CN112803617A

CN112803617A - 一种应用于无线充电的异物检测方法及装置

Info

Publication number: CN112803617A
Application number: CN201911112323.9A
Authority: CN
Inventors: 林科
Original assignee: Huada Semiconductor Chengdu Co ltd
Current assignee: Xiaohua Semiconductor Co ltd
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-14

Abstract

一种应用于无线充电的异物检测方法及装置，遵循V1.2.4版本Qi协议，通过计算接收功率包及发射功率的损失百分比，并与阈值进行比较，来检测是否存在硬币、别针、铝箔等金属异物。同时，阈值可根据充电时发送功率的大小及线圈耦合度在基准阈值基础上进行实时调整，以进一步提高检测准确度。

Description

一种应用于无线充电的异物检测方法及装置

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别涉及无线充电中的异物检测。

背景技术

目前，无线充电已得到了广泛的应用，而充电过程中的安全性也越来越受到人们的关注。当前商用的无线充电技术大多数基于电磁耦合原理，即一旦接收器线圈靠近发射器线圈，则通过电磁感应使接收线圈中产生电流。在实际的产品中，如果在发射线圈上意外放置了金属物，则一旦开始充电，金属可能会被电磁波加热，若不能及时地检测到金属物的存在，金属的温度可以上升到足以烫伤人体皮肤的程度，甚至可能会产生着火风险。

目前，通常是通过使用温度传感器、检测线圈的Q值、或者计算能量的损失等方法来进行金属异物的检测。使用温度传感器的局限性在于探头无法直接接触模具表面，会出现较大误差；线圈的Q值检测则需要额外电路，且精度受接收器位置的影响比较大；能量损失计算是指让接收器回报其所接收到的功率给充电器，充电器将其所发射的功率减掉接收器收到的功率，如果两者的差较大，则代表附近有其他物体在吸收电磁波，比较容易实现且较为准确。其中5W方案中的主流方式是在基础功率版BPP(≤5W)(Baseline PowerProfile)中增加扩展异物检测功能FOD extension(Foreign Object DetectionExtension)。如图1所示，FOD extension中包括了同步阶段(Negotiation Phase)及校正阶段(Calibration Phase)，这两个阶段均要求支持双向通讯，然而，无线充电联盟WPC于2018年3月颁布了最新的V1.2.4 Qi协议，要求不能在BPP中增加双向通讯，也就是说，BPP充电器将无法实现同步阶段及校正阶段，即不能再使用FOD extension的方式来检测能量损耗。因此，需要一种新的方法来计算能量损失，以进一步实现异物检测。

发明内容

本发明提供一种应用于无线充电的异物检测方法及装置，通过直接计算功率损耗，最终实现金属异物的检测。

一种应用于无线充电的异物检测方法，包括：

获取接收功率P_r，当进入稳定充电阶段后，接收器以1.5s的间隔向发射器发送接收功率包；

计算发射功率P_t，当进入稳定充电阶段后，发射器以1.5s的间隔采样电源电压及电流，计算发射功率；

计算发射功率及接收功率的差值P_l＝P_t-P_r；以及

根据P_l判断是否存在异物。

进一步地，所述根据P_l判断是否存在异物包括：

计算功率损失百分比R＝(P_l/P_t)*100％；

将功率损失百分比与预先设定的阈值进行比较；

若功率损失百分比大于阈值，则进行一次计数；以及

当计数大于设置数值时，表明检测到异物。

进一步地，所述阈值是根据选定的线圈、模具进行调试得到的。

进一步地，可根据充电过程中，发射器的发送功率及发射器与接收器的线圈耦合度对所述阈值进行调整，从而调节检测灵敏度。

另一方面，本发明提供一种应用于无线充电的异物检测装置，包括：

接收功率获取模块，用于获取接收功率包；

采样模块，用于采样发射器的电源电压及电流；

计算模块，用于计算发射功率、发射功率及接收功率的差值以及功率损失百分比；以及

判断模块，用于根据计算模块的输出，判断是否存在异物。

本发明提供的检测方法及装置可应用于BPP规格的无线充电器中，不需要双向通讯，满足V1.2.4 Qi协议要求。本发明提供的方法采用功率百分比作为阈值，容易实现，同时，阈值大小可以根据充电时发送功率大小以及线圈耦合度进行实时调整，进一步增加了检测的准确性。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出现有技术中的扩展异物检测功能的流程示意图；

图2示出根据本发明的一个实施例的应用于无线充电的异物检测方法流程示意图；

图3a及图3b示出BPP规格的无线充电器在充电阶段的通讯时序示意图；以及

图4示出了根据本发明的一个实施例的应用于无线充电的异物检测装置的示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

本发明提供一种应用于无线充电的异物检测方法，遵循V1.2.4版本Qi协议，无需进行双向通讯，直接计算功率损耗，从而实现对金属异物的检测。

如图3a及3b所示，按照WPC的协议及其要求所设计生产的设备，放置于充电器上，进入充电阶段后，所述设备中的接收器会按照一定的时间间隔发送控制误差包及接收功率包，所述控制误差包用于控制发送功率的大小，若控制误差为零，代表功率不需调整，进入稳定充电状态，若控制误差为负，则表明需要降低充电电流，反之，若控制误差为正，则表明需要提高充电电流。在发送完一个控制误差包t_delay+t_control时间后，开始调整电流，而t_delay+t_control时间段内，所述充电器中的发射器不会发送任何数据包，在此时间段，可进行异物的检测。

如图2所示，一种应用于无线充电的异物检测方法，包括：

步骤201，获取接收功率P_r。进入稳定充电阶段后，接收器按照Qi协议定义的时间间隔t_received，发送接收功率包。在本发明的一个具体实施例中进入稳定充电阶段后，接收器每1.5s发送一个接收功率包给发射器，发射器得到接收功率。

步骤202，计算发送功率P_t。发射器按照与所述接收功率包发送时间间隔相同的间隔对电源电压及电流进行采样，计算发射功率；

步骤203，计算损耗功率P_l,P_l＝P_t-P_r；

根据损耗功率P_l，可以判断是否存在异物。具体而言，根据损耗功率P_l判断是否存在异物可包括以下的步骤204、205以及206中的一个或多个。

步骤204，计算功率损失百分比R，R＝(P_l/P_t)*100％；

仅靠一次比较结果可能无法准确确定是否有金属异物存在，所以需要同时进行多次比较，以决定是否存在异物，因此，步骤205，比较功率损失百分比及阈值，若功率百分比大于阈值，则进行一次计数；

步骤206，比较计数值及设置数值，若计数值大于设置数值，则表明存在异物。否则，表明无异物，返回步骤201。

完成步骤204后，在进行判断前还需进行步骤210，阈值调整。阈值初始值在发射器出厂时已确定，具体来说，是依据发射器所采用的模具及发射线圈，使用调试程序计算得到。在充电过程中，发射器根据发送功率及发射器与接收器的线圈耦合度对阈值进行调整。在本发明的一个实施例中，阈值调整具体如下：

当发送功率低于设定值1时，阈值增加C1％；

当发送功率高于设定值2时，阈值减小C2％；

当线圈耦合度低于设定值3时，阈值增加C3％；以及

当线圈耦合度高于设定值4时，阈值减小C4％。

所述设定值1、设定值2、设定值3、设定值4、C1、C2、C3及C4在发射器出厂前通过测试确定。

图4示出了根据本发明的一个实施例的应用于无线充电的异物检测装置的示意图。如图4所示，一种应用于无线充电的异物检测装置，包括：

接收功率获取模块401，用于获取接收功率包；

采样模块402，用于采样发射器的电源电压及电流；

计算模块403，用于计算发射功率、发射功率及接收功率的差值以及功率损失百分比；以及

判断模块404，用于根据计算模块的输出，判断是否存在异物。本发明提供的检测方法及装置应用于BPP规格的无线充电器中，可以在充电过程中，准确检测出硬币、别针、铝箔等金属异物，在不超过Qi协议要求的温度(60摄氏度)的情况下，成功停止充电。此外，系统灵敏度可通过调整阈值来调节。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims

1.一种应用于无线充电的异物检测方法，包括：

获取接收功率P_r；

计算发射器的发射功率P_t；

计算发射功率及接收功率的差值P_l＝P_t-P_r；以及

根据差值P_l判断是否存在异物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据差值P_l判断是否存在异物包括：

计算功率损失百分比R＝(P_l/P_t)*100％；

将功率损失百分比与预先设定的阈值进行比较；

若功率百分比大于阈值，则进行一次计数；以及

当计数大于设置数值时，表明检测到异物。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当计数小于设置数值时，返回步骤获取接收功率P_r。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当进入稳定充电阶段后，发射器以1.5s的间隔采样电源电压及电流，并计算发射功率P_t。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当进入稳定充电阶段后，接收器以1.5s的间隔向发射器发送接收功率包。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阈值是根据发射器选定的线圈、模具进行调试得到的。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括，阈值的调整。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述阈值的调整被配置为在充电阶段，根据发射器的发送功率及发射器与接收器的线圈耦合度对所述阈值进行调整，包括：

当发送功率低于设定值1时，阈值增加C1％；

当发送功率高于设定值2时，阈值减小C2％；

当线圈耦合度低于设定值3时，阈值增加C3％；以及

当线圈耦合度高于设定值4时，阈值减小C4％。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述设定值1、设定值2、设定值3、设定值4、C1、C2、C3及C4的值在发射器出厂前通过测试确定。

10.一种采用了如权利要求1至9任一权利要求所述的方法的应用于无线充电的异物检测装置，包括：接收功率获取模块，用于获取接收功率包；

采样模块，用于采样发射器的电源电压及电流；

判断模块，用于根据所述计算模块的输出，判断是否存在异物。