CN109917157A - 一种无线充电系统的自动测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测试无线充电系统的自动测试系统。自动测试系统可以包括机械臂、测试平面、坞站和控制计算机。机械臂被配置为持有第一夹具。测试平面被配置为持有第二夹具。坞站连接到机械臂。控制计算机被配置为控制机械臂并接收测试数据。第二夹具被配置为夹持无线充电系统的被测器件，第一夹具被配置为夹持用于测试被测器件的测试装置并产生测试数据。

Description

一种无线充电系统的自动测试系统
技术领域
本发明涉及无线充电系统领域，尤其涉及一种测试和表征无线充电系统的自动测试系统。
背景技术
无线充电是一项不断发展的技术，它可以给电子设备充电带来新的便利。在无线充电系统中，特别是感应式无线充电系统中，能量通过磁场耦合从一个或多个功率发射器(TX)线圈传送到一个或多个功率接收器(RX)线圈。
磁线圈可以产生磁场，而在TX和RX线圈之间的磁场耦合可能会影响无线充电系统的充电效率。为了提高用户体验，保证无线充电的可靠性，无线充电系统应经过彻底的测试和验证。通常用于表征无线充电系统的测试系统经常涉及大量的人工交互，例如手动调整测试设置。人工交互可能会引入实验误差，并影响测试结果的可靠性。另外，无线充电系统的测试在不同的阶段可能包括不同的无线充电系统测试条件和场景，而当前可用的测试系统不能满足所有不同的测试要求，并支持所有不同的测试场景。
本申请提出了一种用于测试无线充电系统的自动测试系统。该自动测试系统能够在所有开发阶段评估无线充电系统的多个参数。此外，它可以通过一个软件程序进行手动和自动控制，从而可以保证测试结果的可靠性和一致性。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于测试无线充电系统的自动测试系统。该自动测试系统可以包括机械臂、测试平面、坞站和控制计算机。机械臂被配置为持有第一夹具。测试平面被配置为持有第二夹具。坞站连接到机械臂。控制计算机被配置用于控制机械臂并接收测试数据。第二夹具被配置为控制无线充电系统的被测器件，第一夹具被配置为控制用于测试被测器件的测试装置，并产生测试数据。
本发明的另一方面涉及一种用于测试无线充电系统的自动测试系统。该系统可以包括机械臂，被配置为用于控制无线充电系统的被测器件的测试平面，连接到机械臂的坞站，以及被配置为用于控制机械臂并接收测试数据的控制计算机。机械臂可以包括被配置为可释放地联接到从夹具、探针和测试装置中选择的多种类型的装置的远侧部分。控制计算机可以包括存储有程序代码以控制测试过程、测量和分析测试数据的非暂时性计算机可读介质。
本发明的另一方面涉及一种用于测试无线充电系统的自动测试系统。该系统可以包括被配置为持有第一夹具的机械臂，被配置为持有第二夹具的测试平面，连接到机械臂的坞站，以及被配置为控制机械臂并接收测试数据的控制计算机。第一和第二夹具可以包括被配置为与用于测试的装置电连接的连接器。机械臂可以包括内部数据线，由第一夹具联接的设备通过该内部数据线与控制计算机进行通信。
应当理解，前面的一般描述和以下详细描述仅是示例性和解释性的，并不是所要求保护的本发明的限制。
附图说明
构成本发明的一部分的附图示出了若干非限制性实施例，并且与说明书一起用于解释所公开的原理。
图1为与本发明的示例性实施例一致的自动测试系统的示意图。
图2为与本发明的示例性实施例一致的安装有夹具的自动测试系统的示意图。
图3为与本发明的示例性实施例一致的用于测量由磁线圈产生的磁场的自动测试系统的示意图。
图4为与本发明的示例性实施例一致的用于测量无线充电系统的效率和充电区域的自动测试系统的示意图。
图5为与本发明的示例性实施例一致的用于测量无线充电系统的耦合系数的自动测试系统的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述参考附图，除非另有说明，不同附图中相同的附图标记表示相同或相似的元件。在与本发明一致的示例性实施例的以下描述中阐述的实施方式不表示与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是与本发明相关的方面一致的系统和方法的示例。
无线充电系统的开发可能经历多个阶段，在每个阶段，无线充电系统的测试和表征可能需要不同的条件和场景。例如，在早期的线圈设计阶段，可能需要对无线充电系统的由磁性线圈产生的磁场的均匀性进行评估。在原型验证阶段，可能需要对无线充电系统的效率和临界电压(例如整流器电压)进行估计。在后期产品阶段，可能需要对无线充电系统的充电区域和温度进行测试。此外，在产品认证阶段，无线充电系统的辐射可能需要进行测试和限制。在本发明中，我们提出了一种用于测试和表征无线充电系统的自动测试系统。该自动测试系统可用于测试各个阶段的无线充电系统，并满足各种测试条件和场景。
图1示出了与本发明的示例性实施例一致的自动测试系统100。系统100可以包括多个组件，其中一些组件可以是可选的。在一些实施例中，系统100可以包括比图1示出的更多的组件。然而，为了揭露说明性的实施例，不必示出所有这些组件。
如图1所示，系统100可以包括机械臂101，安装在机械臂101上的夹具102A，测试平面103，安装在测试平面103上的固定的夹具102B，坞站104和控制计算机105。
在一些实施例中，夹具可以具有适合于固定测试装置或被测器件的任何形式。例如，夹具可以是支架、螺钉、插口等。测试装置和被测器件可以是例如电磁线圈、印刷电路板(PCB)、磁性探针、移动电话或任何无线充电相关电子产品。
机械臂101可以包括被配置为可释放地联接到从夹具、探针、电磁线圈测试装置等中选择的多种类型的装置的远侧部分。在一些实施例中，机械臂101被配置为持有夹具102A。为了在x，y和z方向上移动和旋转，机械臂101可以包括滑动和旋转的马达。机械臂101被配置为可将夹具102A围绕夹具102A的中心轴线保持并[-180,180]度旋转，并沿x，y和z方向将夹具102A移动到不同的位置。
测试平面103可以是一个水平放置的平面，该平面的表面与地面平行，并且与x-y平面平行。夹具102B(即，固定的夹具)可以安装在测试平面103上，并且可以用于在测试期间固定被测器件。
测试装置和被测器件的位置是可互换的。在一个实施例中，测试装置可以固定在机械臂101上的可移动夹具102A上，被测器件可以固定在测试平面103上的固定夹具102B上。在另一个实施例中，测试装置可以固定在测试平面103上的固定夹具102B上，被测器件可以固定在机械臂101上的可移动夹具102A上。
坞站104可以包括控制计算机105。机械臂101可旋转地安装在坞站104上。测试平面103也可以连接到坞站104。控制计算机105可以驱动在机械臂101上的马达，以将可动夹具102A移动到目标位置。控制计算机105可以提供用户友好界面，并提供若干预定义的测试过程供用户选择。控制计算机105可以与机械臂101和测试平面103联接，并且可以通过驱动滑动和旋转的马达来控制机械臂101。控制计算机105还可以提供用户友好界面和软件程序来控制测试过程并分析测试结果。此外，控制计算机105可以从仪器或夹具读取测试数据，以自动完成后处理过程。
图2为根据本发明的示例性实施例安装在自动测试系统200上的夹具202的示意图。除了控制测试装置和被测器件之外，夹具202还可以被配置为通过内置在机械臂201中的内部数据线与控制计算机205进行通信，相应地可以将夹具202设计成具有不同的接口206。
在一些实施例中，接口206可以包括一个或多个电连接器，电连接器包括用于测量电压的多个连接线。连接线可以与测试装置的测试引脚连接，例如RX PCB。通过连接线和测试引脚的连接，可以测量来自测试装置的输出电压。测量数据然后可以发送到控制计算机205，使得控制计算机205可以在测试期间监视和记录由测试装置检测的电压值。
在一些实施例中，接口206可以包括数据连接器，数据连接器可以与测试装置连接，以便在测试装置和控制计算机205之间进行数据交换。控制计算机205可以在测试期间发送控制命令和接收反馈。接口206允许测试装置电连接并与控制计算机205通信。因此，自动测试系统200可以对无线充电系统进行现场测试。
图3示出了与本发明的示例性实施例一致的用于测量由磁线圈产生的磁场(磁场磁场强度H)的自动测试系统300。系统300可以包括多个组件，其中一些组件可以是可选的。在一些实施例中，系统300可以包括比图3示出的更多的组件。然而，为了揭露说明性的实施例，不必示出所有这些组件。
如图3所示，系统300可以包括机械臂301，磁场探针302，测试平面303，坞站304，控制计算机305以及电磁线圈311，馈电电源312，电缆313，放大器314，测试仪器315和数据电缆316。
在一些实施例中，固定的夹具可以放置在测试平面303上以-握住DUT，例如电磁线圈311，PCB原型或无线充电相关产品。根据不同的测试要求和场景，可以互换被测器件。在一些实施例中，DUT是磁性线圈。在一些实施例中，DUT是TX线圈。
在一些实施例中，可移动夹具可用于控制磁场探针302以测量由电磁线圈311产生的磁场。磁场探针302可具有不同类型。在一个实施例中，磁场探针302是可以检测磁场的大小和频率的磁场强度探针。在另一个实施例中，磁场探针302是可以检测磁场的相位信息的磁场相位探针。磁场探针302的频率范围、磁场灵敏度级别等也可以不同。根据测试场景和要求，可以选择特定的磁场探针。磁场探针302连接到控制计算机305，控制计算机305控制并将磁场探针302移动到不同的位置。
电磁线圈311可以被配置为与馈电电源312连接。馈电电源312可以被配置为向电磁线圈311提供电力，例如电流。放大器314被配置为与磁场探针302和测试仪器315连接，放大由磁场探针302测量的测试数据。电缆313可以是50欧姆同轴电缆，并且可以被配置为连接磁场探针302、放大器314和测试仪器315。
测试要求不同，测试仪器315可以不同。在一些实施例中，测试仪器315可以是频谱分析仪。其可以被配置为从放大器314接收测试数据，并且对测试数据(测量的磁场)执行频谱分析以提取测量的磁场的频谱信息。测试仪器315还可以被配置为通过数据电缆316与控制计算机305连接。数据电缆316可以是USB电缆、通用接口总线(GPIB)电缆或以太网电缆。控制计算机305可以向测试仪器315发送控制命令，测试仪器315可以将分析的测试数据传送到控制计算机305。
在其他一些实施例中，系统300可以包括未安装在坞站304上的、与测试仪器315连接的单独的计算机系统，用于接收和分析测试数据。
上述自动测试系统300也可以用于不同的测试需求和场景。在一些实施例中，系统300可以被配置为评估由电磁线圈产生的磁场的均匀性；在一些实施例中，系统300可用于识别原型PCB或无线充电相关产品的主辐射源的位置；在一些其他实施例中，系统300还可以用于估计由无线充电相关产品(例如，充电垫)产生的磁场的强度和频率。
图4示出了与本发明的示例性实施例一致的用于测量无线充电系统的效率和充电区域的自动测试系统400。系统400可以包括多个组件，其中一些组件可以是可选的。在一些实施例中，系统400可以包括比图4示出的更多的组件。然而不必为了揭露说明性实施例而示出所有这些组件。
如图4所示，系统400可以包括机械臂401，安装在机械臂401上的夹具402A，测试平面403，安装在测试平面403上的夹具402B，坞站404，控制计算机405以及具有RX线圈的RX板411，具有TX线圈的TX板412和电源413。
夹具402A是安装在机械臂401上的可移动的夹具，并且被配置为夹持和移动RX板411或无线电力接收器相关产品。夹具402B是放置在测试平面403上的固定夹具，并且被配置为夹持TX板412或无线充电垫。
电源413被配置为向TX板412供电，例如电流，其被配置为将功率输入到TX线圈。TX线圈可以与RX线圈磁耦合，RX线圈由TX线圈无线充电。在无线充电期间传送的功率可以被传送到RX板411，RX板411可以进一步输出到负载。
RX板411和TX板412可以包括能与夹具402A和402B上的连接器(例如连接线)连接的多个测试引脚。连接器允许用于测试的装置电连接并与控制计算机或其他测试仪器通信。通过测试引脚和连接线之间的连接，可以检测TX板412的输入电压和电流以及RX板411的输出电压和电流，并将其传送到控制计算机405。其它参数如RX板411上的整流器电压，也可以被测量并传送到控制计算机405。控制计算机405还可以通过机械臂401将RX板411移动到一定范围内的任何位置来确定TX和RX线圈之间的相对位置。因此，控制计算机405能够获得在任何相对位置下用于计算无线充电效率的参数。任何相对位置的无线充电效率可以定义为：
这里，Vout,Iout,Vin和Iin分别表示输出电压，RX线圈的输出电流和输入电压，TX线圈的输入电流。
上述自动测试系统400也可以用于不同的测试需求和场景。在一些实施例中，系统400可以被配置为测量在TX线圈和RX线圈处于不同相对位置和偏移时的充电效率；在一些实施例中，系统400可用于表征充电区域；在一些其他实施例中，系统400还可以用于在无线充电过程期间监控参数的变化(例如，整流器电压)。
图5示出了与本发明的示例性实施例一致的用于测量耦合系数的自动测试系统500。系统500可以包括多个组件，其中一些组件可以是可选的。在一些实施例中，系统500可以包括比图5示出的更多的组件。然而，不必示出所有这些组件以揭露说明性实施例，。
如图5所示，系统500可以包括机械臂501，固定在机械臂501上的夹具502A，测试平面503，固定在测试平面503上的夹具502B，坞站504，控制计算机505，以及RX线圈511，一个或多个TX线圈512，电缆513，测试仪器514和数据电缆515。
安装在机械臂501上的夹具502A是可移动夹具，并且被配置为夹持和移动RX线圈511。放置在测试平面503上的夹具502B是固定的夹具，并且被配置为夹持TX线圈512。TX线圈512可以包括放置在不同位置的一个或多个TX线圈。在一些实施例中，诸如铁氧体片的附加磁性材料可被附接到TX和RX线圈。
电缆513可以是50欧姆同轴电缆，并且可以被配置为连接RX线圈511、TX线圈512和测试仪器514。
测试仪器514可以根据测试要求而不同。在一些实施例中，测试仪器514可以是矢量网络分析仪(VNA)。VNA 514可以包括两个端口：端口1和端口2，分别与TX、RX线圈通过电缆513相连。VNA 514还可以被配置为通过数据电缆515与控制计算机505连接。数据电缆515可以是USB电缆、通用接口总线(GPIB)电缆或以太网电缆。控制计算机505可以向VNA 514发送控制命令，VNA 514可将测试结果传送到控制计算机505。
VNA是可以用于使RF和微波设备的射频(RF)性能根据网络散射参数(S参数)来表征的测试系统。S参数描述了在通过电信号进行各种稳态刺激时线性电网的电气行为。可以使用S参数表示组件网络(例如，电感器，电容器，电阻器)的许多电性能。可以使用VNA 514测量无线充电系统的S参数，并将其发送到控制计算机505。然后可以从S参数中提取TX和RX线圈之间的耦合系数。此外，测量的S参数可以帮助构建线圈模型，以进行进一步的仿真工作。
上述自动测试系统500也可以用于不同的测试需求和场景。在一些实施例中，系统500可用于测量在不同距离和偏移处TX与RX线圈之间的耦合系数；在一些其他实施例中，系统500还可以用于获取无线充电系统的参数，例如自感、互感，以建立模拟模型。
注意，以上所述的一个或多个功能可以由存储在存储器中并由处理器执行或存储在程序存储器中并由处理器执行的软件或固件实施。软件或固件也可以在任何非暂时性计算机可读介质中存储和/或传输，以供指令执行系统、装置或器件使用或者与其结合使用，比如基于计算机的系统、含处理器的系统或者其他可以从指令执行系统、装置或器件获取指令并执行指令的系统。在公开的上下文内，“计算机可读介质”可以是任何包含或存储供指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序的介质。计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦式可编程只读存储器(EPROM)(磁性)，便携式光盘如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW或闪存，例如紧凑型闪存卡、安全数字卡、USB存储设备、记忆棒等。
本发明的范围不限于本文描述的具体优选实施例，因为这些实施例旨在说明本发明的若干方面。实际上，除了本文所示和所描述的那些之外，本发明的各种修改对于本领域技术人员来说将从上述描述中变得显而易见。这样的修改也落在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于测试无线充电系统的自动测试系统，包括：
机械臂，被配置为持有第一夹具；
测试平面，被配置为持有第二夹具；
坞站，连接到所述机械臂；以及
控制计算机，被配置为控制所述机械臂并接收测试数据，其中所述第二夹具被配置为夹持所述无线充电系统的被测器件，所述第一夹具被配置为夹持用于测试所述被测器件的测试装置并生成测试数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述机械臂被配置为在x，y和z方向上移动所述第一夹具，并且能使所述第一夹具围绕所述第一夹具的中心轴[-180,180]度旋转。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述测试平面是水平放置的平面，该平面的一个表面与x-y平面平行。
4.根据权利要求1所述的系统，其中测试装置包括电磁线圈、印刷电路板、磁探针和与功率接收器相关的电子产品中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的系统，其中被测器件包括电磁线圈、PCB和与功率发射器相关的电子产品中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制计算机还包括存储有程序代码以控制测试过程、测量和分析所述测试数据的非暂时性计算机可读介质。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括在所述机械臂中的内部数据线，其中所述第一夹具被配置为通过所述内部数据线与所述控制计算机进行通信。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一夹具包括被配置为连接到所述测试装置的多个连接线。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一夹具包括用于在所述测试装置和所述控制计算机之间交换数据的数据连接器。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括：
馈电电源，被配置为向被测器件提供电流；
由第一夹具夹持的探针；
测试仪器，被配置为接收和分析测试数据，并通过数据线与所述控制计算机进行通信；和
放大器，与探针和测试仪器连接，并且被配置为放大测试数据。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述探针是被配置为检测由被测器件产生的磁场的大小和频率的磁场强度探针。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述探针是被配置为检测由被测器件产生的磁场的相位信息的磁场相位探针。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述测试仪器是被配置为对所述测试数据执行频谱分析以提取由被测器件产生的磁场的频谱信息的频谱分析仪。
14.根据权利要求1所述的系统，还包括：
RX板，由所述第一夹具夹持并与所述无线充电系统的RX线圈耦合；
TX板，由所述第二夹具夹持并与无线充电系统的TX线圈耦合；和
电源，被配置为向TX板提供电流。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一夹具被配置为测量所述RX线圈的输出电压Vout和输出电流Iout，并将所测量的信号传送到所述控制计算机。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，通过
来计算在TX线圈和RX线圈处于某一相对位置时无线充电系统的充电效率，这里，Vin和Iin分别表示TX线圈的输入电压和输入电流，相对位置由所述控制计算机控制。
17.根据权利要求1所述的系统，还包括：
所述无线充电系统的RX线圈，由所述第一夹具夹持并装配；
所述无线充电系统的TX线圈，由所述第二夹具夹持并装配；和
矢量网络分析仪，其被配置为获取无线充电系统的S参数，其中所述矢量网络分析仪包括分别与所述TX线圈和所述RX线圈相连的两个端口，所述矢量网络分析仪被配置为将所述S参数传送到所述控制计算机，并且所述控制计算机被配置为从S参数中提取耦合系数。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括附接到所述TX和RX线圈的铁氧体片。
19.一种用于测试无线充电系统的自动测试系统，包括：
机械臂，其包括被配置为可释放地联接到从夹具、探针和测试装置中选择的多种类型的装置的远侧部分；
测试平面，被配置为控制所述无线充电系统的用于测试的器件；
坞站，连接到所述机械臂；和
控制计算机，被配置为控制所述机械臂并接收测试数据。
20.一种用于测试无线充电系统的自动测试系统，包括：
机械臂，被配置为持有第一夹具；
测试平面，被配置为持有第二夹具；
坞站，连接到所述机械臂；和
控制计算机，被配置为控制所述机械臂并接收测试数据，其中：
第一和第二夹具各自包括被配置为与用于测试的装置电连接的连接器；以及
所述机械臂包括内部数据线，其被配置为连接到由所述第一夹具装配的装置，以允许该装置与所述控制计算机通信。
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