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无线充电线圈测试解决方案

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2024/3/11 10:10:31

一、无线充电技术市场背景

无线充电手机市场国外发展还不错,国内稍微晚一点,迄今为止有60几款手机支持无线充电。

国外手机厂商诺基亚自从推出Lumia 920支持无线充电后,后续的手机基本支持无线充电功能;谷歌的手机基本都支持无线充电,如Nexus4Nexus5等;三星的手机预留了接收线圈的触点;苹果手机已支持无线充电。而国内手机厂商中兴和TCL已经发布了相关的无线充电手机,各大国产品牌华为、魅族、小米、TCLvivoOPPO、联想等都在研发或开始研发相关无线充电手机。

由于高通及MTK手机主芯片厂商集成了无线充电功能,后续国内的手机可能基本支持无线充电,无线充电功能将成为手机的标配。

与无线充电手机相对应,无线充电器、无线充电宝这些也在同步设计研发和生产中,像小米、三星等已发布相应的产品。另外,在智能小家电以及穿戴类设备等消费电子领域,无线充电在充电便捷性、空间利用率、减小安全隐患、延长设备使用寿命等方面的优势也让无线充电技术广受追捧。

伴随着苹果、三星等手机厂商的主力推进无线充电功能,无线充电技术加快了普及速度,逐步从智能手机向可穿戴智能硬件、智能家居、医疗设备等多方面渗透,带动行业整体发展。

二、充电方式及原理

目前市面上主流的无线充电方式有电磁感应、磁共振和电磁辐射。其中,手机等消费类电子一般采用电磁感应技术。无线充电一般都采用线圈(或基于线圈的共振器)来产生电磁场,以及进行能量传输。

1、电磁感应式

                                             

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电磁感应(Electromagnetic induction)是指放在变化磁通量中的导体,会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势,若将此导体闭合成一回路,则该电动势会驱使电子流动,形成感应电流。

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。

Qi标准所采用的技术就是电磁感应方式,目前市面上的消费类电子大都采用的是这一技术。

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,由麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡,并将其取名为WiTricity。该实验中使用的线圈直径达到50cm,还无法实现商用化,如果要缩小线圈尺寸,接收功率自然也会下降。

3、电磁辐射式

电场和磁场的交互变化产生的电磁波,电磁波向空中发射或泄露的现象,叫电磁辐射。这是发展较为成熟的技术,类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成,可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器,以及可以安装在任何低电压产品的蚊型接收器。

三、无线充电系统概述

典型的无线充电系统由两部分组成:发射单元和接收单元,功率和能量传输可以通过电感耦合,在发射机和接收机之间实现。

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其原理是在功率发射机模块中,先由功率放大器将功率放大,然后以无线方式传输到接收机模块。功率放大器和发射机线圈/谐振器之间插入了匹配电路用于阻抗匹配,以便更有效地传输功率。通过发射机线圈/谐振器产生的磁场进行无线传输,发射机线圈/谐振器耦合在接收机线圈/谐振器上。接收机线圈/功率谐振器接收的功率会由直流-直流转换器进行整流,然后为负载供电或为电池充电。

在线圈/ 谐振器耦合后,即可测量功率传输效率和发射机与接收机模块之间的阻抗匹配。测量可在低功率状态下进行,也可在实际运行条件(高功率)下进行,以便评估整个系统的功率传输性能。同样重要的是,要对WPT系统中使用的各个元器件进行测试,从而确保功率传输的稳定性。例如,在高功率状态下对功率放大器进行S-参数测量评估,以保证稳定的功率和磁场的产生。匹配电路和线圈/谐振器需要进行阻抗、电容、电感和Q因子测试以便进行高效的功率传输。需要控制好环路增益性能和直流- 直流转换器的输出阻抗,以确保功率完整性。

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与通过有线线路进行充电相比,无线充电的传输损耗更大。因此,WPT无线充电系统的效率是WPT 技术所面临的一个挑战,在很大程度上取决于系统中使用的元器件的质量。为了保证系统的性能和互操作性,至关重要的是测试要求并根据要求进行测试。

因此,对WPT系统中使用的各个元器件进行测试是非常重要的。

四、是德科技解决方案

对无线充电系统中发射机/接收机线圈而言,主要进行阻抗测试,即电感L、电阻R、电感C以及品质因数Q,是德科技有相应的阻抗测试仪器可供选择。

1E4980A/AL 精密型LCR

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发射机和接收机线圈的电感通常在微亨范围,测试在几十千赫兹的频率范围内进行。因此,阻抗范围从几毫欧到几欧。E4980A/AL LCR表具有优异的宽阻抗范围性能,在4毫欧到 100毫欧之间可保持10%以内的精度。另外,仪器配有内置补偿功能,可搭配二十多种阻抗测试夹具进行测量。

Keysight E4980A/AL精密型LCR表是行业标准的LCR表,能进行高精度、可重复的高速测量,它是测试无线充电系统线圈的理想测量平台。它具有的高DCR的测量精度和低ESR测量能力的直流电阻测量功能可以提升设计和制造的测试质量和生产率。

对于无线充电线圈的生产企业,E4980A/AL LCR表操作简单、体积小、成本低廉,非常适合线圈的生产线测试。

2 E5061B-3L5网络分析仪

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E5061B-3L5 LF-RF网络分析仪提供选件005用于阻抗分析。该选件使分析仪能够测量电子元件(如电容、电感和谐振器)的阻抗参数。利用S-参数或增益-相位测试端口,选件005可以支持多种测量方法,如反射法、串行直通法(series-thru)和分流直通法。由于每种方法的阻抗范围不同且都具有良好的精度,因此选件005可在极广的阻抗范围内进行WPT元器件的测试和测量。

网络分析仪与阻抗分析仪能力的结合进一步增强了分析仪E5061B作为通用研发工具在WPT元器件测试方面的多功能性。固件支持基本的阻抗分析功能,包括夹具补偿和等效电路分析。直流偏置阻抗测量也可以通过E5061B-3L5提供的内置直流偏置源进行。并且,是德科技有各种7毫米和4端对测试夹具可供选择。

对于无线充电企业,此方案在研发层面更为适用,涵盖了从低频到高频的阻抗分析功能,可以满足更多类型器件的阻抗测试。并且,网络分析功能也可以满足在无线充电系统中其他元器件的测试。

我们的优势:是德、泰克、日置、海思、固纬、安柏、艾德克斯、普源、同惠、鼎阳、艾诺等


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