Qi – это стандарт беспроводной передачи энергии, разработанный консорциумом Wireless Power Consortium, который определяет совместимое решение для индуктивной зарядки на расстоянии до 4 см. Стандарт Qi определяет несколько ключевых характеристик, таких как рабочая частота, конфигурация катушки, минимальная эффективность системы, методы управления мощностью и протоколы связи.
Для обеспечения безопасной беспроводной подачи энергии следует уделять особое внимание ряду проблем проектирования, таким как обеспечение КПД, надежная связь, обнаружение посторонних предметов (FOD), тепловые характеристики и защита от перенапряжения/перегрузки по току. В этой статье мы рассмотрим несколько основных концепций стандарта Qi.
Блок-схема беспроводной системы подачи энергии с индуктивной связью показана далее.
Напряжение переменного тока, приложенное к первичной катушке, передается вторичной через магнитную связь. В соответствии со стандартом Qi катушки передатчика и приемника должны быть относительно хорошо выровнены для обеспечения эффективной подачи энергии. Магнитная связь между катушками также используется для отправки пакетов связи от приемника к передатчику. Перед тем, как можно будет осуществить подачу электроэнергии, необходимо выполнить несколько этапов. Далее мы кратко рассмотрим различные этапы алгоритма зарядки, совместимого с Qi.
В режиме ожидания передатчик ждет, и значительная мощность не выводится. Передатчик использует «аналоговые эхо-запросы» для обнаружения любого потенциального приемника энергии. Аналоговый импульсный сигнал достигается путем подачи периодических тестовых импульсов на первичную обмотку. Без приемника энергии (и пассивных металлических предметов, таких как монеты, ключи и т. д.) напряжение на первичной катушке будет намного больше. Например, поднесение приемника энергии к передатчику может снизить напряжение на первичной обмотке с 60 В до 30 В. Это связано с эффектом нагрузки, которую металлический предмет может оказывать на первичную обмотку.
Следовательно, напряжение, которое появляется на первичной обмотке во время аналогового эхо-запроса, может использоваться для обнаружения наличия потенциального приемника энергии. Обратите внимание, что некоторые Qi-совместимые передатчики мощности не используют аналоговые эхо-запросы и полагаются только на цифровые эхо-запросы для обнаружения приемника энергии.
После того, как передатчик обнаруживает потенциальный приемник энергии поблизости, он использует «цифровые эхо-запросы» для связи с приемником. Цифровые эхо-запросы представляют собой более длинные импульсы по сравнению с аналоговыми эхо-запросами и обладают достаточной энергией для активации приемника энергии (если он имеется). При питании от цифрового эхо-сигнала приемник должен отправить пакеты мощности сигнала обратно передатчику. Пакет действительного уровня сигнала позволяет передатчику отличить действующий приемник энергии от пассивного металлического объекта или несовместимого приемника.
При наличии действительного пакета мощности сигнала передатчик будет поддерживать питание катушки и переходить к следующему этапу: этапу идентификации и настройки. На этапе идентификации и настройки приемник энергии отправляет пакеты данных передатчика, которые содержат информацию о версии Qi приемника, максимальной требуемой выходной мощности и другую информацию о конфигурации.
После фазы идентификации начинается фаза передачи энергии. На этом этапе приемник измеряет мощность, которую он принимает, и отправляет эту информацию обратно передатчику, чтобы уровень передаваемой мощности можно было регулировать в зависимости от требований приемника. Эта информация также помогает передатчику обнаруживать любой посторонний металлический объект, который крадет энергию. Обнаружение посторонних (металлических) предметов (FOD) достигается путем сравнения передаваемой мощности с полученной мощностью, сообщаемой приемником энергии. Большая разница между уровнями передаваемой и принимаемой мощности может указывать на наличие металлического объекта в непосредственной близости от передатчика. Передача большого количества энергии на металлический объект может повысить его температуру и вызвать опасные ситуации. Поэтому передатчик перестанет подавать питание при наличии постороннего металлического предмета.
Стандартная функция передачи энергии от LC-цепи передатчика к выходу выпрямителя приемника показана далее.
В этом примере рабочая частота передатчика находится справа от резонансной частоты LC-контура. Таким образом, мы можем снизить уровень передаваемой мощности, увеличив частоту сигнала мощности, который подается на катушку передатчика. Амплитуда сигнала переменного тока – это еще один параметр, который система может настроить для регулировки передаваемой мощности.
Магнитная связь используется как для подачи энергии, так и для связи. Интересно, что этого можно добиться, изменив нагрузку на стороне приемника. Эта модуляция приемной катушки будет отражаться обратно на сторону передачи и позволит нам отправлять пакеты данных от приемника к передатчику. Емкостная модуляция RX катушки проиллюстрирована далее.
Стандарт Qi поддерживает как емкостную, так и резистивную модуляцию катушки RX.
© digitrode.ru