的接收器的函数起作用，这些接收器可具有与之相关联的不同的电感值和电阻值。由于Q因子取决于接收器的电感值和电阻值，因此具有相同的Q因子值但具有不同的电感值和电阻值的不同的接收器在感应耦合到发射器时将提供不同的参考Q因子值。因此，该曲线拟合方法可能不准确。
所公开的无线功率发射器可解决由于发射线圈与接收线圈之间的对准和距离变化以及由于不同类型的接收器所固有的变化而引起的发射器测量中的变化。所公开的无线功率发射器还可以确定预期参考Q因子值，而不管无线功率发射器是MP-A1型发射器还是其他类型的发射器，或不管发射器的电感值和电阻值是否与接收器的电感值和电阻值相匹配。因此，本文所公开的无线功率发射器可提供预期参考Q因子值的准确计算以用于与(由接收器)所提供的参考Q因子值进行比较。本文所公开的无线功率发射器还可以在存在接收器的情况下提供对发射器附近的外来对象的可靠检测。这些公开的无线功率发射器可以使用根据Qi规范从接收器接收的参考Q因子值来检测外来对象，而不管无线功率发射器是否具有不同于MP-A1型发射器的特性。
图1是根据本公开的各种实施方案的包括发射器102和接收器104的无线电力系统100的框图。发射器102被配置为检测在其附近的外来对象的存在。发射器102可操作地耦合到被配置为提供输入电压Vin的电压源112(例如，直流(DC)电压源，诸如电池)，并且接收器104耦合到负载110。无线电力系统100还包括多个发射线圈106(示出了其中一个发射线圈)和接收线圈108，该接收线圈可用于(例如，经由电感耦合)将功率116从发射器102传输到接收器104。当发射线圈106在接收线圈108附近时，发射线圈106和接收线圈108可以是耦合线圈114(例如，发射线圈106中的至少一个发射线圈可以感应耦合到接收线圈108)。在发射器102和接收器104之间不需要物理连接来将功率116从发射器102传输到接收器104。相反，使用磁通量链来传输功率116。发射器102可以通过控制提供给发射线圈106的电压电位幅值、频率、相位和/或占空比来控制所传送的功率116。
当发射线圈106中的一个发射线圈与接收线圈108正确对准时，功率传输可以是有效的。发射器102被配置为使用与接收线圈108具有最强耦合的发射线圈106中的一个发射线圈来将功率116发射到接收器104。发射器102可以检测接收线圈108或一些其他导电外来对象的存在。此外，如果检测到接收线圈108，则发射器102可以选择发射线圈106中的一个发射线圈(例如，与接收线圈108耦合最强的发射线圈)来将功率116传输到接收线圈108，如下面将更详细讨论的。
图2是图1的无线电力系统100的更详细的框图。图2示出了图1所示的发射器102、接收器104、发射线圈106中的一个发射线圈、接收线圈108、电压源112和负载110。如图2所示，发射器102包括H桥逆变器202、储能电路228(包括发射线圈106和在发射线圈106和H桥逆变器202之间串联电连接的发射电容器Ctran)、一个或多个温度传感器218，以及控制器226。H桥逆变器202电连接在电压源112和储能电路228之间。
接收器104包括由图2所示的接收线圈108和接收电容器Crec1和Crec2形成的谐振储能电路(未示出)。因此，接收器104可包括接收电容器Crec1和Crec2、二极管电桥206，以及通信和电压控制电路210。接收器电容器Crec1可以串联电连接在接收线圈108和二极管电桥206之间。接收器电容器Crec2可以跨二极管电桥206并联电耦合。二极管电桥206可被配置为对从发射器102接收的AC接收信号244进行整流，以提供DC功率信号246。因此，谐振储能电路的输出通过二极管电桥206，该二极管电桥对AC接收信号244进行整流。通信和电压控制电路210可被配置为接收DC功率信号246并且向负载110产生负载电压电位248。作为非限制性示例，通信和电压控制电路210可包括降压转换器或低压差稳压器(LDO)，该低压差稳压器在输出负载110处提供固定的负载电压电位248。通信和电压控制电路210可以在控制器(例如，微控制器)中实现，但不限于此。
发射器102的控制器226包括电连接到一个或多个数据存储设备(存储装置224)的处理核心220。本文中讨论控制器226的各种功能。应当理解，这些功能中的任一功能可由处理核心220执行。控制器226还包括被配置为接收线圈电压电位222的线圈电压电位输入端204和被配置为接收指示发射线圈106的电流的线圈电流表示232的线圈电流输入端234。控制器226还包括模数转换器(ADC 238)，该模数转换器被配置为对线圈电流输入端234处的线圈电流表示232、线圈电压电位输入端204处的线圈电压电位222或这两者进行采样，并且将所采样的线圈电流表示232和/或所采样的线圈电流表示232提供给处理核心220。线圈电压电位222可以是实际线圈电压电位的缩放表示，并且/或者线圈电流表示232可以是实际线圈电流的缩放表示。
控制器226还包括线圈选择输出端214，该线圈选择输出端被配置为向发射线圈106提供一个或多个线圈选择信号216。线圈选择信号216被配置为选择性地控制发射线圈106中的哪一个发射线圈传导由H桥逆变器202提供给储能电路228的交流(AC)信号(AC信号242)。控制器226还包括被配置为向H桥逆变器202提供一个或多个AC控制信号240的AC控制输出端208。AC控制信号240被配置为控制由H桥逆变器202应用于储能电路228的AC信号242。例如，在H桥逆变器202电连接在电压源112和储能电路228之间的情况下，控制器226可以选择性地应用AC控制信号240以(例如，通过周期性地反转输入电压Vin)将由电压源112提供的输入电压电位Vin(例如，DC电压电位)转换为方波AC信号242。
控制器226被配置为使用在发射器102(例如，线圈电流表示232和/或线圈电压电位输入端204)处进行的测量、已知参数和由接收器104传送至发射器102的参考Q因子值230(也称为″Qref″)来计算预期参考Q因子值Qr。根据Qi规范，从接收器104接收的参考Q因子值230可以是放置在MP-A1型发射线圈附近的接收器的参考Q因子值。接收器104可经由有线通信介质(例如，以太网，但不限于此)或无线通信介质(例如，
Figure BDA0003828559590000081
Wi-Fi，或无线功率通信，但不限于此)将参考Q因子值230传送至发射器102。
控制器226对发射线圈106的线圈电压电位222和线圈电流表示232进行采样。控制器226还根据发射器102的拓扑结构以固定或可变频率驱动AC控制信号240。控制器226被配置为使用AC控制信号240来驱动H桥逆变器202，以在AC信号242的一定数量的周期内将AC信号242递送至储能电路228，然后断开AC信号242。AC控制信号240可以是由控制器226生成的脉宽调制信号。在AC信号242断开之后，储能电路228可根据发射线圈106、接收线圈108、发射电容器Ctran以及接收电容器Crec1和Crec2的电感值和电容值以其谐振频率谐振。线圈电压电位222的衰减速率取决于发射器102中的电阻。接收器104的存在改变了储能电路228的谐振频率以及线圈电压电位222的衰减速率。发射器102中的较高电阻降低了发射器102的Q因子值，而发射线圈106的较高电感增加了发射器102的Q因子值。当发射线圈106感应耦合到接收线圈108时，接收线圈108的电感在发射器102处表现为正电感值，该正电感值被添加到发射线圈106的电感(即，当耦合到接收线圈108时，发射线圈106的有效电感值增加)。从发射器102的角度来看，接收器104的电阻也被添加到发射器102的电阻(即，当耦合到接收线圈108时，发射器102的有效电阻响应于接收器104的电阻而增加)。即使储能电路228的Q因子值(该Q因子值可以与发射线圈106的电感与发射器102的电阻之间的比率成比例)被监测，然而，也可能难以判断储能电路228的Q因子值的改变是由于与接收器104的耦合还是由于与外来对象的耦合。
外来对象的存在以及接收器104的存在可以由控制器226通过分离在发射线圈106耦合到接收线圈108(电感和电阻分别为Ltr和Rtr)和发射线圈106未耦合到接收线圈108(电感和电阻分别为Lt和Rt)的情况下针对发射线圈106确定的电感值和电阻值来确定。在谐振时，电容阻抗等于串联电感-电容(LC)电路中的电感阻抗。如果这些阻抗中的一个阻抗与谐振频率(没有接收器104时的fr或具有接收器104时的Wtr)一起测量，则可以计算电感(没有接收器104时的Lt或具有接收器104时的Ltr)的值。类似地，如果(例如，基于在线圈电压电位222的样本Vcoil和/或线圈电流表示232的样本Icoil中标识的峰值Pn)计算储能电路228的Q因子值(没有接收器104时的Qt或具有接收器104时的Qtr)，知道储能电路228的电感(Lt或Ltr)和谐振频率(fr或Wtr)，则可以确定发射器102的电阻(没有接收器104时的Rt或具有接收器104时的Rtr)。这些测量可以在没有任何接收器104的情况下针对发射器102重复一次，并且每次将接收器104放置在发射器102附近(例如，在发射器上)时重复一次。第一测量，即在附近没有任何接收器104的情况下对发射器102的测量，允许确定发射线圈106的电感Lt和储能电路228的电阻Rt。当接收器104放置在发射器102附近时，获取第二组读数，从而提供增加的有效电感Ltr和增加的有效电阻Rtr。这四个读数以及谐振频率fr、Wtr可用于确定预期参考Q因子值Qr，如果发射器102是具有2mm间隔的MP-A1型线圈，则该发射器将期望经历该预期参考Q因子值Qr。
无线电力系统200的模拟(例如，在三发射线圈设计中，L1、L2和LN，其中N＝3，如图3所示，但不限于此)揭示了由控制器226计算的所确定的预期参考Q因子值Qr与由接收器104提供的参考Q因子值230(也示出为″Qref″)紧密匹配。控制器226可以与各种发射器设计一起使用，其中可以使用各种电感值和电阻值。由于在H桥逆变器202(参见图3)中使用的发射线圈106或开关Sa、Sb、Sc和Sd(例如，MOSFET)中的差异，电感值和电阻值可以在发射器与发射器之间变化。即使在各种不同的发射器拓扑结构中的任何一种与各种接收器中的任何一种一起使用的情况下，控制器226也能够实现可靠的检测。
在一些实施方案中，控制器226被配置为执行下面关于图4描述的数据收集方法400、下面关于图5描述的数据处理方法500、下面关于图6描述的对象检测方法600，或者全部，以便检测发射器102附近的外来对象的存在。
发射线圈106的电感可能受温度影响。因此，控制器226包括被配置为从温度传感器218接收温度信号236的温度输入端212。温度信号236与(例如，发射线圈106的)发射器102的温度相关。由于发射线圈106的电感可能受温度影响，所以控制器226可以在发射器102的操作期间考虑这些波动。
图3是图1和图2的无线功率发射器102的区段300的示意图。一起参考图2和图3，区段300包括上述电压源112、H桥逆变器202、发射电容器Ctran和发射线圈106(L1、L2...LN)。H桥逆变器202的输入端在图3中示出为电连接到电压源112。然而，应当注意，在一些实施方案中，H桥逆变器202的输入端可以替代地电连接到转换器(未示出)(例如，DC到DC转换器，诸如四开关降压升压转换器(FSBBC)，但不限于此)的输出端。区段300还示出了线圈开关302(线圈开关S1、S2...SN)，每个线圈开关与相应的发射线圈106串联电连接。发射线圈106和线圈开关302的数量N可以是任何数量(例如，一个、两个、三个、四个、五个、十个、二十个，但不限于此)。线圈开关302是电可控开关，以使控制器226能够经由线圈选择信号216选择性地打开和闭合线圈开关302。通过闭合与发射线圈106中的一个发射线圈相关联的线圈开关302中的一个线圈开关、发射线圈106中的相关联的一个发射线圈被有效地放置在储能电路228中(图2)。在一些实施方案中，(例如，通过闭合线圈开关302中的相关联的一个线圈开关)一次仅选择发射线圈106中的一个发射线圈。在一些实施方案中，线圈开关302可以是具有电连接到线圈选择信号216的栅极的晶体管(例如，用于在储能电路中传导双向AC电流的背对背MOSFET)。因此，由控制器226提供的线圈选择信号216可包括被配置为单独控制线圈开关302的信号总线。
H桥逆变器202还包括若干电可控开关(开关Sa、Sb、Sc和Sd)。开关Sa、Sb、Sc和Sd可经由来自控制器226的AC控制信号240电控制，以跨H桥逆变器202的第一节点304和第二节点306生成AC信号242。作为非限制性示例，开关Sa、Sb、Sc和Sd可以是具有电连接到其栅极的AC控制信号240的晶体管。在一些实施方案中，开关Sa、Sb、Sc和Sd可以是由MOSFET驱动器驱动的MOSFET晶体管。控制器226可以通过在开关Sa、Sb、Sc和Sd中的每一个开关处取消断言AC控制信号240来禁用或断开AC信号242(即，提供被配置为打开开关的电压电位)。在AC信号242被禁用的情况下，第一节点304和第二节点306可以处于电浮置状态。控制器226可以通过在以下各项之间交替来激活AC信号242：闭合开关Sa和Sd，同时打开开关Sc和Sb；以及打开开关Sa和Sd，同时闭合开关Sc和Sb。开关Sa、Sb、Sc和Sd可以通过断言相应的AC控制信号240被闭合。由控制器226提供的AC控制信号240可包括被配置为控制开关Sa、Sb、Sc和Sd的信号总线。在一些实施方案中，AC控制信号240的单个信号可以控制开关Sa和Sd，并且另一个信号可以控制开关Sc和Sd。在一些实施方案中，AC控制信号240可包括四个单独的信号以分别控制开关Sa、Sb、Sc和Sd。在一些实施方案中，电耦合在控制器226(图2)和开关Sa、Sb、Sc和Sd之间的MOSFET驱动器(未示出)的MOSFET驱动器输入(未示出)由AC控制信号240控制，该AC控制信号可以由来自控制器226的PWM输出引脚的脉宽调制(PWM)输出提供，但不限于此。在开关Sa和Sd闭合并且开关Sb和Sc断开的情况下，跨第一节点304和第二节点306的电压电位可以是Vin，从而导致AC信号242的正半周期。在开关Sa和Sd断开并且开关Sb和Sc闭合的情况下，跨第一节点304和第二节点306的电压电位可以是-Vin，从而导致AC信号242的负半周期。因此，在这两个状态之间交替的情况下，产生跨第一节点304和第二节点306的方波AC信号242。作为非限制性示例，操作频率(即，开关频率，该开关频率继而等于AC信号242的频率)可被设置为基本上125kHz。因此，H桥逆变器202跨由发射电容器的电容和发射线圈106的电感形成的储能电路228(图2)应用AC信号242。
控制器226被配置为周期性地控制无线功率发射器102以执行对象检测操作(例如，图6的对象检测方法600的操作606至操作620)。在对象检测操作之间的时间周期中，无线功率发射器102可在低功率状态(例如，休眠模式或待机模式)下操作以节省功率。对象检测操作包括数据收集方法(例如，图4的数据收集方法400)和数据处理方法(例如，图5的数据处理方法500)。
在数据收集方法中，控制器226被配置为将线圈数量设置为等于第一数量。发射线圈106的每个发射线圈与从第一数量到最后数量的特定数量相关联，如图3所示。例如，发射线圈L1与线圈数量＝1相关联，发射线圈L2与线圈数量＝2相关联，并且发射线圈LN与线圈数量＝N相关联。类似地，线圈开关302的每个线圈开关与从第一数量到最后数量的数量相关联。例如，线圈开关S1与线圈数量＝1相关联，线圈开关S2与线圈数量＝2相关联，并且线圈开关SN与线圈数量＝N相关联。
在数据收集方法中，控制器226还可以闭合与线圈数量相关联的线圈开关302中的一个线圈开关，以将与线圈数量相关联的发射线圈106中的一个发射线圈电连接到H桥逆变器202。控制器226可以控制H桥逆变器202以向储能电路228提供AC信号242。在将AC信号242应用于储能电路228(这可以对储能电路228进行充电)之后，控制器226可以对线圈电压电位222和线圈电流表示232进行采样。然后，控制器226可以使线圈数量递增，并且对线圈中的每一个线圈重复数据收集方法(即，除非递增的线圈数量大于最后数量，在图3的情况下，线圈数量＝N)。下面分别参考图4、图5和图6讨论关于数据收集方法、数据处理方法和对象检测方法的更多细节。
控制器226还可以被配置为执行发射器102的校准。如前所述，发射线圈106的电感可以响应于温度波动而波动。因此，控制器226可以考虑在对象检测操作期间由于温度波动而引起的这些波动。例如，控制器226可被配置为基于温度信号236来调整在数据处理方法(例如，图5的数据处理方法500)和对象检测方法(例如，图6的对象检测方法600)期间使用的阈值最小Q因子值、期望未耦合谐振频率值和阈值最小谐振频率值。此外，在一些实施方案中，发射线圈106可以经历彼此不同的温度。因此，控制器226可被配置为基于温度差来调整线圈的测量Q因子和谐振频率，以防止发射线圈106之间的温度差影响对象检测和发射线圈选择。
此外，发射线圈106的电感值可并非全部相同。作为非限制性示例，由于制造容差，发射线圈106的电感值可以变化大约百分之二十(20％)。因此，控制器226可被配置为执行校准以归一化发射线圈106的电感值之间的差，以防止发射线圈106的电感值之间的差影响对象检测和发射线圈选择。
图4是根据一些实施方案的示出用于无线功率发射器(例如，图2的发射器102)的对象检测方法的数据收集方法400的流程图。在操作402中，数据收集方法400将线圈数量设置为等于第一数量。无线功率发射器的多个发射线圈中的每一个发射线圈与从第一数量到最后数量的特定数量相关联。在操作404中，数据收集方法400闭合与线圈数量相关联的线圈开关，以将与线圈数量相关联的发射线圈电连接到H桥逆变器，从而实现包括发射线圈和发射电容器的储能电路。在操作406中，数据收集方法400将AC信号应用于储能电路。在一些实施方案中，将AC信号应用于储能电路包括启用被配置为控制AC信号的一个或多个AC控制信号。在一些实施方案中，启用一个或多个AC控制信号包括启用被配置为控制可操作地耦合到DC电压源(例如，图2的电压源112)的H桥逆变器以生成AC信号242的一个或多个脉宽调制信号(例如，图2的AC控制信号240)。
在操作408中，数据收集方法400确定AC信号是否已经完成对储能电路的应用。作为非限制性示例，可以响应于检测到自AC信号的初始化起已经经过预先确定的时间段来确定AC信号已经完成操作。
在操作410中，数据收集方法400响应于确定AC信号已完成而(例如，使用模数转换器(ADC)，但不限于此)对跨发射线圈的线圈电压电位和发射线圈的线圈电流表示进行采样。作为非限制性示例，可以使用用于每个线圈的两个独立ADC通道来独立且同时地对线圈电压电位和线圈电流表示进行采样。同样作为非限制性示例，可以非常高的速率(例如，1.6MHz，但不限于此)对线圈电压电位和线圈电流表示进行采样。非常高的采样速率确保了在每个78kHz的谐振频率中可以获得若干采样。假设在78kHz的谐振频率下采样速率为1.6MHz，则线圈电压电位和线圈电流表示的每个周期有20个样本可用。在操作412中，数据收集方法400确定针对线圈电压电位收集的样本数量是否已经达到预先确定的样本数量(例如，400个样本，但不限于此)。假设样本的预先确定的数量是400，则可以捕获大约20个周期的线圈电压电位和线圈电流表示。
在操作414中，数据收集方法400延迟预先确定的时间段(例如，对应于线圈电压电位的预先确定的数量的峰值)，直到储能电路已经放电。作为非限制性示例，可以在数据收集之后立即处理所采样的线圈电压电位和线圈电流表示以代替延迟(操作414)，或者可以(例如，使用图5的数据处理方法500)将其与来自其他线圈的所采样的线圈电压电位和线圈电流一起处理。
在操作416中，数据收集方法400递增线圈数量。在操作418中，数据收集方法400重复闭合(操作404)、应用(操作406)、确定(操作408)、采样(操作410)、确定(操作412)、延迟(操作414)和递增(操作416)操作，除非递增的线圈数量大于最后数量。
图5是根据一些实施方案的示出用于无线功率发射器(例如，图2的发射器102)的对象检测方法的数据处理方法500的流程图。在一些实施方案中，数据处理方法500可以在对发射器的所有发射线圈执行数据收集方法400之后开始。在一些实施方案中，数据处理方法500可以在数据收集方法400期间(例如，在对应于数据收集方法400的操作414的延迟期间，但不限于此)开始。在数据收集方法400的操作410中针对发射线圈中的每一个发射线圈采样的所采样的线圈电压电位值表示具有谐振频率fr的指数衰减的正弦曲线。在操作502处，数据处理方法500标识所采样的线圈电压电位值中的峰值Pn。例如，控制器(例如，控制器226)可以通过比较三点滤波器布置中的前一个采样值和下一个采样值来寻找峰值。在峰值处，前一个采样值和下一个采样值低于当前值。正峰值和/或负峰值可以被标识并且存储在阵列中(例如，在存储装置224中)。
在数据收集方法400的操作410中针对发射线圈中的每一个发射线圈采样的所采样的线圈电流表示值表示具有谐振频率fr的指数衰减的正弦曲线。与所采样的线圈电流表示值相关联的波形的形状可类似于与线圈电压电位采样值相关联的波形的形状，不同之处在于与线圈电流表示采样值相关联的波形与同采样线圈电压电位值相关联的波形相位相差约90度。在操作504处，数据处理方法500标识每个发射线圈的所采样的线圈电流表示值中的峰值(例如，正峰值和/或负峰值)。
在操作506处，数据处理方法500响应于在操作502和/或操作504中标识的所标识的峰值来确定储能电路的谐振频率。在线圈电压电位(例如，在操作502中)或线圈电流表示(例如，在操作504中)中标识的峰值可用于确定与每个发射线圈相关联的谐振频率fr。在线圈电压电位和线圈电流表示的采样周期是固定的实施方案中，可以使用对应于峰值的采样数量的标识来确定谐振频率fr。如果峰值之间的时间(或采样数量)被测量为平均值而不是仅在两个连续峰值之间，则谐振频率的所确定的值可以是精确的。如果采样频率增加至远高于谐振频率fr，则可以使用两个连续峰值来确定谐振频率fr。谐振频率fr可以计算为：
Figure BDA0003828559590000151
其中n1是第1峰值的采样数量，nk是第k峰值的采样数量，并且fsamp是模数转换器采样频率。
在操作508处，数据处理方法500确定储能电路的电感阻抗。在谐振时，储能电路(例如，图2的储能电路228)的电感阻抗与电容阻抗相等且相反。谐振频率fr取决于发射线圈和发射电容器Ctran(图2)的电感值，而线圈电流取决于电感阻抗或电容阻抗。由于无功阻抗显著高于储能电路中的电阻，因此为了简单起见可以忽略电阻，并且可以使用以下等式来计算储能电路中的电感：
Figure BDA0003828559590000152
以及
Figure BDA0003828559590000153
由于：
Xp＞＞Rp，
由此得出：
Zp＝jXp，
Wr＝2πfr，
Figure BDA0003828559590000161
以及
Figure BDA0003828559590000162
其中Zp是储能电路的总阻抗，Xp是储能电路的电抗阻抗，fr是储能电路的谐振频率，Lp是储能电路的电感阻抗，Rp是储能电路的电阻，vp是线圈电压电位的峰值，ip是线圈电流表示的峰值，并且j是负1的平方根。
相应的线圈电压电位和线圈电流表示的峰值vp、ip对应于相同的采样时间。例如，如果线圈电压电位的第二峰值vp用于计算，则也应当使用第二线圈电流表示峰值ip。由于电感的值以微亨为单位，因此为了计算精度，计算Xp而不是Lp可能有用。更具体地，计算Xp而不是Lp可能更容易，因为它是峰值电压vp与峰值电流ip的比率，而直接计算Lp可能需要计算Xp以及频率测量，因为Lp＝Xp/(2*π*fr)。因此，与计算Xp相比，直接计算Lp将涉及额外的除法计算，这将花费额外的时间来计算。因此，计算Xp可能比计算Lp要快。
在操作510处，数据处理方法500响应于所标识的(例如，在操作502和/或操作504处标识的)峰值Pn为发射线圈中的每一个发射线圈确定无线功率发射器的Q因子Q。Q因子Q的值可以使用以下等式根据线圈电压电位和/或线圈电流的峰值来确定：
Figure BDA0003828559590000163
其中PN是第N峰值，并且PN+1是第N+1峰值。可以使用单个计算或者使用在线圈电压电位和/或线圈电流的若干周期上计算的Q因子的平均值来确定Q因子值Q。使用平均值可以掩蔽计算灵敏度，因此优于使用单个计算的Q因子计算。
在操作512处，数据处理方法500确定储能电路的电阻Rp。可以通过将所确定的电感阻抗Xp除以Q因子Q来估计储能电路的电阻Rp。
针对每个线圈完成Q因子值Q以及谐振频率fr测量，并且提供给存储它们(例如，作为阵列，但不限于此)的存储装置(例如，图2的存储装置224)。
图6是根据一些实施方案的示出无线功率发射器(例如，图2的发射器102)的对象检测方法600的流程图。在操作602处，对象检测方法600包括在接收线圈未在发射线圈附近的情况下执行数据收集方法400。在操作604处，对象检测方法600包括在接收线圈未在发射线圈附近的情况下对在操作602处收集的数据执行数据处理方法500，以获得仅发射器的谐振频率Wt、仅发射器的Q因子值Qt、仅发射器的储能电路的电感阻抗Lt，以及仅发射器的储能电路的电阻Rt。仅发射器的谐振频率Wt可以由Wt＝2π*ft给出，其中ft是储能电路的谐振频率fr，其中没有接收器在发射线圈附近。仅发射器的Q因子值Qt是在接收器未在发射线圈附近的情况下储能电路的Q因子值Q。此外，仅发射器的储能电路的电感阻抗Lt是在接收器未在发射线圈附近的情况下储能电路的电感阻抗Lp。此外，仅发射器的储能电路的电阻Rt是在接收器未在发射线圈附近的情况下储能电路的电阻Rp。
涉及执行数据收集方法400(图4)的操作602在接收器未定位在发射器附近的情况下被执行至少一次。在接收器未定位在发射器附近的情况下，基于在数据收集方法400期间获得的所采样的线圈电压电位值和线圈电流表示值，对在操作602中收集的数据执行操作604。对于每个发射线圈，确定仅发射器的电感值Lt(例如，在操作508中确定用作发射器电感的电感阻抗)、仅发射器的Q因子Qt(例如，在操作510中)、仅发射器的储能电路的谐振频率Wt(例如，在操作506中)，以及仅发射器的储能电路的电阻Rt(例如，在操作512中)。在工厂中，可以在校准阶段期间对接收器未在附近的发射器执行这些测量和计算(例如，操作602和操作604)，并且可以将值存储在存储装置(例如，图2的存储装置224)中以供将来使用。
当接收器位于发射器附近(例如，放置在发射器上)时，获取另一组读数(测量和所确定的值)(例如，执行数据收集方法400(图4)和数据处理方法500(图5))。可以完成该操作以检查在向接收器传输功率(即，进行到功率传输阶段)之前在接收器附近是否存在外来对象。数据收集方法400和数据处理方法500可以周期性地以及/或者每次将接收器放置在发射器附近时执行。在这种情况下，可以确定组合的发射器-接收器电感Ltr、组合的发射器-接收器Q因子值Qtr、组合的发射器-接收器谐振频率Wtr，以及组合的电阻Rtr(当感应耦合到接收线圈时，储能电路的电感阻抗Xtr除以组合的发射器-接收器Q因子值Qtr)。
例如，在操作606处，对象检测方法600包括在接收线圈在发射线圈附近的情况下执行数据收集方法400。在操作608处，对象检测方法600包括在接收线圈在发射线圈附近的情况下对所收集的数据执行数据处理方法500，以获得储能电路的组合的发射器-接收器谐振频率Wtr、组合的发射器-接收器Q因子值Qtr、组合的发射器-接收器电感Ltr，以及组合的发射器-接收器电阻Rtr。组合的发射器-接收器谐振频率Wtr可以由Wtr＝2π*ftr给出，其中ftr是储能电路的谐振频率fr，其中接收器在发射线圈附近。组合的发射器-接收器Q因子值Qtr是储能电路的Q因子值Q，其中接收器在发射线圈附近。此外，储能电路的组合的发射器-接收器电感阻抗Ltr是储能电路的电感阻抗Lp，其中接收器在发射线圈附近。此外，储能电路的组合的发射器-接收器电阻Rtr是储能电路的电阻Rp，其中接收器在发射线圈附近。
在操作610处，对象检测方法600确定接收线圈在发射线圈上的反射电感Ls’。例如，接收线圈在发射线圈上的反射电感可被确定为：
Ls’＝Ltr-Lt。
在操作612处，对象检测方法600确定发接收线圈在射线圈上的反射电阻Rs’。例如，接收线圈在发射线圈上的反射电阻Rs’可被确定为：
Rs’＝Rtr-Rt。
发射器从接收器接收参考Q因子值Qref，该参考Q因子值是在接收器以2mm的距离d1耦合到参考MP-A1发射器线圈的情况下以100kHz计算的。参考MP-A1发射器线圈可具有24μH的电感L1和0.1Ω的电阻R1。值L1和值R1是单独的MP-A1发射器线圈的值。距离d1是发射器和接收器线圈之间的z距离。当接收器获得测量结果以获得其参考Q因子值Qref时，距离d1固定在2mm。
在操作614处，如果接收器已经以2mm的z距离放置在MP-A1型发射器上而不是放置在具有已知z距离dt的即时发射器上，则对象检测方法600(例如，通过图2的控制器226，但不限于此)确定预期参考Q因子值Qr。距离dt的值对于发射器是已知的，具体取决于其机械设计。例如，距离dt可以是从发射器线圈的顶部到放置接收器的表面的距离。作为非限制性示例，距离dt可以在2毫米至10毫米的范围内。如前所述，针对MP-A1发射器的距离dt为d1，该距离为2毫米。对于MP-9发射器，dt为4毫米。为了计算由于发射器和接收器之间的距离dt引起的差值，使用以下等式来确定因子k：
Figure BDA0003828559590000191
以下等式用于基于因子k来计算Qr的值：
L1c＝L1+k*Ls’，
R1c＝R1+k*Rs’，以及
Figure BDA0003828559590000192
Qr的值是接收器放置在MP-A1线圈上时的计算值。需注意，Qr的这个值是在接收器上以100kHz的频率计算的，因此W100＝2π*100kHz被用于计算。如果存在外来对象，则Qr的值减小，因为存在感应耦合到接收线圈的外来对象趋于增加有效R1c因子以及/或者减小有效L1c因子。
在决策616处，对象检测方法600将预期参考Q因子值Qr与从接收器接收的参考Qref进行比较，并且响应于该比较来确定外来对象的存在或不存在。例如，对象检测方法600可响应于预期参考Q因子值Qr与从无线功率接收器接收的参考Q因子值Qref的比较来确定在发射线圈附近检测到外来对象。由于如果存在外来对象则Qr的值趋于减小，所以如果Qr小于Qref，则外来对象可以靠近发射线圈。因此，响应于预期参考Q因子值Qr小于参考Q因子值Qref-r(Qr＜Qref)，在操作618处，对象检测方法600确定检测到外来对象。
在决策616处，响应于预期参考Q因子值Qr等于或大于从接收器接收的参考Q因子值Qref(Qr≥Qref)，对象检测方法600在操作620处确定未检测到外来对象。
如果Qr仅稍微小于Qref，则可能不期望确定检测到外来对象，因为，由于信号噪声、在计算Qr时作出的估计中的不完整性、Qref中的不完整性或一些其他因素，Qr可能仅稍微小于Qref。因此，在一些实施方案中，决策616可包括将Qr与稍微小于Qref的值进行比较。作为非限制性示例，可以在决策616处将Qr与乘以容差因子T的Qref进行比较。在该示例中，在操作618处，如果Qr＜T*Qref，则对象检测方法600确定检测到外来对象，并且在操作620处，如果Qr≥T*Qref，则对象检测方法600确定未检测到外来对象。在一些实施方案中，为了容差和测量精度，可以将因子T设置为10％。在这样的实施方案中，如果Qr＜0.9*Qref，则对象检测方法600在操作618处确定检测到外来对象。如果不期望容差因子，则容差因子可被设置为T＝1。应当注意，代替将Qref乘以容差因子T，可以从Qref中减去正阈值Th(例如，决策616可包括将Qr与Qr-Th进行比较)以提供容差。
应当注意，在上述测量和计算中，可以使用电感阻抗值X值来代替电感L，以便简化计算并且减少计算误差。
还应当注意，将接收器放置在发射器附近对在发射器处进行的测量产生影响。如果接收线圈的中心与发射线圈的中心完美对准，则对准可能是完美的。然而，在实际情况下，接收线圈可具有相对于发射线圈中心的x-y偏移。这(例如，当接收器将Qref传输至发射器时)可通过使用由接收器发送至发射器的信号强度值来校正。信号强度(SS)值指示发射线圈和接收线圈之间的耦合系数。当中心对准时，SS值可以是最高的。同样地，在将接收线圈从发射线圈移开时，SS值可小于最高值。该效应影响Ls’和Rs’，并且可通过修改k因子来补偿，如以下等式所示：
Figure BDA0003828559590000201
其中SSm表示所测量的信号强度值，而SSi是发射线圈距接收线圈的距离为dt时所预期的理论最大信号强度值。
图7是示出图2的无线电力系统200的AC控制信号240中的一者、线圈电压电位222和线圈电流表示232相对于时间绘制的曲线图700。图600示出AC控制信号240在AC信号接通时间段702期间接通，然后在数据收集时间段704期间断开。作为非限制性示例，控制器(例如，图2的控制器226)可以在数据收集时间段704期间执行数据收集方法400(图4)。
图8是曲线图800，该图示出了在AC信号接通时间段702和数据收集时间段704之间的过渡附近的曲线图700的放大版本。AC控制信号240被示出为在接通时间段702期间振荡，然后在数据收集时间段704期间保持在DC值。振储能电路在数据收集时间段704期间以谐振频率fr谐振，如在线圈电压电位222和线圈电流表示232(该线圈电流表示与线圈电压电位222相位相差约90度)中看到的。
图9是在一些实施方案中可用于实施本文所公开的各种功能、操作、动作、过程和/或方法的电路900的框图。电路900包括可操作地耦合到一个或多个数据存储设备(本文有时称为″存储装置904″)的一个或多个处理器902(本文有时称为″处理器902″)。存储装置904包括存储在其上的机器可执行代码906，并且处理器902包括逻辑电路908。机器可执行代码906包括描述可由逻辑电路908实现(例如，由该逻辑电路执行)的功能元件的信息。逻辑电路908适于实现(例如，执行)由机器可执行代码906描述的功能元件。当执行由机器可执行代码906描述的功能元件时，电路900应被视为被配置用于执行本文所公开的功能元件的专用硬件。在一些实施方案中，处理器902可被配置为按顺序、同时地(例如，在一个或多个不同的硬件平台上)或在一个或多个并行过程流中执行由机器可执行代码906描述的功能元件。
当由处理器902的逻辑电路908实现时，机器可执行代码906被配置为调整处理器902以执行本文所公开的实施方案的操作。例如，机器可执行代码906可被配置为使处理器902适于执行图4的数据收集方法400和/或图5的数据收集方法500和/或图6的对象检测方法600的至少一部分或全部。又如，机器可执行代码906可被配置为使处理器902适于执行针对图2的控制器226所讨论的操作的至少一部分或全部。再如，机器可执行代码906可被配置为使处理器902适于执行针对图2的处理核心220所讨论的操作的至少一部分或全部。作为特定的非限制性示例，机器可执行代码906可被配置为使处理器902适于执行本文所讨论的对象检测操作的至少一部分。
处理器902可包括通用处理器、专用处理器、中央处理单元(CPU)、微控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑、分立硬件部件、其他可编程设备或被设计成执行本文公开的功能的它们的任何组合。当包括处理器的通用计算机被配置为执行与跟本公开的实施方案相关的机器可执行代码906(例如，软件代码、固件代码、硬件代码)对应的功能元件时，该通用计算机被认为是专用计算机。需注意，通用处理器(在本文中也可称为主机处理器或简称主机)可以是微处理器，但在替代方案中，处理器902可包括任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器902也可以实现为计算设备的组合，诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。
在一些实施方案中，存储装置904包括易失性数据存储装置(例如，随机存取存储器(RAM))、非易失性数据存储装置(例如，闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器、可擦除可编程只读存储器(EPROM)等)。在一些实施方案中，处理器902和存储装置904可以实现为单个设备(例如，半导体设备产品、片上系统(SOC)等)。在一些实施方案中，处理器902和存储装置904可实现为单独的设备。
在一些实施方案中，机器可执行代码906可包括计算机可读指令(例如，软件代码、固件代码)。作为非限制性示例，计算机可读指令可由存储装置904存储，由处理器902直接访问，并且由处理器902至少使用逻辑电路908执行。同样作为非限制性示例，计算机可读指令可被存储在存储装置904上，被传输到存储器设备(未示出)以供执行，并且由处理器902使用至少逻辑电路908来执行。因此，在一些实施方案中，逻辑电路908包括能够以电的方式配置的逻辑电路908。
在一些实施方案中，机器可执行代码906可描述将在逻辑电路908中实现以执行功能元件的硬件(例如，电路)。该硬件可以从低级晶体管布局到高级描述语言的各种抽象级别中的任何一种进行描述。在高级抽象下，可使用硬件描述语言(HDL)，诸如IEEE标准硬件描述语言(HDL)。作为非限制性示例，可以使用VerilogTM、SystemVerilogTM或超大规模集成(VLSI)硬件描述语言(VHDLTM)。
HDL描述可根据需要以多种其他抽象级别中的任一种转换成描述。作为非限制性示例，高级描述可被转换为逻辑级描述诸如寄存器传送语言(RTL)、栅极级(GL)描述、布局级描述或掩模级描述。作为非限制性示例，将由逻辑电路908的硬件逻辑电路(例如，栅极、触发器、寄存器，但不限于此)执行的微操作可在RTL中描述并且然后通过合成工具转换成GL描述，并且GL描述可通过安置和路由工具转换成布局级描述，该布局级描述对应于可编程逻辑设备的集成电路、分立栅极或晶体管逻辑部件、分立硬件部件或它们的组合的物理布局。因此，在一些实施方案中，机器可执行代码906可包括HDL、RTL、GL描述、掩模级描述、其他硬件描述，或它们的任何组合。
在机器可执行代码906包括硬件描述(以任何抽象级别)的实施方案中，系统(未示出，但包括存储装置904)可被配置为实现机器可执行代码906所述的硬件描述。作为非限制性示例，处理器902可包括可编程逻辑设备(例如，FPGA或PLC)，并且逻辑电路908可被电控制以将对应于硬件描述的电路实现到逻辑电路908中。同样作为非限制性示例，逻辑电路908可包括根据机器可执行代码906的硬件描述由制造系统(未示出，但包括存储装置904)制造的硬连线逻辑部件。
无论机器可执行代码906包括计算机可读指令还是硬件描述，逻辑电路908都适于在实现机器可执行代码906的功能元件时执行由机器可执行代码906描述的功能元件。需注意，虽然硬件描述可能不直接描述功能元件，但硬件描述间接描述了由硬件描述所描述的硬件元件能够执行的功能元件。
实施例
以下是示例性实施方案的非穷举、非限制性列表。并非以下列出的示例性实施方案中的每一个均被清楚且单独地指示为可与下面列出的示例性实施方案以及上述实施方案中的所有其他实施方案组合。然而，意图是这些示例性实施方案可与所有其他示例性实施方案和上述实施方案组合，除非对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是这些实施方案不可组合。
实施例1：一种用于无线功率发射器的控制器，所述控制器包括：模数转换器，所述模数转换器被配置为对发射线圈的线圈电压电位和线圈电流表示中的至少一者进行采样；以及处理核心，所述处理核心被配置为：响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的至少一者来确定预期参考Q因子值；将所述预期参考Q因子值与从无线功率接收器接收的参考Q因子值进行比较；以及响应于所述预期参考Q因子值与从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值的比较来确定在所述发射线圈附近检测到外来对象。
实施例2：根据实施例1所述的控制器，其中所述处理核心被配置为响应于在所述无线功率接收器定位在所述发射线圈附近以及所述无线功率接收器未定位在所述发射线圈附近的情况下所述无线功率发射器的储能电路的所确定的电阻值和电感阻抗值，确定所述预期参考Q因子值，所确定的电阻值和电感阻抗值响应于所述发射线圈的所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的至少一者来确定。
实施例3：根据实施例1和实施例2中任一项所述的控制器，其中所述处理核心被配置为响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的至少一者的峰值来确定所述预期参考Q因子值。
实施例4：根据实施例3所述的控制器，其中所述处理核心被进一步配置为在所述无线功率接收器定位在所述发射线圈附近以及所述无线功率接收器未定位在所述发射线圈附近的情况下，响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的所述至少一者的所述峰值来确定储能电路的谐振频率。
实施例5：根据实施例1至4中任一项所述的控制器，其中所述处理核心被配置为确定：响应于确定所述预期参考Q因子值小于所述参考Q因子值与容差因子的乘积，在所述发射线圈附近检测到所述外来对象；以及响应于确定所述预期Q因子值不小于所述参考Q因子值与所述容差因子的乘积，在所述发射线圈附近未检测到所述外来对象。
实施例6：一种无线功率发射器，包括：储能电路，所述储能电路包括发射线圈，所述发射线圈被配置为感应耦合到无线功率接收器的接收线圈；以及控制器，所述控制器被配置为：在所述接收线圈在所述发射线圈附近的情况下，对所述发射线圈的线圈电压电位和线圈电流表示进行采样；响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示来确定将在预定义的无线功率发射器和所述无线功率接收器之间预期的预期参考Q因子值；以及通过将所述预期参考Q因子值与从所述无线功率发射器接收的参考Q因子值进行比较来确定外来对象是否位于所述发射线圈附近。
实施例7：根据实施例6所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为响应于确定所述预期参考Q因子值小于容差因子与从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值的乘积来确定所述外来对象位于所述发射线圈附近。
实施例8：根据实施例6所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为响应于确定所述预期参考Q因子值小于从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值来确定所述外来对象位于所述发射线圈附近。
实施例9：根据实施例6至8中任一项所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为标识所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的峰值，响应于所标识的峰值来确定所述储能电路的谐振频率，响应于所确定的谐振频率来确定所述储能电路的电感阻抗，响应于所标识的峰值来确定所述无线功率发射器的Q因子，以及响应于所述储能电路的所确定的谐振频率、所述储能电路的所确定的电感阻抗和所述无线功率发射器的所确定的Q因子来确定所述储能电路的电阻。
实施例10：根据实施例9所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为通过将用于对所述线圈电压电位和所述线圈电流表示进行采样的采样频率除以商来确定所述储能电路的所述谐振频率，所述商包括对应于第一峰值的采样数量和对应于第k峰值的后续采样数量之间的差除以k。
实施例11：根据实施例9和实施例10中任一项所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为将所述储能电路的所述电感阻抗确定为所采样的线圈电压电位中的所标识的峰值除以所采样的线圈电流表示中的对应的所标识的峰值2π与所述储能电路的所确定的谐振频率之间的乘积。
实施例12：根据实施例9至11中任一项所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为通过从所述接收线圈未在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电感阻抗减去所述接收线圈在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电感阻抗，来确定所述接收线圈在所述发射线圈上的反射电感。
实施例13：根据实施例9至12中任一项所述的无线功率发射器，其中所述控制器被配置为通过从所述接收线圈未在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电阻减去所述接收线圈在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电阻，来确定所述接收线圈在所述发射线圈上的反射电阻。
实施例14：一种确定外来对象是否位于无线功率发射器的发射线圈附近的方法，所述方法包括：对所述发射线圈的线圈电压电位进行采样；对所述发射线圈的线圈电流的线圈电流表示进行采样；基于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示来确定预定义的无线功率发射器和无线功率接收器之间的预期参考Q因子值；以及响应于所述预期参考Q因子值与从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值的比较来确定检测到外来对象。
实施例15：根据实施例14所述的方法，其中对所述线圈电压电位和所述线圈电流表示进行采样包括：将交流(AC)信号应用于包括所述发射线圈的储能电路；确定所述AC信号是否已经完成对所述储能电路的应用；响应于确定所述AC信号已经完成对所述储能电路的应用，对所述线圈电压电位和所述线圈电流表示进行采样；以及确定所收集的样本数量是否已经达到预先确定的样本数量。
实施例16：根据实施例14和15中任一项所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括标识所采样的线圈电压电位值和所采样的线圈电流值中的峰值，以及至少部分地基于所标识的峰值来确定所述预期参考Q因子值。
实施例17：根据实施例16所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括响应于所标识的峰值来确定储能电路的谐振频率，以及至少部分地基于所确定的谐振频率来确定所述预期参考Q因子值。
实施例18：根据实施例16和17中任一项所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括响应于所标识的峰值来确定所述无线功率发射器的Q因子，以及至少部分地基于所述Q因子来确定所述预期参考Q因子值。
实施例19：根据实施例14至18中任一项所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括：确定所述无线功率接收器的接收线圈在所述发射线圈上的反射电感，以及确定所述接收线圈在所述发射线圈上的反射电阻，以及至少部分地基于所确定的反射电感和所确定的反射电阻来确定所述预期参考Q因子值。
实施例20：根据实施例14至19中任一项所述的方法，还包括响应于确定所述预期参考Q因子值小于容差因子与所述参考Q因子值的乘积来确定未检测到外来对象。
实施例21：一种用于无线功率发射器的控制器，所述控制器包括：模数转换器，所述模数转换器被配置为对发射线圈的线圈电压电位和线圈电流中的至少一者进行采样；以及处理核心，所述处理核心被配置为：响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流中的至少一者来确定预期参考Q因子值；将所述预期参考Q因子值与从无线功率接收器接收的参考Q因子值进行比较；以及响应于确定所述预期Q因子值小于容差因子与从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值的乘积来确定在所述发射线圈附近检测到外来对象。
实施例22：根据实施例21所述的控制器，其中所述处理核心被配置为响应于在无线功率接收器定位在所述发射线圈附近以及所述无线功率接收器未定位在所述发射线圈附近的情况下所述无线功率发射器的储能电路的所确定的电阻值和电感阻抗值，确定所述预期参考Q因子值，所确定的电阻值和电感阻抗值响应于所述发射线圈的所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流中的至少一者来确定。
实施例23：根据实施例21和实施例22中任一项所述的控制器，其中所述处理核心被配置为响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流中的至少一者的峰值来确定所述预期参考Q因子值。
实施例24：根据实施例23所述的控制器，其中所述处理核心被进一步配置为在无线功率接收器定位在所述发射线圈附近以及所述无线功率接收器未定位在所述发射线圈附近的情况下，响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流中的所述至少一者的所述峰值来确定储能电路的谐振频率。
实施例25：根据实施例21至24中任一项所述的控制器，其中所述处理核心被配置为响应于确定所述期望Q因子值大于或等于所述容差因子与从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值的乘积来确定在所述发射线圈附近未检测到外来对象。
结语
如在本公开中使用的，术语″模块″或″部件″可以是指被配置为执行可以存储在计算系统的通用硬件(例如，计算机可读介质、处理装置等)上并且/或者由通用硬件执行的模块或部件和/或软件对象或软件例程的动作的特定硬件实施方式。在一些实施方案中，本公开中描述的不同部件、模块、发动机和服务可以实现为在计算系统上执行的对象或进程(例如，作为单独的线程)。虽然本公开中描述的系统和方法中的一些系统和方法通常被描述为在软件中实现(存储在通用硬件上并且/或者由通用硬件执行)，但是特定硬件实施方式或软件和特定硬件实施方式的组合也是可能且可以预期的。
用于本公开，尤其是所附权利要求书中的术语(例如，所附权利要求书的主体)通常旨在作为″开放″术语(例如，术语″包括″应被解释为″包括但不限于″，术语″具有″应被解释为″至少具有″，术语″包括″应被解释为″包括但不限于″等)。
另外，如果预期特定数量的引入的权利要求表述，则在权利要求中将明确叙述此类意图，并且在不进行此类表述的情况下，不存在此类意图。例如，作为对理解的辅助，以下所附权利要求书可包含使用引入性短语″至少一个″和″一个或多个″来引入权利要求叙述。然而，使用此类短语不应理解为暗示由不定冠词″一个″或″一种″引入的权利要求表述将包含此类引入的权利要求表述的任何特定权利要求限定于仅包含一个此类表述的实施方案，即使当相同的权利要求包括介绍性短语″一个或多个″或″至少一个″和不定冠词，诸如″一个″或″一种″(例如，″一个″和/或″一种″可被解释为指的是″至少一个″或″一个或多个″)；使用定冠词来引入权利要求叙述也是如此。
另外，即使明确叙述了特定数量的所引入的权利要求叙述，本领域技术人员也将认识到，此类叙述应被解译为意味着至少所叙述的数量(例如，无修饰的叙述″两项叙述″在没有其他修饰成分的情况下意味着至少两项叙述，或两项或更多项叙述)。此外，在使用类似于″A、B和C等中的至少一个″或″A、B和C等中的一个或多个″的惯例的那些情况下，通常此类构造旨在仅包括A、仅包括B、仅包括C、包括A和B两者、包括A和C两者、包括B和C两者或包括A、B和C三者等等。
此外，无论在说明书、权利要求书或附图中，呈现两个或更多个替代性术语的任何分离的词或措辞应当理解为考虑包括该术语中的一个术语、该术语中的任意一个术语或两个术语的可能性。例如，短语″A或B″应理解为包括″A″或″B″或″A和B″的可能性。
虽然本文关于某些图示实施方案描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到并理解本发明不受此限制。相反，在不脱离下文所要求保护的本发明的范围及其法律等同形式的情况下，可对图示实施方案和所述实施方案进行许多添加、删除和修改。此外，来自一个实施方案的特征可与另一个实施方案的特征组合，同时仍被包括在发明人所设想的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种用于无线功率发射器的控制器，所述控制器包括：
模数转换器，所述模数转换器用于对发射线圈的线圈电压电位和线圈电流表示中的至少一者进行采样，所述发射线圈以所述发射线圈和无线功率接收器的接收线圈之间的距离感应耦合到所述接收线圈；以及
处理核心，所述处理核心用于：
响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的至少一者来确定预期参考Q因子值，所述预期参考Q因子值指示在预定参考无线功率发射器处预期的Q因子值，所述预定参考无线功率发射器以从预定参考无线功率发射器的参考发射线圈到所述无线功率接收器的所述接收线圈的参考距离感应耦合到所述无线功率接收器，所述预定参考无线功率发射器不同于所述无线功率发射器，对所述预期参考Q因子值的确定考虑所述距离和所述参考距离之间的任何差异；
将所述预期参考Q因子值与从所述无线功率接收器接收的参考Q因子值进行比较；以及
响应于所述预期参考Q因子值与从所述无线功率接收器接收的参考Q因子值的比较来确定在所述发射线圈附近检测到外来对象。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述处理核心用于在所述无线功率接收器定位在所述发射线圈附近以及所述无线功率接收器未定位在所述发射线圈附近的情况下响应于所述无线功率发射器的储能电路的所确定的电阻值和电感阻抗值来确定所述预期参考Q因子值，所确定的电阻值和电感阻抗值响应于所述发射线圈的所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的至少一者来确定。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述处理核心用于响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的所述至少一者的峰值来确定所述预期参考Q因子值。
4.根据权利要求3所述的控制器，其中所述处理核心用于在所述无线功率接收器定位在所述发射线圈附近以及所述无线功率接收器未定位在所述发射线圈附近的情况下，响应于所采样的线圈电压电位和所采样的线圈电流表示中的所述至少一者的所述峰值来确定储能电路的谐振频率。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述处理核心用于确定：
响应于确定所述预期参考Q因子值小于所述参考Q因子值与容差因子的乘积，在所述发射线圈附近检测到所述外来对象；并且
响应于确定所述预期参考Q因子值不小于所述参考Q因子值与所述容差因子的乘积，在所述发射线圈附近未检测到所述外来对象。
6.一种无线功率发射器，包括：
储能电路，所述储能电路包括发射线圈，所述发射线圈用于感应耦合到无线功率接收器的接收线圈；以及
控制器，所述控制器用于：
在所述接收线圈离所述发射线圈一距离的情况下，对所述发射线圈的线圈电压电位或线圈电流表示中的至少一者进行采样；
响应于所采样的线圈电压电位或所采样的线圈电流表示中的至少一者来确定将在所述接收线圈离预定义的无线功率发射器的参考发射线圈一参考距离的情况下在所述预定义的无线功率发射器和所述无线功率接收器之间预期的预期参考Q因子值，所述预定义的无线功率发射器不同于所述无线功率发射器，对所述预期参考Q因子值的确定考虑所述距离和所述参考距离之间的任何差异；以及
通过将所述预期参考Q因子值与从所述无线功率接收器接收的参考Q因子值进行比较来确定外来对象是否位于所述发射线圈附近。
7.根据权利要求6所述的无线功率发射器，其中所述控制器用于响应于确定所述预期参考Q因子值小于容差因子与从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值的乘积来确定所述外来对象位于所述发射线圈附近。
8.根据权利要求6所述的无线功率发射器，其中所述控制器用于响应于确定所述预期参考Q因子值小于从所述无线功率接收器接收的所述参考Q因子值来确定所述外来对象位于所述发射线圈附近。
9.根据权利要求6所述的无线功率发射器，其中所述控制器用于标识所采样的线圈电压电位或所采样的线圈电流表示中的至少一者中的峰值，响应于所标识的峰值来确定所述储能电路的谐振频率，响应于所确定的谐振频率来确定所述储能电路的电感阻抗，响应于所标识的峰值来确定所述无线功率发射器的Q因子，以及响应于所述储能电路的所确定的谐振频率、所述储能电路的所确定的电感阻抗和所述无线功率发射器的所确定的Q因子来确定所述储能电路的电阻。
10.根据权利要求9所述的无线功率发射器，其中所述控制器用于通过将用于对所述线圈电压电位和所述线圈电流表示中的至少一者进行采样的采样频率除以商来确定所述储能电路的所述谐振频率，所述商包括对应于第一峰值的采样数量和对应于第k峰值的后续采样数量之间的差除以k。
11.根据权利要求9所述的无线功率发射器，其中所述控制器用于将所述储能电路的所述电感阻抗确定为所采样的线圈电压电位中的所标识的峰值除以所采样的线圈电流表示中的对应的所标识的峰值、2π与所述储能电路的所确定的谐振频率之间的乘积。
12.根据权利要求9所述的无线功率发射器，其中所述控制器用于通过从所述接收线圈未在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电感阻抗减去所述接收线圈在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电感阻抗，来确定所述接收线圈在所述发射线圈上的反射电感。
13.根据权利要求9所述的无线功率发射器，其中所述控制器用于通过从所述接收线圈未在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电阻减去所述接收线圈在所述发射线圈附近的情况下所述储能电路的所确定的电阻，来确定所述接收线圈在所述发射线圈上的反射电阻。
14.一种确定外来对象是否位于无线功率发射器的发射线圈附近的方法，所述方法包括：
对所述发射线圈的线圈电压电位或线圈电流的线圈电流表示中的至少一者进行采样，所述发射线圈离无线功率接收器的接收线圈一距离；
确定预定义的无线功率发射器的预期参考Q因子值，所述预定义的无线功率发射器包括参考发射线圈，所述参考发射线圈离所述接收线圈一参考距离，所述预定义的无线功率发射器不同于所述无线功率发射器，所述确定至少基于所采样的线圈电压电位或所采样的线圈电流表示中的至少一者以及所述距离和所述参考距离之间的任何差异；以及
响应于所述预期参考Q因子值与从所述无线功率接收器接收的参考Q因子值的比较来确定检测到外来对象。
15.根据权利要求14所述的方法，其中对所述线圈电压电位或所述线圈电流表示中的至少一者进行采样包括：
将交流(AC)信号应用于包括所述发射线圈的储能电路；
确定所述AC信号是否已经完成对所述储能电路的应用；
响应于确定所述AC信号已经完成对所述储能电路的应用，对所述线圈电压电位或所述线圈电流表示中的至少一者进行采样；以及
确定所收集的样本数量是否已经达到预先确定的样本数量。
16.根据权利要求14所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括标识所采样的线圈电压电位值和所采样的线圈电流表示值中的峰值，以及至少部分地基于所标识的峰值来确定所述预期参考Q因子值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括响应于所标识的峰值来确定储能电路的谐振频率，以及至少部分地基于所确定的谐振频率来确定所述预期参考Q因子值。
18.根据权利要求16所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括响应于所标识的峰值来确定所述无线功率发射器的Q因子，以及至少部分地基于所述Q因子来确定所述预期参考Q因子值。
19.根据权利要求14所述的方法，其中确定所述预期参考Q因子值包括：确定所述无线功率接收器的接收线圈在所述发射线圈上的反射电感，以及确定所述接收线圈在所述发射线圈上的反射电阻，以及至少部分地基于所确定的反射电感和所确定的反射电阻来确定所述预期参考Q因子值。
20.根据权利要求14所述的方法，包括响应于确定所述预期参考Q因子值小于容差因子与所述参考Q因子值的乘积来确定检测到外来对象。
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