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2019年01月16日 | 技术文章——无线充电测试难点及解决方案
2019-01-16
无线充电是目前新兴的充电技术，非接触充电装置不需要用电缆将设备与供电系统连接，便可以在多种场合直接对设备进行快速充电，使用电设备随时随地充电变为可能，但在目前研发中，功率效率是最受关注的参数，但目前测试中，存在很多难点，本文总结目前在多家企业高校研究院所测试时遇到的难点以及解决方案，希望帮助行业解决问题，推动行业发展。
一、无线充电方法种类
无线充电的方法根据其原理的不同可分为四种，电磁感应式，磁共振式，无线电波式，电场耦合式。
电磁感应式
初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电解决方案就采用了电磁感应，特点是传输距离短、使用位置相对固定，但是能量效率较高、技术简单，很适合作为无线充电技术使用。。
磁场共振式
由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，是目前正在研究的一种技术，可以用于远距离充电，充电距离可达上千米。
无线电波式
其使用类似于wifi，使用2.45GHz的电波发生装置传送电力，发送装置与微波炉使用的“磁控管”基本相同。传送的微波也是交流电波，可用天线在不同方向接收，用整流电路转换成直流电为汽车电池充电，主要存在的问题是效率过低。
电场耦合式
其原理是电感耦合，当两个距离较近的线圈被磁化后，产生磁场，另一个线圈感应到磁场后产生磁感应电流，其优势是可以将装置体积做小，嵌入到产品中，同时也解决了温升问题，目前研究者较少。
二、原理及测试难点
目前主流的无线充电方法仍然是电磁感应式，其研究最早，最深，研究者也最多，标准也在逐步普及，形成了发射和接收端两大产业链，无线充电行业正在蓬勃发展，但是目前测试方面，由于无线充电采用频率较高，例如，汽车无线充电目前普遍采用85KHz，所以其测试难点在于功耗，效率测试，如下图，一般要求测试的是DC-DC端效率和发射与接收端的AC-AC效率，DC-DC端很容易测试，难点在于AC-AC端的效率测试。
三、仪器带宽精度
目前无线充电的效率提升比较困难，效率的提升都是千分之级别计算，所以要求测试仪器精度较高，其次无线充电频率高，所以普通功测试仪器带宽无法满足，能够进行功耗测试的仪器较少，必须使用高带宽，高精度的功率分析仪进行测试，目前实测效果较好的是致远电子的PA8000功率分析仪，精度最高可达0.01%，带宽高达5MHz。（http://www.zlg.cn/pa/pa/index.html）
四、仪器延时
高频段的延时对效率的影响非常大，实际测试时，ns的延时就可能会造成效率误差在1%级别，所以测试对于仪器通道延时要求极高，目前功耗分析仪器均无法将延时控制在ps级别，PA8000功率分析仪可以针对于无线充电频段做专门的延时校准，将延时数据输入到仪器内，保证无线充电测试时间相位的精度。
五、传感器要求
对于手机无线充电，电流较低，部分功率测试仪器可以满足直接输入，不需要用到传感器，但是对于汽车无线充电，充电模块的功率范围较大，从几千瓦，到几十千瓦，特殊的大功率充电对象可达几百千瓦，甚至兆瓦级别，单独模块的电流可达到几百安培甚至上千安培，其次，传感器本身也会引入延时，霍尔传感器本身精度虽然高，但是其延时较大，很难直接应用。而罗氏线圈本身电流测试范围大，延时小，是目前进行无线充电测试比较好的解决方案。
六、通道要求
在3中提到，大功率无线充电方案需要提高电流。另外一种方法是多个模块级联，这就要求测试通道非常多，例如6组模块级联，就需要6个通道测试输入，1个通道测试输出，需要功率通道7个，普通测试仪器无法满足如此复杂得并联计算，若通道高于7个，目前市面上单台仪器基本不能满足需求。目前测试方法是通过PA8000进行并机级联来实现多组模块并联的大功率无线充电测试。
七、 谐振电容电压测试
无线充电中逆变器/整流器与发射/输出线圈之间，通常会有谐振电容，有时需要测试谐振电容上的损耗，通过谐振电容，电压通常会达到上千伏，目前市面上的功率分析仪直接输入电压一般在600V或者1000V左右，致远电子PA8000功率分析仪直接输入电压1500V，若是谐振电压再高，就需要用电压传感器，目前暂无延时较小的电压传感器，解决方法是专门对电压传感器做延时标定，将延时数值输入到PA8000功率分析仪进行手动校正。
史海拾趣
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