CN212134876U - 一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低成本、集成度高、功能完善且适合产品制作全过程测试的用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备。该设备包括电源模块（1）、发送接收线圈（2）、电子模拟负载（3）、FPGA（4）、若干功能测试模块、高速ADC采集模块（5）及外围的上位机（6），电源模块为整个测试设备及待测充电器主板（7）上电，发送接收线圈的一侧与待测充电器主板连接，另一侧与电子模拟负载连接，高速ADC采集模块对待测充电器主板的各种信号进行采集，功能测试模块对待测充电器主板的模拟输出过程进行功能测试，并将测试结果输出到FPGA，再上传上位机进行后台处理与保存。本实用新型用于无线充电器测试领域。

Description

一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备

技术领域

本实用新型涉及无线充电器测试领域，尤其涉及一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备。

背景技术

随着网络通信、电子数码的广阔发展，人们对电子产品的依赖日益加深。但电池容量远远跟不上用电的需求，无线充电是最能引领电力革命的新兴技术。它与传统的充电技术有很大区别。它通过无线能量传输的方式为电子设备充电，分离开供电设备与用电设备之间的物理连接，这样在提高用电设备的美观，实用性的同时，还可以提高用电设备的安全性。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（Wireless PowerConsortium 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，都可以使用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，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商用提供了可能。

随着Qi无线充电技术的广泛应用，设计一种可以测试Qi无线充电性能指标的设备显得极为重要。

传统方式一般是采用标准的电源、电子负载以及一些自制的模块组成一个测试系统，其体积大、价格高，且只能测试效率、发热量等基本的功能，无法对更多的功能进行测试，尤其是在充电器电路板设计阶段无法对充电通信等功能进行测试，致使在电路板设计阶段产生的缺陷需要到后期充电器制作完毕后的检测过程才能发现，这导致产品质量无法得到保证，也增加了废品率，导致成本提高和资源浪费。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种低成本、集成度高、功能完善且适合产品制作全过程测试的用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备。

本实用新型所采用的技术方案是：它包括电源模块、发送接收线圈、电子模拟负载、FPGA、若干功能测试模块、高速ADC采集模块及外围的上位机，所述电源模块为整个测试设备及待测充电器主板上电，所述发送接收线圈的一侧与待测充电器主板连接，另一侧与所述电子模拟负载连接，所述高速ADC采集模块对待测充电器主板的各种信号进行采集并上传所述FPGA，若干所述功能测试模块对待测充电器主板的模拟输出过程进行功能测试，并将测试结果输出到所述FPGA分析，再上传所述上位机进行后台处理与保存，

所述发送接收线圈包括发送线圈和接收线圈，所述发送线圈将测试信号耦合到所述接收线圈端，或者所述接收线圈将信号耦合到所述发送线圈端；

所述电子模拟负载用于模拟无线充电的被充设备；

所述FPGA与所述上位机进行通信；

若干所述功能测试模块对待测充电器主板在模拟Qi标准无线充电的过程中的各种性能进行检测。

上述方案可见，本系统主要对充电器主板的性能进行测试，通过电源模块、发送接收线圈、电子模拟负载、FPGA、若干功能测试模块、高速ADC采集模块及外围的上位机的设置，其中电源模块为整个设备的各个模块提供电源，高精度宽范围大功率的电源输出能够极好地满足不同类型充电器的电压输出需求，从而扩展了本测试设备的适用范围，提高了其适应性；发送接收线圈采用真实的线圈来实现充电器主板的各种性能的测试，从而保证了测试场景的真实性，从而以最真实的情景来反应待测充电器主板到被充电设备之间的充电与被充电的情况，保证了测试的精确度和可靠性；电子模拟负载采用可调的形式，从而满足了不同充电器主板测试的不同工况下的测试要求；FPGA和高速ADC采集模块的结合能够实现快速的分析和数据处理，提高整个设备的处理能力和速度，从而满足自动化的快速测试要求；此外，若干功能测试模块的设置，能够在一个设备上实现充电器主板的多个性能的测试，其测试功能完善，大大地提高了设备的集成度，与现有的需要采用各种标准仪表进行测试相比，本实用新型也大大地降低了成本；若干所述功能测试模块对待测充电器主板在模拟Qi标准无线充电的过程中的各种性能进行检测，并将检测结果上传至所述FPGA进行分析，从而实现充电器主板制作全过程的测试，对充电器主板制作过程实现全过程监控，保证充电器主板的质量和可靠性，极大地提升了产品的质量。

进一步地，若干所述功能测试模块包括但不限于AC电流采集模块、充电波形采集模块、电压采集模块、ASK调制解调模块、FSK解调模块、PING功能模拟模块。

上述方案可见，若干所述功能测试模块包括AC电流采集模块、充电波形采集模块、电压采集模块、ASK调制解调模块、FSK解调模块、PING功能模拟模块、充电效率计算及校准模块，其中AC电流采集模块用于监控待测充电器主板充电测试过程中的电流情况；充电波形采集模块用于将经过谐振处理的信号波形输出给FPGA进行波形分析，实现对待测充电器主板的充电性能进行检测；电压采集模块用于对设置于待测充电器主板上的若干个电压检测点处的电压值，并将检测结果上传至所述FPGA，实现对待测充电器主板自身各个测试点电压的实时监测；ASK调制解调模块用于调制被充电设备的ASK信号和解调从待测充电器主板的ASK解调电路输出的信号，比较被充电设备的ASK信号和待测充电器主板的ASK解调电路输出的信号的一致性，以检测被充电设备到待测充电器主板的通讯是否正常；FSK解调模块用于解调从待测充电器主板发送到被充电设备的FSK信号，比较待测充电器主板产生的FSK信号与解调后的FSK信号的一致性，以检测从待测充电器主板到被充电设备的通讯是否正常；PING功能模拟模块用于模拟是否存在有被充电设备的场景，待测充电器主板通过检测模拟场景的情况来判断其自身的PING功能是否正常；充电效率计算及校准模块用于检测待测充电器主板到被充电设备之间的充电效率，并对待测充电器主板自身读取的电压值和电流值进行校准；所以，若干所述性能测试模块能够对充电器主板制作的全过程进行性能测试，保证了充电器主板的质量和可靠性。

具体地，所述AC电流采集模块包括设置于所述发送线圈上的霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述高速ADC采集模块相连接，所述霍尔传感器采集所述发送线圈回路的交流电信号，所述高速ADC采集模块采集所述发送线圈回路的交流电信号波形并上传至所述FPGA；所述充电波形采集模块包括依次连接的前端衰减电路、差动放大电路及差分ADC驱动电路，所述前端衰减电路的前端连接于所述发送线圈的回路上，所述差分ADC驱动电路的输出端与所述高速ADC采集模块相连接；所述电压采集模块包括依次连接的MUX切换器、第一缓存器和18位ADC模块，在待测充电器主板上设置有若干个电压检测点，所述MUX切换器的输入端与待测充电器主板上设置的若干个电压检测点连接，所述18位ADC模块的输出端与所述FPGA连接。

上述方案可见，利用霍尔传感器能够实时快速地采集到发送线圈回路中的交流电信号，并经所述高速ADC采集模块采集上传给所述FPGA，而霍尔传感器的贷款达到1MHz，其可以轻松地抓取电流尖峰，从而可以方便地得到极限电流，为EMI或FCC等认证提供参照；通过前端衰减电路、差动放大电路及差分ADC驱动电路对信号的处理，能够方便地发送线圈前端谐振后的信号波形画出，从而方便地读取信号的振幅、频率、失真率等；通过MUX切换器能够实时对待测充电器主板上的任意电压测试点进行切换测试，大大地方便了测试；而18位ADC模块能够实现快速的信号采集，进一步提高了电压的检测效率。

又进一步地，所述ASK调制解调模块包括与所述FPGA的BMC编码器的输出端连接的三组MOS开关管、分别与三组所述MOS开关管的漏极相连接的三个负载调节电容以及设置于待测充电器主板内部的ASK解调电路，三个所述负载调节电容的另一端与所述接收线圈的回路相连接，所述FPGA产生的信号经过所述BMC编码器编码后，选择一组MOS开关管和与该组MOS开关管相连接的负载调节电容输入进行负载调制，所述接收线圈端的负载变化引起所述发送线圈端信号的振幅变化，所述发送线圈将信号接入所述ASK解调电路，所述ASK解调电路将信号还原到BMC编码前的信号形态，再通过所述高速ADC采集模块输入到所述FPGA。

上述方案可见，FPGA产生的信号经过BMC编码后通过设置的三组MOS开关管与负载调节电容的配合实现多档负载调制，而接收线圈端的负载变化会引起发送端信号振幅的变化，而发送线圈端的信号接入到待测充电器主板自带的ASK解调电路中进行信号解调，而该电路会将信号还原成BMC编码前的状态，再通过高速ADC采集模块输入到所述FPGA，FPGA比较自身产生的ASK信号和接收到的解码后的ASK信号的一致性，从而方便地判断出待测充电器主板的ASK信号调制解调功能是否正常及可靠性。

又再进一步地，所述FSK解调模块包括依次连接且连接于所述接收线圈与所述FPGA之间的分压电路、过压保护器、低通滤波电路、信号耦合电容、第二缓存器和信号整形比较器，所述分压电路的输入端与所述接收线圈相连接，所述信号整形比较器的输出端与所述FPGA连接。

上述方案可见，待测充电器主板将信号调制到发送线圈，接收线圈接收到调制信号，耦合到接收线圈上的信号经过分压电路、过压保护器、低通滤波电路、信号耦合电容、第二缓存器和信号整形比较器的处理后，信号耦合电容对信号中的DC部分进行滤除，得到数字信号，数字信号被送入FPGA进行解调，最终FPGA检测接收到的信号与待测充电器主板发送的信号的一致性，进而方便地判断待测充电器主板到被充电设备之间的FSK信号解调的功能是否正常及可靠性。

再又进一步地，所述PING功能模拟模块包括设置于所述接收线圈回路中的第一双开关和设置于所述电子模拟负载两端的第二双开关，所述第一双开关对所述接收线圈回路的通断进行控制，所述第二双开关对所述电子模拟负载的通断进行控制。

上述方案可见，通过控制第一双开关和第二双开关的断开和闭合，实现接收线圈和电子模拟负载的断开和闭合，从而快速地模拟有无被充电设备的场景，而待测充电器主板通过侦测模拟的场景而便捷地判断其自身的PING功能是否正常。

此外，所述充电效率计算及校准模块包括设置于待测充电器主板的电源输入端的采样电路和设置在所述接收线圈与所述电子模拟负载之间的整流电路，所述采样电路采集输入待测充电器主板的标准电流值和电压值并传输给所述FPGA，所述整流电路将所述接收线圈的交流电整流成直流并向所述电子模拟负载供电。

上述方案可见，通过采样电路对输入待测充电器主板端的电压和电流进行检测，检测到的电压和电流标准值发送至所述FPGA进行输入侧的标准功率计算，并作为基准与待测充电器主板读得的电压电流进行比较，通过最小二乘法和曲线拟合技术得到校准系数和偏置值，进而快速实现充电器主板功率因数校准，提高充电器的充电精度，实现无线充电的精准控制；而整流电路将接收线圈的交流电流整流成直流并向所述电子模拟负载供电，以便于对接收线圈端的功率进行计算，实现功率获取，整流电路在这里起到转换的作用，通过发送线圈端和接收线圈端的功率计算，即可快速地检测出充电的效率。

进一步地，所述功能测试模块还包括死区时间检测模块，所述死区时间检测模块包括一级比较器电路和二级逻辑比较电路，所述一级比较器电路包括第一比较器和第二比较器，待测充电器主板输出的待测试信号分别接入所述第一比较器和所述第二比较器的同向输入端，所述第一比较器的反向输入端接入高电平参考电平, 所述第二比较器的反向输入端接入低电平参考电平，当所述第一比较器和所述第二比较器的同向输入端电平分别大于各自的反向输入端电平时，所述第一比较器和所述第二比较器均输出高电平至所述二级逻辑比较电路，反之，则输出低电平至所述二级逻辑比较电路；所述二级逻辑比较电路包括异或门芯片及其外围电路，所述二级逻辑比较电路的输入端与所述一级比较器电路的输出端连接，所述二级逻辑比较电路的输出端与所述FPGA连接，当所述一级比较器电路输入到所述二级逻辑比较电路的逻辑电平相同时，则输出低电平至所述FPGA，当所述一级比较器电路输入到所述二级逻辑比较电路的逻辑电平不同时，则输出高电平至所述FPGA。

上述方案可见，通过一级比较器电路中的第一比较器和第二比较器分别引入高电平参考电平和低电平参考电平，高电平参考电平和低电平参考电平分别与测试信号比较，再输出电平至二级逻辑比较电路进行电平比较，得出测试信号处于何种电平水平，当测得位于高电平的时间段时，即确认为死区时间，将该死区时间与无线充电器主板的理论死区时间比较，即得到测试的无线充电器主板是否为合格品，在测试过程中，通过高带宽、低输出延迟的比较器和逻辑门芯片设置，保证了高测试精度，且测试速度快，只要设定好目标信号波形的高低电平值即可，其测试更加灵活，与传统的采用示波器波形来计算死区时间的方式相比，本实用新型的测试精度更高，与传统的昂贵的仪器相比，其成本更低，体积更小，人为因素影响更低。

进一步地，所述高速ADC采集模块为40M ADC芯片。由此可见,高速ADC采集模块能够满足快速、实时的需求，满足自动化的需要。

此外，所述FPGA采样单元5的型号为ZYNQ7Z020。由此可见，该型号的FPGA采样时钟可达125MHz，可进行信号纠错，稳定度高，精度高。

附图说明

图1是本实用新型整体的原理框图；

图2是所述电源模块的简易结构框图；

图3是所述电源模块的简易电路原理图；

图4是所述发送接收线圈的简易结构图；

图5是所述霍尔传感器接入设备的简易原理图；

图6是所述AC电流采集模块的电路原理图；

图7是所述AC电流采集模块采集到的电流波峰波形示意图；

图8是所述充电波形采集模块的原理示意图；

图9是所述电压采集模块的简易结构框图；

图10是本实用新型进行ASK信号调制解调的原理框图；

图11是所述FPGA的BMC编码器输出的编码图形示意图；

图12是任意一组所述MOS开关管和一个负载调节电容与发送接收线圈连接的简易原理图；

图13是待测充电器主板内的解调电路的原理框图；

图14是本实用新型中所述FPGA对ASK解调信号的信号波形解析示意图；

图15是所述FSK解调模块的电路框图；

图16是所述FSK解调模块的电路原理图；

图17是所述PING功能模拟模块的简易原理图；

图18是所述充电效率计算及校准模块的电路原理框图；

图19是所述采样电路24的电路原理图；

图20是所述整流电路25的电路原理图；

图21是所述电子模拟负载的电路原理图；

图22是所述信号处理部分29的MCU部分的电路原理图；

图23是所述信号处理部分29的ADC部分的电路原理图；

图24是所述信号处理部分29的DAC部分的电路原理图；

图25是所述死区时间检测模块的电路框图；

图26是所述一级比较器电路的简易电路原理图；

图27是所述二级逻辑比较电路的简易电路原理图；

图28是进行待测充电器主板的FOD功能测试的场景示意图。

具体实施方式

本实用新型采用真实线圈来模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试。

如图1所示，本实用新型包括电源模块1、发送接收线圈2、电子模拟负载3、FPGA4、若干功能测试模块、高速ADC采集模块5及外围的上位机6。所述电源模块1为整个测试设备及待测充电器主板7上电。如图2和图3所示，所述电源模块1由DC-DC模块、LC谐振、DAC反馈调压组成，其中24V电源输入到DC-DC模块，同时通过使能控制DC-DC模块的输出，经过LC谐振后，输出2-20V的电压，而DAC反馈调压会将外围的反馈输入到DC-DC模块，DC-DC模块根据反馈进行需求的电压输出。本实用新型中的采样电路24设置在LC谐振与电压输出端之间。其中，电压输出精度为0.2%±1mV，最大输出电流为5A，电流采集精度为0.2%±1mA。高精度宽范围大功率的电源输出可以满足各种不同类型充电器的电压输入需求。

所述发送接收线圈2的一侧与待测充电器主板7连接，另一侧与所述电子模拟负载3连接，所述高速ADC采集模块5对待测充电器主板7的各种信号进行采集并上传所述FPGA4，若干所述功能测试模块对待测充电器主板7的模拟输出过程进行功能测试，并将测试结果输出到所述FPGA4分析，再上传所述上位机6进行后台处理与保存。如图4所示，所述发送接收线圈2包括发送线圈TX和接收线圈RX，所述发送线圈TX将测试信号耦合到所述接收线圈RX端，或者所述接收线圈RX将信号耦合到所述发送线圈TX端。所述电子模拟负载3用于模拟无线充电的被充设备。所述FPGA4对信号进行采集并分析，再将分析结果上传至所述上位机6，并接收来自所述上位机6的命令。在本实施例中，所述高速ADC采集模块5为40M ADC芯片，其型号为ADS5231IPAG。所述FPGA4的型号为ZYNQ7Z020。

在本实施例中，所述发送接收线圈2使用的是实际应用中的线圈，该2个线圈被固定在一个机械装置上，线圈之间的间距可以被调整。并且有继电器K1、K2、K4和K5可以让线圈从系统中完全断开，K5、K6用来短路线圈以便计算2个线圈之间的耦合系数K。以下是耦合系数K的计算方法：

①将线圈固定好，K1、K2、K4、K5全部断开；

②用LCR表在TX线圈两端测得一个电感值并记为Ltx或者在RX线圈两端测得一个电感值并记为Lrx；

③闭合K6，在TX线圈两端测得一个电感值记为Ltx(short)；或闭合K3，在RX线圈两端测得一个电感值并记为Lrx(short)。

由以下公式可得到K值

。

所有的断开和闭合动作都可以由FPGA控制继电器完成，所以本系统只要将LCR表接到对应的连接器，整个K值计算过程可以通过电脑程控LCR表自动完成，大大节省了为找到一个合适的耦合系数K所需的时间。

若干所述功能测试模块对待测充电器主板7在模拟Qi标准无线充电的过程中的各种性能进行检测，并将检测结果上传至所述FPGA4进行分析。若干所述功能测试模块包括但不限于AC电流采集模块、充电波形采集模块、电压采集模块、ASK调制解调模块、FSK解调模块、PING功能模拟模块、充电效率计算及校准模块、死区时间检测模块。下面，对具体的模块进行进一步的说明。

所述AC电流采集模块用于监控待测充电器主板7充电测试过程中的电流，抓取电流波峰值并获取极限电流值。所述AC电流采集模块包括设置于所述发送线圈TX上的霍尔传感器8，所述霍尔传感器8与所述高速ADC采集模块5相连接，所述霍尔传感器8采集所述发送线圈TX回路的交流电信号，所述高速ADC采集模块5采集所述发送线圈TX回路的交流电信号波形并上传至所述FPGA4。如图5和图6所示，将霍尔传感器8串入到发送线圈回路，然后将传感器的输出接到高速ADC采集波形，就可以监控充电过程中的电流。在本实施例中，霍尔传感器8的带宽高达1MHz，因此可以抓取到类似如图7所示的电流尖峰。通过此功能即可得知待测充电器主板的极限电流，此参数可以为EMI或者FCC等认证提供参照。在本实施例中，所述霍尔传感器选自ACS70331。

如图8所示，所述充电波形采集模块用于将经过谐振处理的信号波形输出给所述FPGA4进行波形分析。所述充电波形采集模块包括依次连接的前端衰减电路9、差动放大电路10及差分ADC驱动电路11，所述前端衰减电路9的前端连接于所述发送线圈TX的回路上，所述差分ADC驱动电路11的输出端与所述高速ADC采集模块5相连接。其中，前端衰减电路9由一个电容和一个10M电阻及一个1M电阻组成，差动放大电路10由两个放大器组成，差分ADC驱动电路11由一个比较器及连接后端高速ADC采集模块5的反馈组成。Qi无线充电时将128KHz输入信号通过LC谐振，然后通过发送接收线圈将谐振后的信号耦合到接收线圈端，充电波形采集模块可以将谐振后的信号波形画出，进而直观地判断信号的振幅、频率、失真等参数是否符合设计需求。

如图9所示，所述电压采集模块用于对设置于待测充电器主板7上的若干个电压检测点处的电压值，并将检测结果上传至所述FPGA4。所述电压采集模块包括依次连接的MUX切换器12、第一缓存器13和18位ADC模块14，在待测充电器主板7上设置有若干个电压检测点，所述MUX切换器12的输入端与待测充电器主板7上设置的若干个电压检测点连接，所述18位ADC模块14的输出端与所述FPGA4连接。所述电压采集模块主要是监测待测Qi充电器主板各个电压轨的电压是否在规格以内。

如图10～图14所示，所述ASK调制解调模块用于调制被充电设备的ASK信号和解调从待测充电器主板7的ASK解调电路输出的信号，比较被充电设备的ASK信号和待测充电器主板7的ASK解调电路输出的信号的一致性，以检测被充电设备到待测充电器主板7的通讯是否正常。所述ASK调制解调模块包括与所述FPGA4的BMC编码器的输出端连接的三组MOS开关管15、分别与三组所述MOS开关管15的漏极相连接的三个负载调节电容16以及设置于待测充电器主板7内部的ASK解调电路，三个所述负载调节电容16的另一端与所述接收线圈RX的回路相连接，所述FPGA4产生的信号经过所述BMC编码器编码后，选择一组MOS开关管15和与该组MOS开关管15相连接的负载调节电容16输入进行负载调制，所述接收线圈RX端的负载变化引起所述发送线圈TX端信号的振幅变化，所述发送线圈TX将信号接入所述ASK解调电路，所述ASK解调电路将信号还原到BMC编码前的信号形态，再通过所述高速ADC采集模块5输入到所述FPGA4，所述FPGA4比较自身产生的ASK信号和接收到的解码后的ASK信号的一致性。在本实用新型中，三组所述MOS开关管15和三个所述负载调节电容16分别对应构成三个调制通道。所述ASK调制解调模块可以模拟被充电设备的ASK调制并且可以解调从充电器ASK解调电路输出的信号。选择不同的调制通道，通过调制电容的大小可以控制调制的深度，本设备有大中小三种调制深度可被设置，具体选取哪个通道根据实际的工况而定。此外，所述ASK解调电路包括包络检波二极管26、解调滤波器27和解调比较器28，所述包络检波二极管26的阳极与所述发送线圈TX相连接，所述包络检波二极管26的阴极与所述解调滤波器27相连接，所述解调滤波器27的另一端和所述解调比较器28相连接，所述解调比较器28的输出端与所述高速ADC采集模块相连接。ASK调制后接收线圈端接收到的信号是模拟信号，需要先经过包络检测后，输出其包络，包络检波直接采用上述包络检波二极管26实现相乘作用，得到所需的解调电压，再通过低通解调滤波器27滤除高频杂波，使包络（基带信号）通过，最后经过解调比较器28与判决门限比较，最终还原为数字信号，即接收线圈端反馈给发送线圈端的数字信号。

如图15和图16所示，所述FSK解调模块用于解调从待测充电器主板7发送到被充电设备的FSK信号，比较待测充电器主板7产生的FSK信号与解调后的FSK信号的一致性，以检测从待测充电器主板7到被充电设备的通讯是否正常。所述FSK解调模块包括依次连接且连接于所述接收线圈RX与所述FPGA4之间的分压电路17、过压保护器18、低通滤波电路19、信号耦合电容30、第二缓存器20和信号整形比较器21，所述分压电路17的输入端与所述接收线圈RX相连接，所述信号整形比较器21的输出端与所述FPGA4连接。测试时，待测充电器主板7将信号调制到发送线圈，经过耦合后，接收线圈接收到调制信号，其中的信号耦合电容30对信号中的DC部分进行滤除，所述FSK解调模块对接收线圈上的信号经过处理后，得到数字信号，该数字信号被送入FPGA解调，最终得到的信号与充电器发送信号一致，则说明待测充电器主板的FSK解调功能正常，否则，需要对其进行检修。

如图17所示，所述PING功能模拟模块用于模拟是否存在有被充电设备的场景，待测充电器主板7通过检测模拟场景的情况来判断其自身的PING功能是否正常。所述PING功能模拟模块包括设置于所述接收线圈RX回路中的第一双开关22和设置于所述电子模拟负载3两端的第二双开关23，所述第一双开关22对所述接收线圈RX回路的通断进行控制，所述第二双开关23对所述电子模拟负载3的通断进行控制。PING功能是无线充电系统非常重要的功能，它被用来检测充电器附近是否有合适的被充电设备。本设备中通过断开和闭合接收端的线圈和负载来模拟有无充电设备的场景（如图17），充电器通过侦测本设备模拟的场景可以判断PING功能是否正常。

如图18～图24所示，所述充电效率计算及校准模块用于检测待测充电器主板7到被充电设备之间的充电效率，并对待测充电器主板7自身读取的电压值和电流值进行校准。所述充电效率计算及校准模块包括设置于待测充电器主板7的电源输入端的采样电路24和设置在所述接收线圈RX与所述电子模拟负载3之间的整流电路25以及信号处理部分29，所述采样电路24采集输入待测充电器主板7的标准电流值和电压值并传输给所述FPGA4，所述整流电路25将所述接收线圈RX的交流电整流成直流并向所述电子模拟负载3供电。对于充电效率的计算是利用信号处理部分29来实现的。如图18所示，本设备可以精确的测出待测充电器主板端的电压(Vboost)和电流消耗(Iboost)，并且作为基准来校准充电器本身回读的电压(Vsns)和电流消耗(Isns)值。在接收线圈端本设备会将接收线圈上的AC电压整流成DC电压并通过恒流源电路设置不同的电子模拟负载，整流后输出的电压和电流记为Vrect和 Irect。通过如下效率计算公式即可计算出待测充电器主板的效率：

。

如果充电器采用的是全桥驱动的方案，那么PWM输出时，为了使上下半桥的开关管不会因为开关速度问题发生同时导通的情况，必须设置一个死区时间，通常也叫PWM响应时间。本设备设计了一个硬件电路，该电路可以将MCU输出的死区时间转换为脉冲信号，然后送入FPGA计算脉冲的时间，就可以得出PWM输出的死区时间。如图25～图27所示，所述死区时间检测模块包括一级比较器电路和二级逻辑比较电路，所述一级比较器电路包括第一比较器U1和第二比较器U2，待测充电器主板7输出的待测试信号分别接入所述第一比较器U1和所述第二比较器U2的同向输入端，所述第一比较器U1的反向输入端接入高电平参考电平Voh, 所述第二比较器U2的反向输入端接入低电平参考电平Vol，当所述第一比较器U1和所述第二比较器U2的同向输入端电平分别大于各自的反向输入端电平时，所述第一比较器U1和所述第二比较器U2均输出高电平至所述二级逻辑比较电路，反之，则输出低电平至所述二级逻辑比较电路；所述二级逻辑比较电路包括异或门芯片U3及其外围电路，所述二级逻辑比较电路的输入端与所述一级比较器电路的输出端连接，所述二级逻辑比较电路的输出端与所述FPGA4连接，当所述一级比较器电路输入到所述二级逻辑比较电路的逻辑电平相同时，则输出低电平至所述FPGA4，当所述一级比较器电路输入到所述二级逻辑比较电路的逻辑电平不同时，则输出高电平至所述FPGA4。

此外，随着无线充电系统的功率越来越高，在正常工作时若发送线圈和接收线圈之间有金属异物，极短的时间内温度就会上升到100℃，因此FOD功能显得极为重要，当充电系统FOD功能检查到金属异物以后，将会启动保护功能，可以使得系统在有金属异物的情况下温度在10分钟内不超过60℃，以避免对装置或者人体造成严重伤害，并为用户争取时间移除异物，如图28所示，本设备可以模拟有异物充电的场景，检测充电器FOD功能是否正常。

由上可知，与现有的一些测试设备相比，本实用新型精度高，体积小，费用低，由于使用了真实的线圈来模拟整个无线充电的过程，所以测试的功能也更全，且适合产品生产制作全过程测试，进而保障产品的生产和制造，保证其质量。

本实用新型描述了一种利用真实线圈模拟Qi无线充电的测试设备，但并不仅仅限与专利中方案中所描述。故凡依本实用新型申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (9)

1.一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：它包括电源模块（1）、发送接收线圈（2）、电子模拟负载（3）、FPGA（4）、若干功能测试模块、高速ADC采集模块（5）及外围的上位机（6），所述电源模块（1）为整个测试设备及待测充电器主板（7）上电，所述发送接收线圈（2）的一侧与待测充电器主板（7）连接，另一侧与所述电子模拟负载（3）连接，所述高速ADC采集模块（5）对待测充电器主板（7）的各种信号进行采集并上传所述FPGA（4），若干所述功能测试模块对待测充电器主板（7）的模拟输出过程进行功能测试，并将测试结果输出到所述FPGA（4）分析，再上传所述上位机（6）进行后台处理与保存，

所述发送接收线圈（2）包括发送线圈（TX）和接收线圈（RX），所述发送线圈（TX）将测试信号耦合到所述接收线圈（RX）端，或者所述接收线圈（RX）将信号耦合到所述发送线圈（TX）端；

所述电子模拟负载（3）用于模拟无线充电的被充设备；

所述FPGA（4）与所述上位机（6）进行通信；

若干所述功能测试模块对待测充电器主板（7）在模拟Qi标准无线充电的过程中的各种性能进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：若干所述功能测试模块包括但不限于AC电流采集模块、充电波形采集模块、电压采集模块、ASK调制解调模块、FSK解调模块、PING功能模拟模块。

3.根据权利要求2所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：所述AC电流采集模块包括设置于所述发送线圈（TX）上的霍尔传感器（8），所述霍尔传感器（8）与所述高速ADC采集模块（5）相连接，所述霍尔传感器（8）采集所述发送线圈（TX）回路的交流电信号，所述高速ADC采集模块（5）采集所述发送线圈（TX）回路的交流电信号波形并上传至所述FPGA（4）；所述充电波形采集模块包括依次连接的前端衰减电路（9）、差动放大电路（10）及差分ADC驱动电路（11），所述前端衰减电路（9）的前端连接于所述发送线圈（TX）的回路上，所述差分ADC驱动电路（11）的输出端与所述高速ADC采集模块（5）相连接；所述电压采集模块包括依次连接的MUX切换器（12）、第一缓存器（13）和18位ADC模块（14），在待测充电器主板（7）上设置有若干个电压检测点，所述MUX切换器（12）的输入端与待测充电器主板（7）上设置的若干个电压检测点连接，所述18位ADC模块（14）的输出端与所述FPGA（4）连接。

4.根据权利要求2所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：所述ASK调制解调模块包括与所述FPGA（4）的BMC编码器的输出端连接的三组MOS开关管（15）、分别与三组所述MOS开关管（15）的漏极相连接的三个负载调节电容（16）以及设置于待测充电器主板（7）内部的ASK解调电路，三个所述负载调节电容（16）的另一端与所述接收线圈（RX）的回路相连接，所述FPGA（4）产生的信号经过所述BMC编码器编码后，选择一组MOS开关管（15）和与该组MOS开关管（15）相连接的负载调节电容（16）输入进行负载调制，所述接收线圈（RX）端的负载变化引起所述发送线圈（TX）端信号的振幅变化，所述发送线圈（TX）将信号接入所述ASK解调电路，所述ASK解调电路将信号还原到BMC编码前的信号形态，再通过所述高速ADC采集模块（5）输入到所述FPGA（4）。

5.根据权利要求4所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：所述FSK解调模块包括依次连接且连接于所述接收线圈（RX）与所述FPGA（4）之间的分压电路（17）、过压保护器（18）、低通滤波电路（19）、信号耦合电容（30）、第二缓存器（20）和信号整形比较器（21），所述分压电路（17）的输入端与所述接收线圈（RX）相连接，所述信号整形比较器（21）的输出端与所述FPGA（4）连接。

6.根据权利要求2所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：所述PING功能模拟模块包括设置于所述接收线圈（RX）回路中的第一双开关（22）和设置于所述电子模拟负载（3）两端的第二双开关（23），所述第一双开关（22）对所述接收线圈（RX）回路的通断进行控制，所述第二双开关（23）对所述电子模拟负载（3）的通断进行控制。

7.根据权利要求2所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：所述功能测试模块还包括死区时间检测模块，所述死区时间检测模块包括一级比较器电路和二级逻辑比较电路，所述一级比较器电路包括第一比较器（U1）和第二比较器（U2），待测充电器主板（7）输出的待测试信号分别接入所述第一比较器（U1）和所述第二比较器（U2）的同向输入端，所述第一比较器（U1）的反向输入端接入高电平参考电平（Voh）, 所述第二比较器（U2）的反向输入端接入低电平参考电平（Vol），当所述第一比较器（U1）和所述第二比较器（U2）的同向输入端电平分别大于各自的反向输入端电平时，所述第一比较器（U1）和所述第二比较器（U2）均输出高电平至所述二级逻辑比较电路，反之，则输出低电平至所述二级逻辑比较电路；所述二级逻辑比较电路包括异或门芯片（U3）及其外围电路，所述二级逻辑比较电路的输入端与所述一级比较器电路的输出端连接，所述二级逻辑比较电路的输出端与所述FPGA（4）连接，当所述一级比较器电路输入到所述二级逻辑比较电路的逻辑电平相同时，则输出低电平至所述FPGA（4），当所述一级比较器电路输入到所述二级逻辑比较电路的逻辑电平不同时，则输出高电平至所述FPGA（4）。

8.根据权利要求2所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：所述高速ADC采集模块（5）为40M ADC芯片。

9.根据权利要求1所述的一种用真实线圈模拟Qi标准无线充电的充电器主板测试设备，其特征在于：所述FPGA（4）的型号为ZYNQ7Z020。

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