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[導讀]摘要:人工智能和移動設備不斷增加,充電器、適配器、充電樁已經屢見不鮮,而無線充電也已經走進人們的視線,有線充電和無線充電到底誰更優秀呢?

一、有線充電的類型和原理

有線充電的方式大家一定不陌生了,日常生活中的很多場合都用到了有線充電,如手機充電器、電腦適配器、電瓶車充電站、電動車充電樁等等。

有線充電的原理并沒有什么神秘之處,其基本原理就是一個AC-DC的電源電路,如下圖所示,其電路往往由整流橋、濾波電路、開關管和PWM控制器、輸出整流濾波等部分組成。針對不同功率、不同電壓輸出的需求,調整電路中的器件參數,PWM控制,輸出變比等。

而像汽車充電樁之類較大型的充電設備,其工作原理與普通的適配器類似,但在基本的AC-DC之外,還有計費控制單元、充電控制器、絕緣檢測模塊、顯示、電表、防雷等模塊,不同的模塊之間,充電樁與BMS之間還要通過CAN總線進行通信,保證整個充電的安全。充電樁的核心模塊——充電機電源模塊,其原理與上圖AC-DC電路類似。

二、無線充電的類型和原理

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。

對于無線充電,其工作原理又是如何呢?如下圖所示,無線充電的核心在于兩個線圈,一個供電線圈和一個接收線圈,線圈通過非接觸的方式進行電能傳輸(實現無線傳輸),供電線圈端由原級電能變換電路、諧波補償電路組成,接收線圈由諧振補償電路、次級電能變換電路組成,電能變換后輸出信號給儲能裝置進行充電。兩個線圈之間通過耦合磁場進行能量交換。此原理一般用于靜止式無線充電,兩個線圈不能離得太遠,一般在50cm以內,耦合磁場的頻率在幾十千赫茲到幾百千赫茲范圍。除此之外還有一種磁諧振方式無線充電,可用于移動式無線充電,其無線距離可以做到50cm~5m,工作頻率在幾兆赫茲到幾十兆赫茲之間。

三、兩者的優劣對比

上面分析了有線充電和無線充電的原理和應用,那么這兩種充電方式有沒有優劣之分呢。我們先來對比一下兩種充電方式的優缺點。

有線充電:有線充電方式因為充電設備與被充電設備必須接觸,所以一定會有插頭、插座此類的結構。因此會存在使用不方便,易產生火花、漏電,易磨損,觸點可能發熱、著火,功率受限等問題。但是有線充電的電能轉化效率高,產品生產測試成熟,應用范圍廣泛,有線充電依舊是當前主要的充電方式。

無線充電:無線充電中充電器與被充電設備無需直接接觸,使用方便,環境適應能力強,避免了物理接口所以不會有接口磨損,火花,漏電等問題,此外無線充電還可以實現高壓、大電流、大功率充電。但當前無線充電的測試方案不完善,特別是無線部分的電能轉化功率、效率測試等。

從未來的發展趨勢而言,個人以為無線充電會有更大的前景,但是無線充電需要更好更完善的測試系統和方案,保證無線充電能更好更安全的為人們所用。

四、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

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。

致遠電子研發生產的PA8000功率分析儀,其基本精度可達0.01%,帶寬高達5MHz,支持電壓電流的相位校準,非常適合用于高頻下的電功率測試,目前已經成功應用在多個無線充電環境當中。除了PA8000功率分析儀以外,致遠也推出了整套的無線充電測試方案。

五、致遠無線充電測試方案

致遠電子開發的無線充電綜合測試系統,能幫助用戶高效的對無線充電產品的功能、性能和安全性指標進行高效、快速的測試。整個無線充電測試系統包括XYZ 三軸平臺、機械運動控制、電源、負載和測試儀器,

可以實現對無線充電產品約50項特性的自動化或者手動測試,對無線充電產品進行全面深入的評估,無線充電測試系統如下圖所示。

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