TWI570427B

TWI570427B - 感應式電源供應器及其金屬異物檢測方法

Info

Publication number: TWI570427B
Application number: TW104135327A
Authority: TW
Inventors: 蔡明球; 詹其哲
Original assignee: 富達通科技股份有限公司
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-02-11
Also published as: US10114396B2; TW201605143A; US20160139618A1; JP2016096724A; CN105449875A; CN105449875B; JP6192757B2

Description

感應式電源供應器及其金屬異物檢測方法

本發明係指一種用於感應式電源供應器之方法，尤指一種可偵測感應式電源供應器之電力發送範圍內是否存在金屬異物之方法。

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。一般來說，線圈兩面皆可發送與接收電磁波，因此線圈之非感應面往往會加裝磁性材料，使電磁能量集中在感應側，磁性材料貼近於線圈會加大線圈電感量，進而提升電磁感應能力。另外，電磁能量若施加在金屬體上，會對其產生加熱效果，其原理與電磁爐相同。因此，磁性材料之另一效用在於阻隔電磁能量，以避免其干擾線圈後端裝置的運作，同時避免電磁能量對周遭金屬產生加熱作用而發生危險。

感應式電源供應器包含供電端與受電端，其分別透過線圈感應進行電力與控制訊號的傳送，安全性為必要的考量。然而，在實際應用時，使用者可能有意或無意地在兩個感應線圈之間插入金屬異物。供電過程中若出現金屬異物時，線圈產生的電磁能量會對其造成巨大的加熱作用，而發生燃燒或爆炸等意外。因此，業界非常重視此安全議題，且相關商品必須具備偵測金屬異物是否存在的能力，當金屬異物存在時，需要關閉電源輸出以進行保護。

習知技術（美國專利公開號US 2011/0196544 A1）提出了一種偵測供電端與受電端之間是否存在金屬異物的方法，此方法也用於市面銷售的產品上，然而，習知技術仍存在至少以下缺點：

習知技術係透過供電端輸出功率與受電端接收功率之量測，進行功率損耗的計算，並透過計算出的功率損耗與預定臨界值進行判斷，若功率損耗超過臨界值時，則判別為存在金屬異物。其中，最大的問題在於臨界值的設定，若設定得過於嚴謹，系統可能在正常運作之下誤判為存在金屬異物；若設定得過於寬鬆，當某些金屬異物存在時可能無法開啟保護功能。例如當硬幣、鑰匙或迴紋針等體積較小的金屬異物存在供電端之電力發送範圍內時，可能無法產生明顯的功率損耗，但該金屬異物仍會受到大量的加熱。此外，臨界值的設定需透過大規模實體採樣並進行數據分析，相當耗時且費力。

第二，在感應式電源供應器中，影響供電端與受電端之間能量傳遞損耗之因素非常複雜，其可能受到電路元件性能、線圈與磁性材料的搭配、兩端線圈相對距離與水平偏移位置、線圈之間的介質特性（如線圈外殼上的金屬漆成分）等影響。由於影響因素繁多，使得產品因為零件誤差造成的損耗值不同，因而無法將臨界點設定得太過嚴謹，導致保護效果有限。

第三，在感應式電源供應器之相關產業中，基於商業化的流通性，同一感應式電源供應器之供電端與受電端可能由不同製造商所生產，也可能於不同時期生產。上述臨界值設定通常是在供電端完成，但相關的功率設定需對應多種不同的受電端電路進行調整，難以全面顧及各種受電端電路之特性，可能會發生相容性不佳的問題。

第四，在供電端與受電端中，皆需設計相對應的電路來實現功率量測，其存在必要的電路成本，此外，為了執行高準確度的功率量測，可能需要更複雜的電路及更高的成本，實作上的難度也愈高。

第五，不同功率設計之下可能存在不同的損耗值，舉例來說，若一感應式電源供應器採用5瓦特（Watt，W）的輸出功率時，假設其基礎功率損耗大約位於0.5 W至1 W之間，若金屬異物產生的功率損耗落在1 W之內，就有可能偵測不到。若將輸出功率提升至50 W時，在同樣的電路設計之下，基礎功率損耗將大幅提升至5 W至10 W之間，用來判斷金屬異物的功率臨界值也需等比例放大，在此情形下，許多金屬異物皆可能無法被偵測到。例如，迴紋針造成的功率損耗極小，容易被習知金屬異物偵測方法所忽略，但其接收到的電磁感應功率足以產生高溫而釀成災害。換言之，習知金屬異物偵測方法將無法應用在感應式電源供應器正在供電的情況，特別是以高功率供電的情況。

有鑑於此，實有必要提出另一種金屬異物偵測方法，以改善感應式電源供應器之保護效果。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種可偵測感應式電源供應器之電力發送範圍內是否存在金屬異物之方法及其感應式電源供應器，以實現更有效的金屬異物偵測，進而提升感應式電源供應器之保護效果。

本發明揭露一種用於一感應式電源供應器之方法，用來檢測該感應式電源供應器之一電力發送範圍內是否存在一金屬異物。該方法包含有中斷該感應式電源供應器之至少一驅動訊號，以停止對該感應式電源供應器之一供電線圈進行驅動；於該供電線圈停止驅動時，偵測該供電線圈上的一線圈訊號之一衰減狀態；以及根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物。

本發明另揭露一種感應式電源供應器，包含有一供電模組。該供電模組包含有一供電線圈、一諧振電容、至少一供電驅動單元及一供電微處理器。該諧振電容耦接於該供電線圈，可用來搭配該供電線圈進行諧振。該至少一供電驅動單元耦接於該供電線圈及該諧振電容，可用來發送至少一驅動訊號至該供電線圈，以驅動該供電線圈產生能量。該供電微處理器可用來接收該供電線圈上的一線圈訊號，並執行以下步驟：控制該至少一供電驅動單元中斷該至少一驅動訊號，以停止對該供電線圈進行驅動；於該供電線圈停止驅動時，偵測該線圈訊號之一衰減狀態；以及根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物。

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。供電模組1包含有一供電線圈142及一諧振電容141。其中，供電線圈142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耦接於供電線圈142，可用來搭配供電線圈142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143，用來提升供電線圈142之電磁感應能力，同時避免電磁能量影響後端電路。供電模組1另包含供電驅動單元121及122、一供電微處理器11及一分壓電路130。供電驅動單元121及122耦接於供電線圈142及諧振電容141，可分別發送驅動訊號D1及D2至供電線圈142，其可接收供電微處理器11的控制，用以驅動供電線圈142產生並發送能量。供電驅動單元121及122兩者同時運作時，可進行全橋驅動。在部分實施例中，亦可僅開啟供電驅動單元121及122其中一者，抑或僅配置一個供電驅動單元121或122，以進行半橋驅動。供電微處理器11可接收供電線圈142上的線圈訊號C1（即供電線圈142及諧振電容141之間的電壓訊號），並根據線圈訊號C1來判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在一金屬異物3。分壓電路130包含有分壓電阻131及132，其可對供電線圈142上的線圈訊號C1進行衰減之後，將其輸出至供電微處理器11。在部分實施例中，若供電微處理器11具有足夠的耐壓，亦可不採用分壓電路130，直接由供電微處理器11接收供電線圈142上的線圈訊號C1。至於其他可能的組成元件或模組，如訊號解析電路、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。

請繼續參考第1圖。受電模組2包含一受電線圈242，其可用來接收供電線圈142之供電。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243，以提升受電線圈242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242並將接收到的電力傳送至後端的負載單元21。在受電模組2中，其他可能的組成元件或模組，如穩壓電路、諧振電容、整流電路、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。

不同於習知技術中，供電端與受電端需同時進行功率量測，以藉由功率損耗來判斷金屬異物，本發明只需要在供電端進行線圈訊號的判讀，即可判斷供電線圈之電力發送範圍內是否存在金屬異物。請參考第2圖，第2圖為本發明實施例之一金屬異物判斷流程20之示意圖。如第2圖所示，金屬異物判斷流程20可用於一感應式電源供應器之供電端（如第1圖之感應式電源供應器100之供電模組1），其包含以下步驟：

步驟200：開始。

步驟202：中斷感應式電源供應器100之驅動訊號D1及D2，以停止對供電線圈142進行驅動。

步驟204：於供電線圈142停止驅動時，偵測供電線圈142上的線圈訊號C1之一衰減狀態。

步驟206：根據線圈訊號C1之衰減狀態，判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物3。

步驟208：結束。

根據金屬異物判斷流程20，在感應式電源供應器100之供電模組1中，驅動訊號D1及D2在驅動過程中會中斷一段時間，此時，供電驅動單元121及122會停止對供電線圈142進行驅動（步驟202）。一般來說，當供電線圈142正常驅動時，供電驅動單元121及122所輸出的驅動訊號D1及D2是互為反相的方波，在此情況下，供電線圈142上的線圈訊號C1會呈現穩定的上下振盪，如第3圖所示。當供電線圈142停止驅動時，因供電線圈與諧振電容之間仍存在能量，線圈訊號C1會繼續振盪並逐漸衰減。第4圖繪示了線圈訊號C1進行衰減振盪的情形，當驅動訊號D1及D2中斷時，原先以方波形式輸出的驅動訊號D1及D2分別停留在高電位及低電位並停止驅動供電線圈142，此時，線圈訊號C1會開始衰減並持續振盪。接著，供電微處理器11會偵測線圈訊號C1之衰減狀態（步驟204），並根據線圈訊號C1之衰減狀態來判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物3（步驟206）。更明確來說，供電微處理器11可根據線圈訊號C1之衰減速度來判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物3。

請參考第5A圖、第5B圖及第5C圖，第5A圖為不存在金屬異物的情況下，驅動訊號D1及D2中斷時線圈訊號C1自然衰減之波形示意圖，第5B圖及第5C圖為存在金屬異物的情況下，驅動訊號D1及D2中斷時線圈訊號C1衰減之波形示意圖。比較第5A～5C圖之波形可知，在第5A圖中，當金屬異物不存在的情況下，線圈訊號C1會以緩慢的速度衰減，直到驅動訊號D1及D2重新啟動為止，衰減的速度取決於線圈的阻尼。如第5B圖所示，當金屬異物存在時，線圈訊號C1的衰減速度會大幅提升。也就是說，金屬異物在吸收供電線圈142所發送之能量的同時，會大幅提高線圈訊號C1衰減的阻尼，使得線圈訊號C1振盪的振幅快速縮小。第5C圖繪示了金屬異物更大的情況，其造成線圈訊號C1更快速的衰減。根據上述特性，供電微處理器11可針對線圈訊號C1之衰減速度設定一臨界值來進行判斷，例如當線圈訊號C1之衰減速度大於臨界值時，供電微處理器11可判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內存在金屬異物，進而執行斷電或其它保護措施。

上述判斷線圈訊號C1之衰減速度的方式可藉由臨界電壓的設定來實現。請參考第6圖，第6圖為本發明實施例利用臨界電壓來判斷線圈訊號C1衰減速度之示意圖。如第6圖所示，波形A為金屬異物不存在時線圈訊號C1波峰之自然衰減情形，波形B為金屬異物存在時線圈訊號C1波峰之衰減情形。線圈訊號C1由時間t1開始衰減，供電微處理器11可設定小於線圈訊號C1之最大電壓之一臨界電壓V_th。若線圈訊號C1之峰值在時間t2之後衰減到臨界電壓V_th，其衰減速度較慢，可判斷為金屬異物不存在；若線圈訊號C1之峰值在時間t2之前衰減到臨界電壓V_th，其衰減速度較快，可判斷為金屬異物存在。

請繼續參考第6圖搭配第1圖所示。供電微處理器11可包含一處理單元111、一時脈產生器112、一電壓產生裝置113、一比較器114及一電壓偵測裝置115。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或中斷驅動訊號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。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單元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142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單元111。處理單元111耦接於電壓偵測裝置115，可根據上述峰值電壓的資訊來設定臨界電壓V_th，並將臨界電壓V_th之資訊輸出至電壓產生裝置113，臨界電壓V_th即可用來判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物3。電壓產生裝置113則用來輸出臨界電壓V_th，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單元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V_th，另一輸入端可接收來自於供電線圈142之線圈訊號C1，其可比較線圈訊號C1與臨界電壓V_th，以產生一比較結果。處理單元111再根據上述比較結果，判斷線圈訊號C1之衰減速度，進而判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物。也就是說，本發明可藉由取得線圈訊號C1之峰值電壓衰減到臨界電壓V_th的時間，來判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物。

在一實施例中，供電微處理器11可根據驅動訊號D1及D2中斷之後，線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的次數來判斷線圈訊號C1之衰減速度。請參考第7圖，第7圖為本發明實施例一金屬異物判斷詳細流程70之示意圖。如第7圖所示，金屬異物判斷詳細流程70可藉由供電微處理器11來實現，以透過波峰到達臨界電壓V_th的次數來判斷線圈訊號C1之衰減速度，其包含以下步驟：

步驟700：開始。

步驟702：設定臨界電壓V_th。

步驟704：於驅動訊號D1及D2中斷時，啟動一計數器。

步驟706：在線圈訊號C1之一振盪週期中，偵測線圈訊號C1之波峰是否到達臨界電壓V_th。若是，則執行步驟708；若否，則執行步驟710。

步驟708：計數器之計次加一，並進入下一振盪週期。接著執行步驟706。

步驟710：取得計數器之一計數結果，此計數結果為線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th之次數。

步驟712：判斷線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th之次數是否小於一臨界值。若是，則執行步驟714；若否，則執行步驟716。

步驟714：判斷為感應式電源供應器100之電力發送範圍內存在金屬異物。

步驟716：判斷為感應式電源供應器100之電力發送範圍內不存在金屬異物

步驟718：結束。

根據金屬異物判斷詳細流程70，供電微處理器11可先設定臨界電壓V_th的大小，舉例來說，供電微處理器11中的處理單元111可根據來自於電壓偵測裝置115之電壓資訊來設定臨界電壓V_th的大小。接著，當驅動訊號D1及D2中斷時，供電微處理器11會啟動一計數器，並開始偵測線圈訊號C1波峰的大小。供電微處理器11會在線圈訊號C1之每一振盪週期內偵測線圈訊號C1之峰值，當峰值仍超過臨界電壓V_th的大小時，供電微處理器11則繼續偵測下一振盪週期內的峰值大小，並對計數器之計次加一。隨著線圈訊號C1之波峰的衰減，峰值會逐漸下降至臨界電壓V_th，直到某一波峰的峰值小於臨界電壓V_th時，供電微處理器11可取得計數器之一計數結果，此計數結果即代表線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th之次數。

在此情況下，供電微處理器11可藉由線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th之次數來判斷線圈訊號C1之衰減速度。當線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的次數愈多，代表線圈訊號C1之衰減速度愈慢，可能是金屬異物不存在的情況。當線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的次數愈少，代表線圈訊號C1之衰減速度愈快，此時金屬異物可能存在感應式電源供應器100之電力發送範圍內。供電微處理器11可設定一臨界值，當線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的次數小於此臨界值時，即可判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內存在金屬異物，進而執行斷電或其它保護措施。反之，當線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的次數大於此臨界值時，可判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內不存在金屬異物。

在另一實施例中，供電微處理器11可根據驅動訊號D1及D2中斷之後，線圈訊號C1之衰減時間來判斷線圈訊號C1之衰減速度。請參考第8圖，第8圖為本發明實施例另一金屬異物判斷詳細流程80之示意圖。如第8圖所示，金屬異物判斷詳細流程80可藉由供電微處理器11來實現，以透過線圈訊號C1之衰減時間來判斷線圈訊號C1之衰減速度，其包含以下步驟：

步驟800：開始。

步驟802：設定臨界電壓V_th。

步驟804：於驅動訊號D1及D2中斷時，啟動一計時器。

步驟806：在線圈訊號C1之一振盪週期中，偵測線圈訊號C1之波峰是否到達臨界電壓V_th。若是，則執行步驟808；若否，則執行步驟810。

步驟808：進入下一振盪週期。接著執行步驟806。

步驟810：停止計時器，並取得計時器之一計時結果，此計時結果為線圈訊號C1之衰減時間。

步驟812：判斷線圈訊號C1之衰減時間是否小於一臨界值。若是，則執行步驟814；若否，則執行步驟816。

步驟814：判斷為感應式電源供應器100之電力發送範圍內存在金屬異物。

步驟816：判斷為感應式電源供應器100之電力發送範圍內不存在金屬異物

步驟818：結束。

根據金屬異物判斷詳細流程80，供電微處理器11可先設定臨界電壓V_th的大小，同樣地，供電微處理器11中的處理單元111可根據來自於電壓偵測裝置115之電壓資訊來設定臨界電壓V_th的大小。當驅動訊號D1及D2中斷時，供電微處理器11會啟動一計時器，並開始偵測線圈訊號C1波峰的大小。供電微處理器11會在線圈訊號C1之每一振盪週期內偵測線圈訊號C1之峰值，當峰值仍超過臨界電壓V_th的大小時，供電微處理器11則繼續偵測下一振盪週期內的峰值大小。隨著線圈訊號C1之波峰的衰減，峰值會逐漸下降至臨界電壓V_th，直到某一波峰的峰值小於臨界電壓V_th時，供電微處理器11會停止計時器，並取得計時器之一計時結果。此計時結果即相同於線圈訊號C1衰減到臨界電壓V_th之衰減時間。換言之，線圈訊號C1之衰減時間起始於驅動訊號D1及D2中斷時，並終止於出現線圈訊號C1之波峰未到達臨界電壓時。

在此情況下，供電微處理器11可藉由線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的衰減時間來判斷線圈訊號C1之衰減速度。當線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的時間愈長，代表線圈訊號C1之衰減速度愈慢，可能是金屬異物不存在的情況。當線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的時間愈短，代表線圈訊號C1之衰減速度愈快，此時金屬異物可能存在感應式電源供應器100之電力發送範圍內。供電微處理器11可設定一臨界值，當線圈訊號C1之衰減時間小於此臨界值時，即可判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內存在金屬異物，進而執行斷電或其它保護措施。反之，當線圈訊號C1之波峰到達臨界電壓V_th的次數大於此臨界值時，可判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內不存在金屬異物。

值得注意的是，上述藉由線圈訊號C1之衰減速度來判斷金屬異物的方法不易受到受電端負載的影響。也就是說，即使供電模組1正在進行供電時，仍可透過短時間切斷驅動訊號D1及D2來進行金屬異物的偵測，且受電端的負載不會改變線圈訊號C1的衰減狀態及速度。請參考第9A圖及第9B圖，第9A圖及第9B圖皆為受電端具有負載的情況，由線圈訊號C1之波形可知供電線圈142接收到來自於受電端的反饋訊號。第9A圖為不存在金屬異物的情況下，驅動訊號D1及D2中斷時線圈訊號C1衰減之波形示意圖。第9B圖為存在金屬異物的情況下，驅動訊號D1及D2中斷時線圈訊號C1衰減之波形示意圖。由第9A圖及第9B圖可知，即使是供電模組1正在進行供電的情況下，於驅動訊號D1及D2中斷時，仍可偵測出線圈訊號C1之衰減速度在金屬異物存在時的明顯變化，且衰減速度不受到供電端是否進行供電的影響。此外，即使加大供電線圈142的輸出功率，也不會影響線圈訊號C1之衰減速度。需注意的是，當受電端負載存在時，驅動過程中線圈訊號C1之振幅大小會改變。在此情況下，電壓偵測裝置115可即時取得線圈訊號C1之峰值電壓，使得供電微處理器11可根據峰值電壓的大小，對臨界電壓V_th進行適當的調整，進而準確地偵測線圈訊號C1之衰減速度。更明確來說，供電微處理器11可設定臨界電壓V_th小於供電線圈142正常驅動時的峰值電壓，使得臨界電壓V_th可用於訊號衰減的偵測。

除此之外，藉由中斷驅動訊號D1及D2來進行線圈訊號C1衰減速度偵測的方式只會在電力輸出過程中中斷極短的時間，不致影響電力傳送。請參考第10圖，第10圖為本發明實施例中斷驅動訊號D1及D2以偵測線圈訊號C1衰減速度之波形示意圖。如第10圖所示，V1代表感應式電源供應器100輸出至負載的輸出電壓。由於受電端往往具有相當大的穩壓電容，當驅動訊號D1及D2短期中斷時，對輸出電壓V1產生的影響十分微小。

值得注意的是，除了用來偵測線圈訊號C1之衰減速度以判斷金屬異物是否存在之外，供電微處理器11亦可進一步判斷金屬異物的類型或大小。在一實施例中，供電微處理器11可設定複數個臨界電壓，並根據線圈訊號C1之波峰分別衰減到該複數個臨界電壓之衰減時間，來取得線圈訊號C1之一衰減型態。接著，供電微處理器11即可根據線圈訊號C1之衰減型態來判斷感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物，並判斷金屬異物的類型或大小。舉例來說，當設定二個臨界電壓V_th1及V_th2時，供電微處理器11可取得線圈訊號C1之波峰衰減到臨界電壓V_th1之衰減時間（或峰值超過臨界電壓V_th1的次數），並取得線圈訊號C1之波峰衰減到臨界電壓V_th2之衰減時間（或峰值超過臨界電壓V_th2的次數）。供電微處理器11可據以計算出線圈訊號C1衰減的斜率，進而判斷金屬異物的大小或類型。不同成分的金屬可能會出現不同的衰減情形，例如鋼鐵、銅等會造成較快速的衰減，其測量到的線圈訊號C1之衰減斜率較大；相對地，鋁造成的衰減速度較慢。除此之外，體積較大的金屬異物也會產生較大的斜率。藉由不同金屬異物的判斷，系統可根據不同金屬異物可能產生的威脅性，執行相應的保護措施。

在此例中，供電微處理器11可包含二個電壓產生裝置及二個比較器，其中，二個電壓產生裝置可分別輸出臨界電壓V_th1及V_th2，二個比較器則對應將臨界電壓V_th1及V_th2分別與線圈訊號C1進行比較。感應式電源供應器100之製造者可根據實際需求，在供電微處理器11中設置任意數量的電壓產生裝置及比較器，以透過任意數量的臨界電壓來判斷金屬異物的大小或類型。

值得注意的是，當驅動訊號D1及D2中斷且已判斷出感應式電源供應器100之電力發送範圍內是否存在金屬異物之後，可透過移相方式再次起始驅動訊號D1及D2，以避免線圈訊號C1的振幅瞬間大幅上升而造成組件燒毀。請參考第11圖，第11圖為本發明實施例以移相方式起始驅動訊號D1及D2之示意圖。如第11圖所示，驅動訊號D1及D2在中斷時分別停留在高電位及低電位，欲重新啟動時，驅動訊號D1先切換至低電位，驅動訊號D1及D2再同時切換至高電位。此時，驅動訊號D1及D2具有相同相位，不會產生諧振效果，因此線圈訊號C1的振幅不會大幅上升。接著，時脈產生器112逐漸調整驅動訊號D1及D2中任一或二者的相位，直到驅動訊號D1及D2具有相反相位為止。例如可微調驅動訊號D1或D2切換的時間點，使得兩者之間逐漸達到相反相位。當相位開始調整之後，驅動訊號D1及D2之驅動能力逐漸提升，使供電線圈142逐漸提高對諧振電路的驅動效果，進而使線圈訊號C1之振幅慢慢提升。如此一來，可避免線圈訊號C1的振幅瞬間大幅上升而造成組件燒毀。

由上述可知，本發明可用來判斷感應式電源供應器之電力發送範圍內是否存在金屬異物，其可透過對線圈訊號衰減狀態的偵測來實現。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，第1圖所示之供電微處理器11的結構僅為眾多實施方式的一種，實際上，時脈產生器112、電壓產生裝置113、比較器114及電壓偵測裝置115等模組除了可包含在供電微處理器11內部，亦可獨立設置於供電模組1中，且上述各模組之實現方式也不限於說明書所描述的範圍。此外，如上所述，根據金屬異物的感應需求，供電模組1可包含任意數量的電壓產生裝置及比較器，例如當只需要判斷金屬異物是否存在時，設置一電壓產生裝置及一比較器足以應付此需求；若需要判斷金屬異物的大小或類型時，可設置多個電壓產生裝置及比較器來進行判斷。此外，亦可透過多個電壓產生裝置及比較器來提升判斷的準確度。除此之外，在上述實施例中，當線圈中斷驅動時，二驅動訊號D1及D2係停留在不同電位，但在其它實施例中，當線圈中斷驅動時，二驅動訊號D1及D2亦可同時停留在高電位或低電位，而不限於此。另外，上述實施例主要用來偵測線圈訊號之衰減速度，以判斷金屬異物是否存在，實際上，除了偵測衰減速度以外，亦可藉由偵測其它衰減特性來判斷金屬異物，例如峰值下降的斜率、衰減加速度等。在一實施例中，供電微處理器11亦可包含一記憶體，用來儲存各種金屬異物的衰減型態，以供金屬異物偵測時進行比對。

值得注意的是，即使再小的金屬異物，只要進入感應式電源供應器的電力發送範圍，皆會在線圈中斷驅動時影響線圈訊號的衰減狀態。因此，本發明可偵測到極小的金屬異物，如硬幣、鑰匙、迴紋針等。此外，即使在輸出功率變化時，相同的金屬異物也會造成相同型態及相同速度的訊號衰減，在此情形下，本發明的金屬異物偵測方法可適用於任何輸出功率，因此，感應式電源供應器加大功率設計不致受限於先前技術中金屬異物偵測時不易定義功率損耗臨界值之問題。除此之外，本發明之金屬異物偵測方法僅透過供電端執行，可適用於任何廠商製造的受電模組，亦即，本發明實施於供電端之金屬異物偵測方法與受電端之間不存在相容性問題。同時，線圈中斷驅動時的線圈訊號衰減不易受到受電端負載、供電輸出功率或其它外力的影響，可準確地設定臨界值，以有效判斷微小金屬異物的存在。本發明的另一優點在於，金屬異物偵測方法只需要在供電微處理器中增加軟體的控制機制即可實現，不需要額外增加硬體電路，可有效控制電路成本。

綜上所述，本發明可藉由偵測供電線圈上的線圈訊號之衰減狀態，來判斷感應式電源供應器之電力發送範圍內是否存在金屬異物。為達到準確的金屬異物偵測，在驅動線圈運作的過程中，可中斷驅動訊號以停止對供電線圈進行驅動，並在停止驅動時偵測線圈訊號之衰減狀態，進而判斷金屬異物是否存在。如此一來，可實現更準確的金屬異物偵測，以提升感應式電源供應器之保護效果。此外，透過本發明的金屬異物偵測方法，微小的金屬異物也能夠偵測得到。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‧‧‧感應式電源供應器
10‧‧‧電源供應器
1‧‧‧供電模組
11‧‧‧供電微處理器
111‧‧‧處理單元
112‧‧‧時脈產生器
113‧‧‧電壓產生裝置
114‧‧‧比較器
115‧‧‧電壓偵測裝置
121、122‧‧‧供電驅動單元
130‧‧‧分壓電路
131、132‧‧‧分壓電阻
141‧‧‧諧振電容
142‧‧‧供電線圈
143、243‧‧‧磁導體
2‧‧‧受電模組
21‧‧‧負載單元
242‧‧‧受電線圈
3‧‧‧金屬異物
D1、D2‧‧‧驅動訊號
C1‧‧‧線圈訊號
V_th‧‧‧臨界電壓
20‧‧‧金屬異物判斷流程
200～208‧‧‧步驟
A、B‧‧‧波形
t1、t2‧‧‧時間
70‧‧‧金屬異物判斷詳細流程
700～718‧‧‧步驟
80‧‧‧金屬異物判斷詳細流程
800～818‧‧‧步驟
V1‧‧‧輸出電壓

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圖為本發明實施例之一金屬異物判斷流程之示意圖。第3圖為驅動訊號驅動供電線圈使得線圈訊號穩定振盪之波形示意圖。第4圖為驅動訊號中斷時線圈訊號進行衰減振盪之波形示意圖。第5A圖為不存在金屬異物的情況下，驅動訊號中斷時線圈訊號自然衰減之波形示意圖。第5B圖及第5C圖為存在金屬異物的情況下，驅動訊號中斷時線圈訊號衰減之波形示意圖。第6圖為本發明實施例利用臨界電壓來判斷線圈訊號衰減速度之示意圖。第7圖為本發明實施例一金屬異物判斷詳細流程之示意圖。第8圖為本發明實施例另一金屬異物判斷詳細流程之示意圖。第9A圖為受電端具有負載且不存在金屬異物的情況下，驅動訊號中斷時線圈訊號衰減之波形示意圖。第9B圖為受電端具有負載且存在金屬異物的情況下，驅動訊號中斷時線圈訊號衰減之波形示意圖。第10圖為本發明實施例中斷驅動訊號以偵測線圈訊號衰減速度之波形示意圖。第11圖為本發明實施例以移相方式起始驅動訊號之示意圖。

20‧‧‧金屬異物判斷流程

200~208‧‧‧步驟

Claims

一種用於一感應式電源供應器之方法，用來檢測該感應式電源供應器之一電力發送範圍內是否存在一金屬異物，該方法包含有：中斷該感應式電源供應器之至少一驅動訊號，以停止對該感應式電源供應器之一供電線圈進行驅動；於該供電線圈停止驅動時，偵測該供電線圈上的一線圈訊號之一衰減狀態；以及根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物。
如請求項1所述之方法，其中根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物之步驟包含有：當該線圈訊號之一衰減速度大於一臨界值時，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內存在該金屬異物。
如請求項1所述之方法，其中根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物之步驟包含有：設定一臨界電壓；於該至少一驅動訊號中斷之後，計算該線圈訊號之波峰到達該臨界電壓之一次數；以及當該次數小於一臨界值時，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內存在該金屬異物。
如請求項3所述之方法，其中於該至少一驅動訊號中斷之後，計算該線圈訊號之波峰到達該臨界電壓之該次數之步驟包含有：於該至少一驅動訊號中斷時，啟動一計數器；啟動該計數器之後，在該線圈訊號之一振盪週期中，偵測該線圈訊號之波峰是否到達該臨界電壓；當偵測到該線圈訊號之波峰到達該臨界電壓時，該計數器之計次加一，接著在該線圈訊號之下一振盪週期中，偵測該線圈訊號之波峰是否到達該臨界電壓；以及當偵測到該線圈訊號之波峰未到達該臨界電壓時，取得該計數器之一計數結果，作為該線圈訊號之波峰到達該臨界電壓之該次數。
如請求項1所述之方法，其中根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物之步驟包含有：設定一臨界電壓；於該至少一驅動訊號中斷之後，測量該線圈訊號之一衰減時間，該衰減時間起始於該至少一驅動訊號中斷時，並終止於出現該線圈訊號之波峰未到達該臨界電壓時；以及當該衰減時間小於一臨界值時，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內存在該金屬異物。
如請求項5所述之方法，其中於該至少一驅動訊號中斷之後，測量該線圈訊號之該衰減時間之步驟包含有：於該至少一驅動訊號中斷時，啟動一計時器；啟動該計時器之後，在該線圈訊號之一振盪週期中，偵測該線圈訊號之波峰是否到達該臨界電壓；當偵測到該線圈訊號之波峰到達該臨界電壓時，繼續在該線圈訊號之下一振盪週期中，偵測該線圈訊號之波峰是否到達該臨界電壓；以及當偵測到該線圈訊號之波峰未到達該臨界電壓時，停止該計時器，並取得該計時器之一計時結果，作為該線圈訊號之該衰減時間。
如請求項1所述之方法，其中根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物之步驟包含有：設定複數個臨界電壓；根據該線圈訊號之波峰分別衰減到該複數個臨界電壓之衰減時間，取得該線圈訊號之一衰減型態；以及根據該衰減型態來判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物，並判斷該金屬異物的類型或大小。
如請求項1所述之方法，另包含有：於判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物之後，以移相方式起始該至少一驅動訊號。
如請求項8所述之方法，其中以移相方式起始該至少一驅動訊號之步驟包含有：在起始該至少一驅動訊號時，該至少一驅動訊號中的一第一驅動訊號與一第二驅動訊號具有相同相位；以及逐漸調整該第一驅動訊號及該第二驅動訊號中任一或二者的相位，直到該第一驅動訊號與該第二驅動訊號具有相反相位為止。
如請求項1所述之方法，另包含有：偵測該線圈訊號之一峰值電壓，並根據該峰值電壓來設定至少一臨界電壓，該至少一臨界電壓係用來判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物；其中，該至少一臨界電壓小於該峰值電壓。
一種感應式電源供應器，包含有一供電模組，該供電模組包含有：一供電線圈；一諧振電容，耦接於該供電線圈，用來搭配該供電線圈進行諧振；至少一供電驅動單元，耦接於該供電線圈及該諧振電容，用來發送至少一驅動訊號至該供電線圈，以驅動該供電線圈產生能量；以及一供電微處理器，用來接收該供電線圈上的一線圈訊號，並執行以下步驟：控制該至少一供電驅動單元中斷該至少一驅動訊號，以停止對該供電線圈進行驅動；於該供電線圈停止驅動時，偵測該線圈訊號之一衰減狀態；以及根據該線圈訊號之該衰減狀態，判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物。
如請求項11所述之感應式電源供應器，其中該供電微處理器包含有：一時脈產生器，耦接於該至少一供電驅動單元，用來控制該至少一供電驅動單元發送該至少一驅動訊號或中斷該至少一驅動訊號；一電壓偵測裝置，用來偵測該線圈訊號之一峰值電壓；一處理單元，耦接於該電壓偵測裝置，用來根據該峰值電壓來設定至少一臨界電壓，該至少一臨界電壓係用來判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物；至少一電壓產生裝置，耦接於該處理單元，分別用來輸出該至少一臨界電壓；以及至少一比較器，其中每一比較器對應於該至少一電壓產生裝置中的一電壓產生裝置，用來比較該線圈訊號與相對應之該電壓產生裝置所輸出的一臨界電壓，以產生一比較結果；其中，該處理單元另根據該比較結果，判斷該線圈訊號之該衰減狀態，進而判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內是否存在該金屬異物。
如請求項11所述之感應式電源供應器，其中該供電模組另包含有：一分壓電路，用來對該線圈訊號進行分壓之後，輸出至該供電微處理器。
如請求項11所述之感應式電源供應器，其中當該線圈訊號之一衰減速度大於一臨界值時，該供電微處理器判斷該感應式電源供應器之該電力發送範圍內存在該金屬異物。