便携式设备无线充电无线充电测试系统
随着无线充电技术的发展，无线充电已经广泛应用于家电设备、移动终端、交通运输和某些专业领域，如车载手机充电、甚至如助听器，心脏起搏器等医疗设备。东方中科为此类应用量身打造的测试系统，可以完成以上装置的安全机制、充电性能、充电效率、温度特性、电磁波干扰、兼容性等方面验证。
1、无线充电测试技术概述
本系统方案是针对便携式、可穿戴式设备的无线充电装置进行功能性测试设计的系统方案。
在Qi标准下，低功率无线充电均使用电感传输15W或以下功率，电感均使用扁平电感，以电感耦合方式传输能量，两电感之间距离可达5mm，输出电压能够稳定在特定值，方法是输出端以数码通讯方式通知输入端增加或者减小电量以达至稳定电压的效果。数码通讯是单向的，也就是在输出端改变负载，使输出电感的电流改变，从而改变输入线圈电流。如此，输入端根据控制讯号调控输入电量就能使输出端的电压稳定。
2、测试系统功能
2.1 系统效率
无线充电系统的效率取决于发射端和接收端的效率。如下图所示，系统效率可以定义为
。
进行效率测量时，需要重复多次计算多次的效率的平均值。
发射端与接收端在XYZ三个方向做距离调整，并测试不同XYZ距离的效率；
2.2 待机功耗测量
待机功耗的测试是为了减小无线充电系统中能量发射装置的功耗（在不需要能量状态下）。两种情况下可以进入待机状态：
（1）没有检测到接收线圈的存在；
（2）能量接收装置发送终止能量传输的信息帧。
（3）需要连续检测一个小时时间内，发射部分的待机功耗的平均值。
2.3 能量发射端热效应
无线充电系统在给便携式电子设备充电过程中，能量发射端的接口处的温升不应该大于5℃；
2.4 其他磁场敏感性测试
电能接收线圈可能会受到不明的、破坏性的电磁场的影响。电能接收装置需要考虑合适的保护措施来避免此类情况造成的损坏。可以通过下面三个方法来避免：
监测无线充电的工作频率，频率必须在标准规定的工作频率之内；
监测DC的整流输出端的直流电压；
监测电能传输各个阶段的变化，变化规律必须与电能接收端的发送信息一致；
2.5 电磁泄漏
无线充电过程中产生的电磁泄漏量必须在一定的安全范围内，限值需要参考ICNIRP或者IEEE的标准；
2.6 人机交互接口
使用者需要与无线充电装置的发射端与接收端进行人机交互
2.6.1 与发射端交流
- 指示在0.5s内将电子设备放到正确的位置；
- 指示充电是否正在进行或者停止；
- 指示充电是否已经结束；
- 指示用户是否处于故障状态；
2.6.2 与接收端人机交互
- 放在发射端上3s之后已经能够正确的接收电能；
- 指示充电完成；
2.7 突加载和突减载测试
无线充电系统在负载突变的情况下，由于控制环路的时间延迟，可能会导致过压或者欠压的情况，因此需要测试在负载突变情况下的无线充电系统的电流电压情况；
2.8耦合系数测试
耦合系数测试需要2次测试通过切换接线可进行自动测，耦合系数自?测试出来以后可以进行绘图。
耦合系数根据JIS C5321的?短路法进行耦合系数自?测试。
→4端子?导线的延?
→充分考虑导线长度的补偿
→可以观测从L1端测量的耦合系数、以及从L2端测试的?数
3、测试系统概述
小功率无线充电测试系统包括送电线圈供电装置（充电座供电）、受电线圈负载装置（受电端带载）、送电端测量装置、受电端测量装置、场强测量装置、XYZ三坐标试验台、通讯装置、测控系统组成。
自?测试功能
→指定移动范围与每次移动量构建自?测试座?
→可以追加测试点
→测试中实时画图
→可以设定测试间隔时间
→测试?间隔是相等的
→比如：线圈移动时，线圈的供电会暂时停止，重新接入电源一段时间以后再进行测试（为了?定的稳定性）
4、系统参数
4.1 被测件线圈直径：最大100mm；
4.2 被测件重量：最大2kg；
4.3 被测件功率：500w；
4.4 无线充电频率范围：
4.5 无线充电执行国标：目前还在商讨中。今年可能会出台。主要参考SAE标准；
4.6 三维测试台：
| 行程X/Y/Z(mm) | 600*600*100 |
| 移动速度 X&Y / Z (mm/sec) | 0.1～500/300 |
| XY/Z轴重复精度 | ±0.02mm/300 |
| 控制系统 | PLC |
| 显示及操作方式 | 触摸屏操作界面显示 |
| 马达系统 | 日制伺服电机 |
| 传动方式 | 高精密滚珠丝杆+精密直线导轨 |
| 操作模式 | 点到点/连续线段 |
| 编辑模式 | 教导式点胶路径 |
| I/0讯号端口 | 8 Inputs / 8 Outputs |
| 输入电源 | Ac200～240V 1000W |
| 工作环境温度 | 5-40℃ |
| 工作环境湿度 | 20-90% |
| 外形尺寸(W x D x H mm) | 1000*1150*1500 |
| 本体重量 (kg) | 250 |
4.7 频带宽广、波形显示、电流探头的方式、基波可以达到300kHz、有两个相位图显示、探头具有位相补偿 功能
4.8 功率分析测量：AC : 0.02%rdg.+0.03%f.s. DC : 0.02%rdg.+0.05%f.s. 18 bit，100dB以上(50/60Hz)，DC, 0.1Hz～2MHz、80dB以上(100kHz) 5MS/s；
4.9 场强测量：
[X/Y/Z轴]有效测量范围：2.000 μT～2.000 mT,4档量程
精度：±3.5% rdg. ±0.5% f.s.
[R轴]有效测量范围：3.464 μT～3.464 mT, 4档量程
精度：±3.5% rdg. ±0.5% f.s.
[有效测量频率范围] 10Hz-400kHz模式时: 50Hz～100kHz
10Hz-2kHz模式时: 50Hz～1kHz
2kHz-400kHz模式时: 5kHz～100kHz
范围：10 Hz～400 kHz/ 10 Hz～2 kHz/ 2 kHz～400 kHz
5、软件功能
5.1 ?定的测试数据数据
5.2 2D 图表
5.3 3D 图表
5.3 4D 图表
5.4 相位图
5.4 谐波图表
5.5 史密斯圆图
史密斯圆图
史密夫图表(Smith chart，又称史密斯圆图)是在反射系散平面上标绘有归一化输入阻抗（或导纳）等值圆族的计算图。史密斯圆图可以给我们带来什么方便？简单来讲，可以直观的通过改变线圈内电路器件，调整图中不同线的位置来达到阻抗匹配。阻抗匹配在无线充电领域非常有意义，阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，当它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。换句话讲，我们可以直观的通过史密斯圆图来调整初级和次级线圈内的电路，以达到最大的传输效率。而不是通过复杂的计算式。
6、设备清单
| 序号 | 名称 | 参数 | 所需要设备 | 数量 |
| 1 | 送电线圈供电装置 | 180~280v交流 500w | 供电装置 可编程电源 | 1 |
| 2 | 受电线圈负载装置 | 150v/10A、500w | 负载装置 可编程负载 | 1（可多选） |
| 3 | 送电端测量装置 | Ii、Vi、Pi | 功率计 | 1 |
| 4 | 受电端测量装置 | Io、Vo、Po | 功率计 | |
| 5 | 场强测量装置 | 10 Hz～400 kHz/ 10 Hz～2 kHz/ 2 kHz～400 kHz | 1 | |
| 6 | 电感耦合测量 | 4Hz~8MHz宽频率范围，实现高速、高精度测量 | LCR装置 | 1 |
| 7 | XYZ三坐标试验台 | 程控、XYZ移动 精度：0.02mm 行程X/Y/Z(mm)：600x600x100 | 1 | |
| 8 | 通讯装置 | CAN/LAN | 1 | |
| 9 | 测控系统 | 系统连接线、机柜、测试台、工控机、接口、软件 | 1 |
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