磁感应式、磁场共振式、无线电波式和电场耦合式四种无限充电方案解析

2019-01-11 09:31:11 来源:ofweek
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无线充电是目前新兴的充电技术,但在目前研发测试中存在很多难点,其中功率效率尤为困难,本文总结目前在多家企业、高校、研究院测试时遇到的问题以及解决方案,希望帮助行业解决问题,推动行业发展。

 

01、无线充电方法种类

无线充电的方法根据其原理的不同可分为四种,电磁感应式,磁共振式,无线电波式,电场耦合式。

 

1. 电磁感应式

初级线圈一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电解决方案就采用了电磁感应,特点是传输距离短、使用位置相对固定,但是能量效率较高、技术简单,很适合作为无线充电技术使用。。

 

 

2. 磁场共振式

由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个装置调整到相同频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量,是目前正在研究的一种技术,可以用于远距离充电,充电距离可达上千米。

 

 

3.无线电波式

其使用类似于wifi,使用2.45GHz的电波发生装置传送电力,发送装置与微波炉使用的“磁控管”基本相同。传送的微波也是交流电波,可用天线在不同方向接收,用整流电路转换成直流电为汽车电池充电,主要存在的问题是效率过低。

 

 

4.电场耦合式

其原理是电感耦合,当两个距离较近的线圈被磁化后,产生磁场,另一个线圈感应到磁场后产生磁感应电流,其优势是可以将装置体积做小,嵌入到产品中,同时也解决了温升问题,目前研究者较少。

 

02、原理及测试难点

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,如下图,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。

 

03、仪器带宽精度

目前无线充电的效率提升比较困难,效率的提升都是千分之级别计算,所以要求测试仪器精度较高,其次无线充电频率高,所以普通功测试仪器带宽无法满足,能够进行功耗测试的仪器较少,必须使用高带宽,高精度的功率分析仪进行测试,目前实测效果较好的是致远电子的PA8000功率分析仪,精度最高可达0.01%,带宽高达5MHz。

 

 

04、仪器延时

高频段的延时对效率的影响非常大,实际测试时,ns的延时就可能会造成效率误差在1%级别,所以测试对于仪器通道延时要求极高,目前功耗分析仪器均无法将延时控制在ps级别,PA8000功率分析仪可以针对于无线充电频段做专门的延时校准,将延时数据输入到仪器内,保证无线充电测试时间相位的精度。

 

05、传感器要求

对于手机无线充电,电流较低,部分功率测试仪器可以满足直接输入,不需要用到传感器,但是对于汽车无线充电,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,其次,传感器本身也会引入延时,霍尔传感器本身精度虽然高,但是其延时较大,很难直接应用。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。

 

 

 

06、通道要求

在上文中提到,大功率无线充电方案需要提高电流。另外一种方法是多个模块级联,这就要求测试通道非常多,例如6组模块级联,就需要6个通道测试输入,1个通道测试输出,需要功率通道7个,普通测试仪器无法满足如此复杂得并联计算,若通道高于7个,目前市面上单台仪器基本不能满足需求。目前测试方法是通过PA8000进行并机级联来实现多组模块并联的大功率无线充电测试。

 

 

07、谐振电容电压测试

无线充电中逆变器/整流器与发射/输出线圈之间,通常会有谐振电容,有时需要测试谐振电容上的损耗,通过谐振电容,电压通常会达到上千伏,目前市面上的功率分析仪直接输入电压一般在600V或者1000V左右,致远电子PA8000功率分析仪直接输入电压1500V,若是谐振电压再高,就需要用电压传感器,目前暂无延时较小的电压传感器,解决方法是专门对电压传感器做延时标定,将延时数值输入到PA8000功率分析仪进行手动校正。

 

对于无线充电测试,致远电子拥有丰富的经验,可靠的解决方案,并可提供样机测试演示,如有需要,欢迎随时联系当地销售,我们将全程提供最优质的服务。

 

 
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