本技術部落格由展現了 GRL 獨家技術網路研討會【新的 Qi2 技術特性和2024年的合規考量】的專家為您呈現。想收到未來活動的通知，歡迎訂閱 GRL 電子報或追蹤 GRL LinkedIn。
無線充電聯盟（WPC）的 Qi 無線充電標準從 2022 年起進入快速發展階段。 Qi 2.0 版於2023年正式發布，改進了傳統的基準功率協定（BPP），擴展功率協定（EPP），同時也介紹了全新的磁功率協定（MPP），透過排列優化確保所有設備能提供15W 的充電速度。此外，WPC 也正在將無線充電技術擴展到廚房電器 (Ki)、電動車 (EV) 和製造機器人等產業。
讓我們一起來了解 MPP 功率損耗核算 (MPLA)、LQK 測量、異物檢測等 Qi2 合規性所需的流程。
Qi2 與 Qi 功率協定對比
對於製造商來說，了解 Qi 和 Qi2 標誌所支援的功率協定非常重要。在 Qi2 標誌下，所有傳輸器（Tx）和接收器（Rx）設計都必須支援 MPP 功率協定。同時也必須支援 BPP 功率協定確保向後相容。其中，Rx 驗證支援是可選項目，而 Tx 驗證支援是強制項目。
BPP 和 EPP 等傳統電源設定檔僅支援 Qi 標識。這意味著該設備可以支援 1.3.3 或 2.0 版 Qi 規範的 BPP 或 EPP 電源設定檔。
Qi 和 Qi2 電源配置的差異。
MPP 功率損耗核算 (MPLA)
硬幣、信用卡，鑰匙等常見物品掉落在電源傳輸器（PTx）和電源接收器（PRx）之間有可能導致充電器過熱，對戶帶來安全風險。為了預防這種情況，MPP Power Loss Accounting（MPLA）功能增強了異物偵測功能。一旦偵測到在傳輸器（PTx）和接收器（PRx）之間有異物存在，傳輸器會重新協商到較低的功率，避免異物變得過熱，也確保使用者安全。這個過程因仍繼續為設備充電而被成為 “盡力充電”。
計算 MPLA 的公式
MPLA 使用以下功率損耗計算公式，幫助發射機估算電力傳輸路徑之間存在的 「異物 」造成的功率損耗：
傳輸器測量其發射功率（PIN），然後減去傳輸路徑上的所有已知損耗，最後減去接收器接收到的功率。已知功率損耗與實際損耗之間的任何差異都是由於功率傳輸路徑中存在的異物造成的。
傳輸器 (PTX_FM) 和接收器 (PFM_RX) 中使用的多個金屬物體確實會消耗一些功率，從而導致功率傳輸過程中的功率損耗，這些金屬損耗稱為友善金屬損耗。 (PTX_FM) 和 PFM_RX 金屬物體損耗合併計算為 PFM_Loss。
友善金屬損耗合併為一個術語
友好金屬損耗根據系統模型計算。保持線圈間功率傳輸所需的直流偏壓磁化電流。此外，為了適應現實世界中發射機和接收機的差異，在計算友善金屬損耗時也考慮了生態系統比例因子。
生態係比例和校正因子
另一方面，PTx_circuit_loss 和 PRx_circulit loss 高度依賴設計；這些參數將由各自的發射器和接收器製造商的功率損耗估算來考慮。與其他參數相比，線圈損耗的計算略顯複雜，因為它取決於線圈參數和配對互感特性。此外，這些參數受到規範的嚴格控制，以便 PTx 和 PRx 線圈盡可能準確地顯示系統模型。在合規性測試中，分別以 Golden Rx (GTPR) 和 Golden Tx (GTPT) 線圈為參照，使用 Tx 和 Rx 線圈的配對 LQK 測量來測量這些配對參數。 PTx 和 PRx 使用 MPLA 協定交換這些敏感的 MPLA 參數資訊。
MPLA 協議
在配置和協商階段，PTx 和 PRx 之間交換 MPLA 協議數據，PTx 在功率傳輸階段使用這些資訊來估計異物。
配置階段
- PRx 向 PTx 發送功率測量視窗和偏移量
協商階段
在協商階段，PTx 和 PRx 交換 MPLA 參數。
- PRx 向 PTx 發送 gCoil Rx 請求
- PTx 向 PRx 發送 gCoil、Rx
- PRx 發送 Alpha FM DC、Alpha_FM 和 gCoilTx
電力傳輸階段
PRx 使用從PTx 接收到的參數，計算介面接收到的功率（假設沒有異物），並在功率傳輸階段使用「功率損耗核算」資料包將計算出的介面接收到的功率傳送給 PTx，根據MPLA 方程從發射機輸入功率（PIN）中減去所有已知損耗後，估計功率與實際功率之間的任何差值均視為功率傳輸路徑中存在的友好金屬造成的。這可用於功率內 FOD 檢測。
用著也可以在 GRL 的無線功率 Tx 測試解決方案中如下所示地選擇 [功率損耗核算] 和 [ACK 封包]，根據感興趣的協定進行過濾。
- Rx 發送 PLA 封包 PTx。估計將接收到的功率基於參考消光線圈以及整流器的功率。
- 如果 Tx 不發送 ACK，Rx 也不會增加負載功率
- 如果 Tx 發送 ACK，Rx 將以 1W 或更的增量提升功率
異物檢測方法與程序
異物檢測主要採用兩種方法： 功率前和功率內異物檢測。在通電前階段，傳輸器會計算露天 Q 值。明顯的露天 Q 值變化將在傳輸器中被登記為異物的存在。要注意的是，放置在 PTX 上的 PRX 也可能被誤觸為異物存在。為了避免這種情況，PTX 只會在沒有收到異物的 ASK 反應情況下將 Q 值偏移定性為異物。收到確認的 PTX 將公佈安全運行功率級別，以預先降低風險。當 Tx 收到估計接收功率（Pest_rx）和來自 Rx 的整流功率時，就會進行功率 FOD 偵測。在此基礎上，Tx 會估算潛在的異物功率 (Pfo)。如果 Pfo 值超過設定閘限，傳輸器將調整電力傳輸，並重新協商一個更安全的工作功率。
LQK 參數與線圈磁邊界
線圈和友善金屬損耗在很大程度上取決於配對耦合特性（LQK），而配對耦合特性又是指配對電感線圈的關鍵電氣觀測指標。該術語的定義如下：
- L = 配接電感線圈的電感參數 LlTX 和 LlRX.
- Q = 品質因數 QlTX 和 QlRX
- R = 反作用參數 Ki 和 Kr
以確保認證設備之間的互通性，MPP 磁邊界（MPPMB）也被定義。
LQK 與 MPP 磁邊界之間的關係圖
在 Qi2 無線充電中，MPP 磁邊界 (MPPMB) 是裝置互通性信心的關鍵。此邊界包括多個層次：GRL 等認證工具供應商在合規性測試中提供的GTPT 和GTPR 磁對的微小範圍；以及Tx 線圈與GTPR 和Rx 線圈與GTPT 磁對（設備與黃金對邊界）的更寬邊界。在此範圍內的設備不僅符合標準，還能提供卓越的 FO 預測和現場可解釋性。符合標準可確保各種 Qi2 裝置的無縫操作和可靠的使用者體驗。
GTPT 和 GTPR 對之間的誤差極小，在 WPC 授權測試實驗室進行合規性測試時用於 LQK 測量。下一個邊界存在於 Tx 線圈 vs GTPR 和 Rx 線圈 vs GTPT 線對之間。 (元件與黃金線對邊界）。如果裝置和黃金配對符合這些限制，則其 Tx 和 Rx 配對也應符合這些界線。在邊界內的設備配對參數也有望具有更好的 FO 預測和良好的互通性。
LQK 測量測試程序
在 WPC 授權測試實驗室進行 LQK 測量的線圈準備提示
確保至少有兩條線圈焊接了額外的電纜和 SMA 連接器，以便連接到 LCR 測試夾具上進行 LQK 測量。保留一條附加電纜和 SMA 連接器，用於測量焊接到線圈上的附加電纜的寄生值。最後，確保您的 Tx 或 Rx 線圈包裝完好，以便固定在測試夾具上。
LQK 測量測試程序設定範例
程序
- 在 360KHz 頻率下執行 LCR 校準（開啟和關閉）
- 在 360KHz 頻率下鑑定測試夾具（電感和電阻）： L'tx、L'rx、R'tx、R'rx、LM、RM
- 確定線圈引線的特性
- 使用電氣中心找到 0,0 位置
- 將 Tx 和 GRx 線圈置於配對位置
- 調整線圈位置（在 x 和 y 方向），確定互感最小的電氣中心。
注意： 此位置與磁性附件的配合不同。磁性連接位置稱為 “磁性中心”。
- 測量 L'tx、L'rx、R'tx、R'rx、LM、RM
- 將 Tx 線圈向 X 或 Y 方向移動 2 毫米（從電氣中心），並在 Tx 和 Rx 線圈之間放置 2 毫米的間隔。此位置稱為 (2,2)
- 測量 L'tx、L'rx、R'tx、R'rx、LM、RM
- 對 128KHz 重複同樣的過程
- 根據計算結果與限值進行比較
注意：由於線圈設計有可能顯著改變測試結果，建議在進行測試前確保線圈設計最佳。
觀看完整的網路研討會錄像，進一步了解 LQK 測量設定。
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關於作者
Rajaraman Venkatachalam
協議與電源解決方案執行副總裁
Raja 在 GRL、泰克、英特爾和 Prodigy Technovations 從事技術開發工作超過 23 年。 Raja 參與開發新技術並幫助公司在產品設計中採用這些技術，在矽片後驗證方法、開發電氣和協議合規性測試解決方案方面擁有深厚的經驗，並且是包括USB 和Qi 在內的多種技術的專家。
