用LCR表测试无线充电系统中的线圈

本指南对Keysight E4980AL/A 精密LCR表如何表征无线充电系统中最常用的组件——线圈进行了说明。

图 1. E4980A 精密 LCR 表

一、无线充电系统的线圈

当今在用的无线充电标准不止一种，但它们有一个共同的特点，就是一般都采用线圈 ( 或基于线圈的共振器 ) 来产生电磁场，以及进行能量传输。 典型的无线充电系统由两部分组成：发射单元和接收单元，功率和能量传输可以通过电感耦合，在发射机和接收机之间实现(图 2)。 通常情况下，发射线圈和驱动电路安装在充电座上，而接收线圈和相关电路则内置于需要充电的装置内，如智能电话等。 功率传输效率是无线充电系统的关键指标。 这个指标受许多因素影响，比如线圈之间的距离，电感寄生，线圈如何排列等。 对单一的线圈而言，在大多数情况下，设计阶段需要最低的损耗(低 DCR)和寄生(高 Q)。 发射机和接收机线圈的典型测试参数为 Ls(串联电感)，Rs(串联电阻)和 DCR(直流电阻)。 基于 WPC 标准的线圈测试频率通常低于 1MHz。

E4980A/AL 精密LCR表是高达 2 MHz 的元器件的测量行业的标准解决方案。 该仪表因其高精确度和可重复的测量、宽阻抗范围和高测量速度而广受元器件制造市场的青睐。

图 2. 无线充电系统

二、高精度的标准 DCR 测量

发射机线圈和接收机线圈的 直流电阻会直接影响能量传输的电阻损耗，因此需要低 DCR(通常低到毫欧级)来确保高功率传输效率。

DCR (直流电阻) 测量是E4980A/AL 精密 LCR 表的标配功能。 E4980A/AL 能非常精确地测量低到毫欧级的 DCR 值。 同时， E4980A/AL 支持低接触电阻夹具，如 16047E 和夹具补偿功能。 如果线圈的 DCR 是 100 毫欧，E4980A/AL 的 DCR 精度可达 5%，意味着真值在大约在 95 毫欧到 105 毫欧之间。 这种精度是非常高的，因为基于自动平衡电桥法的LCR 表测量低 DCR 的难度很大。

三、宽阻抗范围用于测量电感和稳定的小 ESR

发射机和接收机线圈的电感通常在微亨 μH 范围，测试在几十千赫兹的频率范围内进行。 因此，阻抗范围从几毫欧到几欧。 E4980A/AL LCR 表具有优异的宽阻抗范围性能，在 4 毫欧到 100 毫欧之间可保持 10% 以内 的精度(图 2)，特别适合于无线充电系统线圈的测量。

电感的等效串联电阻(ESR)也需小而稳定，以满足低功耗要求。 E4980A/AL 为 ESR 测量提供了出色的测量稳定性(图 3)。

四、频率 赫兹

图 2. 10% 阻抗测量精度范围(测试信号 1Vrms，MED 模式，电缆 0 米)

图 3. 低阻抗评估(E4980A， 1 毫欧 100K 赫兹 )

五、快速测量，提高产品良率

制造业主要关心的是提高产量，降低测试成本。 E4980A/AL 具有快速测量功能，提高了设计和制造的测量效率。 E4980A 的测量速度如下：

短(SHORT)模式下，1 兆赫兹每点 5.6 毫秒

中(MED)模式下，1 兆赫兹每点 88 毫秒

长(LONG)模式下，1 兆赫兹每点 220 毫秒

六、大量测试夹具满足测试需求

E4980A/AL LCR表可搭配二十多种夹具，来满足从材料到 SMD 元器件的各种评估需求。 16047 系列引线式夹具是测量低 DCR 和 ESR 引线式线圈的最佳夹具。 此外，E4980A/AL 内置的补偿功能最大限度地减少了测试夹具的影响。

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