无线充电装置及其检测模块

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种无线充电装置及其检测模块。

背景技术

无线充电技术是将电能以无线传送的方式从供电设备传送至用电设备的技术。由于无须使用任何物理插头和线缆连接二者，因此，采用无线充电技术的用电设备具有便利且安全地充电的优点。采用无线充电技术的供电设备和用电设备也称为非接触式能量传送设备。例如，无线充电技术已经广泛地用于手机等移动终端中。

然而，各种供电设备分别采用不同的电能传送方式，例如，电磁感应、无线电波和磁共振等，并且各种供电设备分别支持不同的无线充电标准，例如，Qi标准，A4WP标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。对于用电设备而言，只有支持相应的无线充电标准才能与供电设备匹配以获取电能。现有的供电设备和用电设备采用支持至少一种协议的专用芯片，并且还配备有相应的接收天线和发射天线，以实现对发射天线处是否存在与接收天线特性相似的异物进行检测。

在供电设备和用电设备中使用无线充电的专用芯片，不仅导致电路结构复杂，而且只能支持有限类型的预定协议，并且专用的接收天线和发射天线也会导致设备体积的增大。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线充电装置及其检测模块，对发射天线的返回状态进行频谱范围分析以检测是否存在异物，具有良好的适应性，并且可以省去专用芯片，简化系统结构。

根据本发明提供的一种无线充电装置的检测模块，用以检测是否存在异物，包括：频率控制器，提供调节信号；可调频率发生器，从频率控制器接收调节信号，根据调节信号产生期望的扫频信号；发射天线，发送扫频信号以采集天线信号，并根据采集结果生成状态信号；以及可调异物特性检测器，对扫频信号的频谱范围与当前天线的扫频频率范围的差值范围内状态信号的采集结果信息进行逻辑分析，并输出相应的分析结果，以及根据分析结果生成指示信号。

优选地，可调频率发生器生成的扫频信号的频谱范围大于当前天线对应的扫频频谱范围。

优选地，还包括：功率放大器，与可调频率发生器相连接，对扫频信号进行放大后输出至发射天线。

优选地，还包括：状态检测器，从发射天线接收状态信号，对状态信号进行滤波解析以生成解析信号，解析信号表征对天线信号的采集结果。

优选地，还包括：指示器，与可调异物特性检测器相连接，接收分析结果并对分析结果进行显示。

优选地，当前天线的扫频频率范围为可调异物特性检测器的逻辑分析范围，可调异物特性检测器的逻辑分析范围可调。

优选地，可调异物特性检测器包括：第一频率信号发生单元，生成具有第一门限频率的频率信号；第二频率信号发生单元，生成具有第二门限频率的频率信号，调节第一门限频率和/或第二门限频率，以调整可调异物特性检测器的逻辑分析范围。

根据本发明提供的一种无线充电装置，包括：振荡器，用于产生频率信号；功率放大器，与振荡器相连接，对频率信号进行放大；第一天线和第一匹配网络，第一天线经由第一匹配网络与功率放大器相连接，将频率信号转变为辐射场从而传送电能；如上述的检测模块，与第一天线相连接，产生扫频信号以采集天线信号，并根据采集结果检测第一天线处是否存在异物，以及根据检测结果产生相应的指示信号；控制模块，与检测模块相连接以获得所述指示信号，与振荡器、功率放大器和第一匹配网络至少之一相连接，根据指示信号提供相应的控制信号。

优选地，检测模块共用无线充电装置中的功率放大器和第一天线，检测模块根据功率放大器放大扫频信号和根据第一天线发送放大后的扫频信号。

优选地，无线充电装置处于发送和空闲模式之一。

优选地，在检测模块采集到天线信号，且检测到第一天线处不存在异物时，无线充电装置处于发送模式，经由第一天线传送电能。

优选地，在检测模块未采集到天线信号时，无线充电装置处于空闲模式，无线充电装置停止传送电能。

优选地，在检测模块采集到天线信号，且检测到第一天线处存在异物时，无线充电装置处于空闲模式，无线充电装置停止传送电能。

优选地，无线充电装置还包括：存储器，存储有参考频谱范围，检测模块根据参考频谱范围产生扫频信号。

优选地，扫频信号的频谱范围大于所述参考频谱范围。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种无线充电装置及其检测模块，通过生成扫频信号以采集天线信号，进而根据扫频信号的频谱范围与当前天线的扫频频率范围的差值范围内对天线信号的采集结果判断发射天线处是否存在异物进行判断，结构简单，且无需使用任何的无线充电芯片，也不需要任何的通讯协议，降低了成本。

对包含采集结果的天线状态信号进行滤波，滤除了状态信号中的干扰信号，提高了处理效率。

通过调整可调异物特性检测器生成的频率信号的门限频率，可以实现对异物特性检测器的逻辑分析范围的调整，以满足不同安装结构的天线，有效的对发射天线处是否存在与接收天线有近似性的异物进行检测，提高检测模块的适用性。

采用指示器对分析结果进行显示，方便使用者进行观察。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的无线充电系统的示意性框图；

图2示出根据本发明实施例的无线充电系统的示意性框图；

图3示出根据本发明实施例的无线充电装置中检测模块的详细框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图1示出根据现有技术的无线充电系统的示意性框图。无线充电系统100包括供电设备110和用电设备120，在二者之间采用无线电波方式传送电能。

供电设备110在发送模式产生用于提供能量传送的辐射场。用电设备120耦合到辐射场，从辐射场获取电磁能量并且产生充电电流对蓄电池131进行充电。供电设备110与用电设备120两者隔开距离。在该实施例中，根据相互谐振关系来配置供电设备110与用电设备120。当用电设备120的谐振频率与供电设备110的谐振频率非常接近时，当用电设备120定位于辐射场的“近场”中时，供电设备110与用电设备120之间的电能传输损耗最小。

供电设备110还包括用于提供用于电能发射的装置的天线116，且用电设备120还包括用于提供用于电能接收的装置的天线126。根据应用及待与其相关联的装置来设定天线116和126的参数。供电设备110与用电设备120的电能传送与天线116和126的耦合效率相关，将天线116的近场中的大部分能量耦合到天线126中，而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场。天线116与天线126周围的可发生此近场耦合的区域称作耦合模式区。

供电设备110还包括振荡器111、功率放大器112、以及匹配网络113。振荡器111例如为压控振荡器，根据频率控制信号产生期望频率的频率信号。功率放大器112对频率信号进行放大，经由匹配网络113提供至天线116产生辐射场。匹配网络113用于将供电设备110的阻抗与天线116相匹配。

用电设备120还包括匹配网络121、以及整流器122。匹配网络121用于将用电设备120的阻抗与天线126相匹配。整流器122将经由天线126接收的电能转换成直流输出电压，对蓄电池131进行充电，或者直接对用电设备的电路模块进行供电。

在根据现有技术的无线充电系统100中，用电设备120与供电设备110可在单独的通信信道(例如，蓝牙、紫蜂(zigbee)、蜂窝等)上通信，从而符合相关协议的数据通信要求。

图2示出根据本发明实施例的无线充电系统的示意性框图。无线充电系统200包括供电设备210和用电设备220，供电设备210与用电设备220两者隔开距离，且二者之间采用无线电波的方式传送电能与数据。

供电设备210在检测状态产生用于检测接收天线的扫频信号，并根据扫频信号的检测结果产生用于表征检测结果的指示信号。进而根据指示信号判断是否进入发送模式。

本实施例中，使用扫频信号进行接收天线检测时，为采用扫频信号在一定宽度的频谱范围内采集天线信号，以根据采集结果判断是否存在接收天线。进一步的，当发射天线处存在与接收天线相似的异物时，扫频信号也会采集到天线信号，但是在采集异物所对应的天线信号时扫频信号对应的频谱范围，要明显大于采集接收天线对应的天线信号时扫频信号对应的频谱范围。本发明基于此原理进行异物检测。

当检测到存在接收天线时，供电设备210进入发送模式。供电设备210在发送模式产生用于提供能量传送的辐射场。用电设备220耦合到辐射场，从辐射场获取电磁能量并且产生充电电流对蓄电池131进行充电。供电设备210与用电设备220两者隔开距离。在该实施例中，根据相互谐振关系来配置供电设备210与用电设备220。当用电设备220的谐振频率与供电设备210的谐振频率非常接近时，当用电设备220定位于辐射场的“近场”中时，供电设备210与用电设备220之间的电能传输损耗最小。

供电设备210还包括用于提供用于电能发射的装置的天线116，且用电设备220还包括用于提供用于电能接收的装置的天线126。根据应用及待与其相关联的装置来设定天线116和126的参数。供电设备210与用电设备220的电能传送与天线116和126的耦合效率相关，将天线116的近场中的大部分能量耦合到天线126中，而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场。天线116与天线126周围的可发生此近场耦合的区域称作耦合模式区。

供电设备210还包括振荡器111、功率放大器112、匹配网络113、控制模块114、以及检测模块115。振荡器111例如为压控振荡器，根据频率控制信号产生期望的频率信号。功率放大器112对频率信号进行放大，经由匹配网络113提供至天线116产生辐射场。匹配网络113用于将供电设备210的阻抗与天线116相匹配。检测模块115与天线116相连接，用于产生扫频信号以采集天线信号，并根据采集结果检测天线116处是否存在异物，以及根据检测结果产生相应的指示信号。控制模块114与检测模块115相连接，从检测模块115接收指示信号，根据指示信号产生振荡器111、功率放大器112和匹配网络113至少之一所需的控制信号。

由于发射天线和接收天线安装结构的不同，所要求的扫频频率和扫频时间也不同。检测模块115根据当前天线的不同安装结构，产生具有不同扫频频率范围和扫频时间的扫频信号。

进一步地，检测模块115产生的扫频信号的频谱范围要大于当前天线的安装结构对应的扫频频谱范围。

进一步地，当上述指示信号表示不存在接收天线或与接收天线有近似性的异物(即扫频信号未采集到天线信号或采集到天线信号但检测到存在有与接收天线有近似性的异物)时，控制模块114根据指示信号控制振荡器111产生频率为0的频率信号，即此时供电设备210处于空闲模式，不进行电能传输。当上述指示信号表示存在接收天线(即扫频信号采集到天线信号)但不存在与接收天线有近似性的异物时，控制模块114根据指示信号控制振荡器111产生用于数据传输或电能传输的频率信号，此时供电设备210进入发送模式，经由116天线传送电能。同时，当上述指示信号表示存在与接收天线有近似性的异物时，控制模块114同样根据指示信号控制振荡器111产生频率为0的频率信号，供电设备210不进行功率传输，同时检测模块115提示使用者清除异物，并在异物清除后重新进行异物检测。

在本发明的一个实施方式中，供电设备210还包括存储器，该存储器中存储有不同安装结构的天线对应的参考频谱范围。检测模块115可从存储器中获取上述参考频谱范围，以根据该参考频谱范围产生频谱范围更宽的扫频信号进行异物检测。如此，可以实现对不同安装结构的天线的自动检测，无需人工进行频谱范围的选择，提高了检测效率和准确性。

需要说明的是，上述参考频谱范围为检测不同安装结构的天线时所需的扫频频谱范围，此为已知数据。

用电设备220还包括匹配网络121、整流器122、以及配置模块123。匹配网络121用于将用电设备220的阻抗与天线126相匹配。整流器122将经由天线126接收的电能转换成直流输出电压，对蓄电池131进行充电，或者直接对用电设备的电路模块进行供电。配置模块123与天线126相连接，将配置数据调制成数据信号，经由天线126发送至供电设备210。

在无线充电装置中，天线116兼有电能传送和数据通信功能。在发送模式，无线充电装置经由天线116发送工作频率的无线电波以传送电能，经由天线116接收通信频率的无线电波以接收数据信号。其中，该无线充电装置例如为无线充电系统200中的供电设备210。

本实施例中，检测模块通过产生不同扫频频率(频谱范围)和扫频时间的扫频信号进行异物检测，可以快速准确的检测出是否存在异物或接收天线，功能性更强。因此，无需使用任何的无线充电芯片，也不需要任何的通讯协议，降低了成本。

图3示出根据本发明实施例的无线充电装置中检测模块的详细框图。该无线充电装置例如是图2所示的无线充电系统中的供电设备。

检测模块115包括频率控制器11、可调频率发生器12、功率放大器13、发射天线14、状态检测器15、可以异物特性检测器16及指示器17。检测模块115产生具有一定频谱范围的扫频信号以采集天线信号，并根据检测天线116处是否存在异物，以及根据检测结果产生相应的指示信号，进一步控制无线充电装置的工作状态。

其中，频率控制器11根据扫频信号的频谱范围产生调节信号。扫频信号的频谱范围要大于当前天线安装结构对应的扫频频谱范围。

频率控制器11决定扫频信号的扫频频率范围和扫频时间。

可调频率发生器12与频率控制器11相连，接收调节信号，以根据调节信号产生期望的扫频信号。调节信号控制可调频率发生器12产生的频率，使其按照一定的顺序在频谱范围内变化，进而产生扫频信号。

功率放大器13与可调频率发生器12相连，对该扫频信号进行功率放大。

发射天线14与功率放大器13相连，发送经过功率放大后的扫频信号以采集天线信号，并根据采集结果生成状态信号，该状态信号中包含有采集结果信息。

状态检测器15与发射天线14相连，接收状态信号，对状态信号进行滤波解析，以生成解析信号。状态检测器15滤除了状态信号中的干扰信号，只保留表征对天线信号的采集结果的解析信号，提高了处理效率。

可调异物特性检测器16对可调频率发生器12生成的扫频信号的频谱范围与当前天线的扫频频率范围的差值范围内状态信号(或解析信号)的采集结果信息进行逻辑分析，并输出相应的分析结果。当前天线的扫频频率范围即为可调异物特性检测器16的逻辑分析范围。本实施例中，可调异物特性检测器16的逻辑分析范围可调。

可调异物特性检测器16包括第一频率信号发生单元和第二频率信号发生单元，第一频率信号发生单元用以生成具有第一门限频率的频率信号；第二频率信号发生单元用以生成具有第二门限频率的频率信号。可调异物特性检测器16在第一门限频率和第二门限频率对应的频率范围对状态信号或解析信号中的采集结果信息进行逻辑分析，以判断是否存在接收天线或与接收天线有近似性的异物。如对可调频率发生器12生成的扫频信号的频谱范围与当前天线的扫频频率范围的差值范围内状态信号(或解析信号)的采集结果信息进行逻辑分析，判断在二者的差集范围内是否依旧存在表征采集到天线信号的采集信号，若存在，则表示在无线充电装置的发射天线处存在与接收天线有近似性的异物；若不存在，则表示在无线充电装置的发射天线处不存在与接收天线有近似性的异物。

相应的，若解析信号表示在扫频信号的频谱范围内为检测到天线信号，则直接表示在无线充电装置的发射天线处不存在与接收天线有近似性的异物。

可调异物特性检测器16还用于根据分析结果生成指示信号，该指示信号用于接收天线的存在情况，以进一步控制无线充电装置的工作在状态。

由于发射天线和天线安装结构的不同，所要求的扫频频率和扫频时间也不同，以及所需的逻辑分析范围也不同。此时，通过调整可调异物特性检测器16生成的频率信号的门限频率，可以实现对异物特性检测器16的逻辑分析范围的调整，以满足不同安装结构的天线，有效的对发射天线处是否存在与接收天线有近似性的异物进行检测，提高检测模块115的适用性。其中，可调异物特性检测器16的逻辑分析范围即为无线充电装置中当前天线安装结构对应的扫频频谱范围。

指示器17与可调异物特性检测器16相连，接收分析结果并对分析结果进行显示。指示器17可以方便使用者进行观察。

在本发明的一个实施方式中，检测模块115中的功率放大器13和发射天线14与无线充电装置中的功率放大器112和天线116共用，以简化检测模块115的结构，降低设计成本。进一步的，当功率放大器13和发射天线14与功率放大器112和天线116共用时，检测模块115的可调频率发生器12输出扫频信号至功率放大器112，检测模块115的状态检测器15接收天线116发送的状态信号。

在本发明的另一个实施方式中，在检测模块115中另外单独设置功率放大器13和发射天线14，以避免信号干扰，提高运行效率和检测结果的准确性。

综上，无线充电装置的检测模块通过调整不同的扫频频率和时间，以及调整对发射天线解析信号进行逻辑分析的逻辑分析范围，可以有效检测出发射天线处是否存在与接收模块(或接收天线)有近似性的异物，而不必使用复杂且参数难以调整的无线充电芯片及配套发射天线的方案。同时无需使用任何的无线充电芯片，也不需要任何的通讯协议即可快速准确的检测出是否存在异物或接收天线，功能性更强，成本更低。

应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。