無(wú)線充電應(yīng)用現(xiàn)狀及測(cè)試指標(biāo)解析

..無(wú)線充電于手機(jī)行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及測(cè)試指標(biāo)解析一、前言無(wú)線充電，又稱(chēng)作感應(yīng)充電、非接觸式感應(yīng)充電，是利用近場(chǎng)感應(yīng)，也就是電感耦合，由供電設(shè)備〔充電器〕將能量傳送至用電的裝置。原理：一般而言，無(wú)線充電的充電器有一線圈，并以交流電推動(dòng)而產(chǎn)生\o"交流"交流電磁場(chǎng)，在用電裝置有另一線圈接收交流電磁場(chǎng)，并轉(zhuǎn)化為電能，收到的電能被用作對(duì)裝置的電池充電給對(duì)該裝置供電。情況就等同將變壓器的初級(jí)線圈及次級(jí)線圈分別放至充電器及用電裝置。如果充電器及用電裝置之間的距離較遠(yuǎn)，那就要使用共振電感耦合設(shè)計(jì)。優(yōu)勢(shì)：平安：無(wú)通電接點(diǎn)設(shè)計(jì)，可以防止觸電的危險(xiǎn)。耐用：電力傳送元件無(wú)外露，因此不會(huì)被空氣中的水份、氧氣等侵蝕；無(wú)接點(diǎn)的存在，也因此不會(huì)有在連接與別離時(shí)的機(jī)械磨損及跳火等做成的損耗。在使醫(yī)療植入裝置較為平安：在植入嵌入式醫(yī)療裝置上，可以在不損害身體組織的情況下對(duì)植入在人體的醫(yī)療裝置進(jìn)展充電而不需要有電線穿過(guò)皮膚及其他自體組織，免去感染的風(fēng)險(xiǎn)。方便：充電時(shí)無(wú)需以電線連接，只要放到充電器附近即可。技術(shù)上，一個(gè)充電器可以對(duì)多個(gè)用電裝置進(jìn)展進(jìn)電，在有多個(gè)用電裝置的情況下可以省去多個(gè)充電器、不用占用多個(gè)電源插座、沒(méi)有多條電線互相纏繞的麻煩。二、標(biāo)準(zhǔn)目前無(wú)線充電有三大標(biāo)準(zhǔn)，PowerMattersAllianceWirelessPowerConsortium(Qi標(biāo)準(zhǔn))AllianceforWirelessPower其中Qi標(biāo)準(zhǔn)最多廠商使用，包含SAMSUNG、Google和Nokia。Qi是全球首個(gè)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織--無(wú)線充電聯(lián)盟(WirelessPowerConsortium,簡(jiǎn)稱(chēng)WPC)推出的"無(wú)線充電〞標(biāo)準(zhǔn)，具備便捷性和通用性兩大特征。首先，不同品牌的產(chǎn)品，只要有一個(gè)Qi的標(biāo)識(shí)，都可以用Qi無(wú)線充電器充電。其次，它攻克了無(wú)線充電"通用性〞的技術(shù)瓶頸，在不久的將來(lái)，手機(jī)、相機(jī)、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無(wú)線充電器充電，為無(wú)線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供可能。據(jù)悉，Qi在中國(guó)的應(yīng)用產(chǎn)品主要是手機(jī)，這是第一個(gè)階段，以后將開(kāi)展運(yùn)用到不同類(lèi)別或更高功率的數(shù)碼產(chǎn)品中。圖示：Qi無(wú)線充電原理圖，上方塊是行動(dòng)裝置，下方是充電基座在Qi標(biāo)準(zhǔn)下，低功率標(biāo)準(zhǔn)使用電感傳輸5W或以下的功率，發(fā)射用接收均使用偏平電感，以電感耦合方式傳輸能量，兩電感(線圈)之間的距離可達(dá)5mm，也可視需要而增至40mm。輸出電壓能穩(wěn)定在特定數(shù)值，方法是在輸出端以數(shù)碼通訊方式通知輸入端增加或減小電量以達(dá)至穩(wěn)定電壓的效果。數(shù)碼通訊是單向的(只由電力輸出端發(fā)送訊號(hào)傳至電力輸入端)，以反向散射調(diào)制將資訊傳送，也就是在輸出端改變負(fù)載，使輸出電感的電流改變，從而改變輸入線圈的電流，根據(jù)輸入端電感的電流改變加以解調(diào)就能得出所需控制訊號(hào)。如此，輸入端根據(jù)控制訊號(hào)調(diào)控輸入電量就能使輸出端的電壓穩(wěn)定。三、現(xiàn)狀及解決方案無(wú)線充電手機(jī)就接收端而言，分為置和外擴(kuò)兩種方式?，F(xiàn)階段主要采用外擴(kuò)的方式，原因是無(wú)線充電組件很難做到超薄，放置到手機(jī)部，無(wú)疑對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)追求完美的廠商是致命缺陷。而且現(xiàn)階段，國(guó)際知名IC廠商如TDK等，所有相關(guān)產(chǎn)品沒(méi)有做到將線圈、磁膜組件一體化封裝設(shè)計(jì)，偏軟的線圈就很容易脫離，不利于工程的實(shí)施。解決方案：置實(shí)現(xiàn)方式為置到鋰電池中和手機(jī)后蓋側(cè)兩種，圖示：貼合于手機(jī)后蓋側(cè)一家公司設(shè)計(jì)出了一款專(zhuān)用的無(wú)線充電線圈模組，采用超薄構(gòu)造設(shè)計(jì)，僅0.4mm?？梢越邮諢o(wú)線充電發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)，符合WPC的Qi標(biāo)準(zhǔn)?？梢宰鳛橐豢顦?biāo)準(zhǔn)件鑲嵌在智能手機(jī)的后蓋上，與手機(jī)蓋合為一體，輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電功能。圖示：置于電池中近期，國(guó)推出一款可以支持Qi無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電鋰電池，就是在普通的鋰電池里集成了符合WPCQi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電電路，可以接收無(wú)線充電發(fā)射器的信號(hào)，從而到達(dá)無(wú)線充電的目的。可以根據(jù)不同手機(jī)種類(lèi)，定制各種鋰電池。此種方式方案實(shí)施快捷，普通手機(jī)只需換上這種鋰電池，即可具備無(wú)線充電功能。啟動(dòng)最快，適合產(chǎn)品快速進(jìn)入市場(chǎng)。外擴(kuò)實(shí)現(xiàn)方式為在整機(jī)外部添加標(biāo)準(zhǔn)配件〔手機(jī)套、吸附式手機(jī)后殼等〕以實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電功能。圖示：nokia925無(wú)線充電后殼如下圖，外擴(kuò)配件主要是將接收裝置集成到配件中，然后再將裝置的電源引腳以觸點(diǎn)或MicroUSB形式接入手機(jī)，以此實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電的功能。四、相關(guān)測(cè)試效率測(cè)試：無(wú)線充電技術(shù)設(shè)備本身實(shí)現(xiàn)的是二次能源轉(zhuǎn)換，也就是將網(wǎng)電降壓〔或直接〕變?yōu)橹绷麟姾笤谶M(jìn)展一次較高頻率的開(kāi)關(guān)控制交流變換輸出。由于大功率的交直交電流轉(zhuǎn)換是進(jìn)展電能的二次性無(wú)線傳輸原因，所以電磁的空間磁損率較大。損失的能量局部為電阻消耗，以熱能的形式損失。如果裝置本身過(guò)熱，可能會(huì)觸發(fā)電路部的自保機(jī)制，導(dǎo)致充電不正常，因此效率測(cè)試就很重要。測(cè)試原理圖如上圖所示，輸入端電壓為U1、輸入電流I1，輸出電壓為U2、輸出電流I2，可得出效率測(cè)試公式QUOTE，目前市面上較為成熟的無(wú)線充電設(shè)備傳輸效率為70%-75%。測(cè)試條件：取一功能完全正常的QI接收模塊，要求：接收模塊線圈、元件、通訊協(xié)議均符合QI標(biāo)準(zhǔn)；接收模塊輸出穩(wěn)定5V，并且驅(qū)動(dòng)能力到達(dá)1A以上；接收模塊使用負(fù)載，電流模式帶載500mA，正確放置于發(fā)射線圈之上。此時(shí)接收端指示燈亮，開(kāi)場(chǎng)正常充電，而接收模塊輸出端口穩(wěn)定輸出恒定5V，并且發(fā)射接收模塊狀態(tài)穩(wěn)定，此時(shí)接入功率分析儀記錄數(shù)據(jù)。效率測(cè)試裝置一般確認(rèn)發(fā)射端能效比能夠到達(dá)75%以上，方能以此評(píng)估接收端的效率。溫升測(cè)試：除了無(wú)線充電電路電阻產(chǎn)生的熱量外，由于手機(jī)的特殊構(gòu)造，在手機(jī)里必須安裝一個(gè)電池，這個(gè)電池實(shí)際上就是無(wú)線充電技術(shù)開(kāi)展的噩夢(mèng)——當(dāng)發(fā)射線圈發(fā)射出來(lái)的磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)電池時(shí)，電池里面的金屬就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通常我們把這個(gè)叫做"渦流〞，這個(gè)渦流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跟發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)，抵消掉發(fā)射線圈形成的磁場(chǎng)，使得接收線圈接收到的感應(yīng)電壓下降；并且該渦流會(huì)轉(zhuǎn)變成熱量〔電磁爐就是這個(gè)工作原理〕，使得手機(jī)電池非常熱。因此，為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)的無(wú)線充電，就必須在電力承受線圈和手機(jī)電池之間放置一個(gè)"隔金屬〞的裝置，阻擋磁力線，防止磁力線到達(dá)電池。此時(shí)，涉及到兩個(gè)測(cè)試指標(biāo)：溫升測(cè)試和隔離測(cè)試。1.目的:測(cè)量在不同條件下鋰電池組件無(wú)線充電功能是否符合設(shè)計(jì)規(guī)和用戶正常使用。2.容：溫升測(cè)試3.測(cè)試條件:1〕無(wú)線充電組件2套〔確保各項(xiàng)電流指標(biāo)正常)、鋰電池2塊、CMU200、熱像儀Ti25、FLUKE51Ⅱ溫度儀、時(shí)間表、熱像儀固定支架。2〕測(cè)試地點(diǎn)：要求在外界干擾較小，密封的小房間里測(cè)試。3〕環(huán)境溫度：室溫要求26℃左右，必須在25-27℃之間。4〕充電時(shí)，電池要求不能直接放置在桌面上，需用兩條高度1-2CM，寬1CM左右的泡沫把兩端支撐起來(lái)。5〕測(cè)試要求為外表測(cè)試。6〕FLUKE51Ⅱ溫度儀探頭置于距離鋰電池10CM左右位置的空氣中，探頭不能接觸其它物體，且必須讀數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)。7〕紅外儀在使用時(shí)要對(duì)焦準(zhǔn)確，對(duì)焦準(zhǔn)確測(cè)得的結(jié)果才準(zhǔn)確，冷光標(biāo)的溫度比環(huán)境溫度低，測(cè)試結(jié)果就會(huì)偏低，比環(huán)境溫度高，測(cè)試的結(jié)果就偏高。8〕假設(shè)我們要測(cè)試的區(qū)域是金屬材料，必須對(duì)該區(qū)域外表進(jìn)展處理，測(cè)試的結(jié)果才是準(zhǔn)確的，如對(duì)目標(biāo)金屬外表噴漆、用油筆涂黑、貼美紋紙，否那么按上述設(shè)置測(cè)試的結(jié)果偏低。因金屬和塑膠等材料的發(fā)射率不一樣〔塑膠0.9,金屬0.5〕測(cè)試步驟1)將待測(cè)鋰電池置于測(cè)試環(huán)境中直到機(jī)身部溫度與環(huán)境溫度平衡，放置時(shí)間不小于10分鐘；2〕接入電路和負(fù)載，翻開(kāi)發(fā)射端電源，待電壓、電流讀數(shù)穩(wěn)定后開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)；3〕充電到10，20，30分鐘時(shí)，先從溫度表讀取該時(shí)間的環(huán)境溫度，并記錄，判定結(jié)果以20分鐘溫度值為準(zhǔn)，10、30分鐘為參考值；4〕再查看熱像儀冷光標(biāo)〔最低溫度〕溫度值是否與FLUKE51Ⅱ溫度儀的溫度值接近，要求小于0.5度；5〕讀取熱像儀當(dāng)前鋰電池面的最高溫度〔需測(cè)正面最高溫度和反面最高溫度〕，用熱像儀拍下照片，并記錄溫度值。6〕測(cè)試人耳、人臉接觸部位：根據(jù)熱像儀圖片分析軟件特性，電腦鼠標(biāo)點(diǎn)到圖片任一部位，電腦會(huì)顯示該部位的溫度值。利用熱像儀軟件此特性，把測(cè)試拍下的圖片傳到電腦，電腦鼠標(biāo)點(diǎn)到鋰電池觸點(diǎn)處，查看電腦顯示的溫度值并記錄。隔離測(cè)試：如上所述，當(dāng)無(wú)線充電發(fā)射線圈發(fā)射出來(lái)的磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)電池時(shí)，電池里面的金屬就會(huì)產(chǎn)生"渦流〞，這個(gè)渦流會(huì)使得接收線圈接收到的感應(yīng)電壓下降；并且該渦流會(huì)轉(zhuǎn)變成熱量。因此，為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)的無(wú)線充電，就必須在電力承受線圈和手機(jī)電池之間放置一個(gè)"隔金屬〞的裝置，阻擋磁力線，防止磁力線到達(dá)電池。此過(guò)程比擬簡(jiǎn)單，如上文效率測(cè)試，將無(wú)線充電發(fā)射端，磁膜，金屬片及手機(jī)主板緊挨著，測(cè)試效率QUOTE是否≤1%，如是，那么符合隔離測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。五、總結(jié)在手機(jī)廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化的今天，尤其是對(duì)于國(guó)廠商而言，不能一味打價(jià)格戰(zhàn)，要在產(chǎn)品差異化和完善用戶體驗(yàn)方面多下功夫。將無(wú)線充電組件置到鋰電池中和手機(jī)后蓋的解決方案，入門(mén)門(mén)檻低，用戶只需將電池或手機(jī)殼