1、QI 无 线 充 电 标 准V1.01 概 述1.1 范围系统描述无线电能传输第 1 卷包含以下文档： 第一部分：接口定义 第二部分：性能要求 第三部分：兼容性测试该文件定义了一个电能发射器和一个电能接收器之间的接口。1.2 主要特性 一种基于线圈之间的近场电磁感应原理，将电能从发射器传输到移动设备（接收器）的非接触式电能传输方法。 通过一个适当的次级线圈（典型尺寸是大约 40mm）来传输约 5 瓦特的电能。 工作频率在 110205KHz 之间。 支持两种将移动设备放置于发射器表面的方法： 辅助定位方法帮助用户适当地将移动设备放在通过表面上一个或几个固定的位置来传输电能的发射器的表面。 无需
2、定位方法允许移动设备任意放在支持表面任何位置传输能量的发射器表面。 一个简单的允许移动设备完全控制电能传送的通信协议。 相当大的可集成在移动设备上的设计灵活性。 极低的待机功耗（实现需要）。1.3 一致性与参考本文档中的所有规定都是强制性的，除非特别指明是推荐的、可选的或加强说明的。为避免产生疑问，单词“应”表示指定部分为强制行为，也就是说，如果指定的部分没有所定义的行为，则这就违反了无线电能传输标准。此外，单词“应该”表示指定部分为推荐行为，也就是说，如果指定的组件有正当理由偏离所定义的行为，则这不是违反了无线电能传输标准的。最后，单词“可以”表示指定组件的可选行为，也就是说，是否具有所定义
3、的行为（没有偏离）是取决于指定组件。除本文件所提出的规范外，产品的实现也应符合下面所列出的系统说明所提出的规范。此外，下列国际标准的相关部分也应遵守。如果任何系统描述或以下所列出的国际标准存在多个修订版本，以最新版本为准。第 2 部 无线电能传输系统描述，第 I 卷，第 2 部分，性能要求。第 3 部 无线电能传输系统描述，第 I 卷，第 3 部分，兼容性测试。PRMC 电源接收器制造商代码，无线充电联盟。SI 国际计量制。1.4 定义有效区域： 当发射器向移动设备供电时，发射器和接收器各自表面的一部分有足够高的磁场通过的区域。发射器： 在系统描述无线电能传输规范特别说明的能产生近场感应电能的
4、特殊设备。发射器带有标识，以直观地告知用户本发射器符合系统描述无线电能传输规范。通信和控制单元：电能发射器和电能接收器上用于控制电能传输的功能单元。 （资料）实施的角度来看，通信和控制单元可以分布在发射器和移动设备的多个子系统中。控制点： 接收器输出端的电压和电流的联合，其他参数要视一个特定的接收器实施而定。检测单元： 用来检测发射器表面接收器的存在的发射器功能模块。数字码： 用来检测和识别电能接收器的电能信号。免定位： 无需用户将移动设备的有效区域与发射器的有效区域对齐的将移动设备放置在发射器接口表面的方法。制导定位： 为用户提供反馈以将移动设备的有效区域与发射器有效区域对齐的将移动设备放置
5、到发射器接口表面的方法。接口表面： 发射器或者接收器上靠初级线圈或者次级线圈最近的表面。移动设备： 无线电能传输标准所规定的能利用近场感应电能的移动设备。在执行此标准的移动设备的表面应有可见的LOGO 来告知用户这个设备执行的是本标准。工作频率： 电源信号的振荡频率。 工作点： 初级线圈电压的频率、占空比、幅值的参数组合。 数据包： 接收器用于与发射器通信的数据结构。数据包包括：序言字节，头字节，消息字节和一个校验码。数据包由其所含信息的类型得名。电能转换单元：能将电能转换为电能信号的发射器的功能单元。电能接收单元：能将电能信号转换为电能的接收器的功能单元。电能接收器：如无线电能传输标准所述能
6、获取近场感应电能并能控制其输出能力的移动设备的一个子系统。为了达到这个目的，接收器需要与发射器交换其电能需求信息。电能信号：包围在初级线圈和可能存在的次级线圈中的振荡磁通。电能传输协议：一组表征发射器与接收器的电能传输需要的边界条件。任何不满足条件的冲突都会导致停止电能传输。电能发射器：本标准描述的基站的子系统，能产生近场感应电能，并能控制与接收器的电能传输。初级（线圈）单元：一个或者多个用来在有效区域产生有效的高能近场感应电能的线圈的组合。初级线圈：发射器上用来将电流转化成磁通的元件。次级线圈：接收器上用来将磁通转换成电能的元件。屏蔽罩：发射器和接收器上都有元件，用来将磁场限制在发射器与接收
7、器之间。1.5 缩写AC 交流电AWG 美国线规（美国的电线标准，规范中规范的电线型号的线径、绝缘强度等）DC 直流电lsb 最小有效值msb 最大有效值N.A. 空，不适用PID 比例积分差分（控制方法）RMS 均方根UART 通用异步（数据）收发器1.6 符号Cd 次级线圈的并联电容nFCm 阻抗网络中的匹配电容nFCp 初级线圈串联电容nFCs 次级线圈串联电容nFds 线圈与屏蔽罩之间的距离mmdz 线圈与接口表面的距离mmfclk 通信频率kHzfd 谐振检测频率kHzfop 工作频率kHzfs 二次共振频率kHzIm 初级线圈电流的调制深度mAIo 接收器输出电流mAIp 初级线圈
8、电流mALm 网络中的匹配电感 uHLp 初级线圈自感 uHLs 次级线圈自感（移动设备远离基站）uHLs 次级线圈自感（移动设备在基站上）uHPp r 从接口收到的总功率WPpt 从接口发出的总功率WTdelay 功率控制时延mstCLK 通信时钟周期ustT 最大通信转换时间usVr 整流后电压VVo 功率接收器输出电压V1.7 约定第 1.7 节定义了本系统说明无线电能传输中使用的符号和惯例。1.7.1 交叉引用 除非另有说明，在本文档或第 1.3 节所列的文件，本章节的交叉引用是指所引用的部分，以及其中包含的子部分。 1.7.2 信息文本 除了被标记为信息段，所有的信息文本设置为斜体。
9、 1.7.3 重要条款 所有重要条款均在第 1.4 节中定义。作为一个例外，数据包的名称和字段的名称在第 6.3节中定义。1.7.4 符号数实数是由数字 0 到 9 ，小数点和可选的任意一个指数部分表示的。此外，正的或负的公差遵循一个实数。没有明确公差的实数的公差是指定最低有效位的一半。 （信息） 例如指定的值为 ，那么这个值包括的范围是从 1.21 至 1.24 ; 指定的值为1.23+0.010.02，那么这个值包括的范围是从 1.23 至 1.24 ; 指定的值为 ，那么这个1.23+0.01 1.230.02值包括的范围是从 1.21 至 1.23 ; 指定的值为 1.23，那么这个值
10、包括的范围是从 1.225至 1.234999.; 指定的值为 ，那么这个值包括的范围是从 1.107 至 1.353 1.2310%。十进制整数是由数字 0 到 9 表示的。十六进制数是由数字 0 到 9 和字母 A 到 F 表示的，并且有前缀“0X”（特殊说明除外）。单个位（一字节有 8 个位）的值由单词 ZERO 和 ONE 表示。二进制数和位图是由单引号（）内序列的数字 0 和 1 表示。在一个 n 位的序列，最高有效位是 n-1 位，最低有效位是 0 位；高位在低位的左边。1.7.5 单位物理量 物理量均以国际单位系统SI的单位为单位。 1.7.6 字节的位序 一个字节的图形表示是
11、MSB（最高有效位）在左边，而 LSB（最低有效位）在右边。图 1-1 定义了一个字节中位的位置。1.7.7 字节编号 由 n 个字节的序列的字节被称为 B0，B1，.，Bn-1。字节 B0 对应于该序列中的第一个字节，字节 Bn-1 对应于该序列中的最后一个字节。一个字节序列的图形表示是字节B 0 是在上部左侧，而字节 Bn-1 是在较低的右手侧。 1.7.8 多比特字段 除非另有说明，在数据结构中的多比特字段表示一个无符号的整数值。多比特字段有多个字节，多比特字段的 MSB（最高有效位）有最低的地址值，而 LSB（最低有效位）有最高的地址值。 （资料）图 1-2 提供了一个 6 位字段，跨
12、越两个字节的例子。1.8 操作符 第 1.8 节定义了本系统说明无线电力传输所使用的不太常用的操作符。常用的操作符通常有自己的含义。 1.8.1 异或 符号“”表示异或运算。 1.8.2 连接（“加”）符号“| |”表示的两个位字符串相连。在所得到的结果中，右手侧的操作数的MSB（最高有效位）直接跟在左手侧的操作数的 LSB（最低有效位）。2 系 统 概 述 （ 资 料 ）符合此系统说明无线电源传输设备的运行依赖于平面线圈之间的磁感应。两种器件是有区别的，那就是提供无线电能的设备-基站-和消耗无线电能的设备-移动设备。电力总是从基站传送到移动设备。为了达到这个目的，基站包含一个子系统，称为功率
13、发射器-它包括一个初级线圈， 移动设备包含一个子系统，称为功率接收器- 它包括一个次级线圈。实际上，初级线圈和次级线圈分别对应着一个空芯变压器的两半。位于初级线圈下面，次级线圈上面，两线圈的闭合处的合适的屏蔽罩能确保一个可以接受的功率传送效率。此外，该屏蔽减少了用户暴露于磁场中。通常情况下，一个基站具有一个平坦的可以放置一个或者多个移动设备的表面-接口表面。这确保了初级线圈和次级线圈之间的垂直间距足够小。此外，关于初级线圈和次级线圈的水平对齐有两个概念。在第一个概念，称为制导定位，用户必须通过调整移动设备上的接口表面来对齐次级线圈与初级线圈。为此目的，移动设备提供了一个符合它的大小，形状和功能
14、的辅助对准（标记）。第二个概念，称为自由定位，不要求初级线圈和次级线圈的对齐方式。自由定位利用初级线圈阵列来产生只在次级线圈的位置处磁场。自由定位的另一种实现使用机械手段来移动次级线圈下的一个单一的初级线圈。图 2-1 说明了基本的系统配置。如图所示，功率发射器包括两个主要的功能单元，即一个功率转换单元和一个通讯和控制单元。该图明确地显示了初级线圈（阵列）作为电力转换单元的磁场产生元件。控制和通信单元按照功率接收器的请求调节传输功率。图中还显示了一个基站可以包含多个发射器，以便同时服务于多个移动设备（在同一时间内，一个功率发送器只能服务于一个电能接收器）。最后，在图中所示的系统单元包括所述基站
15、的所有其他功能，例如，输入功率配置，多个发射器功率控制和用户接口。电能接收器包括一个电能拾取单元和一个通讯和控制单元。类似发射器的功率转换器，如图 2-1 所示，明确说明了作为电能拾取单元接收电磁场的初级线圈。电能拾取单元通常只包含一个次级线圈。此外，移动设备通常包含一个单一的电能接收器。通信和控制单元调节传输功率，以适合于连接到功率接收器的输出端的子系统所需求的功率大小。这些子系统所代表的是移动设备的主要功能。一个重要的例子，子系统是需要充电的电池。本文档的其余部分的结构如下。第 3 节定义了两种基本的电力变送器设计方案。第一种设计方案-A 类-基于一个单一的初级线圈（无论是固定的还是可移动
16、的）。第二种设计方案-B 类-基于初级线圈的阵列。请注意，这个 1.0 版本的系统说明无线电能传输的第一卷第 1 部分，相对于实际功率变送器实现而言，只能提供有限的设计自由度。其原因是，相对于基站的电能发射器的设计而言，移动设备的电能接收器有更多的设计设计要求和变性，例如，智能手机与无线耳机有很大的不同设计要求。制约电能发射器的设计的原因以是能适用于最大数量的移动设备的互通性。第 4 节定义了功率接收器的设计要求。由于移动设备多种多样，这些要求已被保持在最低限度。除了设计要求，附录 A 的两个设计实例补充了第 4 部分。第 5 节定义的电能传输系统的控制方面。发射器和接收器之间的交互包括四个阶
17、段，即选择，ping（发送捂手信号），识别配置，和功率传递。在选择阶段，功率发射器尝试发现和定位放在界面的对象。此外，功率发射器的尝试区分接收器和外来物体，并选择功率接收器（或对象）传输功率 。为了这个目的，功率发射器可随机选择一个对象并继续 ping （包括随后的识别配置阶段）来收集必要的信息。注意，如果功率发射器不将功率传输到接收器时，它应该进入低功耗待机操作模式。在 ping 阶段，电能发射器试图发现对象是否包含一个接收器。在识别配置阶段，功率发射器准备将功率传输到功率接收器。为了达到这个目的，功率发射器从功率接收器获取相关信息。功率发射器将此信息与存储在内部的信息想结合，建立一个所谓的
18、功率传输协议，其中包括对功率传输的各种限制。在功率传输阶段，实际功率发生转移。在这个阶段，电能发射器和电能接收器配合调节传输功率到预期的水平。为了这个目的，电能接收器定期发出电力需求。此外，电能发射器连续监测功率传输，确保电能传输协议不冲突。如果发生协议冲突行为，电能发射器将终止功率传输。各种电能接收器的设计采用不同的方法来调整所要求的传输功率水平。三种常用的方法包括频率控制-初级线圈电流改变功率，频率依赖由于变压器的谐振特性-占空比控制-用驱动逆变器的占空比来改变初级线圈的电流幅值- 电压控制-用驱动电压来控制初级线圈电流幅值。这些方法的细节在第三节，总体误差控制策略在第五节。这个方法是电能
19、接收器传达它想要的工作点同实际的工作点的差给功率发射器，矫正初级线圈电流，减小误差。接近于零。本标准没有限制功率接收器如何得到工作点参数，如功率 ，电压，电流和温度。这就为电能接收器留下了可选择的功率接收控制策略。版本 1.0 系统描述无线电源传输，第 1 卷，第 1 部分，只是定义了电能接收器到电能发射器的通讯。第 6 部分定义了通讯接口。在物理面上，功率接收器与功率发射器间的通讯继续使用负载调制，这意味着功率接收器从两个不同的层面来解析它从发射器那里得到的功率（注意: 这些层面不是固定的，依赖于真正传输功率的大小）。功率接收器实际的负载调制模式是被预留下来，作为设计选择。电阻，电容，电感的
20、调制方案都是可能的。在逻辑层，通讯协议传递一系列的含相关数据的短信息。这些信息被包含在一个用简单的 UART 传递方式的数据包中。附录 A 提出了两个功率接收器的设计实例。第一个例子展示的是直接用整流电压从次级线圈用恒流或恒压的方式给一个锂电池充电。第二个例子用调整后的电能在功率接收器的输出设计为电压源输出。版本 1.0 系统描述无线电源传输，第 1 卷，第 1 部分，没有定义一个功率发射器应该检测一个放在感应面上的对象。附录 B 讨论了几种功率发射器可用的方法，一些方法能使功率发射器实现使用非常低的待机功耗-如没有功率接收器放在感应面上，或者功率接收器在上面，但不需要功率传输。附录 C 讨论的几个关于处理 B 类的功率发射器上功率接收器在感应面上的定位的例子。特别是这些实例描述怎样为有效区域找到最佳位置-功率发射器通过这些区域提供功率给接收器-还有怎样识别多个紧密间隔的功率接收器。最后，附录 D 讨论了一种功率发射器应如何检测在接口表面足够接近的有效区域以至于干扰功率传输的异物。这种异物的典型例子是身边常见的金属，如硬币，钥匙，回形针等。如果这样的小金属接近了有效感应区，它会因振荡磁场产生的感应电流而加热。为了防止不安全的事情发生，功率发射器应该在这些金属的温度上升到不可接受之前终止功率传输。
