CN116914951A - 无线充电设备及其包络检波电路、异物检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无线充电设备及其包络检波电路、异物检测方法和装置，属于无线充电技术领域，该包络检波电路包括：电压检测模块和包络信号生成电路，电压检测模块接入待测阻尼振荡信号并输出幅值变换后的所述阻尼振荡信号；包络信号生成电路包括放大器、第一开关管、电压变化率控制电路和相位补偿电路，放大器与第一开关管连接，第一开关管的漏极连接电源电压；电压变化率控制电路分别连接第一开关管的源极和相位补偿电路；相位补偿电路可输出待测阻尼振荡信号的包络信号。本发明能够输出待测阻尼振荡信号的包络信号，以便基于该包络信号实现异物检测，具有较广泛的应用场景。

Description

无线充电设备及其包络检波电路、异物检测方法和装置

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种无线充电设备及其包络检波电路、异物检测方法和装置。

背景技术

无线充电技术(Wireless charge technology)是一种具有更高的安全性、更强灵活性和通用性的充电方式，其利用电磁感应的方式在无线充电设备与电子设备之间进行能量传输。

而当无线充电设备与电子设备之间存在金属异物的话，金属异物在交变磁场下受热会导致能量利用率低，甚至导致设备损坏，所以异物检测功能是无线充电设备安全防护的关键。

但是，现阶段无线充电设备的异物检测方法中，大多在无线充电设备中内置异物检测芯片，该检测芯片出厂时即已设置好出厂参数，然而，对于不同的无线充电设备其无线发射器线圈的等效电阻和等效电感以及电容不相同，不同的等效电阻和等效电感以及电容会导致无线发射器的阻尼振荡频率、振荡摆幅和振荡衰减速率不同，这影响异物检测芯片的检测精度。且针对不同的无线发射器需要配置对应的异物检测芯片，以及考虑到对检测精度的不同需求，现有异物检测不具备普适性。

发明内容

本发明提出一种无线充电设备及其包络检波电路、异物检测方法和装置，该电路结构简单，且能够得到待测无线电源发射器的阻尼振荡信号的包络信号，以便于基于该包络信号在预设电压阈值内的变化时间，准确判断所述待测无线电源发射器工作范围内是否存在异物。

本发明第一方面实施例提出了一种包络检波电路，包括：电压检测模块，所述电压检测模块的输入端接入待测阻尼振荡信号，电压检测模块的输出端输出幅值变换后的所述阻尼振荡信号，所述待测阻尼振荡信号由待测无线电源发射器发出；包络信号生成电路，所述包络信号生成电路包括放大器、第一开关管、电压变化率控制电路和相位补偿电路，所述放大器的正输入端连接所述电压检测模块的输出端，所述放大器的负输入端连接所述第一开关管的源极，所述放大器的输出端连接所述第一开关管的栅极，所述第一开关管的漏极连接电源电压；所述电压变化率控制电路的一端连接所述第一开关管的源极，另一端连接所述相位补偿电路；所述相位补偿电路具有包络信号输出端，所述包络信号输出端输出基于所述待测阻尼振荡信号的包络信号。

在本发明一些实施例中，所述电压变化率控制电路包括：第二开关管，所述第二开关管的漏极连接所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的栅极连接第三开关管的栅极；第三开关管，所述第三开关管的漏极接入偏置电流，所述第三开关管的漏极连接所述第三开关管的栅极，所述第三开关管的源极接地；第四开关管，所述第四开关管的栅极连接所述第三开关管的栅极，所述第四开关管的源极接地，所述第四开关管的漏极连接第五开关管的源极；第五开关管，所述第五开关管的栅极连接开关控制电压，所述第五开关管的漏极连接所述第一开关管的源极。

在本发明一些实施例中，相位补偿电路包括：第一电阻和第一电容；所述第一电阻的一端连接所述第五开关管的漏极，所述第一电阻的另一端为所述包络信号输出端，第一电容的一端连接所述第一电阻的另一端，所述第一电容的另一端接地。

在本发明一些实施例中，包络检波电路还包括模数转换模块，所述模数转换模块的输入端连接所述包络信号输出端，所述模数转换模块的输出端输出模数转换后的采样信号，所述采样信号基于所述包络信号得到。

本发明第二方面的实施例提供了一种芯片，所述芯片上集成有如第一方面任一项所述的包络检波电路。

本发明第三方面的实施例提供了一种用于无线充电的异物检测装置，包括：第一方面任一项所述的包络检波电路，用于根据待测阻尼振荡信号，得到所述阻尼振荡信号的包络信号；异物检测模块，用于基于预设标准时间和所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间，判断待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。

本发明第四方面的实施例提供了一种无线充电设备，包括：无线电源发射器，所述无线电源发射器包括：桥驱模块和桥式驱动电路，所述桥驱模块用于输出调制信号，通过所述调制信号控制桥式驱动电路的导通或关断，所述桥式驱动电路用于输出阻尼振荡信号；第三方面所述的用于无线充电的异物检测装置。

本发明第五方面的实施例提供了一种无线充电异物检测方法，应用第一方面任一项所述的包络检波电路，所述方法包括：获取待测阻尼振荡信号，并对所述阻尼振荡信号进行幅值变换，所述待测阻尼振荡信号由待测无线电源发射器发出；对幅值变换后的所述阻尼振荡信号进行包络拟合，得到所述阻尼振荡信号的包络信号；计算所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间，根据预设标准时间和所述变化时间，判断所述无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。

在本发明一些实施例中，对幅值变换后的所述阻尼振荡信号进行包络拟合，得到所述阻尼振荡信号的包络信号，包括：控制所述包络检波电路中的偏置电流增加到第一目标值，得到具有第一目标曲线精度的包络信号；或者控制所述偏置电流减小到第二目标值，以得到具有第二目标曲线精度的包络信号；其中，所述第二目标值小于所述第一目标值，所述第一目标曲线精度小于所述第二目标曲线精度。

在本发明一些实施例中，对幅值变换后的所述阻尼振荡信号进行包络拟合，得到所述阻尼振荡信号的包络信号，还包括：控制所述包络检波电路中第五开关管的开关控制电压为高电平，以得到具有第三目标曲线精度的包络信号；或者，控制所述第五开关管的开关控制电压为低电平，以得到具有第四目标曲线精度的包络信号；其中，所述第三目标曲线精度小于所述第四目标曲线精度。

在本发明一些实施例中，计算所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间，根据预设标准时间和所述变化时间，判断所述无线电源发射器的工作范围内是否存在异物，包括：获取所述包络信号的目标曲线精度以及所述目标曲线精度对应的预设标准时间，所述目标曲线精度包括所述第一目标曲线精度、第二目标曲线精度、第三目标曲线精度、第四目标曲线精度中的任一个；在所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间大于等于所述预设标准时间的情况下，确定所述无线电源发射器的工作范围内不存在异物；在所述变化时间小于所述预设标准时间的情况下，确定所述无线电源发射器的工作范围内存在异物。

本发明第六方面的实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第五方面任一项所述的方法。

本发明第七方面的实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行实现如第五方面所述的方法。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的包络检波电路结构简单，可应用于低功耗场景中，应用范围更广，通过待测阻尼振荡信号的包络信号判断无线电源发射器的工作范围内是否存在异物，其放大器和第一开关管的电路连接，可实现电路的快速上电，其电压变化率控制电路设计可实现对偏置电流或开关管控制端电压的调节，进而实现拟合包络信号的精度可控，进一步提高电路的适用范围，能够满足不同的包络信号拟合精度，相位补偿电路的设计可提高电路稳定性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1示出了本发明实施例中一种阻尼振荡信号及其包络线的曲线示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种无线电源发射器的内部结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种H桥式驱动电路的结构示意图；

图4示出了本发明实施例中无线电源发射器产生阻尼振荡信号的电路原理图；

图5示出了本发明实施例中一种包络检波电路的电路结构示意图；

图6示出了本发明实施例中包络信号生成电路的电路结构示意图；

图7示出了本发明一实施例中一种待测阻尼振荡信号及其包络信号的试验效果图；

图8示出了本发明实施例中一种无线充电异物检测方法的步骤流程图；

图9示出了本发明实施例中一种用于无线充电的异物检测装置的结构示意图；

图10示出了本发明一实施例提供的无线充电设备的结构示意图；

图11示出了本发明另一实施例提供的电子设备的结构示意图；

图12示出了本发明一实施例所提供的一种存储介质的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在相关技术中，对无线充电设备的异物检测方式主要包括扫频法测量品质因数Q和功率损耗法异物检测。其中，扫频法测量品质因数的方法通过检测LC谐振回路的谐振频率，当异物放置到无线充电发射端表面时，等效感抗和等效电阻发生改变，品质因数Q降低，通过改变频率检测线路的Q值，判断线路中是否有异物存在，但是该方法需要改变扫描频率，检测方法较慢，且电路结构复杂。功率损耗法异物检测主要依赖无线充电发射端和接收端通信汇报的功率是否准确，但是受到不同负载的发射端和接收端上报功率存在偏差，或者能量在空气中发散等可变因素的影响，功率损耗法异物检测方法的准确度不高，稳定性不强。

由此可知，上述方法虽然可以进行无线充电异物检测，但具有一定缺陷且未考虑到不同的无线充电设备之间的差异性，相关技术中大多是在无线充电设备中内置异物检测芯片，该检测芯片出厂时即已设置好出厂参数，然而，对于不同的无线充电设备其无线发射器线圈的等效电阻和等效电感以及电容不相同，不同的等效电阻和等效电感以及电容会导致无线发射器的阻尼振荡频率、振荡摆幅和振荡衰减速率不同，这影响异物检测芯片的检测精度。且针对不同的无线发射器需要配置对应的异物检测芯片，以及考虑到对检测精度的不同需求，现有异物检测不具备普适性。

鉴于上述还没有结构简单、精度可调、适应性强的异物检测方法，本发明实施例提出了一种无线充电设备及其包络检波电路、异物检测方法、异物检测装置、电子设备及存储介质。

在一个例子中，当待测无线电源发射器与电子设备在能量传输的过程中，由于待测无线电源发射器中的线圈非理想性存在阻性负载，则线圈两端会存在震荡衰减的阻尼振荡波形，若交变电磁场内不存在任何金属器件，阻尼振荡波形的衰减频率由无线电源发射器的固有振荡频率决定，保持缓慢衰减；若交变电磁场内仅存在金属异物时，阻尼振荡频率受到金属异物影响，波形迅速衰减，基于此，可以通过检测阻尼振荡波形来判断待测无线电源发射器工作范围内是否存在异物。

但是，由于不同无线电源发射器内线圈的等效电阻和等效电感或电容不同，这导致针对不同的无线电源发射器的阻尼振荡信号的阻尼振荡频率、振荡摆幅和振荡衰减速率均不同，进而影响检测精度和异物检测芯片的通用性，且阻尼振荡信号的幅值和振荡周期往往不易检测，不便于直接获取。

因此，本发明实施例通过设置一种包络检波电路对阻尼振荡信号进行处理，得到其包络信号，其中，包络信号是将一段时间长度的信号的峰值点连线，所得到的包络线，包络线是可以反映信号幅度变化的曲线。图1示出一种阻尼振荡信号及其包络线的曲线示意图。图1中曲线1表示阻尼振荡信号的波形，曲线2表示阻尼振荡信号的包络，横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为电压值，单位为伏，从图1可以看出，包络曲线的斜率可以表征阻尼振荡信号的幅度变化率。

基于上述包络信号和阻尼振荡信号的关系，以及当无线电源发射器的工作范围内是存在异物时，阻尼振荡频率迅速衰减的原理，则本实施例通过阻尼振荡信号的包络信号来判断待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物，可提高检测精度。

在描述本发明实施例之前，对阻尼震荡波形的产生原理进行说明：

图2示出一种无线电源发射器的内部结构示意图，如图2所示，无线电源发射器包括桥驱模块和桥式驱动电路，桥驱模块用于输出调制信号，通过调制信号控制桥式驱动电路的导通或关断，桥式驱动电路用于输出阻尼振荡信号，并且可以实现直流转交流的功能，其中，调制信号为PWM波(一种阶跃信号)。

图3示出一种H桥式驱动电路的结构示意图，包括4个高压NMOS管(S1、S2、S3、S4)、线圈L2和电容C2，桥驱模块通过控制桥式驱动电路NMOS管的栅极电压，设置H桥式驱动电路的S2和S3导通、S1和S4关断，此时H桥电流通路为Vin－S2—C2—L2—S3—GND，此时S4的漏极会产生一个向上的阶跃信号，L2两端产生阻尼振荡波形。同理，设置H桥式驱动电路的S2和S3关断，S1和S4导通，此时H桥电流通路为Vin－S1—L2—C2—S4—GND，此时S3的漏极会产生一个向上的阶跃信号，L2两端产生阻尼振荡波形。

图4示出无线电源发射器产生阻尼振荡信号的电路原理图，当线圈L2和电容C2理想情况下，线路中不存在阻性负载R2，在输入端Vin为一个阶跃信号时电路回路会发生振荡，振荡频率为：

但由于线圈的非理想性，则存在电阻R2，R2作为耗能元件会使得振荡衰减。

图4所示RLC电路为二阶电路，设电容C2两端电压为Uc，其可以用下述线性二阶常微分方程描述：

则，当RLC电路的零输入响应，即Vin(0)＝0时，

由微分方程理论可知，齐次方程解答的形式由特征方程跟的性质决定，而特征方程为：

特征方程根为：

令

则S1和S2为共轭复数，实部为负；根据***稳定性原理可知，当***存在左半平面的共轭复数根，***是趋于稳定的。所以调整R2、C2和L2，令其满足

当输入端Vin为一个阶跃信号时，RLC回路会产生振荡，并最终趋于稳定，即可产生阻尼振荡波形。

下面对本发明实施例进行详细描述。

实施例一

图5示出本发明实施例提供的一种包络检波电路的电路结构示意图，参考图5，该包络检波电路包括电压检测模块和包络信号生成电路，电压检测模块的输入端接入待测阻尼振荡信号，待测阻尼振荡信号由待测无线电源发射器发出。电压检测模块的输出端输出幅值变换后的阻尼振荡信号，包络信号生成电路用于对幅值变换后的阻尼振荡信号进行处理，得到其包络信号。

其中，电压检测模块用于获取待测阻尼振荡信号，由于待测阻尼振荡信号是由待测无线电源发射器发出的，其电压幅值较大，直接进行包络检波会影响异物检测精度，因此，本实施例的电压检测模块还用于对待测阻尼振荡信号进行幅值变换，例如，将待测阻尼振荡信号的电压值按照预设比例进行缩放。

在一个例子中，电压检测模块可以是电压转换器等具有电压幅值缩放功能的集成模块或芯片。

本实施例中，包络信号生成电路包括放大器、第一开关管、电压变化率控制电路和相位补偿电路，放大器用于接入阻尼振荡信号，第一开关管用于实现包络信号生成电路的快速上电以及缓慢下电，电压变化率控制电路用于实现包络信号的精度可调，相位补偿电路用于实现包络信号生成电路的稳定性。

图6示出一种包络信号生成电路的电路结构示意图，参考图6，放大器AMP1的正输入端连接电压检测模块的输出端，放大器AMP1的负输入端连接第一开关管M1的源极，放大器AMP1的输出端连接第一开关管M1的栅极，第一开关管M1的漏极连接电源电压，电压变化率控制电路的一端连接第一开关管M1的源极，另一端连接相位补偿电路，相位补偿电路具有包络信号输出端，包络信号输出端输出基于待测阻尼振荡信号的包络信号。

本实施例中，电压变化率控制电路包括：第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5，在一个例子中，上述第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5包括但不限于三极管，本实施例以上述第一至五开关管为NMOS管进行举例。

但本实施例对开关管的类型不做具体限定，只要，第一至第五开关管可以形成具有包络拟合功能的电路，能够实现开关管的截止和放大功能即可。

参考图6，第二开关管M2的漏极连接第一开关管M1的源极，第二开关管M2的源极接地，第二开关管M2的栅极连接第三开关管M3的栅极。第三开关管M3的漏极接入偏置电流，第三开关管M3的漏极连接第三开关管M3的栅极，第三开关管M3的源极接地。第四开关管M4的栅极连接第三开关管M3的栅极，第四开关管M4的源极接地，第四开关管M4的漏极连接第五开关管M5的源极。第五开关管M5的栅极连接开关控制电压，第五开关管M5的漏极连接第一开关管M1的源极。

相较于相关技术中采用二极管作为开关，而本实施例中使用AMP1和第一开关管，不存在二极管导通电压(Von＝0.6V)，因此上述包络信号生成电路可以应用于低电压器件，更便于集成到芯片内部。

参考图6，本实施例的相位补偿电路包括：第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1的一端连接第五开关管M5的漏极，第一电阻R1的另一端为包络信号输出端，第一电容C1的一端连接第一电阻R1的另一端，第一电容C1的另一端接地。

其中，第一电阻R1可作为采样电阻，第一电容C1用于存储电荷，且第一电阻R1和第一电容C1的存在还可以改善相位偏差，对包络信号生成电路进行相位补偿，改善电路的相位裕度，进而提高电路稳定性。

需要说明的是，该包络检波电路具体可集成到分立的芯片内，作为MCU的硬件外设实现，在MCU集成性较高的情况下，也可直接集成到MCU的芯片上，以节省额外的芯片，本实施例对此不做具体限定。

下面对本实施例包络信号生成电路的电路原理进行说明。

可以理解的是，阻尼振荡信号自身是一种震荡衰减信号，因此其振荡初始电压要高于衰减之后的电压，则在初始时刻，通过放大器AMP1正输入端输入的信号的Vin大于第一开关管M1的源极电压V1，即，放大器AMP1正输入端电压大于负输入端电压，此时放大器AMP1输出端为高电平，第一开关管M1处于导通状态，由于第一开关管M1的漏极连接电源电压，则包络信号生成电路快速上电，使得V1点电压迅速上升，进而为第一电容C1充电。此设计可以根据放大器AMP1正负输入端的差模电压及时打开第一开关管，进而可以减少降低包络信号的锯齿电压，提高信号拟合精度。

随着Vin的下降，当Vin小于第一开关管M1的源极电压V1时，放大器AMP1正输入端电压小于负输入端电压，放大器AMP1输出端低电平，第一开关管M1的栅极电压下降，导致M1关断，电源VDD无法为第一电容C1充电。由此可知，当Vin>V1时，第一开关管M1导通，包络信号输出端Vout电荷积累，电压上升，当Vin<V1时，第一开关管M1关断，包络信号输出端Vout电荷被第二开关管M2抽取，电压下降，进而可以根据包络信号输出端Vout的电压变化拟合出阻尼振荡信号的包络信号。

图7示出本实施例的一种待测阻尼振荡信号及其包络信号的试验效果图，图7中曲线3表示待测阻尼振荡信号的曲线，曲线4表示待测阻尼振荡信号的包络信号曲线，图7的横坐标为时间，单位为微秒，纵坐标为电压值，单位为伏。

本实施例中，第二开关管M2的漏极连接第一开关管M1的源极，由于偏置电流Ibias的存在，第二开关管M2处于导通状态，通过改变偏置电流Ibias的大小，可以改变第二开关管M2的下拉电流，当第二开关管M2的下拉电流增加时，第二开关管M2的分压变大，V1点的分压减小，V1点电压下降速度增加，即，增加偏置电流Ibias可以加快V1点电压下降速度，进而加快包络信号输出端Vout的电压下降速度。同理，当第二开关管M2的下拉电流减小时，第二开关管M2的分压变小，V1点的电压下降缓慢，V1点电压下降速度减小，即，减小偏置电流Ibias可以减小V1点电压下降速度。进而可以改变输出端Vout上电下电速率，实现拟合信号的精度可调。

由图6所示的电路可知，第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4组成电流镜结构，第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4的栅极均受偏置电流Ibias的控制，而第四开关管M4是否接入电路由第五开关管M5的导通和关断来控制，通过控制第五开关管M5的栅极电压Va可以控制第五开关管M5的导通和关断，当Va为高电平时，M5导通，此时第四开关管M4接入电路，在M2导通的基础上，增加了第四开关管M4的下拉电流，因此，进一步提高V1点电压下降速率。当Va为低电平时，M5不导通，此时第四开关管M4不接入电路，相比第四开关管M4接入电路时V1点的电压下降速率，第四开关管M4不接入电路时V1点的电压下降速率降低。即，本实施例通过控制第五开关管M5的栅极电压Va，来控制第四开关管M4是否接入电路，可以进一步改变输出端Vout的上电下电速率，实现拟合信号的精度可调。

在一个例子中，本实施例调节拟合信号的精度，可以包括：在第五开关管M5关断的情况下，改变偏置电流Ibias大小；或者，保持偏置电流Ibias不变，控制第五开关管M5的导通或关断；或者，在第五开关管M5导通的情况下，改变偏置电流Ibias大小。可以满足不同的拟合信号精度需求，实现拟合信号的精度可调。

在另一个例子中，本实施例还可以改变第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4的尺寸，来进一步改变包络信号生成电路的下拉总电流。

由于包络信号生成电路得到的包络信号为模拟信号，参考图5，本实施例的包络检波电路还包括模数转换模块，模数转换模块的输入端连接包络信号输出端，模数转换模块的输出端输出模数转换后的采样信号，采样信号基于包络信号得到。

本实施例的包络检波电路结构简单，可应用于低功耗场景中，应用范围更广，且通过对待测阻尼振荡信号进行处理，对偏置电流和\或开关管控制端电压的调节，可以实现拟合信号的精度可控，进一步提高电路的适用范围，且能够满足不同的包络信号拟合精度，以通过得到的包络拟合信号判断无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。

实施例二

基于上述包络检波电路相同的构思，本实施例还提供一种芯片，该芯片上集成有如上述任一实施方式的包络检波电路，例如，图5和图6所示的电路。

具体地，该芯片可以是包括上述分立器件的专用芯片，也可以是MCU集成芯片，只要能够实现该电路的作用，输出阻尼振荡信号对应的包络信号即可。

本实施例提供的芯片，基于上述包络检波电路相同的构思，故至少能够实现上述包络检波电路能够实现的有益效果，且上述包络检波电路的任意实施方式均可应用于本实施例提供的芯片中，在此不再赘述。

实施例三

基于上述包络检波电路相同的构思，本实施例还提供一种无线充电异物检测方法，该方法应用上述实施例的包络检波电路，在一个例子中，本方法的执行主体可以是MCU、其它数字逻辑单元、具有MCU或其它数字逻辑单元的电子设备。

图8示出了本发明实施例中一种无线充电异物检测方法的步骤流程图，如图8所示，该方法包括以下步骤S801～S803：

S801、获取待测阻尼振荡信号，并对阻尼振荡信号进行幅值变换。

本实施例中，待测阻尼振荡信号由待测无线电源发射器发出。由于无线电源发射器发出的待测阻尼振荡信号电压幅值较大，直接进行包络检波会影响异物检测精度，因此，本实施例通过对阻尼振荡信号进行幅值变换，以改变其幅值，例如，将待测阻尼振荡信号的电压值按照预设比例进行缩放。

S802、对幅值变换后的阻尼振荡信号进行包络拟合，得到阻尼振荡信号的包络信号。

应用上述包络检波电路，获取幅值变换后的阻尼振荡信号的包络信号，具体地，将幅值变换后的阻尼振荡信号输入包络检波电路的放大器AMP1正输入端，在初始时刻，放大器AMP1正输入端输入的信号的Vin大于第一开关管M1的源极电压V1，即，放大器AMP1正输入端电压大于负输入端电压，此时放大器AMP1输出端为高电平，第一开关管M1处于导通状态，由于第一开关管M1的漏极连接电源电压，则包络信号生成电路快速上电，使得V1点电压迅速上升，进而为第一电容C1充电。随着Vin的下降，当Vin小于第一开关管M1的源极电压V1时，放大器AMP1正输入端电压小于负输入端电压，放大器AMP1输出端低电平，第一开关管M1的栅极电压下降，导致M1关断，电源VDD无法为第一电容C1充电。由此可知，当Vin>V1时，第一开关管M1导通，包络信号输出端Vout电荷积累电压升高，当Vin<V1时，第一开关管M1关断，包络信号输出端Vout电荷被抽取，电压下降，进而可以根据包络信号输出端Vout的电压变化拟合出阻尼振荡信号的包络信号。

为了实现本实施例的包络信号的精度可调，本实施例对幅值变换后的所述阻尼振荡信号进行包络拟合，得到阻尼振荡信号的包络信号，包括：控制包络检波电路的偏置电流增加到第一目标值，得到具有第一目标曲线精度的包络信号；或者，控制偏置电流减小到第二目标值，以得到具有第二目标曲线精度的包络信号；其中，第一目标曲线精度小于第二目标曲线精度。

其实现的电路原理为：通过改变偏置电流Ibias的大小，可以改变第二开关管M2的下拉电流，当第二开关管M2的下拉电流增加时，第二开关管M2的分压变大，V1点的分压减小，V1点电压下降速度增加，即，增加偏置电流Ibias可以加快V1点电压下降速度，进而加快包络信号输出端Vout的电压下降速度。同理，当第二开关管M2的下拉电流减小时，第二开关管M2的分压变小，V1点的电压下降缓慢，V1点电压下降速度减小，即，减小偏置电流Ibias可以减小V1点电压下降速度。进而可以改变输出端Vout上电下电速率，实现拟合信号的精度可调。

可以理解的是，输出端Vout的电压变化速率可以用包络信号曲线在预设时间段的斜率来表示，则其斜率越小表示电压变化速率越慢，其包络信号曲线越缓和，曲线精度越高。

基于上述方法可知本实施例可通过调节偏置电流的大小，来改变输出端Vout的电压变化速率，进而来得到具有不同拟合精度的包络信号。

在另一个例子中，对幅值变换后的阻尼振荡信号进行包络拟合，得到阻尼振荡信号的包络信号，还包括：控制包络检波电路中第五开关管的开关控制电压为高电平，以得到具有第三目标曲线精度的包络信号；或者，控制第五开关管的开关控制电压为低电平，以得到具有第四目标曲线精度的包络信号；其中，第三目标曲线精度小于第四目标曲线精度。

本实施例中的第一目标值、第二目标值、第一目标曲线精度、第二目标曲线精度、第三目标曲线精度和第四目标曲线精度可根据不同无线充电发射端的等效电阻和等效电感等参数人为设定。

本实施例中通过控制第五开关管的开关控制电压调节包络信号精度的原理为：当第五开关管的开关控制电压Va为高电平时，M5导通，此时第四开关管M4接入电路，在M2导通的基础上，增加了第四开关管M4的下拉电流，因此，V1点电压进一步下降，进一步提高V1点电压下降速率。当Va为低电平时，M5不导通，此时第四开关管M4不接入电路，相比第四开关管M4接入电路时V1点的电压下降速率，第四开关管M4不接入电路时V1点的电压下降速率降低。即，本实施例通过控制第五开关管M5的栅极电压Va，来控制第四开关管M4是否接入电路，可以进一步改变输出端Vout的上电下电速率，实现拟合信号的精度可调。

在一个例子中，对拟合信号的精度调节可以是控制第五开关管的开关控制电压为低电平，第五开关管M5关断，第四开关管M4不接入电路，将偏置电流Ibias作为变量来改变拟合信号的精度。

在另一个例子中，对拟合信号的精度调节可以是控制第五开关管的开关控制电压为高电平，第五开关管M5导通，第四开关管M4接入电路，将偏置电流Ibias作为变量来改变拟合信号的精度。

在又一个例子中，对拟合信号的精度调节还可以是保持偏置电流Ibias的大小不变，将第五开关管的开关控制电压作为变量，控制第五开关管M5的关断和导通状态，来改变拟合信号的精度。

则通过不同的精度调节方法可以得到具有不同精度的拟合信号曲线，以满足不同的拟合精度需求，大大提高本实施例包络检波信号的适用场景。

S803、计算包络信号在预设电压阈值内的变化时间，根据预设标准时间和变化时间，判断无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。

具体地，判断无线电源发射器的工作范围内是否存在异物，包括：获取包络信号的目标曲线精度以及目标曲线精度对应的预设标准时间，在包络信号在预设电压阈值内的变化时间大于等于预设标准时间的情况下，确定无线电源发射器的工作范围内不存在异物，在变化时间小于预设标准时间的情况下，确定无线电源发射器的工作范围内存在异物。本实施例中，无线电源发射器的工作范围可以是无线电源发射产生的磁场范围，也可以是预设的区域，在此不做限定。

由交变电磁场内仅存在金属异物时，阻尼振荡频率受到金属异物影响，波形迅速衰减，而阻尼振荡信号的包络曲线变化跟随阻尼振荡信号的频率变化而变化。因此，可根据包络信号在预设电压阈值内的变化时间来判断是否存在金属异物。

本实施例中，目标曲线精度包括所述第一目标曲线精度、第二目标曲线精度、第三目标曲线精度、第四目标曲线精度中的任一个。可以理解的是，不同的目标曲线精度具有不同的曲线变化率，则可通过经验数据或查表得到不同的目标曲线精度对应的预设标准时间，进而得到包络信号的目标曲线精度及其对应的预设标准时间。

在包络信号在预设电压阈值内的变化时间大于等于预设标准时间的情况下，说明包络信号下降缓慢，阻尼振荡信号缓慢衰减，确定无线电源发射器的工作范围内不存在异物。在变化时间小于预设标准时间的情况下，说明包络信号下降迅速，阻尼振荡信号快速衰减，确定无线电源发射器的工作范围内存在异物。

本实施例提供的无线充电异物检测方法，基于包络检波电路的包络检波功能，对待测阻尼振荡信号进行幅值变换、包络拟合，得到包络信号，并根据包络信号在预设电压阈值内的变化时间和预设标准时间，判断所述无线电源发射器的工作范围内是否存在异物，可以实现无线充电的异物检测。

另外还可以通过控制偏置电压的大小以及开关管的关断与导通状态实现包络信号精度可调，扩大异物检测的适用场景。

实施例四

基于上述包络检波电路相同的构思，本实施例还提供一种用于无线充电的异物检测装置，图9示出一种用于无线充电的异物检测装置的结构示意图，如图9所示，该装置包括：上述的包络检波电路，用于根据待测阻尼振荡信号，得到阻尼振荡信号的包络信号；异物检测模块，用于基于预设标准时间和包络信号在预设电压阈值内的变化时间，判断待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。

本实施例提供的异物检测装置，基于上述包络检波电路相同的构思，故至少能够实现上述包络检波电路能够实现的有益效果，且上述包络检波电路的任意实施方式均可应用于本实施例提供的异物检测装置中，在此不再赘述。

实施例五

基于上述用于无线充电的异物检测装置相同的构思，本实施例还提供一种无线充电设备，图10示出一种无线充电设备的结构示意图，如图10所示，

该一种无线充电设备包括：无线电源发射器和上述用于无线充电的异物检测装置，无线电源发射器包括：桥驱模块和桥式驱动电路，桥驱模块用于输出调制信号，通过调制信号控制桥式驱动电路的导通或关断，桥式驱动电路用于输出阻尼振荡信号。具体的无线电源发射器的结构如图2所示。

本实施例提供的无线充电设备，基于上述用于无线充电的异物检测装置相同的构思，故至少能够实现上述用于无线充电的异物检测装置能够实现的有益效果，且上述用于无线充电的异物检测装置的任意实施方式均可应用于本实施例提供的无线充电设备中，在此不再赘述。

实施例六

本发明实施方式还提供一种电子设备，以执行上述无线充电异物检测方法。请参考图11，其示出了本发明的一些实施方式所提供的一种电子设备的示意图。如图11所示，电子设备40包括：处理器400，存储器401，总线402和通信接口403，处理器400、通信接口403和存储器401通过总线402连接；存储器401中存储有可在处理器400上运行的计算机程序，处理器400运行计算机程序时执行本发明前述任一实施方式所提供的异物检测方法。

其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口403(可以是有线或者无线)实现该装置网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。

总线402可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器401用于存储程序，处理器400在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明实施例任一实施方式揭示的异物检测方法可以应用于处理器400中，或者由处理器400实现。

处理器400可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器400中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器400可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器400读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例提供的电子设备与本发明实施例提供的异物检测方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

实施例七

本发明实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的异物检测方法对应的计算机可读存储介质，请参考图12，其示出的计算机可读存储介质为光盘30，其上存储有计算机程序(即程序产品)，计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的异物检测方法。

需要说明的是，计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。

本发明的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本发明实施例提供的异物检测方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种包络检波电路，其特征在于，包括：

电压检测模块，所述电压检测模块的输入端接入待测阻尼振荡信号，电压检测模块的输出端输出幅值变换后的所述阻尼振荡信号，所述待测阻尼振荡信号由待测无线电源发射器发出；

包络信号生成电路，所述包络信号生成电路包括放大器、第一开关管、电压变化率控制电路和相位补偿电路，所述放大器的正输入端连接所述电压检测模块的输出端，所述放大器的负输入端连接所述第一开关管的源极，所述放大器的输出端连接所述第一开关管的栅极，所述第一开关管的漏极连接电源电压；所述电压变化率控制电路的一端连接所述第一开关管的源极，另一端连接所述相位补偿电路；所述相位补偿电路具有包络信号输出端，所述包络信号输出端输出基于所述待测阻尼振荡信号的包络信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压变化率控制电路包括：

第二开关管，所述第二开关管的漏极连接所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的栅极连接第三开关管的栅极；

第三开关管，所述第三开关管的漏极接入偏置电流，所述第三开关管的漏极连接所述第三开关管的栅极，所述第三开关管的源极接地；

第四开关管，所述第四开关管的栅极连接所述第三开关管的栅极，所述第四开关管的源极接地，所述第四开关管的漏极连接第五开关管的源极；

第五开关管，所述第五开关管的栅极连接开关控制电压，所述第五开关管的漏极连接所述第一开关管的源极。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述相位补偿电路包括：第一电阻和第一电容；

所述第一电阻的一端连接所述第五开关管的漏极，所述第一电阻的另一端为所述包络信号输出端，第一电容的一端连接所述第一电阻的另一端，所述第一电容的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述包络检波电路还包括模数转换模块，

所述模数转换模块的输入端连接所述包络信号输出端，所述模数转换模块的输出端输出模数转换后的采样信号，所述采样信号基于所述包络信号得到。

5.一种芯片，其特征在于，所述芯片上集成有如权利要求1-4任一项所述的包络检波电路。

6.一种用于无线充电的异物检测装置，其特征在于，包括：

权利要求1-4任一项所述的包络检波电路，用于根据待测阻尼振荡信号，得到所述阻尼振荡信号的包络信号；

异物检测模块，用于基于预设标准时间和所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间，判断待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。

7.一种无线充电设备，其特征在于，包括：

无线电源发射器，所述无线电源发射器包括：桥驱模块和桥式驱动电路，所述桥驱模块用于输出调制信号，通过所述调制信号控制桥式驱动电路的导通或关断，所述桥式驱动电路用于输出阻尼振荡信号；

权利要求6所述的用于无线充电的异物检测装置。

8.一种无线充电异物检测方法，其特征在于，应用权利要求1-4任一项所述的包络检波电路，所述方法包括：

获取待测阻尼振荡信号，并对所述阻尼振荡信号进行幅值变换，所述待测阻尼振荡信号由待测无线电源发射器发出；

对幅值变换后的所述阻尼振荡信号进行包络拟合，得到所述阻尼振荡信号的包络信号；

计算所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间，根据预设标准时间和所述变化时间，判断所述无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对幅值变换后的所述阻尼振荡信号进行包络拟合，得到所述阻尼振荡信号的包络信号，包括：

控制所述包络检波电路中的偏置电流增加到第一目标值，得到具有第一目标曲线精度的包络信号；或者

控制所述偏置电流减小到第二目标值，以得到具有第二目标曲线精度的包络信号；

其中，所述第二目标值小于所述第一目标值，所述第一目标曲线精度小于所述第二目标曲线精度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对幅值变换后的所述阻尼振荡信号进行包络拟合，得到所述阻尼振荡信号的包络信号，还包括：

控制所述包络检波电路中第五开关管的开关控制电压为高电平，以得到具有第三目标曲线精度的包络信号；

或者，控制所述第五开关管的开关控制电压为低电平，以得到具有第四目标曲线精度的包络信号；

其中，所述第三目标曲线精度小于所述第四目标曲线精度。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，计算所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间，根据预设标准时间和所述变化时间，判断所述无线电源发射器的工作范围内是否存在异物，包括：

获取所述包络信号的目标曲线精度以及所述目标曲线精度对应的预设标准时间，所述目标曲线精度包括所述第一目标曲线精度、第二目标曲线精度、第三目标曲线精度、第四目标曲线精度中的任一个；

在所述包络信号在预设电压阈值内的变化时间大于等于所述预设标准时间的情况下，确定所述无线电源发射器的工作范围内不存在异物；

在所述变化时间小于所述预设标准时间的情况下，确定所述无线电源发射器的工作范围内存在异物。

12.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求8-11任一项所述的方法。

13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行实现如权利要求8-11任一项所述的方法。