无线功率传输

技术领域

本发明涉及感应无线功率传输，并且特别但非排他地涉及与用于无线功率传输系统的Qi规范兼容的无线功率传输系统中的异物检测。

背景技术

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，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：

在诸如Qi的功率传输系统中，为了将所需功率水平传输到功率接收器而生成的电磁场常常非常大。在许多情况下，这种强磁场的存在能够对周围环境具有影响。

例如，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是非期望的。

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送功率和/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。

Qi规范描述了各种检测异物的方法：

根据该特征，要求功率接收器报告其上放置有功率接收器产品的参考线圈的质量因子。功率发射器可以从该报告的值中导出阈值—应用任何必要的调节以考虑其线圈与参考线圈之间的差异—并得出结论：如果测量的Q因子值低于阈值，则存在(或可能存在)异物。Qi规范(v1.2.x)的第1和第2部分中的11.3节提供了关于Q因子报告特征的更多细节。

功率损耗统计：

根据该特征，需要功率接收器来定期报告其接收的功率量。报告的值包括功率接收器为其负载提供的功率量加上功率接收器中出现的损耗。功率接收器通常必须估计后者，因为这样的值实际上很难测量。功率发射器通常通过测量其从其电源消耗的功率量并减去其损耗的估计值来确定其发送的功率量。发送功率和接收功率值之间的差异指示异物中吸收的功率量。实验已经示出，300mW或更高的差异(假设理想的功率损耗估计)指示，异物有被加热到不希望的高温的危险。在给定低阈值的情况下，至关重要的是，接收功率和发送功率的估计必须尽可能准确。

在实践中，倾向于难以实现足够的检测准确度，并且为了提高检测可靠性，采用异物检测的校准以允许异物检测算法的补偿来补偿例如功率发射器或特定功率接收器的损耗。

Qi规范包括功率校准功能，其使功率发射器能够改进其异物检测操作，并且尤其是功率损耗估计。在这种方法中，功率接收器必须首先在低功率(“轻负载”)状态下操作，并且随后在高功率(“连接负载”)状态下操作。功率发射器在校准过程期间分别在轻负载和连接负载下使用报告的值，以在估计的损耗与发送功率量之间建立关系。当建立这种关系时，假定在磁场中不存在异物，并且因此假定可以将发送功率量视为与接收功率量相同。还假设功率接收器固定在功率发射器的接口表面上。

Qi规范要求在功率传输的前十秒内完成校准。该限制的原因是，异物都可能在任何时候意外进入磁场，而在校准完成之前没有被检测到。这将使校准无用，并且实际上甚至潜在地产生问题，因为其可能阻止后续的异物检测。时间限制被选择为在异物进入磁场的风险与执行足够可靠的校准所需的时间之间的合理权衡。

Qi规范(v1.2.x)的第1部分和第2部分中的11.4节提供了关于功率损耗统计特征和校准方法的更多细节。

然而，发明人已经认识到当前异物检测方法并非在所有情况下是最佳。

因此，用于功率传输系统的改进的操作将是有利的，特别是允许增加灵活性、降低成本、降低复杂性、改进异物检测、改进对不同负载的支持、改进适应性、向后兼容性和/或改进性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明试图优选地单独地或以任意组合减轻、缓解或消除上述缺点中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在功率传输阶段期间经由电磁功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：发射器线圈，其用于生成所述功率传输信号；驱动器，其用于生成用于所述发射器线圈的驱动信号以生成所述功率传输信号；异物检测器，其用于执行异物检测操作，所述异物检测操作被布置为响应于所述驱动信号的性质而检测异物的存在；通信器，其用于在所述功率传输阶段期间从所述功率接收器接收功率操作点指示，所述功率操作点指示表示针对所述功率接收器的负载的负载功率；以及适配器，其用于响应于所述操作点指示指示所述负载功率的变化满足准则而调整在所述功率传输阶段期间的所述异物检测操作。

本发明可以在许多实施例中提供改进的操作和/或性能，并且可以在许多情形中具体地提供改进的异物检测。该方法可以例如应用于Qi兼容系统，并且可以允许功率接收器在进入功率传输阶段时不立即提取最大功率的情形中改进性能。该方法可以在其中功率接收器的负载例如可以在不同的负载模式之间切换的系统和情形中提供改进的异物检测。该方法可以以低复杂度来实现，并且通常可以相对容易地引入到现有系统中，例如Qi。

用于功率接收器的负载的负载功率可以是用于功率接收器的负载的目标负载功率。

功率操作点指示可以在功率传输阶段期间发送。功率操作点指示可以是负载功率的变化的指示，并且具体地可以指示负载功率的在阈值以上的变化。该变化可以是功率传输阶段中的变化。

功率操作点指示可以指示功率接收器的负载模式的改变和/或功率接收器的负载的变化。

功率操作点指示可以指示(目标)负载变化满足准则。功率操作点指示可以指示(目标)负载变化超过阈值。功率操作点指示指示来自功率接收器的期望功率的变化满足准则/超过阈值。

功率操作点指示可以仅取决于提供给功率接收器的负载的功率，并且可以独立于功率路径的任何其他参数。功率操作点指示可以独立于功率接收器的任何功率消耗，除了负载的功率。功率操作点指示可以独立于用于支持功率传输的任何控制功能的任何功率消耗。

根据本发明的任选特征，功率操作点指示指示负载功率的未来变化。

在许多实施例中，这可以提供改进的性能。在许多情形中，其可以降低功率操作点的改变期间的错误检测的概率。

用于异物检测的驱动信号的性质例如可以是频率性质、相位性质、电压性质、电流性质、功率性质、波形性质、时序性质和/或信号形状性质。

根据本发明的任选特征，所述适配器被布置为响应于所述操作点指示指示目标负载功率的变化满足所述准则而起始校准过程，所述校准过程被布置为响应于所述驱动信号的性质的测量结果而确定用于所述异物检测操作的校准参数。

这可以允许改进针对不同功率水平的异物检测。其可以允许改进的校准数据，并且具体地可以在功率水平的范围上提供改进的补偿。

校准参数可以是用于确定或计算在检测是否存在异物时使用的参数的补偿参数。其可以包括功率损耗、功率差、质量因子、检测阈值等的补偿。

根据本发明的任选特征，校准参数是用于检测异物的检测准则的参数。在许多情形中，这可以提供改进的异物检测。

根据本发明的任选特征，所述适配器被布置为响应于所述操作点指示指示所述目标负载功率的所述变化满足所述准则而将所述异物检测操作偏向于在一时间间隔内不检测异物。

在许多实施例中，这可以提供改进的性能，并且可以具体地减少与功率接收器的负载变化(例如，阶跃变化)的瞬态情况连接的错误的异物检测的风险。然而，在许多实施例中，其可能仍允许一些检测功能，例如异物功率耗散的更多极端情况的一些检测功能。

根据本发明的任选特征，所述适配器被布置为响应于所述操作点指示指示所述目标负载功率的所述变化满足所述准则而将所述异物检测操作调整为在一时间间隔内不检测异物。

在许多实施例中，这可以提供改进的性能，并且可以具体地减少与功率接收器的负载变化(例如，阶跃变化)的瞬态情况连接的错误异物检测的风险。

根据本发明的任选特征，功率操作点指示独立于功率接收器的当前功率提取。

在许多实施例中，这可以提供有利的操作并且特别是异物检测。

根据本发明的任选特征，所述功率操作点指示被包括在接收到的功率水平消息中，所述接收到的功率水平消息用于指示由所述功率接收器从所述功率传输信号中提取的功率。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的操作。其尤其可以允许有效的操作和通信。

根据本发明的任选特征，所述功率操作点指示是目标功率水平的变化是否满足准则的二进制指示。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的操作。其尤其可以允许有效的操作和通信。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在功率传输阶段期间经由电磁功率传输信号从功率发射器中无线地接收功率的功率接收器；所述功率接收器包括：接收线圈，其用于从所述功率传输信号中提取功率；功率电路，其用于从提取自所述功率传输信号的所述功率向负载提供功率；处理器，其用于确定反映在所述功率传输阶段期间针对所述负载的负载功率的功率操作点；指示处理器，其用于生成指示所述功率操作点的功率操作点指示；通信器，其用于在所述功率传输阶段期间将所述功率操作点指示发送到所述功率发射器。

根据本发明的任选特征，所述指示处理器被布置为生成所述功率操作点指示以指示所述负载功率的变化超过阈值。

根据本发明的任选特征，所述功率接收器还包括负载确定器，所述负载确定器被布置为测量被提供给所述负载的功率的水平，并且所述指示处理器被布置为响应于所述功率的水平而确定所述功率操作点。

根据本发明的一个方面，提供了一种无线功率传输系统，所述无线功率传输系统包括如上所述的功率接收器和功率发射器。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于功率发射器的操作方法，所述功率发射器在功率传输阶段期间经由电磁功率传输信号向功率接收器无线地提供功率；所述方法包括：发射器线圈生成所述功率传输信号；生成用于所述发射器线圈的驱动信号以生成所述功率传输信号；执行异物检测操作，所述异物检测操作被布置为响应于所述驱动信号的性质而检测异物的存在；在所述功率传输阶段期间从所述功率接收器接收功率操作点指示，所述功率操作点指示表示针对所述功率接收器的负载的负载功率；并且响应于所述操作点指示指示所述负载功率的变化满足准则而调整在所述功率传输阶段期间的所述异物检测操作。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于功率接收器的操作方法，所述功率接收器在功率传输阶段期间经由电磁功率传输信号从功率发射器中无线地接收功率；所述方法包括：接收器线圈从所述功率传输信号中提取功率；从提取自所述功率传输信号的所述功率向负载提供功率；确定反映在所述功率传输阶段期间针对所述负载的负载功率的功率操作点；生成指示所述功率操作点的功率操作点指示；并且在所述功率传输阶段期间将所述功率操作点指示发送到所述功率发射器。

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面、特征和优点将显而易见并得到阐述。

附图说明

将参考附图仅通过示例描述本发明的实施例，其中，

图1图示了用于根据本发明一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图2图示了用于根据本发明一些实施例的功率传输系统的功率发射器的元件的示例；并且

图3图示了根据本发明一些实施例的用于功率传输系统的功率接收器的元件的示例。

具体实施方式

以下描述集中于能适用于利用诸如从Qi规范中已知的功率传输方法的无线功率传输系统的本发明的实施例。然而，将意识到，本发明不应当限于该应用，而是可以应用于许多其他无线功率传输系统。

图1图示了根据本发明的一些实施例的无线功率传输系统的示例。所述功率传输系统包括功率发射器101，功率发射器101包括(或者被耦合到)发射器线圈/感应器103。所述系统还包括功率接收器105，功率接收器105包括(或者被耦合到)接收器线圈/感应器107。

所述系统提供电磁功率传输信号，所述电磁功率传输信号可以感应地将功率从功率发射器101传输到功率接收器105。特别地，功率发射器101生成电磁信号，所述电磁信号作为磁通量由发射器线圈或感应器130传播。所述功率传输信号通常可以具有在大约20kHz到大约500kHz之间的频率，并且常常用于通常在从95kHz到205kHz范围内的Qi兼容系统(或者例如对于高功率厨房应用，频率例如可以通常在20kHz到80kHz之间的范围内)。发射器线圈103与功率接收器107被松散地耦合，并且因此，功率接收器107拾取来自功率发射器101的功率传输信号(的至少部分)。因此，经由从发射器线圈103到接收线圈107的无线电感耦合，功率从功率发射器101被传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要被用于指代发射器线圈103与功率接收器107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是将意识到，通过等效，其也可以被认为和用作对被提供给发射器线圈103或由功率接收器107拾取的电信号的参考。

在该示例中，功率接收器105具体是经由接收器线圈107接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收器105可以包括金属元件，诸如金属加热元件，在这种情况下，功率传输信号直接引起涡电流，导致对元件的直接加热。

所述系统被布置为传输实质的功率水平，并且具体地，所述功率发射器在许多实施例中可以支持超过500mW、1W、5W、50W、100W或500W的功率水平。例如，对于Qi对应应用，对于低功率应用(基本功率轮廓)，功率传输可以通常在1-5W功率范围内，对于Qi规范版本1.2，达到15W，对于较高功率应用(诸如功率工具、膝上型电脑、无人机、机器人等)，功率传输在达到100W的范围内，并且对于非常高功率应用(诸如例如厨房应用)，功率传输超过100W并且到达1000W以上。

在下面，将具体参考总体上根据Qi规范的实施例(除了本文中描述的(或对应的)修改和增强之外)或者适合于由无线电力联盟开发的更高功率厨房规格的实施例来描述功率发射器101和功率接收器105的操作。具体地，功率发射器101和功率接收器105可以遵循或基本上兼容Qi规范版本1.0、1.1或1.2的元件(除了本文中描述的(或对应的)修改和增强之外)。

在无线功率传输系统中，物体(通常从功率传输信号中提取功率并且不是功率发射器101或功率接收器105的一部分的导电元件，即，对功率传输是非预期的、不期望的和/或干扰的元件)的存在在功率传输期间能够是非常不利的。这样的不希望的物体在本领域中被称为异物。

异物不仅能够通过向操作添加功率损耗来降低效率，而且还能够降低功率传输操作自身(例如，通过干扰功率传输效率或者提取不直接例如通过功率传输回路来控制的功率)。另外，异物中的电流的感应(特别是异物的金属部分中的涡流)能够导致对异物的通常非常不希望的加热。

为了解决这样的情况，诸如Qi的无线功率传输系统包括用于异物检测的功能。具体地，所述功率发射器包括寻求检测是否存在异物的功能。如果是这样，则所述功率发射器例如可以终止功率传输或者减少能够传输的最大功率量。

由Qi规范提出的当前方法基于检测功率损耗(通过比较发送的功率和报告的接收到的功率)或者检测功率发射器的输出谐振电路的质量Q中的劣化。然而，在当前使用中，已经发现这些方法在一些情况下提供次优的性能，并且其能够具体导致不准确的检测，导致错过的检测和/或误报，在误报中，尽管没有这样的对象存在，但是仍检测到异物。

异物检测可以在功率接收器进入功率传输阶段之前(例如，在功率传输的初始化期间)或者在功率传输阶段期间被执行。在功率传输阶段期间的检测常常基于测量到的发送的功率与接收的功率的比较，而在功率传输阶段之前进行的检测常常基于所反映的阻抗的测量结果，例如通过使用小的测量信号来测量发射器线圈的质量因子。

为了改进异物检测，Qi指定要在功率传输的初始化过程期间和在功率传输开始的10秒内(系统进入功率传输阶段的10秒内)执行校准过程。因此，在功率接收器向终端负载提供功率之前执行第一校准过程，并且在已经连接负载(即，为其提供功率)之后执行第二校准过程。校准过程被执行以具体确定功率接收器中的友好金属的影响，使得例如可以针对该功率损耗补偿功率损耗计算/检测。

例如，在校准过程期间，由功率接收器提取的功率被报告回到功率发射器，该功率发射器前进到从发送功率(馈送到发射器线圈103的功率)减去所述功率。差异表示除接收器线圈107之外的其他元件的损耗。由于假定在校准期间不存在异物，因此该功率损耗可以表示友好金属(特别是功率接收器和功率发射器)中的功率损耗。然后，所测量的友好金属功率损耗值可以用于补偿功率传输阶段期间的功率损耗测量/计算。

图1的系统使用试图提供经改进的异物检测的用于异物检测的方法。方法在许多实施例中可以提供经改进的异物检测并且特别地在许多实施例中可以提供更准确和/或可靠的异物检测。方法还可以允许低复杂性和低资源要求。方法的优点在于，其可以适于包括在许多现有系统中(诸如特别地在Qi无线功率传输系统中)，并且实际上这常常可以利用少数修改实现。

图2图示了功率发射器101的元件，并且图3更详细图示了图1的功率接收器105的元件。

功率发射器101包括驱动器201，驱动器201可以生成馈送到发射器线圈103的驱动信号，发射器线圈103继而生成电磁功率传输信号，其可以向功率接收器105提供功率传输。驱动器201通常可以包括通常通过驱动全桥或半桥形成的逆变器形式的输出电路，如技术人员应众所周知的。

功率发射器101还包括功率发射器控制器203，功率发射器控制器203被布置为根据期望的操作原理来控制功率发射器101的操作。具体地，功率发射器101可以包括根据Qi规范执行功率控制所需的许多功能。

功率发射器控制器203特别地被布置为控制通过驱动器201的驱动信号的生成，并且其可以特别地控制驱动信号的功率水平，以及因此所生成的功率传输信号的水平。功率发射器控制器203包括功率环控制器，其在功率控制阶段期间响应于从功率接收器105接收的功率控制消息而控制功率传输信号的功率水平。

为了从功率接收器105接收数据和消息，功率发射器101包括功率发射器通信器205，功率发射器通信器205被布置为从功率接收器105接收数据和消息(如技术人员将意识到的，数据消息可以提供一个或多个比特的信息)。在该示例中，功率接收器105被布置为对由发射器线圈103生成的功率传输信号进行负载调制，并且功率发射器通信器205被布置为感测发射器线圈103的电压和/或电流的变化并且基于这些对负载调制进行解调。技术人员将意识到如例如在Qi无线功率传输系统中所使用的负载调制的原理，并且因此这些内容将不被进一步详细地描述。

在一些实施例中，通信可以使用单独的通信信道执行，其可以使用单独的通信线圈或实际上使用发射器线圈103实现。例如，在一些实施例中近场通信可以被实施或者高频载波(例如具有13.56MHz的载波频率)可以叠加在功率传输信号上。

功率发射器101还包括异物检测器207，异物检测器207被布置为执行异物检测测试，即具体地检测任何不期望的导电元件是否可能存在于所生成的电磁场内。

例如，所生成的功率传输信号的功率水平(从中提取的功率)可以用于估计通过潜在的异物所提取的功率。例如，可以基于驱动信号的电流和电压的测量结果确定馈送到发射器线圈103的驱动信号的功率水平。功率接收器被布置成提供报告由功率接收器从功率传输信号提取的功率的功率水平的消息，并且可以确定驱动信号的功率水平与所报告的接收的功率水平之间的差异。可以减去在校准过程中确定并且反映友好金属的耗散的校准值，以提供得到的未考虑的功率损耗。如果这超过给定阈值，则异物检测器207可以确定存在异物，并且否则可以确定不存在异物。

将意识到，许多不同的异物检测算法是已知的，并且这些可以基于许多不同的测量和参数。将意识到，可以使用任何合适的算法。

异物检测可以具体地基于驱动信号的频率性质、相位性质、电压性质、电流性质、功率性质、波形性质、定时性质和/或信号形状性质。

例如，发生给定状况(例如，输出电路的谐振或给定电流或功率水平)的频率可以被检测到，并用于指示是否存在异物。备选地或额外地，电流和电压之间的相位可以用于指示功率传输信号的电流负载，并且因此指示是否存在异物。作为另一示例，负载的存在能够影响波形并导致例如从近似方波到近似正弦波的该变化。异物检测例如可以确定驱动信号的电流或电压与方波或正弦波信号的如何接近地相关，并使用这一点来检测异物。例如，如US2009/0127936中所描述，其可以确定驱动信号何时跨越阈值的定时，并且响应于该定时而确定是否存在异物。

在许多实施例中，可以由异物检测使用驱动信号的电流和/或电压性质。例如，如本领域技术人员将知道的，可以从测量驱动信号的电压和/或电流性质来确定质量因子或功率损耗。

将意识到，许多其他方法是可能的。

如果检测到异物，则功率发射器可能例如前进到终止功率传输，或者其能够将功率传输信号的功率水平限制在特定最大水平以下，该特定最大水平足够低以确保不发生不可接受的异物加热。

图3图示了功率接收器105的一些示例性元件。

接收器线圈107耦合到功率接收器控制器301，该功率接收器控制器经由负载控制器305将接收器线圈107耦合到负载303。在下文中，术语负载将反映由负载消耗的功率，并且因此较高的负载或加载将对应于较高的负载功率水平(并且因此较低欧姆负载)。

功率接收器控制器301包括将由接收器线圈107提取的功率转换成用于负载303的合适供应的功率路径。另外，功率接收器控制器301可以包括执行功率传输所需的各种功率接收器控制器功能，并且具体地根据Qi规范执行功率传输所需的功能。

为了支持从功率接收器105到功率发射器101的通信，功率接收器105包括功率接收器通信器307，其具体地可以是负载调制器。功率接收器通信器307可以具体地布置成响应于要发送到功率发射器101的数据而改变接收器线圈107的加载。由负载发射器101检测负载变化并且然后对其进行解调，如将是本领域技术人员公知的。

功率接收器通信器307在一些实施例中可以是双向通信器，例如，可操作以检测由功率发射器对功率传输信号的幅度、频率或相位调制。在一些实施例中，可以使用单独通信信道来执行通信，该单独通信信道可以使用单独通信线圈来实现。例如，在一些实施例中，可以实现近场通信，或者可以在功率传输信号上叠加高频载波(例如，具有13.56MHz的载波频率)。

功率接收器控制器301还可包括用于支持异物检测操作的功能。具体地，其可以在功率传输阶段期间确定接收到的功率的估计，并且根据Qi规范将这些报告回到功率发射器101。接收器功率水平可以例如基于接收器线圈107中的感应信号的电压和电流的测量结果来确定。

功率接收器控制器301还可包括用于在功率传输阶段期间和进入功率传输阶段时支持校准过程的功能。具体地，这可以通过功率接收器控制器301在这些校准的时间间隔期间确定接收到的功率水平并将其报告回到功率发射器来完成。

发明人已经意识到，尽管例如Qi规范的方法可以提供高效和高性能的功率传输，并且实际上异物检测，但是在一些情形中，其可能不是完全最佳的。具体地，发明人已经认识到，通常用实质上低于在功率传输期间功率接收器的最大或甚至平均、典型或标称负载的负载来初始化功率传输阶段。功率接收器和负载常常被布置成执行逐步起始过程，其中，初始地连接较小的负载，并且仅然后将后者增加到满负载功率。然而，结果，对于可能实质性低于后来经历的负载的负载，执行在功率传输阶段的初始化时的校准过程。结果，通过校准确定的补偿值仅与基本上无负载以及在大部分功率传输阶段期间可能实质性低于实际负载的负载有关。这可能需要将补偿值外推到当前负载。然而，这可能导致应用相对不确定的补偿值，这可能增加异物检测的不确定性。

因此，关于Qi系统的现有方法的问题是，其通常仅使用两个数据点进行补偿，即在非常轻(未连接)的负载和相对低的连接负载处，以确定经校准的功率曲线。然后，由于在较高的功率水平/负载下所涉及的外推，因此所得的校准功率曲线可能较不准确。因此，校准的功率曲线的准确度可能低于理想的期望值。

图1-3的功率传输系统可以在许多实施例和情形中解决此类问题并提供改进的性能。在该系统中，功率接收器105还被布置为将操作点(至少一些改变)通知功率发射器101，并且具体地，可以将从功率传输信号中提取的功率的实质改变通知功率发射器101。功率接收器105可以检测到负载功率中发生实质性变化，并且可以将该变化通知功率发射器101。例如，如果提供给负载的功率在功率传输阶段期间实质上变化，例如由于功率接收器/负载切换到不同操作模式，功率接收器105可以向功率发射器101发送消息以指示这种功率操作点改变已经发生(或将要发生)。

功率发射器101可以接收信息并且相应地调整异物检测操作。例如，响应于功率接收器105恰好已经将功率操作点改变为用于提供给负载303的功率的显著更高的目标的指示，功率发射器101可以前进到初始化校准，其然后可以对于新的更高目标负载功率执行。由于异物检测不必依靠针对低得多的功率水平确定的校准补偿值，因此这可以在较高的功率水平下提供更可靠的异物检测。

作为另一示例，功率发射器101可以典型地在相对短的持续时间内额外地或备选地改变异物检测准则。这可以防止由于负载变化期间的瞬态状况而发生意外的错误的异物检测。例如器可以防止功率发射器101由于在已经从功率接收器105报告了对应的增加的接收功率水平值之前测量了显著增加的发送功率而做出异物检测决定。其还可以例如在校准操作的持续时间内暂时地暂停异物检测。

功率接收器105可以具体地包括操作点处理器309，其被布置为确定反映针对负载303的(目标)负载功率的功率操作点。

负载功率可以是目标负载功率，其指示功率接收器上，并且因此功率传输信号上的功率接收器上的预期负载功率。其可以是对于当前功率操作点恒定的值。因此，功率操作点指示是要由功率接收器递送到负载的功率的指示。其表示提供给负载的功率，而不是从功率传输信号提取的功率。

功率操作点指示可以反映在功率传输阶段期间功率操作点的改变，并且具体地，当功率操作点改变时，可以在整个功率传输阶段连续地提供功率操作点。功率操作点指示可以相应地当功率操作点改变时在功率传输阶段期间的任何点处生成。

在许多实施例中，功率接收器可以被布置为根据与负载303的不同值相对应的一组负载模式来进行操作。在一些实施例中，负载模式可以简单地是反映不同负载功率的低模式和高模式。在其他实施例中，每个负载可以与特定负载功率水平(或其范围)相关联。

在这样的实施例中，功率接收器可以知道负载模式何时改变。例如，功率接收器可以被布置为以低功率模式开始功率传输阶段。例如，如果负载303是正在充电的电池，则负载控制器305可以初始地将电流限制为相对较低的最大水平，即，可以施加电流限制以将负载的功率保持在低水平。

在成功开始后，功率接收器能够切换到高负载功率。这可以通过将负载控制器305的电流限制器切换到更高的最大水平或通过完全关闭电流限制器以允许最大充电电流来实现。

在特定点处，形成负载的电池能够接近于充满电，并且功率接收器能够切换到涓流充电。这可以通过负载控制器305的电流限制器将电流限制到适当的涓流充电水平来实现。

如果电池变为被放了电，例如通过在短时间间隔期间提取大量功率，则功率接收器可以再次切换到高电流和例如没有电流限制的充电模式。

对于这些模式改变中的每个(其能够在系统以功率控制阶段操作时发生)，功率接收器可以将功率操作点指示发送到功率发射器，其指示功率操作点的改变正在发生。功率操作点指示可以简单地指示正在发生改变，或者可以在一些实施例中提供改变的信息，例如负载303的目标功率水平之差。

功率操作点指示可以指示负载变化满足准则，并且具体地，功率操作点指示可以指示负载变化超过阈值。例如，如果提供给负载的功率的目标功率水平的绝对变化大于某个预定值，则功率接收器可以生成功率操作点指示并将这一点发送给功率发射器。

将意识到，在以上示例中，负载控制器305和负载303被认为是功率接收器的固有部分。然而，在许多实施例中，负载303可以例如被视为外部负载。如果控制提供给负载303的功率的负载控制器305是功率接收器的部分，则这一点的操作可以用于确定何时发生功率操作点的改变。备选地，如果例如功率控制功能在功率接收器的外部，则操作点处理器309可以例如通过测量提供给负载303的信号的电流和电压来确定当前功率操作点。在一些实施例中，外部负载可以与功率接收器通信以指示所提取的功率中发生变化。

因此，在一些实施例中，操作点处理器309可以被布置为检测到目标负载功率已经改变(或者可以改变)超过给定阈值。这可能是隐式检测。例如，如果功率接收器和负载可以在不同的模式下操作，并且已知加载在这些模式中的每种模式下都足够不同，则操作点处理器309可以简单地响应于检测到改变的模式而生成功率操作点指示，其指示目标负载功率已改变超过给定量。例如，当负载控制器305改变充电模式时，其可以将这一点传递给操作点处理器309，操作点处理器309可以前进到生成反映该功率操作点的改变已经发生的功率操作点指示。

在一些实施例中，功率接收器控制器301可以测量提供给负载303的功率水平。例如，器可以连续地监测电流和电压，并由此计算有效功率。功率接收器控制器301可以将确定的功率水平值馈送到操作点处理器309，操作点处理器309可以前进到响应于功率水平而确定当前功率操作点。例如，操作点处理器309可能已经存储了具有相关联的功率水平范围的一组操作点，并且其可以将当前功率水平与这些范围进行比较以确定当前操作点。如果功率水平从在第一功率操作点的范围内变化到在第二功率操作点的范围内，则操作点处理器309可以前进到引起生成指示功率操作点已改变的功率操作点指示。

作为另一示例，操作点处理器309可以监测确定的功率水平以检测提供给负载303的功率的任何阶跃变化。例如，如果功率水平在给定的时间间隔内改变超过给定的量，则操作点处理器309可以认为已经发生功率操作点的改变，并且新功率操作点指示可以被生成并发送给功率发射器。

在许多实施例中，因此响应于提供给负载303的功率的测量结果而生成功率操作点指示。

在许多实施例中，功率操作点指示可以独立于功率接收器的当前功率提取。功率操作点指示响应于目标负载功率而被确定，并且因此反映出(要)提供给负载303的功率。由功率接收器从功率传输信号中提取的功率可以取决于多个其他参数，包括损耗、功率接收器的当前操作、确切配置、功率接收器在功率发射器上的位置等。此类参数可以例如通过功率控制消息来调整，所述消息试图动态地控制通量密度和由功率发射器生成的电磁场强度，以在接收器线圈107中产生期望的感应电流。相反，可以产生功率操作点指示，以仅取决于提供给负载303的功率，并且独立于功率路径的任何其他参数，包括功率接收器的功率路径和无线功率传输两者的性质。

操作点处理器309耦合到指示处理器311，该指示处理器被布置为生成指示功率操作点的功率操作点指示。例如，在一些实施例中，可以将功率操作点指示生成为单个一位标志，其指示已经发生了功率操作点的改变。作为另一示例，可以生成功率操作点指示以例如通过直接将目标负载功率描述为瓦特数的值来直接描述目标负载功率。作为又一示例，可以描述将(目标)负载功率识别为预定一组(目标)负载功率值中的一个功率的功率操作点指示。

指示处理器311耦合到功率接收器通信器307，功率接收器通信器307被馈送功率操作点指示并将这一点发送到功率发射器101。

功率发射器通信器205被布置为从功率接收器105接收功率操作点指示。功率发射器通信器205耦合到适配器209，适配器209被馈送功率操作点指示，所述功率操作点指示表示功率接收器105的负载303的(目标)负载功率。

适配器209还耦合到异物检测器207，并且被布置为响应于功率操作点指示满足准则而调整异物检测操作。

在许多实施例中，准则可以简单地是：功率操作点指示具有特定值，或者甚至实际上接收到功率操作点指示。例如，功率操作点指示可以是指示功率接收器已经改变了操作点的单个位，并且响应于接收到该指示，适配器209可以前进到控制异物检测器207以例如在给定的持续时间内执行校准和/或暂停异物检测。

在其他实施例中，可以应用更复杂的准则。例如，如果功率操作点指示指示目标负载功率的当前阶跃变化，则准则可以是阶跃变化应超过给定阈值。作为又一示例，准则可以是负载功率应当与已经对其执行了先前校准的负载功率相差超过给定阈值。

在许多实施例中，适配器209可以被布置为响应于接收到满足给定准则的功率操作点指示而起始校准过程。例如，响应于接收到包括指示功率接收器已经改变了操作点的功率操作点指示的消息，适配器209可以被布置为控制异物检测器207初始化校准过程。

校准操作的性能可以与在功率传输操作的初始化和/或在首次进入功率传输阶段时所采用的过程期间执行的校准操作的性能相同。校准操作可以具体地通过测量发送功率并减去功率接收器处的接收功率来完成，如由来自功率接收器的消息所指示的。差异被认为是友好金属中的多余功率损耗。该补偿功率损耗然后可以存储为校准参数并且应用于当前操作点处的异物检测中。

另外，新的校准点可以与其他校准点一起使用，以确定反映不同发送功率的估计友好金属功率损耗的校准曲线。因此，新的校准点可以提供用于确定校准曲线的额外数据点。如果功率接收器在特定点切换到其他操作点，则功率发射器可以执行另外的校准，从而生成另外的数据点以拟合校准曲线。因此，该方法可以导致确定更准确的校准曲线，从而跨不同的发送功率水平和操作点的范围提供改进的异物检测。

该方法基于以下考虑：如果已知功率接收器改变了功率操作点，则很有可能从功率传输信号中提取的功率的变化是由于功率操作点的改变而不是由于同时引入的异物。由于在前一个操作点执行的异物检测将检测到异物的存在，因此很有可能紧接在操作点的改变后不存在异物，并且因此可以在假定没有异物存在的情况下执行校准过程。然后，这将提供额外的补偿值，其可以用于在新的功率操作点处执行更准确的异物检测。

校准可以确定校准参数，该校准参数可以用于使检测准则适应于异物检测。通常，校准参数可以是估计由功率接收器中的友好金属引起的并且不包括在从功率接收器接收的功率水平指示中的功率损耗的友好功率损耗值。可以从确定的发送功率和指示的接收功率之间的差异中减去友好功率损耗，以提供未知/未考虑的功率损耗的估计。然后，可以将该未知/未考虑的功率损耗与预定功率阈值进行比较，并且如果其超过该阈值，则认为异物被检测到。备选地，可以根据估计的友好功率损耗来调整检测阈值，使得将发送功率和接收功率之间的差异与考虑友好功率损耗的较高阈值进行比较。

在异物检测基于测量包括发射器线圈103的谐振电路的质量因子的示例中，校准过程例如可以用于针对新操作点估计输出电路的质量因子，并且然后未来的异物检测可以基于将测量的质量因子与根据在校准过程期间测量的质量因子确定的阈值进行比较。

在一些实施例中，适配器209可以被布置为响应于接收到操作点指示指示满足准则的目标负载功率的变化，而将异物检测操作偏向于在一段时间间隔内不检测异物。

例如，如果功率发射器101接收到指示负载303的目标负载功率中的阶跃超过给定预定值的功率操作点指示，则适配器209可以前进到控制异物检测以在预定持续时间(例如5秒或10秒)内改变异物检测准则。

在一些情况下，在给定的时间间隔内不进行肯定异物检测的意义上，偏向可能是绝对的。因此，在接收到指示目标负载功率的变化的功率操作点指示之后，异物检测器207可以忽略给定持续时间内的所有肯定检测，或者可以简单地关闭。因此，即使异物检测器207检测到发送功率水平超过接收功率水平超过预期量，或者即使异物检测器207测量到质量因子低于给定预期阈值，该检测也不会被认为是异物的检测。

这样的方法可以特别地避免或减少在瞬态状况期间错误检测的风险。其可用于区分以下情况，其中，发送功率的突然增加是由功率接收器的操作的改变引起的，并且其中，其是由异物进入磁场引起的。

在一些实施例中，偏向可以是更渐进的，并且一些异物检测仍然是可能的。例如，可以在与过渡相关联的短间隔期间增加发送功率和接收功率之间的估计功率差的阈值。这可以实质性降低错误检测的风险，同时仍然允许检测到一些更极端的情况。

作为示例，该方法可以允许功率发射器在可能发生的多个不同情形之间区分。实际上，当功率接收器改变功率操作点时，通过功率发射器线圈103的电流和发送功率的量通常改变。然而，如果用户移动功率接收器，或将异物插入磁场中，则功率发射器线圈电流和发送功率也变化。如果功率接收器将功率操作点的改变通知功率发射器，则功率发射器可以区分这些情形。

在下文中，这可以通过考虑一些特定情形来说明。假设系统已经从第一稳定操作状态过渡到第二稳定操作状态(例如，与负载阻抗变化相关联的负载阶跃或突降)。例如可能发生以下情形：

情形1：

-功率发射器线圈电流已增加。

-发送功率量已增加。

-接收功率量保持相同。

-功率接收器还没有报告其操作点的改变。

异物很可能已插入磁场中。

情形2：

-功率发射器线圈电流已减小。

-发送功率量已减少。

-接收功率量保持相同。

-功率接收器还没有报告其操作点的改变。

异物很可能已从磁场中移除。

情形3：

-功率发射器线圈电流已增加(或减小)。

-发送功率量已增加(或减少)。

-接收功率量已增加(或减少)。

-功率接收器报告了操作点的改变。

新的操作状态适合于改进校准数据，并且因此可以起始校准过程。

情形4：

-功率发射器线圈电流已增加或减小。

-发送功率量没有显著变化。

-接收功率量还没有改变。

-功率接收器还没有报告其操作点的改变。

功率接收器很可能被移动到不同位置(通常是耦合较差或较好的位置)。应该注意，假设功率接收器中的友好金属损耗保持大致相同(如果友好金属损耗的变化太大而不能确定，则情形4与情形1可能不可区分)。新的操作状态适合于改进校准数据，并且因此可以起始校准过程。

在许多实施例中，功率操作点指示可以指示(目标)负载功率的未来变化。因此，在一些实施例中，功率操作点指示可以反映出将要发生改变，而不是已经发生了功率操作点指示的改变。因此，在这种情况下，功率操作点指示可能不反映当前或先前的状况，而是反映未来的状况。

在这样的实施例中，功率操作点指示可以例如由控制功率接收器和/或负载303的操作的控制器确定。例如，在电池充电的先前示例中，负载控制器305将预先知道其将要从例如低充电电流切换到高充电电流，或反之亦然，并且因此，其可以预先向操作点处理器309指示这一点，从而导致在改变发生之前发送新的功率操作点指示。

功率发射器可以相应地在功率操作点的实际改变之前调整异物检测操作。例如，其可以暂停异物检测和/或初始化校准过程，以对于实际发生的功率操作点的改变做准备。通常，可以在功率操作点的改变之前不久提供和发送功率操作点指示，并且功率发射器可以在接收到功率操作点指示时并且在无需操作的任何详细的定时的情况下立即简单地暂停异物检测/初始化校准。

在许多情形中，使用未来功率操作点指示的方法可能导致更高效且更可靠的操作。例如，由于异物检测可以在发送功率的任何变化发生之前被暂停，因此可以减少在功率操作点之间的过渡期间错误检测的风险。

可以以任何合适的形式并且以任何合适的方式将功率操作点指示从功率接收器传送到功率发射器。例如，其可以作为专用消息传递，其例如可以响应于功率接收器检测到目标负载功率已经改变或将要改变，而异步地被发送。

如前所述，在许多实施例中，功率操作点指示可以是功率水平的变化是否满足准则的二进制指示。例如，如果功率接收器确定目标负载功率的变化已经发生或将要发生，则其可以设置标志或发送单个一位消息，以指示存在功率操作点的改变。因此，简单地接收功率操作点指示消息可以是功率操作点正在改变的指示。响应于功率操作点正在改变的指示，功率发射器可以如先前描述的那样，例如在预定的时间间隔内暂停异物检测并继续执行校准操作。

在许多实施例中，将功率操作点指示作为另一消息的部分来发送可能是有利的。在许多情况下，这可能会更有效，因为可以减少消息传输开销。例如，功率操作点指示可以被包括为现有消息中的字段，诸如包括指示功率操作点是否正在改变的一位标志的字段。在某些情况下，功率操作点指示可以有利地被提供为消息的字段的特定值，该消息的字段也可以被用于指示其他值或参数。例如，在典型的操作期间，字段例如可以指示值，例如接收到的功率水平，但是如果功率接收器检测到目标负载功率的即将发生变化，则其代替地发送指示该即将发生变化的专用模式。如果功率发射器检测到该模式，则其可以前进到暂停异物检测(并且因此将不需要报告的接收功率水平)并起始校准过程。

因此，在许多实施例中，功率操作点指示可以被包括在接收到的功率水平消息中，该消息用于报告由功率接收器从功率传输信号提取的功率。

作为特定示例，对于Qi兼容系统，接收到的功率数据分组的模式字段可以用于指示功率操作点的改变已经发生或将要发生。当前，当由功率接收器执行预功率传输阶段校准阶段时，该消息的模式设置为1；而当进入功率传输阶段时的校准被执行时，该消息的模式设置为2。在这样的实施例中，可以将模式字段设置为例如值3以指示功率操作点/目标负载功率的变化。

功率发射器必须以ACK响应确认该数据分组的接收。如果该ACK响应由于通信错误而丢失，则功率接收器可以重复接收到的功率数据分组，直到接收到ACK。

使用此类协议的Qi兼容方法的特定示例可能如下：

1、功率发射器使用预功率传输异物检测方法，以确保初始在磁场中不存在异物。

2、功率发射器和功率接收器参与功率传输协议，直到并包括协商阶段。

3、功率发射器和功率接收器执行校准阶段的第一阶段(轻载，使用模式＝1接收功率数据分组)。

4、功率发射器和功率接收器在进入功率传输阶段时执行校准阶段的第二阶段(已连接负载，使用模式＝2接收功率数据分组)。

5、功率发射器和功率接收器继续进入正确的功率传输阶段，通常使用模式＝0接收功率数据分组-功率发射器对这些数据分组的响应通知功率接收器正在进行的功率传输中的潜在问题。

6、每当功率接收器的功率操作点变化超过预定义的阈值时，功率接收器就会使用模式3接收功率数据分组来通知功率发射器它应使用报告的接收功率来更新其校准数据，即应其执行新的校准过程并存储/使用确定的校准数据。

将意识到，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以在不背离本发明的情况下使用不同的功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布。例如，被图示为由单独的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的合适设备的引用，而并不指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明能够以任何合适的形式来实施，包括硬件、软件、固件或者这些的任何组合。本发明可以任选地被至少部分地实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的各元件和部件可以以任何合适的方式来物理地、功能地和逻辑地实施。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的一部分来实施。这样，本发明可以在单个单元中实现，或者可以在不同的单元、电路和处理器之间物理地和功能地分布。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于这里所阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受所附权利要求的限制。另外，尽管可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除存在其他元件或步骤。

此外，尽管单独列出，但是多个设备、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实施。另外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些特征可以有利地组合，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。在一类权利要求中包含特征并不意味着对该类别的限制，而是指示该特征在合适时同样适用于其他权利要求类别。此外，权利要求中的特征的顺序并不意味着特征必须工作的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不意味着必须以该顺序执行这些步骤。而是，可以以任何合适的顺序来执行这些步骤。另外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的附图标记仅仅被提供用于地使示例清楚，而不应当被解释为以任何方式限制权利要求的范围。