CN116195169A - 过零时隙式异物检测 - Google Patents

Abstract

公开了用于无线充电的系统、方法和设备。一种用于操作充电装置的方法，所述方法包括以下步骤：当无线充电装置的表面上存在接收装置时，向谐振电路提供充电电流；提供过零信号，所述过零信号包括与跨所述谐振电路测量的电压的经过零伏特电平的转变对应的边沿或所述谐振电路中的电流的经过零安培电平的转变对应的边沿；通过减小或终止所述充电电流达一段时间来提供测量时隙；以及根据基于由所述过零信号提供的定时而捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定除了所述接收装置之外的对象是否存在于所述充电装置的表面上，其中，在所述测量时段期间捕获所述样本。

Description

过零时隙式异物检测

优先权要求

本申请要求于2020年6月4日在美国专利局提交的第16/893，424号专利申请的优先权和权益，该专利申请的全部内容通过引用结合于此，就像下面为了所有适用的目的完全阐述一样。

技术领域

本发明大体上涉及对电池(包含移动计算装置中的电池)的无线充电，并且更具体地涉及充电操作期间的异物检测。

背景技术

无线充电系统已经被部署成使得一些类型的装置能够在不使用物理充电连接的情况下对内部电池进行充电。可以利用无线充电的装置包括移动处理装置和/或通信装置。诸如由无线电力协会定义的Qi标准之类的标准使得由第一供应商制造的装置能够使用由第二供应商制造的充电器来无线充电。无线充电的标准是针对装置的相对简单的配置而优化的，并且倾向于提供基本的充电能力。

需要无线充电能力的改进以支持移动装置的不断增加的复杂性和变化的形状因数。例如，需要改进无线传输功率控制，包括检测当放置在充电装置上或附近时可能影响电力无线传输的异物。

附图说明

图1例示了根据本文所公开的一些方面的可用于提供充电表面的充电单元的示例。

图2例示了由充电表面提供的电力传输区域的布局，该充电表面采用了根据本文公开的一些方面配置的多层充电单元。

图3例示了根据本文所公开的一些方面可被设置在充电器基站中的无线发送器。

图4例示了根据本公开的一些方面配置的相位调制的无线充电器。

图5例示了根据本公开的一些方面配置的脉冲宽度调制充电器的示例。

图6例示了图5的脉冲宽度调制充电器的操作。

图7例示了采用根据本文所公开的一些方面配置的D类无线发送器的无线充电系统的示例。

图8例示了图7的D类无线发送器的操作。

图9例示了根据本公开的一些方面的过零、时隙式异物检测。

图10例示了根据本公开的一些方面的无线充电系统，其采用过零检测来获得谐振电路中的电流或电压的各个循环中的一个或更多个点处的测量结果。

图11和图12例示了基于相位的ASK解调，其支持在根据本公开的一些方面配置的无线充电系统中使用过零检测。

图13例示了采用可根据本文所公开的一些方面调整的处理电路的设备的一个示例。

图14例示了根据本公开的一些方面的用于操作充电装置的方法。

具体实施方式

下文结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而非旨在表示其中可实践本文所述构思的仅有配置。详细描述包括用于提供对各种构思的透彻理解的特定细节。然而，对于本领域技术人员明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些构思。在一些情况下，以框图形式示出了公知的结构和组件，以避免模糊这些构思。

现在将参考各种设备和方法来呈现无线充电系统的多个方面。这些设备和方法将在以下详细描述中描述，并在附图中通过各种框、模块、组件、电路、步骤、过程、算法等(统称为“要素”)示出。这些要素可以使用电子硬件、计算机软件或其任意组合来实现。这些要素是实现为硬件还是软件依赖于具体应用以及施加在整个系统上的设计约束。

作为示例，要素、或要素的任何部分，或要素的任何组合可以用包括一个或更多个处理器的“处理系统”来实现。处理器的示例包含微处理器，微控制器，数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置(PLD)、状态机、选通逻辑、分立硬件电路和被配置成执行贯穿本发明所描述的各种功能性的其它合适硬件。处理系统中的一个或更多个处理器可以执行软件。软件应被广义地解释为意指指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行程序、执行线程、过程、函数等，无论是否被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言等。软件可以驻留在处理器可读存储介质上。处理器可读存储介质(在本文中也可称为计算机可读介质)可包括例如磁存储装置(例如硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如光盘(CD)、数字多功能盘(DVD))、智能卡、闪存装置(例如，卡、棒、钥匙驱动器)、近场通信(NFC)令牌、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、寄存器、可移动盘、载波。传输线，以及用于存储或传输软件的任何其它合适的介质。计算机可读介质可以驻留在处理系统中，处理系统外部，或分布在包括处理系统的多个实体上。计算机可读介质可以体现为计算机程序产品。作为示例，计算机程序产品可以包括包装材料中的计算机可读介质。所属领域的技术人员将认识到如何最佳地实施贯穿本发明呈现的所描述的功能性，这依赖于特定应用和强加于整个系统的总体设计约束。

概述

本发明的一些方面涉及可应用于无线充电装置和技术的系统、设备和方法。在无线充电装置中，充电单元可配置有一个或更多个感应线圈以提供可对一个或更多个装置进行无线充电的充电表面。可以通过将装置的位置与集中在充电表面上的已知位置处的物理特性的变化相关联的感测技术来检测要充电的装置的位置。位置的感测可以使用电容，电阻，电感，触摸，压力，负载，应变和/或其他适当类型的感测来实现。

在本发明的一个方面中，一种设备具有：电池充电电源；以矩阵形式配置的多个充电单元；第一多个开关，其中，各个开关被配置成将所述矩阵中的线圈的行联接到所述电池充电电源的第一端子；以及第二多个开关，其中，各个开关被配置成将所述矩阵中的线圈的列联接到所述电池充电电源的第二端子。多个充电单元中的各个充电单元可以包括围绕电力传输区域的一个或更多个线圈。所述多个充电单元可邻近所述无线充电装置的充电表面布置，而所述多个充电单元中的所述充电单元的电力传输区域不交叠。放置在表面上的装置可以接收通过一个或更多个充电单元无线传输的电力。

在一些情况下，该设备也可称为充电表面。电力可以无线传输到位于设备表面上任何地方的接收装置。装置可以具有任意定义的尺寸和/或形状，并且可以被放置而不考虑能够用于充电的任何离散的放置位置。多个装置可以在单个充电表面上被同时充电。该设备可以跟踪一个或更多个装置在充电表面上的运动。

本文所公开的一些方面涉及改进的无线充电技术。在本发明的各个方面中，一种用于操作充电装置的方法包括以下步骤：当所述无线充电装置的表面上存在接收装置时，向谐振电路提供充电电流；提供过零信号，所述过零信号包含与跨所述谐振电路测量的电压的经过零伏特电平的转变对应的边沿或与所述谐振电路中的电流的经过零安培电平的转变对应的边沿；通过减小或终止充电电流达一段时间来提供测量时隙，并且根据基于过零信号提供的定时而捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定所述充电装置的表面上是否存在除了所述接收装置之外的对象，其中，在所述测量时隙期间捕获所述样本。

充电单元

根据本文公开的一些方面，一种充电装置可以使用邻近充电表面部署的多个充电单元来提供该充电表面。在一个示例中，根据蜂窝封装配置，充电单元被部署在充电表面的一个或更多个层中。可以使用一个或更多个线圈来实现充电单元，各个线圈可以沿与邻近该线圈的充电表面基本正交的轴线感生磁场。在本说明书中，充电单元可以指的是具有一个或更多个线圈的元件，其中各个线圈被配置成产生相对于由充电单元中的其他线圈产生的场是加性的电磁场，该电磁场产生沿着或接近共用轴线定向的磁通。

在一些实现方式中，充电单元包括多个线圈，这些线圈是沿着一条共用轴线堆叠的和/或是交叠的，使得它们对基本上正交于该充电表面的一个感生磁场做出贡献。在一些实现方式中，一种充电单元包括多个线圈，这些线圈被安排在该充电表面的限定部分内并且对与该充电单元相关联的该充电表面的基本上正交的部分内的感生磁场有贡献。在一些实现方式中，可以通过向包括在动态定义的充电单元中的线圈提供激活电流来配置充电单元。例如，在充电装置可以包括部署在充电表面上的多个线圈堆叠中，充电装置可以检测要充电的装置的位置并且可以选择线圈堆叠的某种组合以提供与要充电的装置相邻的充电单元。在一些情况下，充电单元可以包括单个线圈，或者被表征为单个线圈。然而，应当理解，充电单元可以包括多个堆叠的线圈和/或多个相邻的线圈或线圈的堆叠。线圈在本文中可以被称为充电线圈、无线充电线圈、发送器线圈、发送线圈、电力发送线圈、电力发送器线圈等。

图1例示了可被部署和/或配置成提供充电装置的充电表面的充电单元100的示例。如本文所述，充电表面可包括设置在一个或更多个基板106上的充电单元100的阵列。可以在一个或更多个基板106上提供包括一个或更多个集成电路(IC)和/或分立电子元件的电路。该电路可以包括用于控制提供给线圈的用于向接收装置发送电力的电流的驱动器和开关。该电路可以被配置成包括一个或更多个处理器和/或一个或更多个控制器的处理电路，该一个或更多个处理器和/或一个或更多个控制器可以被配置成执行本文公开的一些功能。在一些情况下，处理电路中的一些或全部可以设置在充电装置的外部。在一些情况下，电源或电池可联接到充电装置。

可将充电单元100设置成紧邻充电装置的外表面区域，在该外表面上可放置一个或更多个充电装置。充电装置可包括充电单元100的多个实例。在一个示例中，充电单元100具有基本上六边形的形状，其包围使用导体、导线或电路板迹线构造的一个或更多个线圈102，这些线圈可以接收足以在电力传输区域104中产生电磁场的电流。在各种实现方式中，一些线圈102可以具有基本上多边形的形状，包括图1中例示的六边形充电单元100。其它实现方式提供了具有其它形状的线圈102。线圈102的形状可以至少部分地由制造技术的能力或限制来确定，和/或用于优化充电单元在基板106(例如印刷电路板基板)上的布局。各个线圈102可以使用导线、印刷电路板迹线和/或其它螺旋结构的连接器来实现。各个充电单元100可以跨越由绝缘体或基板106分开的两层或更多层，使得不同层中的线圈102围绕共用轴线108居中。

图2例示了设置在充电装置的充电表面200中的电力传输区域的布局，该充电装置采用根据本文公开的一些方面配置的多层充电单元。所例示的充电表面由四层充电单元202、204、206、208构成。在图2中，由第一层充电单元202中的充电单元提供的各个电力传输区域被标记为“L1”，由第二层充电单元204中的充电单元提供的各个电力传输区域被标记为“L2”，由第三层充电单元206中的充电单元提供的各个电力传输区域被标记为“L3”，并且由第四层充电单元208中的充电单元提供的各个电力传输区域被标记为“L4”。

图3例示了可以在充电器基站中提供的无线发送器300。控制器302可以接收由滤波器电路308滤波或以其他方式处理的反馈信号。控制器可以控制驱动电路304的操作，驱动电路304向包括电容器312和电感器314的谐振电路306提供交流(AC)信号。谐振电路306在本文也可以被称为储能电路(tank circuit)、LC储能电路和/或LC储能器，并且在谐振电路306的LC节点310处测量的电压316可以被称为储能电压。

充电装置可使用无线发送器300来确定在充电装置的表面上是否已放置兼容装置。例如，充电装置可以通过经由无线发送器300发送间歇测试信号(主动ping)来确定在充电装置的表面上是否已放置兼容装置，其中当兼容装置对测试信号进行响应时，谐振电路306可以接收编码信号。该充电装置可以被配置成在接收到由标准、惯例、制造商或应用定义的响应信号之后激活至少一个充电单元中的一个或更多个线圈。在一些示例中，兼容装置可以通过发送接收信号强度来响应该ping，使得充电装置可以找到用于对兼容装置充电的最佳充电单元。

被动ping技术可使用在LC节点310处测量或观察到的电压和/或电流来识别在根据本文所公开的一些方面调整的装置的充电垫附近存在接收线圈。在许多常规无线充电器发送器中，提供了电路来测量LC节点310处的电压或网络中的电流。为了功率调节的目的和/或为了支持装置之间的通信，可以监测这些电压和电流。在图3所例示的示例中，监测LC节点310处的电压，虽然可以设想，可以附加地或另选地监测电流以支持被动ping。谐振电路306对被动ping(初始电压V₀)的响应可以由LC节点310处的电压(V_LC)表示，使得：

根据本文所公开的一些方面，可选择性地激活一个或更多个充电单元中的线圈以提供用于对兼容装置充电的最佳电磁场。在一些情况下，线圈可以被分配给充电单元，并且一些充电单元可以与其他充电单元交叠。在后一种情况下，可以在充电单元级选择最佳充电配置。在其它情况下，可基于待充电的装置在充电装置的表面上的放置来界定充电单元。在这些其他情况下，为各个充电事件激活的线圈的组合可以变化。在一些实现方式中，充电装置可以包括驱动电路，该驱动电路可以选择一个或更多个单元和/或一个或更多个预定义的充电单元以供在充电事件期间激活。

相位调制充电

本公开的一个方面涉及使用相位调制的无线充电器400，其示例在图4中例示。驱动电路402向包括电容器(C_p)和电感器(L_p)的谐振电路404提供充电电流410。充电电流410可以与电感器中的电流(即，L_p电流)基本相同，虽然充电电流410的一些部分可能由于寄生电容等而损失。充电电流410以可以与谐振电路404的谐振频率紧密匹配的频率交替，以提高电力传输的效率。根据本公开的一些方面，可通过充电电流410的相位调制来控制通过谐振电路404向接收装置传输的功率级。

定时图420例示了在一些实现方式中应用于充电电流410的相位调制的一些方面。相位调制使得能够对驱动电路402的输送的功率极进行精细控制。定时图420描绘了三个充电周期422、424和426，其中以不同的功率极来输送电力，如由充电电流410的变化幅度所指示的。

使用过零检测器406和相位调制器408获得相位控制，相位调制器408对由控制器或其它处理器提供的相位控制信号418进行响应。过零检测器406用于提供相位调制器408所使用的定时信息。在一个示例中，过零检测器406可以将表示流向谐振电路404的电流的测量信号412的极性与测量信号412的延迟版本的极性进行比较，因此当在测量信号412中发生过零时检测极性的差异。过零检测器406提供过零信号414(ZC)，其包括识别测量信号412的过零的定时信息。在一个示例中，过零信号414包括针对测量信号412的各个过零的边沿。边缘的转变方向可以表示正向或负向过零。在另一示例中，过零信号414包括针对测量信号412的各个过零的脉冲。

相位调制器408使用过零信号414来生成相位调制信号416。相位调制信号416可以改变对充电电流410有贡献的经调制的电流的相位。经调制的电流的相位相对于谐振电路中电流的相位可以引起充电电流410的增大或减小。在第一充电周期422中，相位调制信号416与过零信号414紧密同步，并且经调制的电流的效果在充电电流410的各个周期上是加性的。在该示例中，驱动电路402通过谐振电路404提供最大功率传输。在第二充电周期424中，相位调制信号416相对于过零信号414具有90°的相移，并且经调制的电流的效果在交替的四分之一周期上是加性和减性的。在该示例中，驱动电路402通过谐振电路404提供最大可用功率的50％。在第三充电周期426中，相位调制信号416相对于过零信号414具有从90°增加到在最后描绘的周期428中的180°的相移。经调制的电流的效果在充电电流410的各个周期的增加部分上是负的，并且驱动电路402通过谐振电路404提供从最大可用功率的50％减小到没有功率传输或最低功率传输的功率。

在一些实现方式中，过零信号414被提供为数字信号，该数字信号提供相位调制器408在由相位控制信号418指示时向输入过零信号添加相位超前或相位滞后所需的定时。在一个示例中，驱动电路402包括半桥电路。在一个示例中，相位控制信号418是多位数字信号，其指示要向过零信号414添加以直接影响在谐振电路404中(即Lp和Cp)流动的功率量的相移的量。

谐振脉冲宽度调制

图5例示了PWM充电器500的示例，并且图6中的定时图600、620例示了PWM充电器500的操作的一些方面。本发明的一个方面涉及使用脉冲宽度调制(PWM)充电系统来调制提供给谐振电路504的充电电流510。驱动电路502向包括电容器(C_p)和电感器(L_p)的谐振电路504提供充电电流510。充电电流510可以与电感器中的电流(即，Lp电流)基本相同，虽然充电电流510的一些部分可能由于寄生电容等而损失。充电电流510以可以与谐振电路504的谐振频率紧密匹配的频率交替，以提高电力传输的效率。根据本公开的一些方面，可使用PWM调制以改变充电电流510来控制通过谐振电路504向接收装置传输的功率级。

定时图600、620例示了在一些实现方式中应用于充电电流510的PWM的一些方面。虽然定时图600、620描绘了有限数量的充电周期602、604、606、622、624和626，其中以不同的功率级来输送电力，如由充电电流510的变化幅度所指示的，PWM使得能够对驱动电路502的输送功率级进行精细控制。

可以使用过零检测器506和PWM电路508来控制充电电流510中提供的功率，PWM电路508对由控制器或其它处理器提供的控制信号518进行响应。过零检测器506用于提供由PWM电路508使用的定时信息。在一个示例中，过零检测器506可以将表示流向谐振电路504的电流的测量信号512的极性与测量信号512的延迟版本的极性进行比较，由此当在测量信号512中发生过零时检测极性的差异。过零检测器506提供过零信号514(ZC)，其包括识别测量信号512的过零的定时信息。在一个示例中，过零信号514包括针对测量信号512的各个过零的边沿。边缘的转变方向可以表示正向或负向过零。在另一示例中，过零信号514包括针对测量信号512的各个过零的脉冲。

PWM电路508使用过零信号514来产生PWM信号516。PWM信号516可以控制对充电电流510贡献的能量。在一个示例中，PWM信号516中的脉冲用于选通提供给功率逆变器电路的电流，该功率逆变器电路产生用于提供充电电流510的交流输出。

在第一充电周期602、622中，PWM信号516包括与充电电流510的半周期的持续时间匹配的脉冲，并提供具有最大(100％)功率的充电电流510。在该示例中，驱动电路502通过谐振电路504提供最大功率传输。在第二充电周期604、624中，PWM信号516包括持续时间大约是充电电流510的半个周期的持续时间的一半的脉冲，并且所得到的充电电流510在被提供给谐振电路504时提供最大可用功率的50％。在第三充电周期606、626中，PWM信号516包括减小的脉冲，其最初具有大约为充电电流510的半周期的持续时间的一半的持续时间，并且减小到几乎不存在脉冲。驱动电路502通过谐振电路504提供从最大可用功率的50％减小到没有功率传输或最低功率传输的功率。

PWM信号516中的脉冲的定时可以基于产生在驱动电路502中使用的充电电流510的方法来选择。在图6的第一定时图600例示的示例中，各个脉冲在过零处起始且具有可由宽度控制信号518确定的持续时间。宽度控制信号518可以被提供为多位数字信号，其配置可编程延迟电路或从延迟线中选择输出来提供延迟，该延迟确定宽度控制信号518中的脉冲持续时间。

在图6的第二定时图620所例示的示例中，PWM信号516中的各个脉冲以过零信号514中的对应脉冲的中点为中心。换言之，各个脉冲的中心在测量信号512的过零点之间的中间。这些脉冲的持续时间可以由宽度控制信号518确定。宽度控制信号518可提供为多位数字信号，其配置可编程延迟电路或选择延迟线的输出以提供延迟，该延迟确定宽度控制信号518中的脉冲持续时间。可以使用计数器、延迟线、查找表和/或其它电路来配置脉冲位置。使PWM信号516中的脉冲在测量信号512的过零点之间居中可以降低充电电流510中的AC信号的失真。

在一些实现方式中，谐振脉冲宽度调制可以使用检测到的过零作为时间基准来启动PWM驱动周期。在一个示例中，可以启动定时器来控制脉冲宽度。在另一个示例中，可以使用延迟电路来控制脉冲宽度。在谐振电路504中流动的充电电流510由脉冲宽度来控制。

在一些实现方式中，PWM可以用于在没有过零同步的情况下控制在谐振电路504中流动的充电电流510。因此，如果其它信息是已知的，例如包括Lp和Cp的值，则电流测量电路和过零检测器506可以不是必需的。

谐振D类无线发送器

图7例示了使用根据本文所公开的一些方面提供的D类无线发送器702的无线充电系统700的示例。图8中的定时图800例示了D类无线发送器702的操作的一些方面。D类无线发送器702包括用作开关放大器的D类放大器。D类无线发送器702产生以第一频率在电压轨道之间切换的第一信号。第一信号由第二较低频信号调制。在所例示的示例中，第一信号被脉冲宽度调制以获得PWM信号718。

PWM信号718被提供给驱动电路704，驱动电路704产生充电电流以驱动谐振电路706，谐振电路706包括LC储能电路，LC储能电路包括电容器(C_p)和电感器(L_p)。充电电流可以与电感器中的电流(即，L_p电流802)基本相同。谐振电路706作为低通滤波器工作，其转换高频PWM信号718以获得调制信号的放大版本，其可以是正弦波。PWM控制器710可操作以使用累积缩放来控制Lp电流802的峰值幅度，以控制向无线接收器730传输的功率。举例而言，PWM信号718中的较宽脉冲可对应于Lp电流802幅度中的峰值。

可以使用过零检测器708和PWM控制器710来控制由驱动电路704提供的功率，PWM控制器710可以对由控制器或其它处理器提供的控制信号720进行响应。PWM控制器710从基准源712接收正弦信号，基准源712提供可以被PWM调制的承载信号。过零检测器708用于提供由PWM控制器710使用的定时信息。在一个示例中，过零检测器708可以将表示流向谐振电路706的电流的测量信号714的极性与测量信号714的延迟版本的极性进行比较，由此当在测量信号714中发生过零时检测极性的差异。过零检测器708提供过零信号716(ZCS)，其包括识别测量信号714的过零的定时信息。在一个示例中，过零信号716包括测量信号714的各个过零的边沿。边缘的转变方向可以表示正向或负向过零。在另一示例中，过零信号716包括针对测量信号714的各个过零的脉冲。PWM控制器710可以使用过零信号716来生成PWM信号718，其中，PWM信号718与L_p电流802相位对准。

过零时隙式异物检测

时隙式异物检测可用于检测无线充电装置的表面上的异物(FO)。无线充电装置中的驱动电路周期性地关断一小段时间，其可称为时隙，在此期间允许由驱动电路驱动的谐振电路中的能量衰减。谐振电路的Q因数可以通过测量衰减速率来确定。通常需要高采样率来在没有可能破坏Q因数的测量精度的混叠或伪像的情况下精确地测量储能电路中的AC波形。采样率可以是谐振电路中电流频率的10到20倍，并且通常需要使用快速且昂贵的模数转换器(ADC)。

在本发明的一些方面中，使用过零检测器来提供定时信息，所述定时信息允许低成本ADC在为异物检测而提供的时隙期间可靠地获得对谐振电路中的AC波形的各个周期中的同一点处的电压的准确测量。过零时隙式异物检测可用于检测谐振电路中的电压和/或电流的过零。过零的检测启动推迟(hold-off)定时器，该推迟定时器触发ADC中的采样和保持电路。在一个示例中，在谐振电路中的AC波形的四分之一周期之后，推迟定时器触发采样和保持电路。在该示例中，ADC读取在AC波的峰值处取得的样本。可以使用小于AC波形的基频的采样频率。

图9包括定时图900、920，其例示了过零、时隙式异物检测的一些方面。在正常充电操作的周期904、908或924、928之间提供了测量时隙906、926。第一定时图900涉及表示当不存在异物时谐振电路中的能量、电压或电流的信号902的示例，并且信号902中的缓慢衰减912对应于具有高Q因数的谐振电路。第二定时图920涉及表示当存在异物1030(见图10)时谐振电路中的能量、电压或电流的信号922的示例，并且衰减932对应于具有低Q因数的谐振电路。根据本公开的一些方面的过零、时隙式异物检测技术使用基于由过零信号910、930识别的所检测的过零来识别的采样点914、934。

图10例示了无线充电系统1000的示例，该无线充电系统1000采用过零检测来获得谐振电路1004中的电流或电压的各个周期中的一个或更多个点处的测量结果1028。在一个示例中，根据本文公开的一些方面，该测量可以用于时隙式异物检测。无线充电系统1000包括产生驱动谐振电路1004的充电电流的驱动电路1002，谐振电路1004包括LC储能电路，LC储能电路包括电容器(Cp)和电感器(Lp)。充电电流可以与电感器中的电流基本相同。在一些实现方式中，将表示跨谐振电路1004的电压的电压测量信号1006提供给第一过零检测器1012。第一过零检测器1012产生零电压信号(ZVS 1016)作为指示跨谐振电路1004的电压的过零的定时的输出。在一些实现方式中，将表示谐振电路1004中的电流的电流测量信号1008提供给第二过零检测器1014。第二过零检测器1014产生零电流信号(ZCS 1018)作为指示谐振电路1004中的电流的过零的定时的输出。

捕获定时电路1020可用于跟踪过零点并确定或管理采样和保持电路1024。在一个示例中，捕获定时电路1020可以包括或使用推迟定时器1022，推迟定时器可以定位在与谐振电路1004的半周期相对应的时间段之后出现的跨谐振电路1004的电压或电流的峰值幅度。在其它示例中，捕获定时电路1020可包括或使用推迟定时器1022，推迟定时器可定位跨谐振电路1004的电压或电流的一个或更多个点。采样和保持电路1024提供由ADC 1026数字化的输出以获得测量结果1028。测量结果1028可用于跟踪谐振电路1004中能量的衰减速率。

过零幅移键控解调

使用图10所示的过零检测技术获得的测量结果可以用于幅移键控(ASK)解调。ASK调制通常用于承载由Qi协议定义的消息，其用于将电力发送器无线互连到电力接收器。Qi协议允许电力接收器无线地控制电力发送器。在谐振电路1004中的电流或电压的各个周期中的一个或更多个点处获得的测量结果1028可用于ASK解调。一个或更多个过零检测器1012、1014提供用于采样与谐振电路1004相关联的电压或电流的基准定时。所采样的数据可用于提取由接收装置调制到承载功率信号上的ASK数据。

当使用过零检测来提供用于采样的定时时，可以从具有比采样频率高得多的频率的信号中提取数据。在一些情况下，可以以与谐振电路1004相关联的电流或电压的基频，或以与谐振电路1004相关联的电流或电压的频率的两倍来执行采样。传统的采样电路工作在与谐振电路1004相关联的电流或电压的基频的十倍或更多，以避免混叠和其它失真伪像。

在一个示例中，使用由ZVS 1016提供的定时所捕获的电压的测量结果来执行ASK解调，ZVS 1016由第一过零检测器1012输出以对采样和保持电路1024的触发进行定时。在另一示例中，使用由ZCS 1018提供的定时所捕获的电流的测量结果来执行ASK解调，ZCS1018由第二过零检测器1014输出以对采样和保持电路1024的触发进行定时。可以使用在电压或电流的周期的峰值处取得的单个样本来执行ASK解调。如果干扰承载的相位和/或频率不同于目标承载，则过零ASK解调可以拒绝可能在相同域中的任何通信信道。

图11和图12例示了使用过零检测来支持基于相位的ASK解调的无线充电系统1200的一些方面。参照图11的定时图1100，过零相位解调包括检测谐振电路1204中的电压1108和电流1106的零伏特过零点之间的相位差。当电力接收装置1206使用ASK调制通过负载或谐振偏移来对数据进行编码时，电压1108和电流1106之间的相移可以对应于不同的调制电平1102。数字相位检测器1212可以确定分别由相应的过零检测器电路1208、1210提供的电流过零信号(ZCS 1220)与电压过零信号(ZVS1222)之间的相位差。可以在谐振电路1204中的电流或电压的各个周期中的一个或更多个点处测量相位差。无线充电系统1200包括产生驱动谐振电路1204的充电电流1104的驱动电路1202，谐振电路1204包括电容器(C_p)和电感器(L_p)。充电电流1104可以与电感器中的电流基本相同。在一些实现方式中，将表示跨谐振电路1204的电压的电压测量信号1218提供给第一过零检测器1210。第一过零检测器1210在输出处产生指示跨谐振电路1204的电压的过零定时的电流过零信号1220。将表示谐振电路1204中的电流的电流测量信号1216提供给第二过零检测器1208。第二过零检测器1208在输出处产生指示谐振电路1204中的电流的过零的定时的电流过零信号1220。

相位检测器电路1212向ASK解调器1214提供表示ZCS 1220与ZVS 1222之间的相位差的信号。

处理电路的示例

图13例示了设备1300的硬件实现方式的示例，该装置1300可以被结合在充电装置中或使得能够对电池进行无线充电的接收装置中。在一些示例中，设备1300可以执行本文所公开的一个或更多个功能。根据本公开的各个方面，可使用处理电路1302来实施本文所公开的元件或元件的任何部分或元件的任何组合。处理电路1302可以包括由硬件和软件模块的某种组合控制的一个或更多个处理器1304。处理器1304的示例包含微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、SoC、ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置(PLD)、状态机、定序器、选通逻辑、离散硬件电路和被配置成执行贯穿本发明所描述的各种功能性的其它合适硬件。一个或更多个处理器1304可以包括执行特定功能并且可以由软件模块1316之一配置、扩充或控制的专用处理器。一个或更多个处理器1304可以通过在初始化期间加载的软件模块1316的组合来配置，并且还通过在操作期间加载或卸载一个或更多个软件模块1316来配置。

在所例示的示例中，处理电路1302可以用总线架构来实现，通常由总线1310表示。总线1310可以包括任意数量的互连总线和桥，其依赖于处理电路1302的具体应用和总体设计约束。总线1310将包括一个或更多个处理器1304和存储部1306的各种电路连接在一起。存储部1306可包括存储器装置和大容量存储装置，并且在本文中可称为计算机可读介质和/或处理器可读介质。存储部1306可包括暂时性存储介质和/或非暂时性存储介质。

总线1310还可以链接各种其它电路，例如定时源、定时器、外围装置、电压调节器和电源管理电路。总线接口1308可以提供总线1310与一个或更多个收发器1312之间的接口。在一个示例中，可以提供收发器1312以使得设备1300能够根据标准定义的协议与充电或接收装置通信。依赖于设备1300的特性，还可以提供用户接口1318(例如，小键盘、显示器、扬声器、麦克风、操纵杆)，并且用户接口1318可以直接或通过总线接口1308通信地联接到总线1310。

处理器1304可以负责管理总线1310，并负责可包括执行存储在可包括存部1306的计算机可读介质中的软件的一般处理。在这方面，包括处理器1304的处理电路1302可以用于实现本文公开的任何方法、功能和技术。存储部1306可以用于存储在执行软件时由处理器1304操纵的数据，并且该软件可以被配置成实现本文公开的任何一种方法。

处理电路1302中的一个或更多个处理器1304可以执行软件。软件应广义地解释为意指指令，指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行程序、执行线程、过程、函数、算法等，无论其被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其它。软件可以计算机可读形式驻留在存储部1306或外部计算机可读介质中。外部计算机可读介质和/或存储部1306可以包括非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质包括，例如，磁存储装置(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)或数字多功能盘(DVD))、智能卡、闪存装置(例如，“闪存驱动器”、卡、棒或钥匙驱动器)、RAM、ROM，可编程只读存储器(PROM)，包括EEPROM的可擦除PROM(EPROM)、寄存器、可移动盘。以及用于存储可由计算机访问和读取的软件和/或指令的任何其他合适的介质。作为示例，计算机可读介质和/或存储部1306还可以包括载波、传输线、以及用于传输可由计算机访问和读取的软件和/或指令的任何其他合适的介质。计算机可读介质和/或存储部1306可以驻留在处理电路1302中、处理器1304中、处理电路1302外部、或者分布在包括处理电路1302的多个实体上。计算机可读介质和/或存储部1306可以包含在计算机程序产品中。例如，计算机程序产品可以包括包装材料中的计算机可读介质。所属领域的技术人员将认识到如何最佳地实施贯穿本发明呈现的所描述的功能性，这依赖于特定应用和强加于整个系统的总体设计约束。

存储部1306可以在可加载代码段、模块、应用、程序等中维护和/或组织软件，在此可将其称为软件模块1316。各个软件模块1316可以包括指令和数据，当安装或加载到处理电路1302上并由一个或更多个处理器1304执行时，这些指令和数据有助于控制一个或更多个处理器1304的运行的运行时映像1314。当被执行时，一些指令可以使处理电路1302根据这里描述的一些方法，算法和过程来执行功能。

一些软件模块1316可以在处理电路1302的初始化期间被加载，并且这些软件模块1316可以配置处理电路1302以实现本文公开的各种功能的执行。例如，一些软件模块1316可以配置处理器1304的内部装置和/或逻辑电路1322，并且可以管理对诸如收发器1312、总线接口1308、用户接口1318、定时器、数学协处理器等外部装置的访问。软件模块1316可以包括控制程序和/或操作系统，其与中断处理程序和装置驱动程序交互，并且控制对由处理电路1302提供的各种资源的访问。资源可以包括存储器、处理时间、对收发机1312的访问、用户接口1318等。

处理电路1302的一个或更多个处理器1304可以是多功能的，由此一些软件模块1316被加载并配置成执行不同的功能或相同功能的不同示例。一个或更多个处理器1304可另外适于管理响应于例如来自用户接口1318、收发器1312和装置驱动器的输入而发起的后台任务。为了支持多个功能的性能，一个或更多个处理器1304可以被配置成提供多任务环境，由此多个功能中的各个被实现为由一个或更多个处理器1304根据需要或期望服务的一组任务。在一个示例中，多任务环境可以使用时间分享程序1320来实现，时间分享程序1320在不同任务之间传递处理器1304的控制，由此在完成任何未完成操作时和/或响应于诸如中断的输入，各个任务将一个或更多个处理器1304的控制返回到时间分享程序1320。当任务具有对一个或更多个处理器1304的控制时，处理电路被有效地专门由与控制任务相关联的功能所解决的目的。时间分享程序1320可以包括操作系统、基于循环传送控制的主循环、根据功能的优先级分配对一个或更多个处理器1304的控制的功能、和/或通过向处理功能提供对一个或更多个处理器1304的控制来响应外部事件的中断驱动主循环。

在一个实现方式中，设备1300包括无线充电装置或作为无线充电设备操作，该无线充电设备具有联接到充电电路的电池充电电源、多个充电单元和控制器，该控制器可以包括在一个或更多个处理器1304中。多个充电单元可以被配置成提供充电表面。至少一个发送线圈可以被配置成引导电磁场穿过各个充电单元的电力传输区域。设备1300可以包括：谐振电路，其包括发送线圈；驱动电路，其被配置成向谐振电路提供充电电流；以及过零检测器，其被配置成提供过零信号，该过零信号包括与跨谐振电路测量的电压的经过零伏特电平的转变对应的边沿或者与谐振电路中的电流的经过零安培电平的转变对应的边沿。所述控制器可以被配置成当所述充电装置的表面上存在接收装置时使所述驱动电路向所述谐振电路提供所述充电电流，通过使所述驱动电路减小或终止充电电流达一段时间来提供测量时隙，并且根据基于过零信号提供的定时而捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定所述充电装置的表面上是否存在除了所述接收装置之外的对象。可以在所述测量时隙期间捕获样本。

在一个示例中，零伏特电平对应于位于谐振电路中测量的交流电流的最大幅度与最小幅度中间的电流幅度。零伏特电平可以对应于位于跨谐振电路测量的交流电压的最大幅度与最小幅度中间的电压电平。

在一个示例中，控制器还被配置成基于使用电压或电流的样本测量的电压或电流的减小速率来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。在一个示例中，控制器还被配置为基于存储在谐振电路中的能量的减小速率来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。存储在谐振电路中的能量可以由电压或电流的样本来指示。

在一个示例中，控制器还被配置为基于谐振电路的Q因数来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。谐振电路的Q因数可以由电压或电流的多个样本来表示。

在一些示例中，设备1300可以包括采样和保持电路，该采样和保持电路被配置成在跟随过零信号中的多个边沿中的各个边沿的延迟之后对谐振电路中的电压或电流进行采样，以获得电压或电流的样本。延迟可以被计算为使得当电压或电流具有最大幅度时引起电压或电流的采样。

在一些实现方式中，存储部1306保存指令和信息，其中这些指令被配置成当无线充电装置的表面上存在接收装置时使得一个或更多个处理器1304向谐振电路提供充电电流，提供过零信号，该过零信号包括与跨谐振电路测量的电压经过零伏特电平的转变或谐振电路中的电流经过零安培电平的转变相对应的边沿，通过减小或终止充电电流达一段时间来提供测量时隙，并且根据基于由过零信号提供的定时所捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定充电装置的表面上是否存在除了接收装置之外的对象。可以在测量时隙期间捕获样本。

在一个示例中，零伏特电平对应于位于谐振电路中测量的交流电流的最大幅度与最小幅度中间的电流幅度。在另一示例中，零伏特电平对应于位于跨谐振电路测量的交流电压的最大幅度与最小幅度中间的电压电平。在一些情况下，可以基于使用电压或电流的样本测量的电压或电流的减小速率来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。

在一些情况下，可以基于存储在谐振电路中的能量的减小速率来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。存储在谐振电路中的能量可以由电压和/或电流的样本来指示。

在一些情况下，可以基于谐振电路的Q因数来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。谐振电路的Q因子可以由电压或电流的多个样本来表示。

在某些示例中，谐振电路中的电压或电流可以在跟随过零信号中的多个边沿中的各个边沿的延迟之后被采样，以获得电压或电流的样本。延迟可以被计算为当电压或电流具有最大幅度时引起电压或电流的采样。

图14是示出根据本公开的一些方面的用于操作充电装置的方法的流程图1400。该方法可以由充电装置中的控制器执行。在框1402，当接收装置存在于无线充电装置的表面上时，控制器可以向谐振电路提供充电电流。在框1404，控制器可以提供过零信号，该过零信号包括与跨谐振电路测量的电压经过零伏特电平的转变对应的边沿或与谐振电路中的电流经过零安培电平的转变对应的边沿。在框1406，控制器可以通过减小或终止充电电流达一段时间来提供测量时隙。在框1408处，控制器可以根据基于过零信号提供的定时而捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定充电装置的表面上是否存在除了接收装置之外的对象。可以在测量时隙期间捕获样本。

在一个示例中，零伏特电平对应于位于谐振电路中测量的交流电流的最大幅度与最小幅度中间的电流幅度。在另一示例中，零伏特电平对应于位于跨谐振电路测量的交流电压的最大幅度与最小幅度中间的电压电平。

在一些情况下，可以基于使用电压或电流的样本测量的电压或电流的减小速率来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。

在一些情况下，可以基于存储在谐振电路中的能量的减小速率来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。存储在谐振电路中的能量可以由电压和/或电流的样本来指示。

在一些情况下，可以基于谐振电路的Q因数来确定充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。谐振电路的Q因数可以由电压或电流的多个样本来表示。

在一些示例中，谐振电路中的电压或电流可以在跟随过零信号中的多个边沿中的各个边沿的延迟之后被采样，以获得电压或电流的样本。延迟可以被计算为当电压或电流具有最大幅度时引起电压或电流的采样。

提供先前描述以使得所属领域的技术人员能够实践本文所描述的各个方面。所属领域的技术人员将容易明白对这些方面的各种修改，并且本文所界定的一般原理可应用于其它方面。因此，权利要求不旨在限于本文所示的方面，而是与语言权利要求一致的全部范围一致，其中除非明确地如此陈述，否则以单数形式提及元件不旨在表示“一个且仅一个”，而是表示“一个或更多个”。除非另有特别说明，措辞“一些”是指一个或更多个。本公开通篇描述的各个方面的元件的所有结构和功能等效物(其对于本领域普通技术人员是已知的或稍后变得已知)明确地以引用的方式并入本文中并且旨在由权利要求书涵盖。此外，本文所公开的任何内容都不旨在奉献给公众，而不管这些公开内容是否在权利要求书中明确陈述。权利要求要素不应根据35U.S.C.§112第六段的规定来解释，除非使用短语“用于…单元”明确陈述所述要素，或在方法权利要求的情况下，使用短语“用于…的步骤”陈述所述要素。

Claims (20)

1.一种用于操作无线充电装置的方法，所述方法包括以下步骤：

当无线充电装置的表面上存在接收装置时，向谐振电路提供充电电流；

提供过零信号，所述过零信号包括与跨所述谐振电路测量的电压的经过零伏特电平的转变对应的边沿或与所述谐振电路中的电流的经过零安培电平的转变对应的边沿；

通过减少或终止充电电流达一段时间来提供测量时隙；以及

根据基于所述过零信号提供的定时而捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定所述无线充电装置的表面上是否存在除了所述接收装置之外的对象，其中，在所述测量时隙期间捕获所述样本。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述零伏特电平对应于位于所述谐振电路中测量的交流电流的最大幅度与最小幅度中间的电流幅度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述零伏特电平对应于位于跨所述谐振电路测量的交流电压的最大幅度与最小幅度中间的电压电平。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

基于使用电压或电流的样本所测量的电压或电流的减小速率来确定所述无线充电装置的表面上存在除了所述接收装置之外的对象。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

基于存储在所述谐振电路中的能量的减小速率来确定所述无线充电装置的表面上存在除了所述接收装置之外的对象，其中，存储在所述谐振电路中的所述能量由电压或电流的样本指示。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

基于所述谐振电路的Q因数来确定所述无线充电装置的表面上存在除了所述接收装置之外的对象，其中，所述谐振电路的所述Q因数由电压或电流的多个样本来指示。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

在跟随所述过零信号中的多个边沿中的各个边沿的延迟之后对所述谐振电路中的电压或电流进行采样，以获得电压或电流的样本。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述延迟被计算为在所述电压或电流具有最大幅度时引起对所述电压或电流进行采样。

9.一种充电装置，所述充电装置包括：

谐振电路，所述谐振电路包括发送线圈；

驱动电路，所述驱动电路被配置成向所述谐振电路提供充电电流；

过零检测器，所述过零检测器被配置成提供过零信号，所述过零信号包括与跨所述谐振电路测量的电压的经过零伏特电平的转变对应的边沿或与所述谐振电路中的电流的经过零安培电平的转变对应的边沿；以及

控制器，所述控制器被配置成：

当所述充电装置的表面上存在接收装置时，使所述驱动电路向所述谐振电路提供充电电流；

通过使所述驱动电路减少或终止所述充电电流达一段时间来提供测量时隙；以及

根据基于由所述过零信号提供的定时而捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定所述充电装置的表面上是否存在除了所述接收装置之外的对象，其中，在所述测量时隙期间捕获所述样本。

10.根据权利要求9所述的充电装置，其中，所述零伏特电平对应于位于所述谐振电路中测量的交流电流的最大幅度与最小幅度中间的电流幅度。

11.根据权利要求9所述的充电装置，其中，所述零伏特电平对应于跨所述谐振电路测量的交流电压的最大幅度与最小幅度中间的电压电平。

12.根据权利要求9所述的充电装置，其中，所述控制器还被配置成：

基于使用电压或电流的样本测量的电压或电流的减小速率来确定所述充电装置的表面上存在除了所述接收装置之外的对象。

13.根据权利要求9所述的充电装置，其中，所述控制器还被配置成：

基于存储在所述谐振电路中的能量的减小速率来确定所述充电装置的表面上存在除了所述接收装置之外的对象，其中，存储在所述谐振电路中的所述能量由电压或电流的样本来指示。

14.根据权利要求9所述的充电装置，其中，所述控制器还被配置成：

基于所述谐振电路的Q因数来确定所述充电装置的表面上存在除了所述接收装置之外的所述对象，其中，所述谐振电路的所述Q因数由电压或电流的多个样本来指示。

15.根据权利要求9所述的充电装置，所述充电装置还包括：

采样和保持电路，所述采样和保持电路被配置成在跟随所述过零信号中的多个边沿中的各个边沿的延迟之后对所述谐振电路中的电压或电流进行采样，以获得电压或电流的采样。

16.根据权利要求15所述的充电装置，其中，所述延迟被计算为在所述电压或电流具有最大幅度时引起对所述电压或电流进行采样。

17.一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有指令，所述指令在由处理电路的至少一个处理器执行时致使所述处理电路：

当无线充电装置的表面上存在接收装置时，向谐振电路提供充电电流；

提供过零信号，所述过零信号包括与跨所述谐振电路测量的电压的经过零伏特电平的转变对应的边沿或与所述谐振电路中的电流的经过零安培电平的转变对应的边沿；

通过减少或终止充电电流达一段时间来提供测量时隙；以及

根据基于所述过零信号提供的定时而捕获的电压或电流的样本的测量结果来确定所述无线充电装置的表面上是否存在除了所述接收装置之外的对象，其中，在所述测量时隙期间捕获所述样本。

18.根据权利要求17所述的处理器可读存储介质，其中，所述指令还使所述处理电路：

基于使用电压或电流的所述样本测量的能量、电压或电流的减小速率来确定所述无线充电装置的表面上存在除了接收装置之外的对象。

19.根据权利要求17所述的处理器可读存储介质，其中，所述指令还使所述处理电路：

基于所述谐振电路的Q因数来确定所述无线充电装置的表面上存在除了所述接收装置之外的对象，其中，所述谐振电路的所述Q因数由电压或电流的多个样本来指示。

20.根据权利要求17所述的处理器可读存储介质，其中，所述指令还使所述处理电路：

在跟随所述过零信号中的多个边沿中的各个边沿的延迟之后对所述谐振电路中的电压或电流进行采样，以获得电压或电流的样本。

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