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(dāng)前行業(yè)現(xiàn)狀、實測難題以及對應(yīng)解決方案進(jìn)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(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)。

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(biāo)準(zhǔn)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

無線充電測試難點

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

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(zhǔn)功能，否則根本無法準(zhǔn)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(dá)幾百千瓦，甚至兆瓦級別，單獨模塊的電流可達(dá)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(jìn)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(yán)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(zhǔn)，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(yuǎn)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

主要特點：

1、無源，電源干擾及測量通道耦合。

2、可靠溯源、穩(wěn)定性好

為了保證傳感器的精度，由專業(yè)計量院針對電流傳感器的寬頻電壓/電流/相位/功率進(jìn)行校準(zhǔn)。

精確的功率測量不僅對幅值測量精度要求高，對相位測量精度要求更高。在使用電流傳感器作為輸入時，由于傳感器本身存在的延時，會增加電壓電流的相位誤差，致遠(yuǎn)電子的功率分析儀和記錄儀的相位補(bǔ)償功能則可以修正傳感器帶來的相位誤差，能夠提升高頻及低功率因數(shù)下的功率測量精度。此功能在匹配傳感器時可發(fā)揮顯著的效果，保證整體系統(tǒng)功率測量精度。

總結(jié)

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。

未來已來，0.3%功率精度！85KHz無線充電效率一次性測準(zhǔn)！