具有物体检测的无线充电系统技术方案

无线电力传输设备将无线电力信号传输至无线电力接收设备。无线电力接收设备在谐振电路中具有无线电力接收线圈，该谐振电路在无线电力接收电路谐振频率下谐振。无线电力传输设备具有线圈。线圈被提供有脉冲串形式的驱动信号以检测外部物体。测量电路包括用于提供驱动信号的振荡器以及用于在已提供驱动信号的线圈上采集测量值的峰值检测器和模数转换器。基于速率的滤波应用于从模数转换器输出信号，以区分温度漂移效应和物体放置效应。驱动信号的频率略大于无线电力接收电路谐振频率。

Wireless Charging System with Object Detection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有物体检测的无线充电系统本专利申请要求于2018年1月31日提交的美国专利申请15/885,411、于2017年11月6日提交的美国专利申请15/804,145、于2017年2月2日提交的美国临时专利申请62/453,850以及于2017年6月28日提交的美国临时专利申请62/526,285的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及无线系统，并且更具体地涉及在其中对设备无线地充电的系统。
技术介绍
在无线充电系统中，无线电力传输设备诸如具有充电表面的设备将电力无线传输至便携式电子设备。便携式电子设备接收无线传输的电力并且使用该电力来对内部电池充电或向设备供电。在一些情况下，外来物体可能意外放置在充电表面上。这可在执行无线电力传输操作时带来挑战。
技术实现思路
无线电力传输设备将无线电力信号传输至无线电力接收设备。无线电力传输设备具有向包括无线电力传输线圈的输出电路提供信号的逆变器。无线电力传输线圈可为覆盖与无线电力传输设备相关联的无线充电表面的无线电力传输线圈阵列的一部分。信号测量电路耦接至输出电路以帮助确定无线电力接收设备是否存在，并且准备接受无线电力的传输。测量电路包括耦接至输出电路并且测量信号的测量电路，而振荡器电路以探测频率向输出电路提供信号。通过使用来自测量电路在一个或多个探测频率下的测量，无线电力传输设备确定在线圈上是否存在外部物体。测量电路中的脉冲响应电路耦接至输出电路，并且用于测量输出电路对由无线电力传输设备中的逆变器提供的脉冲信号的响应。脉冲响应电路用于进行电感和Q因数测量。在操作期间，来自脉冲响应电路的信息和在探测频率下的测量可用于确定无线接收设备是否存在于无线充电表面中的特定线圈上，并因此可用于调节与无线电力传输设备的无线电力传输。测量电路还包括耦接至输出电路并且测量信号的测量电路，而振荡器电路在第一频率和第二频率之间扫描交流输出信号。由扫频操作产生的测量用于检测敏感设备，诸如射频识别设备。如果检测到敏感设备，则可避免潜在破坏性的无线电力传输操作。切换电路用于将所选线圈从与充电表面重叠的线圈阵列动态地切换到输出电路中，以便可探测线圈阵列中的适当线圈是否存在外部物体和敏感设备诸如射频识别设备。无线电力接收设备在谐振电路中具有无线电力接收线圈，该谐振电路在无线电力接收电路谐振频率下谐振。无线电力传输设备的线圈被提供有脉冲串形式的驱动信号。在驱动信号的每个脉冲串期间，可检测到外部物体。在脉冲串之间，不施加驱动信号并且不对线圈进行测量。这有助于节省电力。测量电路包括用于提供驱动信号的振荡器以及用于在已提供驱动信号的线圈上采集测量值的峰值检测器和模数转换器。基于速率的滤波应用于从模数转换器输出信号，以区分温度漂移效应和物体放置效应。驱动信号的频率略微大于无线电力接收电路谐振频率，以增强信号测量。附图说明图1为根据一些实施方案的例示性无线充电系统的示意图。图2是根据实施方案的具有形成无线充电表面的线圈阵列的例示性无线电力传输设备的顶视图。图3是根据实施方案的在无线电力传输设备中具有输出电路信号测量电路的例示性无线电力传输电路的电路图。图4为示出根据实施方案的无线电力传输设备的表面上的各种例示性物体的响应的曲线图。图5为根据实施方案的可用于表征无线电力传输设备上的物体的所述类型的例示性脉冲响应的曲线图。图6为示出根据实施方案的可与将敏感物体诸如射频识别设备放置在无线电力传输设备的表面上相关联的所述类型的输出信号迹线的曲线图。图7为根据实施方案的例示性便携式电子设备的横截面侧视图，该例示性便携式电子设备具有无线电力接收线圈和形成谐振电路的辅助线圈。图8是根据实施方案的曲线图，其中针对无线电力传输设备的表面上的多种类型的例示性物体绘制了作为频率的函数的输出电路信号测量。图9是根据实施方案的操作无线电力传输系统诸如图1的无线充电系统所涉及的例示性操作的流程图。图10是示出根据实施方案的与在嘈杂的无线充电环境中执行脉冲响应测量相关联的信号的曲线图。图11为根据实施方案的与进行脉冲响应测量相关联的例示性操作的流程图。图12为根据实施方案的具有测量电路的例示性无线充电系统的示意图。图13是示出根据实施方案的如何基于无线充电系统中的无线电力接收设备中的无线电力接收电路的谐振频率来选择测量电路的驱动频率的曲线图。图14是示出根据实施方案的驱动信号可如何以由无驱动信号的时间段分开的脉冲串形式施加到线圈阵列以节省电力。图15是示出根据实施方案的如何使用窗口算法来对测量电路中的模数转换器输出信号进行滤波以帮助区分温度驱动效应和外部物体移动效应的曲线图。具体实施方式无线电力系统具有无线电力传输设备，其将电力以无线方式传输至无线电力接收设备。无线电力传输设备是诸如无线充电垫、无线充电盘、无线充电支架、无线充电台或其他无线电力传输装置等设备。无线电力传输设备具有用于将无线电力传输至无线电力接收设备中的一个或多个无线电力接收线圈的一个或多个线圈。无线电力接收设备是诸如蜂窝电话、手表、媒体播放器、平板电脑、一对耳塞、遥控器、膝上型计算机、其他便携式电子设备或其他无线电力接收装置等设备。在操作期间，无线电力传输设备向一个或多个无线电力传输线圈提供交流信号。这使得线圈将交流电磁信号(有时称为无线电力信号)传输至无线电力接收设备中的一个或多个对应线圈。无线电力接收设备中的整流器电路将所接收的无线电力信号转换成直流(DC)电力，以用于为无线电力接收设备供电。图1中示出了例示性无线电力系统(无线充电系统)。如图1所示，无线电力系统8包括无线电力传输设备12和一个或多个无线电力接收设备，诸如无线电力接收设备10。设备12可为独立设备诸如无线充电垫，可内置在家具中，或可为另一无线充电装置。设备10是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑或其他电子装置。其中设备12为垫或形成无线充电表面的其他装置并且其中设备10为在无线电力传输操作期间停留在无线充电表面上的便携式电子设备的示例性配置在本文中有时可作为示例被描述。在系统8的操作期间，用户将一个或多个设备10放置在设备12的充电表面上。电力传输设备12耦接到交流电压源，诸如交流电源50(例如，供应线路电力或其他市电电源的壁装电源插座)，具有用于供电的电池诸如电池38，和/或耦接到另一个电源。电力转换器诸如AC-DC电力转换器40可将电力从市电电源或其他AC电源转换为用于对设备12中的控制电路42和其他电路的供电的DC电力。在操作期间，控制电路42使用无线电力传输电路34和耦接到电路34的一个或多个线圈36，以将交流电磁信号48传输至设备10，从而将无线电力传输至设备10的无线电力接收电路46。电力传输电路34具有切换电路(例如逆变器电路中的晶体管)，所述切换电路可基于由控制电路42提供的控制信号来开启或关闭，以通过适当的线圈36产生AC电流信号。当AC电流通过由逆变器电路驱动的线圈36时，产生交流电磁场(无线电力信号48)，该交流电磁场由耦接到接收设备10中的无线电力接收电路46的一个或多个对应线圈14接收。当交流电磁场被线圈14接收时，在线圈14中感生出对应的交流电流和电压。电路46中的整流器电路将从一个或多个线圈14所接收的AC信号(所接收的与无线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电力传输设备，包括：线圈；无线电力传输电路，所述无线电力传输电路耦接至所述线圈并被配置为将无线电力信号传输至在无线电力接收电路中具有接收线圈的无线电力接收设备，所述无线电力接收电路被配置为在无线电力接收电路谐振频率下谐振；控制电路，所述控制电路被配置为控制所述无线电力信号的传输；和耦接至所述线圈的测量电路，所述线圈被所述控制电路用于检测外部物体，其中所述测量电路包括被配置为在大于所述接收器谐振频率的驱动频率下施加驱动信号的振荡器，并且包括被配置为在所述驱动频率下测量信号的模数转换器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.02 US 62/453,850;2017.06.28 US 62/526,285;1.一种无线电力传输设备，包括：线圈；无线电力传输电路，所述无线电力传输电路耦接至所述线圈并被配置为将无线电力信号传输至在无线电力接收电路中具有接收线圈的无线电力接收设备，所述无线电力接收电路被配置为在无线电力接收电路谐振频率下谐振；控制电路，所述控制电路被配置为控制所述无线电力信号的传输；和耦接至所述线圈的测量电路，所述线圈被所述控制电路用于检测外部物体，其中所述测量电路包括被配置为在大于所述接收器谐振频率的驱动频率下施加驱动信号的振荡器，并且包括被配置为在所述驱动频率下测量信号的模数转换器。2.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述驱动频率介于1MHz和1.5MHz之间。3.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述无线电力接收电路谐振频率为1MHz，并且所述驱动频率为至少1MHz。4.根据权利要求3所述的无线电力传输设备，其中所述驱动频率介于1.1MHz和1.5MHz之间。5.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中所述驱动频率等于所述无线电力接收电路谐振频率的101％至150％。6.根据权利要求5所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为引导所述振荡器以脉冲串的形式向所述线圈提供所述驱动信号，所述脉冲串由所述振荡器不向所述线圈提供驱动信号的相应时间段分隔。7.根据权利要求6所述的无线电力传输设备，其中在每个脉冲串期间，所述振荡器依次向所述线圈中的每一个线圈提供驱动信号。8.根据权利要求7所述的无线电力传输设备，其中在相应脉冲串之间，所述振荡器在至少100ms的时间段内不提供驱动信号以节省电力。9.根据权利要求5所述的无线电力传输设备，其中所述控制电路被配置为处理来自所述模数转换器的输出，以区分温度漂移效应和物体放置效应。10.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中：所述驱动频率介于1.1和1.5MHz之间；所述控制电路被配置为引导所述振荡器以脉冲串的形式向所述线圈提供所述驱动信号，所述脉冲串由所述振荡器不提供所述驱动信号中的任一者的相应时间段分隔；并且所述控制电路被配置为处理来自模数转换器的输出，以区分温度漂移效应和物体放置效应。11.一种使用具有无线电力传输电路的无线电力传输设备的方法，所述无线电力传输电路使用线圈将无线电力信号传输至无线电力接收设备，其中所述无线电力接收设备具有无线电力接收电路，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·吉列尔莫，P·D·奈尔，M·S·德吉泽斯，A·J·鲁塞尔，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US