TWI655824B - 感應式電源供應器之金屬異物檢測方法及其供電模組 - Google Patents

Abstract

一種金屬異物檢測方法，用於一感應式電源供應器之供電模組，該供電模組包含有一供電線圈，其受控於一第一驅動訊號及一第二驅動訊號。該金屬異物檢測方法包含有在該第一驅動訊號及該第二驅動訊號上週期性產生一偵測訊號，該偵測訊號控制該供電線圈進行諧振並產生一線圈訊號；設定至少一臨界電壓，並將該線圈訊號的複數個峰值分別和該至少一臨界電壓進行比較，以產生複數個觸發訊號；根據該線圈訊號之一諧振頻率，決定是否執行一預充電程序；以及根據該複數個觸發訊號及該諧振頻率，判斷該感應式電源供應器之一供電範圍內是否存在金屬異物。

Description

感應式電源供應器之金屬異物檢測方法及其供電模組

本發明係指一種用於感應式電源供應器之金屬異物檢測方法，尤指一種可在感應式電源供應器啟動送電之前判別金屬異物是否存在的方法。

在感應式電源供應器中，供電端係透過驅動電路推動供電線圈產生諧振，進而發出射頻電磁波，再透過受電端的線圈接收電磁波能量後進行電性轉換，以產生直流電源提供予受電端裝置。供電線圈所發送的電磁能量若施加在金屬體上，會對其產生加熱效果，累積熱量後可能造成金屬體高溫引起燃燒而發生危害。在先前技術中，感應式電源供應器可在送電過程中週期性地中斷驅動以進行金屬異物檢測，若發現金屬異物即停止發送電力，過一段時間之後再重新啟動送電，接著送電一段期間後，若偵測到金屬異物存在則再次停止送電。如此反覆循環仍持續對金屬物體加熱，長時間加熱過後仍可能發生危險。

有鑑於此，實有必要提出另一種金屬異物檢測方法，可在感應式電源供應器開始送電之前進行判斷，並在發現金屬異物存在時不啟動送電，進而實現更有效的金屬異物防護機制。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種可在感應式電源供應器啟動送電之前判別金屬異物是否存在的方法，可提升感應式電源供應器之金屬異物防護功效。

本發明揭露一種金屬異物檢測方法，用於一感應式電源供應器之一供電模組，該供電模組包含有一供電線圈，該供電線圈受控於一第一驅動訊號及一第二驅動訊號。該金屬異物檢測方法包含有在該第一驅動訊號及該第二驅動訊號上週期性產生一偵測訊號，其中，該偵測訊號控制該供電線圈進行諧振並產生一線圈訊號；設定至少一臨界電壓，並將該線圈訊號的複數個峰值分別和該至少一臨界電壓進行比較，以產生複數個觸發訊號；根據該線圈訊號之一諧振頻率，決定是否執行一預充電程序；以及根據該複數個觸發訊號及該諧振頻率，判斷該感應式電源供應器之一供電範圍內是否存在金屬異物。

本發明另揭露一種用於一感應式電源供應器之供電模組，用來執行一金屬異物檢測方法，該供電模組包含有一供電線圈、一供電驅動模組、一訊號接收模組及一處理器。該供電驅動模組耦接於該供電線圈，用來輸出一第一驅動訊號及一第二驅動訊號至該供電線圈，並在該第一驅動訊號及該第二驅動訊號上週期性產生一偵測訊號，其中，該偵測訊號控制該供電線圈進行諧振並產生一線圈訊號。該訊號接收模組耦接於該供電線圈，用來設定至少一臨界電壓，並將該線圈訊號的複數個峰值分別和該至少一臨界電壓進行比較，以產生複數個觸發訊號。該處理器耦接於該訊號接收模組，用來執行以下步驟：根據該線圈訊號之一諧振頻率，決定是否執行一預充電程序；以及根據該複數個觸發訊號及該諧振頻率，判斷該感應式電源供應器之一供電範圍內是否存在金屬異物。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一感應式電源供應器100之示意圖。如第1圖所示，感應式電源供應器100包含有一供電模組1及一受電模組2。供電模組1可接收來自於一電源供應器10之電源，並輸出無線電力至受電模組2。供電模組1包含有一供電線圈16及諧振電容141、142，以C－L－C的結構設置。其中，供電線圈16可用來發送電磁能量至受電模組2以進行供電，諧振電容141及142分別耦接於供電線圈16兩端，於供電時可用來搭配供電線圈16進行諧振。此外，在供電模組1中，可選擇性地採用磁性材料所構成之一磁導體161，用來提升供電線圈16之電磁感應能力，同時避免電磁能量影響線圈非感應面方向之物體。

為控制供電線圈16及諧振電容141、142的運作，供電模組1另包含有一處理器111、一時脈產生器112、供電驅動單元121及122、一訊號接收模組120及一分壓電路130。供電驅動單元121及122耦接於供電線圈16及諧振電容141及142，可分別發送驅動訊號D1及D2至供電線圈16，其可接收處理器111的控制，用以驅動供電線圈16產生並發送能量。時脈產生器112耦接於供電驅動單元121及122，可用來控制供電驅動單元121及122發送驅動訊號D1及D2。時脈產生器112可以是一脈衝寬度調變產生器（Pulse Width Modulation generator，PWM generator）或其它類型的時脈產生器，用來輸出一時脈訊號至供電驅動單元121及122。處理器111可接收供電線圈16上的線圈訊號C1（即供電線圈16及諧振電容142之間的電壓訊號）之相關資訊，如線圈訊號C1之諧振頻率或衰減幅度等，並據以判別金屬異物是否存在。處理器111可以是一中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、一微處理器（microprocessor）、一微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、或其它類型的處理裝置或運算裝置。訊號接收模組120可用來追蹤線圈訊號C1之諧振頻率及峰值大小，並將諧振頻率或峰值之相關資訊提供予處理器111以進行後續判讀。分壓電路130包含有分壓電阻131及132，其可對供電線圈16上的線圈訊號C1進行衰減之後，將其輸出至處理器111及訊號接收模組120。在部分實施例中，若處理器111及訊號接收模組120等電路具有足夠的耐壓，亦可不採用分壓電路130，直接由處理器111接收供電線圈16上的線圈訊號C1。至於其他可能的組成元件或模組，如供電單元、顯示單元等，可視系統需求而增加或減少，故在不影響本實施例之說明下，略而未示。

在一實施例中，訊號接收模組120包含有一電壓產生裝置113、一比較器114及一電壓偵測裝置115，如第1圖所示。電壓偵測裝置115可用來偵測線圈訊號C1之峰值電壓，並將接收到的電壓資訊傳送至處理器111。電壓偵測裝置115可以是一類比數位轉換器（Analog to Digital Converter，ADC），用來將供電線圈16上的類比電壓轉換為數位的電壓資訊，並將此電壓資訊輸出至處理器111。處理器111即可根據上述電壓資訊來設定用於判斷金屬異物的臨界電壓，並將臨界電壓之資訊輸出至電壓產生裝置113。電壓產生裝置113可以是一數位類比轉換器（Digital to Analog Converter，DAC），其可接收來自於處理器111之臨界電壓資訊，將其轉換為類比電壓並加以輸出。比較器114之一輸入端可接收臨界電壓，另一輸入端則接收來自於供電線圈16之線圈訊號C1，其可比較線圈訊號C1與臨界電壓，處理器111再根據上述比較之結果來判斷金屬異物是否存在。需注意的是，訊號接收模組120亦可整合於處理器111內部，而不限於此。

請繼續參考第1圖。受電模組2包含有一負載單元21、一電容22、一整流電路230、一受電線圈26及諧振電容241、242。在受電模組2中，亦可選擇性地採用磁性材料所構成之一磁導體261，以提升受電線圈26之電磁感應能力，同時避免電磁能量影響後端電路。受電線圈26可用來接收供電線圈16之供電，並將接收到的電力傳送至整流電路230以進行整流，完成整流之後再傳送至後端的電容22及負載單元21。電容22可以是用來進行濾波的濾波電容或用於穩定輸出電壓的穩壓電容，且不應以此為限。在受電模組2中，其他可能的組成元件或模組，如訊號反饋電路、受電微處理器等，可視系統需求而增加或減少，故在不影響本實施例之說明下，略而未示。

此外，一金屬異物3未包含於感應式電源供應器100，但繪示於第1圖中的供電模組1及受電模組2之間以方便說明。當金屬異物3位於感應式電源供應器100之供電範圍內時，可能會接收到供電模組1發送的電磁能量而發熱。本發明之金屬異物檢測方法即可用來判斷感應式電源供應器100之供電範圍內是否存在金屬異物3，並在確認無金屬異物3之後啟動送電。

本發明之金屬異物檢測方法可用於感應式電源供應器開始發送電力之前，以在發現金屬異物時不啟動送電。首先，感應式電源供應器100之供電模組1可發送一偵測訊號，用來偵測金屬異物3。詳細來說，供電驅動單元121及122可在輸出至供電線圈16之驅動訊號D1及D2上產生脈衝作為偵測訊號，偵測訊號可控制供電線圈16進行諧振並產生線圈訊號C1。請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一偵測訊號DET之示意圖。第2圖繪示驅動訊號D1及D2以及線圈訊號C1之波形。其中，供電驅動單元121及122可控制驅動訊號D1及D2在電壓準位高和低之間同步切換二次，隨後，當驅動訊號D2位於低準位時，由供電驅動單元121單獨控制驅動訊號D1切換至高準位再回到低準位而形成一脈波訊號P1，使得供電線圈16根據脈波訊號P1而進行諧振。

詳細來說，單獨控制驅動訊號D1產生脈波訊號P1可在供電線圈16兩端產生不同電壓，即可驅動供電線圈16進行諧振。預先控制驅動訊號D1及D2先在電壓準位高和低之間同步切換二次之目的在於，預先對供電驅動單元121及122內部的自舉電容（Bootstrap Capacitor）進行充電。一般來說，自舉電容可用來驅動供電驅動單元121及122輸出可推動供電線圈16運作之高電壓，此自舉電容需在供電驅動單元121及122輸出驅動訊號的同時進行充電。當供電驅動單元121及122長時間未進行運作之後，自舉電容所儲存的電荷會逐漸耗盡。若在自舉電容所儲存之電荷不足的情形下進行驅動，脈波訊號P1可能無法有效推動供電線圈16到達足夠的高電壓。因此，可透過驅動訊號D1及D2同步驅動的方式先讓自舉電容到達足夠電荷，隨後再單獨驅動任一驅動訊號D1或D2以控制供電線圈16進行諧振。需注意的是，上述控制驅動訊號D1及D2同步切換二次的方式僅為本發明眾多實施方式當中的一種，本領域具通常知識者應了解，亦可在輸出脈波訊號P1之前控制驅動訊號D1及D2同步切換三次以上或僅切換一次。

當供電驅動單元121及122輸出偵測訊號DET之後，供電線圈16即可開始進行自諧振並持續衰減，處理器111可根據線圈訊號C1之衰減型態來進行金屬異物3的判斷。例如，處理器111可控制訊號接收模組120設定至少一臨界電壓或傳送至少一臨界電壓至訊號接收模組120，使得線圈訊號C1振盪時產生之多個峰值可分別和至少一臨界電壓進行比較，以產生複數個觸發訊號。如第2圖所示，其另包含比較器114所輸出之一比較結果CP1之波形。訊號接收模組120可先設定一臨界電壓TH，由電壓產生裝置113輸出臨界電壓TH，比較器114比較線圈訊號C1之峰值和臨界電壓TH，以取得包含複數個觸發訊號之比較結果CP1。

詳細來說，請參考第3圖，第3圖為本發明實施例線圈訊號C1之峰值與臨界電壓進行比較以產生觸發訊號之示意圖。第3圖繪示線圈訊號C1及比較結果CP1之波形。如第3圖所示，在接收到偵測訊號DET之後，線圈訊號C1即開始振盪並衰減。

處理器111或訊號接收模組120可分別設定一第一臨界電壓TH1、一第二臨界電壓TH2及一第三臨界電壓TH3。首先，電壓產生裝置113輸出第一臨界電壓TH1，比較器114先比較線圈訊號C1之峰值與第一臨界電壓TH1，以在比較結果CP1上產生第一觸發訊號T1。由於線圈訊號C1持續衰減，代表線圈訊號C1之峰值持續下降。當峰值下降至低於第一臨界電壓TH1時，第一觸發訊號T1即停止出現，此時電壓產生裝置113改為輸出小於第一臨界電壓TH1之第二臨界電壓TH2，比較器114比較線圈訊號C1之峰值與第二臨界電壓TH2，以在比較結果CP1上產生第二觸發訊號T2。當峰值持續衰減並下降至低於第二臨界電壓TH2時，第二觸發訊號T2即停止出現，此時電壓產生裝置113改為輸出小於第二臨界電壓TH2之第三臨界電壓TH3，以在比較結果CP1上產生第三觸發訊號T3。直到峰值下降至低於第三臨界電壓TH3時，第三觸發訊號T3即停止出現。

在一實施例中，訊號接收模組120可在供電驅動單元121及122產生並輸出偵測訊號DET時，取得線圈訊號C1到達之高電壓準位作為參考電壓VC，接著將參考電壓VC分別乘上至少一比例而產生至少一臨界電壓。舉例來說，訊號接收模組120中的電壓偵測裝置115可偵測線圈訊號C1上的參考電壓VC，並將參考電壓VC分別乘上一第一比例、一第二比例及一第三比例而分別產生第一臨界電壓TH1、第二臨界電壓TH2及第三臨界電壓TH3。其中，第一比例、第二比例及第三比例可分別為四分之一、八分之一以及十六分之一。一般來說，當供電線圈16受到偵測訊號DET的驅動並開始進行自諧振時，線圈訊號C1之最大峰值電壓約落在參考電壓VC之二分之一左右，接著開始衰減且衰減幅度隨著峰值大小而逐漸下降。因此，可將第一臨界電壓TH1設置於參考電壓VC之四分之一，以取得線圈訊號C1之峰值衰減一半的時間。

由上述可知，用來和線圈訊號C1進行比較的臨界電壓是由供電線圈16驅動時線圈訊號C1上的高電位（即參考電壓VC）作為基準，乘上特定比例之後而產生。因此，無論驅動訊號的大小如何改變，在金屬異物3不存在的情況下，最終取得的第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2及／或第三觸發訊號T3的時間長度皆不會發生變化。在此情形下，本發明之金屬異物判斷方法可用於任何環境，即用於不同驅動訊號振幅的輸出，此外，線圈特性對線圈訊號C1衰減的影響和對參考電壓VC的影響也能夠等比例抵消。相較之下，傳統感應式電源供應器往往採用線圈訊號之衰減斜率來判斷金屬異物，其斜率判斷基準較難以對應不同驅動訊號適當地進行調整。

另一方面，當金屬異物3存在的情況下，金屬異物3會吸收供電線圈16發送的電磁能量，造成線圈訊號C1衰減的速度加快，使得第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2及／或第三觸發訊號T3出現的時間長度縮短，如第4圖所示。較佳地，處理器111可計算比較結果CP1上第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2及第三觸發訊號T3出現的整體時間長度，並將該時間長度與一預設時間值進行比較。若該時間長度大於預設時間值時，則判斷感應式電源供應器100之供電範圍內不存在金屬異物3；若該時間長度小於預設時間值時，則判斷感應式電源供應器100之供電範圍內可能存在金屬異物3。預設時間值可預先設定，例如使用者透過大量測試取得各別感應式電源供應器在無金屬異物存在之下觸發訊號的時間長度以及不同金屬異物存在之下的觸發訊號的時間長度，以在兩者之間取得一最佳值作為預設時間值。在一實施例中，亦可採用第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2及／或第三觸發訊號T3的數量作為金屬異物3判斷的依據。一般來說，當金屬異物3存在時，第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2或第三觸發訊號T3中任一者的時間長度或數量皆會小於無金屬異物3的情況。當感應式電源供應器100判斷金屬異物3存在時，則不會啟動電力發送。

在另一實施例中，亦可僅採用第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2及／或第三觸發訊號T3當中一至二者的時間長度作為金屬異物3的判斷依據。需注意的是，上述三段觸發訊號的判斷方式可進一步判斷感應式電源供應器100是否正常運作，例如受電模組2發生故障或其它狀況。舉例來說，當受電模組2之整流電路230發生非對稱性的故障時，其靠近供電模組1會造成線圈訊號C1出現不規則抖動式衰減，其波形如第5圖所示。在此情形下，處理器111容易誤判諧振頻率，且難以透過單一臨界電壓所產生的觸發訊號有效進行偵測。同樣地，當感應式電源供應器100判斷受電模組2發生故障的情形下，亦不會啟動電力發送。在其它實施例中，亦可設定更多臨界電壓以取得更多段觸發訊號來進行判斷。

如上所述，當供電線圈16受到偵測訊號DET的驅動並開始進行諧振時，線圈訊號C1之最大峰值電壓約落在參考電壓VC之二分之一左右，且線圈訊號C1衰減幅度隨著峰值大小而逐漸下降。因此，線圈訊號C1之峰值由參考電壓VC之二分之一下降至四分之一的時間大約等於由參考電壓VC之四分之一下降至八分之一的時間，也大約等於由參考電壓VC之八分之一下降至十六分之一的時間。換言之，在線圈訊號C1正常衰減的情形下（即未發生故障的情況下），第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2及第三觸發訊號T3各自出現的時間長度會大致相等，無論是否存在金屬異物3。在此情形下，處理器111可據此判斷感應式電源供應器100或受電模組2是否正常運作，例如當判斷第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2或第三觸發訊號T3當中任一者之時間長度過長或過短時判斷發生故障。

值得注意的是，受電模組2包含有容量較大的電容22。在開始充電之前，電容22內部尚未開始儲存電荷，當受電模組2靠近供電模組1且供電線圈16發送偵測訊號DET時，受電模組2之後端電路瞬間導通，使得線圈諧振產生之能量迅速被電容22接收並儲存。此時，會在受電端接收電力的路徑上產生一突波電流（rush current），同時供電線圈16發送之能量迅速被吸收，使得線圈訊號C1衰減速度加快，進而縮短訊號接收模組120產生的觸發訊號之時間長度。在此情形下，只要包含有大電容之受電模組2靠近供電模組1，處理器111極可能誤判為金屬異物3存在，使得發送電力的程序永遠無法開啟。

為解決上述問題，本發明另透過諧振頻率的取得來判斷靠近供電端的物體是否為正確的受電模組2，並在判斷出受電模組2時，透過預充電的方式將電荷傳送至電容22，直到電容22充飽電量之後，即不再吸收偵測訊號DET之能量，使得處理器111可順利進行金屬異物3的判斷。

請參考第6圖，第6圖為本發明實施例判斷線圈訊號C1之諧振頻率之示意圖。如第6圖搭配第1圖之訊號接收模組120所示，由於線圈訊號C1係以零電位為中心上下振盪，因此，電壓產生裝置113可輸出零電位至比較器114，使得比較器輸出一時脈訊號，其頻率即等於線圈訊號C1之諧振頻率。或者，若電壓產生裝置113及比較器114被設定用來取得對應於線圈訊號C1峰值之觸發訊號時，訊號接收模組120可包含另一組電壓產生裝置及比較器，用來取得諧振頻率。

由前述可知，處理器111可根據第一觸發訊號T1、第二觸發訊號T2及第三觸發訊號T3出現的整體時間長度來進行金屬異物3的判斷。若該時間長度大於預設時間值時，則判斷感應式電源供應器100之供電範圍內不存在金屬異物3；若該時間長度小於預設時間值時，代表線圈訊號C1衰減速度加快，其可能是由金屬異物3所造成，或由受電模組2之電容22造成，需要進一步的判斷。在一實施例中，若處理器111判斷該時間長度小於預設時間值時，可進一步判斷供電線圈16之諧振頻率。一般來說，受電模組2大多設置有磁導體261，當磁導體261靠近供電端時，會降低供電線圈16自諧振之頻率。在此情形下，處理器111可預先設定一預設頻率值以和偵測到的線圈諧振頻率進行比較，例如根據供電線圈16在未靠近外界物體（即無磁導體靠近）的情況下偵測到的自諧振頻率，以及受電模組2與供電模組1具有不同距離之下偵測到的線圈自諧振頻率，在兩者之間取得一最佳值作為預設頻率值。接著，在輸出偵測訊號DET並取得供電線圈16之諧振頻率之後，處理器111可進一步判斷其諧振頻率大小。若判斷諧振頻率大於預設頻率值時，代表線圈訊號C1衰減速度加快是由金屬異物3所造成，進而判斷感應式電源供應器100之供電範圍內存在金屬異物3；若判斷諧振頻率小於預設頻率值時，代表受電模組2之磁導體261靠近使諧振頻率降低，因而線圈訊號C1衰減速度加快是由受電模組2之電容22造成，在此情形下，處理器111可執行一預充電程序，以發送電力對電容22充電，直到電容22所儲存之電量足夠之後，即不再影響線圈訊號C1之衰減速度，處理器111進而判斷靠近供電模組1之裝置為受電模組2而不是金屬異物3。

請參考第7圖，第7圖為本發明實施例偵測訊號DET及預充電程序PRE之示意圖。第7圖繪示驅動訊號D1及D2以及線圈訊號C1之波形。如第7圖所示，偵測訊號DET可週期性地被傳送，而處理器111可取得對應於每一偵測訊號DET之線圈訊號C1衰減特性，如透過上述觸發訊號之時間長度以及諧振頻率。當處理器111判斷諧振頻率下降但觸發訊號之時間長度屬於金屬異物3存在的情況，表示正確的受電模組2靠近但其電容22尚未儲存足夠電荷。因此，可在每數次偵測訊號DET之後執行一次預充電程序PRE。在預充電程序PRE中，供電模組1發送電力以對受電模組2中的電容22進行充電，然而，發送電力的時間長度及能量不足以啟動受電模組2回應資料碼之運作。更明確來說，執行預充電程序PRE時仍未完成金屬異物3判斷之程序，即尚未確定金屬異物3是否存在，因此，預充電程序PRE僅發送少量電力，以避免電力過大而啟動受電模組2回應資料碼，進而啟動完整的充電程序，此時若金屬異物3存在，容易發生過熱危險。

因此，供電模組1可在傳送數次偵測訊號DET之後執行一次預充電程序PRE，隨後再傳送偵測訊號DET以判斷線圈訊號C1自諧振之諧振頻率以及觸發訊號之時間長度（即比較時間長度與預設時間值）。在此例中，偵測訊號DET僅包含二次驅動訊號D1及D2同步切換加上一次脈波訊號P1，其發送的能量極小；相較之下，一次預充電程序PRE往往包含近百次驅動訊號D1及D2切換，使得電容22能夠在有限時間內充電至足夠電量。一般來說，若供電模組1之供電範圍內為正確的受電模組2時，經過數次預充電程序PRE之後可讓電容22到達足夠電量，此時，於透過偵測訊號DET來判斷金屬異物3之過程中，處理器111即可判斷觸發訊號之時間長度大於預設時間值，同時透過線圈訊號C1之諧振頻率判斷受電模組2靠近，進而啟動正常充電程序。在正常充電程序中，供電模組1輸出較長時間的電力，使得受電模組2回傳資料碼以啟動供電模組1進行完整電力傳送。

值得注意的是，若預充電程序PRE執行的次數到達一預設次數之後，觸發訊號之時間長度仍被判斷為小於預設時間值時，處理器111即判斷感應式電源供應器100之供電範圍內存在金屬異物3或感應式電源供應器100未能正常運作（例如發生故障），以上情況供電模組1皆不會啟動電力傳送。在一實施例中，金屬異物3可能和受電模組2同時靠近供電模組1，當供電模組1輸出偵測訊號DET之後，處理器111可透過線圈訊號C1之諧振頻率判斷受電模組2靠近，並透過觸發訊號之時間長度判斷金屬異物3可能存在。接著，處理器111執行預充電程序PRE，再輸出偵測訊號DET以進行判斷。然而，即使透過預充電將電容22電量填滿，金屬異物3仍持續吸收能量而造成線圈訊號C1快速衰減。因此，當預充電程序PRE的次數到達預設次數之後，若處理器111仍判斷觸發訊號之時間長度小於預設時間值，即可判斷金屬異物3存在，此時，處理器111停止發送偵測訊號DET且不啟動正常充電程序。換句話說，只要偵測到受電模組2存在或靠近（即判斷線圈訊號C1之諧振頻率低於預設頻率值），處理器111皆會執行預充電程序PRE，無論金屬異物3是否存在。需要經過多次預充電程序PRE使受電端之電容充滿電荷之後，才能夠透過觸發訊號之時間長度來正確判別金屬異物3。除此之外，受電模組2故障或損壞時也可能發生多次預充電之後線圈訊號C1之衰減速度仍過大的情況，此時處理器111亦停止發送偵測訊號DET同時不啟動正常充電程序。

上述關於供電模組進行金屬異物判斷的方法可歸納為一金屬異物檢測流程80，如第8圖所示。金屬異物檢測流程80可用於一感應式電源供應器之供電端，如第1圖之供電模組1，其包含以下步驟：

步驟800： 開始。

步驟802： 在驅動訊號D1及D2上產生一偵測訊號DET，其中，偵測訊號DET控制供電線圈16進行諧振並產生線圈訊號C1。

步驟804： 於偵測訊號DET產生時，取得線圈訊號C1上的一參考電壓VC。

步驟806： 將參考電壓VC分別乘上至少一比例而產生至少一臨界電壓。

步驟808： 將線圈訊號C1的複數個峰值分別和至少一臨界電壓進行比較，以產生複數個觸發訊號。

步驟810： 計算該複數個觸發訊號出現的一時間長度。

步驟812： 比較該時間長度與一預設時間值，若判斷該時間長度大於預設時間值時，則執行步驟814；若判斷該時間長度小於預設時間值時，則執行步驟816。

步驟814： 判斷感應式電源供應器100之供電範圍內不存在金屬異物3，接著執行步驟826。

步驟816： 比較線圈訊號C1之諧振頻率與一預設頻率值，若判斷該諧振頻率大於預設頻率值時，則執行步驟818；若判斷該諧振頻率小於預設頻率值時，則執行步驟820。

步驟818： 判斷感應式電源供應器100之供電範圍內存在金屬異物3，接著執行步驟826。

步驟820： 判斷預充電程序PRE執行的次數是否到達一預設次數。若是，則執行步驟824；若否，則執行步驟822。

步驟822： 執行預充電程序PRE，接著回到步驟802。

步驟824： 判斷感應式電源供應器100之供電範圍內存在金屬異物3或感應式電源供應器100未正常運作，接著執行步驟826。

步驟826： 結束。

關於金屬異物檢測流程80之詳細運作方式及變化可參考上述段落之說明，在此不贅述。

綜上所述，本發明提供了一種判別金屬異物的方法，可用於感應式電源供應器啟動送電之前，若判斷金屬異物存在，則感應式電源供應器不啟動送電，以避免金屬異物接收電磁能量造成發熱的危險。在供電模組中，供電驅動模組可週期性地發送偵測訊號，使得供電線圈產生諧振，其線圈訊號並逐漸衰減。處理器可根據線圈諧振頻率來判斷是否有受電模組靠近。訊號接收模組可設定至少一臨界電壓，並依序比較線圈訊號之峰值與各臨界電壓而產生觸發訊號，處理器即可根據觸發訊號出現的時間長度來判斷金屬異物是否存在。若該時間長度大於預設時間值時，可判斷感應式電源供應器之供電範圍內不存在金屬異物，並啟動完整電力傳送；若該時間長度小於預設時間值時，代表線圈訊號衰減速度加快，其可能是由金屬異物所造成，或由受電模組之電容造成。供電模組進一步執行預充電程序以發送電力提供予受電模組之電容，直到電容所儲存之電量足夠之後，即不再影響線圈訊號之衰減速度，處理器進而判斷靠近供電模組之裝置為受電模組，並啟動完整電力傳送。若受電模組和金屬異物同時靠近供電模組，供電端仍可透過諧振頻率偵測到受電模組靠近，並執行預充電程序，然而，當執行預充電程序的次數到達一預設次數之後（即受電端之電容已儲存足夠電量），若處理器仍判斷觸發訊號出現的時間長度小於預設時間值，代表金屬異物存在或感應式電源供應器未能正常運作，則供電模組不啟動完整電力傳送。如此一來，本發明可在感應式電源供應器啟動送電之前進行金屬異物判斷，能夠有效判別靠近供電端之物體為正確的受電模組或金屬異物，且當受電模組和金屬異物同時靠近供電模組時，供電端亦能夠正確進行判別。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧感應式電源供應系統

1‧‧‧供電模組

10‧‧‧電源供應器

111‧‧‧處理器

112‧‧‧時脈產生器

113‧‧‧電壓產生裝置

114‧‧‧比較器

115‧‧‧電壓偵測裝置

120‧‧‧訊號接收模組

121、122‧‧‧供電驅動單元

130‧‧‧分壓電路

131、132‧‧‧分壓電阻

141、142‧‧‧諧振電容

16‧‧‧供電線圈

161、261‧‧‧磁導體

D1、D2‧‧‧驅動訊號

C1‧‧‧線圈訊號

2‧‧‧受電模組

21‧‧‧負載單元

22‧‧‧電容

230‧‧‧整流電路

241、242‧‧‧諧振電容

26‧‧‧受電線圈

3‧‧‧金屬異物

DET‧‧‧偵測訊號

P1‧‧‧脈波訊號

CP1‧‧‧比較結果

TH‧‧‧臨界電壓

TH1‧‧‧第一臨界電壓

TH2‧‧‧第二臨界電壓

TH3‧‧‧第三臨界電壓

T1‧‧‧第一觸發訊號

T2‧‧‧第二觸發訊號

T3‧‧‧第三觸發訊號

VC‧‧‧參考電壓

PRE‧‧‧預充電程序

80‧‧‧金屬異物檢測流程

800～826‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例一感應式電源供應器之示意圖。 第2圖為本發明實施例一偵測訊號之示意圖。 第3圖為本發明實施例線圈訊號之峰值與臨界電壓進行比較以產生觸發訊號之示意圖。 第4圖為金屬異物存在的情況下觸發訊號的時間縮短之示意圖。 第5圖為受電模組發生故障時在線圈訊號上造成不規則抖動式衰減之示意圖。 第6圖為本發明實施例判斷線圈訊號之諧振頻率之示意圖。 第7圖為本發明實施例偵測訊號及預充電程序之示意圖。 第8圖為本發明實施例一金屬異物檢測流程之示意圖。

Claims (22)

1. 一種金屬異物檢測方法，用於一感應式電源供應器之一供電模組，該供電模組包含有一供電線圈，該供電線圈受控於一第一驅動訊號及一第二驅動訊號，該金屬異物檢測方法包含有： 在該第一驅動訊號及該第二驅動訊號上週期性產生一偵測訊號，其中，該偵測訊號控制該供電線圈進行諧振並產生一線圈訊號； 設定至少一臨界電壓，並將該線圈訊號的複數個峰值分別和該至少一臨界電壓進行比較，以產生複數個觸發訊號； 根據該線圈訊號之一諧振頻率，決定是否執行一預充電程序；以及 根據該複數個觸發訊號及該諧振頻率，判斷該感應式電源供應器之一供電範圍內是否存在金屬異物。
2. 如請求項1所述之金屬異物檢測方法，其中在該第一驅動訊號及該第二驅動訊號上週期性產生該偵測訊號之步驟中，每一次產生該偵測訊號包含有以下步驟： 控制該第一驅動訊號及該第二驅動訊號在一第一電壓準位及一第二電壓準位之間同步切換複數次；以及 於控制該第一驅動訊號及該第二驅動訊號同步切換複數次之後，在該第二驅動訊號位於該第二電壓準位時，單獨控制該第一驅動訊號至該第一電壓準位再回到該第二電壓準位而形成一脈波訊號，使得該供電線圈根據該脈波訊號而進行諧振。
3. 如請求項1所述之金屬異物檢測方法，其中該預充電程序包含有： 發送電力以對該感應式電源供應器之一受電模組中的一電容進行充電，其中，發送電力的時間長度及能量不足以啟動該受電裝置回應一資料碼之運作。
4. 如請求項1所述之金屬異物檢測方法，另包含有： 根據該複數個觸發訊號，判斷該感應式電源供應器之一受電模組是否故障。
5. 如請求項1所述之金屬異物檢測方法，其中設定該至少一臨界電壓之步驟包含有： 於該偵測訊號產生時，取得該線圈訊號上的一參考電壓；以及 將該參考電壓分別乘上至少一比例而產生該至少一臨界電壓。
6. 如請求項1所述之金屬異物檢測方法，其中該至少一臨界電壓包含有複數個臨界電壓，且設定該至少一臨界電壓之步驟包含有： 於該偵測訊號產生時，取得該線圈訊號上的一參考電壓；以及 將該參考電壓分別乘上一第一比例、一第二比例及一第三比例而分別產生該複數個臨界電壓中的一第一臨界電壓、一第二臨界電壓及一第三臨界電壓。
7. 如請求項6所述之金屬異物檢測方法，其中該第一比例為四分之一，該第二比例為八分之一，該第三比例為十六分之一。
8. 如請求項6所述之金屬異物檢測方法，其中將該線圈訊號的該複數個峰值分別和該至少一臨界電壓進行比較以產生該複數個觸發訊號之步驟包含有： 比較該複數個峰值與該第一臨界電壓，以產生該複數個觸發訊號中的至少一第一觸發訊號； 於該至少一第一觸發訊號停止出現時，比較該複數個峰值與該第二臨界電壓，以產生該複數個觸發訊號中的至少一第二觸發訊號，其中，該第二臨界電壓小於該第一臨界電壓；以及 於該至少一第二觸發訊號停止出現時，比較該複數個峰值與該第三臨界電壓，以產生該複數個觸發訊號中的至少一第三觸發訊號，其中，該第三臨界電壓小於該第二臨界電壓。
9. 如請求項8所述之金屬異物檢測方法，其中根據該複數個觸發訊號判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內是否存在金屬異物之步驟包含有： 計算該至少一第一觸發訊號、該至少一第二觸發訊號及該至少一第三觸發訊號出現的一時間長度。
10. 如請求項9所述之金屬異物檢測方法，其中根據該線圈訊號之該諧振頻率決定是否執行該預充電程序，以及根據該複數個觸發訊號及該諧振頻率判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內是否存在金屬異物之步驟包含有： 比較該時間長度與一預設時間值； 於判斷該時間長度大於該預設時間值時，判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內不存在金屬異物；以及 於判斷該時間長度小於該預設時間值時，另執行以下步驟： 比較該諧振頻率與一預設頻率值； 於該諧振頻率大於該預設頻率值時，判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內存在金屬異物；以及 於該諧振頻率小於該預設頻率值時，執行該預充電程序，並再次比較該時間長度與該預設時間值。
11. 如請求項10所述之金屬異物檢測方法，另包含有： 當該預充電程序執行的次數到達一預設次數之後該時間長度仍被判斷為小於該預設時間值時，判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內存在金屬異物或該感應式電源供應器未正常運作。
12. 一種用於一感應式電源供應器之供電模組，用來執行一金屬異物檢測方法，該供電模組包含有： 一供電線圈； 一供電驅動模組，耦接於該供電線圈，用來輸出一第一驅動訊號及一第二驅動訊號至該供電線圈，並在該第一驅動訊號及該第二驅動訊號上週期性產生一偵測訊號，其中，該偵測訊號控制該供電線圈進行諧振並產生一線圈訊號； 一訊號接收模組，耦接於該供電線圈，用來設定至少一臨界電壓，並將該線圈訊號的複數個峰值分別和該至少一臨界電壓進行比較，以產生複數個觸發訊號；以及 一處理器，耦接於該訊號接收模組，用來執行以下步驟： 根據該線圈訊號之一諧振頻率，決定是否執行一預充電程序；以及 根據該複數個觸發訊號及該諧振頻率，判斷該感應式電源供應器之一供電範圍內是否存在金屬異物。
13. 如請求項12所述之供電模組，其中該供電驅動模組執行以下步驟，以產生該偵測訊號： 控制該第一驅動訊號及該第二驅動訊號在一第一電壓準位及一第二電壓準位之間同步切換複數次；以及 於控制該第一驅動訊號及該第二驅動訊號同步切換複數次之後，在該第二驅動訊號位於該第二電壓準位時，單獨控制該第一驅動訊號至該第一電壓準位再回到該第二電壓準位而形成一脈波訊號，使得該供電線圈根據該脈波訊號而進行諧振。
14. 如請求項12所述之供電模組，其中該預充電程序包含有： 發送電力以對該感應式電源供應器之一受電模組中的一電容進行充電，其中，發送電力的時間長度及能量不足以啟動該受電裝置回應一資料碼之運作。
15. 如請求項12所述之供電模組，其中該處理器另根據該複數個觸發訊號，判斷該感應式電源供應器之一受電模組是否故障。
16. 如請求項12所述之供電模組，其中該訊號接收模組執行以下步驟以設定該至少一臨界電壓： 於該偵測訊號產生時，取得該線圈訊號上的一參考電壓；以及 將該參考電壓分別乘上至少一比例而產生該至少一臨界電壓。
17. 如請求項12所述之供電模組，其中該至少一臨界電壓包含有複數個臨界電壓，且該訊號接收模組執行以下步驟以設定該複數個臨界電壓： 於該偵測訊號產生時，取得該線圈訊號上的一參考電壓；以及 將該參考電壓分別乘上一第一比例、一第二比例及一第三比例而分別產生該複數個臨界電壓中的一第一臨界電壓、一第二臨界電壓及一第三臨界電壓。
18. 如請求項17所述之供電模組，其中該第一比例為四分之一，該第二比例為八分之一，該第三比例為十六分之一。
19. 如請求項17所述之供電模組，其中該訊號接收模組執行以下步驟，以將該線圈訊號的該複數個峰值分別和該至少一臨界電壓進行比較，以產生該複數個觸發訊號： 比較該複數個峰值與該第一臨界電壓，以產生該複數個觸發訊號中的至少一第一觸發訊號； 於該至少一第一觸發訊號停止出現時，比較該複數個峰值與該第二臨界電壓，以產生該複數個觸發訊號中的至少一第二觸發訊號，其中，該第二臨界電壓小於該第一臨界電壓；以及 於該至少一第二觸發訊號停止出現時，比較該複數個峰值與該第三臨界電壓，以產生該複數個觸發訊號中的至少一第三觸發訊號，其中，該第三臨界電壓小於該第二臨界電壓。
20. 如請求項19所述之供電模組，其中該處理器執行以下步驟，以根據該複數個觸發訊號判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內是否存在金屬異物： 計算該至少一第一觸發訊號、該至少一第二觸發訊號及該至少一第三觸發訊號出現的一時間長度。
21. 如請求項20所述之供電模組，其中該處理器執行以下步驟，以根據該線圈訊號之該諧振頻率決定是否執行該預充電程序，並根據該複數個觸發訊號及該諧振頻率判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內是否存在金屬異物： 比較該時間長度與一預設時間值； 於判斷該時間長度大於該預設時間值時，判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內不存在金屬異物；以及 於判斷該時間長度小於該預設時間值時，該處理器另執行以下步驟： 比較該諧振頻率與一預設頻率值； 於該諧振頻率大於該預設頻率值時，判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內存在金屬異物；以及 於該諧振頻率小於該預設頻率值時，執行該預充電程序，並再次比較該時間長度與該預設時間值。
22. 如請求項21所述之供電模組，其中當該預充電程序執行的次數到達一預設次數之後該時間長度仍被判斷為小於該預設時間值時，該處理器判斷該感應式電源供應器之該供電範圍內存在金屬異物或該感應式電源供應器未正常運作。