未来已来，0.3%功率精度！85KHz无线充电效率一次性测准

随着5G网络、新能源汽车、无人驾驶等行业的快速发展，无线充电作为一种新型充电技术具有广阔应用前景，但其在研发测试中仍存在高频功率测试等难点，本文结合当前行业现状、实测难题以及对应解决方案进行综述。

无线充电现状

图1 有线充电和无线充电的对比

有线充电和无线充电的对比如图1所示，由于无线充电存在着多种优势，整体的发展速度非常迅猛。

图2

无线充电的方式也已经越来越多的被应用在各个领域，例如我们熟知的手机无线充电，手表无线充电，电动汽车无线充电，无人机无线充电等等。未来还会有更多的设备会应用到无线充电的技术。
无线充电测试原理
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，如图3，一般要求测试的是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。

图3

• 输入特性：输入电压和频率测试、输入功率测试、输入功率因数测试、输入电流谐波限值测试等；
  
• 输出特性：直流输出电压误差测试、直流输出电流电流测试、输出电压响应测试等；
  
• 互操作特性：WPT系统无偏移条件下的效率测试、WPT系统有偏移条件下的效率测试等；
  
• 保护特性：输入过压、欠压保护、过温保护、输出过压、欠压保护、输出短路等；
  
• 高频特性：电压响应、输出波形上升、下降时间测试、线圈参数、线圈电压等；
  
• 安全特性：接触电流、绝缘电阻、绝缘强度、长期稳定性测试等。
  

在众多的测试项目中，最难测试的是无线部分的功率传输，我们先来看一个表格：

图4

我们可以发现，频率相同情况下，功率因数越低，延时误差要求越高；功率因数相同的情况下，频率越高，延时误差要求越高。如85KHz情况下，功率因数为0.2时，1%精度的延时误差为3.59ns，而我们常用的电流传感器在测试85KHz信号时，原边信号与副边信号相位差可能都大于3.59ns，所以测试设备必须具备相位校准功能，否则根本无法准确测试无线端的功率和效率。

图5

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，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。但其在传输时功率因数较低，接近于90°，此时电压、电流的延迟将会严重影响到功率因数，出现效率过百的情况。
无线充电测试方案
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。

图6

目前针对无线充电高频测试中，电流传感器成为了影响测试结果的重要因素，为减少由传感器引入的误差，致远电子专项引入了面向无线充电的高频电流传感器。

图7

• 测量范围：最大200A
  
• 输出类型：电压或者电流输出
  
• 适用基波频率范围：50kHz-100kHz
  
• 电流测量误差：1mA/A~5mA/A
  
• 延时：1ns~15ns（可给出修正值）
  
• 传感器尺寸：外径100mm ,通孔内径27mm