이 기술 블로그는 GRL 독점 기술 웨비나 [2024년 환경을 위한 새로운 Qi2 기술 기능 및 컴플라이언스 고려 사항]을 요약한 것입니다. 뉴스레터를 구독하여 향후 열리는 무료 기술 웨비나에 대한 알림을 받거나 간략히 요약된 내용을 받아보세요.
Wireless Power Consortium(WPC)의 Qi 무선 충전 표준은 2022년부터 급속한 발전 단계에 접어들었습니다. 2023년에는 기존의 기준 전력 프로파일(BPP)과 확장 전력 프로파일(EPP)이 개선되고, 최적의 디바이스 정렬을 통해 15W 충전 속도를 보장하는 완전히 새로운 자기 전력 프로파일(MPP)이 포함된 Qi 버전 2.0이 공식적으로 발표되었습니다. 또한 WPC는 무선 충전 기술을 주방 가전(Ki), 전기 자동차(EV), 제조 로봇과 같은 산업으로 확장하고 있습니다.
이 기사에서는 MPP Power Loss Accounting(MPLA), LQK 측정, foreign object detection 및 Qi2 컴플라이언스에 필요한 기타 프로세스에 대해 자세히 살펴봅니다.
Qi2 vs Qi power profiles 비교
제조업체는 Qi 및 Qi2 로고가 지원하는 전력 프로파일을 이해하는 것이 중요합니다. Qi2 로고에 따라 모든 송신기(Tx) 및 수신기(Rx) 설계는 MPP 전력 프로파일을 지원해야 합니다. 또한 이전 버전과의 호환성을 위해 BPP 전력 프로파일도 지원해야 합니다. Rx 인증 지원은 선택 사항이지만, Tx 인증 지원은 필수입니다.
BPP 및 EPP와 같은 레거시 전원 프로필은 Qi 로고가 있는 경우에만 지원됩니다. 즉, 이러한 디바이스는 Qi 사양 버전 1.3.3 또는 2.0의 BPP 또는 EPP 전원 프로필을 지원할 수 있습니다.
Differences between power profile support of Qi and Qi2.
MPP Power Loss Accounting (MPLA)
동전, 신용카드, 열쇠와 같은 일반적인 물체가 전원 송신기(PTx)와 전원 수신기(PRx) 사이에 떨어지면 충전 중 과열되어 사용자의 안전에 위험을 초래할 수 있습니다. MPP 전력 손실 계정(MPLA) 기능은 이물질 감지를 강화합니다. 송신기(PTx)와 수신기(PRx) 사이에 이물질이 감지되면 송신기는 이물질이 과열되어 사용자에게 안전 문제를 일으키지 않도록 낮은 전력 레벨로 재협상합니다. 이렇게 하면 수신기는 여전히 배터리를 충전할 수 있지만 이 프로세스는 낮은 전력으로 잠재적인 과열 및 기타 위험을 방지하면서 안전을 보장하고 사용자는 여전히 디바이스 충전을 계속할 수 있으며, 이를 '최선의 노력 충전'이라고도 합니다.
Formula to calculate MPLA
MPLA는 아래와 같은 전력 손실 계산식을 사용하여 송신기가 전력 전송 경로 사이에 존재하는 '이물질'로 인한 전력 손실을 추정할 수 있도록 도와줍니다:
송신기는 전송하는 전력의 양(핀)을 측정하고 전송 경로에서 알려진 모든 손실을 뺀 다음 최종적으로 수신기에서 수신한 전력을 뺍니다. 알려진 전력 손실과 실제 손실 간의 차이는 전력 전송 경로에 존재하는 이물질로 인해 발생합니다.
송신기(PTX_FM)와 수신기(PFM_RX)에 사용되는 여러 금속 물체는 약간의 전력을 소비하여 전력 전송 과정에서 전력 손실이 발생하며, 이러한 금속 손실을 프렌들리 메탈 손실이라고 합니다. (PTX_FM) 및 PFM_RX금속 물체 손실은 모두 합산되어 PFM_Loss로 계산됩니다.
Friendly metal loss is lumped together in a single term
우호적인 금속 손실은 시스템 모델을 기반으로 계산됩니다. 코일 간 전력 전송을 유지하는 데 필요한 DC 바이어스 자화 전류. 또한 실제 송신기와 수신기의 편차를 수용하기 위해 친화적 금속 손실 계산 시 에코시스템 스케일링 계수가 고려됩니다.
Ecosystem scaling & correction factors
반면에 PTx_circuit_loss, PRx_circulit 손실은 설계에 따라 크게 달라지므로 각 송신기 및 수신기 제조업체의 전력 손실 추정치를 고려해야 합니다. 코일 손실 계산은 코일 파라미터와 결합된 상호 인덕턴스 특성에 따라 달라지므로 다른 파라미터에 비해 약간 복잡합니다. 또한 이러한 파라미터는 사양에 의해 엄격하게 제어되므로 PTx 및 PRx 코일이 가능한 한 정확하게 시스템 모델을 표시합니다. 이러한 결합된 파라미터는 각각 골든 Rx(GTPR) 및 골든 Tx(GTPT) 코일을 기준으로 Tx 및 Rx 코일의 결합된 LQK 측정을 사용하여 적합성 테스트에서 측정됩니다. PTx와 PRx는 MPLA 프로토콜을 사용하여 이러한 민감한 MPLA 파라미터 정보를 교환합니다.
MPLA Protocol
MPLA 프로토콜 데이터는 구성 및 협상 단계에서 PTx와 PRx 간에 교환되며, 이 정보는 전력 전송 단계에서 PTx가 이물질을 추정하는 데 사용됩니다.
Configuration phase
- PRx는 전력 측정 창과 오프셋을 PTx로 전송합니다.
Negotiation Phase
협상 단계에서 PTx와 PRX는 MPLA 매개변수를 교환합니다.
- PRx send Request to PTx for gCoil Rx
- PTx Send gCoil, Rx to PRx
- PRx send Alpha FM DC, Alpha_FM and gCoilTx
Power transfer phase
PRx는 PTx에서 수신한 파라미터를 사용하여 이물질이 존재하지 않는다고 가정하고 인터페이스에서 수신한 전력을 계산한 후, 전력 전송 단계에서 전력 손실 회계 패킷을 사용하여 계산된 전력을 PTx로 전송하고, MPLA 방정식에 따라 송신기의 입력 전력(PIN)에서 알려진 모든 손실을 뺀 후, 예상 전력과 실제 전력 간의 차이는 전력 전송 경로에 존재하는 친화적 금속으로 인한 것으로 간주합니다. 이는 전력 내 FOD 감지에 사용됩니다.
이를 더 잘 이해하려면 아래 그림과 같이 GRL의 무선 전력 Tx 테스트 솔루션에서 관심 있는 프로토콜 패킷을 필터링하고 [전력 손실 계정]과 [ACK 패킷]만 선택하면 됩니다:
- Rx가 PLA 패킷 PTx를 전송합니다. 수신되는 예상 전력은 기준 매트 코일과 정류기의 전력을 기반으로 합니다.
- Tx가 ACK를 보내지 않으면 Rx는 부하 전력을 증가시키지 않습니다.
- Tx가 ACK를 보내면 Rx는 1W 이하 단위로 전력을 증가시킵니다.
Foreign Object Detection Methods & Action
이물질은 두 가지 주요 접근 방식을 사용하여 감지됩니다: 전원 공급 전 및 전원 공급 중 FOD 감지. 전원 공급 전 단계에서 송신기는 실외 Q를 계산합니다. 실외 Q가 크게 변화하면 송신기는 이물질로 인한 것으로 간주할 수 있습니다. 그러나 PTX에 배치된 PRX도 이물질로 잘못 트리거될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 PTX는 이물질로부터 ASK 응답이 수신되지 않는 경우에만 Q 편향을 이물질로 확인합니다. 확인되면 PTX는 위험을 선제적으로 완화하기 위해 안전한 작동 전력 수준을 알립니다.
전력 내 FOD 감지는 Tx가 추정 수신 전력(Pest_rx)과 정류된 전력을 Rx로부터 수신할 때 발생합니다. 이를 통해 Tx는 잠재적 이물질 전력(Pfo)을 추정합니다. Pfo 값이 Pfo 임계값을 초과하면 송신기는 전력 전송을 스로틀하고 더 안전한 작동 전력으로 재협상합니다.
LQK 파라미터 및 코일 마그네틱 경계
코일 및 친화 금속 손실은 결합된 결합 특성(LQK)에 따라 크게 달라지며, 이는 다시 결합된 유도 코일의 주요 전기적 관측치를 나타냅니다. 이 용어는 다음과 같은 분석으로 이해할 수 있습니다:
- L = The inductive parameters of the mated inductive coils LlTX and LlRX.
- Q = Quality factor QlTX and QlRX
- R = Reactive Parameters Ki and Kr
또한 인증된 디바이스 간의 상호 운용성을 보장하기 위해 MPP 자기 경계(MPPMB)도 정의되어 있습니다.
Graph illustrating relationship between LQK and MPP Magnetic boundary
Qi2 무선 충전에서 MPP 자기 경계(MPPMB)는 디바이스 상호 운용성 신뢰의 핵심입니다. 이 경계는 여러 수준으로 구성되는데, GRL과 같은 승인된 도구 공급업체에서 제공하는 GTPT 및 GTPR 쌍에 대한 작은 범위로 규정 준수 테스트에 사용되며, Tx 코일 대 GTPR 및 Rx 코일 대 GTPT 쌍에 대한 더 넓은 경계(디바이스 대 골든 페어 경계)로 구성됩니다. 이 경계 내에 있는 디바이스는 표준을 충족할 뿐만 아니라 우수한 FO 예측 및 현장 해석 가능성을 제공합니다. 규정을 준수하면 다양한 Qi2 디바이스에서 원활한 작동과 안정적인 사용자 경험을 보장합니다.
WPC 공인 테스트 랩에서 컴플라이언스 테스트 중 LQK 측정에 사용되는 GTPT와 GTPR 쌍 사이에는 오차 범위가 최소화됩니다. 다음 경계는 Tx 코일 대 GTPR 및 Rx 코일 대 GTPT 쌍에 대해 존재합니다. (디바이스 대 골든 페어 경계). 디바이스와 골든 페어가 이 한계를 충족하면, 해당 디바이스의 Tx 및 Rx 페어링도 이 경계 내에 속할 것으로 예상할 수 있습니다. 경계 내에 속하는 디바이스 매팅 파라미터는 더 나은 FO 예측과 우수한 상호 운용성을 기대할 수 있습니다.
LQK 측정 테스트 절차
WPC 공인 테스트 랩에서 LQK 측정을 위한 코일 준비 팁
LQK 측정을 위해 LCR 테스트 지그에 연결하기 위한 추가 케이블 및 SMA 커넥터로 납땜된 코일이 최소 2개 이상 있는지 확인합니다. 코일에 납땜된 추가 케이블의 기생을 측정하기 위해 추가 케이블 및 SMA 커넥터를 하나 더 보관하십시오. 이 케이블 기생 값은 LQK 경계를 계산하는 동안 제거해야 합니다. 마지막으로, Tx 또는 Rx 코일이 테스트 장비에 고정될 수 있도록 잘 포장되어 있는지 확인하세요.
Example of LQK measurement test procedure setup
Procedure
- Perform LCR Calibration (Open & Close) at 360KHz
- Characterize the test jig (Inductance & Resistance) at 360KHz: L’tx, L’rx, R’tx, R’rx, LM, RM
- Characterize the lead wires of the coil
- Find 0,0 position using electrical center
- Place the Tx and GRx coil at mated position
- Adjust the coil position (in x and y direction) and identify the electrical center where you get lowest mutual inductance.
주의: 이 위치는 magnetic 부착물과의 결합과는 다릅니다. magnetic 부착 위치를 “magnetic 중심”이라고 합니다.
- Measure L’tx, L’rx, R’tx, R’rx, L’rm, R’rm
- Move the Tx coil 2mm in X or Y direction (From electrical center) and place a 2mm spacer between the Tx and Rx coils. This position is called (2,2)
- Measure L’tx, L’rx, R’tx, R’rx, L’rm, R’rm
- Repeat the same process for 128KHz
- With the calculation provided, compare with the limits
참고: 코일 설계에 따라 테스트 결과가 크게 달라질 수 있으므로 코일 설계가 최적의 상태인지 확인하세요.
Watch the full webinar or download the presentation slides for the full list of LQK measurement. equipment.
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GRL-C3-MP-TPR MPP Tx & BPP Rx tester
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About the author
Rajaraman Venkatachalam
Executive Vice President of Protocol and Power Solutions
Raja는 23년동안 GRL, Tektronix, Intel 및 Prodigy Technovations을 거쳐 기술개발자로 일해왔습니다. Raja는 새로운 기술을 개발하고 기업이 제품 설계에 채택할 수 있도록 지원하는 데 관여하고 있으며, 실리콘 후 검증 방법론과 전기 및 프로토콜 준수 테스트 솔루션 개발에 대한 깊은 경험을 가지고 있으며, USB 및 Qi를 비롯한 여러 기술에 대한 전문가입니다.
