Ци (стандарт) - Qi (standard)
 | |
| Положение дел | Активный |
|---|---|
| Год начался | 2008 |
| Впервые опубликовано | 2008 |
| Последняя версия | 1.3 января 2021 г. |
| Организация | Консорциум беспроводной энергии |
| Комитет | Консорциум беспроводной энергии |
| Связанные стандарты | Стандарт беспроводной кухни Стандарт средней мощности |
| Домен | Индуктивная зарядка |
| Лицензия | Открытый стандарт |
| авторское право | Логотип и товарный знак |
| Веб-сайт | wirelesspowerconsortium |
Qi (произносится / tʃ iː / CHEE ; от китайского слова qi ; традиционный китайский : 氣) - это стандарт открытого интерфейса, который определяет беспроводную передачу энергии с использованием индуктивной зарядки на расстояние до 4 см (1,6 дюйма), разработанный Wireless Power Консорциум . Система использует зарядную площадку и совместимое устройство, которое размещается на верхней части площадки, заряжаясь через резонансную индуктивную связь .
По состоянию на февраль 2020 года почти 500 производителей мобильных устройств, работающих со стандартом, включают Apple , Asus , Google , Huawei , LG Electronics , Samsung , Xiaomi и Sony .
Стандарт Qi, впервые выпущенный в 2008 году, к 2020 году будет включен в более чем 200 смартфонов, планшетов и других устройств.
Дизайн
Устройства, работающие по стандарту Qi, полагаются на электромагнитную индукцию между плоскими катушками . Система Qi состоит из двух типов устройств - базовой станции, которая подключена к источнику питания и обеспечивает индуктивную мощность, и мобильных устройств, потребляющих индуктивную мощность. Базовая станция содержит передатчик энергии, который содержит передающую катушку, которая генерирует колеблющееся магнитное поле ; Мобильное устройство содержит приемник энергии с приемной катушкой. Магнитное поле индуцирует переменный ток в приемной катушке по закону индукции Фарадея . Близкое расположение двух катушек, а также экранирование их поверхностей обеспечивают эффективную индуктивную передачу энергии.
Базовые станции обычно имеют плоскую поверхность, называемую поверхностью интерфейса, на которой пользователь может разместить одно или несколько мобильных устройств. Существует два метода выравнивания передающей катушки (часть базовой станции) и приемной катушки (часть мобильного устройства), чтобы произошла передача энергии. В первой концепции, называемой управляемым позиционированием, пользователь должен поместить мобильное устройство в определенное место на поверхности базовой станции. Для этого мобильное устройство предоставляет вспомогательные средства для выравнивания, соответствующие его размеру, форме и функциям. Вторая концепция, называемая свободным позиционированием, не требует, чтобы пользователь располагал мобильное устройство прямо напротив передающей катушки. Есть несколько способов добиться свободного позиционирования. В одном примере пучок передающих катушек используется для создания магнитного поля только в месте расположения приемной катушки. В другом примере используются механические средства для перемещения одиночной передающей катушки под приемной катушкой. Третий вариант - использовать технику, называемую «Множественные кооперативные генераторы потока».
Рисунок 1-1 иллюстрирует базовую конфигурацию системы. Как показано, передатчик энергии включает в себя два основных функциональных блока - блок преобразования энергии и блок связи и управления. На схеме показана передающая катушка (матрица), генерирующая магнитное поле как часть блока преобразования энергии. Блок управления и связи регулирует передаваемую мощность до уровня, требуемого приемником энергии. Схема также демонстрирует, что базовая станция может содержать множество передатчиков, что позволяет размещать несколько мобильных устройств на одной базовой станции и производить индуктивную зарядку до тех пор, пока каждая из ее батарей не будет полностью заряжена. Наконец, системный блок на схеме включает в себя все другие функции базовой станции, такие как обеспечение входной мощности, управление несколькими передатчиками мощности и интерфейс пользователя.
Приемник энергии состоит из блока приема энергии, а также блока связи и управления. Подобно блоку преобразования мощности передатчика, на рис. 1-1 показана приемная катушка, улавливающая магнитное поле блока приема энергии. Блок приема мощности обычно содержит только одну приемную катушку. Более того, мобильное устройство обычно содержит один приемник энергии. Блок связи и управления регулирует передаваемую мощность до уровня, подходящего для подсистем (например, батареи), подключенных к выходу приемника энергии. Эти подсистемы представляют собой основные функции Мобильного устройства.
Передатчики
В качестве примера из спецификации Qi версии 1.2.2 2017 г. (ссылка на которую приведена выше) эталонный передатчик Qi A2 имеет катушку из 20 витков (в двух слоях) в плоской катушке, намотанной на форму с диаметром 19 мм. внутренний диаметр и внешний диаметр 40 мм, с экраном под катушкой из мягкого железа, диаметр которого не менее 4 мм больше, что дает индуктивность 24 ± 1 микрогенри. Эта катушка помещена в последовательный резонансный контур с конденсатором 200 нФ, чтобы создать резонансный контур с естественным резонансом на частоте ~ 140 кГц при подключении к катушке приемника.
Затем этот последовательный резонансный контур приводится в действие переключающим устройством с Н-мостом от источника постоянного тока; на полной мощности напряжение в конденсаторе может достигать 50 вольт. Регулировка мощности автоматическая; Спецификация Qi требует, чтобы фактическое приложенное напряжение можно было регулировать с шагом не менее 50 милливольт.
Вместо того, чтобы понижать зарядное напряжение в устройстве, зарядные устройства Qi, соответствующие эталону A2, используют ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-производный) для модуляции подаваемой мощности в соответствии с напряжением первичной ячейки.
Другие передатчики заряда Qi начинают свои соединения на частоте 140 кГц, но могут изменять частоты, чтобы найти частоту с лучшим совпадением, поскольку взаимная индуктивность между катушками передатчика и приемника будет варьироваться в зависимости от расстояния зазора между катушками передатчика и приемника и, следовательно, естественного резонансная частота будет изменяться. Различные эталонные конструкции Qi имеют разное расположение катушек, включая системы с овальными катушками и несколькими катушками, а также более сложные резонансные сети с несколькими индукторами и конденсаторами. Эти конструкции позволяют работать с быстрой перестройкой частоты на частотах от 105 до 205 кГц и с максимальным напряжением резонансного контура до 200 вольт.
Приемники
Эталонная конструкция аппаратного обеспечения приемника мощности Qi 1, также начиная с версии 1.2.2 спецификации Qi, начинается с прямоугольной катушки с проводом размером 44 мм x 30 мм, с 14 витками провода и с магнитным экраном над катушкой. Эта катушка включена в параллельный резонансный контур с парой конденсаторов (127 нанофарад последовательно и 1,6 нанофарад параллельно). Выходная мощность снимается через конденсатор емкостью 1,6 нанофарад .
Чтобы обеспечить обратный канал цифровой связи к передатчику энергии, резонансный модулятор, состоящий из пары конденсаторов 22 нанофарад и резистора 10 кОм в Т-конфигурации, может быть переключен через конденсатор 1,6 нанофарад. Переключение Т-цепи через конденсатор 1,6 нанофарад вызывает значительное изменение резонансной частоты связанной системы, которое обнаруживается передатчиком энергии как изменение передаваемой мощности.
Выход питания на портативное устройство осуществляется через двухполупериодный мост, подключенный к конденсатору 1,6 нанофарад; мощность обычно фильтруется конденсатором емкостью 20 мкФ перед подачей на контроллер заряда.
В других приемниках мощности Qi используются альтернативные модуляторы резонанса, включая переключение резистора или пары резисторов через конденсатор резонатора приемника, как до, так и после мостового выпрямителя.
Особенности и характеристики
WPC опубликовал спецификацию Qi с низким энергопотреблением в августе 2009 года. Спецификацию Qi можно бесплатно загрузить после регистрации. В соответствии со спецификацией Qi, индуктивные передачи "малой мощности" обеспечивают мощность ниже 5 Вт за счет индуктивной связи между двумя плоскими катушками . Эти катушки обычно находятся на расстоянии 5 мм друг от друга, но могут находиться на расстоянии до 40 мм и, возможно, дальше. Спецификация Qi с низким энергопотреблением была переименована в Базовый профиль мощности Qi (BPP).
Регулировка выходного напряжения обеспечивается цифровым контуром управления, в котором приемник энергии связывается с передатчиком энергии и запрашивает большую или меньшую мощность. Связь между приемником энергии и передатчиком является однонаправленной посредством модуляции обратного рассеяния. При модуляции обратного рассеяния катушка приемника энергии загружается, изменяя потребляемый ток в передатчике энергии. Эти текущие изменения отслеживаются и демодулируются в информацию, необходимую для совместной работы двух устройств.
В 2011 году консорциум Wireless Power Consortium начал расширять спецификацию Qi до средней мощности. По состоянию на 2019 год стандарт средней мощности в настоящее время обеспечивает от 30 до 65 Вт, ожидается, что в конечном итоге он будет поддерживать до 200 Вт (обычно используется для портативных электроинструментов, роботов-пылесосов, дронов и электронных велосипедов).
В 2015 году WPC также продемонстрировал спецификацию высокой мощности «Ki», которая будет обеспечивать мощность до 1 кВт, что позволяет включать кухонные приборы среди других мощных инженерных сетей.
В 2015 году WPC представила спецификацию Qi Extended Power Profile (EPP), которая поддерживает до 15 Вт. EPP также обычно используется для зарядки мобильных устройств, таких как BPP. Телефонные компании, поддерживающие EPP, включают LG Electronics , Sony , Xiaomi и Sharp Corporation .
WPC представила собственное расширение подачи питания (PPDE), чтобы позволить OEM-производителям телефонов обеспечивать мощность, превышающую 5 Вт в базовом профиле питания или 15 Вт в расширенном профиле питания. В настоящее время только Samsung опубликовал свой тест на соответствие. Другие телефонные компании, использующие собственные стандарты для быстрой беспроводной зарядки, включают Apple , Huawei и Google .
Принятие
Nokia впервые применила Qi в своей Lumia 920 и Samsung Mobile в Galaxy S3 (поддерживается с помощью модифицируемого официального аксессуара для задней крышки Samsung) в 2012 году, Google / LG Nexus 4 последовали позже в том же году. Toyota начала предлагать подставку для зарядки Qi в качестве заводской опции для своего Avalon Limited 2013 года , а Ssangyong стал вторым производителем автомобилей, предложившим опцию Qi, также в 2013 году.
В 2015 году опрос показал, что 76% опрошенных в США, Великобритании и Китае знали о беспроводной зарядке (рост по сравнению с 36% в предыдущем году), а 20% использовали ее, но только 16%. те, кто его использовал, использовали его ежедневно. Розничный продавец мебели IKEA представил лампы и столики со встроенными беспроводными зарядными устройствами для продажи в 2015 году, а Lexus NX получил дополнительную зарядную площадку Qi на центральной консоли. В том году было продано около 120 миллионов телефонов с беспроводной зарядкой, в частности Samsung Galaxy S6 , который поддерживал стандарты Qi и конкурирующие стандарты Power Matters Alliance . Однако существование нескольких конкурирующих стандартов беспроводной зарядки все еще рассматривалось как препятствие для их принятия.
К началу 2017 года Qi вытеснила другие конкурирующие стандарты, не выпустив новых продуктов с Rezence (стандарт беспроводной зарядки) . 12 сентября 2017 года Apple Inc. объявила, что их новые смартфоны iPhone 8 , iPhone 8 Plus и iPhone X будут поддерживать стандарт Qi. С тех пор каждая новая версия iPhone поддерживает стандарт беспроводной зарядки Qi. Apple также объявила о планах расширить стандарт новым протоколом под названием AirPower, который добавит возможность заряжать несколько устройств одновременно; однако это было отменено 29 марта 2019 года.
По мере того, как стандарт Qi набирает популярность, ожидается, что точки доступа Qi начнут возникать в таких местах, как кафе, аэропорты, спортивные арены и т. Д. Крупная сеть кофеен в США Coffee Bean and Tea Leaf установит станции индукционной зарядки в выбранные крупные мегаполисы, а также Virgin Atlantic для лондонского аэропорта Хитроу в Соединенном Королевстве и международного аэропорта им . Джона Ф. Кеннеди в Нью-Йорке . С 2013 года производители автомобилей добавляют зарядку QI в качестве стандартной или дополнительной функции.
История версий
| Номер версии | Выпущенный | Максимальная мощность | Примечания |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 2010 г. | 5 Вт | Передатчик энергии может быть одиночной катушкой, решеткой катушек или подвижной катушкой. |
| 1.1 | 2012 г. | 5 Вт | 12 различных спецификаций передатчика, обнаружение посторонних предметов для предотвращения нагрева металлических предметов рядом с передатчиком, добавлено питание передатчика через USB |
| 1.2 | 2015 г. | Базовый профиль мощности (BPP): 5 Вт
Расширенный профиль мощности (EPP): 15 Вт |
Увеличена максимальная мощность передатчика до 15 Вт, улучшены тепловые испытания передатчиков, улучшены характеристики синхронизации, улучшена чувствительность обнаружения посторонних предметов, дополнительный идентификатор приемника (WP-ID).
Отмеченная Samsung как «Быстрая беспроводная зарядка» (первоначально 10 Вт, представленная на Galaxy Note 5 и S6 edge plus , август 2015 г.), требует подключения зарядной пластины к USB-зарядному устройству мощностью 15 Вт с поддержкой Qualcomm Quick Charge 2.0 (9 В, 1,67 Поддержка ампер). |
| 1.2.3 | 2017 г. | Класс мощности EPP 0: 5 Вт - 30 Вт | Добавлен класс мощности 0, который позволяет потребителю получать до 30 Вт от зарядного устройства. |
| 1.2.4 | 2017 г. | Изменения в требованиях к тестированию. Расширенное тестирование Power Profile более доступно. | |
| 1.3 | 2021 г. |
|