Qi (standard) - Qi (standard)
 | |
| Status | Aktiv |
|---|---|
| Året startede | 2008 |
| Først udgivet | 2008 |
| Nyeste version | 1.3. Januar 2021 |
| Organisation | Trådløst strømkonsortium |
| Udvalg | Trådløst strømkonsortium |
| Relaterede standarder | Trådløs køkkenstandard Medium effektstandard |
| Domæne | Induktiv opladning |
| Licens | Åben standard |
| ophavsret | Logo og varemærke |
| Internet side | wirelesspowerconsortium |
Qi (udtales / tʃ iː / CHEE ; fra det kinesiske ord qi ; traditionel kinesisk : 氣) er en åben grænsefladestandard, der definerer trådløs strømoverførsel ved hjælp af induktiv opladning over afstande på op til 4 cm (1,6 tommer), udviklet af Wireless Power Konsortium . Systemet anvender en opladningsplade og en kompatibel enhed, som placeres oven på puden, og oplades via resonansinduktiv kobling .
Fra februar 2020 omfatter de næsten 500 producenter af mobilenheder, der arbejder med standarden, Apple , Asus , Google , Huawei , LG Electronics , Samsung , Xiaomi og Sony .
Qi -standarden blev først udgivet i 2008 og er blevet integreret i mere end 200 smartphones, tablets og andre enheder inden 2020.
Design
Enheder, der fungerer med Qi -standarden, er afhængige af elektromagnetisk induktion mellem plane spoler . Et Qi -system består af to typer enheder - basestationen, der er tilsluttet en strømkilde og giver induktiv strøm, og mobile enheder, der bruger induktiv strøm. Basestationen indeholder en effektsender, der omfatter en transmitterende spole, der genererer et oscillerende magnetfelt ; den mobile enhed indeholder en strømmodtager, der holder en modtagelsesspole. Magnetfeltet inducerer en vekselstrøm i modtagelsesspolen ved Faradays induktionslov . Tæt afstand mellem de to spoler samt afskærmning på deres overflader sikrer, at den induktive kraftoverførsel er effektiv.
Basestationer har typisk en flad overflade - kaldet grænsefladeoverfladen - oven på hvilken en bruger kan placere en eller flere mobile enheder. Der er to metoder til at justere transmitterspolen (en del af basestationen) og modtage spolen (en del af den mobile enhed) for at der kan ske en kraftoverførsel. I det første koncept - kaldet guidet positionering - skal en bruger placere den mobile enhed på et bestemt sted på basestationens overflade. Til dette formål giver den mobile enhed et justeringshjælpemiddel, der er passende til dets størrelse, form og funktion. Det andet koncept - kaldet fri positionering - kræver ikke, at brugeren placerer den mobile enhed i direkte justering med sendespolen. Der er flere måder at opnå fri positionering på. I et eksempel bruges et bundt transmitterende spoler til kun at generere et magnetfelt på stedet for modtagelsesspolen. Et andet eksempel bruger mekaniske midler til at flytte en enkelt transmitterende spole under den modtagende spole. En tredje mulighed er at bruge en teknik kaldet "Multiple Cooperative Flux Generators".
Figur 1-1 illustrerer den grundlæggende systemkonfiguration. Som vist inkluderer en effektsender to funktionelle hovedenheder - en effektomdannelsesenhed og en kommunikations- og styreenhed. Diagrammet viser transmitterspolen (array), der genererer magnetfeltet som en del af effektomdannelsesenheden. Kontrol- og kommunikationsenheden regulerer den overførte strøm til det niveau, som strømmodtageren anmoder om. Diagrammet viser også, at en basestation kan indeholde mange sendere, der gør det muligt at placere flere mobile enheder på den samme basestation og induktivt oplade, indtil hver af dens batterier er fuldt opladet. Endelig omfatter systemenheden i diagrammet al anden funktionalitet på basestationen, såsom levering af indgangseffekt, styring af flere effektsendere og brugergrænseflader.
En strømmodtager omfatter en power pick-up enhed samt en kommunikations- og styreenhed. På samme måde som transmitterens effektomdannelsesenhed illustrerer figur 1-1 modtagelsesspolen som indfangning af magnetfeltet i effektoptagerenheden. En power pick-up enhed indeholder typisk kun en enkelt modtagelsesspole. Desuden indeholder en mobilenhed typisk en enkelt strømmodtager. Kommunikations- og styreenheden regulerer den overførte effekt til det niveau, der er passende for delsystemerne (f.eks. Batteri), der er forbundet til effektmodtagerens udgang. Disse undersystemer repræsenterer mobilfunktionens hovedfunktionalitet.
Sendere
Som et eksempel fra 2017 version 1.2.2 af Qi-specifikationen (refereret ovenfor) har A2 reference Qi lavstrømssenderen en spole på 20 omdrejninger (i to lag) i en flad spole, viklet på en form med en 19 mm indvendig diameter og en 40 mm udvendig diameter, med et underspoleskærm af blødt jern, mindst 4 mm større i diameter, hvilket giver en induktans på 24 ± 1 mikrohenries. Denne spole er placeret i en serie resonanskredsløb med en 200 nF kondensator for at give et resonanskredsløb med en naturlig resonans ved ~ 140 kHz, når den er koblet til modtagerspolen.
Denne serie resonanskredsløb drives derefter af et H-brokoblingsarrangement fra DC-kilden; ved fuld effekt kan spændingen i kondensatoren nå 50 volt. Strømstyring er automatisk; Qi -specifikationen kræver, at den påførte spænding kan kontrolleres i trin på mindst 50 millivolt.
I stedet for at nedregulere opladningsspændingen i enheden bruger Qi-opladere, der opfylder A2-referencen, en PID (proportional-integral-derivat) controller til at modulere den leverede effekt i henhold til den primære cellespænding.
Andre Qi -ladningssendere starter deres forbindelser ved 140 kHz, men kan ændre frekvenser for at finde en frekvens med et bedre match, da den indbyrdes induktans mellem sender og modtager spoler vil variere afhængigt af afstanden mellem sender og modtager spoler, og dermed den naturlige resonansfrekvens vil variere. Forskellige Qi-referencedesign har forskellige spolearrangementer, herunder ovale spole- og multi-coil-systemer samt mere komplekse resonansnetværk med flere induktorer og kondensatorer. Disse designs tillader frekvens-agil drift ved frekvenser fra 105 til 205 kHz og med maksimal resonansspænding på op til 200 volt.
Modtagere
Qi-strømmodtagerens hardware referencedesign 1, også fra version 1.2.2 af Qi-specifikationen, starter med en rektangulær trådspole på 44 mm x 30 mm udvendig størrelse, med 14 omdrejninger af tråd og med et magnetisk skærm over spolen. Denne spole er forbundet til et parallelt resonanskredsløb med et par kondensatorer (på 127 nanofarader i serie og 1,6 nanofarader parallelt). Udgangseffekten tages på tværs af 1,6 nanofarad -kondensatoren .
For at levere en digital kommunikationskanal tilbage til effektsenderen kan en resonansmodulator bestående af et par 22 nanofarad -kondensatorer og en 10 kΩ modstand i en T -konfiguration skiftes på tværs af 1,6 nanofarad -kondensatoren. Skift af T -netværket på tværs af 1,6 nanofarad -kondensatoren forårsager en betydelig ændring i resonansfrekvensen for det koblede system, der detekteres af effektsenderen som en ændring i den leverede effekt.
Udgangseffekt til den bærbare enhed sker via en fuldbølge-bro, der er koblet over 1,6 nanofarad-kondensatoren; strømmen filtreres typisk med en 20 mikrofarad kondensator før levering til ladestyringen.
Andre Qi -strømmodtagere bruger alternative resonansmodulatorer, herunder skift af en modstand eller et par modstande på tværs af modtagerresonatorkondensatoren, både før og efter broens ensretter.
Funktioner og specifikationer
WPC udgav Qi-specifikationen for lav effekt i august 2009. Qi-specifikationen kan downloades frit efter registrering. Under Qi -specifikationen leverer "lav effekt" induktive overførsler strøm under 5 W ved hjælp af induktiv kobling mellem to plane spoler . Disse spoler er typisk 5 mm fra hinanden, men kan være op til 40 mm og muligvis længere fra hinanden. Qi-lavspændingsspecifikationen er blevet omdøbt til Qi Baseline Power Profile (BPP).
Regulering af udgangsspændingen tilvejebringes af en digital styresløjfe, hvor strømmodtageren kommunikerer med effektsenderen og anmoder om mere eller mindre strøm. Kommunikation er ensrettet fra strømmodtageren til effekttransmitteren via backscatter -modulering. I backscatter-modulering indlæses power-receiver-spolen, hvilket ændrer strømforbruget ved effektsenderen. Disse aktuelle ændringer overvåges og demoduleres til de oplysninger, der kræves for at de to enheder kan arbejde sammen.
I 2011 begyndte Wireless Power Consortium at udvide Qi -specifikationen til medium power. Fra 2019 leverer Medium Power-standarden i øjeblikket 30 til 65 W, den forventes i sidste ende at understøtte op til 200 W (bruges typisk til bærbare elværktøjer, robotstøvsugere, droner og e-cykler).
I 2015 demonstrerede WPC også en højeffektspecifikation "Ki", der vil levere op til 1 kW, hvilket gør det muligt at drive køkkenapparater blandt andre kraftværker.
I 2015 introducerede WPC Qi Extended Power Profile (EPP) specifikationen, som understøtter op til 15 W. EPP bruges også typisk til at oplade mobile enheder som BPP. Telefonvirksomheder, der understøtter EPP, omfatter LG Electronics , Sony , Xiaomi og Sharp Corporation .
WPC introducerede Proprietary Power Delivery Extension (PPDE) for at give telefonens OEM'er mulighed for at levere højere end Baseline Power Profile's 5W eller Extended Power Profile's 15W. I øjeblikket har kun Samsung offentliggjort deres overensstemmelsestest. Andre telefonvirksomheder, der bruger proprietære standarder for hurtig trådløs opladning, omfatter Apple , Huawei og Google .
Adoption
Nokia vedtog første gang Qi i sin Lumia 920 og Samsung Mobile på Galaxy S3 (understøttet via et eftermonterbart officielt tilbehør til Samsung -bagside) i 2012, Google/LG Nexus 4 fulgte senere samme år. Toyota begyndte at tilbyde en Qi -ladeholder som en fabriksmulighed på sin 2013 Avalon Limited , med Ssangyong den anden bilproducent, der tilbød en Qi -mulighed, også i 2013.
I 2015 fandt en undersøgelse, at 76% af de adspurgte i USA, Storbritannien og Kina var klar over trådløs opladning (en stigning fra 36% året før), og 20% brugte den - dog kun 16% af dem, der brugte det, brugte det dagligt. Møbelforhandleren IKEA introducerede lamper og borde med integrerede trådløse opladere til salg i 2015, og Lexus NX fik en valgfri Qi -opladningsplade i midterkonsollen. Anslået 120 millioner trådløst opladende telefoner blev solgt det år, især Samsung Galaxy S6 , der understøttede både Qi og de konkurrerende Power Matters Alliance -standarder. Eksistensen af flere konkurrerende standarder for trådløs opladning blev dog stadig set som en barriere for vedtagelse.
I begyndelsen af 2017 havde Qi fortrængt andre konkurrerende standarder uden nye produkter med Rezence (standard for trådløs opladning) . Den 12. september 2017 meddelte Apple Inc. , at deres nye smartphones, iPhone 8 , iPhone 8 Plus og iPhone X , ville understøtte Qi -standarden. Siden har hver ny iPhone -version understøttet standarden for trådløs Qi -opladning. Apple annoncerede også planer om at udvide standarden med en ny protokol kaldet AirPower, som ville have tilføjet muligheden for at oplade flere enheder på én gang; dette blev dog annulleret den 29. marts 2019.
Efterhånden som Qi -standarden vinder popularitet, forventes det, at Qi Hotspots vil begynde at opstå på steder som f.eks. Kaffebarer , lufthavne, sportsarenaer osv . Coffee Bean og Tea Leaf , en stor amerikansk kaffekæde, vil installere induktive ladestationer kl. udvalgte større storbyer, samt Virgin Atlantic , til Storbritanniens London Heathrow Lufthavn og New York Citys John F. Kennedy Internationale Lufthavn . Bilproducenter har tilføjet QI -opladning som standard eller valgfri funktioner siden 2013.
Versionshistorik
| Versionsnummer | Udgivet | Maksimal effekt | Noter |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 2010 | 5 W. | Strømtransmitter kan være en enkelt spole, spolearray eller bevægelig spole. |
| 1.1 | 2012 | 5 W. | 12 forskellige transmitterspecifikationer, detektering af fremmedlegemer for at forhindre opvarmning af metalgenstande i nærheden af senderen, ekstra transmitter via USB |
| 1.2 | 2015 | Baseline Power Profile (BPP): 5 W
Udvidet effektprofil (EPP): 15 W |
Forøget maksimal sendereffekt til 15W, forbedrede termiske tests for sendere, forbedrede timingspecifikationer, forbedret følsomhed for detektering af fremmedlegemer, valgfri modtager-ID (WP-ID).
Mærket af Samsung som "Hurtig trådløs opladning" (oprindeligt 10 W, introduceret på Galaxy Note 5 og S6 edge plus , august 2015) kræver, at opladningspladen tilsluttes Qualcomm Quick Charge 2.0-aktiveret 15 W USB-oplader (9 Volt, 1,67 Ampere support). |
| 1.2.3 | 2017 | EPP -effektklasse 0: 5 W - 30 W | Tilføjet Power Class 0, som giver forbrugeren mulighed for at forhandle op til 30 W fra opladeren. |
| 1.2.4 | 2017 | Ændringer i testkrav. Udvidet Power Profile -test mere tilgængelig. | |
| 1.3 | 2021 |
|