特許 7459271 無線充電回路、無線充電方法、デバイス、及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-22

(45)【発行日】2024-04-01

(54)【発明の名称】無線充電回路、無線充電方法、デバイス、及びシステム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/60 20160101AFI20240325BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20240325BHJP

【ＦＩ】

H02J50/60

H02J50/12

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022548938

(86)(22)【出願日】2020-11-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-05

(86)【国際出願番号】 CN2020125829

(87)【国際公開番号】W WO2021159764

(87)【国際公開日】2021-08-19

【審査請求日】2022-09-22

(31)【優先権主張番号】202010089150.X

(32)【優先日】2020-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】521467113

【氏名又は名称】華為数字能源技術有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＷＥＩ ＤＩＧＩＴＡＬ ＰＯＷＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｏｆｆｉｃｅ ０１， ３９ｔｈ Ｆｌｏｏｒ， Ｂｌｏｃｋ Ａ， Ａｎｔｕｏｓｈａｎ Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ Ｔｏｗｅｒｓ， ３３ Ａｎｔｕｏｓｈａｎ ６ｔｈ Ｒｏａｄ， Ｆｕｔｉａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， ５１８０４３， Ｐ．Ｒ．Ｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100132481

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 克豪

(74)【代理人】

【識別番号】100115635

【弁理士】

【氏名又は名称】窪田 郁大

(72)【発明者】

【氏名】李 ▲躍▼超

【審査官】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１３２１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１７７５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０７６８０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／６０

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含む無線充電回路であって、
前記発振回路は、直列に接続されている励起電圧源と、フルブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含み、前記励起電圧源は、前記ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成され、
前記フルブリッジ回路は、並列に接続されている第１のブリッジアームと第２のブリッジアームとを含み、前記第１のブリッジアームは、第１のスイッチングトランジスタＱ１と、第３のスイッチングトランジスタＱ３とを含み、前記第２のブリッジアームは、第２のスイッチングトランジスタＱ２と、第４のスイッチングトランジスタＱ４とを含み、
前記ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタと共振キャパシタとを含み、前記ＬＣ直列回路の一端は、前記第１のブリッジアームの位相中点に接続され、他端は、前記第２のブリッジアームの位相中点に接続され、
前記ＬＣ直列回路の位相中点は、前記モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号を前記モニタリング回路に出力するように構成され、
前記モニタリング回路は、比較モジュールと、処理モジュールとを含み、
前記比較モジュールは、前記共振電圧信号を受信し、前記共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換するように構成され、
前記処理モジュールは、
前記デジタル方形波信号を受信し、
減衰振動の期間、前記スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、
第１のプリセット条件を満たし、かつ前記共振電圧減衰波形内にある第１のパラメータを取得し、
前記第１のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定し、
前記品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するように構成され、
前記第１のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含み、前記和は、前記第１のプリセット条件を満たす前記ピークの数と、前記第１のプリセット条件を満たす前記谷の数との前記和であり、前記品質因子Ｑは、前記発振回路に貯蓄された電力と、各サイクルにおける電力ロスとの比を表す、
無線充電回路。

【請求項2】

前記第１のプリセット条件は、各振動サイクルにおいて、減衰振動の期間に生成される共振電圧が基準電圧より大きいことであり、
前記ＬＣ直列回路の前記位相中点の対地電圧が前記励起電圧源の振幅電圧に到達するとき、前記減衰振動が前記発振回路で発生して前記共振電圧を生成する、
請求項１に記載の無線充電回路。

【請求項3】

順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含む無線充電回路であって、
前記発振回路は、直列に接続されている励起電圧源と、ハーフブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含み、前記励起電圧源は、前記ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成され、
前記ハーフブリッジ回路は、直列に接続されている第５のスイッチングトランジスタＱ５と第６のスイッチングトランジスタＱ６とを含み、
前記ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタと共振キャパシタとを含み、前記ＬＣ直列回路の一端は、前記ハーフブリッジ回路の位相中点に接続され、他端は接地され、
前記ＬＣ直列回路の位相中点は、前記モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号を前記モニタリング回路に出力するように構成され、
前記モニタリング回路は、電圧バイアスモジュールと、比較モジュールと、処理モジュールとを含み、
前記電圧バイアスモジュールは、前記発振回路に接続され、前記発振回路によって出力される前記共振電圧信号を受信し、前記共振電圧信号にバイアスをかけ、バイアスがかかった共振電圧信号を前記比較モジュールに送信するように構成され、
前記比較モジュールは、前記バイアスがかかった共振電圧信号を受信し、前記バイアスがかかった共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換し、前記デジタル方形波信号を前記処理モジュールに出力するように構成され、
前記処理モジュールは、
前記デジタル方形波信号を受信し、
減衰振動の期間、前記スイッチングトランジスタＱ５及びＱ６のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、
第２のプリセット条件を満たし、かつ前記共振電圧減衰波形内にある第２のパラメータを取得し、
前記第２のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定し、
前記品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得する
ように構成され、
前記第２のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含み、前記ピークの数と前記谷の数との前記和は、前記第２のプリセット条件を満たすものであり、かつ、前記第５のスイッチングトランジスタＱ５がオンからオフに変化し、そして、前記第６のスイッチングトランジスタＱ６がオフからオンに変化するときに、前記比較モジュールによって出力される前記デジタル方形波信号に基づいて、前記処理モジュールによって決定される前記ピークの数と前記谷の数との前記和であり、前記品質因子Ｑは、前記発振回路に蓄積された電力と、各サイクルにおける電力ロスとの比を表す、
無線充電回路。

【請求項4】

前記第２のプリセット条件は、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞Ｖ_ref1、又はＵｃ＋Ｖ_ref0＜Ｖ_ref2であり、Ｕｃは、減衰振動の期間に生成される共振電圧であり、Ｖ_ref0は、バイアス電圧であり、Ｕｃ＋Ｖ_ref0は、前記電圧バイアスモジュールによってバイアスがかけられた共振電圧であり、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧であり、
前記ＬＣ直列回路の前記位相中点の対地電圧が前記励起電圧源Ｕｓの振幅電圧に到達するとき、前記減衰振動が前記発振回路で発生して前記共振電圧を生成する、
請求項３に記載の無線充電回路。

【請求項5】

前記比較モジュールの入力端子は、前記電圧バイアスモジュールの出力端子に接続され、出力端子は、前記処理モジュールに接続され、
前記比較モジュールは、第１のコンパレータと第２のコンパレータとを含み、
前記第１のコンパレータと前記第２のコンパレータとはそれぞれ、第１の入力端子と、第２の入力端子と、出力端子とを含み、
前記第１のコンパレータの前記第１の入力端子は、第１の電圧源に接続され、前記第１の電圧源によって供給される第１の基準電圧を取得するように構成され、
前記第１のコンパレータの前記第２の入力端子と、前記第２のコンパレータの前記第１の入力端子とは、互いに接続されて、前記比較モジュールの前記入力端子として利用され、
前記第２のコンパレータの前記第２の入力端子は、第２の電圧源に接続され、前記第２の電圧源によって供給される第２の基準電圧を取得するように構成され、前記第２の基準電圧は、前記第１の基準電圧より大きく、
前記第１のコンパレータの前記出力端子と、前記第２のコンパレータの前記出力端子とは互いに接続される、
請求項３又は４に記載の無線充電回路。

【請求項6】

前記処理モジュールは、前記第２のパラメータに基づいて、前記品質因子Ｑ、即ち、

【数1】

を決定するように特に構成され、ｎ及びｍはいずれも正の整数であり、ｍ≧１であり、Ｕ₀は、前記励起電圧源の電圧振幅であり、ΔＶは、バイアス電圧と基準電圧との間の電圧差であり、前記基準電圧は、第１の基準電圧又は第２の基準電圧である、
請求項３～５のいずれか１項に記載の無線充電回路。

【請求項7】

ｍ＝２のとき、前記品質因子Ｑは、

【数2】

であり、ｎは、前記ピークの数と前記谷の数との前記和である、
請求項６に記載の無線充電回路。

【請求項8】

無線充電方法であって、前記方法は、無線充電回路に適用され、前記無線充電回路は、順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含み、
前記発振回路は、直列に接続されている励起電圧源と、フルブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含み、前記励起電圧源は、前記ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成され、
前記フルブリッジ回路は、並列に接続されている第１のブリッジアームと第２のブリッジアームとを含み、前記第１のブリッジアームは、第１のスイッチングトランジスタＱ１と第３のスイッチングトランジスタＱ３とを含み、前記第２のブリッジアームは、第２のスイッチングトランジスタＱ２と第４のスイッチングトランジスタＱ４とを含み、
前記ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタと共振キャパシタとを含み、前記ＬＣ直列回路の一端は、前記第１のブリッジアームの位相中点に接続され、他端は、前記第２のブリッジアームの位相中点に接続され、
前記ＬＣ直列回路の位相中点は、前記モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号を前記モニタリング回路に出力するように構成され、
前記モニタリング回路は、比較モジュールと処理モジュールとを含み、前記比較モジュールは、前記共振電圧信号を受信し、前記共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換するように構成され、
前記方法は、
前記処理モジュールによって、前記デジタル方形波信号を受信するステップであって、前記デジタル方形波信号は、前記共振電圧信号を変換することによって生成される、ステップと、
前記処理モジュールによって、減衰振動の期間、前記スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて、共振電圧減衰波形を取得し、前記共振電圧減衰波形に基づいて、第１のプリセット条件を満たす第１のパラメータを取得するステップであって、前記第１のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含み、前記和は、前記第１のプリセット条件を満たす前記ピークの数と、前記第１のプリセット条件を満たす前記谷の数との前記和である、ステップと、
前記処理モジュールによって、前記第１のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定し、前記品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するステップであって、前記品質因子Ｑは、前記発振回路に蓄積された電力と、各サイクルにおける電力ロスとの比を表す、ステップと
を含む、方法。

【請求項9】

前記第１のプリセット条件は、各振動サイクルにおいて、減衰振動の期間に生成される共振電圧が基準電圧より大きいことであり、
前記ＬＣ直列回路の前記位相中点の対地電圧が前記励起電圧源Ｕｓの振幅電圧に到達するとき、前記減衰振動が前記発振回路で発生して前記共振電圧を生成する、
請求項８に記載の方法。

【請求項10】

無線充電方法であって、前記方法は、無線充電回路に適用され、前記無線充電回路は、順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含み、
前記発振回路は、直列に接続されている励起電圧源と、ハーフブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含み、前記励起電圧源は、前記ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成され、
前記ハーフブリッジ回路は、直列に接続されている第５のスイッチングトランジスタＱ５と第６のスイッチングトランジスタＱ６とを含み、
前記ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタと共振キャパシタとを含み、前記ＬＣ直列回路の一端は、前記ハーフブリッジ回路の位相中点に接続され、他端は接地され、
前記ＬＣ直列回路の位相中点は、前記モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号を前記モニタリング回路に出力するように構成され、
前記モニタリング回路は、電圧バイアスモジュールと、比較モジュールと、処理モジュールとを含み、
前記電圧バイアスモジュールは、前記共振電圧信号を受信し、前記共振電圧信号にバイアスをかけ、バイアスがかかった共振電圧信号を前記比較モジュールに送信し、
前記比較モジュールは、前記バイアスがかかった共振電圧信号を受信し、前記バイアスがかかった共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換し、次いで、前記デジタル方形波信号を前記処理モジュールに出力し、
前記方法は、
前記処理モジュールによって、前記デジタル方形波信号を受信するステップと、
前記処理モジュールによって、減衰振動の期間、前記スイッチングトランジスタＱ５及びＱ６のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第２のプリセット条件を満たし、かつ前記共振電圧減衰波形内にある第２のパラメータを取得するステップであって、前記第２のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含み、前記ピークの数と前記谷の数との前記和は、前記第２のプリセット条件を満たすものであり、かつ、前記第５のスイッチングトランジスタＱ５がオンからオフに変化し、そして、前記第６のスイッチングトランジスタＱ６がオフからオンに変化するときに、前記比較モジュールによって出力される前記デジタル方形波信号に基づいて、前記処理モジュールによって決定される前記ピークの数と前記谷の数との前記和である、ステップと、
前記処理モジュールによって、前記第２のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定し、前記品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するステップであって、前記品質因子Ｑは、前記発振回路に蓄積された電力と、各サイクルにおける電力ロスとの比を示す、ステップと、
を含む、方法。

【請求項11】

前記第２のプリセット条件は、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞Ｖ_ref1、又はＵｃ＋Ｖ_ref0＜Ｖ_ref2であり、Ｕｃは、減衰振動の期間に生成される共振電圧であり、Ｖ_ref0は、バイアス電圧であり、Ｕｃ＋Ｖ_ref0は、前記電圧バイアスモジュールによってバイアスがかけられた共振電圧であり、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧であり、
前記ＬＣ直列回路の前記位相中点の対地電圧が前記励起電圧源Ｕｓの振幅電圧に到達するとき、前記減衰振動が前記発振回路で発生して前記共振電圧を生成する、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

デバイスであって、前記デバイスは、送信デバイス又は受信デバイスであり、
前記送信デバイス又は前記受信デバイスは、請求項１～７のいずれか１項に記載の前記無線充電回路を含み、請求項８～１１のいずれか１項に記載の前記方法を実施するように構成される、
デバイス。

【請求項13】

無線充電システムであって、前記システムは、送信デバイスと受信デバイスとを含み、
前記送信デバイスは、請求項１～７のいずれか１項に記載の前記無線充電回路を含み、前記受信デバイスは、充電対象デバイスである、
システム。

【請求項14】

前記受信デバイスは、請求項１～７のいずれか１項に記載の前記無線充電回路を含む、
請求項１３に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、無線充電技術の分野、特に、無線充電回路、無線充電方法、デバイス、及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

無線充電は、電磁波誘導原理に基づいてデバイスが充電されるプロセスを指す。原理は、変圧器のものと類似している。送信端末のコイルと受信端末のコイルとがある。送信端末のコイルは、有線電源に接続され、電磁信号を生成する。受信端末のコイルは、送信端末からの電磁信号を誘導し、電磁信号を必要な直流に変換して、受信端末のバッテリを充電する。

【0003】

Ｑｉ標準規格は、無線電力コンソーシアム（Wireless Power Consortium, WPC）によって立ち上げられた“無線充電”標準規格であり、２つの特徴、即ち、利便性と普遍性とを有する。無線充電技術の発展及び普及に伴い、多くの無線充電製品が市場に出回っている。特に、ＷＰＣのＱｉ標準規格に基づく無線充電製品は大きな市場シェアを有する。

【0004】

モバイルフォンなどの受信端末上で無線充電が実行されるとき、送信端末は、リアルタイムに受信端末をモニタリングして識別する必要がある。受信端末を識別したとき、送信端末は、無線充電コイルで電力を伝送し始める。加えて、無線充電コイルにおける充電環境もモニタリングされる必要がある。コイル内に異物、例えば、銀行カード、識別カード、又は他の金属異物がある場合、磁場が渦電流を生成し、これらの異物が無線充電コイル内で電力を消費する。このことは、充電効率を低減させ、また、発火などの事故の原因となる。従って、異物モニタリングは、無線充電プロセスにおける安全を保証するために主要な問題になる。

【発明の概要】

【0005】

この出願は、無線充電回路及び無線充電方法を提供する。無線充電回路は、Ｑ値を利用して異物をより精度良くモニタリングすることができる。特に、この出願は、以下の技術的解決策を開示する。

【0006】

第１の態様によれば、この出願の実施形態は、無線充電回路を提供する。回路は、順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含む。発振回路は、直列に接続されている励起電圧源Ｕｓと、フルブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含む。励起電圧源Ｕｓは、ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成される。

【0007】

さらに、フルブリッジ回路は、並列に接続されている第１のブリッジアームと第２のブリッジアームとを含む。第１のブリッジアームは、第１のスイッチングトランジスタＱ１と、第３のスイッチングトランジスタＱ３とを含む。第２のブリッジアームは、第２のスイッチングトランジスタＱ２と、第４のスイッチングトランジスタＱ４とを含む。ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタＬｐと共振キャパシタＣｐとを含む。ＬＣ直列回路の一端は、第１のブリッジアームの位相中点に接続され、他端は、第２のブリッジアームの位相中点に接続される。ＬＣ直列回路の位相中心は、モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号をモニタリング回路に出力するように構成される。

【0008】

モニタリング回路は、比較モジュールと、処理モジュールとを含む。比較モジュールは、発振回路によって出力される共振電圧信号を受信し、共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換するように構成される。処理モジュールは、デジタル方形波信号を受信し、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第１のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内にある第１のパラメータを取得し、第１のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定するように構成される。第１のパラメータは、ピークの数、谷(troughs)の数、又は、ピークの数と谷の数との和を含む。

【0009】

加えて、処理モジュールは、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するようにさらに構成される。品質因子Ｑは、発振回路に貯蓄された電力の、各サイクルにおける電力ロスに対する比を表す。Ｑ値がより大きいほど、同じサイクルにおいて、この充電回路のロスがより小さく、より良い性能であることを示す。

【0010】

この実施形態において提供される無線充電回路によれば、第１のブリッジアームと第２のブリッジアームとを含むフルブリッジ回路の設計において、発振回路の充電及び放電を実施するように、フルブリッジ回路内のスイッチングトランジスタのターンオン及びターンオフが制御される。加えて、モニタリング回路は、発振回路によって出力される共振電圧の波形に基づいて、プリセット条件を満たすピークの数、谷の数、又は、ピークの数と谷の数との和を決定し、品質因子Ｑを計算して、Ｑ値を用いて異物をモニタリングする。

【0011】

比較モジュールは、コンパレータを含む。さらに、コンパレータは、電圧コンパレータである。電圧コンパレータの１つの入力端子は、基準電源に接続され、基準電圧を取得するように構成され、他の端子は、発振回路の出力端子に接続され、発振回路によって生成される共振電圧を受信するように構成される。コンパレータの出力端子は、処理モジュールに接続される。

【0012】

加えて、コンパレータは、代替的に、他の回路、例えば、オペアンプに置き換えられうる。比較モジュールは、他の補助制御回路をさらに含みうる。このことは、この実施形態において限定されない。

【0013】

第１の態様において、第１のプリセット条件は、各振動サイクルにおいて、減衰振動の期間に生成される共振電圧が基準電圧より大きいことである。ＬＣ直列回路の位相中点の対地電圧が励起電圧源Ｕｓの振幅電圧に到達するとき、減衰振動が発振回路で発生して共振電圧を生成する。

【0014】

さらに、第１の態様の具体的な実装において、第１のパラメータについて、以下の３つの可能な実装がありうる。

【0015】

第１の可能な実装において、第１のパラメータは、ピークの数を含む。第１のプリセット条件を満たすピークの数は、第１のプリセット条件を満たすものであり、かつ、第１のブリッジアームの第１のスイッチングトランジスタＱ１がオフであり、第１のブリッジアームの第３のスイッチングトランジスタＱ３がオンであり、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２がオンからオフに変化し、そして、第２のブリッジアームの第４のスイッチングトランジスタＱ４がオフからオンに変化するときに、比較モジュールによって出力されるデジタル方形波信号に基づいて、処理モジュールによって決定されるピークの数である。

【0016】

第２の可能な実装において、第１のパラメータは、谷の数を含む。第１のプリセット条件を満たす谷の数は、第１のプリセット条件を満たすものであり、かつ、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２がオフであり、第２のブリッジアームの第４のスイッチングトランジスタＱ４がオンであり、第１のブリッジアームの第１のスイッチングトランジスタＱ１がオンからオフに変化し、そして、第１のブリッジアームの第３のスイッチングトランジスタＱ３がオフからオンに変化するときに、比較モジュールによって出力されるデジタル方形波信号に基づいて、処理モジュールによって決定される谷の数である。

【0017】

第３の可能な実装において、第１のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含む。和は、第１のプリセット条件を満たすピークの数と、第１のプリセット条件を満たす谷の数との和である。

【0018】

第１の態様に関連し、第１の態様の可能な実装において、処理モジュールは、第１のパラメータに基づいて、品質因子Ｑ、即ち、

【0019】

【数1】

【0020】

を決定するように特に構成され、ｍ及びｎはいずれも正の整数であり、ｍ≧１であり、Ｕ１及びＵ２は、共振電圧減衰波形のいずれかのピークの電圧又はいずれかの谷の電圧である。

【0021】

さらに、第１のパラメータがピークの数又は谷の数であり、かつｍ＝１であるとき、品質因子Ｑは、

【0022】

【数2】

【0023】

であり、ｎは、ピークの数又は谷の数である。

【0024】

第１のパラメータがピークの数と谷の数との和であり、かつｍ＝２であるとき、品質因子Ｑは、

【0025】

【数3】

【0026】

であり、ｎは、ピークの数と谷の数との和である。

【0027】

この実施形態において提供される方法によれば、具体的なＱ値の下で、測定ステップ単位がｍに基づいて決定される。ｍの値がより大きいほど、より小さなステップ単位及びより高い測定精度を示す。第１のパラメータがピークの数と谷の数との和であるとき、ｍの値は２である。Ｑ値がピークの数又は谷の数のいずれかに基づいて決定されるケースに比べると、このケースでは、測定ステップ単位が半分になり、Ｑ値の精度が２倍になり、異物を識別する能力が向上する。例えば、Ｑ値の測定ステップ単位が元の整数から、その整数の半分に変化するように、フルブリッジ回路内の４つのスイッチングトランジスタのターンオン及びターンオフが制御される。ステップ単位が低減されるため、測定結果はより正確になり、コイル内に異物が存在するかどうかが、より正確に決定でき、測定精度が向上する。

【0028】

上記のＱ値計算式において、

【0029】

【数4】

【0030】

であり、Ｑ値が具体的であるとき、ｎは、ｍに比例し、ｎは、１／ｍに反比例する。

【0031】

加えて、

【0032】

【数5】

【0033】

であり、振動波形のピーク又は谷の電圧Ｕ１は、時点ｔ１に対応し、振動波形のピーク又は谷の電圧Ｕ２は、時点ｔ２に対応する。ｔ１及びｔ２について、以下の４つのシナリオがありうる。ｔ１が振動波形のピークの時点であり、かつｔ２が振動波形の他のピークの時点である、ｔ１が振動波形のピークの時点であり、かつｔ２が振動波形の谷の時点である、ｔ１が振動波形の谷の時点であり、かつｔ２が振動波形の他のピークの時点である、又はｔ１が振動波形の谷の時点であり、かつｔ２が振動波形の他の谷の時点である。

【0034】

ｍの値がより大きいほど、より小さなステップ単位、より高い測定精度、そして、より正確な測定結果を示す。

【0035】

第２の態様によれば、この出願の実施形態は、他の無線充電回路をさらに提供する。回路は、順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含む。発振回路は、直列に接続されている励起電圧源Ｕｓと、ハーフブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含む。励起電圧源Ｕｓは、ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成される。

【0036】

さらに、ハーフブリッジ回路は、直列に接続されている第５のスイッチングトランジスタＱ５と第６のスイッチングトランジスタＱ６とを含む。ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタＬｐと共振キャパシタＣｐとを含む。ＬＣ直列回路の一端は、ハーフブリッジ回路の位相中点に接続され、他端は接地される。ＬＣ直列回路の位相中心は、モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号をモニタリング回路に出力するように構成される。

【0037】

モニタリング回路は、電圧バイアスモジュールと、比較モジュールと、処理モジュールとを含む。電圧バイアスモジュールは、発振回路に接続され、発振回路によって出力される共振電圧信号を受信し、共振電圧信号にバイアスをかけ、バイアスがかかった共振電圧信号を比較モジュールに送信するように構成される。比較モジュールは、バイアスがかかった共振電圧信号を受信し、バイアスがかかった共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換し、デジタル方形波信号を処理モジュールに出力する。処理モジュールは、デジタル方形波信号を受信し、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第２のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内にある第２のパラメータを取得し、第２のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定するように構成され、第２のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含む。処理モジュールは、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するようにさらに構成される。品質因子Ｑは、発振回路に蓄積された電力の、各サイクルにおける電力ロスに対する比を表す。

【0038】

この態様において、ハーフブリッジ回路は、発振回路内に設計される。ハーフブリッジ回路内の第５のスイッチングトランジスタＱ５及び第６のスイッチングトランジスタＱ６のターンオン及びターンオフが制御され、ハーフサイクル発振回路を実装する。比較モジュールは、発振回路によって出力される共振電圧を処理して第２のパラメータ及び振動周波数を取得し、Ｑ値を計算して、無線充電コイル内の異物をモニタリングする。

【0039】

加えて、この回路は、ハーフサイクルにおけるピークの数と谷の数との和を測定及び取得して、Ｑ値を計算することもできる。電圧コンパレータがＱ値の計算に利用されるケースに比べると、このケースでは、測定ステップ単位が半分になる。ステップ単位がより小さくなるため、測定結果がより正確になり、コイル内に異物が存在するかどうかが、より正確に決定でき、Ｑ値のモニタリング精度が２倍になり、異物を識別する能力が向上する。

【0040】

第２のプリセット条件は、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞Ｖ_ref1又はＵｃ＋Ｖ_ref0＜Ｖ_ref2であり、Ｕｃは、減衰振動の期間に生成される共振電圧であり、Ｖ_ref0は、バイアス電圧であり、Ｕｃ＋Ｖ_ref0は、電圧バイアスモジュールによってバイアスがかけられた共振電圧であり、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧であり、ＬＣ直列回路の位相中点の対地電圧が励起電圧源Ｕｓの振動電圧に到達するとき、減衰振動が発振回路で発生して共振電圧を生成する。

【0041】

第２の態様に関連し、第２の態様の可能な実装において、ピークの数と谷の数との和は、第２のプリセット条件を満たすものであり、かつ、第５のスイッチングトランジスタＱ５がオンからオフに変化し、そして、第６のスイッチングトランジスタＱ６がオフからオンに変化するときに、比較モジュールによって出力されるデジタル方形波信号に基づいて、処理モジュールによって決定されるピークの数と谷の数との和である。

【0042】

スイッチングトランジスタＱ５及びＱ６は、スイッチングトランジスタＱ５及びＱ６に接続された制御回路によって制御されうる。例えば、スイッチングトランジスタＱ５及びＱ６はいずれも、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ、ＩＧＢＴなどであり、制御回路は、各スイッチングトランジスタのゲートに接続され、ターンオン又はターンオフすべくスイッチングトランジスタＱ５及びＱ６を駆動するように構成される。

【0043】

第２の態様に関連し、第２の態様の可能な実装において、比較モジュールの入力端子は、電圧バイアスモジュールの出力端子に接続され、出力端子は、処理モジュールに接続される。

【0044】

比較モジュールは、第１のコンパレータと第２のコンパレータとを含む。具体的には、第１のコンパレータと第２のコンパレータとはそれぞれ、第１の入力端子と、第２の入力端子と、出力端子とを含む。第１のコンパレータの第１の入力端子は、第１の電圧源に接続され、第１の電圧源によって供給される第１の基準電圧を取得するように構成される。第１のコンパレータの第２の入力端子と、第２のコンパレータの第１の入力端子とは、互いに接続されて、比較モジュールの入力端子として利用される。第２のコンパレータの第２の入力端子は、第２の電圧源に接続され、第２の電圧源によって供給される第２の基準電圧を取得するように構成される。第１のコンパレータの出力端子と、第２のコンパレータの出力端子とは互いに接続され、比較モジュールの出力端子として利用される。

【0045】

任意選択で、第１の基準電圧と第２の基準電圧とは、正の値であってよいし、又は負の値であってよい。

【0046】

第２の態様に関連し、第２の態様の他の可能な実装において、処理モジュールは、第２のパラメータに基づいて、下記の品質因子Ｑを決定するように特に構成される。

【0047】

【数6】

【0048】

ｎ及びｍはいずれも正の整数であり、ｍ≧１であり、Ｕ₀は、励起電圧源Ｕｓの電圧振幅であり、ΔＶは、バイアス電圧と基準電圧との間の電圧差であり、基準電圧は、第１の基準電圧又は第２の基準電圧である。

【0049】

さらに、ｍ＝２のとき、品質因子Ｑは、下記のようになる。

【0050】

【数7】

【0051】

ｎは、ピークの数と谷の数との和である。

【0052】

各ハーフサイクルにおいて、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞ΔＶ、かつΔＶ＝Ｖ_ref1－Ｖ_ref0である場合、又は、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＜ΔＶ、かつΔＶ＝Ｖ_ref0－Ｖ_ref2である場合、第２のプリセット条件が満たされ、ハイレベルが出力され、立ち上がりエッジが生成される。ここで、Ｕｃは、発振回路によって出力される共振電圧であり、ΔＶは、電圧差であり、ΔＶ＝Ｖ_ref1－Ｖ_ref0＝Ｖ_ref0－Ｖ_ref2であり、Ｖ_ref0は、バイアス電圧であり、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧である。

【0053】

Ｖ_ref2≦Ｕｃ＋Ｖ_ref0≦Ｖ_ref1である場合、第２のプリセット条件は満たされず、ハイレベルが生成されず、ローレベル信号が出力される。

【0054】

第３の態様によれば、この出願の実施形態は、無線充電方法をさらに提供する。方法は、無線充電回路に適用される。この回路と第１の態様による無線充電回路とは同じ構造を有する。具体的には、無線充電回路は、順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含む。

【0055】

発振回路は、直列に接続されている励起電圧源Ｕｓと、フルブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含む。励起電圧源Ｕｓは、ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成される。フルブリッジ回路は、並列に接続されている第１のブリッジアームと第２のブリッジアームとを含む。第１のブリッジアームは、第１のスイッチングトランジスタＱ１と第３のスイッチングトランジスタＱ３とを含む。第２のブリッジアームは、第２のスイッチングトランジスタＱ２と第４のスイッチングトランジスタＱ４とを含む。ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタＬｐと共振キャパシタＣｐとを含む。ＬＣ直列回路の一端は、第１のブリッジアームの位相中点に接続され、他端は、第２のブリッジアームの位相中点に接続される。ＬＣ直列回路の位相中点は、モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号をモニタリング回路に出力するように構成される。モニタリング回路は、比較モジュールと処理モジュールとを含む。比較モジュールは、共振電圧信号を受信し、共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換するように構成される。

【0056】

方法は、以下のことを含む。

【0057】

処理モジュールが、デジタル方形波信号を受信することであって、デジタル方形波信号は、共振電圧信号を変換することによって生成される、こと。

【0058】

処理モジュールが、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて、共振電圧減衰波形を取得し、共振電圧減衰波形に基づいて、第１のプリセット条件を満たす第１のパラメータを取得することであって、第１のパラメータは、ピークの数、谷の数、又は、ピークの数と谷の数との和を含む、こと。

【0059】

処理モジュールが、第１のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定すること。

【0060】

処理モジュールが、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得すること。

【0061】

第１のプリセット条件は、各振動サイクルにおいて、減衰振動の期間に生成される共振電圧が基準電圧より大きいことである。ＬＣ直列回路の位相中点の対地電圧が励起電圧源Ｕｓの振幅電圧に到達するとき、減衰振動が発振回路で発生して共振電圧を生成する。

【0062】

第３の態様に関連し、第３の態様の可能な実装において、第１のパラメータは、ピークの数を含み、第１のプリセット条件を満たすピークの数は、第１のプリセット条件を満たすものであり、かつ、第１のブリッジアームの第１のスイッチングトランジスタＱ１がオフであり、第１のブリッジアームの第３のスイッチングトランジスタＱ３がオンであり、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２がオンからオフに変化し、そして、第２のブリッジアームの第４のスイッチングトランジスタＱ４がオフからオンに変化するときに、比較モジュールによって出力されるデジタル方形波信号に基づいて、処理モジュールによって決定されるピークの数であるか、
第１のパラメータは、谷の数を含み、第１のプリセット条件を満たす谷の数は、第１のプリセット条件を満たすものであり、かつ、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２がオフであり、第２のブリッジアームの第４のスイッチングトランジスタＱ４がオンであり、第１のブリッジアームの第１のスイッチングトランジスタＱ１がオンからオフに変化し、そして、第１のブリッジアームの第３のスイッチングトランジスタＱ３がオフからオンに変化するときに、比較モジュールによって出力されるデジタル方形波信号に基づいて、処理モジュールによって決定される谷の数であるか、又は
第１のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含み、和は、第１のプリセット条件を満たすピークの数と、第１のプリセット条件を満たす谷の数との和である。

【0063】

第３の態様に関連し、第３の態様の他の可能な実装において、処理モジュールが第１のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定することは、処理モジュールが、第１のパラメータに基づいて、下記の品質因子Ｑを決定することを含む。

【0064】

【数8】

【0065】

ｎ及びｍはいずれも正の整数あり、ｍ≧１であり、Ｕ１及びＵ２は、共振電圧減衰波形のいずれかのピークの電圧又はいずれかの谷の電圧である。

【0066】

さらに、ｍ＝２であるとき、品質因子Ｑは、下記のようになる。

【0067】

【数9】

【0068】

ｎは、ピークの数と谷の数との和である。

【0069】

加えて、第３の態様に関連し、第３の態様のさらに他の可能な実装において、異物をモニタリングすることは、品質因子Ｑが第１の閾値以下である場合に、無線充電コイル内に異物が存在すると決定すること、品質因子Ｑが第１の閾値より大きく、かつ第２の閾値以下である場合に、無線充電コイル内に異物が存在する可能性があり、さらに詳しく調べる必要があると決定すること、又は品質因子Ｑが第２の閾値より大きい場合に、無線充電コイル内に異物が存在しないと決定すること、を含む。第１の閾値と第２の閾値とはユーザによって設定されてよい。

【0070】

第４の態様によれば、この出願の実施形態は、他の無線充電方法をさらに提供する。方法は、無線充電回路に適用される。この回路と第２の態様による無線充電回路とは同じ構造を有する。無線充電回路は、順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含む。

【0071】

発振回路は、直列に接続されている励起電圧源Ｕｓと、ハーフブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含む。励起電圧源Ｕｓは、ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成される。ハーフブリッジ回路は、直列に接続されている第５のスイッチングトランジスタＱ５と第６のスイッチングトランジスタＱ６とを含む。ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタＬｐと共振キャパシタＣｐとを含む。ＬＣ直列回路の一端は、ハーフブリッジ回路の位相中点に接続され、他端は接地される。ＬＣ直列回路の位相中点は、モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号をモニタリング回路に出力するように構成される。モニタリング回路は、電圧バイアスモジュールと、比較モジュールと、処理モジュールとを含む。電圧バイアスモジュールは、共振電圧信号を受信し、共振電圧信号にバイアスをかけ、バイアスがかかった共振電圧信号を比較モジュールに送信する。比較モジュールは、バイアスがかかった共振電圧信号を受信し、バイアスがかかった共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換し、次いで、デジタル方形波信号を処理モジュールに出力する。

【0072】

方法は、以下のことを含む。

【0073】

処理モジュールが、デジタル方形波信号を受信すること。

【0074】

処理モジュールが、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第２のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内にある第２のパラメータを取得することであって、第２のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含む、こと。処理モジュールが、第２のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定すること。

【0075】

処理モジュールは、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するようにさらに構成される。

【0076】

さらに、第２のプリセット条件は、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞Ｖ_ref1、又はＵｃ＋Ｖ_ref0＜Ｖ_ref2であり、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧であり、Ｖ_ref0は、バイアス電圧であり、Ｕｃは、減衰振動の期間に生成される共振電圧であり、Ｕｃ＋Ｖ_ref0は、電圧バイアスモジュールによってバイアスがかけられた共振電圧である。

【0077】

ＬＣ直列回路の位相中点の対地電圧が励起電圧源Ｕｓの振幅電圧に到達するとき、減衰振動が発振回路で発生して共振電圧を生成する。

【0078】

第４の態様に関連し、第４の態様の可能な実装において、ピークの数と谷の数との和は、第２のプリセット条件を満たすものであり、かつ、第５のスイッチングトランジスタＱ５がオンからオフに変化し、そして、第６のスイッチングトランジスタＱ６がオフからオンに変化するときに、比較モジュールによって出力されるデジタル方形波信号に基づいて、処理モジュールによって決定されるピークの数と谷の数との和である。

【0079】

第４の態様に関連し、第４の態様の他の可能な実装において、処理モジュールが、第２のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定することは、処理モジュールが、第２のパラメータに基づいて、下記の品質因子Ｑを決定することを含む。

【0080】

【数10】

【0081】

ｎ及びｍはいずれも正の整数であり、ｍ≧１であり、Ｕ₀は、励起電圧源Ｕｓの電圧振幅であり、ΔＶは、バイアス電圧と基準電圧との間の電圧差であり、基準電圧は、第１の基準電圧又は第２の基準電圧である。

【0082】

さらに、ｍ＝２のとき、品質因子Ｑは、下記のようになる。

【0083】

【数11】

【0084】

ｎは、ピークの数と谷の数との和である。

【0085】

第５の態様によれば、この出願の実施形態は、処理装置をさらに提供する。処理装置は、プロセッサとメモリとを含む。プロセッサは、メモリに結合される。さらに、プロセッサは、メモリ内に格納されたコンピュータプログラム命令を走らせ又は実行し、メモリ内のデータを呼び出して、第３の態様又は第４の態様の実装における方法を実行し、Ｑ値に基づいて、充電コイル内に異物が存在するかどうかをモニタリングするように構成される。

【0086】

任意選択で、プロセッサは、処理チップ又は処理モジュールである。

【0087】

任意選択で、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は、フラッシュメモリ又はハードディスクなどの不揮発性メモリである。

【0088】

第６の態様によれば、この出願の実施形態は、デバイスをさらに提供する。デバイスは、送信デバイス又は受信デバイスである。送信デバイス又は受信デバイスは、第１の態様及び第１の態様の実装における無線充電回路を含む。加えて、無線充電回路は、第２の態様及び第２の態様の実装による方法を実施し、異物をモニタリングするために利用される。

【0089】

具体的には、モニタリングプロセスは、品質因子Ｑ値と、第１の閾値及び第２の閾値の両方との間の関係を決定することを含む。

【0090】

品質因子Ｑが第１の閾値以下である場合、無線充電コイル内に異物が存在すると決定される。

【0091】

品質因子Ｑが第１の閾値より大きく、かつ第２の閾値以下である場合、無線充電コイル内に異物が存在する可能性があり、さらに詳しく調べる必要があると決定される。

【0092】

品質因子Ｑが第２の閾値より大きい場合、無線充電コイル内に異物が存在しないと決定される。

【0093】

加えて、異物が存在するかどうかは、代替的に、他の方法又は方策を利用してモニタリングされてよい。

【0094】

第７の態様によれば、この出願の実施形態は、無線充電システムをさらに提供する。システムは、送信デバイスと受信デバイスとを含む。送信デバイスは、第１の態様又は第２の態様による無線充電回路を含む。受信デバイスは、充電対象デバイスである。

【0095】

任意選択で、受信デバイスは、第１の態様又は第２の態様による無線充電回路をさらに含み、異物をモニタリングする。

【0096】

第８の態様によれば、この出願の実施形態は、コンピュータ可読記憶媒体をさらに提供する。記憶媒体は、命令を格納する。命令がコンピュータ又はプロセッサ上で実行されるとき、第３の態様又は第４の態様の実装による方法が実行される。

【0097】

さらに、コンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、コンピュータ命令を含む。命令がコンピュータ又はプロセッサによって実行されるとき、第３の態様又は第４の態様の実装による方法が実行されうる。

【図面の簡単な説明】

【0098】

【図1】この出願の実施形態による無線充電回路の構造の模式図である。

【図2】この出願の実施形態による他の無線充電回路の構造の模式図である。

【図3】この出願の実施形態によるフルブリッジ回路の構造の模式図である。

【図4a】この出願の実施形態によるＱ値を決定するための方法のフローチャートである。

【図4b】この出願の実施形態によるピークの数を決定するための方法のフローチャートである。

【図5a】この出願の実施形態による共振回路の等価回路図である。

【図5b】この出願の実施形態による発振回路によって生成される共振電圧の減衰波形の模式図である。

【図6a】この出願の実施形態による他の共振回路の等価回路図である。

【図6b】この出願の実施形態による発振回路によって生成される共振電圧の他の減衰波形の模式図である。

【図7】この出願の実施形態による他の無線充電回路の構造の模式図である。

【図8】この出願の実施形態によるＱ値を決定するための他の方法のフローチャートである。

【図9】この出願の実施形態による発振回路によって生成される共振電圧のさらに他の減衰波形の模式図である。

【図10】この出願の実施形態による、さらに他の無線充電回路の構造の模式図である。

【図11】この出願の実施形態による発振回路によって生成される共振電圧のさらに他の減衰波形の模式図である。

【図12】この出願の実施形態による処理モジュールの構造の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0099】

この出願の実施形態における技術的解決策について、当業者により良く理解させ、目的、機能、及びこの出願の実施形態の利点をより明確にするため、以下では、添付図を参照しながら、この出願の実施形態における技術的解決策について、さらに詳細に説明する。

【0100】

初めに、この出願の実施形態で利用される技術的シナリオについて説明する。

【0101】

この出願の技術的解決策は、無線充電技術のシナリオに適用される。シナリオは、無線充電デバイスと、充電対象デバイスとを含む。無線充電デバイスは、無線での充電が可能な充電対象デバイスを充電するように構成される。例えば、無線充電デバイスは、無線充電モバイル電源、無線充電基板、無線充電器などであってよい。充電対象デバイスは、モバイルフォン、タブレット、ノートブックコンピュータ、車載装置、又はデジタルカメラなど、組み込み型再充電可能バッテリを持つ電子デバイスを含む。

【0102】

無線充電デバイスは、送信デバイスと称されることもある。充電対象デバイスは、受信デバイスと称されることもある。

【0103】

任意選択で、無線充電デバイスは、ハウジング、無線充電コイル、搬送装置などを含む。具体的には、充電対象デバイスを搬送するための充電面は、ハウジングの表面に配置される。従って、充電対象デバイスは、ハウジングの充電面上に配置されうる。加えて、この出願のこの実施形態において、バッテリ及び回路基板が、ハウジング内にさらに配置される。バッテリは、電気エネルギーを蓄積し、電気エネルギーを出力するように構成される。無線充電回路は、回路基板上に配置される。無線充電回路は、無線充電コイルに電気的に接続され、無線充電デバイスの充電及び放電プロセスを制御し、無線充電デバイス全体の動作状態を制御するように構成される。

【0104】

無線充電コイルは、ハウジング内に配置され、バッテリの電気エネルギーを、伝送及び放射のために磁気エネルギーに変換するように構成される。搬送装置は、ハウジング内に配置され、無線充電コイルを搬送及び固定し、無線充電コイルを保護するように構成される。

【0105】

この出願のこの実施形態において、電磁波誘導原理に基づいて充電対象デバイスが充電されるとき、充電環境が良好かどうかをどのようにモニタリングするかが、主に解決されるべき技術的課題である。言い換えると、充電品質に影響する異物が無線充電コイル内に存在するかどうかがモニタリングされる。

【0106】

技術的課題を解決するため、この出願の実施形態は、品質因子Ｑ（又は“Ｑ値”と称される）を決定するための方法を提供する。品質因子は、蓄電デバイス（インダクタ又はキャパシタなど）又は共振回路に蓄積される電力の、各サイクルにおける電力ロスに対する比を表す。直列共振ループ内のリアクタンス素子のＱ値は、リアクタンス素子の等価直列抵抗に対する、リアクタンス素子のリアクタンスの比に等しい。加えて、素子のＱ値がより大きいほど、より小さいロス、及び、素子を含む回路又はネットワークのより良好な性能を示す。従って、品質因子Ｑは、ループロスの大きさを評価するために利用されうる。一般に、Ｑ値は、数十から数百までの範囲内になる。この出願のこの実施形態において、Ｑ値は、減衰振動を通じて取得されうる。具体的には、無線充電回路は、減衰振動がＬＣ直列回路で発生するときに生成される共振電圧減衰波形を取得してＱ値を決定するように設計される。

【0107】

無線充電デバイス内の無線充電回路については、以下の実施形態において詳細に説明される。

【0108】

図１は、この出願の実施形態による無線充電回路の構造の模式図である。回路は、発振回路１０と、モニタリング回路２０とを含む。発振回路１０は、順に接続されている電源１００１と、検出及び制御回路１００２と、ＬＣ直列回路１００３とを含む。モニタリング回路２０は、比較モジュール２００１と、処理モジュール２００２とを含む。

【0109】

電源１００１は、励起電圧源Ｕｓであってよく、発振回路１０に電圧を供給するように構成される。検出及び制御回路１００２は、電源１００１及びＬＣ直列回路１００３に直列に接続され、電圧を検出して、ＬＣ直列回路１００３の充電及び放電を制御するように構成される。検出及び制御回路１００２は、少なくとも１つのスイッチングトランジスタを含む。スイッチングトランジスタは、スイッチ、ダイオード、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFETトランジスタ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）などを含み、又は、スイッチングトランジスタは、他の物質をさらに含んでよい。ＬＣ直列回路１００３は、減衰振動プロセスにおいて共振電圧信号を出力し、共振電圧信号は、比較モジュール２００１及び処理モジュール２００２へと出力される。比較モジュール２００１及び処理モジュール２００２は、共振電圧信号上でのサンプリング処理を実行し、Ｑ値を計算し、Ｑ値を利用して異物をモニタリングする。

【0110】

さらに、無線充電回路内の回路コンポーネントは、以下の具体的な実装を含みうる。

【0111】

実施形態１

【0112】

図２は、実施形態による他の無線充電回路の構造の模式図である。回路は、発振回路１０と、モニタリング回路２０とを含む。発振回路１０は、モニタリング回路２０に接続される。さらに、発振回路１０は、励起電圧源Ｕｓと、フルブリッジ回路と、ＬＣ直列回路と、ＬＣ直列回路の等価インピーダンスＲとを含む。等価インピーダンスＲは、図２に示されていない。励起電圧源Ｕｓの電圧振幅はＵ₀である。加えて、無線充電回路は、充電制御レジスタＲ０をさらに含む。レジスタＲ０は、ＬＣ直列回路が充電されるとき、発振回路１０の振動を抑制するように構成される。

【0113】

さらに、図３に示すように、フルブリッジ回路は、並列に接続されている第１のブリッジアーム１１と第２のブリッジアーム１２とを含む。第１のブリッジアーム１１は、第１のスイッチングトランジスタＱ１と、第３のスイッチングトランジスタＱ３とを含む。第２のブリッジアーム１２は、第２のスイッチングトランジスタＱ２と、第４のスイッチングトランジスタＱ４とを含む。加えて、Ｑ１は、Ｑ３に直列に接続され、Ｑ２は、Ｑ４に直列に接続される。第１のブリッジアーム１１の位相中点はＯ１であり、第２のブリッジアーム１２の位相中点はＯ２である。各ブリッジアームの位相中点の２つの端部での電位は等しい。フルブリッジ回路の一端は、充電制御レジスタＲ０を通じて励起電圧源Ｕｓの正極に接続され、他端は、励起電圧源Ｕｓの負極に接続される。励起電圧源Ｕｓは、ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成される。

【0114】

図１に示した検出及び制御回路１００２の機能は、この実施形態においてフルブリッジ回路によって実装されると理解すべきである。フルブリッジ回路は、励起電圧源Ｕｓを制御してＬＣ直列回路を充電し、ＬＣ直列回路を制御して放電するように構成されうる。

【0115】

図２に示すように、ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタＬｐと共振キャパシタＣｐとを含む。インダクタＬｐ及び共振キャパシタＣｐは、直列に接続される。加えて、インダクタＬｐ及び共振キャパシタＣｐの位相中点は、Ｍである。加えて、ＬＣ直列回路は、等価インピーダンスＲをさらに含む。等価インピーダンスは、図２に示されていない。ＬＣ直列回路は、フルブリッジ回路に接続される。具体的には、フルブリッジ回路の第１のブリッジアームの位相中点Ｏ１は、ＬＣ直列回路の一端に接続され、フルブリッジ回路の第２のブリッジアームの位相中点Ｏ２は、ＬＣ直列回路の他端に接続される。ＬＣ直列回路の位相中点Ｍのグランド（ＧＮＤ）に対する電圧は、Ｕｃである。位相中点Ｍでの出力であるピンは、モニタリング回路２０に接続される。

【0116】

モニタリング回路２０は、比較モジュールと、処理モジュールとを含む。

【0117】

比較モジュールは、コンパレータを含む。コンパレータは、“Ｃｏｍ”と表現されることがある。さらに、コンパレータＣｏｍは、電圧コンパレータである。この実施形態における比較モジュールは、コンパレータＣｏｍの例で説明される。

【0118】

コンパレータは、第１の入力端子（入力端子１とも称される）と、第２の入力端子（入力端子２とも称される）と、出力端子とを含む。入力端子１は、非反転入力端子＋であり、入力端子２は、反転入力端子－である。加えて、入力端子１は、ＬＣ直列回路の位相中点Ｍでの出力であるピンに接続される。入力端子２は、基準電源に接続される。基準電源は、基準電圧を供給する。コンパレータの出力端子は、処理モジュールに接続される。

【0119】

基準電圧は、“Ｖｒｅｆ”と表現されることがある。基準電圧は、正値又は負値でありうる。

【0120】

コンパレータは、減衰振動が発振回路で発生するときに出力される共振電圧信号を取得し、共振電圧信号（即ち、ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対置電圧Ｕｃ）をデジタル方形波信号に変換し、デジタル方形波信号を処理モジュールに送信するように構成される。

【0121】

処理モジュールは、コンパレータの出力端子に接続され、コンパレータによって出力されるデジタル方形波信号を受信し、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第１のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内にある第１のパラメータを取得し、第１のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定し、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するように構成される。品質因子Ｑは、発振回路に貯蓄された電力の、各サイクルにおける電力ロスに対する比を表す。Ｑ値がより大きいほど、より小さいロス、及びより良い充電性能を示す。

【0122】

第１のプリセット条件は、各振動サイクルにおいて、減衰振動の期間に生成される共振電圧が基準電圧より大きいことである。ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対地電圧が励起電圧源Ｕｓの振幅電圧に到達するとき、減衰振動が発振回路で発生して共振電圧を生成する。

【0123】

加えて、第１のパラメータは、ピークの数、谷の数、又はピークの数と谷の数との和を含む。加えて、第１のパラメータは、他のパラメータをさらに含んでよい。具体的には、以下の３つの実装がある。

【0124】

第１の可能な実装において、第１のパラメータは、ピークの数である。図４ａに示すように、方法は、以下のステップを含む。

【0125】

４０１：処理モジュールは、第１のプリセット条件を満たすピークの数を取得する。ピークの数は、“ｎ１”と表現される。

【0126】

フルブリッジ回路の第１のブリッジアームのスイッチングトランジスタＱ１又はスイッチングトランジスタＱ３のいずれかがターンオンされる。同様に、第２のブリッジアームのスイッチングトランジスタＱ２又はスイッチングトランジスタＱ４のいずれかがターンオンされる。さらに、図４ｂに示すように、ステップ４０１は、以下のステップを含む。

【0127】

４０１１：フルブリッジ回路のスイッチングトランジスタＱ１からＱ４を制御して、励起電圧源ＵｓがＬＣ直列回路を充電できるようにする。

【0128】

具体的には、第１のブリッジアームの第１のスイッチングトランジスタＱ１がターンオフするように制御され、第３のスイッチングトランジスタＱ３がターンオンするように制御される。加えて、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２がターンオンするように制御され、第４のスイッチングトランジスタＱ４がターンオフするように制御される。この場合、発振回路は、第１のループ、即ち、Ｕｓ→Ｑ２→Ｃｐ→Ｌｐ→Ｑ３→グランド（ＧＮＤ）→Ｕｓを形成し、励起電圧源Ｕｓは、キャパシタＣｐを充電する。

【0129】

４０１２：ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対地電圧が励起電圧源Ｕｓの振幅電圧Ｕ₀に到達するとき、フルブリッジ回路のスイッチングトランジスタＱ１からＱ４を制御して、ＬＣ直列回路が放電できるようにし、それにより、発振回路は、減衰振動を実行し始める。

【0130】

具体的には、ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対地電圧Ｕｃが振幅電圧Ｕ₀であるとき、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２がターンオフするように制御され、第４のスイッチングトランジスタＱ４がターンオンするように制御され、第１のブリッジアームの第１のスイッチングトランジスタＱ１と第３のスイッチングトランジスタＱ３との状態は、変更されずに維持される。この場合、発振回路は、第２のループ、即ち、ＧＮＤ→Ｑ３→Ｌｐ→Ｃｐ→Ｑ４→ＧＮＤを形成し、ＬＣ直列回路のキャパシタＣｐは放電する。

【0131】

等価回路が図５ａに示されている。Ｑ３をターンオンし、Ｑ４をターンオンし、Ｑ２をターンオフするように制御することは、等価回路のスイッチＫを接点ａから接点ｂ（ｔ＞０）にサミング(thumbing)して第２のループを形成することに等しい。ＬＣ直列回路は、共振電圧Ｕｃをコンパレータへと出力する。共振電圧は、振幅電圧Ｕ₀から減衰し始める。

【0132】

ステップ４０１１及びステップ４０１２は、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４に接続された制御回路によって実行されうる。例えば、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４は全てＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、制御回路は、各ＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートに接続され、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４を駆動してターンオン又はオフするように構成される。

【0133】

４０１３：コンパレータは、発振回路によって出力される共振電圧信号Ｕｃを取得し、共振電圧信号Ｕｃをデジタル方形波信号に変換し、デジタル方形波信号を処理モジュールに送信する。

【0134】

コンパレータは、各振動サイクルにおいて発振回路によって出力される共振電圧信号の値と、基準電圧の値とを比較するように構成される。減衰振動の期間に生成される共振電圧Ｕｃが、各振動サイクルにおいて基準電圧Ｖｒｅｆより大きいかどうかがさらに決定される。もしＹＥＳならば、第１のプリセット条件は満たされ、そうでなければ、第１のプリセット条件は満たされない。

【0135】

図５ｂは、発振回路によって生成される共振電圧の減衰波形の模式図である。励起電圧源Ｕｓは、一次ステップ励起信号ｅ（ｔ）を生成する。励起電圧源Ｕｓの発振回路によって出力される共振電圧の減衰波形がコンパレータを通過後、出力された共振電圧Ｕｃは、特定の時間内に徐々に減衰する。図５ｂにおいて、波線は、共振電圧減衰曲線を表し、方形波線は、変換を通じて得られるデジタル方形波信号を表す。振動サイクルの周波数は、ｆ１である。各振動サイクル（１／ｆ１）において、減衰振動の期間に生成される、出力された共振電圧ＵｃがＶｒｅｆより大きい場合、Ｖｒｅｆは、直流レベルである。この実施形態において、直流レベルは、正のレベルであり、方形波信号が生成され、方形波の立ち上がりエッジが現れると仮定する。立ち上がりエッジの開始時点は、共振電圧減衰曲線と基準電圧との交点である。Ｕｃ≦Ｖｒｅｆの場合、方形波信号は生成されず、減衰振動は終了する傾向にある。第１のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰曲線内にあるピークの数は、方形波の立ち上がりエッジの数と同じである。

【0136】

４０１４：処理モジュールは、デジタル方形波信号をコンパレータから受信し、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第１のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内にあるピークの数ｎ１を取得する。

【0137】

具体的には、発振回路の減衰振動の期間、ＬＣ直列回路によって出力される共振電圧Ｕｃは、振幅電圧Ｕ₀から０へと徐々に減少する。処理モジュールは、コンパレータによって出力されるデジタル方形波信号に基づいてピークの数ｎ１を決定し、ここで、ｎ１は、方形波における立ち上がりエッジの数と同じである。図５ｂに示した例において、第１のプリセット条件を満たすピークの数は５である。言い換えると、ｎ１＝５である。

【0138】

第２の可能な実装において、第１のパラメータは、谷の数である。図４ａに示すように、方法は、以下のステップを含む。

【0139】

４０２：処理モジュールは、第１のプリセット条件を満たす谷の数を取得する。谷の数は、“ｎ２”と表現される。

【0140】

具体的には、谷の数ｎ２を取得するための方法は、ステップ４０１におけるピークの数ｎ１を取得するための方法と同様である。方法は、具体的には、以下のステップを含む。

【0141】

第１：フルブリッジ回路のスイッチングトランジスタＱ１からＱ４を制御して、励起電圧源ＵｓがＬＣ直列回路を充電できるようにする。

【0142】

具体的には、第１のブリッジアームの第１のスイッチングトランジスタＱ１がターンオンするように制御され、第３のスイッチングトランジスタＱ３がターンオフするように制御される。加えて、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２がターンオフするように制御され、第４のスイッチングトランジスタＱ４がターンオンするように制御される。この場合、発振回路は、第３のループ、即ち、Ｕｓ→Ｑ１→Ｌｐ→Ｃｐ→Ｑ４→ＧＮＤ→Ｕｓを形成し、励起電圧源Ｕｓは、キャパシタＣｐを充電する。

【0143】

第２：ＬＣ直列回路の位相中点の対地電圧Ｕｃが励起電圧源Ｕｓの振幅電圧Ｕ₀に到達するとき、フルブリッジ回路のスイッチングトランジスタＱ１からＱ４を制御して、ＬＣ直列回路が放電できるようにし、それにより、発振回路は、減衰振動を実行し始める。具体的には、共振電圧信号Ｕｃが振幅電圧Ｕ０であるとき、第１のブリッジアームの第３のスイッチングトランジスタＱ３がターンオンするように制御され、第１のスイッチングトランジスタＱ１がターンオフするように制御される。加えて、第２のブリッジアームの第２のスイッチングトランジスタＱ２はオフで維持され、第４のスイッチングトランジスタＱ４はオンで維持される。この場合、発振回路は、第４のループ、即ち、ＧＮＤ→Ｑ３→Ｌｐ→Ｃｐ→Ｑ４→ＧＮＤを形成し、ＬＣ直列回路のキャパシタＣｐが放電する。

【0144】

等価回路が図６ａに示されている。Ｑ３がターンオンし、Ｑ４がターンオンし、Ｑ１がターンオフし、Ｑ２がターンオフするように制御することは、等価回路のスイッチＫを接点ａから接点ｂ（ｔ＞０）にサミングして第４のループを形成することに等しい。ＬＣ直列回路は、共振電圧信号Ｕｃをコンパレータへと出力する。

【0145】

第３：コンパレータは、発振回路によって出力される共振電圧信号Ｕｃを取得し、共振電圧信号Ｕｃをデジタル方形波信号に変換し、デジタル方形波信号を処理モジュールに送信する。

【0146】

コンパレータは、各振動サイクルにおいて発振回路によって出力される電圧信号Ｕｃの値と、基準電圧Ｖｒｅｆの値とを比較するように構成される。図６ｂは、発振回路によって出力される共振電圧の減衰波形の模式図である。励起電圧源Ｕｓは、一次ステップ励起信号ｅ（ｔ）を生成する。励起電圧源ＵｓのＬＣ発振回路の減衰振動信号が電圧コンパレータを通過後、出力された電圧は、特定の時間内に徐々に減衰する。図６ｂにおいて、波線は、共振電圧減衰波形の曲線を表し、この波形及び図５ｂに示した波形は、水平軸に関して対称であり、方形波線は、変換を通じて得られるデジタル方形波信号を表す。振動サイクルの周波数は、ｆ２である。各振動サイクル（１／ｆ２）において、減衰振動によって生成される共振電圧ＵｃがＶｒｅｆより大きい場合、方形波信号が生成され、方形波の立ち上がりエッジが現れる。Ｕｃ≦Ｖｒｅｆの場合、方形波信号は生成されず、減衰振動は終了する傾向にある。第１のプリセット条件を満たし、かつ図６ｂに示した波形内にあるピークの数は、図５ｂに示した減衰波形における谷の数に等しい。谷の数は、方形波における立ち上がりエッジの数と同じである。

【0147】

第４：処理モジュールは、コンパレータからデジタル方形波信号を受信し、デジタル方形波信号に基づいて谷の数ｎ２を決定する。図６ｂに示した例において、第１のプリセット条件を満たす谷の数は、６である。言い換えると、ｎ２＝６である。対応する振動周波数は、ｆ２である。

【0148】

第３の可能な実装において、第１のパラメータは、ピークの数と谷の数との和である。図４ａに示すように、方法は、以下のステップを含む。

【0149】

４０３：処理モジュールは、ピークの数と谷の数との和を取得する。和（又は合計数と称される）は、ｎと表現されることがある。

【0150】

ピークの数と谷の数との和は、ｎ＝ｎ１＋ｎ２であり、振動周波数は、

【0151】

【数12】

【0152】

である。さらに、ピークの数ｎ１を取得するプロセスについては、ステップ４０１の詳細な説明を参照されたい。谷の数ｎ２を取得するプロセスについては、ステップ４０２の詳細な説明を参照されたい。詳細については、ここでは再び説明されない。

【0153】

第１のパラメータがさらに他のパラメータを含む場合、第１のパラメータは、これらのパラメータを取得するプロセスをさらに含みうると理解されるべきである。

【0154】

４０４：処理モジュールは、ピークの数と谷の数との和ｎ（第１のパラメータ）に基づいて品質因子Ｑを決定する。

【0155】

具体的には、図６ａに示すように、Ｋが作動する前、即ち、ｔ≦０の時点では、ＬＣ直列回路の入力源は、励起電圧源Ｕｓであり、励起電圧源Ｕｓの出力される直流電圧振幅はＵ₀であり、完全に充電されたキャパシタＣｐの電圧はＵ₀である。

【0156】

Ｋが作動した後、ｔ＞０であり、ＬＣ入力源の電圧値は、Ｕ０から０にジャンプし、キャパシタＣｐの電圧ｕ（ｔ）は、フリーラン方式で減衰し始める。フリーラン方程式は、

【0157】

【数13】

【0158】

である。

【0159】

上記の二次微分方程式（１）は解かれる。

【0160】

【数14】

【0161】

であるとき、即ち、Ｑ＞１／２であるとき、初期条件、即ち、

【0162】

【数15】

【0163】

に基づいて、

【0164】

【数16】

【0165】

が解かれ、共振回路の品質因子Ｑ（Ｑ値と称される）は、以下のように定義される。

【0166】

【数17】

【0167】

共振発生条件は、

【0168】

【数18】

【0169】

であり、ここで、

【0170】

【数19】

【0171】

であり、ω₀は、角周波数であり、ｆ０は、周波数である。

【0172】

【数20】

【0173】

である。等価インピーダンスＲが十分に小さいとき、即ち、Ｑが十分に大きいとき、

【0174】

【数21】

【0175】

であり、即ち、式（３）において

【0176】

【数22】

【0177】

であり、

【0178】

【数23】

【0179】

を得る。

【0180】

【数24】

【0181】

即ち、

【0182】

【数25】

【0183】

が、式（７）に代入されて

【0184】

【数26】

【0185】

を取得しうる。

【0186】

ｎが自然数であるとき、即ち、ｎ≧０であるとき、上記の式（８）は、

【0187】

【数27】

【0188】

になる。ｎが奇数であるとき、ｕ（ｔ）は、負のピーク値である。ｎが偶数であるとき、ｕ（ｔ）は、正のピーク値である。任意の２つのピークの時点ｔ１及びｔ２に対応するピーク又は谷の電圧は、Ｕ１及びＵ２として選択され、ここで、ｔ１及びｔ２は、共鳴電圧減衰波形内の任意の２つのピーク又は谷の時点である。

【0189】

例えば、ｔ１は、振動波形のピークの時点であり、ｔ２は、振動波形の他のピークの時点である、
ｔ１は、振動波形のピークの時点であり、ｔ２は、振動波形の谷の時点である、
ｔ１は、振動波形の谷の時点であり、ｔ２は、振動波形の他のピークの時点である、又は
ｔ１は、振動波形の谷の時点であり、ｔ２は、振動波形の他の谷の時点である。

【0190】

この場合、

【0191】

【数28】

【0192】

である。従って、

【0193】

【数29】

【0194】

である。式（１０）の両辺で対数をとり、

【0195】

【数30】

【0196】

を得る。

【0197】

ｍ及びｎがいずれも正の整数であり、ｍ≧１であり、

【0198】

【数31】

【0199】

であり、Ｑは、品質因子であり、振動波形のピーク又は谷の電圧Ｕ１に対応する時点はｔ１であり、振動波形のピーク又は谷の電圧Ｕ２に対応する時点はｔ２であり、Ｕ１又はＵ２は、それが谷の電圧である場合に負の値であり、それがピークの電圧である場合に正の値である。加えて、Ｑ値が具体的であるとき、ｎは、ｍに比例し、ｎは、１／ｍに反比例する。

【0200】

４０５：処理モジュールは、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得する。

【0201】

具体的には、モニタリング方法では、２つの閾値、即ち、第１の閾値と第２の閾値とを設定している。第１の閾値は、第２の閾値より小さい。モニタリング結果は、以下の条件が満たされるときに上記のステップで取得されるＱ値に基づいて取得される。

【0202】

品質因子Ｑが、第１の閾値以下である場合、無線充電コイル内に異物が存在すると決定される。

【0203】

品質因子Ｑが第１の閾値より大きく、かつ第２の閾値以下である場合、無線充電コイル内に異物が存在する可能性があり、さらに詳しく調べる必要があると決定される。

【0204】

品質因子Ｑが第２の閾値より大きい場合、無線充電コイル内に異物が存在しないと決定される。

【0205】

さらに、第１のパラメータの上述した３つの可能な実装において、第１のパラメータは、ピークの数ｎ１又は谷の数ｎ２を含む。言い換えると、ｎ＝ｎ１又はｎ＝ｎ２である。この場合、ｍ＝１である。上記の式（１１）に基づいて、Ｑ値は、

【0206】

【数32】

【0207】

になる。代替的に、第１のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含む。言い換えると、ｎ＝ｎ１＋ｎ２である。この場合、ｍ＝２である。上記の式（１１）に基づいて、Ｑ値は、

【0208】

【数33】

【0209】

になる。加えて、式（１１）から、

【0210】

【数34】

【0211】

及び

【0212】

【数35】

【0213】

であるため、Ｑ＝ｎ・ｋであることが理解できる。

【0214】

この場合、Ｑの精度は、ステップ値ｋによって制限される。ｋの値がより小さいほど、ｍの値がより大きく、Ｑの精度がより高いことを示す。

【0215】

上記の第３の実装において、式（８）から、

【0216】

【数36】

【0217】

即ち、

【0218】

【数37】

【0219】

であり、式（１３）、即ち、

【0220】

【数38】

【0221】

を得て、精度は、

【0222】

【数39】

【0223】

であり、ｎ＝ｎ１＋ｎ２であることが理解できる。

【0224】

この実施形態において提供される方法において、ｍの値は２である。ｍの値が１であるケースと比べると、このケースでは、サンプリングされるピークの数が２倍になり、具体的なＱ値の下で測定ステップ単位が半分になり、Ｑ値の精度が２倍になり、異物を識別する能力が向上する。例えば、ｍの値が１であるとき、可能な測定精度は１である。ｍの値が２であるとき、得られる測定精度は０．５である。このように、Ｑ値の測定ステップ単位が元の整数から、その整数の半分に変更される。ステップ単位が低減されるため、測定結果はより正確になり、コイル内に異物が存在するかどうかが、より精度良く決定でき、測定精度を改善する。

【0225】

第１のパラメータは、他のパラメータをさらに含んでもよく、それにより、ｍの値は２より大きくなり、より小さな測定精度単位及びより正確な測定結果を得ると理解されるべきである。

【0226】

この方法において、フルブリッジ回路は、ＬＣ直列回路の出力電圧を出力し、ピークの数、谷の数、又はピークの数と谷の数との和に基づいてＱ値を計算して、充電コイル内の異物をモニタリングする。

【0227】

実施形態２

【0228】

この実施形態は、他の無線充電回路を提供する。この実施形態で、発振回路１０のフルブリッジ回路がハーフブリッジ回路に置き換えられ、かつ電圧バイアスモジュールがモニタリング回路に追加されていることを除いて、無線充電回路は、実施形態１と構造が類似している。加えて、比較モジュールは、２つ以上のコンパレータを含む。さらに、２つ以上のコンパレータは、統合型電圧コンパレータと称されることがある。

【0229】

具体的には、図７に示すように、無線充電回路は、発振回路１０と、モニタリング回路２０とを含む。さらに、発振回路１０は、励起電圧源Ｕｓと、ハーフブリッジ回路と、ＬＣ直列回路と、ＬＣ直列回路の等価インピーダンスＲとを含む。等価インピーダンスＲは、図７に示されていない。Ｕ₀は、可変周波数を持つ励起電圧源Ｕｓの電圧振幅である。加えて、無線充電回路は、ＬＣ直列回路が充電されるときに、発振回路１０の振動を抑制するように構成された充電制御レジスタＲ０をさらに含む。

【0230】

さらに、ハーフブリッジ回路は、第５のスイッチングトランジスタＱ５と、第６のスイッチングトランジスタＱ６とを含む。加えて、Ｑ５は、Ｑ６に直列に接続される。ハーフブリッジ回路の位相中点は、Ｏ３である。ハーフブリッジ回路の一端は、充電制御レジスタＲ０に接続され、他端は、励起電圧源Ｕｓの負極に接続される。

【0231】

ＬＣ直列回路の一端は、ハーフブリッジ回路の位相中点Ｏ３に接続され、他端は、グランドに接続される。ＬＣ直列回路は、インダクタＬｐと、共振キャパシタＣｐとを含む。加えて、インダクタＬｐと共振キャパシタＣｐとの位相中点は、Ｍである。加えて、ＬＣ直列回路は、等価インピーダンスＲをさらに含む。

【0232】

ＬＣ直列回路の位相中点Ｍは、モニタリング回路２０に接続され、減衰振動の期間に生成される共振電圧信号をモニタリング回路２０へと出力するように構成される。共振電圧信号は、ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対地電圧とも称される。

【0233】

モニタリング回路２０は、電圧バイアスモジュールと、比較モジュールと、処理モジュールとを含む。電圧バイアスモジュールは、発振回路に接続され、発振回路によって出力された共振電圧信号を受信し、共振電圧信号にバイアスをかけ、バイアスがかかった共振電圧信号を比較モジュールに送信するように構成される。比較モジュールは、バイアスがかかった共振電圧信号を受信し、出力されたバイアスがかかった共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換し、デジタル方形波信号を処理モジュールへと出力するように構成される。

【0234】

共振電圧信号Ｕｃが電圧バイアスモジュールによって処理された後、バイアスがかかった共振電圧Ｕｃ＋Ｖ_ref0が出力され、ここで、Ｖ_ref0は、バイアス電圧である。

【0235】

比較モジュールの出力端子は、処理モジュールに接続される。さらに、比較モジュールは、第１のコンパレータ（“Ｃｏｍ１”と表現されることがある）と、第２のコンパレータ（“Ｃｏｍ２”と表現されることがある）とを含む。Ｃｏｍ１は、入力端子ｄ１と、入力端子ｄ２と、出力端子ｈ１とを含む。Ｃｏｍ２は、入力端子ｇ１と、入力端子ｇ２と、出力端子ｈ２とを含む。ＬＣ直列回路の位相中点Ｍは、電圧バイアスモジュールを通じて、Ｃｏｍ１の入力端子ｄ２とＣｏｍ２の入力端子ｇ１とに接続される。入力端子ｄ１は、第１の電圧源に接続される。入力端子ｇ２は、第２の電圧源に接続される。Ｃｏｍ１の出力端子ｈ１は、Ｃｏｍ２の出力端子ｈ２に接続され、接続点はＰである。

【0236】

第１の電圧源は、Ｃｏｍ１に第１の基準電圧Ｖ_ref1を供給するように構成される。第２の電圧源は、Ｃｏｍ２に第２の基準電圧Ｖ_ref2を供給するように構成される。入力端子ｄ１及びｇ１は、非反転入力端子＋であり、入力端子ｄ２及びｇ２は、反転入力端子－である。比較モジュールは、バイアスがかかった共振電圧Ｕｃ＋Ｖ_ref0が第１の基準電圧Ｖ_ref1と第２の基準電圧Ｖ_ref2との間にあるかどうかを決定するように構成される。もしＹＥＳである場合、Ｖ_ref2≦Ｕｃ＋Ｖ_ref0≦Ｖ_ref1である。この場合、出力電圧は、ローレベルである。そうでなければ、出力電圧は、ハイレベルである。方形波信号は、ハイレベルが出力されるときに生成され、立ち上がりエッジが形成される。比較モジュールは、生成されたデジタル方形波信号を処理モジュールに送信する。

【0237】

ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対地電圧Ｕｃが励起電圧源Ｕｓの振幅電圧Ｕ₀に到達するとき、減衰振動が発振回路で発生して共振電圧を生成する。共振電圧には、電圧バイアスモジュールによってバイアスがかけられて、共振電圧Ｕｃ＋Ｖ_ref0が得られ、ここで、Ｕｃは、減衰振動の期間に生成される共振電圧であり、Ｖ_ref0は、バイアス電圧である。第２のプリセット条件は、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞Ｖ_ref1又はＵｃ＋Ｖ_ref0＜Ｖ_ref2であり、ここで、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧である。

【0238】

処理モジュールは、比較モジュールによって出力されたデジタル方形波信号を受信し、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第２のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内にある第２のパラメータを取得し、第２のパラメータに基づいてＱ値を決定し、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得する。第２のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含む。

【0239】

具体的には、図８に示すように、処理モジュールによって、第２のパラメータに基づいて、Ｑ値を決定するための方法は、以下のステップを含む。

【0240】

８０１：第５のスイッチングトランジスタＱ５をターンオンし、第６のスイッチングトランジスタＱ６をターンオフするように制御して、第５のループ、即ち、Ｕｓ→Ｑ５→Ｌｐ→Ｃｐ→ＧＮＤ→Ｕｓを形成して、励起電圧源ＵｓがＬＣ直列回路を充電できるようにする。

【0241】

８０２：ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対地電圧が振幅電圧Ｕ₀まで増加するとき、Ｑ５をターンオフし、Ｑ６をターンオンするように制御する。この場合、発振回路は、第６のループ、即ち、ＧＮＤ→Ｑ６→Ｌｐ→Ｃｐ→ＧＮＤを形成し、ＬＣ直列回路のキャパシタＣｐが放電し、それにより、発振回路は、減衰振動を実行し始め、共振電圧信号Ｕｃを出力する。共振電圧信号Ｕｃは、Ｕ₀から減衰し始める。等価回路が、図５ａに示されている。時点ｔ＝０でＱ６をターンオンし、かつＱ５をターンオフするように制御することは、等価回路のスイッチＫを接点ａから接点ｂにサミングして第６のループを形成することに等しい。ＬＣ直列回路は、共振電圧信号Ｕｃをモニタリング回路の電圧バイアスモジュールへと出力する。

【0242】

８０３：電圧バイアスモジュールは、発振回路によって出力された共振電圧信号を受信し、共振電圧信号にバイアスをかけ、バイアスがかかった共振電圧信号を比較モジュールに送信する。

【0243】

８０４：比較モジュールは、バイアスがかかった共振電圧信号を受信し、バイアスがかかった共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換し、デジタル方形波信号を処理モジュールへと出力する。

【0244】

８０５：処理モジュールは、デジタル方形波信号を受信し、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第２のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内になる第２のパラメータを取得する。第２のパラメータは、ピークの数と谷の数との和を含む。

【0245】

図９は、発振回路における共振電圧Ｕｃの減衰波形の模式図である。Ｖ_ref0は、バイアス電圧であり、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧であり、Ｕ０＋Ｖ_ref0は、発振回路によって生成される振幅電圧Ｕ₀がバイアス電圧Ｖ_ref0を利用して処理された後に出力される電圧を表す。Ｕｃは、ＬＣ直列回路の位相中点Ｍの対地電圧であり、共振電圧とも称される。共振電圧の最大振幅は、Ｕ₀である。加えて、バイアス電圧と、第１の基準電圧及び第２の基準電圧のそれぞれとの間の電圧差は、ΔＶ＝Ｖ_ref1－Ｖ_ref0＝Ｖ_ref0－Ｖ_ref2を満たし、ｆは、共振周波数である。

【0246】

各ハーフサイクルにおいて、第２のプリセット条件が満たされる場合、即ち、Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞Ｖ_ref1である場合、ハイレベルが出力され、立ち上がりエッジが生成される。立ち上がりエッジの開始時点は、バイアスがかかった共振電圧と、第１の基準電圧Ｖ_ref1との交点である。図９に示すように、実線の方形波信号が生成される。Ｕｃ＋Ｖ_ref0＜Ｖ_ref2である場合、ハイレベルが出力され、立ち上がりエッジが生成される。立ち上がりエッジの開始時点は、バイアスがかかった共振電圧と、第２の基準電圧Ｖ_ref2との交点である。図９に示すように、破線の方形波信号が生成される。第２のプリセット条件が満たされない場合、即ち、Ｖ_ref2≦Ｕｃ＋Ｖ_ref0≦Ｖ_ref1である場合、ハイレベルが生成されず、ローレベル信号が出力される。ピークの数と谷の数との和ｎは、立ち上がりエッジの数に等しい。

【0247】

８０６：処理モジュールは、第２のパラメータ（ピークの数と谷の数との和）に基づいて品質因子Ｑを決定する。

【0248】

Ｑ値は、下記の式に従って計算される。

【0249】

【数40】

【0250】

ｍ及びｎは、正の整数であり、ｍ≧１であり、Ｕｃは、発振回路によって出力される共振電圧であり、Ｕｃの最大値はＵ₀であり、Ｕ₀は、励起電圧源Ｕｓの電圧振幅であり、ΔＶは、電圧差である。加えて、ΔＶ＝Ｖ_ref1－Ｖ_ref0＝Ｖ_ref0－Ｖ_ref2であり、Ｖ_ref0は、バイアス電圧であり、Ｖ_ref1は、第１の基準電圧であり、Ｖ_ref2は、第２の基準電圧である。

【0251】

さらに、この実施形態において、ｍ＝２のとき、品質因子Ｑは、下記のようになる。

【0252】

【数41】

【0253】

具体的に、上記の式（１４）の計算プロセスについては、実施形態１の式の計算プロセスを参照されたい。詳細については、再び説明されない。

【0254】

８０７：処理モジュールは、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得する。

【0255】

具体的には、処理モジュールによって、Ｑ値に基づいて、無線充電コイル内に異物が存在するかどうかを決定するための方法は、実施形態１のものと同じである。この実施形態において、詳細については、ここでは再び説明されない。

【0256】

この実施形態において提供される無線充電回路は、比較モジュールを利用してハーフサイクルにおけるピークの数と谷の数との和をモニタリングして、Ｑ値を計算する。電圧コンパレータがＱ値の計算に利用されるケースに比べると、このケースでは、測定ステップ単位が半分になる。ステップ単位がより小さくなるため、測定結果がより正確になり、コイル内に異物が存在するかどうかが、より正確に決定でき、Ｑ値のモニタリング精度が２倍になり、異物を認識する性能が向上する。

【0257】

加えて、任意選択で、無線充電回路の他の構造において、図１０に示すように、ＬＣ直列回路のインダクタＬｐと共振キャパシタＣｐとは、それらの位置を入れ替える。この場合、減衰振動の期間に生成される減衰振動電圧の減衰波形が伝送される。図１１に示すように、バイアスがかかった共振電圧Ｕｃ＋Ｖ_ref0は、振動方式で－（Ｕ₀－Ｖ_ref0）から減衰し始める。Ｕｃ＋Ｖ_ref0＞Ｖ_ref1である場合、ハイレベルが出力され、立ち上がりエッジが生成される。立ち上がりエッジの開始時点は、バイアスがかかった共振電圧と、第１の基準電圧Ｖ_ref1との交点である。図１１に示すように、実線の方形波信号が生成される。Ｕｃ＋Ｖ_ref0＜Ｖ_ref2である場合、ハイレベルが出力される。この場合、第２のプリセット条件が満たされ、立ち上がりエッジが生成される。立ち上がりエッジの開始時点は、バイアスがかかった共振電圧と、第２の基準電圧Ｖ_ref2との交点である。図１１に示すように、破線の方形波信号が生成される。Ｖ_ref2≦Ｕｃ＋Ｖ_ref0≦Ｖ_ref1である場合、第２のプリセット条件が満たされず、ハイレベルは生成されず、ローレベル信号が出力される。

【0258】

加えて、上記の実施形態における処理モジュールは、処理チップ又は処理装置であってよい。図１２に示すように、処理モジュールは、プロセッサ１２０１と、メモリ１２０２とを含む。プロセッサ１２０１は、メモリ１２０２に結合される。加えて、処理モジュールは、より多くの又はより少ないコンポーネントをさらに含んでよいし、又はいくつかのコンポーネントを結合してよいし、又は異なるコンポーネントの配置を有してよい。このことは、この出願において限定されない。

【0259】

さらに、プロセッサ１２０１は、処理モジュールの制御センタであり、様々なインターフェース及び回線を通じて装置全体の全ての部分に接続され、メモリ１２０２に格納されたソフトウェアプログラム又はモジュールを走らせ又は実行し、メモリ１２０２に格納されたデータを呼び出して、対応する機能を実装する。

【0260】

プロセッサ１２０１は、集積回路（integrated circuit, IC）を含んでよく、例えば、単一のパッケージ化されたＩＣを含んでよいし、又は、接続され、かつ同じ機能又は異なる機能を有する複数のパッケージ化されたＩＣを含んでよい。例えば、プロセッサ１２０１は、中央処理ユニット（central processing unit, CPU）などを含んでよい。

【0261】

メモリ１２０２は、揮発性メモリ（volatile memory）、例えば、ランダムアクセスメモリ（random access memory, RAM）を含んでよいし、さらに、不揮発性メモリ（non-volatile memory）、例えば、フラッシュメモリ（flash memory）、ハードディスクドライブ（hard disk drive, HDD）、又はソリッドステートドライブ（solid-state drive, SSD）を含んでよい。メモリ１２０２は、上記のタイプのメモリの組み合わせをさらに含んでよい。メモリは、プログラム、コード、又はデータを格納しうる。

【0262】

加えて、この出願は、コンピュータ記憶媒体をさらに提供する。コンピュータ記憶媒体は、プログラムを格納しうる。プログラムが実行されるとき、この出願、及び、図４ａ、図４ｂ、及び図８に示した実施形態において提供される、Ｑ値を決定するための方法のステップの一部又は全部が含まれうる。記憶媒体は、磁気ディスク、光ディスク、リードオンリーメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）などであってよい。

【0263】

上記の実施形態の全部又は一部は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせを利用して実装されうる。実施形態を実装するためにソフトウェアが利用されるとき、実施形態の全部又は一部は、コンピュータプログラム製品の形態で実装されうる。

【0264】

コンピュータプログラム製品は、計算命令などの１つ以上のコンピュータ命令を含む。コンピュータがコンピュータプログラムを読み出して実行するとき、手順又は機能の全部又は一部がこの出願の実施形態に従って生成される。コンピュータは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、コンピュータネットワーク、又は他のプログラム可能な装置であってよい。加えて、コンピュータ命令は、コンピュータ可読記憶媒体に格納されうる。

【0265】

コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータによってアクセス可能な任意の利用可能な媒体、又は、１つ以上の利用可能な媒体を統合するサーバ又はデータセンタなどのストレージデバイスであってよい。利用可能な媒体は、磁気媒体、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、磁気テープであってよいし、光媒体（例えば、ＤＶＤ）であってよいし、半導体媒体、例えば、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などであってよい。

【0266】

この出願において提供される無線充電デバイスは、それらに限定されないが、実施形態１及び実施形態２の無線充電回路の回路構造を含むと理解すべきである。無線充電回路の処理モジュールは、図１２に示した処理チップ又は処理装置であってよく、図４ａ、図４ｂ、又は図８における、Ｑ値を決定するための方法を実行するように構成される。

【0267】

加えて、この出願の実施形態における、Ｑ値を決定するための方法は、送信端末デバイスに適用されうるし、受信端末デバイスにも適用されうることに留意すべきである。例えば、充電対象デバイスは、モバイルフォンである。加えて、Ｑ値を決定するための方法、及び異物をモニタリングするための方法は、モバイルフォンの無線充電環境をモニタリングするために利用されるし、他の充電環境、例えば、車載充電をモニタリングするためにも利用されうる。

【0268】

この出願の実施形態は、無線充電システムをさらに提供する。システムは、送信デバイスと、受信デバイスとを含む。送信デバイスは、上記の実施形態における無線充電デバイスである。受信デバイスは、充電対象デバイスである。さらに、無線充電デバイスは、実施形態１又は実施形態２の無線充電回路を含み、この出願の実施形態における、Ｑ値を決定するための方法を実施し、無線充電コイル内の異物をモニタリングするように構成される。

【0269】

送信デバイスは、無線充電デバイスである。受信デバイスは、充電対象デバイスである。

【0270】

任意選択で、受信デバイスは、実施形態１又は実施形態２の無線充電回路をさらに含み、この出願の実施形態における、Ｑ値を決定するための方法を実施するように構成され、無線充電コイル内の異物をモニタリングする機能を有する。

【0271】

具体的には、受信デバイスは、順に接続されている発振回路とモニタリング回路とを含む。

【0272】

発振回路は、直列に接続されている励起電圧源と、フルブリッジ回路と、ＬＣ直列回路とを含む。励起電圧源は、ＬＣ直列回路に安定電圧を供給するように構成される。

【0273】

フルブリッジ回路は、並列に接続されている第１のブリッジアームと第２のブリッジアームとを含む。第１のブリッジアームは、第１のスイッチングトランジスタＱ１と、第３のスイッチングトランジスタＱ３とを含む。第２のブリッジアームは、第２のスイッチングトランジスタＱ２と、第４のスイッチングトランジスタＱ４とを含む。ＬＣ直列回路は、直列に接続されているインダクタと、共振キャパシタとを含む。ＬＣ直列回路の一端は、第１のブリッジアームの位相中点に接続され、他端は、第２のブリッジアームの位相中点に接続される。ＬＣ直列回路の位相中点は、モニタリング回路に接続され、減衰振動の期間、共振電圧信号をモニタリング回路へと出力するように構成される。

【0274】

モニタリング回路は、比較モジュールと、処理モジュールとを含む。比較モジュールは、共振電圧信号を受信し、共振電圧信号をデジタル方形波信号に変換するように構成される。処理モジュールは、デジタル方形波信号を受信し、減衰振動の期間、スイッチングトランジスタＱ１からＱ４のターンオン及びターンオフに基づいて共振電圧減衰波形を取得し、第１のプリセット条件を満たし、かつ共振電圧減衰波形内にある第１のパラメータを取得し、第１のパラメータに基づいて品質因子Ｑを決定するように構成される。第１のパラメータは、ピークの数、谷の数、又は、ピークの数と谷の数との和を含む。

【0275】

回路接続プロセス、及びＱ値を決定するための方法については、上記の実施形態における説明を参照されたい。詳細については、ここでは再び説明されない。

【0276】

加えて、処理モジュールは、品質因子Ｑに基づいて異物をモニタリングして、モニタリング結果を取得するようにさらに構成される。品質因子Ｑが第１の閾値以下である場合、異物が存在すると決定される。品質因子Ｑが第１の閾値より大きく、かつ第２の閾値以下である場合、異物が存在する可能性があると決定される。品質因子Ｑが第２の閾値より大きい場合、異物が存在しないと決定される。

【0277】

この出願の明細書、特許請求の範囲、及び添付図において、用語“第１の”、“第２の”などは、類似の対象物を区別することを意図しており、必ずしも具体的な順序又は順番を示すものではない。加えて、用語“含む”、“包含する”、及びその他の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意味し、例えば、ステップ又はユニットの列挙を含むプロセス、方法、システム、製品、又はデバイスは、それらの表現上列挙されたステップ又はユニットに必ずしも限定されず、表現上列挙されていない、又はそのようなプロセス、方法、システム、又はデバイスに固有の、他のステップ又はユニットを含みうる。

【0278】

この明細書の実施形態における同じ又は類似の部分については、相互に参照されたい。特に、実施形態２と、受信デバイスの実施形態とは、基本的に、方法実施形態に類似しており、従って、簡単に説明されている。関連する部分については、方法実施形態における説明を参照されたい。

【0279】

上記の説明は、この出願の実装であり、この出願の保護範囲を限定することは意図されていない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】