Qi (estándar) - Qi (standard)
 | |
| Estado | Activo |
|---|---|
| Año iniciado | 2008 |
| Publicado por primera vez | 2008 |
| Ultima versión | 1.3 de enero de 2021 |
| Organización | Consorcio de energía inalámbrica |
| Comité | Consorcio de energía inalámbrica |
| Estándares relacionados | Cocina inalámbrica estándar Estándar de potencia media |
| Dominio | Carga inductiva |
| Licencia | Estándar abierto |
| Derechos de autor | Logotipo y marca registrada |
| Sitio web | wirelesspowerconsortium |
Qi (pronunciado / tʃ iː / CHEE ; de la palabra china qi ; chino tradicional : 氣) es un estándar de interfaz abierta que define la transferencia de energía inalámbrica mediante carga inductiva a distancias de hasta 4 cm (1,6 pulgadas), desarrollado por Wireless Power Consorcio . El sistema utiliza una plataforma de carga y un dispositivo compatible, que se coloca en la parte superior de la plataforma, cargando a través de un acoplamiento inductivo resonante .
A partir de febrero de 2020, los casi 500 fabricantes de dispositivos móviles que trabajan con el estándar incluyen a Apple , Asus , Google , Huawei , LG Electronics , Samsung , Xiaomi y Sony .
Lanzado por primera vez en 2008, el estándar Qi se ha incorporado en más de 200 teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos para 2020.
Diseño
Los dispositivos que operan con el estándar Qi se basan en la inducción electromagnética entre bobinas planas . Un sistema Qi consta de dos tipos de dispositivos: la estación base, que está conectada a una fuente de alimentación y proporciona energía inductiva, y los dispositivos móviles, que consumen energía inductiva. La estación base contiene un transmisor de potencia que comprende una bobina transmisora que genera un campo magnético oscilante ; el dispositivo móvil contiene un receptor de energía que sostiene una bobina receptora. El campo magnético induce una corriente alterna en la bobina receptora según la ley de inducción de Faraday . El espaciado estrecho de las dos bobinas, así como el blindaje en sus superficies, aseguran que la transferencia de potencia inductiva sea eficiente.
Las estaciones base suelen tener una superficie plana, denominada superficie de interfaz, sobre la cual un usuario puede colocar uno o más dispositivos móviles. Hay dos métodos para alinear la bobina de transmisión (parte de la estación base) y la bobina de recepción (parte del dispositivo móvil) para que se produzca una transferencia de energía. En el primer concepto, llamado posicionamiento guiado, el usuario debe colocar el dispositivo móvil en una determinada ubicación de la superficie de la estación base. Para ello, el dispositivo móvil proporciona una ayuda de alineación adecuada a su tamaño, forma y función. El segundo concepto, denominado posicionamiento libre, no requiere que el usuario coloque el dispositivo móvil en alineación directa con la bobina transmisora. Hay varias formas de lograr un posicionamiento libre. En un ejemplo, se usa un paquete de bobinas transmisoras para generar un campo magnético en la ubicación de la bobina receptora únicamente. Otro ejemplo utiliza medios mecánicos para mover una sola bobina de transmisión por debajo de la bobina de recepción. Una tercera opción es utilizar una técnica llamada "Generadores de flujo cooperativo múltiple".
La Figura 1-1 ilustra la configuración básica del sistema. Como se muestra, un transmisor de potencia incluye dos unidades funcionales principales: una unidad de conversión de potencia y una unidad de comunicaciones y control. El diagrama muestra la bobina de transmisión (matriz) que genera el campo magnético como parte de la unidad de conversión de energía. La unidad de control y comunicaciones regula la potencia transferida al nivel que solicita el receptor de potencia. El diagrama también demuestra que una estación base puede contener numerosos transmisores, lo que permite colocar varios dispositivos móviles en la misma estación base y cargarlos de forma inductiva hasta que cada una de sus baterías esté completamente cargada. Finalmente, la unidad del sistema en el diagrama comprende todas las demás funciones de la Estación Base, como el suministro de energía de entrada, el control de múltiples transmisores de energía y la interfaz de usuario.
Un receptor de energía comprende una unidad de captación de energía, así como una unidad de comunicaciones y control. Similar a la unidad de conversión de potencia del transmisor, la Figura 1-1 ilustra la bobina receptora capturando el campo magnético de la unidad de captación de potencia. Una unidad de captación de energía normalmente contiene una única bobina receptora. Además, un dispositivo móvil normalmente contiene un solo receptor de energía. La unidad de comunicaciones y control regula la potencia transferida al nivel que es apropiado para los subsistemas (por ejemplo, batería) conectados a la salida del receptor de potencia. Estos subsistemas representan la principal funcionalidad del dispositivo móvil.
Transmisores
Como ejemplo de la versión 2017 1.2.2 de la especificación Qi (referenciada arriba), el transmisor de baja potencia Qi de referencia A2 tiene una bobina de 20 vueltas (en dos capas) en una bobina plana, enrollada en una forma con un 19 mm de diámetro interior y un diámetro exterior de 40 mm, con un escudo debajo de la bobina de hierro dulce de al menos 4 mm más de diámetro que da una inductancia de 24 ± 1 microhenries. Esta bobina se coloca en un circuito resonante en serie con un capacitor de 200 nF para producir un circuito resonante con una resonancia natural a ~ 140 kHz cuando se acopla a la bobina receptora.
Este circuito resonante en serie es impulsado por una disposición de conmutación de puente H desde la fuente de CC; a plena potencia, el voltaje en el condensador puede alcanzar los 50 voltios. El control de potencia es automático; la especificación Qi requiere que el voltaje real aplicado sea controlable en pasos al menos tan pequeños como 50 milivoltios.
En lugar de regular a la baja el voltaje de carga en el dispositivo, los cargadores Qi que cumplen con la referencia A2 usan un controlador PID (proporcional-integral-derivado) para modular la potencia entregada de acuerdo con el voltaje de la celda primaria.
Otros transmisores de carga Qi comienzan sus conexiones a 140 kHz, pero pueden cambiar las frecuencias para encontrar una frecuencia con una mejor coincidencia, ya que la inductancia mutua entre las bobinas del transmisor y el receptor variará de acuerdo con la distancia de separación entre las bobinas del transmisor y el receptor y, por lo tanto, la natural La frecuencia de resonancia variará. Los diferentes diseños de referencia de Qi tienen diferentes disposiciones de bobinas, que incluyen bobinas ovaladas y sistemas de bobinas múltiples, así como redes de resonancia más complejas con múltiples inductores y condensadores. Estos diseños permiten una operación de frecuencia ágil a frecuencias de 105 a 205 kHz y con voltajes de circuito resonantes máximos de hasta 200 voltios.
Receptores
El diseño de referencia de hardware del receptor de potencia Qi 1, también de la versión 1.2.2 de la especificación Qi, comienza con una bobina rectangular de alambre de 44 mm x 30 mm de tamaño exterior, con 14 vueltas de alambre y con un blindaje magnético por encima de la bobina. Esta bobina está conectada a un circuito resonante paralelo con un par de condensadores (de 127 nanofaradios en serie y 1,6 nanofaradios en paralelo). La potencia de salida se toma a través del condensador de 1,6 nanofaradios .
Para proporcionar un canal de comunicaciones digitales de vuelta al transmisor de potencia, se puede conmutar un modulador de resonancia que consta de un par de condensadores de 22 nanofaradios y una resistencia de 10 kΩ en una configuración T a través del condensador de 1,6 nanofaradios. La conmutación de la red T a través del condensador de 1,6 nanofaradios provoca un cambio significativo en la frecuencia de resonancia del sistema acoplado que es detectado por el transmisor de potencia como un cambio en la potencia entregada.
La salida de energía al dispositivo portátil se realiza a través de un puente de onda completa conectado a través del condensador de 1,6 nanofaradios; la energía se filtra típicamente con un capacitor de 20 microfaradios antes de entregarla al controlador de carga.
Otros receptores de potencia Qi utilizan moduladores de resonancia alternativos, incluida la conmutación de una resistencia o un par de resistencias a través del condensador del resonador del receptor, tanto antes como después del puente rectificador.
Características y especificaciones
El WPC publicó la especificación de bajo consumo Qi en agosto de 2009. La especificación Qi se puede descargar libremente después del registro. Según la especificación Qi, las transferencias inductivas de "baja potencia" entregan potencia por debajo de 5 W mediante un acoplamiento inductivo entre dos bobinas planas . Estas bobinas suelen estar separadas por 5 mm, pero pueden tener hasta 40 mm y posiblemente más separadas. La especificación de bajo consumo de Qi ha sido renombrada como Perfil de energía de línea base (BPP) de Qi.
La regulación del voltaje de salida es proporcionada por un lazo de control digital donde el receptor de potencia se comunica con el transmisor de potencia y solicita más o menos potencia. La comunicación es unidireccional desde el receptor de potencia al transmisor de potencia a través de la modulación de retrodispersión. En la modulación de retrodispersión, la bobina del receptor de potencia se carga, cambiando el consumo de corriente en el transmisor de potencia. Estos cambios actuales se monitorean y demodulan en la información requerida para que los dos dispositivos funcionen juntos.
En 2011, el Wireless Power Consortium comenzó a extender la especificación Qi a potencia media. A partir de 2019, el estándar de potencia media ofrece actualmente de 30 a 65 W, se espera que eventualmente admita hasta 200 W (generalmente se usa para herramientas eléctricas portátiles, aspiradoras robóticas, drones y bicicletas eléctricas).
En 2015, el WPC también demostró una especificación de alta potencia "Ki" que entregará hasta 1 kW, permitiendo la alimentación de electrodomésticos de cocina, entre otras utilidades de alta potencia.
En 2015, WPC introdujo la especificación Qi Extended Power Profile (EPP) que admite hasta 15 W. EPP también se usa normalmente para cargar dispositivos móviles como BPP. Las compañías telefónicas que admiten EPP incluyen LG Electronics , Sony , Xiaomi y Sharp Corporation .
WPC introdujo la extensión de suministro de energía patentada (PPDE) para permitir que los fabricantes de equipos originales de teléfonos brinden más de 5 W del perfil de energía de línea base o 15 W del perfil de energía extendido. Actualmente, solo Samsung ha publicado su prueba de cumplimiento. Otras compañías telefónicas que utilizan estándares patentados para la carga inalámbrica rápida son Apple , Huawei y Google .
Adopción
Nokia adoptó por primera vez Qi en su Lumia 920 , y Samsung Mobile en el Galaxy S3 (compatible a través de un accesorio de cubierta trasera oficial de Samsung reequipable) en 2012, el Google / LG Nexus 4 lo siguió más tarde ese año. Toyota comenzó a ofrecer una base de carga Qi como opción de fábrica en su Avalon Limited 2013 , y Ssangyong fue el segundo fabricante de automóviles en ofrecer una opción Qi, también en 2013.
En 2015, una encuesta encontró que el 76% de las personas encuestadas en los Estados Unidos, el Reino Unido y China conocían la carga inalámbrica (un aumento del 36% el año anterior), y el 20% la usaba; sin embargo, solo el 16% de los que lo usaban lo usaban a diario. El minorista de muebles IKEA presentó lámparas y mesas con cargadores inalámbricos integrados a la venta en 2015, y el Lexus NX obtuvo una plataforma de carga Qi opcional en la consola central. Ese año se vendieron aproximadamente 120 millones de teléfonos con carga inalámbrica, en particular el Samsung Galaxy S6 , que era compatible tanto con Qi como con los estándares de la competencia Power Matters Alliance . Sin embargo, la existencia de varios estándares de carga inalámbrica competidores todavía se consideraba una barrera para la adopción.
A principios de 2017, Qi había desplazado a otros estándares competidores, sin nuevos productos con Rezence (estándar de carga inalámbrica) . El 12 de septiembre de 2017, Apple Inc. anunció que sus nuevos teléfonos inteligentes, el iPhone 8 , iPhone 8 Plus y el iPhone X , serían compatibles con el estándar Qi. Desde entonces, cada nueva versión de iPhone ha sido compatible con el estándar de carga inalámbrica Qi. Apple también anunció planes para expandir el estándar con un nuevo protocolo llamado AirPower que habría agregado la capacidad de cargar múltiples dispositivos a la vez; sin embargo, esto fue cancelado el 29 de marzo de 2019.
A medida que el estándar Qi gane popularidad, se espera que comiencen a surgir puntos de acceso Qi en lugares como cafeterías, aeropuertos, estadios deportivos, etc. Coffee Bean and Tea Leaf , una importante cadena de café de EE. UU., Instalará estaciones de carga inductiva en seleccionó las principales ciudades metropolitanas, así como Virgin Atlantic , para el aeropuerto de Londres Heathrow del Reino Unido y el aeropuerto internacional John F. Kennedy de la ciudad de Nueva York . Los fabricantes de automóviles han estado agregando la carga QI como características estándar u opcionales desde 2013.
Historial de versiones
| Número de versión | Liberado | Vataje máximo | Notas |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 2010 | 5 W | El transmisor de potencia puede ser una bobina simple, una matriz de bobinas o una bobina móvil. |
| 1.1 | 2012 | 5 W | 12 especificaciones de transmisor diferentes, detección de objetos extraños para evitar el calentamiento de objetos metálicos cerca del transmisor, transmisor de alimentación adicional a través de USB |
| 1.2 | 2015 | Perfil de potencia de referencia (BPP): 5 W
Perfil de energía extendido (EPP): 15 W |
Aumento de la potencia máxima del transmisor a 15 W, pruebas térmicas mejoradas para transmisores, especificaciones de sincronización mejoradas, sensibilidad de detección de objetos extraños mejorada, ID de receptor opcional (WP-ID).
Etiquetado por Samsung como "Carga inalámbrica rápida" (inicialmente 10 W, introducido en el Galaxy Note 5 y S6 edge plus , agosto de 2015) requiere que la placa de carga esté conectada al cargador USB de 15 W compatible con Qualcomm Quick Charge 2.0 (9 voltios, 1,67 Soporte amperio). |
| 1.2.3 | 2017 | Clase de potencia EPP 0: 5 W - 30 W | Se agregó la clase de potencia 0 que permite al consumidor negociar hasta 30 W del cargador. |
| 1.2.4 | 2017 | Cambios en los requisitos de prueba. Las pruebas de perfil de energía extendidas son más accesibles. | |
| 1.3 | 2021 |
|