无线功率传输系统中的异物检测技术方案

一种无线功率传输系统包括功率接收器(105)，所述功率接收器包括用于从由功率发射器(101)生成的电磁信号中提取功率的线圈(107)。负载控制器(305、309)在异物检测间隔期间断开负载(303)，并且功率控制器(307、311)发射反映感应信号水平与参考水平之间的差异的功率控制消息。消息发射器(307、313)向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率。所述功率发射器响应于所述功率控制消息而调整所述电磁信号的功率水平，并且异物检测器(207)响应于所述电磁信号的所述功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。

Foreign body detection in wireless power transmission system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线功率传输系统中的异物检测
本专利技术涉及无线功率传输系统中的异物检测，并且具体但是并非排他地涉及用于向诸如例如厨房用具的较高功率设备提供感应功率传输的功率发射器的异物检测。
技术介绍
大多数目前的电气产品需要专用的电气接触部以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有其自己的专用电源，导致典型的用户具有大量不同的电源，每个电源专用于特定设备。尽管内部电池的使用可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但是这仅仅提供了部分解决方法，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以及潜在的成本和尺寸。为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器感应器感应地传输到个体设备中的接收器线圈。经由磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用在初级发射器感应器/线圈与次级接收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，基于松散耦合变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。这样的布置允许在不要求进行任何有线或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发射器线圈的附近或顶部以便在外部进行再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在所述水平表面上以便进行供电。此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地，被称为Qi规范的无线功率传输方法已经被定义并且目前正在进一步开发。该方法允许满足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，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备(例如，取决于特定功率消耗)的某项功能。Qi规范是由无线充电联盟开发的并且例如能够在其网站找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中，具体地，能够找到所定义的规范文档。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。为了降低出现这样的情况的风险，已经提出引入异物检测，其中，功率发射器能够检测异物的存在并且当发生肯定性检测时降低发射功率和/或生成用户警报。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。检测这样的异物的一种方法是通过确定未知的功率损耗，如例如在WO2012127335中所公开的。功率接收器和功率发射器两者都测量其功率，并且接收器将其测量到的所接收的功率传输到功率发射器。当功率发射器检测到由发射器发送的功率与由接收器接收到的功率之间的显著差异时，可能潜在地存在不想要的异物，并且出于安全原因可以降低或中止功率传输。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、准确的功率测量。例如，在Qi功率传输标准中，功率接收器估计其接收到的功率，例如通过测量经整流的电压和电流、将其相乘并且加上对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到的功率。功率发射器估计其发射的功率，例如通过测量逆变器的DC输入电压和电流、将其相乘并且通过减去发射器中内部功率损耗(诸如，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的功率损耗)的估计来校正结果。功率发射器能够通过从发射的功率中减去所报告的接收到的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了太多功率，并且然后其能够终止功率传输。备选地，已经提出了测量由初级线圈和次级线圈以及对应的电容和电阻形成的谐振电路的品质因子或Q因子。测量到的Q因子的减小可以指示存在异物。在实践中，使用在Qi规范中所描述的方法实现足够的检测准确度往往是困难的。关于特定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，包含功率接收器或功率发射器布置的设备自身的金属部件)的潜在存在，因为这些金属的磁和电性质可能是未知的，并且因此可能难以补偿。此外，功率接收器与功率发射器之间的空间对齐通常是未知的，并且这可能实质地影响测量到的值。同样地，所生成的磁场的横向延伸通常是未知的，并且可能在不同的功率发射器之间显著变化。此外，即使在金属异物中耗散相对少量的功率也可能导致不希望的加热。因此，有必要检测发送的功率与接收的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，其可能仍然不能够提供足够的准确度，并且例如也可能受到友好金属的影响。因此，当前算法往往是次优的，并且在某些情况和范例中可能提供低于最佳性能。特别地，其可能导致存在未被检测到的异物，或者导致当没有异物存在时对异物的错误检测。因此，经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、经改进的物体检测、更少的错误检测和漏检、向后兼容性、和/或经改进的性能的方法将是有利的。
技术实现思路
因此，本专利技术寻求单独地或者以任何组合来优选缓解、减轻或消除上文所提到的缺点中的一个或多个缺点。根据本专利技术的一方面，提供了一种无线功率传输系统，其包括功率发射器和功率接收器，所述功率接收器用于经由电磁信号从所述功率发射器接收功率传输；所述功率接收器包括：功率接收器线圈，其用于从所述电磁信号中提取功率；负载控制器，其被布置为在异物检测间隔期间断开所述功率接收器线圈的负载；功率控制器，其用于在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；消息发射器，其用于向所述功率发射器发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器从所述电磁信号中提取的预定量的功率；并且所述功率发射器包括：功率发射器线圈，其用于生成所述电磁信号；消息接收器，其用于从所述功率接收器接收所述功率控制消息和所述预定的负荷指示；功率环控制器，其用于响应于所述功率控制消息而控制所述电磁信号的功率水平；异物检测器，其用于在所述异物检测间隔期间响应于所述电磁信号的所述功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。在许多实施例中，本专利技术可以提供经改进的异物检测。在许多情况和系统中，可以实现更准确的异物检测。在许多实施例中，该方法可以降低复杂性，并且在许多系统中，可以提供高度的向后兼容性。具体地，该方法可以特别适合于改善例如根据Qi规范的版本1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线功率传输系统，包括功率发射器(101)和功率接收器(105)，所述功率接收器用于经由电磁信号从所述功率发射器(101)接收功率传输；所述功率接收器(105)包括：功率接收器线圈(107)，其用于从所述电磁信号中提取功率；负载控制器(305、309)，其被布置为在异物检测间隔期间断开所述功率接收器线圈(107)的负载(303)；功率控制器(307、311)，其用于在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器(101)发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈(107)中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；消息发射器(307、313)，其用于向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈(107)中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率；并且所述功率发射器(101)包括：功率发射器线圈(103)，其用于生成所述电磁信号；消息接收器(205)，其用于从所述功率接收器接收所述功率控制消息和所述预定的负荷指示；功率环控制器(203)，其用于响应于所述功率控制消息而控制所述电磁信号的功率水平；异物检测器(207)，其用于在所述异物检测间隔期间响应于所述电磁信号的所述功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.05 EP 16202209.91.一种无线功率传输系统，包括功率发射器(101)和功率接收器(105)，所述功率接收器用于经由电磁信号从所述功率发射器(101)接收功率传输；所述功率接收器(105)包括：功率接收器线圈(107)，其用于从所述电磁信号中提取功率；负载控制器(305、309)，其被布置为在异物检测间隔期间断开所述功率接收器线圈(107)的负载(303)；功率控制器(307、311)，其用于在所述异物检测间隔期间向所述功率发射器(101)发射功率控制消息，所述功率控制消息反映所述功率接收器线圈(107)中的感应信号的水平与参考水平之间的差异；消息发射器(307、313)，其用于向所述功率发射器(101)发射针对所述参考水平的预定的负荷指示，所述预定的负荷指示指示当所述负载被断开并且所述功率接收器线圈(107)中的所述感应信号处于所述参考水平时由所述功率接收器(105)从所述电磁信号中提取的预定量的功率；并且所述功率发射器(101)包括：功率发射器线圈(103)，其用于生成所述电磁信号；消息接收器(205)，其用于从所述功率接收器接收所述功率控制消息和所述预定的负荷指示；功率环控制器(203)，其用于响应于所述功率控制消息而控制所述电磁信号的功率水平；异物检测器(207)，其用于在所述异物检测间隔期间响应于所述电磁信号的所述功率水平与所述预定的负荷指示的比较而执行异物检测。2.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中，所述感应信号的所述水平由指示所述功率接收器线圈(107)上的电压的电压水平来表示。3.根据权利要求1或2所述的无线传输系统，其中，所述功率控制器(307、311)被布置为生成所述功率控制消息以反映参考电压与在对所述感应信号的整流和低通滤波之后测量到的电压之间的差异。4.根据前述权利要求2和3中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述参考水平是不低于3V并且不高于30V的电压水平。5.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述参考水平是预定的参考水平。6.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，当所述负载(303)被断开时所述功率接收器线圈(107)的负荷不高于1W。7.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，当所述负载(303)被断开时所述功率接收器线圈(107)的负荷的电阻分量不小于100Ohm。8.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述功率接收器(105)被布置为将所述预定的负荷指示确定为所述参考水平的预定函数。9.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述异物检测是在功率传输阶段的开始之前的校准阶段的部分。10.根据前述权利要求中的任一项所述的无线传输系统，其中，所述预定的负荷指示反映利用所述功率接收器从由参考功率发射器生成的电磁信号中提取的功率的测量结果，并且所述参考功率发射器以所述负...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·范瓦格宁根，A·A·M·斯特林，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL