有線充電與無線充電優(yōu)劣對比及測試難點(diǎn)

一、有線充電的類型和原理

有線充電的方式大家一定不陌生了，日常生活中的很多場合都用到了有線充電，如手機(jī)充電器、電腦適配器、電瓶車充電站、電動車充電樁等等。

有線充電的原理并沒有什么神秘之處，其基本原理就是一個AC-DC的電源電路，如下圖所示，其電路往往由整流橋、濾波電路、開關(guān)管和PWM控制器、輸出整流濾波等部分組成。針對不同功率、不同電壓輸出的需求，調(diào)整電路中的器件參數(shù)，PWM控制，輸出變比等。

而像汽車充電樁之類較大型的充電設(shè)備，其工作原理與普通的適配器類似，但在基本的AC-DC之外，還有計費(fèi)控制單元、充電控制器、絕緣檢測模塊、顯示、電表、防雷等模塊，不同的模塊之間，充電樁與BMS之間還要通過CAN總線進(jìn)行通信，保證整個充電的安全。充電樁的核心模塊——充電機(jī)電源模塊，其原理與上圖AC-DC電路類似。

二、無線充電的類型和原理

無線充電的方式也已經(jīng)越來越多的被應(yīng)用在各個領(lǐng)域，例如我們熟知的手機(jī)無線充電，手表無線充電，電動汽車無線充電，無人機(jī)無線充電等等。未來還會有更多的設(shè)備會應(yīng)用到無線充電的技術(shù)。

對于無線充電，其工作原理又是如何呢?如下圖所示，無線充電的核心在于兩個線圈，一個供電線圈和一個接收線圈，線圈通過非接觸的方式進(jìn)行電能傳輸(實現(xiàn)無線傳輸)，供電線圈端由原級電能變換電路、諧波補(bǔ)償電路組成，接收線圈由諧振補(bǔ)償電路、次級電能變換電路組成，電能變換后輸出信號給儲能裝置進(jìn)行充電。兩個線圈之間通過耦合磁場進(jìn)行能量交換。此原理一般用于靜止式無線充電，兩個線圈不能離得太遠(yuǎn)，一般在50cm以內(nèi)，耦合磁場的頻率在幾十千赫茲到幾百千赫茲范圍。除此之外還有一種磁諧振方式無線充電，可用于移動式無線充電，其無線距離可以做到50cm~5m，工作頻率在幾兆赫茲到幾十兆赫茲之間。

三、兩者的優(yōu)劣對比

上面分析了有線充電和無線充電的原理和應(yīng)用，那么這兩種充電方式有沒有優(yōu)劣之分呢。我們先來對比一下兩種充電方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

有線充電：有線充電方式因為充電設(shè)備與被充電設(shè)備必須接觸，所以一定會有插頭、插座此類的結(jié)構(gòu)。因此會存在使用不方便，易產(chǎn)生火花、漏電，易磨損，觸點(diǎn)可能發(fā)熱、著火，功率受限等問題。但是有線充電的電能轉(zhuǎn)化效率高，產(chǎn)品生產(chǎn)測試成熟，應(yīng)用范圍廣泛，有線充電依舊是當(dāng)前主要的充電方式。

無線充電：無線充電中充電器與被充電設(shè)備無需直接接觸，使用方便，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，避免了物理接口所以不會有接口磨損，火花，漏電等問題，此外無線充電還可以實現(xiàn)高壓、大電流、大功率充電。但當(dāng)前無線充電的測試方案不完善，特別是無線部分的電能轉(zhuǎn)化功率、效率測試等。

從未來的發(fā)展趨勢而言，個人以為無線充電會有更大的前景，但是無線充電需要更好更完善的測試系統(tǒng)和方案，保證無線充電能更好更安全的為人們所用。

四、無線充電測試難點(diǎn)

無線充電越來越多的被應(yīng)用在各個場合，無線充電的測試要求也越來越高。無線充電的測試項目包括

·輸入特性：輸入電壓和頻率測試、輸入功率測試、輸入功率因數(shù)測試、輸入電流諧波限值測試等;

·輸出特性：直流輸出電壓誤差測試、直流輸出電流電流測試、輸出電壓響應(yīng)測試等;

·互操作特性：WPT系統(tǒng)無偏移條件下的效率測試、WPT系統(tǒng)有偏移條件下的效率測試等;

·保護(hù)特性：輸入過壓、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)、輸出過壓、欠壓保護(hù)、輸出短路等;

·高頻特性：電壓響應(yīng)、輸出波形上升、下降時間測試、線圈參數(shù)、線圈電壓等;

·安全特性：接觸電流、絕緣電阻、絕緣強(qiáng)度、長期穩(wěn)定性測試等;

在眾多的測試項目中，最難測試的是無線部分的功率傳輸，我們先來看一個表格

我們可以發(fā)現(xiàn)，頻率相同情況下，功率因數(shù)越低，延時誤差要求越高;功率因數(shù)相同的情況下，頻率越高，延時誤差要求越高。如85KHz情況下，功率因數(shù)為0.2時，1%精度的延時誤差為3.59ns，而我們常用的電流傳感器在測試85KHz信號時，原邊信號與副邊信號相位差可能都大于3.59ns，所以測試設(shè)備必須具備相位校準(zhǔn)功能，否則根本無法準(zhǔn)確測試無線端的功率和效率。

致遠(yuǎn)電子研發(fā)生產(chǎn)的PA8000功率分析儀，其基本精度可達(dá)0.01%，帶寬高達(dá)5MHz,支持電壓電流的相位校準(zhǔn)，非常適合用于高頻下的電功率測試，目前已經(jīng)成功應(yīng)用在多個無線充電環(huán)境當(dāng)中。除了PA8000功率分析儀以外，致遠(yuǎn)也推出了整套的無線充電測試方案。

五、致遠(yuǎn)無線充電測試方案

致遠(yuǎn)電子開發(fā)的無線充電綜合測試系統(tǒng)，能幫助用戶高效的對無線充電產(chǎn)品的功能、性能和安全性指標(biāo)進(jìn)行高效、快速的測試。整個無線充電測試系統(tǒng)包括XYZ 三軸平臺、機(jī)械運(yùn)動控制、電源、負(fù)載和測試儀器，

可以實現(xiàn)對無線充電產(chǎn)品約50項特性的自動化或者手動測試，對無線充電產(chǎn)品進(jìn)行全面深入的評估，無線充電測試系統(tǒng)如下圖所示。