金属异物侦测装置的制作方法

1.本发明涉及金属异物侦测装置，特别是涉及一种无线充电装置的金属异物侦测装置。


背景技术：

2.目前金属异物侦测方法，大多是用初级测功率检测法或谐振波形比对法来达到金属异物侦测，若以瞬间功率检测法或谐振波形比对法执行异物侦测时，在大功率时难以侦测到体积小的金属异物，并且容易发生金属异物被加热的现象进而产生高温发生危险。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种金属异物侦测装置，包含异物侦测线圈、继电器以及异物侦测电路，适用于无线充电装置。无线充电装置具有发射线圈、第一数字信号处理器以及接收线圈。异物侦测线圈设于发射线圈上方。继电器连接异物侦测线圈。异物侦测电路连接继电器以及第一数字信号处理器。在不是电力供应时间的一异物侦测时间内，继电器开启，异物侦测线圈与异物侦测电路产生震荡信号，作为金属异物靠近无线充电装置的判断依据。在一实施方案中，所述继电器包含继电器线圈、二极管、第一开关以及第二开关。异物侦测线圈包含第一线圈以及第二线圈。继电器线圈的第一端连接二极管的正端以及第一数字信号处理器。二极管的负端连接继电器线圈的第二端。第一开关的第二端连接第一线圈的第一端。第二开关的第二端连接第一线圈的第二端以及第二线圈的第二端。
4.在一实施方案中，所述异物侦测电路还包含辅助谐振电路以及振荡检知电路。辅助谐振电路包含第一晶体管、第一电容以及第二电容。第一晶体管的控制端连接共享电压源以及第二电容的第一端。第一电容的第一端连接共享电压源。第一晶体管的第一端连接第一电容的第二端与第一线圈的第一端。第一晶体管的第二端耦接一参考电位。第二电容的第二端连接第二线圈的第一端。振荡检知电路包含第二晶体管以及第三电容。第二晶体管的第一端连接共享电压源以及第三电容的第一端。第二晶体管的第二端连接第三电容的第二端并接地。第二晶体管的控制端连接第一晶体管的第一端。
5.在一实施方案中，所述辅助谐振电路还包含电位器。第一晶体管的第二端透过电位器接地，参考电位随电位器的电阻值调变而改变。
6.在一实施方案中，所述振荡检知电路还包含第一电阻以及第二电阻。第一电阻的一端连接第二晶体管的第二端。第二电阻的一端连接第一电阻的第二端。第二电阻的第二端接地。第一数字信号处理器连接第一电阻以及第二电阻之间的节点。第一数字信号处理器依据流过节点的电流或节点的电压，控制发射线圈发射电力信号的频率和电量以及侦测继电器的启闭，以判断金属异物是否靠近无线充电装置。
7.在一实施方案中，所述金属异物侦测装置还包含显示控制单元。显示控制单元包含电压随耦器、比较器以及发光组件。电压随耦器的第一输入端连接电压随耦器的输出端。
电压随耦器的第二输入端连接振荡检知电路的一节点。电压随耦器的输出端连接第一数字信号处理器的输入端。比较器的第一输入端连接节点。第四电容的第一端连接共享电压源以及比较器的第二输入端。比较器配置以比较节点与第四电容的电压以输出比较信号。发光组件连接比较器的输出端。发光组件配置以依据比较信号，以在金属异物靠近无线充电装置时发光。
8.在一实施方案中，当发射线圈发射电力信号时，第一数字信号处理器的第三晶体管输出控制信号，以关闭继电器。
9.在一实施方案中，所述继电器包含继电器线圈、二极管、第一开关以及第二开关。异物侦测线圈为侦测线圈。继电器线圈的第一端连接二极管的正端以及第一数字信号处理器。二极管的负端连接继电器线圈的第二端。第一开关的第二端连接侦测线圈的第一端。第二开关的第二端连接侦测线圈的第二端。
10.在一实施方案中，所述金属异物侦测装置还包含显示控制单元。显示控制单元连接异物侦测电路，以在金属异物靠近无线充电装置时，使显示控制单元发光。
11.在一实施方案中，所述异物侦测电路包含辅助谐振电路以及振荡检知电路。振荡检知电路包含第一电阻以及第二电阻。第一数字信号处理器连接至第一电阻以及第二电阻之间的节点。第一数字信号依据流过节点的电流或节点的电压，控制发射线圈发射电力信号的频率和电量以及继电器的启闭，以判断金属异物是否靠近无线充电装置。
12.如上所述，本发明提供一种金属异物侦测装置，其可用于侦测金属异物是否放置于无线充电装置上方，以防止无线充电装置对电子装置例如手机(远距离无线)充电时，金属异物干扰无线充电装置的充电与产生本身高温烧毁情形。
13.为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
14.图1为无线充电装置的初级侧与本发明实施例金属异物侦测装置的方块图。
15.图2为无线充电装置的次级侧的方块图。
16.图3为本发明实施例的金属异物侦测装置的电路布局图。
17.图4为本发明另一实施例的金属异物侦测装置的电路布局图。
18.图5为本发明实施例的无线充电装置的电力供应时间与异物侦测时间的时序波形图。
19.图6为本发明再一实施例的金属异物侦测装置的电路布局图。
具体实施方式
20.以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关
联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
21.请参阅图1、图2和图5，其中图1为无线充电装置的初级侧与本发明实施例金属异物侦测装置的方块图；图2为无线充电装置的次级侧的方块图；图5为本发明实施例的无线充电装置的电力供应时间与异物侦测时间的时序波形图。
22.本发明实施例的金属异物侦测装置5包含如图1所示的异物侦测线圈12、继电器13以及异物侦测电路14，可设于无线充电装置内部。
23.金属异物侦测装置5适用于无线充电装置。如图1所示，无线充电装置的初级侧6(发射端)包含发射线圈11、第一数字信号处理器15、直流-交流转换电路16、第一通信模块17、第一直流-直流转换电路18、电磁干扰控制器19、交流-直流转换器20以及外部电源21。
24.如图2所示，无线充电装置的次级侧8(接收端)包含接收线圈22、整流器23、第二通信模块24、第二数字信号处理器25、第二直流-直流转换电路26、电压检知电路27、电池充电控制电路28、电流检知电路29以及电池30。
25.应理解，本发明不受限于必要设置本实施例所举例的所有电路组件，实务上可依据实际需求增减电路组件。
26.如图1所示，交流-直流转换器20可从外部电源21接收交流市电，并将交流市电转换成直流电压。电磁干扰控制器19连接交流-直流转换器20，以滤除从交流-直流转换器20接收到的直流电压的电磁干扰(emi)杂信。
27.第一直流-直流转换电路18可连接电磁干扰控制器19以及第一数字信号处理器15。电磁干扰控制器19可将已滤除电磁干扰杂信的直流电压供应至第一直流-直流转换电路18，以透过第一直流-直流转换电路18调整直流电压的大小，并将调整后的直流电压供应至第一数字信号处理器15，以提供第一数字信号处理器15运作所需的电力。
28.直流-交流转换电路16连接第一数字信号处理器15、电磁干扰控制器19以及发射线圈11。电磁干扰控制器19可将已滤除电磁干扰的直流电压供应至直流-交流转换电路16。第一数字信号处理器15可控制直流-交流转换电路16将直流电压转换成交流电压，并将此交流电压供应至发射线圈11，使发射线圈11可在如图5所示的电力供应时间t1内朝向如图2所示的异物侦测线圈22发射电力信号。
29.异物侦测线圈12放在图1发射线圈11上方(图1只是方块示意图)，最佳方式是异物侦测线圈12放置在发射线圈11以及接收线圈22之间。当发射线圈11发射电力信号时，有金属异物置放发射线圈11上或靠近发射线圈11，金属异物会使发射线圈11以及接收线圈22之间的磁束与磁场的影响产生涡流，把金属异物加热至高温而发生危险。
30.为避免发射线圈11与接收线圈22在感应出交流电压，有金属异物高温烧毁而影响电路组件，在无线充电装置内设置充电器内设置本实施例的金属异物侦测装置5，进而达到侦测金属异物的目的。
31.发射线圈11在如图5所示的电力供应时间t1内发射电力信号给接收线圈22。在发射线圈11发射电力信号的同时，不进行异物侦测，如图5所示的电力供应时间t1与异物侦测时间t2错开。
32.因此，第一数字信号处理器15连接继电器13。第一数字信号处理器15控制继电器13在如图5所示的电力供应时间t1(即发射线圈11发射电力信号给接收线圈22的时间)内维持关闭。
33.在进入如图5所示的异物侦测时间t2内时，第一数字信号处理器15控制继电器13开启。当继电器13开启时，始允许异物侦测电路14与异物侦测线圈12侦测是否有金属异物靠近。第一数字信号处理器15可依据如图3或图4所示的第一电阻r1以及第二电阻r2之间的节点na的电压，判断震荡信号的能量衰减程度，据以判断是否有异物靠近无线充电装置。
34.如图2所示的无线充电装置的次级侧8的整流器23连接接收线圈22、第二直流-直流转换电路26以及电压检知电路27。整流器23对接收线圈22的电力信号进行整流后，提供至第二直流-直流转换电路26以及电压检知电路27。
35.第二直流-直流转换电路26可连接第二数字信号处理器25。第二直流-直流转换电路26可转换整流器23整流后的电力信号的电压转换成更低或更大的电压后，提供至第二数字信号处理器25。
36.电压检知电路27可连接第二数字信号处理器25。电压检知电路27可检测电压检知电路27整流后的电力信号的电压值，并将检测的电压值输出至第二数字信号处理器25。
37.第一数字信号处理器15可依据取得的电压值变化，判断是否有金属异物靠近。在判断出有异物靠近无线充电装置时，仍可控制直流-交流转换电路16在如图5所示的电力供应时间t1内持续供应电力的电力信号给发射线圈11，然后再切换到异物侦测时间t2以持续进行异物侦测，如此在电力供应时间t1与异物侦测时间t2反复切换运作，直到判断金属异物已移除或远离无线充电装置，才如图5后面时间部分转成都是高电压的电力供应状态的全运载(all duty)。
38.第一数字信号处理器15可依据取得的电压值变化，控制直流-交流转换电路16运作，以决定发射线圈11发射电力信号给异物侦测线圈12的时间和频率以及电力信号的电量。应理解，本发明不受限于图5所举例的电力供应时间t1的时间长度，其可依据实际需求作调整。
39.相反地，当第一数字信号处理器15判断没有金属异物靠近异物侦测线圈12时，停止进行异物侦测，此时无线充电装置的电池30可用于对电子装置例如手机或笔电等进行充电。此时，接收线圈22可取得电量较大的电力，足以对电子装置例如手机或笔电等充电的电力。
40.请参阅图3，其为本发明实施例的金属异物侦测装置的电路布局图。
41.如图3所示，本发明实施例的金属异物侦测装置的异物侦测电路14包含辅助谐振电路141以及振荡检知电路142，此辅助谐振电路141可包含第一晶体管q1、第一电容c1、第二电容c2、电位器31、第五电容c5以及第三电阻r3。振荡检知电路142可包含第二晶体管q2、第三电容c3、第一电阻r1以及第二电阻r2。金属异物侦测装置的异物侦测线圈12可包含第一线圈l1以及第二线圈l2。
42.继电器13包含继电器线圈131、二极管de、第一开关sw1以及第二开关sw2。继电器线圈131的一次侧的第一端连接二极管de的正端以及第一数字信号处理器15的第三晶体管q3的第一端。继电器线圈131的一次侧的第二端连接二极管的负端。第三晶体管q3的第二端例如源极接地。第一数字信号处理器15可透过一通用输出入脚gpio输出低准位的一数字信号，经过电阻r6至第一数字信号处理器15的第三晶体管q3的控制端，控制第三晶体管q3的运作，以关闭继电器13。
43.当继电器13关闭时，如图3所示的异物侦测电路14不进行异物侦测。此时，如图1所
示的发射线圈11可朝如图2所示的接收线圈22发射电力信号，提供后续执行异物侦测所需或充电所需的电力。
44.继电器13的第一开关sw1的第一端连接第一晶体管q1的第一端，而第一开关sw1的第二端连接至第一线圈l1的第一端。第二线圈l2的第一端透过第二电容c2连接至第一晶体管q1的控制端。继电器13的第二开关sw2的第一端连接第二晶体管q2的第一端。第二开关sw2的第二端连接第一线圈l1的第二端以及第二线圈l2的第二端。第一线圈l1以及第二线圈l2为图1的异物侦测线圈12可布局在印刷电路板上。
45.第一晶体管q1的控制端例如基极透过第三电阻r3连接一共享电压源vcc，并连接第二电容c2的第一端。第二电容c2的第二端连接第二线圈l2的第一端。第一晶体管q1的第一端连接第一电容c1的第二端。第一电容c1的第一端连接共享电压源vcc。第三电阻r3的第一端可连接第五电容c5的第一端。第五电容c5的第二端可接地。
46.第一晶体管的第二端可耦接一参考电位rf。举例而言，辅助谐振电路141更可包含电位器31。第一晶体管q1的第二端透过电位器31接地。随电位器31的电阻值在一电阻值范围内调变，改变此参考电位rf值。
47.振荡检知电路142包含第二晶体管q2以及第三电容c3。第二晶体管q2的控制端连接第一晶体管q1的第一端。第二晶体管q2的第一端连接共享电压源vcc以及第三电容c3的第一端。第二晶体管q2的第二端连接第三电容c3的第二端。
48.第二晶体管q2的第二端可直接接地，或如本实施例透过振荡检知电路142内部的第一电阻r1以及第二电阻r2接地。第一电阻r1以及第二电阻r2之间的节点na可连接第一数字信号处理器15的输入端。
49.当如图3所示的继电器13在如图5所示的异物侦测时间t2内开启时，继电器13的第一开关sw1将接收线圈的第一线圈l1连接至第一晶体管q1的第一端，继电器13的第二开关sw2将接收线圈的第二线圈l2连接至第二晶体管q2的第一端。
50.如此，第一晶体管q1、第一线圈l1与第一电容c1并联产生谐振，第二线圈l2透过第二电容c2连接至第一晶体管q1的控制端，形成正反馈，进入震荡状态。接着，可调整电位器31的电阻值，使辅助谐振电路141处于振荡与不振荡的临界状态。
51.当金属异物靠近异物侦测线圈12的第一线圈l1与第二线圈l2时，会产生涡流，进而吸收了震荡的能量，导致振荡信号消耗与衰减而使震荡信号的振幅减弱，进而让第二线圈l2的反馈绕组的反馈信号能量不足，而减少振幅或停止振荡，造成第二晶体管q2截止。因此，第一数字信号处理器15可依据第一电阻r1以及第二电阻r2之间的节点na的电压，判断震荡信号的能量衰减程度，并据以判断是否有金属异物靠近无线充电装置。
52.请参阅图4，其为本发明另一实施例的金属异物侦测装置的电路布局图。相比于图3所示的金属异物侦测装置，如图4所示的金属异物侦测装置更可包含显示控制单元50，其中显示控制单元50包含电压随耦器32、比较器33以及发光组件led。
53.电压随耦器32的第一电压输入端连接共享电压源vcc，而电压随耦器32的第二电压输入端接地。电压随耦器32的输出端连接电压随耦器32的第一输入端例如反相输入端，并连接第一数字信号处理器15的输入端。
54.电压随耦器32的第二输入端例如非反相输入端可连接振荡检知电路142的第一电阻r1以及第二电阻r2之间的节点na，以取得节点na的电压。电压随耦器32的第二输入端可
(透过第一电阻r1)连接第二晶体管q2的第二端，并可(透过第二电阻r2)接地。
55.电压随耦器32可配置以依据电压随耦器32的第一输入端例如反相输入端的电压与节点na的电压，以输出一异物侦测信号，第一数字信号处理器15可据以判断是否有金属异物靠近无线充电装置。
56.另一方面，比较器33的第一输入端例如非反相输入端可连接第一电阻r1以及第二电阻r2之间的节点na，以取得节点na的电压。
57.比较器33的第二输入端例如反相输入端透过第四电阻r4连接共享电压源vcc，并透过第五电阻r5接地。第五电阻r5与第四电容c4并联。比较器33的第二输入端可取得第五电阻r5或第四电容c4的电压。
58.比较器33可将第五电阻r5的电压(或第四电容c4的电压)与节点na的电压进行比较，以输出一比较信号。发光组件led例如发光二极管的正端透过第七电阻r7连接比较器33的输出端。发光组件led的负端接地。
59.当金属异物未靠近无线充电装置时，发光组件led接收到低准位的比较信号，此时发光组件led不发光。然而，当金属异物靠近无线充电装置时，发光组件led接收到高准位的比较信号而发光，以警示使用者将异物移除，以避免金属异物受无线充电装置磁束的引响产生涡流，而使金属异物进而发热而产生危险。
60.请参阅图6，其为本发明再一实施例的金属异物侦测装置的电路布局图。不同于图3和图4，如图6所示的本发明实施例的金属异物侦测装置的继电器13仅连接异物侦测线圈12为一单一个侦测线圈l。侦测线圈l的两端分别连接第二开关sw2的第二端以及第一开关sw1的第二端。第一开关sw1的第一端与第二开关sw2的第一端分别连接到异物侦测电路14，其架构与图3类似具有辅助谐振电路141与振荡检知电路142构成。继电器13的继电器线圈131可连接如图1所示的第一数字信号处理器15的输出端，以由第一数字信号处理器15切换继电器13开启或关闭。
61.异物侦测电路14连接到显示控制单元50，以在金属异物靠近无线充电装置时，使显示控制单元50发光。另外，异物侦测电路14的振荡检知电路142包含第一电阻r1与第二电阻r2。第一数字信号处理器15依据流过如图3所示的第一电阻r1以及第二电阻r2之间的节点na的电流或节点na的电压，控制发射线圈11发射电力信号的频率和电量以及侦测继电器13的启闭，以判断金属异物是否靠近无线充电装置。
62.[实施例的有益效果]
[0063]
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的金属异物侦测装置，其可用于侦测金属异物是否放置于无线充电装置上方，以防止无线充电装置对电子装置例如手机(远距离无线)、笔电等充电时，在金属异物干扰无线充电装置的充电与金属异物本身过热烧毁，并进一步影响到无线充电装置的充电电路以及金属异物侦测装置的电路组件。
[0064]
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。