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一文带你读懂Qi2:未来无线充电的新篇章

2024-05-28 16:24:56 Stefano Lovati 阅读:
Qi2在初始Qi协议的基础上,解决了固有的局限性,提供了更快的充电速度、更高的安全性和更好的用户体验···

Qi无线充电标准由无线充电联盟(WPC)推出,彻底改变了我们为设备充电的方式。无需再摆弄电缆,也无需担心连接器损坏,Qi已成为消费类移动设备无线充电的事实标准。cTAednc

为了满足对更快充电速度和优化能量传输的需求,WPC推出了Qi v2.0(或Qi2)。这一下一代无线充电标准以现有的Qi协议为基础,同时又解决了其固有的局限性。cTAednc

本文将深入探讨Qi2的世界,探讨其核心功能、使用的不同功率分布以及它为移动设备无线充电带来的主要改进。cTAednc

无线充电概述

与传统的有线充电方法相比,无线充电技术无需物理电缆连接,是一种极具吸引力的替代方案。cTAednc

无线充电基于电磁感应的原理,即变化的磁场可以在附近的导体中感应出电流。发射器板或充电基座包含一个线圈,当激活时,该线圈会产生随时间变化的磁场。cTAednc

发射器变化的磁场与接收器线圈之间的相互作用会在线圈中产生电流。感应电流经过适当的信号调节(如滤波和稳定)后,可用于为设备的电池充电。cTAednc

标准化是保证不同无线充电设备和平台的兼容性和无缝运行的关键。WPC于2010年发布了最初版本的Qi标准,成为了无线充电领域的权威标准。cTAednc

Qi认证

2021年发布的Qi v1.3规范引入了单向身份验证,标志着该技术的重大进步。此功能要求发射器板在启动充电过程之前必须要经过加密验证过程。cTAednc

这种验证可确保移动设备与可信来源进行交互,从而降低与未经授权或恶意充电器相关的风险,这些充电器可能会因不可接受的功率水平而损坏电池或设备本身。cTAednc

发射功率超过5W的无线发射器在生产时必须一个预装独一无二的证书。而要获得认证,发射器必须满足所有Qi认证标准。cTAednc

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图1:indie Semiconductor公司设计的车内无线充电系统(来源:意法半导体)cTAednc

电源接收器对证书进行验证,以确定产品的真实性。为了降低伪造证书的风险,接收器和发射器都会生成质询响应。验证过程成功后,才可以以5W以上的功率水平进行充电。cTAednc

意法半导体的STSAFE-V100-Qi就是验证芯片的一个例子,这是一款符合WPC Qi v1.3.x和v2.0认证协议的汽车SoC。这款符合AEC-Q100标准的设备具有非对称加密功能,可实现WPC质询-响应原理并存储了用于车载充电器认证的证书。cTAednc

意法半导体的安全元件IC将被集成到indie Semiconductor符合Qi标准的无线车载充电参考设计中(图1),为车辆带来便携式设备充电功能。cTAednc

MagSafe到Qi2

Qi2标准引入的主要创新无疑是整合了苹果MagSafe磁吸技术。2020年随着MagSafe的推出,苹果提出了将磁吸附件与无线充电相结合的创新解决方案。cTAednc

通过使用位于特定位置的磁铁,MagSafe可确保设备和充电器之间的最佳对齐,从而提高充电效率并消除精确放置的要求。cTAednc

WPC认识到了磁吸技术的潜力,因此将磁性对齐功能整合到了Qi2标准中。这代表着Qi标准向通用性迈出了重大一步。经Qi2认证的充电器既提供了MagSafe中的安全磁性连接,又能为兼容设备(无论何种品牌)提供更快的充电速度。cTAednc

了解功率分布:BPP、EPP和MPP

为了实现高效、安全的电力传输,Qi2根据设备和充电器的功能使用不同采用不同的功率分布。cTAednc

基本功率分布(BPP)

这是原始Qi标准中使用最广泛的配置。它提供了基本的兼容性,但充电速度有限,通常最多提供5W的功率。BPP依赖于简单的线圈与线圈耦合,设备在充电板上的精确放置对于高效电力传输至关重要。cTAednc

扩展功率分布(EPP)

该配置在BPP的基础上进行了扩展,允许更高的充电速度,在原始Qi标准中最高可达15W。EPP利用充电器和设备之间的附加通信协议来协商最佳功率水平并确保安全。然而,EPP仍然依赖于线圈与线圈的耦合,这意味着必须精确放置才能实现高效充电。cTAednc

磁功率分布(MPP)

此配置是Qi2引入的主要创新。MPP基于苹果的MagSafe技术,在充电器和接收设备中都加入了磁铁。这些磁铁可确保完美对齐,无需在充电板上进行精确放置。cTAednc

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图2:英飞凌的Qi2 MPP充电发射器解决方案,直径小于43mm,可满足消费者对改进型无线充电的需求。(来源:英飞凌)cTAednc

这不仅提高了用户的便利性,还提高了充电效率和安全性。此外,MPP可实现更快的充电速度,与EPP一样,Qi2设备可提供高达15W的功率。cTAednc

英飞凌是首批提供符合Qi2解决方案的芯片制造商之一,该公司推出了REF_WLC_TX15W_M1参考设计套件,这是其首款Qi2 MPP无线充电发射器解决方案。该解决方案板(图2)基于英飞凌高度集成且可编程的WLC1115无线充电发射器IC,利用Qi2 MPP协议可提供高达15W的输出。cTAednc

WLC1集成了带闪存的微控制器、4.5V至24V DC输入降压-升压控制器、逆变器栅极驱动器和工厂调谐电流检测。其他功能包括模拟保护外设、USB-PD和LIN,以及用于高效智能供电的串行接口。cTAednc

15W Qi2 MPP解决方案板还向后兼容BPP接收器。英飞凌WLC1发射器控制器提供消费级(WLC1115)和汽车级(WLC1515)封装。cTAednc

ModusToolbox中的代码示例支持REF_WLC_TX15W_M1。其中还包括多径ASK解调器和自适应异物检测。cTAednc

Qi2带来的改变

与原有的Qi标准相比,Qi2的推出带来了几项关键改进:cTAednc

  • 增强用户体验:MPP的磁性对准消除了设备在充电板上放错的风险,确保了安全高效的连接。
  • 充电速度更快:虽然最大功率输出仍为15W,但由于与MPP的配合得到改善,Qi2可提供更可靠的充电。这可最大限度地提高电力传输效率,从而缩短充电时间。
  • 安全性更高:与MPP的精确对准降低了过热的风险,这是传统Qi充电技术所涉及到的问题。此外,Qi2还采用了先进的异物检测技术,以防止意外为金属物体充电而造成损坏。
  • 更广泛的兼容性:通过保持与现有Qi设备的向后兼容性,Qi2可确保所有用户顺利过渡。
  • 可扩展的技术:MPP内的通信协议可以进一步开发,以实现根据设备需求和热条件进行动态功率协商等功能。

图3显示了最近发布的Qi2充电器的示例。Belkin公司最新的Qi2产品组合为兼容Qi2的设备提供高达15W的高速无线充电。它能确保精确对准,适用于各种设备,并已获得WPC认证。cTAednc

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图3:Belkin的Qi2充电器系列(来源:Belkin)cTAednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Electronic Products,参考链接:Qi2: The next generation of wireless charging,由Ricardo Xie编译。)cTAednc

责编:Ricardo
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