未來已來，0.3%功率精度！85KHz無線充電效率一次性測準(zhǔn)
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(diǎn)，本文結(jié)合當(dāng)前行業(yè)現(xiàn)狀、實(shí)測難題以及對(duì)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(duì)比
有線充電和無線充電的對(duì)比如圖1所示，由于無線充電存在著多種優(yōu)勢(shì)，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(gè)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(dòng)汽車無線充電，無人機(jī)無線充電等等。未來還會(huì)有更多的設(shè)備會(huì)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(diǎn)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(diǎn)在于AC-AC端的效率測試。
圖3
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(gè)場合，無線充電的測試要求也越來越高。
無線充電的測試項(xiàng)目包括：
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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；
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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；
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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；
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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；
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高頻特性：電壓響應(yīng)、輸出波形上升、下降時(shí)間測試、線圈參數(shù)、線圈電壓等；
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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(xiàng)目中，最難測試的是無線部分的功率傳輸，我們先來看一個(gè)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(shí)誤差要求越高；功率因數(shù)相同的情況下，頻率越高，延時(shí)誤差要求越高。如85KHz情況下，功率因數(shù)為0.2時(shí)，1%精度的延時(shí)誤差為3.59ns，而我們常用的電流傳感器在測試85KHz信號(hào)時(shí)，原邊信號(hào)與副邊信號(hào)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(duì)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(duì)象可達(dá)幾百千瓦，甚至兆瓦級(jí)別，單獨(dú)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(shí)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(shí)功率因數(shù)較低，接近于90°，此時(shí)電壓、電流的延遲將會(huì)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(shí)對(duì)效率的影響非常大，實(shí)際測試時(shí)，ns的延時(shí)就可能會(huì)造成效率誤差在1%級(jí)別，所以測試對(duì)于儀器通道延時(shí)要求極高，目前功耗分析儀器均無法將延時(shí)控制在ps級(jí)別，PA8000功率分析儀可以針對(duì)于無線充電頻段做專門的延時(shí)校準(zhǔn)，將延時(shí)數(shù)據(jù)輸入到儀器內(nèi)，保證無線充電測試時(shí)間相位的精度。
圖6
目前針對(duì)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(xiàng)引入了面向無線充電的高頻電流傳感器。
圖7
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測量范圍：最大200A
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輸出類型：電壓或者電流輸出
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適用基波頻率范圍：50kHz-100kHz
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電流測量誤差：1mA/A~5mA/A
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延時(shí)：1ns~15ns（可給出修正值）
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傳感器尺寸：外徑100mm ,通孔內(nèi)徑27mm
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(jì)量院針對(duì)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(duì)幅值測量精度要求高，對(duì)相位測量精度要求更高。在使用電流傳感器作為輸入時(shí)，由于傳感器本身存在的延時(shí)，會(huì)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(shí)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(gè)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)！
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