..無線充電于手機行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及測試指標解析一、前言無線充電，又稱作感應(yīng)充電、非接觸式感應(yīng)充電，是利用近場感應(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，無線充電的充電器有一線圈，并以交流電推動而產(chǎn)生\o"交流"交流電磁場，在用電裝置有另一線圈接收交流電磁場，并轉(zhuǎn)化為電能，收到的電能被用作對裝置的電池充電給對該裝置供電。情況就等同將變壓器的初級線圈及次級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，那就要使用共振電感耦合設(shè)計。優(yōu)勢：平安：無通電接點設(shè)計，可以防止觸電的危險。耐用：電力傳送元件無外露，因此不會被空氣中的水份、氧氣等侵蝕；無接點的存在，也因此不會有在連接與別離時的機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植入在人體的醫(yī)療裝置進展充電而不需要有電線穿過皮膚及其他自體組織，免去感染的風險。方便：充電時無需以電線連接，只要放到充電器附近即可。技術(shù)上，一個充電器可以對多個用電裝置進展進電，在有多個用電裝置的情況下可以省去多個充電器、不用占用多個電源插座、沒有多條電線互相纏繞的麻煩。二、標準目前無線充電有三大標準，PowerMattersAllianceWirelessPowerConsortium(Qi標準)AllianceforWirelessPower其中Qi標準最多廠商使用，包含SAMSUNG、Google和Nokia。Qi是全球首個推動無線充電技術(shù)的標準化組織--無線充電聯(lián)盟(WirelessPowerConsortium,簡稱WPC)推出的"無線充電〞標準，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Qi的標識，都可以用Qi無線充電器充電。其次，它攻克了無線充電"通用性〞的技術(shù)瓶頸，在不久的將來，手機、相機、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供可能。據(jù)悉，Qi在中國的應(yīng)用產(chǎn)品主要是手機，這是第一個階段，以后將開展運用到不同類別或更高功率的數(shù)碼產(chǎn)品中。圖示：Qi無線充電原理圖，上方塊是行動裝置，下方是充電基座在Qi標準下，低功率標準使用電感傳輸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。如此，輸入端根據(jù)控制訊號調(diào)控輸入電量就能使輸出端的電壓穩(wěn)定。三、現(xiàn)狀及解決方案無線充電手機就接收端而言，分為置和外擴兩種方式?，F(xiàn)階段主要采用外擴的方式，原因是無線充電組件很難做到超薄，放置到手機部，無疑對工業(yè)設(shè)計追求完美的廠商是致命缺陷。而且現(xiàn)階段，國際知名IC廠商如TDK等，所有相關(guān)產(chǎn)品沒有做到將線圈、磁膜組件一體化封裝設(shè)計，偏軟的線圈就很容易脫離，不利于工程的實施。解決方案：置實現(xiàn)方式為置到鋰電池中和手機后蓋側(cè)兩種，圖示：貼合于手機后蓋側(cè)一家公司設(shè)計出了一款專用的無線充電線圈模組，采用超薄構(gòu)造設(shè)計，僅0.4mm?？梢越邮諢o線充電發(fā)射器發(fā)射的信號，符合WPC的Qi標準?？梢宰鳛橐豢顦藴始偳对谥悄苁謾C的后蓋上，與手機蓋合為一體，輕松實現(xiàn)無線充電功能。圖示：置于電池中近期，國推出一款可以支持Qi無線技術(shù)標準的無線充電鋰電池，就是在普通的鋰電池里集成了符合WPCQi標準的無線充電電路，可以接收無線充電發(fā)射器的信號，從而到達無線充電的目的?？梢愿鶕?jù)不同手機種類，定制各種鋰電池。此種方式方案實施快捷，普通手機只需換上這種鋰電池，即可具備無線充電功能。啟動最快，適合產(chǎn)品快速進入市場。外擴實現(xiàn)方式為在整機外部添加標準配件〔手機套、吸附式手機后殼等〕以實現(xiàn)無線充電功能。圖示：nokia925無線充電后殼如下圖，外擴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或MicroUSB形式接入手機，以此實現(xiàn)無線充電的功能。四、相關(guān)測試效率測試：無線充電技術(shù)設(shè)備本身實現(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展一次較高頻率的開關(guān)控制交流變換輸出。由于大功率的交直交電流轉(zhuǎn)換是進展電能的二次性無線傳輸原因，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。如果裝置本身過熱，可能會觸發(fā)電路部的自保機制，導致充電不正常，因此效率測試就很重要。測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，可得出效率測試公式QUOTE，目前市面上較為成熟的無線充電設(shè)備傳輸效率為70%-75%。測試條件：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標準；接收模塊輸出穩(wěn)定5V，并且驅(qū)動能力到達1A以上；接收模塊使用負載，電流模式帶載500mA，正確放置于發(fā)射線圈之上。此時接收端指示燈亮，開場正常充電，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，此時接入功率分析儀記錄數(shù)據(jù)。效率測試裝置一般確認發(fā)射端能效比能夠到達75%以上，方能以此評估接收端的效率。溫升測試：除了無線充電電路電阻產(chǎn)生的熱量外，由于手機的特殊構(gòu)造，在手機里必須安裝一個電池，這個電池實際上就是無線充電技術(shù)開展的噩夢——當發(fā)射線圈發(fā)射出來的磁場經(jīng)過電池時，電池里面的金屬就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通常我們把這個叫做"渦流〞，這個渦流會產(chǎn)生一個跟發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場方向相反的磁場，抵消掉發(fā)射線圈形成的磁場，使得接收線圈接收到的感應(yīng)電壓下降；并且該渦流會轉(zhuǎn)變成熱量〔電磁爐就是這個工作原理〕，使得手機電池非常熱。因此，為了實現(xiàn)手機的無線充電，就必須在電力承受線圈和手機電池之間放置一個"隔金屬〞的裝置，阻擋磁力線，防止磁力線到達電池。此時，涉及到兩個測試指標：溫升測試和隔離測試。1.目的:測量在不同條件下鋰電池組件無線充電功能是否符合設(shè)計規(guī)和用戶正常使用。2.容：溫升測試3.測試條件:1〕無線充電組件2套〔確保各項電流指標正常)、鋰電池2塊、CMU200、熱像儀Ti25、FLUKE51Ⅱ溫度儀、時間表、熱像儀固定支架。2〕測試地點：要求在外界干擾較小，密封的小房間里測試。3〕環(huán)境溫度：室溫要求26℃左右，必須在25-27℃之間。4〕充電時，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。5〕測試要求為外表測試。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〕紅外儀在使用時要對焦準確，對焦準確測得的結(jié)果才準確，冷光標的溫度比環(huán)境溫度低，測試結(jié)果就會偏低，比環(huán)境溫度高，測試的結(jié)果就偏高。8〕假設(shè)我們要測試的區(qū)域是金屬材料，必須對該區(qū)域外表進展處理，測試的結(jié)果才是準確的，如對目標金屬外表噴漆、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〕測試步驟1)將待測鋰電池置于測試環(huán)境中直到機身部溫度與環(huán)境溫度平衡，放置時間不小于10分鐘；2〕接入電路和負載，翻開發(fā)射端電源，待電壓、電流讀數(shù)穩(wěn)定后開場計時；3〕充電到10，20，30分鐘時，先從溫度表讀取該時間的環(huán)境溫度，并記錄，判定結(jié)果以20分鐘溫度值為準，10、30分鐘為參考值；4〕再查看熱像儀冷光標〔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〕讀取熱像儀當前鋰電池面的最高溫度〔需測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，電腦鼠標點到圖片任一部位，電腦會顯示該部位的溫度值。利用熱像儀軟件此特性，把測試拍下的圖片傳到電腦，電腦鼠標點到鋰電池觸點處，查看電腦顯示的溫度值并記錄。隔離測試：如上所述，當無線充電發(fā)射線圈發(fā)射出來的磁場經(jīng)過電池時，電池里面的金屬就會產(chǎn)生"渦流〞，這個渦流會使得接收線圈接收到的感應(yīng)電壓下降；并且該渦流會轉(zhuǎn)變成熱量。因此，為了實現(xiàn)手機的無線充電，就必須在電力承受線圈和手機電池之間放置一個"隔金屬〞的裝置，阻擋磁力線，防止磁力線到達電池。此過程比擬簡單，如上文效率測試，將無線充電發(fā)射端，磁膜，金屬片及手機主板緊挨著，測試效率QUOTE是否≤1%，如是，那么符合隔離測試標準。五、總結(jié)在手機廠商之間的競爭日趨白熱化的今天，尤其是對于國廠商而言，不能一味打價格戰(zhàn)，要在產(chǎn)品差異化和完善用戶體驗方面多下功夫。將無線充電組件置到鋰電池中和手機后蓋的解決方案，入門門檻低，用戶只需將電池或手機殼