[0001] 本公开涉及功率发射器单元，以及具体地说，涉及以无线方式向功率接收器单元提供功率的功率发射器单元。

[0002] 无线充电系统可包括功率发射器单元(PTU)和功率接收器单元(PRU)。此类系统使用电磁场以将能量从功率发射器线圈传递到功率接收器线圈。如果PTU与PRU线圈之间的电磁场中存在导电(外)物，那么在那些物中引发涡电流。这可能会致使物的过度加热，且可能会致使对健康或资产造成损害。

[0055] 以下所公开的例子中的一个或多个可在功率传递期间检测导电外物(FO)，所述导电外物位于PTU和PRU附近。任选地，可响应于检测到外物而终止功率传递以便提高系统的安全性。

[0056] 图1示出无线充电系统100的简化框图。无线充电系统100包括功率发射器单元102和功率接收器单元104。

[0057] 功率发射器单元102包括用于以无线方式向功率接收器单元104提供功率的至少一个功率发射线圈Lt 106。在图1中，功率发射器单元102包括多个功率发射线圈106a、106b且为多线圈系统。紧接着的描述涉及单个功率发射线圈106的使用。稍后在此文档中对具有多个功率发射线圈106的系统提供额外描述。

[0058] 功率接收器单元104具有用于从功率发射线圈106接收功率的功率接收线圈108。

[0059] 功率发射器单元102还包括用于选择性地向功率发射线圈106提供功率的功率级112。在此例子中，功率级112被设置为H桥式逆变器，所述H桥式逆变器跨功率发射线圈106提供适当电压，使得所述106生成高频功率电磁场。下文参考图1提供功率级112的另外的细节。

[0060] 控制器114与功率发射器单元102相关联，且可控制无线功率传递过程，包括所述无线功率传递过程的开始。

[0061] 谐振电容器Ct 122与功率发射线圈106串联连接，使得其一起限定LC电路123。(在其它例子中，未示出，LC电路可包括额外组件，且谐振电容器Ct122可与功率发射线圈106平行连接。)功率级112可跨LC电路123的第一末端116和第二末端118交替地提供第一电势差和第二电势差以便生成通过功率发射线圈106的电流。在功率传递期间，在一个例子中，第一电势差可与第二电势差具有相反极性。在一些例子中，可使用相移控制，使得第一电势差的相位可相对于第二电势差相差任何量。

[0062] 功率接收器单元104包括与功率接收线圈108串联的谐振电容Cr 130。以此方式，谐振电容器Cr 130和功率接收线圈108以与功率发射器单元102中的LC电路123类似的方式在功率接收器单元104中限定LC谐振电路125。在此例子中，功率接收器单元104还包括：同步整流器132，其对由功率接收线圈108提供的AC电压进行整流；和DC/DC转换器134，其将由同步整流器132提供的所整流电压转换成对其负载120合适的电压。

[0063] 功率接收器单元104进一步包括用于控制同步整流器132的接收器控制器136，和连接在DC/DC转换器134的输入端之间的DC总线电容器C 138。DC总线电容器C 138用于存储由同步整流器132提供的电荷。以此方式，如果在功率接收线圈108中引发电压临时中断，那么DC/DC转换器134的输入端处的电压可维持处于充分高电平。

[0064] 图1中还示出外物110，所述外物110在功率发射线圈106附近。如上文所论述，这可导致对外物110的不希望加热。

[0065] 控制器114被配置成限定功率发射器单元102的功率发射操作模式和外物检测操作模式。在此例子中，控制器114向功率级112提供控制信令148以设定操作模式。

[0066] 在功率发射操作模式中，功率级112被配置成跨LC电路123的第一末端116和第二末端118提供电势差一例如以交替地提供第一电势差和第二电势差，如上文所描述。这可被视为正常功率传递，且可使得功率发射器单元102以无线方式向功率接收器单元104提供功率。继而，功率接收器单元104可向其负载120提供功率。举例来说，功率接收器单元104可为笔记本计算机的部分，且负载120可为笔记本功率管理系统。以此方式，功率发射器单元102可用于以无线方式对笔记型电脑的电池进行充电。

[0067] 在外物检测操作模式中，功率发射器单元102可确定外物110是否正从功率发射线圈106接收功率，且因此导电外物110是否在功率发射线圈106附近。下文将提供外物检测操作模式的另外的细节。

[0068] 当控制器114将功率发射器单元102置于外物检测操作模式时，持续将由功率发射线圈106和谐振电容器Ct 122形成的LC电路123的第一末端116连接到LC电路123的第二末端118的时间的至少一部分，使得LC电路123被短路。这可被称为闭合LC电路。也就是说，功率发射LC电路123的第一末端116和第二末端118可被置于相同电势下。在此例子中，如将参考图1所描述，功率级112包括一个或多个开关，所述一个或多个开关可操作来选择性地使功率发射LC电路123短路。在其它例子中，使功率发射LC电路123短路的功能可由单独组件提供。

[0069] 图2a和2b示出图1的功率级的例子实施方案。

[0070] 图2a示出功率级212的框图。功率级212接收干线电压UDC 240。功率级212还连接到参考端，所述参考端在此例子中为地242。功率级212具有第一输出端(uA)246a和第二输出端(uB)246b，所述第一输出端(uA)246a和第二输出端(uB)246b分别耦合到LC电路223的第一末端216和LC电路223的第二末端218。如参考图1所论述，LC电路223包括功率发射线圈206和谐振电容器Ct 222。

[0071] 在此例子中，功率级212具有第一输入端244a和第二输入端244b，所述第一输入端244a和第二输入端244b分别从控制器(未示出)接收第一控制信号(A)248a和第二控制信号(B)248b。

[0072] 图2b示出图2a的框图的实施方案，其在此例子中是H桥。

[0073] 在功率发射操作模式期间，在第一输入端246a和第二输入端246b中的每一个处的控制信号248是在高值与零之间交替的方波。取决于使用相移控制还是干线电压UDC控制，控制信号248可具有彼此相反的值。也就是说，当在输入端246处接收的信号248中的一个为高时，在其它输入端246处接收的信号248为零，且反之亦然。如将从图2b了解，这在第一输出端(uA)246a和第二输出端(uB)246b中的每一个处生成电压信号，所述电压信号为在以下各项之间交替的方波：(i)对应于干线电压UDC 240的电压电平；和(ii)地242。以此方式，功率级212跨功率发射LC电路223的第一末端216和第二末端218交替地提供第一电势差和第二电势差以便生成通过功率发射线圈Lt 206的电流。

[0074] 有利地，当功率发射器单元在外物检测操作模式中时，图2a的功率级212还可用于使功率发射LC电路223短路。在外物检测操作模式期间，控制器(未示出)在功率级212的第一输入端246a和第二输入端246b中的每一个处提供具有相同值的控制信号248-也就是说，在输入端246a、246b两者处接收的控制信号248都为高或都为零。如将从图2b了解，这使功率发射LC电路223短路，因为功率发射LC电路223的两个末端连接到干线电压UDC 240或连接到地242。

[0075] 图3a、3b和3c示出针对三个时间间隔的图1的系统中的信号的曲线图：

[0076] ·第一功率发射操作模式350，

[0077] ·外物检测操作模式352；和

[0078] ·第二功率发射操作模式354。

[0079] 图3a示出通过功率发射线圈的电流。图3b示出通过功率接收线圈的电流。图3c示出跨DC总线电容器C 138的电压(也就是说，DC/DC转换器的输入端处的电压)。

[0080] 如可从图3c看出，在第一功率发射操作模式350期间，控制器向功率级提供控制信号，使得其使跨DC总线电容器的电压维持处于基本恒定的值。(信息可以任何已知方式从功率接收器单元往回传递到功率发射器单元以提供使跨DC总线电容器的电压维持处于所希望值的控制环路。)

[0081] 外物检测操作模式352包括测量窗。如上文所论述，测量窗可相对为短，例如t1-t0≤100μs，且测量窗可每秒仅被插入数次。

[0082] 图3a中所示出的外物检测操作模式352在时间t0开始，在所述时间t0处控制器使功率发射线圈短路。也就是说，对于图3a的曲线图，紧接在外物检测操作模式352开始时使功率发射LC电路短路。对于图2b的例子，通过接通H桥的顶部MOSFET两者(因此使发射器谐振电路对电源电压短路)或通过接通H桥的底部MOSFET两者(因此使发射器谐振电路对地短路)而使功率发射LC电路短路。

[0083] 在外物检测操作模式352期间，功率发射器单元的控制器接收表示通过功率发射线圈(图3a中所示出)的电流的信号，使得可确定是否已检测到外物。

[0084] 在关于通过功率发射线圈的电流的足够数据已被提供给控制器后，第二功率发射操作模式354在时间t1开始且恢复功率传递。外物检测操作模式352的持续时间(如在图3a中所示出的)可具有固定的预定值，或可由控制器动态地设定。(如下文所论述，由ADC应用的采样周期Ts可为恒定的。)在一些例子中，外物检测操作模式352的持续时间可基于无线充电系统、具体地说功率发射器单元的操作参数设定。在一个例子中，外物检测操作模式352的持续时间可由控制器延长以便增加可检测外物的精度。举例来说，如果先前外物检测操作模式352检测到外物存在，那么控制器可执行另外的外物检测操作模式352持续更长持续时间以便确认更早检测。作为另一例子，控制器可基于有待递送到负载的功率的电平设定外物检测操作模式352的持续时间一当负载汲取更小功率时，控制器可应用更长外物检测操作模式352而不中断对负载的供电。

[0085] 在第二功率发射操作模式354期间，DC总线电容器被充电回到如图3c中所示出的其原始值。在一些例子中，为了减少任何显著瞬变的可能性，提供给功率发射线圈的功率可随时间(例如，在数十微秒内)斜升。

[0086] 此方法的益处是其功率接收器单元的独立性。如图3b中所示出，接收器线圈电流在外物检测操作模式352期间下降到零且功率接收器单元因此表示从通过功率发射线圈(如图3a中所示出)的电流视角没有显著损耗。因为这一点，功率接收器单元不会使功率发射器单元处的谐振LC电路的参数(尤其是在下文所描述的例子中的电阻)显著失真。

[0087] 为了使功率接收器单元能够向其负载提供可靠电压，DC总线电容器(图1中用编号138示出)在外物检测操作模式352期间应维持比最小可接受DC/DC转换器134输入电压更高的电压。为了提供此功能，DC总线电容器的电容C的大小可基于最大负载功耗而选择。

[0088] 图4示出(i)水平轴线上的可使用的DC总线电容器的电容的最小大小对(ii)竖直轴线上的外物检测操作模式的最大持续时间(测量窗)的曲线图，在供应给负载的电压不受影响的情况下可适应所述最大持续时间。针对跨DC总线电容器的不同初始电压值UC(t0)示出五个不同曲线图。所显示的信息基于具有在19V下汲取65W的负载的系统。

[0089] 如可从图4看出，所需电容C随外物检测操作模式的最大持续时间而增加且随初始电容器C电压UC(t0)而降低。所需电容C还随由负载汲取的最大功率而增加。

[0090] 返回到图3b，如图3b中所示出，通过功率接收线圈的电流是不会在外物检测操作模式352开始时立即减少到零的交流电。在图3b中，存在约一个交流电周期的延迟，直到通过功率接收线圈的电流下降到零为止。通过功率发射线圈(如图3a中所示出)的电流的第一周期的对应振幅在外物检测操作模式352期间将受此到功率接收线圈的功率传递影响。因此，通过功率发射线圈的电流的第一周期将不可用于使用下文所描述的过程精确地检测外物。

[0091] 解决此问题的一个选项是从随后由控制器执行以检测外物的过程舍弃通过功率发射线圈的电流的第一周期。然而，在一些应用中，此途径可能不可接受，因为其将导致检测是否存在外物所需的时间周期更长。

[0092] 替代途径是在外物检测操作模式352开始时更快速地减少通过功率发射线圈的电流，由此更快速地减少感应到功率接收线圈中的电流。下文描述一种使用恢复原理减少通过功率发射线圈的电流的有利方法，且无需额外硬件或产生显著功耗。此外，下文所描述的方法可减少外物检测模式的持续时间，且因此可对功率接收器单元中的DC总线电容器(图1中编号138)使用更小电容。

[0093] 图8示出两个信号随时间的曲线图：

[0094] ·上部曲线图862示出由功率级跨功率发射LC电路施加的电势差的例子；且[0095] ·下部曲线图864示出通过功率发射线圈的电流。

[0096] 图8示出针对第一功率发射操作模式850和外物检测操作模式852的图1的系统中的信号的曲线图。

[0097] 在第一功率发射操作模式850期间，功率级跨功率发射LC电路的第一末端和第二末端交替地提供第一电势差866和第二电势差868(如图8中的上部曲线图中所示出)。如图8的下部曲线图中所示出，这会导致通过功率发射线圈的电流864谐振。在此例子中，第一电势差866与第二电势差868具有相反极性，且通过功率发射线圈的电流864是具有正值或负值中的任一个的交流电。在第一功率发射操作模式850中：当跨功率发射LC电路的电势差为正时，通过功率发射线圈的电流864也为正。类似地，当跨功率发射LC电路的电势差为负时，通过功率发射线圈的电流864也为负。

[0098] 如上文所指出，在其它例子中，可使用相移控制，在此情况下，由功率级跨功率发射LC电路施加的电势差将不同于图8的上部曲线图中所示出的电势差。举例来说，可存在电势差将等于零的时间。而且，可注意到，图8示出在功率发射器单元处的LC电路的谐振频率下的操作，因为LC电压862和线圈电流864同相(RLC电路可充当纯电阻负载)。

[0099] 图8示出外物检测操作模式852包括恢复时间间隔trec 870，所述恢复时间间隔trec 870在此例子中紧接在外物检测操作模式852开始时。在其它例子中，在控制器提供恢复时间间隔trec 870之前可存在略微延迟例如以等待通过功率发射线圈的电流864的预定相位，例如过零。在恢复时间间隔trec 870期间，功率级被配置成提供与通过功率发射线圈的电流
864具有相反极性的电势差。也就是说，当通过功率发射线圈的电流864为正时，跨功率发射LC电路的电势差为负，且反之亦然。

[0100] 以此方式，功率级可施加跨功率发射LC电路的第一末端和第二末端的第一电势差或第二电势差中与将导致通过功率发射线圈的电流谐振的电势差相反的一个。因此，在恢复时间间隔trec 870期间跨功率发射LC电路施加的电势差抑制通过功率接收线圈的电流的谐振，使得其更快速地减少到零。

[0101] 如图8中所示出，在第一功率发射操作模式850结束时，跨功率发射LC电路施加的电势差是第一电势差866(在此例子中为正值)。如果功率发射器单元将继续在第一功率发射操作模式850中，那么跨功率发射LC电路施加的电势差将在所述时间瞬间改变到第二电势差868(在此例子中为负值)。然而，实际上，控制器将跨功率发射LC电路的电势差设定为第一电势差866以便限定恢复时间间隔trec 870的起点。这使功率从功率发射器单元的LC谐振电路(包括功率发射线圈)流动到干线电压总线(uDC)中。如图8的下部曲线图中所示出，这导致通过功率发射线圈的电流864减少。与将在开始外物检测操作模式852之后立即使功率发射LC电路短路的情况下的减少相比，此减少更快。

[0102] 在恢复时间间隔trec 870到期之后，功率发射LC电路的第一末端连接到功率发射LC电路的第二末端，使得LC电路被短路且限定闭合LC电路。此时，跨功率发射LC电路862的电势差被设定为零。

[0103] 在此例子中，控制器基于表示功率发射器单元的操作参数的操作信令、任选地在先前功率发射操作模式期间获得的信令设定恢复时间间隔trec 870的持续时间。操作信令可包括以下各项中的一个或多个：在先前功率发射操作模式850期间通过功率发射线圈的电流864的振幅；跨功率发射LC电路862的电势差的传号-空号比；跨功率发射LC电路862的电势差处于第一电势差866或第二电势差868的持续时间；第一电势差866或第二电势差868的电压电平；跨功率发射LC电路的谐振电容器的电压；或功率发射器单元的任何其它操作参数。在仍另外的例子中，控制器可将恢复时间间隔trec 870的持续时间设定为预定值。

[0104] 在一些应用中，LC电压862的振幅可保持恒定(且可与功率传递的所需电平无关)。控制器可设定恢复时间间隔trec 870的持续时间以便控制恢复。在一个例子中，可使用以下线性函数：

[0105] trec＝f(UDc，I线圈)

[0106] 其中UDc是功率发射器单元的干线电压，且I线圈是在功率传递操作期间测量的通过功率发射线圈的电流的振幅(或电流的RMS值)。对于恢复时间间隔trec 870将线圈电流864减少到所限定振幅电平可能并不重要；实际上，充分快速地减少通过功率发射线圈的电流可能更加重要，使得对功率接收线圈感应的电压小于功率接收器单元的DC总线电压电平(使得电流停止流动通过功率接收线圈)。

[0107] 恢复时间间隔trec 870可被视为时间间隔，在所述时间间隔期间LC电压862与在功率发射操作模式850期间施加的LC电压862具有相同电压但具有相反极性。接着可通过在恢复时间间隔trec 870开始时使LC电压862的相位反相180度来简单地实施在恢复时间间隔trec 870期间提供的“恢复”。应了解，恢复时间间隔trec 870的持续时间不与通过功率发射线圈的电流864的频率相关：其可短于、等于或长于线圈电流864周期的一半周期。而且，恢复时间间隔trec 870的起点无需与线圈电流864的具体相位对准。

[0108] 控制器被配置成接收所测量信令，所述所测量信令表示无线充电系统、和具体地说功率发射器单元的LC电路的任何操作参数，同时功率发射器单元在外物检测操作模式852中。在一些例子中，恢复时间间隔trec 870可充分短，使得表示整个测量窗的所测量信令可由控制器处理以检测外物。在其它例子中，控制器可仅处理表示在恢复时间间隔trec 870到期之后的时间周期的所测量信令。

[0109] 控制器可处理所测量信令以便提供是否已检测到外物的指示。在一些例子中，控制器可处理在恢复时间间隔到期之后接收的所测量信令，而不是在恢复时间间隔期间接收的所测量信令，以便提供是否已检测到外物的指示。

[0110] 如下文将论述，所测量信令可为表示通过闭合LC电路的电流的线圈电流信号和/或表示跨功率发射LC电路的谐振电容器的电压的电容器电压信号。

[0111] 本领域的技术人员应了解，控制器可以多个不同方式处理所测量信令以便提供是否已检测到外物的指示。下文描述一个例子，其中确定闭合线圈电路的电阻(对谐振电容器Ct使用已知值)，且接着将其与电阻阈值Rthr进行比较。在其它例子中，控制器可确定闭合线圈电路的Q因数，且接着将其与Q因数阈值Qthr进行比较。在另外的例子中，电容器电压信号可由控制器使用(以及功率发射线圈Lt的电感的已知值)。在又另外的例子中，可使用线圈电流信号和电容器电压信号两者(在此情况下可能无需功率发射线圈Lt和谐振电容器Ct的电感的已知值)，但测量两个量可能需要额外硬件。

[0112] 返回到图1，至少在外物检测操作模式中，在此例子中，控制器114接收表示通过被短路的功率发射LC电路123的电流的线圈电流信号。

[0113] 在此例子中，控制器114包括ADC(模数转换器)124，所述ADC124将线圈电流信号提供为表示通过闭合LC电路123的电流的数字样本的序列。ADC 124可针对通过闭合LC电路123的交流电的每个周期提供多个数字样本。有利地，ADC 124可向数字样本提供恒定时间周期Ts(等时间)，所述恒定时间周期Ts无需与通过闭合LC电路123的交流电的周期对准。采样周期Ts可由功率发射器单元102的微控制器(MCU)确定。这些样本可被视为与线圈电流异步，因为自运转LC电路123可在其鉴于Ct和Lt限定的自然频率下振荡。以此方式，无需额外硬件以确保在通过闭合LC电路123的交流电的具体相下进行采样，例如以确保在通过闭合LC电路123的交流电的峰值下对其进行采样以获得信号的最大值。

[0114] 控制器114接着可处理线圈电流信号124以便确定闭合LC电路123的电阻。接着，控制器114可在闭合LC电路123的所确定电阻大于电阻阈值时提供已检测到外物110的指示。如下文将论述，基于所确定电阻值执行外物检测可有利地提供精确检测；举例来说，可通过处理闭合LC电路123的品质因数(Q)实现更精确检测。

[0115] 控制器114可在功率发射操作模式与外物检测操作模式之间周期性地切换。在一些例子中，外物检测操作模式可具有小于100微秒或小于50微秒的持续时间。而且，控制器114可取决于应用而使外物检测操作模式每秒仅启动数次(和使其功率发射操作模式每秒仅停用数次)，从而使得对功率传递效率的任何负面影响最小或不存在。举例来说，控制器可使外物检测操作模式启动小于或等于每秒1、2、5或10次。

[0116] 在一些例子中，控制器114可基于无线充电系统100、具体地说功率发射器单元102的一个或多个操作参数开始外物检测操作模式。举例来说，谐振频率跟踪算法可用于确定功率发射线圈106与功率接收线圈108之间的移位/距离是否已改变。作为响应，控制器114可改变控制器开始外物检测操作模式114的频率。任选地，可响应于移位/距离改变而执行更频繁的外物检测，直到所确定的移位/距离决定为止(例如，其改变速率下降到低于阈值)。这可基于以下假设：在线圈中的一个已移动时外物更可能出现在功率发射线圈106附近。

[0117] 在另外的例子中，控制器114可基于功率发射器单元102和/或功率接收器单元104的性能计算功耗。控制器114可响应于确定功耗改变而增加将功率发射器单元102置于外物检测操作模式的频率。

[0118] 闭合LC电路123，其包括功率发射线圈106和谐振电容器122，可被建模为RLC电路，所述RLC电路包括：

[0119] (a)电阻分量，其包括：

[0120] (i)闭合环路中的组件(功率发射线圈106、连接导线/迹线和功率级112中的开关)的电阻；和

[0121] (ii)由在功率发射线圈106附近的任何导电外物110所致的电阻效应，如下文将论述；

[0122] (b)电感分量，其包括功率发射线圈106的电感，所述电感受功率发射线圈106与功率接收线圈108的接近度影响，如下文将论述；

[0123] (c)电容分量，其包括谐振电容器Ct 122。

[0124] 如上文所论述，控制器114可处理线圈电流信号124以确定闭合LC电路123的电阻。接着，控制器114可在闭合LC电路123的所确定电阻大于电阻阈值时提供已检测到外物110的指示。现在将描述可如何执行此过程的例子。

[0125] 为了实现短测量窗(例如，50us或低于100us以实现功率接收器单元中的DC总线电容器的电容的相当低的值)，同时实现检测外物时的高分辨率，可使用离散二阶自回归(AR)模型将闭合LC电路建模为未被驱动RLC电路：

[0126] 方程式1：i线圈(k)＝-a1i线圈(k-1)-a2i线圈(k-2)，

[0127] 其中：

[0128] i线圈是在离散时间k的线圈电流样本，且

[0129] a1和a2是AR系统参数，其是采样周期、RLC电阻、电感和已知电容的函数。

[0130] Rest和Lest参数可以多于一个方式从参数a1和a2获得。举例来说，可使用连续拉普拉斯传递函数描述通用串联RLC电路

[0131] 方程式2：

[0132] 其中p是拉普拉斯算子，I线圈(p)是线圈电流i线圈(t)的图像，且ULC(p)是LC电路输入电压uLC(t)的图像。为了获得离散表示，塔斯廷离散化方法可与方程式一起使用[0133] 方程式3：

[0134] 其中，Ts采样周期和z是离散Z转换算子。这产生离散传递函数

[0135] 方程式4：

[0136] 归功于RLC电路在所述情况下未被驱动的事实，ULC(z)＝0。这产生离散方程式[0137] 方程式5：

[0138] 当比较离散方程式Eq 5和AR模型Eq 1时可获得RLC电路的参数之间的关系且a1、a2参数如下

[0139] 方程式6：

[0140] 方程式7：

[0141] 离线最小平方法(LSM)接着可用于使用方程式对参数和来自N个所收集线圈电流样本的a1、a2进行最优估计

[0142] 方程式8：

[0143] 其中

[0144] 方程式9：

[0145] 是测量矩阵且

[0146] 方程式10：

[0147] 是AR系统输出向量。

[0148] 此方法用于根据方程式Eq 6和Eq 7估计自运转(未被驱动)二阶RLC电路的电阻Rest和电感Lest，其中已知电容Ct和采样周期Ts。由于问题的相对低复杂性(协方差矩阵仅具有二阶且需要数十个样本)，实现了低计算负担。

[0149] 应了解，利用等时间采样的不同类型的算法可用于确定闭合LC电路的电阻。

[0150] 有利地，此处理方法无需与通过功率发射线圈的电流的任何采样同步。因此，可无需实现同步的额外硬件。ADC 124应该应用恒定采样率，所述恒定采样率满足功率发射器单元102的奈奎斯特采样率，以便防止混叠效应且因此允许线圈电流信号重构。以此方式，足够样本可供用于令人满意地重构所测量信号。根据奈奎斯特定律Ts＜＜T0/2，其中是LC电路123的谐振频率。在一些应用中，ADC 124被配置成每T0周期获取至少8个样本。

[0151] 如上文所论述，当功率发射器单元102在外物检测操作模式中时，闭合LC电路123是未被驱动的(自运转，其中输入端处具有零电压)；仅可测量一个量(通过闭合LC电路123的电流)。所述方法还可与外物检测操作模式开始时(图3a中时间T0)的线圈电流振幅无关，条件是不存在显著磁饱和。

[0152] 控制器114可能够访问电阻阈值Rthr，所述电阻阈值Rthr可存储在存储器中。可通过以下方式确定电阻阈值Rthr的值：使用当已知不存在外物时接收的线圈电流信令124对闭合LC电路123进行建模。控制器114接着可在闭合LC电路的所确定电阻Rest大于电阻阈值Rthr时提供已检测到外物的指示

[0153] 图5示出(i)竖直轴线上的Rest(使用上文所描述的方法估计的闭合LC电路123的电阻)对(ii)水平轴线上的功率发射线圈与功率接收线圈之间的距离/移位的曲线图。第一曲线图502示出附近没有外物的功率发射线圈的结果。第二曲线图504示出附近的确有外物的功率发射线圈的结果。图5示出实际所测量的数据。

[0154] 第一曲线图502示出当不存在外物时所估计的电阻Rest在线圈移位值的整个范围内几乎恒定。两个曲线图502、504示出当存在外物时，所估计的电阻Rest比当不存在外物时显著更高。

[0155] 图5中还示出电阻阈值Rthr 506的例子常数值。如将从图5的曲线图了解，可通过将所估计的电阻Rest与电阻阈值Rthr 506进行比较来检测到外物。

[0156] 第二曲线图504示出当存在外物时在更高移位下所估计电阻Rest的小的下降。所述小的下降是由于功率接收线圈中减少的铁氧体磁滞损耗和功率发射线圈中的电流的更高振幅所致，这会影响ADC测量精度。

[0157] 图6示出(i)竖直轴线上的Lest(使用上文所描述的方法估计的闭合LC电路123的电感)对(ii)水平轴线上的功率发射线圈与功率接收线圈之间的距离/移位的曲线图。第一曲线图608示出没有在功率发射线圈和功率接收线圈附近插入的外物的功率发射线圈的结果。第二曲线图610示出附近的确有外物的功率发射线圈的结果。图5示出实际所测量的数据。

[0158] 图6示出针对不同线圈移位值所估计的电感Lest的显著改变。在图6中，当线圈移位从0增加到20mm时，85mm圆形平面线圈所估计的电感Lest从约5.5uH减少到约4.8uH。

[0159] 如上文所论述，通过使用闭合环路电路的电阻Rest而非品质因数控制器可更精确地检测外物。举例来说，控制器可在外物的存在与对由
于功率发射线圈与功率接收线圈之间的移位改变所致的闭合LC电路的响应的任何改变之间进行区分。以此方式，针对不同线圈移位值所估计的电感的变化不会影响外物检测的精确度，且线圈之间的移位不大可能引起外物存在或不存在的不正确确定。

[0160] 如图6中所示出，在功率发射线圈与功率接收线圈之间完美对准(零移位)时所估计的电感Lest最高，且在移位增加时所估计的电感Lest下降。由于线圈电流的衰减是e(-R/2L)的函数，因此电感值的衰减相对快速。由于控制器可直接估计电感Lest和电阻Rest，因此控制器可更精确地评估外物是否存在。

[0161] 举例来说，可基于实际线圈电流精确地计算由于存在外物所致的功耗。控制器可确定在不存在外物的情况下(图5中示出有编号502)RLC电路的所估计电阻的值(Rtx)。Rtx可表示线圈电线的电阻和没有RX的功率级中的MOSFET的电阻，且在制造期间可作为校准的部分执行。控制器还可确定在存在外物的情况下(图5中示出有编号504)RLC电路的所估计电阻的值(Rest)。控制器接着可从Rest(504)减去Rtx(502)以确定外物的电阻。因此，可通过用外物的电阻乘以发射器线圈中的电流的平方来确定由于外物所致的精确功耗：由于外物所致的功耗是

[0162] 返回到图1，以下描述涉及一种具有多个功率发射线圈106a、106b的功率发射器单元102。

[0163] 在一些例子中，功率级112可选择性地同时向多个功率发射线圈106a、106b或仅向功率发射线圈106a、106b的子集提供功率以便在功率接收器单元104处提供所希望功率。

[0164] 对于多线圈系统，功率发射器单元102包括多个线圈开关126；每个线圈开关126用于功率发射线圈106中的每一个。每个线圈开关126与功率发射线圈106串联连接，使得：当线圈开关126闭合时，相关联线圈连接到功率级112；且当线圈开关126断开时，相关联线圈与功率级112断开连接。在此例子中，多路复用器(MUX)128提供控制信号以操作线圈开关126。多路复用器(MUX)128继而由控制器114控制。以此方式，控制器114可设定功率发射线圈106中的哪一个或多个可被提供有来自功率级112的功率。

[0165] 当功率发射器单元102在功率发射操作模式中时，以与上文所描述的方式类似的方式，功率级112被配置成跨多个功率发射线圈106的相应第一末端和第二末端提供电势差(依序或同时中的任一个)；

[0166] 在外物检测操作模式中，控制器114控制功率级112，使得功率发射线圈106中的在功率发射操作模式期间活动的每一个功率发射线圈个别地用于检测外物是否插入在功率发射线圈与功率接收线圈之间，或另外插入在功率发射线圈106与功率接收线圈108之间的磁场中。举例来说，可继而在单个外物检测操作模式期间接收个别功率发射线圈106中的每一个的线圈电流信令。可替换的是，控制器114可在功率发射线圈106中的一个的接收线圈电流信令之后将功率发射器单元102往回置于功率发射操作模式，且接着控制功率级112，使得针对下一外物检测操作模式接收不同功率发射线圈106的线圈电流信令。

[0167] 无论哪种方式，功率级112被配置成不会跨在外物检测操作模式中的所有多个功率发射线圈106的相应第一末端和第二末端提供电势差。接着，依次对于多个功率发射线圈中的每一个：控制器发起恢复时间间隔，在所述恢复时间间隔期间功率级跨LC电路的第一末端和第二末端提供电势差，所述电势差与通过功率发射线圈的电流具有相反极性。在恢复时间间隔到期之后，控制器将功率发射LC电路的第一末端连接到LC电路的第二末端，使得功率发射LC电路被短路且限定闭合LC电路。控制器接着接收表示通过闭合LC电路的电流的线圈电流信号。

[0168] 控制器114接着可处理线圈电流信号以便确定闭合LC电路123的电阻。如果闭合LC电路123中的任一个的所确定电阻大于相关联电阻阈值Rthr，那么控制器114可提供已检测到外物的指示。对于多个功率发射线圈106中的每一个，电阻阈值Rthr可或可不相同。

[0169] 以此方式，可在外物检测操作模式期间断开除了一个之外所有功率发射线圈106的线圈开关126，使得其它功率发射线圈106与功率级112断开连接。继而可选择有功功率传输线圈106，从而使得可周期性地扫描在功率传递期间使用的所有功率发射线圈106。多线圈实施方案还可增强外物检测的分辨率；这是因为可在外物与更小功率发射线圈之间实现更好的耦合。

[0170] 在某一例子中，上文所论述的多个功率发射线圈106a、106b可为功率发射线圈阵列中的功率发射线圈的子集。

[0171] 图7示出过程流程，其示出可由控制器执行以确定外物是否在功率发射线圈附近的过程。在过程流程开始时，功率发射器单元在功率发射操作模式中。

[0172] 在步骤720处，过程检查预定时间周期是否已流逝。在此例子中，过程将功率发射器单元周期性地置于外物检测操作模式。如果预定时间周期尚未流逝，那么功率发射器单元继续在功率发射操作模式中操作。如果预定时间周期已流逝，那么过程移动到步骤721以进入外物检测操作模式。

[0173] 在步骤721处，控制器发起恢复时间间隔trec，在所述恢复时间间隔trec期间跨功率发射线圈的电势差被设定成抑制通过功率发射线圈的电流的谐振的值，如上文所论述。

[0174] 在步骤722处，过程使功率发射LC电路123短路，例如，通过将功率发射线圈的两个末端连接到公共电势(例如电源电压或地)。

[0175] 在步骤724和726处，接收表示通过功率发射线圈的电流的线圈电流信号且将其存储到存储器中。此存储器可被称为缓冲器。

[0176] 在此例子中，在使功率发射LC电路123短路的同时未必执行所接收的线圈电流信号的过程。因此，在步骤728处，过程通过将功率发射器单元往回置于功率发射操作模式而恢复功率传递。

[0177] 在步骤730处，过程例如使用上文所论述的算法估计闭合LC电路的电阻。

[0178] 在步骤732处，过程将所估计的电阻(Rest)与电阻阈值(Rthr)进行比较。如果所估计的电阻(Rest)小于电阻阈值(Rthr)，那么过程转到步骤734，作出尚未检测到外物的确定，且过程返回到起点。如果所估计的电阻(Rest)大于电阻阈值(Rthr)，那么过程转到步骤736，且作出已检测到外物的确定。

[0179] 在此例子中，如果已检测到外物，那么过程移动到步骤738且终止功率发射器单元的功率传递。应了解，此功能可以多个方式实现。举例来说，过程可停用功率发射操作模式，任选地直到功率发射器单元已复位或过程执行指示外物不再存在的后续外物检测操作模式为止。

[0180] 还应了解，步骤730、732、734、736和738的过程可当功率发射器单元在功率发射操作模式(如在此例子中)中时或当功率发射器单元在外物检测操作模式中时执行。

[0181] 有利地，图7所示出的所有过程可在功率发射器单元处执行。因此，功率接收器单元无需任何额外硬件、算法或与功率发射器单元的通信链路。

[0182] 在以上图中所论述的至少一些实例、指令和/或流程图步骤可以任何次序执行，除非明确地陈述具体次序。而且，本领域的技术人员将认识到，虽然已经论述一个例子指令集/方法，但是在本说明书中的材料可以多种方式组合从而还产生其它例子，且应在此详细描述提供的上下文内来进行理解。

[0183] 在一些例子实施例中，上文所描述的指令集/方法步骤实施为体现为可执行指令集的功能和软件指令，所述可执行指令集在计算机或以所述可执行指令编程和控制的机器上实现。此类指令被加载用于在处理器(例如一个或多个CPU)上执行。术语处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)，或其它控制或计算装置。处理器可指代单个组件或多个组件。

[0184] 在其它例子中，本文中所示出的指令集/方法以及与其相关联的数据和指令存储在相应存储装置中，所述存储装置被实施为一个或多个非暂态机器或计算机可读或计算机可用存储媒体。此类计算机可读或计算机可用存储媒体被视为物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何所制造的单个组件或多个组件。如本文中所限定的非暂时性机器或计算机可用媒体不包括信号，但此类媒体可能够接收和处理来自信号和/或其它瞬暂时性媒体的信号。

[0185] 本说明书中所论述的材料的例子实施例可整体或部分地经由网络、计算机或基于数据的装置和/或服务实施。这些可包括云、互联网、内联网、移动装置、台式计算机、处理器、查找表、微控制器、消费者设备、基础架构，或其它启用装置和服务。如本文和权利要求书中可使用，提供以下非排他性限定。

[0186] 在一个例子中，使本文中所论述的一个或多个指令或步骤自动化。术语自动的或自动地(和其类似变型)意味着使用计算机和/或机械/电气装置来控制设备、系统和/或过程的操作，而不需要人类干预、观测、努力和/或决策。

[0187] 应了解，称为耦合的任何组件可直接或间接地耦合或连接。在间接耦合的状况下，可在据称将耦合的两个组件之间安置额外组件。

[0188] 在本说明书中，已经依据选定的细节集合而呈现例子实施例。然而，本领域的普通技术人员将理解，可实践包括这些细节的不同选定集合的许多其它例子实施例。希望所附权利要求书涵盖所有可能的例子实施例。