Qi (произносится / tʃ iː / CHEE ; [1] от упрощенного китайского :气; традиционного китайского :氣; пиньинь : qì ) — стандарт интерфейса для беспроводной передачи энергии с использованием индуктивной зарядки . Стандарт позволяет совместимым устройствам, таким как смартфоны , заряжать свои батареи при размещении на зарядной площадке Qi, которая может быть эффективна на расстоянии до 4 см (1,6 дюйма). [2]
Стандарт Qi разработан Консорциумом беспроводной электропитания . [1] Как универсальный открытый стандарт , устройства с поддержкой Qi могут подключаться к зарядным устройствам Qi любого производителя.
Qi был впервые выпущен в 2008 году, а к 2017 году был включен в более чем 200 смартфонов, планшетов и других устройств. [3] По состоянию на декабрь 2023 года [update]со стандартом работает 351 производитель, включая Apple , Asus , Google , Huawei , LG Electronics , Samsung , Xiaomi и Sony . [4]
В январе 2023 года консорциум анонсировал Qi2, который обновит существующий стандарт и будет включать магнитное соединение на основе технологии MagSafe от Apple . [5] 19 апреля 2023 года консорциум Wireless Power выпустил стандарт Qi2. [6]
Устройства, работающие по стандарту Qi, основаны на электромагнитной индукции между плоскими катушками . Система Qi состоит из двух типов устройств — базовой станции, которая подключена к источнику питания и обеспечивает индуктивную мощность, и мобильных устройств, которые потребляют индуктивную мощность. Базовая станция содержит передатчик энергии, который включает в себя передающую катушку, которая генерирует осциллирующее магнитное поле ; мобильное устройство содержит приемник энергии, удерживающий приемную катушку. Магнитное поле индуцирует переменный ток в приемной катушке по закону индукции Фарадея . Близкое расположение двух катушек обеспечивает эффективную передачу индуктивной мощности. [ необходима цитата ]
Базовые станции обычно имеют плоскую поверхность, называемую интерфейсной поверхностью, на которую пользователь может поместить одно или несколько мобильных устройств. Существует два способа выравнивания передающей катушки (часть базовой станции) и приемной катушки (часть мобильного устройства) для передачи мощности. В первой концепции, называемой управляемым позиционированием, пользователь должен поместить мобильное устройство в определенное место на поверхности базовой станции. Для этой цели мобильное устройство предоставляет средство выравнивания, которое соответствует его размеру, форме и функции. Вторая концепция, называемая свободным позиционированием, не требует от пользователя размещать мобильное устройство в прямом выравнивании с передающей катушкой. Существует несколько способов достижения 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 одной передающей катушки под приемной катушкой. Третий вариант заключается в использовании техники, называемой множественными кооперативными генераторами потока . [7]
Рисунок 1-1 иллюстрирует базовую конфигурацию системы. Как показано, передатчик мощности включает в себя два основных функциональных блока — блок преобразования мощности и блок связи и управления. На схеме показана передающая катушка (массив), генерирующая магнитное поле как часть блока преобразования мощности. Блок управления и связи регулирует передаваемую мощность до уровня, который запрашивает приемник мощности. На схеме также показано, что базовая станция может содержать несколько передатчиков, что позволяет размещать несколько мобильных устройств на одной базовой станции и индуктивно заряжать их до тех пор, пока каждая из их батарей не будет полностью заряжена. Наконец, системный блок на схеме включает в себя все остальные функции базовой станции, такие как обеспечение входной мощности, управление несколькими передатчиками мощности и пользовательский интерфейс. [ необходима цитата ]
Приемник энергии состоит из блока приема энергии, а также блока связи и управления. Подобно блоку преобразования энергии передатчика, на рисунке 1-1 показана приемная катушка, которая захватывает магнитное поле блока приема энергии. Блок приема энергии обычно содержит только одну приемную катушку. Кроме того, мобильное устройство обычно содержит один приемник энергии. Блок связи и управления регулирует передаваемую энергию до уровня, соответствующего подсистемам (например, аккумулятору), подключенным к выходу приемника энергии. Эти подсистемы представляют собой основную функциональность мобильного устройства. [ необходима цитата ]
В качестве примера из версии 1.2.2 спецификации Qi 2017 года (упомянутой выше), эталонный передатчик Qi малой мощности A2 имеет катушку из 20 витков (в двух слоях) в плоской катушке, намотанной на форму с внутренним диаметром 19 мм и внешним диаметром 40 мм, с экраном под катушкой из мягкого железа диаметром не менее 4 мм, что дает индуктивность 24 ± 1 мкГн. Эта катушка помещена в последовательный резонансный контур.
Этот последовательный резонансный контур затем приводится в действие коммутационным устройством H-моста от источника постоянного тока; при полной мощности напряжение в конденсаторе может достигать 50 вольт. Регулирование мощности происходит автоматически; спецификация Qi требует, чтобы фактическое приложенное напряжение можно было контролировать с шагом не менее 50 милливольт. [ необходима цитата ]
Вместо того чтобы понижать напряжение зарядки в устройстве, зарядные устройства Qi, соответствующие стандарту A2, используют ПИД- регулятор (пропорционально-интегрально-дифференциальный) для модуляции подаваемой мощности в соответствии с напряжением первичной ячейки. [ необходима ссылка ]
Другие передатчики заряда Qi начинают свои соединения на частоте 140 кГц, но могут менять частоты, чтобы найти частоту с лучшим соответствием, поскольку взаимная индуктивность между передающей и приемной катушками будет меняться в зависимости от расстояния между передающей и приемной катушками, и, таким образом, собственная резонансная частота будет меняться. Различные эталонные конструкции Qi имеют разные расположения катушек, включая овальные катушки и многокатушечные системы, 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 максимальными напряжениями резонансного контура до 200 вольт. [ необходима цитата ]
Аппаратная часть приемника мощности Qi, также из версии 1.2.2 спецификации Qi, начинается с прямоугольной катушки провода внешним размером 44 мм × 30 мм, с 14 витками провода и с магнитным экраном над катушкой. Эта катушка соединена в параллельный резонансный контур с парой конденсаторов (по 127 нанофарад последовательно и 1,6 нанофарад параллельно). Выходная мощность снимается через конденсатор емкостью 1,6 нанофарад . [ необходима цитата ]
Для обеспечения цифрового канала связи обратно к передатчику мощности резонансный модулятор, состоящий из пары конденсаторов емкостью 22 нанофарад и резистора сопротивлением 10 кОм в конфигурации T, может быть включен через конденсатор емкостью 1,6 нанофарад. Переключение цепи T через конденсатор емкостью 1,6 нанофарад вызывает значительное изменение резонансной частоты связанной системы, которое обнаруживается передатчиком мощности как изменение подаваемой мощности. [ необходима цитата ]
Выходная мощность на портативное устройство подается через двухполупериодный мост , подключенный через конденсатор емкостью 1,6 нФ; мощность обычно фильтруется конденсатором емкостью 20 мкФ перед подачей на контроллер заряда. [ необходима ссылка ]
Другие приемники энергии Qi используют альтернативные резонансные модуляторы, включая переключение резистора или пары резисторов через конденсатор резонатора приемника, как до, так и после мостового выпрямителя. [ необходима цитата ]
WPC опубликовал спецификацию Qi с низким энергопотреблением в августе 2009 года. [8] Спецификацию Qi можно загрузить бесплатно после регистрации. [9] Согласно спецификации Qi, индуктивные передачи «низкой мощности» обеспечивают мощность ниже 5 Вт с помощью индуктивной связи между двумя плоскими катушками . Эти катушки обычно находятся на расстоянии 5 мм друг от друга, но могут быть на расстоянии до 40 мм и, возможно, больше. [10] Спецификация Qi с низким энергопотреблением была переименована в профиль базовой мощности Qi (BPP). [ необходима цитата ]
Регулирование выходного напряжения осуществляется с помощью цифрового контура управления, в котором приемник энергии взаимодействует с передатчиком энергии и запрашивает больше или меньше энергии. Связь однонаправленная от приемника энергии к передатчику энергии через модуляцию обратного рассеяния. При модуляции обратного рассеяния катушка приемника энергии нагружается, изменяя ток, потребляемый передатчиком энергии. Эти изменения тока отслеживаются и демодулируются в информацию, необходимую для совместной работы двух устройств. [2]
В 2011 году консорциум Wireless Power начал расширять спецификацию Qi до средней мощности. [11] По состоянию на 2019 год стандарт средней мощности в настоящее время обеспечивает мощность от 30 до 65 Вт. Ожидается, что в конечном итоге он будет поддерживать до 200 Вт (обычно используется для портативных электроинструментов, роботизированных пылесосов, дронов и электровелосипедов). [12]
В 2015 году WPC также продемонстрировала высокомощную спецификацию под названием «Ki», которая будет обеспечивать мощность до 1 кВт, что позволит питать кухонные приборы и другие мощные коммунальные услуги. [9]
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, которые поддерживают EPP, включают LG , Sony , Xiaomi и Sharp . [13] [14] [15] [16]
WPC представила Proprietary Power Delivery Extension (PPDE), чтобы позволить OEM-производителям телефонов поставлять мощность выше, чем 5 Вт Baseline Power Profile или 15 Вт Extended Power Profile. В настоящее время только Samsung опубликовала свой тест на соответствие. [17] Другие компании, которые используют собственные стандарты для быстрой беспроводной зарядки, включают Apple, Huawei и Google. [ необходима цитата ]
Nokia впервые приняла Qi в своей Lumia 920 , а Samsung Mobile в Galaxy S3 (поддерживается через модернизируемый официальный аксессуар Samsung для задней крышки) в 2012 году, [18] Google/LG Nexus 4 последовал позже в том же году. Toyota начала предлагать зарядную подставку Qi в качестве заводской опции в своем Avalon Limited 2013 года , [19] а Ssangyong стал вторым автопроизводителем, предложившим опцию Qi, также в 2013 году. [20]
По мере того, как стандарт Qi набирал популярность, точки доступа Qi начали появляться в таких местах, как кофейни, аэропорты, спортивные арены и т. д. [21] В 2012 году The Coffee Bean and Tea Leaf , крупнейшая американская сеть кофеен, объявила о планах установки станций индукционной зарядки в отдельных крупных мегаполисах, [22] как и Virgin Atlantic в лондонском аэропорту Хитроу в Великобритании , [23] и международном аэропорту имени Джона Ф. Кеннеди в Нью-Йорке . [24]
В 2015 году опрос показал, что 76% опрошенных в США и Китае знали о беспроводной зарядке (рост по сравнению с 36% в предыдущем году), и 20% использовали ее — однако только 16% из них использовали ее ежедневно. [25] Мебельный ритейлер IKEA представил лампы и столы со встроенными беспроводными зарядными устройствами для продажи в 2015 году, [26] а Lexus NX получил дополнительную зарядную панель Qi в центральной консоли. [27] По оценкам, в том году было продано 120 миллионов телефонов с беспроводной зарядкой, [25] в частности Samsung Galaxy S6 , который поддерживал как Qi, так и конкурирующие стандарты Power Matters Alliance . [28] Однако существование нескольких конкурирующих стандартов беспроводной зарядки по-прежнему рассматривалось как препятствие для принятия. [28]
К началу 2017 года Qi вытеснил другие конкурирующие стандарты, такие как Rezence . [29] 12 сентября 2017 года Apple объявила, что их новые смартфоны iPhone 8 , iPhone 8 Plus и iPhone X будут поддерживать стандарт Qi. С тех пор каждая новая версия iPhone поддерживала стандарт беспроводной зарядки Qi. [30] Apple также объявила о планах расширить стандарт с помощью нового протокола под названием AirPower , который добавил бы возможность заряжать несколько устройств одновременно; однако это было отменено 29 марта 2019 года. [31]