7，212，414中被描述，并且通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。除了由于初級單元與次級裝置的未對準(zhǔn)而引起的電力損失改變之夕卜，電力損失可作為切換電路的操作頻率或與次級裝置相關(guān)聯(lián)的負(fù)載的電力需求的函數(shù)發(fā)生改變。例如，可編程的電子負(fù)載可被用于在恒定電壓下測試不同電流或在恒定電流下測試不同電壓。
[0059]所述方法包括測量初級單元中的輸入電力的特征、測量初級單元的振蕩電路中的電力的特征，在初級單元中接收來自至少一個次級裝置的信息，將感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力消耗估計為至少是所測量的初級單元的振蕩電路中的電力的特征的函數(shù)，比較所測量的初級單元中的輸入電力的特征、來自至少一個次級裝置的信息以及所估計的電力消耗以確定有不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近，以及響應(yīng)于不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近的確定而限制或停止從初級單元的感應(yīng)電力傳輸。
[0060]估計所消耗的電力可包括估計感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失、估計由次級裝置的負(fù)載提取的電力或這兩者。感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失的估計可以是所測量的初級單元的振蕩電路中的電力的特征和來自次級裝置的信息的函數(shù)。例如，電力損失估計可包括估計初級單元磁滯電力損失、初級單元磁禍電流電力損失、初級單元電壓電力損失、初級單元電阻電力損失和次級裝置電力損失。關(guān)于次級裝置電力損失的信息可由次級裝置部分地或完全地提供。例如，信息可以為下列形式:次級裝置ID、次級裝置中的電力的特征的測量結(jié)果、次級裝置中的電力損失的估計、一個或多個電力損失系數(shù)(包括表征磁滯和磁渦流損失的系數(shù))或其組合?？梢跃痛渭壯b置渦電流電力損失、次級磁滯損失、次級裝置電壓電力損失以及次級裝置電阻電力損失而言來描述次級裝置電力損失。
[0061 ] 額外的傳感器可以被包括在初級單元和次級單元中以更準(zhǔn)確地測量操作期間系統(tǒng)中的各種電力損失。然而，額外的傳感器可能增加初級單元和次級裝置的成本和尺寸。因此，在一些實施例中，曲線擬合分析可以被用于基于實驗數(shù)據(jù)來估計電力損失。例如，在一個實施例中，可以對初級單元、次級裝置、電力負(fù)載、次級裝置位置(包括定位和方向)、頻率和友好寄生的各種組合收集實驗數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^實驗被收集的數(shù)據(jù)類型本質(zhì)上可包括任何類型的測量結(jié)果。在一個實施例中，所收集的數(shù)據(jù)可包括輸入電壓、輸入電流、輸入電力計算結(jié)果、初級線圈電壓、初級線圈電流、傳送電力計算結(jié)果、次級線圈電壓、次級線圈電流、接收電力計算結(jié)果、輸出電壓、電橋電壓、輸出電流。在可替代的實施例中，額外的、不同的或更少的測量結(jié)果或計算結(jié)果可被收集。用于取得測量結(jié)果的任何技術(shù)可被使用，包括但不限于平均值、RMS值、功率因子、波峰因子、峰值以及電壓/電流之間相位。
[0062]在一個實施例中，所測量的初級單元中的輸入電力的特征、來自次級裝置的信息以及所估計的電力消耗可以被比較以確定有不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近或有其他未計及的電力損失，諸如故障部件。這種比較可在不同實施例中包括各種不同的技術(shù)。在一個實施例中，該比較需要基于初級單元中的輸入電力的特征、振蕩電路電力的特征、操作頻率和來自次級裝置的信息計算總電力消耗并且通過檢測所計算的總電力消耗與所估計的電力消耗之間的差來確定有異物存在于初級單元附近。
[0063]在一個實施例中，可以通過取得所測量的總電力消耗與所測量的電力消耗之間的差并且將該值與閾值進(jìn)行比較來確定是否有不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近。所述閾值可以是動態(tài)的并且基于系統(tǒng)的操作點或基于各種其他因素。如果該值超過所計算的閾值，則存在不可接受量的寄生金屬，如果其沒有超過閾值，則存在的寄生金屬的量是可接受的。
[0064]如上所述，最佳擬合分析有時被稱為曲線擬合，其可以通過經(jīng)相對于初級單元的一系列不同位置(定位和方向)掃描次級裝置來執(zhí)行。這種曲線擬合可以被提取成為用于公式或一組公式的系數(shù)以確定在場中是否存在不可接受量的寄生金屬。用于這個目的的一組公式的一個示例為:
[0065]PMeasured= C J(C^C2).Itxcoll.f+(C3+C4).Gtxcoll.f) "+C5.itxlnput+Cg.I tx_
coil2+C? ? rxrec t i f i ed~^^8 -^rxrectified +C1
[0066]Pcak= Pin
txPrx—rectified
[0067]fVoriegn P Cak ^Measured
[0068]每個系數(shù)均可以通過實驗來確定?？梢酝ㄟ^對系統(tǒng)中的部件的物理觀察基于各個類型的電力損失單獨地確定系數(shù)，或者可執(zhí)行曲線擬合以同時獲得所有系數(shù)。在一個實施例中，對給定的公式使用已知的多元多項式回歸技術(shù)或擬合所觀察的數(shù)據(jù)的其他方法的強力曲線擬合可被用于確定系數(shù)。這些技術(shù)一般被稱為曲線擬合。在另一個實施例中，通過收集數(shù)據(jù)作為對諸如等效串聯(lián)電阻和電壓降等經(jīng)臺架試驗所測量的參數(shù)的核對而通過實驗確定系數(shù)?？梢葬槍Τ跫墕卧?、次級裝置、負(fù)載、位置、友好寄生的各種不同組合來收集數(shù)據(jù)。Tx指初級單元或發(fā)射器，而Rx指次級裝置或接收器。itx—。。^指初級單元線圈電流，i tx—input指初級單元輸入電力，而i IMtlflJ1旨次級裝置中在整流之后的電流。在當(dāng)前實施例中，系數(shù)對于所有負(fù)載而言是相同的。
[0069]盡管當(dāng)前實施例包括10個系數(shù)，但在可替代的實施例中可使用額外的、不同的或更少的系數(shù)。例如，系數(shù)C7和CS可在不顯著影響寄生金屬檢測成功率的情況下被消除。進(jìn)一步地，盡管在上文中提供了一組公式來幫助理解方法，但也可通過代入而產(chǎn)生單個公式。所述公式比較輸入電力、輸出電力和系統(tǒng)中的各種損失以便確定在初級單元附近是否存在任何寄生金屬。Tx指初級單元或發(fā)射器，而Rx指次級裝置或接收器。itx—rail指初級單元線圈電流，itx—input指初級單元輸入電力，而i mtlfl j旨次級裝置中在整流器之后的電流，舉例來說如在圖1的電流傳感器中所顯示的那樣。
[0070]在一個實施例中，可以通過計及頻率變化而使電力損失估計變得更準(zhǔn)確。例如，一些感應(yīng)電源改變初級單元的切換電路在操作期間的操作頻率。操作頻率的這種變化可以對在系統(tǒng)中存在多少電力損失產(chǎn)生影響。為了更準(zhǔn)確地估計系統(tǒng)中的電力損失，對于每個操作頻率而言，可以確定初級線圈的等效串聯(lián)電阻值?？梢郧€擬合等效串聯(lián)電阻的數(shù)據(jù)點以便確定用于估計初級單元渦電流電力損失的渦電流電力損失系數(shù)。也就是說，可能難以在任何給定頻率上對于任何給定的初級單元和次級裝置計算出現(xiàn)的禍電流電力損失。通過在實驗上確定渦電流電力損失在多個頻率上對于初級單元和次級裝置的組合是多少，預(yù)期多少損失的一般化的函數(shù)可以作為頻率的函數(shù)被開發(fā)。這種相同的技術(shù)可以被用于系統(tǒng)中取決于頻率的任何電力損失。也就是說，通過收集關(guān)于在各種頻率上出現(xiàn)在初級單元與次級裝置的各種組合中的不同類型的電力損失的數(shù)據(jù)，如果電力損失基于頻率變化，那么曲線擬合可以有助于開發(fā)一組系數(shù)用于可在操作期間被使用的公式，以便更好地估計電力損失。所有10個系數(shù)可以通過實驗被確定使得它們可在制造期間被存儲在初級單元或次級裝置中。一般而言，初級參數(shù)被硬編碼到初級單元中，而次級裝置參數(shù)在操作期間或在初始校準(zhǔn)例程期間被傳送。要清楚，這種校準(zhǔn)例程可以是與在本文中所描述的用于確定系數(shù)的校準(zhǔn)過程分開的過程。代替地，這種校準(zhǔn)例程可以被用于確保最終確定在場中是否存在寄生金屬的處理單元可以訪問所有適當(dāng)?shù)南禂?shù)。
[0071 ] 函數(shù)可以基于用于系統(tǒng)的某些部分的傳統(tǒng)上已知的損失模型。例如，磁性材料具有由于磁滯而引起的與i*f有關(guān)的損失(對于初級材料為Cl，對次級材料為C2)，磁性材料具有代表那些材料中的渦電流損失的與(i*f)~2有關(guān)的損失(對于初級為C3，對于次級為C4)，電容器、線圈和FET具有與Γ2有關(guān)的“電阻損失”(C6、C8)，由于次級上的總電力損失可以被近似為接收電力的線性函數(shù)，因此我們可以使用接收電力的標(biāo)量函數(shù)(C9、C10)來近似額外的損失。由于我們知道這些是所有這些主要電路部件的物理損失模式，因此我們可以對所有我們收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元多項式回歸以找到這些系數(shù)中的每一個可能是多少。找到系數(shù)的可替代的方法是在系統(tǒng)中遞增地測量它們并且確定它們的值。進(jìn)而可對照所觀察(收集)的數(shù)據(jù)對其進(jìn)行驗證。
[0072]參考上面的公式，CO代表初級單元偏移，其可在曲線擬合過程中被用于代表所有不取決于電流的損失。如在上文中所提到的那樣，包括CO在內(nèi)的所有系數(shù)可同時被最佳擬合(多元多項式回歸)?；蛘?，如果通過測量ESR、電壓降等的值而通過實驗被確定，則CO將是剩下的無論什么。這代表不隨負(fù)載變化的電力(微處理器所使用的電力等等)的基準(zhǔn)電平。
[0073]Cl和C2是系統(tǒng)中分別代表初級單元和次級裝置磁滯損失的系數(shù)。在一些實施例中，用于磁滯損失的系數(shù)可被假定為O或接近O并且因此從計算中被消除。初級單元和次級裝置可以被設(shè)計成使磁滯損失最小化并且由此簡化計算。如果C3和C4如下面所描述的那樣不是相對于頻率為常數(shù)，則Cl和C2可被認(rèn)為是非O的。當(dāng)ESR被測量時，用I~2*R損失模型進(jìn)行假定。如果它符合函數(shù)(I*f) ~2*R，則意味著當(dāng)我們在許多頻率上測量ESR并且除以Γ2時，對于ESR的所有測量結(jié)果而言結(jié)果應(yīng)彼此相等(或非常接近)。如果它們不是這樣，則不同的損失模式被考慮并且可對(i*f)執(zhí)行多項式回歸。
[0074]C3和C4分別代表初級單元磁性元件渦電流損失和次級單元磁性元件渦電流損失。為了確定C3和C4，初級和次級線圈的等效串聯(lián)電阻(“ESR”)獨立于任何磁性材料被測量。這被稱為裸線圈ESR?？梢栽谝幌盗蓄l率上測量裸線圈ESR，例如在當(dāng)前實施例中，在IlOkHz到205kHz的頻率范圍上測量裸線圈ESR。
[0075]為了確定C3，測量初級線圈、初級單元屏蔽體(如果有的話)和初級單元磁體(如果有的話)的等效串聯(lián)電阻(“ESR”)。這被稱為初級線圈組件ESR。從初級線圈組件ESR中減去裸線圈ESR以便提供僅初級單元屏蔽體和初級單元磁體的ESR，這有時被稱為初級磁性元件ESR。當(dāng)然，除了當(dāng)前實施例的方法之外，可以不同的方式獲得這些ESR值。在一個實施例中，通過將初級磁性元件ESR除以在其上取得測量結(jié)果的頻率的平方來確定C3。在可替代的實施例中，為了提高C3的準(zhǔn)確度，可以在預(yù)期的操作范圍內(nèi)在不同頻率上取得多個測量結(jié)果。在這種情況下，將每個頻率上的初級磁性元件ESR除以頻率平方并且取所有那些值的平均來計及實驗誤差并且該平均被視為C3。
[0076]為了確定C4，測量系統(tǒng)的ESR。在當(dāng)前實施例中，在初級單元與次級裝置對準(zhǔn)的同時并且當(dāng)系統(tǒng)包括初級線圈、初級單元屏蔽體、初級單元磁體、初級單元與次級裝置之間的間隙、次級裝置線圈、次級裝置屏蔽體、次級裝置磁體以及任何友好寄生金屬時，測量系統(tǒng)ESR。在當(dāng)前實施例中，當(dāng)系統(tǒng)ESR被測量時，從初級線圈的角度對其進(jìn)行觀察。從系統(tǒng)ESR中減去初級單元組件ESR(有磁體和初級屏蔽體存在的初級線圈)來獲得次級裝置組件ESR0在一個實施例中，通過將次級裝置組件ESR除以在其上取得測量結(jié)果的頻率的平方來確定C4。在可替代的實施例中，為了提高C4的準(zhǔn)確度，可以在預(yù)期的操作范圍內(nèi)在不同頻率上取得多個測量結(jié)果。在這種情況下，將每個頻率上的次級裝置組件ESR除以頻率的平方并且取所有那些值的平均來計及實驗誤差并且該平均被視為C4。
[0077]在一個實施例中，也可通過在各種不同對準(zhǔn)下獲得次級裝置組件ES