未來已來，0.3%功率精度！85KHz無線充電效率一次性測準

2021年07月12日 16:38$artinfo.Reprint點擊量：161

　　隨著5G網絡、新能源汽車、無人駕駛等行業的快速發展，無線充電作為一種新型充電技術具有廣闊應用前景，但其在研發測試中仍存在高頻功率測試等難點，本文結合當前行業現狀、實測難題以及對應解決方案進行展開。

　　1、無線充電現狀

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　　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勢，整體的發展速度非常迅猛。

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　　無線充電的方式也已經越來越多的被應用在各個領域，例如我們熟知的手機無線充電，手表無線充電，電動汽車無線充電，無人機無線充電等等。未來還會有更多的設備會應用到無線充電的技術。

　　2、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，如圖2，一般要求測試的是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。

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　　3、無線充電測試難點

　　無線充電越來越多的被應用在各個場合，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、輸出電壓響應測試等；

　　互操作特性：WPT系統無偏移條件下的效率測試、WPT系統有偏移條件下的效率測試等；

　　保護特性：輸入過壓、欠壓保護、過溫保護、輸出過壓、欠壓保護、輸出短路等；

　　高頻特性：電壓響應、輸出波形上升、下降時間測試、線圈參數、線圈電壓等；

　　安全特性：接觸電流、絕緣電阻、絕緣強度、長期穩定性測試等；

　　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

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　　我們可以發現，頻率相同情況下，功率因數越低，延時誤差要求越高；功率因數相同的情況下，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，所以測試設備必須具備相位校準功能，否則根本無法準確測試無線端的功率和效率。

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　　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，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。但其在傳輸時功率因數較低，接近于90°，此時電壓、電流的延遲將會嚴重影響到功率因數，出現效率過百的情況。

　　3、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*，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。

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　　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果的重要因素，為減少由傳感器引入的誤差，致遠電子專項引入了面向無線充電的高頻電流傳感器。

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　　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、穩定性好

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

　　測量范圍：準確度：

　　·電壓：1V~600V ·電壓：0.02%~0.05%

　　·電流：100mA~100A ·電流：0.02%~0.05%

　　·頻率：40Hz~100kHz ·相位：*0.005°

　　·功率：最大60kW

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　　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，致遠電子的功率分析儀和記錄儀的相位補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下的功率測量精度。此功能在匹配傳感器時可發揮顯著的效果，保證整體系統功率測量精度。

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