CN110398701A - 用于无线充电接收器的测试设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可靠稳定、能效高、误码率低、发热量小、调试简单的用于无线充电接收器的测试设备，以及该设备的测试方法。本发明包括无线充电接收端（1）、电源（2）、微处理控制器（3）、信号发生器（4）、功率放大器（5）和ASK信号取样及处理模块（6），所述微处理控制器（3）、所述信号发生器（4）和所述功率放大器（5）依次连接，所述功率放大器（5）与所述无线充电接收端（1）直接耦合连接；其测试方法包括信号调制→功率放大→输出PWM信号→直接耦合输入到无线充电接收端→充电装置与无线充电接收器建立通信→ASK信号取样及处理模块（6）来设定电流和电压值→获得无线充电器的电参信息。本发明可应用于测试领域。

Description

用于无线充电接收器的测试设备及方法

技术领域

本发明涉及测试领域，尤其涉及一种用于无线充电接收器的测试设备及测试方法。

背景技术

新能源产品和移动终端产品在科学进步的今天变得非常的普及，在享受科技便利的同时，移动终端产品上电池的使用技术变得非常重要，其中充电是保证电池寿命、稳定产品使用的关键环节。目前便携式产品的充电方式主要是外置电源适配器、太阳能转换充电和无线连接充电等几种，其中无线充电是自由度最大，也是最方便的一种应用。随着研发技术的不断提高，无线充电已经开始慢慢步入成熟的市场，无线充电产品在各个领域的应用也在逐步的推广和普及，无线充电产品的板卡测试和整机测试也成为确保无线充电产品质量的重要环节。

无线充电器除了耦合能量外，产品在充电时都要通过与被充电电池组进行无线通讯，来获取被充电池组的能量、状态、身份等信息，从而利用充电器去实现不同的充电模式，满足电池不同电平时的充电需求。目前无线充电终端产品电路板卡的测试设备一般都使用线圈耦合的方式实现测试。如图1所示，一般常用的无线充电接收设备由无线发射、发射/接收线圈、微处理控制器、无线接收等几部分组成。更有甚者，直接将无线充电器本身用于无线充电接收器的测试，通过测试充电接收器电池有无输入电流来判断充电接收器电路板是否正常。但这种通过对无线充电器做简单的调制通讯、充电电流检查，并不能完全反应产品的性能。采用目前的测试方法具有如下不足：

1、目前的充电设备测试方法需要使用线圈耦合的方式才能完成，这样充电设备端和被测试的充电接收端就必须要有一组能量输出端的初级发射线圈和能量接收端（被测电路板卡）的次级线圈组成，依靠线圈耦合的方式进行充电、通讯测试会存在效率低下、数据容易丢包、抗干扰能力差等问题。

2. 因为能量转换效率低下，所以长时间工作会引起严重发热而测试不稳定，最终造成测试出现热漂移，测试数据不准确，容易导致测试结果出现误判、漏判、错判的问题，这不利于产品（无线充电接收器）的研制和生产。尤其是在大电流测试中，因线圈耦合带来的损耗， ASK（幅移键控）和FSK（频移键控）的噪声极容易破坏数据的完整。

3、因为线圈耦合存在气隙、材料、初次级线圈相对位置等变量因素的影响，所以设备与设备之间的差异会非常大，这样就会出现同一被测电路板，在两台设备上测试出不同的数据，这极大地不利于产品质量监控和标准化的推广。

4、设备调试周期长，调试成本高，调试过程中要使用LCR测试仪（电感电容电阻测试仪）、DMM（数字万用表）等标准仪器设备，这样高难的调试也造成维护成本大大提高。

5、存在因能效引起的大电流冲击和发热，测试设备容易损坏，故障率较高，使用寿命短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可靠稳定、能效高、误码率低、发热量小、调试简单的用于无线充电接收器的测试设备，以及该设备的测试方法，该方法简单可靠，能真实反映被测产品的特性。

本发明所述用于无线充电接收器的测试设备所采用的技术方案是：它包括无线充电接收端和电源，它还包括微处理控制器、信号发生器、功率放大器和ASK信号取样及处理模块，所述微处理控制器、所述信号发生器和所述功率放大器依次连接，所述功率放大器与所述无线充电接收端直接耦合连接，所述ASK信号取样及处理模块连接在所述微处理控制器与所述无线充电接收端之间，所述电源向所述功率放大器供电。

上述方案可见，所述微处理控制器、所述信号发生器和所述功率放大器依次连接，将功率放大器与所述无线充电接收端直接耦合连接，实现推挽式驱动输出直接耦合充电测试，与现有的需要采用线圈耦合的方式才能完成对充电设备的测试相比，本发明无线圈的直接耦合连接减少了线圈发热的问题，保证了长时间工作不发热，不受环境影响，大大的提高了测试的稳定性，直接耦合连接的方式也大大地提高了充电设备能量转换的能效比，同时减小了设备的工装体积，节约了设备空间，尤其是能实现从小电流到大电流充电的平滑调节，避免了因线圈耦合造成的能效低、误码率高、发热严重、调试复杂等缺陷；此外，ASK信号取样及处理模块连接在所述微处理控制器与所述无线充电接收端之间，实现了从电流信号中去获取ASK（幅移键控）通讯信号，和现有技术中存在测试不稳定、测试出现热漂移、测试数据不准确、测试结果出现误判、漏判、错判的问题相比，解决了在大电流状态下ASK（幅移键控）和FSK（频移键控）通讯稳定的问题，保证了测试的稳定性和可靠性，保证了测试的效率和精度。

进一步地，所述电源与所述功率放大器之间设置有分流器，所述分流器连接有电流取样模块，所述电流取样模块连接有ASK信号取样模块，所述ASK信号取样模块与所述微处理控制器连接。

由此可见，通过分流器的设置，分出一路电流，且设置ASK信号取样模块，进而实现从电流信号中获取ASK信号，实现ASK信号获取，通过微处理控制器即可分析得到驱动供电电源主回路中电参数，为后续的无线充电接收端的电参数提供参考对象。

再进一步地，所述ASK信号取样及处理模块包括第一低通滤波器、第一信号放大器、第一检波器和第一数据转换器，所述第一低通滤波器、所述第一信号放大器、所述第一检波器和所述第一数据转换器依次串接在所述无线充电接收端与所述微处理控制器之间。

由此可见，通过第一低通滤波器、第一信号放大器、第一检波器和第一数据转换器的设置，能够对获取的ASK信号进行滤波去噪、信号放大、检波和数据转换后，获得稳定的信号，以保证信号传输的可靠性。

又进一步地，所述信号发生器包括正弦波-方波信号发生器、第二信号放大器和第一滤波整形器，所述正弦波-方波信号发生器产生127KHz的信号，所述正弦波-方波信号发生器、所述第二信号放大器和所述第一滤波整形器依次连接在所述微处理控制器与所述功率放大器之间。由此可见，经过信号发生器和滤波等，使得输入功率放大器的信号满足测试要求，保证测试效果。

再更进一步地，所述功率放大器包括继电器和差分放大器，输入端经过所述继电器后与所述差分放大器相连接。由此可见，通过继电器和差分放大器的结合，保证了驱动信号的功率。

此外，所述微处理控制器型号为XC7Z010。选用型号为XC7Z010的处理器作为整机的处理器，保证了信号处理和系统运行的稳定性和可靠性。

进一步地，所述电流取样模块包括第二滤波放大器和第一模数转换器，所述第二滤波放大器和所述第一模数转换器连接在所述分流器与所述微处理控制器之间。由此可见，通过电流取样模块的设置，可将驱动电源主回路的电参数上传给微处理控制器，使得微处理控制器获得驱动电源主回路的电参信息。

再进一步地，所述ASK信号取样模块包括第二低通滤波器、第二信号放大器、第二检波器和第二数据转换器，所述第二低通滤波器、所述第二信号放大器、所述第二检波器和所述第二数据转换器依次串接在所述分流器与所述微处理控制器之间。由此可见，对驱动电源主回路获得的ASK信号进行滤波、放大等操作后，同样是为了获得稳定的信号，以保证信号传输的可靠性。

最后，利用上述用于无线充电接收器的测试设备对无线充电接收器进行测试的方法包括以下步骤：

a. 信号发生器产生信号，经过调制后输入功率放大器；

b. 功率放大器对信号进行进行放大后，输出占空比和脉冲电压可以调节的PWM信号；

c. PWM信号经过滤波耦合直接输入到无线充电接收端，经整流滤波后获得充电电压，该电压为无线充电接收器上电，充电装置与无线充电接收器建立通信；

d. 通过ASK信号取样及处理模块来设定无线充电接收器处的被充电池的电流和电压值，根据需求设置不同的充电电压；

e. 微处理控制器在不同的的充电电压状态下获取电池的充电电参数，进而获得电池的状态信息。

上述方案可见，该方法测试过程简单，能够保证设备长时间工作不发热，不受环境影响，大大的提高了测试稳定性，也降低了误码率，并可实现闭环增益控制测试，同时大大提高了充电设备能量转换的能效比。

附图说明

图1是现有技术的常用无线充电接收电路测试设备的原理框图；

图2是本发明充电接收电路测试电路系统框图；

图3是本发明充电接收电路的总体架构图；

图4是测试设备对无线充电接收器的电参进行测试的流程图；

图5是测试设备对无线充电接收器的数据包进行验证的流程图；

图6是ASK电流取样电路原理图；

图7是ASK信号取样电路原理图；

图8是ASK信号处理电路原理图；

图9是信号采集器上显示的ASK信号采集波形图；

图10是所述功率放大器的电路原理图；

图11是本发明方法步骤c中的滤波耦合电路原理图；

图12是驱动信号的增益调整电路原理图；

图13是所述微处理控制器的电路原理图；

图14是图13中的U1D部分的放大原理图；

图15是图13中的U1E部分的放大原理图；

图16是图13中的U1G部分的放大原理图。

具体实施方式

如图2所示，本发明包括无线充电接收端1和电源2，它还包括微处理控制器3、信号发生器4、功率放大器5和ASK信号取样及处理模块6，在本发明中，如图13所示，所述微处理控制器3型号为XC7Z010。所述微处理控制器3、所述信号发生器4和所述功率放大器5依次连接，所述功率放大器5与所述无线充电接收端1直接耦合连接，所述ASK信号取样及处理模块6连接在所述微处理控制器3与所述无线充电接收端1之间，所述电源2向所述功率放大器5供电。与现有技术相比，本发明将中间易损耗的发射/接收线圈环节改为直接耦合的方式，将具有一定功率的PWM信号输入到被测的无线充电器。如图2所示。

如图3所示，所述电源2与所述功率放大器5之间设置有分流器7，所述分流器7连接有电流取样模块8，所述电流取样模块8连接有ASK信号取样模块，所述ASK信号取样模块与所述微处理控制器3连接。所述ASK信号取样及处理模块6包括第一低通滤波器61、第一信号放大器62、第一检波器63和第一数据转换器64，所述第一低通滤波器61、所述第一信号放大器62、所述第一检波器63和所述第一数据转换器64依次串接在所述无线充电接收端1与所述微处理控制器3之间。所述信号发生器4包括正弦波-方波信号发生器41、第二信号放大器42和第一滤波整形器43，所述正弦波-方波信号发生器41产生127KHz的信号，所述正弦波-方波信号发生器41、所述第二信号放大器42和所述第一滤波整形器43依次连接在所述微处理控制器3与所述功率放大器5之间。所述功率放大器5包括继电器51和差分放大器52，输入端经过所述继电器51后与所述差分放大器52相连接。所述电流取样模块8包括第二滤波放大器81和第一模数转换器82，所述第二滤波放大器81和所述第一模数转换器82连接在所述分流器7与所述微处理控制器3之间。所述ASK信号取样模块包括第二低通滤波器91、第二信号放大器92、第二检波器93和第二数据转换器94，所述第二低通滤波器91、所述第二信号放大器92、所述第二检波器93和所述第二数据转换器94依次串接在所述分流器7与所述微处理控制器3之间。所述电源2与所述分流器7之间设置有电源隔离模块10，在所述分流器7与所述第二滤波放大器81之间设置有第三滤波放大器11与所述电源隔离模块10连接。

利用上述测试设备进行无线充电接收器测试的方法包括以下步骤：

a. 信号发生器4产生信号，经过调制后输入功率放大器5；

b. 功率放大器5对信号进行进行放大后，输出占空比和脉冲电压可以调节的PWM信号；

c. PWM信号经过滤波耦合直接输入到无线充电接收端1，经整流滤波后获得充电电压，该电压为无线充电接收器上电，充电装置与无线充电接收器建立通信；

d. 通过ASK信号取样及处理模块6来设定无线充电接收器处的被充电池的电流和电压值，根据需求设置不同的充电电压；

e. 微处理控制器3在不同的的充电电压状态下获取电池的充电电参数，进而获得电池的状态信息。

下面以具体的实施例来对本发明进行进一步的说明。

对无线充电接收器的电参测试和数据包验证作为示例，图4和图5分别示出了其工作流程。其中数据包验证是在1毫安至数安培充电电流的状态下进行的，实际电流的大小根据被测试充电接收电路的功率来确定。从图4和图5的流程图可知，充电测试设备产生127KHz脉宽调制信号，经过驱动部分进行电流和电压放大，在本实施例中，如图10所示，功率放大器采用的是工作电压±20V，带宽120MHz，压摆率90V/uS，400mA输出的大功率放大器，确保在128KHz中有足够的稳定性。放大后的信号经过如图11所示的耦合滤波后，就可以直接驱动充电接收器。之后输出占空比和脉冲电压可以调节的大功率PWM信号，当需要满足测试需求的不同电流时，通过如图12所示，调整驱动信号的增益以及PWM的占空比即可实现。这个PWM信号经过处理后直接送到被测无线接收终端进行整流滤波后获得充电电压，这个电压将可以给整个无线充电接收装置上电，这样充电设备既可以和被充装置建立通讯，电池状态的信息是通过FSK和ASK通讯来完成充电电压和电流的设定，设置不同的充电供给电压，然后再读取电池的充电电流、电压等电参数。同样的测试方法，我们可以校验从电流信号中获取的ASK数据包的完整性。

在本发明中，充电接收电路发送的数据采用ASK的调制方式，本发明的ASK信号是从电流信号中获取，从驱动供电电源主回路中增加分流器，分流出电流信号如图6原理图。此外，当充电接收端工作的时候，如果接收端进行ASK调制，接收端的开关信号必然会引起设备端电源电流的变化，利用分流器分离出微弱的电流信号，然后将信号进行低通滤波-->信号放大-->检波-->数据转换，如图7和图8原理所示。如图9所示，数据转换后最终获得微处理器可以解码的ASK数据，从图9可以看出ASK信号清晰，数据完整无缺陷。

本发明无线圈的直接耦合连接减少了线圈发热的问题，保证了长时间工作不发热，不受环境影响，大大的提高了测试的稳定性，直接耦合连接的方式也大大地提高了充电设备能量转换的能效比，同时减小了设备的工装体积，节约了设备空间，尤其是能实现从小电流到大电流充电的平滑调节，避免了因线圈耦合造成的能效低、误码率高、发热严重、调试复杂等缺陷。

Claims (10)

1.一种用于无线充电接收器的测试设备,包括无线充电接收端（1）和电源（2），其特征在于：它还包括微处理控制器（3）、信号发生器（4）、功率放大器（5）和ASK信号取样及处理模块（6），所述微处理控制器（3）、所述信号发生器（4）和所述功率放大器（5）依次连接，所述功率放大器（5）与所述无线充电接收端（1）直接耦合连接，所述ASK信号取样及处理模块（6）连接在所述微处理控制器（3）与所述无线充电接收端（1）之间，所述电源（2）向所述功率放大器（5）供电。

2.根据权利要求1所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述电源（2）与所述功率放大器（5）之间设置有分流器（7），所述分流器（7）连接有电流取样模块（8），所述电流取样模块（8）连接有ASK信号取样模块，所述ASK信号取样模块与所述微处理控制器（3）连接。

3.根据权利要求1所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述ASK信号取样及处理模块（6）包括第一低通滤波器（61）、第一信号放大器（62）、第一检波器（63）和第一数据转换器（64），所述第一低通滤波器（61）、所述第一信号放大器（62）、所述第一检波器（63）和所述第一数据转换器（64）依次串接在所述无线充电接收端（1）与所述微处理控制器（3）之间。

4.根据权利要求1所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述信号发生器（4）包括正弦波-方波信号发生器（41）、第二信号放大器（42）和第一滤波整形器（43），所述正弦波-方波信号发生器（41）产生127KHz的信号，所述正弦波-方波信号发生器（41）、所述第二信号放大器（42）和所述第一滤波整形器（43）依次连接在所述微处理控制器（3）与所述功率放大器（5）之间。

5.根据权利要求1所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述功率放大器（5）包括继电器（51）和差分放大器（52），输入端经过所述继电器（51）后与所述差分放大器（52）相连接。

6.根据权利要求1所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述微处理控制器（3）型号为XC7Z010。

7.根据权利要求2所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述电流取样模块（8）包括第二滤波放大器（81）和第一模数转换器（82），所述第二滤波放大器（81）和所述第一模数转换器（82）连接在所述分流器（7）与所述微处理控制器（3）之间。

8.根据权利要求2所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述ASK信号取样模块包括第二低通滤波器（91）、第二信号放大器（92）、第二检波器（93）和第二数据转换器（94），所述第二低通滤波器（91）、所述第二信号放大器（92）、所述第二检波器（93）和所述第二数据转换器（94）依次串接在所述分流器（7）与所述微处理控制器（3）之间。

9.根据权利要求7所述的用于无线充电接收器的测试设备,其特征在于：所述电源（2）与所述分流器（7）之间设置有电源隔离模块（10），在所述分流器（7）与所述第二滤波放大器（81）之间设置有第三滤波放大器（11）与所述电源隔离模块（10）连接。

10.一种利用如权利要求1所述的用于无线充电接收器的测试设备对无线充电接收器进行测试的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a. 信号发生器（4）产生信号，经过调制后输入功率放大器（5）；

b. 功率放大器（5）对信号进行进行放大后，输出占空比和脉冲电压可以调节的PWM信号；

c. PWM信号经过滤波耦合直接输入到无线充电接收端（1），经整流滤波后获得充电电压，该电压为无线充电接收器上电，充电装置与无线充电接收器建立通信；

d. 通过ASK信号取样及处理模块（6）来设定无线充电接收器处的被充电池的电流和电压值，根据需求设置不同的充电电压；

e. 微处理控制器（3）在不同的的充电电压状态下获取电池的充电电参数，进而获得电池的状态信息。