深度探析無線充電解決方案

無線充電是目前新興的充電技術，但在目前研發測試中存在很多難點，其中功率效率尤為困難，本文總結目前在多家企業、高校、研究院測試時遇到的問題以及解決方案，希望幫助行業解決問題，推動行業發展。

01

無線充電方法種類

無線充電的方法根據其原理的不同可分為四種，電磁感應式，磁共振式，無線電波式，電場耦合式。

1. 電磁感應式

初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。目前最為常見的充電解決方案就采用了電磁感應，特點是傳輸距離短、使用位置相對固定，但是能量效率較高、技術簡單，很適合作為無線充電技術使用。。

2. 磁場共振式

由能量發送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術，可以用于遠距離充電，充電距離可達上千米。

3.無線電波式

其使用類似于wifi，使用2.45GHz的電波發生裝置傳送電力，發送裝置與微波爐使用的“磁控管”基本相同。傳送的微波也是交流電波，可用天線在不同方向接收，用整流電路轉換成直流電為汽車電池充電，主要存在的問題是效率過低。

4.電場耦合式

其原理是電感耦合，當兩個距離較近的線圈被磁化后，產生磁場，另一個線圈感應到磁場后產生磁感應電流，其優勢是可以將裝置體積做小，嵌入到產品中，同時也解決了溫升問題，目前研究者較少。

02

原理及測試難點

目前主流的無線充電方法仍然是電磁感應式，其研究最早，最深，研究者也最多，標準也在逐步普及，形成了發射和接收端兩大產業鏈，無線充電行業正在蓬勃發展，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，如下圖，一般要求測試的是DC-DC端效率和發射與接收端的AC-AC效率，DC-DC端很容易測試，難點在于AC-AC端的效率測試。

03

儀器帶寬精度

目前無線充電的效率提升比較困難，效率的提升都是千分之級別計算，所以要求測試儀器精度較高，其次無線充電頻率高，所以普通功測試儀器帶寬無法滿足，能夠進行功耗測試的儀器較少，必須使用高帶寬，高精度的功率分析儀進行測試，目前實測效果較好的是致遠電子的PA8000功率分析儀，精度最高可達0.01%，帶寬高達5MHz。

（http://www.zlg.cn/pa/pa/index.html）

04

儀器延時

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，將延時數據輸入到儀器內，保證無線充電測試時間相位的精度。

05

傳感器要求

對于手機無線充電，電流較低，部分功率測試儀器可以滿足直接輸入，不需要用到傳感器，但是對于汽車無線充電，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，其次，傳感器本身也會引入延時，霍爾傳感器本身精度雖然高，但是其延時較大，很難直接應用。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。

06

通道要求

在上文中提到，大功率無線充電方案需要提高電流。另外一種方法是多個模塊級聯，這就要求測試通道非常多，例如6組模塊級聯，就需要6個通道測試輸入，1個通道測試輸出，需要功率通道7個，普通測試儀器無法滿足如此復雜得并聯計算，若通道高于7個，目前市面上單臺儀器基本不能滿足需求。目前測試方法是通過PA8000進行并機級聯來實現多組模塊并聯的大功率無線充電測試。

07

諧振電容電壓測試

無線充電中逆變器/整流器與發射/輸出線圈之間，通常會有諧振電容，有時需要測試諧振電容上的損耗，通過諧振電容，電壓通常會達到上千伏，目前市面上的功率分析儀直接輸入電壓一般在600V或者1000V左右，致遠電子PA8000功率分析儀直接輸入電壓1500V，若是諧振電壓再高，就需要用電壓傳感器，目前暫無延時較小的電壓傳感器，解決方法是專門對電壓傳感器做延時標定，將延時數值輸入到PA8000功率分析儀進行手動校正。

對于無線充電測試，致遠電子擁有豐富的經驗，可靠的解決方案，并可提供樣機測試演示。