1.本发明涉及一种检测品质因数(quality factor，q因数)的方法及无线充电器。具体地，本发明涉及具有复杂谐振电路的无线充电器及检测具有复杂谐振电路的无线充电器的q因数的方法。

2.品质因数(q因数)能够用于无线充电器以确定在其充电区域是否存在不良外物(例如金属物体)，以避免充电器对该外物进行加热进而导致损害。通常地，q因数定义在谐振频率带内的极点。将扫频信号施加到充电器的谐振体电路上，并确定q因数为在该扫频频率范围内v
是在发射线圈上的信号电压，而v
是施加到谐振体电路上的信号电压。该方法易于应用在使用串联lc谐振电路的低功率充电系统中，然而在使用更为复杂的谐振电路的充电系统中则不易应用。例如，在汽车应用中，使用复杂的谐振体电路以符合电磁兼容性(electro-magnetic compatibility，emc)要求。复杂的谐振电路导致系统具有多个极点，从而难以确定q因数。
3.有利的是提供一种在具有复杂谐振体电路的无线充电器中确定q因数的方法和装置。

4.本发明内容被提供以介绍以下具体实施方式部分详述的概念中经选择的简化部分。本发明内容并不意欲确定权利要求中内容的关键或必要特征，亦不意欲使其限制权利要求的范围。
5.根据一种实施方式，提供一种确定无线充电器的品质因数的方法。无线充电器包括逆变器、滤波器、以及谐振体电路。逆变器配置为接收供电电压，以及通过开合逆变器的第一开关、第二开关、第三开关、及第四开关来产生pwm信号。滤波器连接到逆变器，以及配置为接收pwm信号、产生经滤波的信号。谐振体电路连接到滤波器，以及配置为接收经滤波的信号、在无线充电器的无线充电阶段向接收器提供无线电能。所述方法包括：
6.闭合第一开关和第二开关的一者，以及闭合第三开关和第四开关的一者，以向谐振体电路发出电流脉冲；以及
7.在无线充电器的q因数确定阶段，打开第一开关至第四开关。
8.在一个或多个实施方式中，通过以下来将逆变器连接为全桥类型的逆变器：
9.将第一开关和第二开关串联作为第一分支；
10.将第三开关和第四开关串联作为第二分支；以及
11.将第一分支和第二分支并联连接在电压供应器与地之间。
12.q因数确定阶段可以只在四个开关均打开的时候(单极点谐振状态)延续，或者包括所述四个开关均打开的单极点谐振状态以及之前的第一、第二开关之一闭合和第三、第四开关之一闭合的状态(电流脉冲状态，亦称为上压状态)。
13.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括：
14.由电压供应器接收供电电压；
15.交替地闭合第一开关和第二开关，及交替地闭合第三开关和第四开关；以及
16.在第一开关和第二开关之间的第一节点以及第三开关和第四开关之间的第二节点上提供pwm信号。
17.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括，通过以下来将滤波器连接为pi型滤波器：
18.将电感器的第一端连接到逆变器以接收pwm信号；以及
19.将电容器连接到电感器的第二端，其中经滤波的信号跨电容器而被提供。
20.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括：
21.将另一电感器的第一端连接到逆变器；以及
22.将另一电感器的第二端连接到电容器；其中
23.所述电感器和所述另一电感器连接到所述电容器的相反两侧。
24.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括，通过以下来将谐振体电路跨电容器连接以将谐振体电路连接到滤波器：
25.提供电感器线圈以提供无线电能；
26.将电容器连接在谐振体电路的电感器线圈的第一端和滤波器的电容器之间；以及
27.将电感器线圈的第二端连接到滤波器的电容器。
28.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括：在无线充电器的q因数确定阶段通过打开第一开关至第四开关来将谐振体电路和滤波器的电容器连接为谐振网络。
29.根据一种实施方式，提供一种确定无线充电器的品质因数的方法。
30.无线充电器包括：
31.逆变器，配置为接收供电电压，以及在第一节点和第二节点上产生pwm信号；
32.滤波器，连接到逆变器的第一节点和第二节点以接收pwm信号，以及在电容器的第一端和第二端上产生经滤波的信号；以及
33.谐振器网络，连接到滤波器的电容器的第一端和第二端以接收经滤波的信号，以及配置为在电感器线圈向接收器提供无线电能。
35.向谐振体电路发出电流脉冲；以及
36.在无线充电器的q因数确定阶段，将谐振体电路和滤波器的电容器连接到谐振网络。
37.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括：
38.通过将第一分支和第二分支并联连接在电压供电器和地之间来将逆变器连接为全桥类型逆变器，其中第一分支包括串联连接的第一开关和第二开关，第二分支包括串联连接的第三开关和第四开关；
39.闭合第一开关和第二开关之一，以及闭合第三开关和第四开关之一，以在第一开关和第二开关之间的第一节点与第三开关和第四开关之间的第二节点上提供电流脉冲；以及
40.在无线充电器的q因数确定阶段，打开逆变器的第一开关至第四开关，以将谐振体
电路和滤波器的电容器连接到谐振网络。
41.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括，通过以下来将滤波器连接为pi型滤波器：
42.将电感器的第一端连接到逆变器的第一节点以接收pwm信号；以及
43.将电容器连接到电感器的第二端。
44.在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括：
45.将电感器线圈和电容器跨滤波器的电容器而串联连接，以将谐振体电路连接到滤波器的电容器的第一端和第二端，来接收经滤波的信号，其中谐振体电路的电容器连接在电感器线圈和滤波器的电容器之间；以及
46.将谐振体电路的电感器线圈和电容器与电流传感器串联，其中电流传感器配置为产生表征流经电感器线圈的电流的电流信号。
47.根据一种实施方式，提供一种无线充电器，其包括：
48.逆变器，配置为从电压供应器接收供电电压及产生pwm信号，其中逆变器包括并联连接在电压供应器与地之间的第一分支和第二分支，以及其中第一分支包括串联连接的第一开关和第二开关，第二分支包括串联连接的第三开关和第四开关；
49.滤波器，连接到逆变器以接收pwm信号，以及配置为产生经滤波的信号，其中滤波器包括电容器和连接到电容器的电感器；
50.谐振体电路，跨滤波器的电容器连接以接收经滤波的信号，其中谐振体电路配置为在无线充电阶段向位于无线充电器的充电区域的接收器提供无线电能；以及
51.控制器，连接到逆变器的第一开关至第四开关，以及配置为：
52.闭合第一开关和第二开关之一，以及闭合第三开关和第四开关之一，以向谐振体电路发出电流脉冲；以及
53.在无线充电器的q因数确定阶段，打开第一开关和第四开关。
54.在一个或多个实施方式中，逆变器配置为在第一开关和第二开关之间的第一节点、以及第三开关和第四开关之间的第二节点提供pwm信号：以及其中滤波器连接到逆变器的第一节点和第二节点以接收pwm信号。
55.在一个或多个实施方式中，电感器具有连接到第一节点的第一端，和连接到电容器的第二端。
56.在一个或多个实施方式中，滤波器包括另一电感器，另一电感器具有连接到第二节点的第一端，以及具有连接到电容器的第二端。
57.在一个或多个实施方式中，电感器与另一电感器连接在电容器的相反两侧。
58.在一个或多个实施方式中，谐振体电路包括串联连接的电感器线圈和电容器，电感器线圈配置为提供无线电能。
59.在一个或多个实施方式中，所述无线充电器进一步包括：电流传感器，产生表征流经电感器线圈的电流的电流信号，其中电流传感器和谐振体电路的电感器线圈及电容器串联连接。
60.在一个或多个实施方式中，控制器配置为交替地闭合第一开关和第二开关，以及交替地闭合第三开关和第四开关，以产生pwm信号。
61.在一个或多个实施方式中，包括谐振体电路和滤波器的电容器的谐振网络由发出
的电流脉冲触发而在第一开关至第四开关打开的q因数确定阶段谐振。
62.为使本发明前述内容可以更具体的方式得以理解，本发明的进一步详细的描述可以参考实施方式而得到，其中部分由所附的图例而展示。所附图例仅展示本发明的典型实施方式，且因本发明可以具有其他相同地有效实施方式，所附图例不应理解为限制本发明的范围。附图是为便于理解而非测量本发明而绘制。对于本领域的技术人员而言，在阅读了本描述并结合所附图例，所要求的发明主题的益处将易于理解。在附图中，相似的标记数字被用来指示相似的元件，以及：
63.图1是在正常运行阶段无线充电器的电路图；
64.图2是图1中的无线充电器在q因数确定阶段的电路图；
65.图3是图1中的电感器线圈的谐振电压的信号图；
66.图4是根据一种实施方式的无线充电器的电路图；
67.图5是图4中的电感器线圈在q因数确定阶段的电流波形图，其中滤波器的电感器耦合在谐振网络中；
68.图6是根据一种实施方式的来自图4中的控制器控制信号图；
69.图7是图4中的电感器线圈在q因数确定阶段的电流波形图，其中各开关由图6中的控制信号所控制；以及
70.图8是根据另一实施方式的无线充电器的电路图，其中无线充电器包括电流传感器。
71.图1是无线充电器100的电路图。无线充电器100包括电压供应器102、逆变器104、以及谐振体106。电压供电器102在输出端112上提供供电电压。源自电压供应器102的供电电压是直流(dc)电压。逆变器104亦称为电源逆变器，其将dc电压转换为交流(ac)信号，并将ac信号提供给谐振体106。
72.逆变器104为全桥型逆变器，其包括第一分支116和第二分支118。第一分支116和第二分支118并联连接在电压供应器102的输出端112和地114之间。具体地，第一分支116包括串联连接的第一开关s1和第二开关s2，其中第一开关sl的第一端由输出端112接收dc供电电压，第二开关s2的一端接地114。第二分支118包括串联连接的第三开关s3和第四开关s4，其中第三开关s3的第一端从输出端112接收dc供电电压，第四开关s4的一端接地114。逆变器具有第一输出端120和第二输出端122，用以向谐振体106提供经转换的ac信号。第一输出端120连接到第一开关s1和第二开关s2之间的节点，第二输出端122连接到第三开关s3和第四开关s4之间的节点。
73.由图1中各开关s1至s4旁的信号图可见，在正常运行阶段，例如在充电活动中，在第一分支116中，第一开关s1和第二开关s2由控制器(图未示)所控制而交替闭合。类似地，在第二分支118中，第三开关s3和第四开关s4由控制器所控制而交替闭合。开关s1和s2、或者开关s3和s4不同时刻闭合，以避免将电压供应器102短路。各开关s1至s4被示为mosfet，其各具有栅极以接收来自控制器的控制信号；然而各开关亦可实施为其他类型的可控为导
74.谐振体电路106连接到逆变器104以接收ac信号。具体地，谐振体电路106连接到第一输出端120和第二输出端122以接收ac信号。谐振体电路106包括发射功率的电感器线圈108、以及与电感器线圈108串联连接的电容器110。谐振体电路106的电感器线圈108具有经过串联连接的电容器110而耦接到逆变器104的第一输出端120的第一端132、以及耦接到逆变器104的第二输出端122的第二端134。
75.所发射的功率能够被用来对置于无线充电器100的近旁的接收器设备充电，例如在无线充电器100的充电区域内。ac信号驱动电感器线圈108产生磁场。磁场引致接收器设备中的接收器线圈产生感生电流，从而将电能由充电器转换到接收器。可以理解的是，磁场随着距离增加而衰减，无线充电器100的充电区域是所产生的磁场强度足以在接收器设备中感生所需电流的区域，例如距电感器线圈108一定距离，该距离取决于驱动电感器线圈108的ac信号、以及电感器线圈108的电感值等。
76.应当理解的是，q因数被用于检测在无线充电器100的充电区域内的外物(foreign object，fo)存在的方法中。如图2所示，开关s1至s4旁的信号图为q因数确定阶段施加到对应开关的控制信号的信号图。第一开关s1在短时间内闭合，触发一个激励电流以进入谐振体电路106。在此之后，第一分支116的第二开关s2和第二分支118的第四开关s4闭合，而开关s1和s3打开，谐振体电路106连接为图2中虚线所示的自由谐振电路，并进入自由谐振状态。
77.通常地，q因数定义为谐振体电路106中存储的能量由于其自身的内部能量损耗而减弱的速度。如果存在fo，由谐振体电路106所存在的能量出现波动，则q因数相比于没有fo而言出现变化。出于简化，测量电感器线圈108的第一端132上的、能够表征谐振体电路106存储的能量的谐振电压v
，以确定q因数。当开关s2和s4闭合时，能够在电感器线圈108的第一端132上确定谐振电压v
。图3示出了图2中的电感器线圈108的谐振电压v
78.图4是能够根据本发明一种实施方式而运行的无线充电器400的电路图。无线充电器400包括电压供应器402、逆变器404、滤波器406、谐振体电路408、以及控制器410。图4的无线充电器400的电压供应器402、逆变器404、以及谐振体电路408与图1中的无线充电器100的电压供应器102、逆变器104、以及谐振体电路106类似，在此仅作简略说明。
79.电压供应器402在输出端412上提供dc供电电压。逆变器将dc电压转换为ac信号，以及向滤波器406提供ac信号。
80.与图1中的逆变器104类似地，图4中的逆变器404是包括第一分支416和第二分支418的全桥型逆变器。第一分支416和第二分支418并联连接在电压供应器402的输出端412和地414之间。更具体地，第一分支416包括串联连接的第一开关s1和第二开关s2，其中第一开关s1的第一端从输出端412接收dc供电电压，第二开关s2的一端接地414。第二分支418包括串联连接的第三开关s3和第四开关s4，其中第三开关s3的第一端从输出端412接收dc供电电压，第四开关s4的一端接地414。逆变器具有第一输出端420和第二输出端422，以向滤波器406提供经转换的ac信号。第一输出端420连接到第一开关s1和第二开关s2之间的节点，第二输出端422连接到第三开关s3和第四开关s4之间的节点。
81.在正常运行中，例如在充电行为中，在第一分支416中的第一开关s1和第二开关s2
被控制器410所控制而交替闭合。类似地，在第二分支418中，第三开关s3和第四开关s4由控制器410所控制而交替闭合。开关s1和s2、或者开关s3和s4不同时闭合，以免将电压供应器402短路。其结果是，在逆变器电路的输出上的电压是(方波)ac信号，其频率相应于开关的开合频率。图4的无线充电器400的开关s1至s4可以实施为图1中所示的mosfet，或者实施为其他可控为导通的开关。
82.滤波器406连接到逆变器404，以经过第一输出端420和第二输出端422而接收ac信号。滤波器406对ac信号进行滤波，以及产生经滤波的脉冲宽度调制(pulse width modulated，pwm)信号。在此，滤波器406是pi型滤波器(π滤波器)，其包括第一电感器l1、第二电感器l2、以及电容器c1。第一电感器l1连接到逆变器404的第二输出端422，第二电感器l2连接到逆变器404的第一输出端420。第一电感器l1具有连接到逆变器404的第二输出端422的第一端424、以及具有连接到谐振体电路408和电容器c1的第一端的第二端426。类似地，第二电感器l2具有连接到逆变器404的第一输出端420的第一端428、以及具有连接到谐振体电路408和电容器c1的第二端的第二端430。从而，电容器c1连接在第一电感器l1的第二端426和第二电感器l2的第二端430之间。换言之，第一电感器l1和第二电感器l2连接在电容器c1的相反两侧。根据一种实施方式，第一电感器l1和第二电感器均具有1微亨(micro-henry，μh)的电感值，电容器c1具有0.4微法(micro-farad，μf)的电容值。在其他非限制性的实施方式中，第一电感器l1和第二电感器l2各具有范围为0.1μh至10μh的电感值，而电容器c1具有范围为0.1μf至2μf的电容值。
83.pi型滤波器406从来自逆变器404的方波ac信号中滤除高次谐波，以产生正弦波pwm信号，以及将经滤波的正弦波pwm信号提供给谐振体电路408。在其他实施方式中，滤波器406可以包括更多或更少的电感器。例如，滤波器406可以实施为l型滤波器，其相比于图4中所示的pi型滤波器406而言，仅包括电容器c1和第一、第二电感器l1和l2中的一者。滤波器406使无线充电器400适用于高功率应用中，例如10瓦(w)至60w的功率场景。pwm信号的频率如前所述地取决于开关s1至s4的开闭频率。在根据qi协议的应用中，pwm信号的频率介于105khz至210khz。
84.与图1中的谐振体106类似地，图4中的谐振体电路408连接到滤波器406以接收正弦波pwm信号。具体地，滤波器406的pwm信号被提供在跨电容器c1的其第一端和第二端(图未标号)上，谐振体电路408跨滤波器406的电容器c1连接，以接收pwm信号。谐振体电路408包括电感器线圈l3，其发射功率。所发射的功率能够用来对位于无线充电器400的充电区域内的接收器设备充电。无线充电器400还能够使用谐振体电路408的电感器线圈l3来与接收器设备通信，例如根据qi标准以数据包的形式通信。
85.谐振体电路408的电感器线圈l3具有第一端432和第二端434，第一端432耦接到滤波器406的第一电感器l1的第二端426，第二端434连接到滤波器406的第二电感器l2的第二端430。谐振体电路408还包括电容器c2，其连接在滤波器406的第一电感器l1的第二端426和电感器线圈l3的第一端432之间。应当理解的是，电容器c2从而与电感器线圈l3串联。
86.如前述参考图2所述的，在确定q因数时刻，第一开关s1和第四开关s4在短时间闭合，以发出激励电流来触发谐振体电路408振荡。第一开关s1和第四开关s4闭合以发出该激励电流的时间短于开关在正常运行阶段时刻每周期的闭合时间。在发出激励电流后，若无线充电器400与图1中的无线充电器100类似地运行，将第一分支416的开关s2和第二分支
418的开关s4闭合，并将开关s1和s3打开，则电压v
将难以测量，这是因为电感器线圈l3和电容器c2均不接地。相反地，电感器线圈l3和电容器c2是浮置的。
87.此外，若将开关s2和s4闭合，则不仅将电感器线圈l3和电容器c2耦合进入谐振网络，而且将第一电感器l1和第二电感器l2耦合进入由激励电流所触发以开始谐振的谐振网络。从而，该等多个被耦合进入谐振网络的谐振元件将导致谐振网络的多个谐振频率，亦称为“极点”。参考图5所示的当电感器线圈l3与第一电感器l1和第二电感器l2均被耦合进入谐振网络时，电感器线圈l3所流经的电流的波形，该信号波形较为复杂，并包括高次谐波分量，使得q因数难以确定。这些高次谐波在波形的左侧的谐振开始阶段尤为明显，然而可见其相较于基础谐振而言衰减得更快，从而在波形的右侧部分仅可见一个谐波的、或者单极点的谐振。
88.现在参考图6，其为根据本发明实施方式的来自控制器410的应用到开关s1至s4上的控制信号的信号时序图。根据该实施方式，控制器410控制第一开关s1至第四开关s4，以将无线充电器400在时间t0之前置于无线充电阶段。由图6可见，在无线充电阶段，开关s1和开关s2交替闭合，开关s3和开关s4交替闭合，以向谐振体电路408提供pwm信号。由时间t0开始，无线充电器400进入q因数确定阶段：为确定q因数，通过将第一开关s1和第四开关s4在时间t1内闭合而发出激励电流，时间t1不长于无线充电阶段中开关在各周其内的闭合时间。
89.在激励电流、亦称为电流脉冲被发出之后，所有的开关s1、s2、s3、s4在时间t2中均被打开。由此可知，由于所有的开关均被打开，谐振体电路408的电感器线圈l3、电容器c2，以及滤波器406的电容器c1连接为谐振网络，谐振网络由激励电流触发而开始谐振。谐振网络只包括电感器线圈l3、电容器c2和电容器c1，使得谐振网络中减少了谐振元件电感器l1和电感器l2，从而从谐振信号中去除了额外的极点。该简化的谐振网络实现了图6中所示的简化的和清晰的谐振电流i
，其在图7中更详细地展示，并使得易于确定q因数。
90.图8是根据一种实施方式的无线充电器800的电路图。与图4中所示的无线充电器400类似地，图8的无线充电器800包括电压供应器802、逆变器804、滤波器806、谐振体电路808、以及控制器810等，其均被相似地命名和标号，在此不予详述。此外，无线充电器800还包括电流传感器840，电流传感器840耦接在谐振体电路808的电感器线圈l3的第二端834和滤波器806的电容器c1之间。故此，电流传感器840、谐振体电路808的电感器线圈l3和电容器c2串联连接。电流传感器840提供输出电流i
，其表征流经第三电感器线圈l3的电流。应当理解的是，输出电流i
，并可以进一步地用来通过已知的公式和/或方程计算出q因数。在图8所示的实施方式中，电流传感器840是电流互感器(current transformer，ct)，其具有例如1∶100的绕组比，其中ct840的初级绕组耦接在谐振体电路808中，而ct840的次级绕组被耦接以提供输出电流i
。可以理解的是，耦接进入无线充电器800的电流传感器840的初级绕组是将近纯导体，在谐振网络中几乎不引入极点。
91.在正常的功率传输阶段(无线充电阶段)，无线充电器800所发送的功率与接收器设备所接收的功率之间的功率损失通常被用来确定在充电区域内是否有异物。由无线充电器800发出的功率还可使用电流传感器840所检测的电流i
来计算。故此，将电流传感器840耦接到无线充电器800中进一步地便于确定功率损失，以及便于在功率传输阶段进行异物检测(foreign object detection，fod)。
92.在此参考了特定的所示的例子对于各种示例的实施方式进行了描述。所述示例的例子被选择为辅助本领域的技术人员来形成对于各实施方式的清晰理解并得实施。然而，可以构建为包括一个或多个实施方式的系统、结构和器件的范围，以及根据一个或多个实施方式实施的方法的范围，并不为所展示的示例性例子所限制。相反地，所属技术领域的技术人员基于本说明书可以理解：可以根据各实施方式来实施出很多其他的配置、结构和方法。
93.应当理解的是，就于本发明在前描述中所使用的各种位置指示来说，例如顶、底、上、下，彼等指示仅是参考了相应的附图而给出，并且当器件的朝向在制造或工作中发生变化时，可以代替地具有其他位置关系。如上所述，那些位置关系只是为清楚起见而描述，并非限制。
94.本说明的前述描述是参考特定的实施方式和特定的附图，但本发明不应当限制于此，而应当由权利要求书所给出。所描述的各附图都是示例性的而非限制性的。在附图中，为示例的目的，各元件的尺寸可能被放大，且可能没有绘制为特定的比例尺。本说明也应当包括各元件、工作方式在容限和属性上的不连续的变换。还应当包括本发明的各种弱化实施。
95.本说明及权利要求书中所使用的词汇“包括”并不排除其他元件或步骤。除非特别指出，在使用单数形式如“一”、“一个”指代确定或不确定的元件时，应当包括该元件的复数。从而，词汇“包括”不应当被理解为限于在其后所列出的条目，不应当理解为不包括其他元件或步骤；描述“器件包括项目a和b”的范围不应当限制为只包括元件a和b的器件。该描述表示，就于本说明而言，只有器件的元件a和b是相关的。尽管耦合通常包括电感性的连接、连接通常意为通过例如电线的连接，然而此处所述“连接”、“耦接”、“耦合”均表示在相耦接或相连接的元件之间存在电学的联系，且不意味着其间没有中间元件。在描述晶体管及其连接时，词语栅、漏、和源与栅极、漏极、源极以及栅极端、漏极端、源极端是可互换的。
96.对于所属领域的技术人员而言，在不背离本发明的权利要求的范畴内可以作出多种具体变化。

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