未來已來，0.3%功率精度！85KHz無線充電效率一次性測準

隨著5G網(wǎng)絡(luò)、新能源汽車、無人駕駛等行業(yè)的快速發(fā)展，無線充電作為一種新型充電技術(shù)具有廣闊應(yīng)用前景，但其在研發(fā)測試中仍存在高頻功率測試等難點，本文結(jié)合當前行業(yè)現(xiàn)狀、實測難題以及對應(yīng)解決方案進行綜述。

無線充電現(xiàn)狀

圖1 有線充電和無線充電的對比

有線充電和無線充電的對比如圖1所示，由于無線充電存在著多種優(yōu)勢，整體的發(fā)展速度非常迅猛。

圖2

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無線充電，手表無線充電，電動汽車無線充電，無人機無線充電等等。未來還會有更多的設(shè)備會應(yīng)用到無線充電的技術(shù)。
無線充電測試原理
目前主流的無線充電方法仍然是電磁感應(yīng)式，其研究最早，最深，研究者也最多，標準也在逐步普及，形成了發(fā)射和接收端兩大產(chǎn)業(yè)鏈，無線充電行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，但是目前測試方面，由于無線充電采用頻率較高，例如，汽車無線充電目前普遍采用85KHz，所以其測試難點在于功耗，效率測試，如圖3，一般要求測試的是DC-DC端效率和發(fā)射與接收端的AC-AC效率，DC-DC端很容易測試，難點在于AC-AC端的效率測試。

圖3

• 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；
  
• 保護特性：輸入過壓、欠壓保護、過溫保護、輸出過壓、欠壓保護、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：

圖4

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功能，否則根本無法準確測試無線端的功率和效率。

圖5

對于汽車無線充電，充電模塊的功率范圍較大，從幾千瓦，到幾十千瓦，特殊的大功率充電對象可達幾百千瓦，甚至兆瓦級別，單獨模塊的電流可達到幾百安培甚至上千安培，而羅氏線圈本身電流測試范圍大，延時小，是目前進行無線充電測試比較好的解決方案。但其在傳輸時功率因數(shù)較低，接近于90°，此時電壓、電流的延遲將會嚴重影響到功率因數(shù)，出現(xiàn)效率過百的情況。
無線充電測試方案
高頻段的延時對效率的影響非常大，實際測試時，ns的延時就可能會造成效率誤差在1%級別，所以測試對于儀器通道延時要求極高，目前功耗分析儀器均無法將延時控制在ps級別，PA8000功率分析儀可以針對于無線充電頻段做專門的延時校準，將延時數(shù)據(jù)輸入到儀器內(nèi)，保證無線充電測試時間相位的精度。

圖6

目前針對無線充電高頻測試中，電流傳感器成為了影響測試結(jié)果的重要因素，為減少由傳感器引入的誤差，致遠電子專項引入了面向無線充電的高頻電流傳感器。

圖7

• 測量范圍：最大200A
  
• 輸出類型：電壓或者電流輸出
  
• 適用基波頻率范圍：50kHz-100kHz
  
• 電流測量誤差：1mA/A~5mA/A
  
• 延時：1ns~15ns（可給出修正值）
  
• 傳感器尺寸：外徑100mm ,通孔內(nèi)徑27mm