无线充电应用现状及测试指标解析

..无线充电于手机行业应用现状及测试指标解析一、前言无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备〔充电器〕将能量传送至用电的装置。原理：一般而言，无线充电的充电器有一线圈，并以交流电推动而产生\o"交流"交流电磁场，在用电装置有另一线圈接收交流电磁场，并转化为电能，收到的电能被用作对装置的电池充电给对该装置供电。情况就等同将变压器的初级线圈及次级线圈分别放至充电器及用电装置。如果充电器及用电装置之间的距离较远，那就要使用共振电感耦合设计。优势：平安：无通电接点设计，可以防止触电的危险。耐用：电力传送元件无外露，因此不会被空气中的水份、氧气等侵蚀；无接点的存在，也因此不会有在连接与别离时的机械磨损及跳火等做成的损耗。在使医疗植入装置较为平安：在植入嵌入式医疗装置上，可以在不损害身体组织的情况下对植入在人体的医疗装置进展充电而不需要有电线穿过皮肤及其他自体组织，免去感染的风险。方便：充电时无需以电线连接，只要放到充电器附近即可。技术上，一个充电器可以对多个用电装置进展进电，在有多个用电装置的情况下可以省去多个充电器、不用占用多个电源插座、没有多条电线互相缠绕的麻烦。二、标准目前无线充电有三大标准，PowerMattersAllianceWirelessPowerConsortium(Qi标准)AllianceforWirelessPower其中Qi标准最多厂商使用，包含SAMSUNG、Google和Nokia。Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织--无线充电联盟(WirelessPowerConsortium,简称WPC)推出的"无线充电〞标准，具备便捷性和通用性两大特征。首先，不同品牌的产品，只要有一个Qi的标识，都可以用Qi无线充电器充电。其次，它攻克了无线充电"通用性〞的技术瓶颈，在不久的将来，手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电，为无线充电的大规模应用提供可能。据悉，Qi在中国的应用产品主要是手机，这是第一个阶段，以后将开展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。图示：Qi无线充电原理图，上方块是行动装置，下方是充电基座在Qi标准下，低功率标准使用电感传输5W或以下的功率，发射用接收均使用偏平电感，以电感耦合方式传输能量，两电感(线圈)之间的距离可达5mm，也可视需要而增至40mm。输出电压能稳定在特定数值，方法是在输出端以数码通讯方式通知输入端增加或减小电量以达至稳定电压的效果。数码通讯是单向的(只由电力输出端发送讯号传至电力输入端)，以反向散射调制将资讯传送，也就是在输出端改变负载，使输出电感的电流改变，从而改变输入线圈的电流，根据输入端电感的电流改变加以解调就能得出所需控制讯号。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。三、现状及解决方案无线充电手机就接收端而言，分为置和外扩两种方式。现阶段主要采用外扩的方式，原因是无线充电组件很难做到超薄，放置到手机部，无疑对工业设计追求完美的厂商是致命缺陷。而且现阶段，国际知名IC厂商如TDK等，所有相关产品没有做到将线圈、磁膜组件一体化封装设计，偏软的线圈就很容易脱离，不利于工程的实施。解决方案：置实现方式为置到锂电池中和手机后盖侧两种，图示：贴合于手机后盖侧一家公司设计出了一款专用的无线充电线圈模组，采用超薄构造设计，仅0.4mm。可以接收无线充电发射器发射的信号，符合WPC的Qi标准。可以作为一款标准件镶嵌在智能手机的后盖上，与手机盖合为一体，轻松实现无线充电功能。图示：置于电池中近期，国推出一款可以支持Qi无线技术标准的无线充电锂电池，就是在普通的锂电池里集成了符合WPCQi标准的无线充电电路，可以接收无线充电发射器的信号，从而到达无线充电的目的。可以根据不同手机种类，定制各种锂电池。此种方式方案实施快捷，普通手机只需换上这种锂电池，即可具备无线充电功能。启动最快，适合产品快速进入市场。外扩实现方式为在整机外部添加标准配件〔手机套、吸附式手机后壳等〕以实现无线充电功能。图示：nokia925无线充电后壳如下图，外扩配件主要是将接收装置集成到配件中，然后再将装置的电源引脚以触点或MicroUSB形式接入手机，以此实现无线充电的功能。四、相关测试效率测试：无线充电技术设备本身实现的是二次能源转换，也就是将网电降压〔或直接〕变为直流电后在进展一次较高频率的开关控制交流变换输出。由于大功率的交直交电流转换是进展电能的二次性无线传输原因，所以电磁的空间磁损率较大。损失的能量局部为电阻消耗，以热能的形式损失。如果装置本身过热，可能会触发电路部的自保机制，导致充电不正常，因此效率测试就很重要。测试原理图如上图所示，输入端电压为U1、输入电流I1，输出电压为U2、输出电流I2，可得出效率测试公式QUOTE，目前市面上较为成熟的无线充电设备传输效率为70%-75%。测试条件：取一功能完全正常的QI接收模块，要求：接收模块线圈、元件、通讯协议均符合QI标准；接收模块输出稳定5V，并且驱动能力到达1A以上；接收模块使用负载，电流模式带载500mA，正确放置于发射线圈之上。此时接收端指示灯亮，开场正常充电，而接收模块输出端口稳定输出恒定5V，并且发射接收模块状态稳定，此时接入功率分析仪记录数据。效率测试装置一般确认发射端能效比能够到达75%以上，方能以此评估接收端的效率。温升测试：除了无线充电电路电阻产生的热量外，由于手机的特殊构造，在手机里必须安装一个电池，这个电池实际上就是无线充电技术开展的噩梦——当发射线圈发射出来的磁场经过电池时，电池里面的金属就会产生感应电流，通常我们把这个叫做"涡流〞，这个涡流会产生一个跟发射线圈产生的磁场方向相反的磁场，抵消掉发射线圈形成的磁场，使得接收线圈接收到的感应电压下降；并且该涡流会转变成热量〔电磁炉就是这个工作原理〕，使得手机电池非常热。因此，为了实现手机的无线充电，就必须在电力承受线圈和手机电池之间放置一个"隔金属〞的装置，阻挡磁力线，防止磁力线到达电池。此时，涉及到两个测试指标：温升测试和隔离测试。1.目的:测量在不同条件下锂电池组件无线充电功能是否符合设计规和用户正常使用。2.容：温升测试3.测试条件:1〕无线充电组件2套〔确保各项电流指标正常)、锂电池2块、CMU200、热像仪Ti25、FLUKE51Ⅱ温度仪、时间表、热像仪固定支架。2〕测试地点：要求在外界干扰较小，密封的小房间里测试。3〕环境温度：室温要求26℃左右，必须在25-27℃之间。4〕充电时，电池要求不能直接放置在桌面上，需用两条高度1-2CM，宽1CM左右的泡沫把两端支撑起来。5〕测试要求为外表测试。6〕FLUKE51Ⅱ温度仪探头置于距离锂电池10CM左右位置的空气中，探头不能接触其它物体，且必须读数稳定后读数。7〕红外仪在使用时要对焦准确，对焦准确测得的结果才准确，冷光标的温度比环境温度低，测试结果就会偏低，比环境温度高，测试的结果就偏高。8〕假设我们要测试的区域是金属材料，必须对该区域外表进展处理，测试的结果才是准确的，如对目标金属外表喷漆、用油笔涂黑、贴美纹纸，否那么按上述设置测试的结果偏低。因金属和塑胶等材料的发射率不一样〔塑胶0.9,金属0.5〕测试步骤1)将待测锂电池置于测试环境中直到机身部温度与环境温度平衡，放置时间不小于10分钟；2〕接入电路和负载，翻开发射端电源，待电压、电流读数稳定后开场计时；3〕充电到10，20，30分钟时，先从温度表读取该时间的环境温度，并记录，判定结果以20分钟温度值为准，10、30分钟为参考值；4〕再查看热像仪冷光标〔最低温度〕温度值是否与FLUKE51Ⅱ温度仪的温度值接近，要求小于0.5度；5〕读取热像仪当前锂电池面的最高温度〔需测正面最高温度和反面最高温度〕，用热像仪拍下照片，并记录温度值。6〕测试人耳、人脸接触部位：根据热像仪图片分析软件特性，电脑鼠标点到图片任一部位，电脑会显示该部位的温度值。利用热像仪软件此特性，把测试拍下的图片传到电脑，电脑鼠标点到锂电池触点处，查看电脑显示的温度值并记录。隔离测试：如上所述，当无线充电发射线圈发射出来的磁场经过电池时，电池里面的金属就会产生"涡流〞，这个涡流会使得接收线圈接收到的感应电压下降；并且该涡流会转变成热量。因此，为了实现手机的无线充电，就必须在电力承受线圈和手机电池之间放置一个"隔金属〞的装置，阻挡磁力线，防止磁力线到达电池。此过程比拟简单，如上文效率测试，将无线充电发射端，磁膜，金属片及手机主板紧挨着，测试效率QUOTE是否≤1%，如是，那么符合隔离测试标准。五、总结在手机厂商之间的竞争日趋白热化的今天，尤其是对于国厂商而言，不能一味打价格战，要在产品差异化和完善用户体验方面多下功夫。将无线充电组件置到锂电池中和手机后盖的解决方案，入门门槛低，用户只需将电池或手机壳