Dieser technische Blog ist eine Zusammenfassung eines exklusiven technischen Webinars von GRL [New Qi2 Technical Features and Compliance Considerations for the 2024 Landscape]. Abonnieren Sie unseren Newsletter oder folgen Sie uns auf LinkedIn , um über unser nächstes kostenloses technisches Webinar informiert zu werden oder lesen Sie für eine kurze Zusammenfassung des Webinars weiter.
Der kabellose Ladestandard Qi des Wireless Power Consortium (WPC) befindet sich ab 2022 in einer rasanten Entwicklungsphase. Qi Version 2.0 wurde 2023 offiziell veröffentlicht und umfasst ein verbessertes Baseline Power Profile (BPP), Extended Power Profile (EPP) und das neue Magnetic Power Profile (MPP), das durch eine optimale Geräteausrichtung Ladegeschwindigkeiten von 15 W ermöglicht. WPC expandiert auch die drahtlose Auflade-Technologie in Branchen wie intelligente Küchengeräte (die den KI-Standard für drahtlose Stromversorgung nutzen), Elektrofahrzeuge und Fertigungsroboter.
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über MPP Power Loss Accounting (MPLA), LQK-Messungen, Fremdkörpererkennungen und andere kritische Qi2-Konformitätsprozesse.
Es ist wichtig für die Hersteller die unterstützte Spannungsprofile von Qi und Qi2-Standard zu verstehen. Alle Sender (Tx) und Empfänger (Rx)-Design mit dem Qi2-Logo müssen beide das MPP- und BPP-Spannungsprofil mit Rückwärtskompatibilität unterstützen. Während die Rx-Authentifizierung freiwillig ist, ist die Tx-Authentifizierung Pflicht.
Ältere Spannungsprofile wie BPP und EPP werden nur vom Qi-Standard unterstützt. Geräte unter Qi können sowohl die BPP- als auch die EPP-Spannungsprofile der Qi-Versionen 1.3.3 und 2.0 unterstützen.
| MPP | EPP | BPP | |
| Qi2 MPP Tx | 15W | n/a | 5W |
| Qi2 MPP Rx | Bis zu 15W | n/a | 5W |
| Qi EPP Tx | n/a | Bis zu 15W | 5W |
| Qi EPP Rx | n/a | Bis zu 15W | 5W |
Unterschiede zwischen Qi- und Qi2-Spannungsprofilunterstützung
Gewöhnliche Gegenstände wie Münzen, Kreditkarten oder Schlüssel, die zwischen einem aktiven Leistungssender (PTx) und einem aktiven Leistungsempfänger (PRx) fallen, können zu einer Überhitzung führen und ein Sicherheitsrisiko für den Benutzer darstellen. Die Funktion MPP Power Loss Accounting (MPLA) verhindert dies, indem sie die Erkennung von Fremdkörpern ermöglicht. Sobald ein Fremdkörper zwischen dem Sender (PTx) und dem Empfänger (PRx) erkannt wird, schaltet der Sender auf einen niedrigeren Leistungspegel um, um die Wärmeentwicklung des störenden Objekts zu minimieren. Dieser als "Best-Effort-Ladung" bezeichnete Prozess verhindert die Risiken, die durch die Überhitzung verursacht werden und ermöglicht gleichzeitig das kontinuierliches Aufladen der Batterie.
MPLA-Formel
MPLA hilft den Sendern bei der Abschätzung des Leistungsverlustes, der durch das Vorhandensein von Fremdkörpern im Stromübertragungsweg entsteht. Der Leistungsverlust kann mit der nachstehenden Gleichung berücksichtigt werden:
Der Sender misst, wie viel Spannung übertragen wird (Pin) und zieht alle bekannten Verluste auf dem Übertragungsweg ab, bevor schließlich die vom Empfänger empfangene Leistung abgezogen wird. Jede Differenz zwischen den bekannten und den tatsächlichen Spannungsverlusten kann auf das Vorhandensein von Fremdkörpern im Stromübertragungsweg zurückgeführt werden.
Der Spannungsverlust von Metallkomponenten in den Sendern (PTX_FM) und Empfängern (PRX_FM) wird ebenfalls durch die Friendly Metal Loss berücksichtigt, die als PFM_LOSS berechnet wird.
PFM_LOSS = PTX_FM + PRX_FM
Friendly Metal Loss-Formel
Der Friendly Metal Loss wird auf der Grundlage eines Systemmodells berechnet, das den Gleichstrom berücksichtigt, der für die Aufrechterhaltung der Leistungsübertragung zwischen den Spulen nötig ist. Um die Varianz zwischen Sendern und Empfängern in realen Ökosystemen zu berücksichtigen, wird bei der Berechnung des Friendly Metal Loss auch auf die Skalierungsfaktoren geachtet.
Ökosystem-Skalierung und Korrekturfaktoren
Im Vergleich sind PTx_circuit_loss und PRx_circuit_loss sehr abhängig von dem Design der Hersteller, bei dem die Parameter unter Berücksichtigung der Spannungsverlustvermutungen der zugehörigen Hersteller entschieden wird. Die Berechnung des Spulenverlusts ist komplizierter im Vergleich zu andere Parameter, da es von Spulenparameter und gepaarte gegenseitige Induktivitätseigenschaften abhängt.
Außerdem werden die Parameter von der Spezifikation kontrolliert, was dafür sorgt, dass die PTx- und PRx-Spulen sich an das Systemmodell halten. Gepaarte Parameter werden bei Konformitätsprüfungen mithilfe der gepaarten LQK-Messungen der Tx- und Rx-Spulen in Bezug auf den Golden Tx (GTPT) und Golden Rx (GTPR) gemessen. PTx und Pax tauschen gegenseitig sensible Informationen der MPLA-Parameter mit dem MPLA-Protokoll.
Die MPL-Protokolldaten, die zwischen PTx und PRx während der Konfiguration und den Verhandlungsphasen ausgetauscht werden, werden vom Pax in der Spannungstransferphase verwendet, um die Auswirkungen der Fremdkörpern zu vermuten.
PTx und PRx tauschen die MPLA-Parameter während der Verhandlungsphase aus.
Unter der Annahme, dass kein Fremdkörper vorhanden ist, verwendet der PRx die vom PTx empfangenen Parameter und berechnet die an der Schnittstelle empfangene Leistung. Die von der MPLA berechnete Leistung wird dann während der Leistungsübertragungsphase an das PTx gesendet.
Nachdem alle bekannten Verluste aus der Eingangsleistung (PIN) des Senders gemäß der MPLA-Gleichung abgezogen wurden, kann jede verbleibende Differenz zwischen der geschätzten und der tatsächlichen Leistung auf das Friendly Metall im Leistungsübertragungsweg zurückgeführt werden. Dies kann auch für die Erkennung von Fremdkörpern in der Sendeleistung (FOD) verwendet werden.
Um dies zu veranschaulichen, können Benutzer wie unten gezeigt die Protokollpakete von Interesse herausfiltern und nur [Power Loss Accounting] und das [ACK-Paket] in GRL Wireless Power Tx Testlösung auswählen:
Es gibt zwei Hauptmethoden zur Erkennung von Fremdkörpern: Pre-Power und In-Power-FOD
Während der Pre-Power-Phase berechnet der Sender den offenen Luftqualitätsfaktor (Q). Während der Sender eine signifikante Q-Veränderung in der freien Luft auf den Fremdkörper zurückführen kann, ist zu beachten, dass der PRx auch eine falsche Erkennung auslösen kann, wenn er auf den PTx gelegt wird. Um dies zu vermeiden, ordnet PTx die Q-Veränderung nur dann einem Fremdobjekt zu, wenn keine ASK-Antwort empfangen wird. Sobald dies bestätigt ist, gibt das PTx die sichere Betriebsleistungshöhe bekannt, um Risiken zu mindern.
In-Power FOD tritt auf, wenn der Sender die geschätzte Empfangsleistung (Pest_rx) und die gleichgerichtete Leistung vom Empfänger empfängt. Daraufhin schätzt der Sender die potenzielle Leistung des Fremdkörpers (Pfo). Sollte der Pfo-Wert den Pfo-Schwellenwert überschreiten, drosselt der Sender die Leistungsübertragung und stellt auf eine sicherere Betriebsleistung um.
Die Verluste der Spule und des befreundeten Metalls hängen in hohem Maße von den Kopplungseigenschaften (LQK) ab, die sich wiederum auf die wichtigsten elektrischen Messgrößen der gekoppelten induktiven Spulen beziehen. Die Aufschlüsselung des Konzepts lautet wie folgt:
Zudem ist die MPP-Magnetgrenze (MPPMB) wichtig, um die Interoperabilität zwischen zertifizierten Geräten zu gewährleisten.
Grafik zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen LQK und MPP Magnetische Grenze
Beim wireless Qi2-Laden ist die MPP Magnetic Boundary (MPPMB) entscheidend für die Interoperabilität der Geräte. Diese Grenze umfasst mehrere Ebenen: einen kleinen Bereich für GTPT- und GTPR-Paare, die bei Konformitätstests verwendet und von zugelassenen Tool-Anbietern wie GRL bereitgestellt werden und eine breitere Grenze für Tx Coil vs. GTPR und Rx Coil vs. GTPT-Paare (Device vs. Golden Pair Boundary). Geräte, die diese Grenze einhalten, erfüllen nicht nur den Standard, sondern bieten auch eine bessere FO-Vermutung und Feldinterpretierbarkeit. Die Konformität gewährleistet einen nahtlosen Betrieb und ein zuverlässiges Nutzererlebnis bei einer Vielzahl von Qi2-Geräten.
Es gibt eine minimale Fehlerspanne zwischen den GTPT- und GTPR-Paaren, die für die LQK-Messung während der Konformitätsprüfung in den von WPC autorisierten Testlabors verwendet werden. Die nächste Grenze besteht für die Paare Tx Coil vs GTPR und Rx Coil vs GTPT. (Gerät vs. Golden Pair Boundary). Wenn ein Gerät und ein Golden Pair diese Grenzwerte einhalten, kann davon ausgegangen werden, dass ihre Tx- und Rx-Paarungen ebenfalls innerhalb dieser Grenzen liegen. Bei Gerätemattierungsparametern, die innerhalb dieser Grenzen liegen, ist auch mit einer besseren FO-Vorhersage und guter Interoperabilität zu rechnen.
Stellen Sie sicher, dass Sie mindestens zwei Spulen mit zusätzlichen Kabeln und SMA-Steckern verlötet haben, um die Verbindung mit der LCR-Testvorrichtung für die LQK-Messung herzustellen. Behalten Sie ein zusätzliches Kabel und einen SMA-Stecker für die Messung der Störsignale des zusätzlichen gelöteten Kabels. Beachten Sie, dass die parasitären Werte des Kabels bei der Berechnung der LQK-Grenze entfernt werden müssen. Anschließend muss Ihre Tx- oder Rx-Spule gut verpackt sein, damit sie auf dem Test-Gig befestigt werden kann.
GRL Positionierungsgerät
Anmerkung: Diese Position unterscheidet sich von der Position der magnetischen Befestigung. Die Position der magnetischen Befestigung wird auch als „Magnetische Mitte“ bezeichnet.
Hinweis: Stellen Sie sicher, dass Ihre Spulen optimal ausgelegt sind, da dadurch die Testergebnisse variieren können.
Sehen Sie sich das komplette Webinar an oder laden Sie die Präsentationsfolien herunter, um die vollständige Liste der LQK-Messgeräte zu sehen.
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GRL-C3-MP-TPR & GRL-C3-TPT Qi2 Wireless Charging Transmitter & Receiver Testers
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Geschäftsführender Vizepräsident für Protokoll- und Stromversorgungslösungen
Raja verbrachte über 23 Jahre in der Technologieentwicklung bei GRL, Tektronix, Intel und Prodigy Technovations. Raja ist an der Entwicklung neuer Technologien beteiligt und ermöglicht es Unternehmen, diese in ihrem Produktdesign zu übernehmen. Er hat Erfahrung mit Validierungsmethoden der Siliziumherstellung und mit der Entwicklung von Lösungen für die Prüfung der elektrischen und protokollarischen Konformität und ist Experte für mehrere Technologien, darunter USB und Qi.