Qi (standardní) - Qi (standard)
 | |
| Postavení | Aktivní |
|---|---|
| Rok začal | 2008 |
| Poprvé publikováno | 2008 |
| Nejnovější verze | 1.3. Ledna 2021 |
| Organizace | Wireless Power Consortium |
| Výbor | Wireless Power Consortium |
| Související standardy | Akumulátorový kuchyňský standard Střední výkonový standard |
| Doména | Indukční nabíjení |
| Licence | Otevřený standard |
| autorská práva | Logo a ochranná známka |
| webová stránka | wirelesspowerconsortium |
Qi (vyslovováno / tʃ iː / CHEE ; z čínského slova qi ; tradiční čínština : 氣) je standard otevřeného rozhraní, který definuje bezdrátový přenos energie pomocí indukčního nabíjení na vzdálenosti až 4 cm (1,6 palce), vyvinutý společností Wireless Power Konsorcium . Systém používá nabíjecí podložku a kompatibilní zařízení, které je umístěno na horní části podložky, přičemž se nabíjí pomocí rezonanční indukční spojky .
V únoru 2020 téměř 500 výrobců mobilních zařízení pracujících se standardem zahrnuje společnosti Apple , Asus , Google , Huawei , LG Electronics , Samsung , Xiaomi a Sony .
Standard Qi, který byl poprvé vydán v roce 2008, byl do roku 2020 začleněn do více než 200 smartphonů, tabletů a dalších zařízení.
Design
Zařízení, která pracují se standardem Qi, spoléhají na elektromagnetickou indukci mezi planárními cívkami . Systém Qi se skládá ze dvou typů zařízení - základní stanice, která je připojena ke zdroji energie a poskytuje induktivní energii, a mobilních zařízení, která spotřebovávají indukční energii. Základní stanice obsahuje vysílač výkonu, který obsahuje vysílací cívku, která generuje oscilující magnetické pole ; mobilní zařízení obsahuje napájecí přijímač s přijímací cívkou. Magnetické pole indukuje střídavý proud v přijímací cívce podle Faradayova indukčního zákona . Blízké rozestupy obou cívek a stínění na jejich povrchu zajišťují efektivní přenos indukčního výkonu.
Základní stanice mají obvykle plochý povrch - označovaný jako povrch rozhraní -, na který může uživatel umístit jedno nebo více mobilních zařízení. Aby došlo k přenosu energie, existují dva způsoby seřízení vysílací cívky (část základnové stanice) a přijímací cívky (část mobilního zařízení). V prvním konceptu - nazývaném řízené určování polohy - musí uživatel umístit mobilní zařízení na určité místo na povrchu základnové stanice. Za tímto účelem mobilní zařízení poskytuje pomůcku pro zarovnání, která odpovídá jeho velikosti, tvaru a funkci. Druhý koncept - označovaný jako volné určování polohy - nevyžaduje, aby uživatel umístil mobilní zařízení do přímého vyrovnání s vysílací cívkou. Existuje několik způsobů, jak dosáhnout volného umístění. V jednom příkladu je svazek vysílacích cívek použit ke generování magnetického pole pouze v místě přijímací cívky. Jiný příklad používá mechanické prostředky k pohybu jediné vysílací cívky pod přijímací cívku. Třetí možností je použít techniku nazvanou „Více kooperativních generátorů toku“.
Obrázek 1-1 ukazuje základní konfiguraci systému. Jak je znázorněno, výkonový vysílač obsahuje dvě hlavní funkční jednotky - jednotku pro přeměnu energie a komunikační a řídicí jednotku. Diagram ukazuje vysílací cívku (pole) generující magnetické pole jako součást jednotky pro přeměnu energie. Řídicí a komunikační jednotka reguluje přenesený výkon na úroveň, kterou silový přijímač požaduje. Schéma také ukazuje, že základní stanice může obsahovat mnoho vysílačů, což umožňuje umístění více mobilních zařízení na stejnou základnovou stanici a indukční nabíjení, dokud nejsou všechny její baterie plně nabité. Nakonec systémová jednotka v diagramu obsahuje všechny ostatní funkce základnové stanice, jako je zajišťování vstupního napájení, ovládání více vysílačů výkonu a uživatelské rozhraní.
Přijímač výkonu obsahuje jednotku sběru energie a komunikační a řídicí jednotku. Podobně jako jednotka pro převod energie vysílače, obrázek 1-1 zobrazuje přijímací cívku, jak zachycuje magnetické pole jednotky pro sběr energie. Sběrací jednotka obvykle obsahuje pouze jednu přijímací cívku. Mobilní zařízení navíc obvykle obsahuje jeden přijímač napájení. Komunikační a řídicí jednotka reguluje přenesený výkon na úroveň, která je vhodná pro subsystémy (např. Baterie) připojené k výstupu přijímače energie. Tyto subsystémy představují hlavní funkce mobilního zařízení.
Vysílače
Jako příklad z verze 1.2.2 2017 specifikace Qi (viz výše) má nízkoenergetický vysílač A2 Qi referenční Qi cívku 20 závitů (ve dvou vrstvách) v ploché cívce, navinutou na formu s 19 mm vnitřní průměr a 40 mm vnější průměr, s podvinutým štítem z měkkého železa o průměru alespoň 4 mm větším, který dává indukčnost 24 ± 1 mikrohenries. Tato cívka je umístěna v sériovém rezonančním obvodu s kondenzátorem 200 nF, aby po připojení k přijímací cívce vznikl rezonanční obvod s přirozenou rezonancí při ~ 140 kHz.
Tento sériový rezonanční obvod je pak poháněn spínacím uspořádáním můstku H ze zdroje stejnosměrného proudu; při plném výkonu může napětí v kondenzátoru dosáhnout 50 voltů. Řízení výkonu je automatické; specifikace Qi vyžaduje, aby skutečné aplikované napětí bylo regulovatelné v krocích alespoň tak malých, jak 50 milivoltů.
Namísto regulace nabíjecího napětí v zařízení používají nabíječky Qi splňující referenční hodnotu A2 k regulaci dodaného výkonu podle napětí primárního článku regulátor PID (proporcionálně-integrální-derivační).
Jiné vysílače nabíjení Qi začínají svá připojení na 140 kHz, ale mohou měnit frekvence, aby nalezly frekvenci s lepší shodou, protože vzájemná indukčnost mezi cívkami vysílače a přijímače se bude lišit v závislosti na vzdálenosti mezi cívkami vysílače a přijímače, a tedy přirozené rezonanční frekvence se bude lišit. Různé referenční designy Qi mají různá uspořádání cívek, včetně oválných a vícecívkových systémů a také složitějších rezonančních sítí s více induktory a kondenzátory. Tyto konstrukce umožňují frekvenčně agilní provoz na frekvencích od 105 do 205 kHz a s maximálním napětím rezonančního obvodu až 200 voltů.
Přijímače
Hardwarový referenční design 1 napájecího přijímače Qi, rovněž od verze 1.2.2 specifikace Qi, začíná obdélníkovou cívkou drátu o vnější velikosti 44 mm x 30 mm, se 14 závity drátu a magnetickým štítem nad cívkou. Tato cívka je zapojena do paralelního rezonančního obvodu s dvojicí kondenzátorů (127 nanofarád v sérii a 1,6 nanofarad paralelně). Výkon je odebírán přes kondenzátor 1,6 nanofarad .
Za účelem poskytnutí kanálu digitální komunikace zpět do výkonového vysílače lze přes 1,6 nanofaradový kondenzátor přepínat rezonanční modulátor skládající se z dvojice 22 nanofaradových kondenzátorů a odporu 10 kΩ v konfiguraci T. Přepnutí sítě T přes kondenzátor 1,6 nanofaradu způsobí významnou změnu rezonanční frekvence spojeného systému, která je vysílačem energie detekována jako změna dodávaného výkonu.
Výstupní výkon přenosného zařízení je prostřednictvím vlnového můstku připojeného přes kondenzátor 1,6 nanofarad; výkon je typicky filtrován kondenzátorem 20 mikrofarad před dodáním do regulátoru nabíjení.
Jiné přijímače energie Qi používají alternativní rezonanční modulátory, včetně přepínání rezistoru nebo dvojice rezistorů přes kondenzátor rezonátoru přijímače, a to před i za můstkový usměrňovač.
Vlastnosti a specifikace
WPC zveřejnila specifikaci nízkého výkonu Qi v srpnu 2009. Specifikaci Qi lze po registraci volně stáhnout. Podle specifikace Qi indukční přenosy s „nízkým výkonem“ dodávají výkon pod 5 W pomocí indukční vazby mezi dvěma planárními cívkami . Tyto cívky jsou obvykle 5 mm od sebe, ale mohou být až 40 mm a případně dále od sebe. Specifikace nízkého výkonu Qi byla přejmenována na Qi Baseline Power Profile (BPP).
Regulace výstupního napětí je zajištěna digitální řídicí smyčkou, kde přijímač energie komunikuje s vysílačem výkonu a požaduje více či méně energie. Komunikace je jednosměrná z napájecího přijímače do výkonového vysílače pomocí zpětného rozptylu modulace. Při modulaci zpětného rozptylu je cívka výkonového přijímače načtena, což mění aktuální odběr na vysílači výkonu. Tyto aktuální změny jsou monitorovány a demodulovány do informací požadovaných pro vzájemnou spolupráci obou zařízení.
V roce 2011 začalo Wireless Power Consortium rozšiřovat specifikaci Qi na střední výkon. Od roku 2019 standard Medium Power v současné době dodává 30 až 65 W, očekává se, že nakonec bude podporovat až 200 W (obvykle se používá pro přenosné elektrické nářadí, robotické vysavače, drony a elektrokola).
V roce 2015 WPC také předvedl vysokovýkonovou specifikaci „Ki“, která dodá až 1 kW, což umožňuje napájení kuchyňských spotřebičů mimo jiné vysoce výkonné nástroje.
V roce 2015 představila společnost WPC specifikaci Qi Extended Power Profile (EPP), která podporuje až 15 W. EPP se také obvykle používá k nabíjení mobilních zařízení, jako je BPP. Mezi telefonní společnosti, které podporují EPP, patří LG Electronics , Sony , Xiaomi a Sharp Corporation .
WPC představila proprietární Power Delivery Extension (PPDE), která umožňuje výrobcům telefonů dodávat vyšší než 5W základního napájecího profilu nebo 15W rozšířeného výkonového profilu. V současné době pouze Samsung zveřejnil jejich test shody. Mezi další telefonní společnosti, které používají proprietární standardy pro rychlé bezdrátové nabíjení, patří Apple , Huawei a Google .
Přijetí
Nokia poprvé přijala Qi ve své Lumii 920 a Samsung Mobile na Galaxy S3 (podporováno prostřednictvím dodatečně vybavitelného oficiálního příslušenství pro zadní kryt Samsung) v roce 2012, Google/LG Nexus 4 následoval o rok později. Toyota začala nabízet nabíjecí kolébku Qi jako tovární variantu na svém 2013 Avalon Limited , přičemž Ssangyong je druhým výrobcem automobilů, který nabízí Qi možnost, také v roce 2013.
V roce 2015 průzkum zjistil, že 76% lidí dotazovaných ve Spojených státech, Velké Británii a Číně vědělo o bezdrátovém nabíjení (nárůst z 36% v předchozím roce) a 20% jej používalo - nicméně pouze 16% ti, kteří ji používali, ji používali denně. Maloobchodník s nábytkem IKEA představila v roce 2015 do prodeje lampy a stoly s integrovanými bezdrátovými nabíječkami a Lexus NX získal volitelnou nabíjecí podložku Qi ve středové konzole. Ten rok se prodalo odhadem 120 milionů telefonů s bezdrátovým nabíjením, zejména Samsung Galaxy S6 , který podporoval jak Qi, tak i konkurenční standardy Power Matters Alliance . Existence několika konkurenčních standardů bezdrátového nabíjení však byla stále považována za překážku přijetí.
Na začátku roku 2017 Qi vytlačila jiné konkurenční standardy, bez nových produktů s Rezence (standard bezdrátového nabíjení) . Dne 12. září 2017 společnost Apple Inc. oznámila, že jejich nové smartphony, iPhone 8 , iPhone 8 Plus a iPhone X , budou podporovat standard Qi. Od té doby každá nová verze iPhonu podporuje standard bezdrátového nabíjení Qi. Apple také oznámil plány na rozšíření standardu o nový protokol s názvem AirPower, který by přidal možnost nabíjení více zařízení najednou; toto však bylo zrušeno 29. března 2019.
Vzhledem k tomu, že standard Qi získává na popularitě, očekává se, že Qi Hotspoty začnou vznikat na místech, jako jsou kavárny, letiště, sportovní arény atd . Kávové zrno a čajový list , hlavní americký řetězec kávy, nainstalují indukční nabíjecí stanice na vybraná velká metropolitní města, stejně jako Virgin Atlantic , pro britské londýnské letiště Heathrow a newyorské mezinárodní letiště Johna F. Kennedyho . Výrobci automobilů od roku 2013 přidávají nabíjení QI jako standardní nebo volitelné funkce.
Historie verzí
| Číslo verze | Vydáno | Maximální výkon | Poznámky |
|---|---|---|---|
| 1,0 | 2010 | 5 W | Výkonový vysílač může být jedna cívka, pole cívek nebo pohyblivá cívka. |
| 1.1 | 2012 | 5 W | 12 různých specifikací vysílače, detekce cizích předmětů zabraňující zahřívání kovových předmětů v blízkosti vysílače, přidán napájecí vysílač přes USB |
| 1.2 | 2015 | Základní výkonový profil (BPP): 5 W
Extended Power Profile (EPP): 15 W |
Zvýšený maximální výkon vysílače na 15 W, vylepšené tepelné testy vysílačů, vylepšené specifikace časování, vylepšená citlivost detekce cizích předmětů, volitelné ID přijímače (WP-ID).
Samsung označil jako „rychlé bezdrátové nabíjení“ (původně 10 W, představeno na Galaxy Note 5 a S6 edge plus , srpen 2015) vyžaduje připojení nabíjecí desky k 15 W USB nabíječce s podporou Qualcomm Quick Charge 2.0 (9 voltů, 1,67 Ampérová podpora). |
| 1.2.3 | 2017 | Výkonová třída EPP 0: 5 W - 30 W | Přidána výkonová třída 0, která umožňuje spotřebiteli vyjednat až 30 W z nabíječky. |
| 1.2.4 | 2017 | Změny požadavků na testování. Rozšířené testování Power Profile přístupnější. | |
| 1.3 | 2021 |
|