CN117639299A - 异物检测电路、芯片、无线充电系统和异物检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种异物检测电路、芯片、无线充电系统和异物检测方法，涉及无线充电技术领域。异物检测电路包括：电压钳位模块、比较模块和数字计算模块；所述电压钳位模块的输入端与无线充电发射端的电感连接，所述电压钳位模块的输出端与比较模块的输入端连接，所述比较模块的输出端与数字计算模块的输入端连接；其中，所述电压钳位模块用于将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值；所述比较模块用于比较所述目标电压值和基准电压，得到比较结果；所述数字计算模块用于根据所述比较结果计算品质因数，所述品质因数用于检测异物的存在。本申请的异物检测电路可以集成在芯片内部，提高电路集成度的同时，降低电路成本。

Description

异物检测电路、芯片、无线充电系统和异物检测方法

技术领域

本申请涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种异物检测电路、芯片、无线充电系统和异物检测方法。

背景技术

在无线充电领域中，无线充电发射端的交流电在电感上产生磁场向周围空间发射功率，接收端接收该功率就会产生功率传输，但如果不是正确负载，就会有不必要的功耗甚至产生安全隐患。

Q值(quality factor/Q factor/品质因数)，是衡量一个储能系统的性能的一个无量纲参数。例如交流信号给电感充放电时，磁能与电能互相转换，该过程不对外界做功，即无功功率，非理想的电感有电阻，其发热导致能量损失，即有功功率、损耗功率，其中转换能量与损耗之比，就定义为Q值。无线充电的异物检测通过Q值检测来实现，发射端线圈的Q值会受外部环境而发生改变，通过电路检测出Q值就可以实现对于异物的检测。

在对无线充电发射端的电感进行检测时，电压信号会达到12V，然而，无线充电芯片的内部电路工作在5V电压域下，因此，相关技术中对于无线充电系统的异物检测是放在无线充电芯片外部，在无线充电外通过单独的Q值检测电路来实现异物检测，但此种方式导致片上系统的集成度低，电路成本高。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种异物检测电路、芯片、无线充电系统和异物检测方法，本申请能够针对性的解决现有片上系统的异物检测电路与芯片的集成度低，电路成本高的问题。

基于上述目的，第一方面，本申请提出了一种异物检测电路，所述电路包括：电压钳位模块、比较模块和数字计算模块；所述电压钳位模块的输入端与无线充电发射端的电感连接，所述电压钳位模块的输出端与比较模块的输入端连接，所述比较模块的输出端与数字计算模块的输入端连接；其中，所述电压钳位模块用于将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值；所述比较模块用于比较所述目标电压值和基准电压，得到比较结果；所述数字计算模块用于根据所述比较结果计算品质因数，所述品质因数用于检测异物的存在。

进一步地，所述电压钳位模块包括：第一电阻和场效应管；所述第一电阻的第一端与无线充电发射端的电感连接，所述第一电阻的第二端与所述场效应管的漏极连接，所述场效应管的栅极连接芯片电压，所述场效应管的源极与所述比较模块的输入端连接。

进一步地，所述场效应管为N型横向扩散金属氧化物半导体场效应管。

进一步地，所述比较模块包括：第一比较器和第二比较器；所述电压钳位模块的输出端分别与第一比较器的正输入端和第二比较器的正输入端连接，所述第一比较器的负输入端输入第一基准电压，所述第二比较器的负输入端输入第二基准电压；所述比较结果包括第一电压信号和第二电压信号；所述第一比较器的输出端输出所述第一电压信号至所述数字计算模块的输入端，所述第二比较器的输出端输出所述第二电压信号至所述数字计算模块的输入端。

进一步地，所述第一比较器和第二比较器为相同的比较器，所述比较器采用具有正反馈结构的比较器。

进一步地，所述比较器包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管和第十一MOS管；所述第六MOS管和所述第九MOS管构成所述正反馈结构；所述第一MOS管的栅极输入偏置电压，所述第一MOS管的源极、所述第十MOS管的源极，所述第十一MOS管的源极连接；所述第十MOS管的栅极和所述第十一MOS管的栅极连接，所述第十MOS管的栅极和所述第十MOS管的漏极连接；所述第一MOS管的漏极、第二MOS管的源极、第三MOS管的源极连接，所述第二MOS管的栅极连接比较器的负输入端，所述第三MOS管的栅极连接比较器的正输入端；所述第二MOS管的漏极、所述第九MOS管的漏极、所述第六MOS管的栅极、所述第四MOS管的漏极连接；所述第三MOS管的漏极、所述第六开关的漏极、所述第九MOS管的栅极、所述第七MOS管的漏极连接；所述第四MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极连接，所述第四MOS管的栅极还连接至第四MOS管的漏极，所述第五MOS管的漏极连接所述第十MOS管的漏极；所述第七MOS管的栅极和所述第八MOS管的栅极连接，所述第七MOS管的栅极还连接至第七MOS管的漏极，所述第八MOS管的漏极和所述第十一MOS管的漏极连接比较器的输出端；所述第五MOS管的源极、第四MOS管的源极、第六MOS管的源极、第九MOS管的源极、第七MOS管的源极、第八MOS管的源极连接。

进一步地，所述第六MOS管的跨导参数与所述第四MOS管的跨导参数的比值小于1；所述第九MOS管的跨导参数与所述第七MOS管的跨导参数的比值小于1。

第二方面，还提供了一种芯片，所述芯片包括第一方面任一项所述的异物检测电路。

第三方面，还提供了一种无线充电系统，包括：第二方面所述的芯片以及电感，所述电感为无线充电线圈。

第四方面，还提供了一种异物检测方法，应用于第三方面所述的无线充电系统，所述方法包括：电压钳位模块将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值；比较模块比较所述目标电压值和基准电压，得到比较结果；数字计算模块根据所述比较结果计算品质因数，将所述品质因数与预设品质阈值进行比较，确定无线充电系统的电磁波传输范围内是否存在异物。

总的来说，本申请至少存在以下有益效果：

本申请实施例提供的一种异物检测电路通过电压钳位模块将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值，可以在不影响芯片正常工作的情况下进行品质因数的检测，通过比较模块来比较目标电压值和基准电压，得到比较结果，通过数字计算模块根据比较结果计算品质因数，具有较高的检测精度，进而检测异物的存在，该异物检测电路可以集成在芯片内部，提高电路集成度的同时，降低电路成本。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1示出本申请的一种异物检测电路的电路结构示意图；

图2示出根据本申请实施例的电压钳位模块的结构示意图；

图3示出根据本申请实施例的比较模块的结构示意图；

图4示出根据本申请实施例的比较模块的异物检测电路的信号示意图；

图5示出根据本申请实施例的电感的谐振电路的原理图；

图6示出根据本申请实施例的比较器的电路结构示意图；

图7示出根据本申请实施例的芯片的结构示意图；

图8示出根据本申请实施例的无线充电系统的结构示意图；

图9示出根据本申请实施例的异物检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

对无线充电设备进行异物检测时，可以采用Q值检测的方式，也称之为品质因数检测，Q值检测是在充电之前，通过测量无线充电装置的振荡系统的Q值来判断是否存在异物。其中，Q为储能系统储藏的能量与一个周期内电路消耗的能量之比的2π倍，即Q＝2π*存储的总能量/一个周期内振荡消耗的能量。

在对无线充电设备的无线充电发射端的电感进行检测时，电压信号会达到12V，然而，无线充电设备中无线充电芯片的内部电路工作在5V电压域下，因此，相关技术中对于无线充电设备的异物检测是放在无线充电芯片外部，在芯片外通过单独的Q值检测电路来实现异物检测，但此种方式导致片上系统的集成度低，电路成本高。

鉴于上述还没有集成度高、成本低的无线充电片上异物检测方法，本申请实施例提出了一种异物检测电路、芯片、无线充电系统和异物检测方法。该异物检测电路可以集成在无线充电芯片上，通过钳位模块的设计，既能将电感端信号钳位至5V以下，又不会从电感端抽取电流，避免影响到Q值的计算。通过比较模块可以实现高精度信号的计算，通过数字计算模块可以计算出Q值，以达到异物检测的目的。

下面对本申请实施例进行详细描述。

实施例一

图1示出本申请的一种异物检测电路的电路结构示意图。参考图1，本申请的实施例中，异物检测电路100包括：电压钳位模块101、比较模块102和数字计算模块103，电压钳位模块101的输入端与无线充电发射端的电感连接，电压钳位模块101的输出端与比较模块102的输入端连接，比较模块102的输出端与数字计算模块103的输入端连接。

其中，电压钳位模块101用于将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值，比较模块102用于比较目标电压值和基准电压，得到比较结果，数字计算模块103用于根据比较结果计算品质因数Q，品质因数Q用于检测异物的存在。例如，将品质因数Q与预设品质阈值进行比较，来确定无线充电系统的电磁波传输范围内是否存在异物。预设品质阈值可以是一个数值也可以是一个范围，例如，当预设品质阈值包括第一阈值时，如果品质因数Q小于等于第一阈值，则确定无线充电系统的电磁波传输范围内存在异物；如果品质因数Q大于第一阈值，则确定无线充电线圈中无异物。又例如，第一阈值小于第二阈值，当预设品质阈值包括第一阈值和第二阈值时，如果品质因数Q小于等于第一阈值，则确定无线充电系统的电磁波传输范围内存在异物；如果品质因数Q大于第一阈值，且小于等于第二阈值，则确定在无线充电系统的电磁波传输范围内可能存在异物，需要做进一步地检查；如果品质因数Q大于第二阈值，则确定无线充电系统的电磁波传输范围内无异物。其中，第一阈值和第二阈值可以自行设定。

本实施例中的无线充电发射端的电感电压即线圈电压，电感电压一般为最大值12V的阻尼振荡电压信号，为了将异物检测电路集成到芯片上，通过电压钳位模块101将电感电压钳位到目标电压值V_CLAMP，目标电压值V_CLAMP可以是芯片的工作电压5V，如此，可以实现在异物检测的同时不影响芯片的正常工作。

在一个例子中，电压钳位模块101可以是限幅器或限幅电路，把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平(称作限幅电平)，且再不随输入电压变化。

本实施例中，为了节省芯片面积电压钳位模块包括电阻和场效应管，图2示出根据本申请实施例的电压钳位模块的结构示意图。如图2所示，该电压钳位模块101包括第一电阻R和场效应管NLDMOS，第一电阻R1的第一端与无线充电发射端的电感连接，第一电阻R1的第二端与场效应管NLDMOS的漏极连接，场效应管NLDMOS的栅极连接芯片电压，场效应管的源极与比较模块102的输入端连接。

本实施例中，场效应管为N型横向扩散金属氧化物半导体场效应管(laterally-diffused metal-oxide semiconductor，LDMOS)，即NLDMOS，具有良好的稳定性和低噪声性能，且NLDMOS的源漏击穿电压BVDSS较高，所以即使电压钳位模块的输入端接入电感电压也不会导致NLDMOS损坏。

本实施例的电感端电压V_IN经第一电阻R后接在NLDMOS的漏极，可避免NLDMOS的漏极电压过大，同时起到限流作用。NLDMOS的栅极连接芯片电压，芯片电压为5V，NLDMOS为低压域MOS场效应管，所以NLDMOS的源极电压V_CLAMP不会超过(5-Vgs)V，其中，Vgs为NLDMOS管的驱动电压，从而实现将V_CLAMP钳位在(5-Vgs)V。

本实施例的场效应管NLDMOS的源极与比较模块102的输入端连接，使得电压钳位模块101的输出信号直接进入比较模块中的MOS管栅极，故该电压钳位模块并不会从电感端V_IN抽取电流，也就不会影响Q值检测结果。

本实施例通过将第一电阻和场效应管NLDMOS作为电压钳位模块，可以将电压钳位在V_CLAMP，V_CLAMP保留了完整的低幅值部分的电压信号，并把信号的最大值限制在了(5-Vgs)V，起到限压和保护电路器件的作用，且钳位后的电压可以适应芯片的工作电压，不影响芯片的正常工作。

相比于相关技术中采用二极管钳位，本申请实施例的钳位电路采用场效应管NLDMOS，可以避免由于二极管带来的电流消耗和发热，本申请实施例的钳位电路不会消耗电路，且面积小，可以集成在芯片上。

图3示出根据本申请实施例的比较模块的结构示意图。如图3所示，比较模块102包括：第一比较器COMP1和第二比较器COMP2，电压钳位模块102的输出端分别与第一比较器COMP1的正输入端和第二比较器COMP2的正输入端连接，第一比较器COMP1的负输入端输入第一基准电压V_{REF_H}，第二比较器COMP2的负输入端输入第二基准电压V_{REF_L}，比较结果包括第一电压信号V_OUT1和第二电压信号V_OUT2，第一比较器COMP1的输出端输出第一电压信号V_OUT1至数字计算模块103的输入端，第二比较器COMP2的输出端输出第二电压信号V_OUT2至数字计算模块103的输入端。

图4示出根据本申请实施例的比较模块的异物检测电路的信号示意图。在一个例子中，如图4所示的V_IN信号与时间的变化关系，在进行异物检测时，被充电后的电感会产生阻尼振荡信号，该信号会振荡并逐渐衰减至0。

如图4所示的V_CLAMP与时间的变化关系，通过电压钳位模块后输出的目标电压值V_CLAMP的高压部分会被抑制，其最大值V_MAX为(5-Vgs)V，第一基准电压V_{REF_H}小于V_MAX，第二基准电压V_{REF_L}小于第一基准电压V_{REF_H}，本实施例通过将钳位后的信号V_CLAMP与两个基准电压V_{REF_H}和V_{REF_L}比较，分别得到V_OUT1和V_OUT2，将V_OUT1和V_OUT2送入数字计算模块，数字计算模块在V_OUT1每次翻高时擦除V_OUT2翻高的记录，直到V_OUT1始终为低电平时，数字计算模块开始计算阻尼振荡信号的电压幅值在V_{REF_H}和V_{REF_L}范围内的时间ΔT，以及ΔT时间内V_OUT2翻高的次数N，如图4所示，图4示出了V_OUT1和时间的信号关系图，以及V_OUT2和时间的信号关系图，当V_CLAMP小于V_{REF_H}时，V_OUT1输出低电平信号，而当V_CLAMP小于V_{REF_H}，且V_CLAMP大于V_{REF_L}时，V_OUT2输出高电平信号，由于V_IN信号为振荡信号，因此在V_{REF_H}和V_{REF_L}范围内，V_OUT2会多次翻高，因此，可以得到V_OUT2在ΔT时间内V_OUT2翻高的次数N。进而可以计算出阻尼信号振荡频率为：

在一个例子中，电感线圈的Q值可通过电桥测得，线圈越粗，阻值越小，耗能越小，Q值越大。可见Q值实际是储能器件受振荡驱动力和阻尼力的矛盾的结果。同样驱动力下，阻尼越小，损耗越小，存储与损耗的比越大，Q值越大，表现为性能越好，品质越好。

图5示出根据本申请实施例的电感的谐振电路的原理图，如图5所示，电感的谐振电路包括R、L和C组成的谐振电路，U_C为电容C端电压，U_in为线圈的电压，当谐振发生时，Q可以表达为：

在一个例子中，可通过对RLC建立微分方程、再经过拉普拉斯变换可求得无线充电系统的传递函数，再根据传递函数计算阻尼系数，以得到品质因数Q值与阻尼信号振荡频率f的关系：

综上，本实施例的比较模块可以将电压钳位模块的输出电压与基准电压进行比较，得到比较结果，数字计算模块根据比较结果进行Q值的计算，进而根据Q值判断无线充电系统是否存在异物，达到异物检测的目的。

图6示出根据本申请实施例的比较器的电路结构示意图，为了应对更高的谐振频率，需要比较器具有足够的精度和摆率，本申请实施例对比较模块的比较器内部电路进行设计，本实施例中，第一比较器和第二比较器为相同的比较器，比较器采用具有正反馈结构的比较器。如图6所示，本实施例的比较器包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10和第十一MOS管M11。第一MOS管M1的栅极输入偏置电压，第一MOS管M1的源极、第十MOS管M10的源极、第十一MOS管M11的源极连接，第十MOS管M10的栅极和第十一MOS管M11的栅极连接，第十MOS管M10的栅极和第十MOS管M10的漏极连接。

其中，M5、M6、M8、M9、M10和M11为尾电流镜管，M11比例镜像M10的支路电流，M5和M6比例镜像M4的支路电流，M8和M9比例镜像M7的支路电流。

第一MOS管M1的漏极、第二MOS管M2的源极、第三MOS管M3的源极连接，第二MOS管M2的栅极连接比较器的负输入端INN，当比较器为第一比较器COMP1时，INN输入电压为第一基准电压V_{REF_H}，当比较器为第二比较器COMP2时，INN输入电压为第二基准电压V_{REF_L}。

第三MOS管M3的栅极连接比较器的正输入端INP，当比较器为第一比较器COMP1时或比较器为第二比较器COMP2时，INP输入电压均为V_CLAMP。

本申请的实施例中，第二MOS管M2的漏极、第九MOS管M9的漏极、第六MOS管M6的栅极、第四MOS管M4的漏极连接，第三MOS管M3的漏极、第六开关M6的漏极、第九MOS管M9的栅极、第七MOS管M7的漏极连接。第四MOS管M4的栅极和第五MOS管M5的栅极连接，第四MOS管M4的栅极还连接至第四MOS管M4的漏极，第五MOS管M5的漏极连接第十MOS管M10的漏极。

第七MOS管M7的栅极和第八MOS管M8的栅极连接，第七MOS管M7的栅极还连接至第七MOS管M7的漏极，第八MOS管M8的漏极和第十一MOS管M11的漏极连接比较器的输出端。第五MOS管M5的源极、第四MOS管M4的源极、第六MOS管M6的源极、第九MOS管M9的源极、第七MOS管M7的源极、第八MOS管M8的源极连接。

图6所示的比较器电路中，采用第六MOS管M6和第九MOS管M9构成正反馈结构，当INN端电压远低于INP端电压时，M2导通，M3截止，M4、M5与M6导通，M7、M8与M9截止，此时电流全部流经M4、M5，输出V_OUT为高电平。当INN端电压不断阈值增加，电流开始流过M3，但是会从M6流过，故M8栅极电压不会上升，所以会减少V_OUT处于中间态的时间，提高比较器的速度。

在本实施例中，第六MOS管M6的跨导参数与第四MOS管M4的跨导参数的比值小于1，第九MOS管M9的跨导参数与第七MOS管M7的跨导参数的比值小于1。

即β6/β4<1，且β9/β7<1，β6为第六MOS管M6的跨导参数，β4为第四MOS管M4的跨导参数，β9为第九MOS管M9的跨导参数，β7为第七MOS管M7的跨导参数，如此，可以减少比较模块发生迟滞，提高数字计算模块的计算精度，有助于数字计算模块精确计算出阻尼振荡信号V_IN到达VREF_H、VREF_L的次数。

本实施例提供的比较器可以减少V_OUT处于中间态的时间，使比较器输出信号翻转更陡峭，具有足够的输出电压摆幅和输出电阻，进而可以应对更高的谐振频率。

以上为本申请实施例提供的一种异物检测电路通过电压钳位模块将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值，可以在不影响芯片正常工作的情况下进行品质因数的检测，通过比较模块来比较目标电压值和基准电压，得到比较结果，通过数字计算模块根据比较结果计算品质因数，具有较高的检测精度，进而检测异物的存在，该异物检测电路可以集成在芯片内部，提高电路集成度的同时，降低电路成本。

另外，相比于相关技术中的电路设置在芯片外部，需要额外设置多个分立器件。本申请实施例提供的该异物检测电路均集成在芯片内部，提高电路集成度的同时，降低电路成本。

实施例二

基于上述异物检测电路相同的构思，本实施例还提供一种芯片，图7示出根据本申请实施例的芯片的结构示意图，如图7所示，该芯片200上集成有如上述任一实施方式的异物检测电路100。

具体地，该芯片200可以是包括无线充电专用芯片，也可以是MCU集成芯片，只要能够实现该电路的作用，不影响芯片自身运行却能实现异物检测的片上集成即可。

本实施例提供的芯片，基于上述异物检测电路相同的构思，故至少能够实现上述异物检测电路能够实现的有益效果，且上述异物检测电路的任意实施方式均可应用于本实施例提供的芯片中，在此不再赘述。

实施例三

基于上述异物检测电路相同的构思，本实施例还提供一种无线充电系统，图8示出根据本申请实施例的无线充电系统的结构示意图，如图8所示，该无线充电系统300包括上述实施例二的芯片200以及电感301，该电感301为无线充电线圈。

本实施例提供的无线充电系统300，可包括无线充电发射端和无线充电接收端，芯片可设置于基于无线充电发射端或无线充电接收端内，只要其能实现对无线充电系统的异物检测即可。

本实施例提供的无线充电系统，基于上述异物检测电路相同的构思，故至少能够实现上述异物检测电路能够实现的有益效果，且上述异物检测电路的任意实施方式均可应用于本实施例提供的无线充电系统中，在此不再赘述。

实施例四

基于上述异物检测电路相同的构思，本实施例还提供一种异物检测方法，应用于实施例三所述的无线充电系统，图9示出根据本申请实施例的异物检测方法的步骤流程图，参考图9，该方法包括：

S1、电压钳位模块将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值。

如图4所示的V_CLAMP与时间的变化关系，通过电压钳位模块后输出的目标电压值V_CLAMP的高压部分会被抑制，其最大值V_MAX为(5-Vgs)V。

S2、比较模块比较目标电压值和基准电压，得到比较结果。

基准电压包括第一基准电压V_{REF_H}和第二基准电压V_{REF_L}，如图4所示，第一基准电压V_{REF_H}小于V_MAX，第二基准电压V_{REF_L}小于第一基准电压V_{REF_H}，本实施例通过将钳位后的信号V_CLAMP与两个基准电压V_{REF_H}和V_{REF_L}比较，分别得到V_OUT1和V_OUT2的比较结果。

S3、数字计算模块根据比较结果计算品质因数，将品质因数与预设品质阈值进行比较，确定无线充电系统的电磁波传输范围内是否存在异物。

本实施例中，数字计算模块根据所述比较结果计算品质因数，包括：基于所述比较模块输出的第一电压信号，得到目标时间段，目标时间段为第一电压信号为持续的低电平信号的时间段；计算比较模块输出的第二电压信号在目标时间段内的翻高次数，翻高次数表征所述第二电压信号由电平变为高电平的次数；基于目标时间段和所述翻高次数计算无线充电发射端电感电压的振荡频率，基于振荡频率、目标时间段、翻高次数、比较模块的第一基准电压和第二基准电压，计算所述品质因数。

在一个例子中，数字计算模块在V_OUT1每次翻高时擦除V_OUT2翻高的记录，直到V_OUT1始终为低电平时，数字计算模块开始计算阻尼振荡信号的电压幅值在V_{REF_H}和V_{REF_L}范围内的时间ΔT，以及ΔT时间内V_OUT2翻高的次数N，如图4所示，当V_CLAMP小于V_{REF_H}时，V_OUT1输出低电平信号，而当V_CLAMP小于V_{REF_H}，且V_CLAMP大于V_{REF_L}时，V_OUT2输出高电平信号，由于V_IN信号为振荡信号，因此在V_{REF_H}和V_{REF_L}范围内，V_OUT2会多次翻高，因此，可以得到V_OUT2在ΔT时间内V_OUT2翻高的次数N。进而可以计算出阻尼信号振荡频率为：

在数字计算模块计算出阻尼信号振荡频率f之后，即根据Q值与阻尼信号振荡频率f的关系，得到Q值，具体的Q值计算在上述实施例一中均有描述，在此不再赘述。

综上，本实施例的异物检测方法可以将电压钳位模块的输出电压与基准电压进行比较，得到比较结果，根据比较结果进行Q值的计算，进而根据Q值判断无线充电系统是否存在异物，达到异物检测的目的。

预设品质阈值可以是一个数值也可以是一个范围，例如，当预设品质阈值包括第一阈值时，如果品质因数Q小于等于第一阈值，则确定无线充电系统的电磁波传输范围内存在异物；如果品质因数Q大于第一阈值，则确定无线充电线圈中无异物。又例如，第一阈值小于第二阈值，当预设品质阈值包括第一阈值和第二阈值时，如果品质因数Q小于等于第一阈值，则确定无线充电系统的电磁波传输范围内存在异物；如果品质因数Q大于第一阈值，且小于等于第二阈值，则确定在无线充电系统的电磁波传输范围内可能存在异物，需要做进一步地检查；如果品质因数Q大于第二阈值，则确定无线充电系统的电磁波传输范围内无异物。其中，第一阈值和第二阈值可以自行设定。

在一个例子中，数字计算模块可以是具有数字信号处理功能的集成模块，如数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的根据比较结果计算品质因数，将品质因数与预设品质阈值进行比较，确定无线充电系统的电磁波传输范围内是否存在异物的方法。

本申请的上述实施例提供的异物检测方法与本申请实施例提供的异物检测电路出于相同的申请构思，具有与其相同的有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种异物检测电路，其特征在于，所述电路包括：电压钳位模块、比较模块和数字计算模块；所述电压钳位模块的输入端与无线充电发射端的电感连接，所述电压钳位模块的输出端与比较模块的输入端连接，所述比较模块的输出端与数字计算模块的输入端连接；

其中，所述电压钳位模块用于将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值；所述比较模块用于比较所述目标电压值和基准电压，得到比较结果；所述数字计算模块用于根据所述比较结果计算品质因数，所述品质因数用于检测异物的存在。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压钳位模块包括：第一电阻和场效应管；

所述第一电阻的第一端与无线充电发射端的电感连接，所述第一电阻的第二端与所述场效应管的漏极连接，所述场效应管的栅极连接芯片电压，所述场效应管的源极与所述比较模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，

所述场效应管为N型横向扩散金属氧化物半导体场效应管。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述比较模块包括：第一比较器和第二比较器；

所述电压钳位模块的输出端分别与第一比较器的正输入端和第二比较器的正输入端连接，所述第一比较器的负输入端输入第一基准电压，所述第二比较器的负输入端输入第二基准电压；

所述比较结果包括第一电压信号和第二电压信号；所述第一比较器的输出端输出所述第一电压信号至所述数字计算模块的输入端，所述第二比较器的输出端输出所述第二电压信号至所述数字计算模块的输入端。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一比较器和第二比较器为相同的比较器，所述比较器采用具有正反馈结构的比较器。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述比较器包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管和第十一MOS管；所述第六MOS管和所述第九MOS管构成所述正反馈结构；

所述第一MOS管的栅极输入偏置电压，所述第一MOS管的源极、所述第十MOS管的源极，所述第十一MOS管的源极连接；所述第十MOS管的栅极和所述第十一MOS管的栅极连接，所述第十MOS管的栅极和所述第十MOS管的漏极连接；

所述第一MOS管的漏极、第二MOS管的源极、第三MOS管的源极连接，所述第二MOS管的栅极连接比较器的负输入端，所述第三MOS管的栅极连接比较器的正输入端；所述第二MOS管的漏极、所述第九MOS管的漏极、所述第六MOS管的栅极、所述第四MOS管的漏极连接；所述第三MOS管的漏极、所述第六开关的漏极、所述第九MOS管的栅极、所述第七MOS管的漏极连接；

所述第四MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极连接，所述第四MOS管的栅极还连接至第四MOS管的漏极，所述第五MOS管的漏极连接所述第十MOS管的漏极；

所述第七MOS管的栅极和所述第八MOS管的栅极连接，所述第七MOS管的栅极还连接至第七MOS管的漏极，所述第八MOS管的漏极和所述第十一MOS管的漏极连接比较器的输出端；

所述第五MOS管的源极、第四MOS管的源极、第六MOS管的源极、第九MOS管的源极、第七MOS管的源极、第八MOS管的源极连接。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，

所述第六MOS管的跨导参数与所述第四MOS管的跨导参数的比值小于1；

所述第九MOS管的跨导参数与所述第七MOS管的跨导参数的比值小于1。

8.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括权利要求1～7任一项所述的异物检测电路。

9.一种无线充电系统，其特征在于，包括：权利要求8所述的芯片以及电感，所述电感为无线充电线圈。

10.一种异物检测方法，应用于权利要求9所述的无线充电系统，其特征在于，所述方法包括：

电压钳位模块将无线充电发射端的电感电压钳位到目标电压值；

比较模块比较所述目标电压值和基准电压，得到比较结果；

数字计算模块根据所述比较结果计算品质因数，将所述品质因数与预设品质阈值进行比较，确定无线充电系统的电磁波传输范围内是否存在异物。