随着5G网络、新能源汽车、无人驾驶等行业的快速发展,无线充电作为一种新型充电技术具有广阔应用前景,但其在研发测试中仍存在高频功率测试等难点,本文结合当前行业现状、实测难题以及对应解决方案进行综述。
无线充电现状
图1 有线充电和无线充电的对比
有线充电和无线充电的对比如图1所示,由于无线充电存在着多种优势,整体的发展速度非常迅猛。
图2
无线充电的方式也已经越来越多的被应用在各个领域,例如我们熟知的手机无线充电,手表无线充电,电动汽车无线充电,无人机无线充电等等。未来还会有更多的设备会应用到无线充电的技术。
无线充电测试原理
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,如图3,一般要求测试的是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。
图3
无线充电测试难点
无线充电越来越多的被应用在各个场合,无线充电的测试要求也越来越高。
无线充电的测试项目包括:
输入特性:输入电压和频率测试、输入功率测试、输入功率因数测试、输入电流谐波限值测试等;
输出特性:直流输出电压误差测试、直流输出电流电流测试、输出电压响应测试等;
互操作特性:WPT系统无偏移条件下的效率测试、WPT系统有偏移条件下的效率测试等;
保护特性:输入过压、欠压保护、过温保护、输出过压、欠压保护、输出短路等;
高频特性:电压响应、输出波形上升、下降时间测试、线圈参数、线圈电压等;
安全特性:接触电流、绝缘电阻、绝缘强度、长期稳定性测试等。
在众多的测试项目中,最难测试的是无线部分的功率传输,我们先来看一个表格
图4
我们可以发现,频率相同情况下,功率因数越低,延时误差要求越高;功率因数相同的情况下,频率越高,延时误差要求越高。如85KHz情况下,功率因数为0.2时,1%精度的延时误差为3.59ns,而我们常用的电流传感器在测试85KHz信号时,原边信号与副边信号相位差可能都大于3.59ns,所以测试设备必须具备相位校准功能,否则根本无法准确测试无线端的功率和效率。
图5
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,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。但其在传输时功率因数较低,接近于90°,此时电压、电流的延迟将会严重影响到功率因数,出现效率过百的情况。
无线充电测试方案