本技术博客由展现了 GRL 独家技术网络研讨会【新的 Qi2 技术特性和2024年的合规考虑因素】的专家为您呈现。想收到未来活动的通知，欢迎订阅 GRL 电子报。
无线充电联盟（WPC）的 Qi 无线充电标准从 2022 年起进入快速发展阶段。Qi 2.0 版于2023年正式发布，改进了传统的基准功率协定（BPP），扩展功率协定（EPP），同时也介绍了全新的磁功率协定（MPP），通过排列优化确保所有设备能提供 15W 的充电速度。此外，WPC 也正在把无线充电技术扩展到厨房电器 (Ki)、电动汽车 (EV) 和制造机器人等行业。
让我们一起来了解 MPP 功率损耗核算 (MPLA)、LQK 测量、异物检测等 Qi2 合规性所需的流程。
Qi2 与 Qi 功率协定对比
对于制造商来说，了解 Qi 和 Qi2 标识所支持的功率协定非常重要。在 Qi2 标志下，所有传输器（Tx）和接收器（Rx）设计都必须支持 MPP 功率协定。同时也必须支持 BPP 功率协定确保向后兼容。其中，Rx 验证支持是可选项目，而 Tx 验证支持是强制项目。
BPP 和 EPP 等传统电源配置文件仅支持 Qi 标识。这意味该设备可以支持 1.3.3 或 2.0 版 Qi 规范的 BPP 或 EPP 电源配置文件。
Qi 和 Qi2 电源配置的差异。
MPP 功率损耗核算 (MPLA)
硬币、信用卡，钥匙等常见物品掉落在电源传输器（PTx）和电源接收器（PRx）之间有可能导致充电器过热，对户带来安全风险。为了预防这种情况，MPP Power Loss Accounting（MPLA）功能增强了异物检测功能。一旦检测到在传输器（PTx）和接收器（PRx）之间有异物存在，传输器会重新协商到较低的功率，避免异物变得过热，也确保用户安全。该过程因仍继续为设备充电而被成为 “尽力充电”。
计算 MPLA 的公式
MPLA 使用以下功率损耗计算公式，帮助发射机估算电力传输路径之间存在的 “异物 ”造成的功率损耗：
传输器测量其发射功率（PIN），然后减去传输路径上的所有已知损耗，最后减去接收器接收到的功率。已知功率损耗与实际损耗之间的任何差异都是由于功率传输路径中存在的异物造成的。
传输器 (PTX_FM) 和接收器 (PFM_RX) 中使用的多个金属物体确实会消耗一些功率，从而导致功率传输过程中的功率损耗，这些金属损耗称为友好金属损耗。(PTX_FM) 和 PFM_RX 金属物体损耗合并计算为 PFM_Loss。
友好金属损耗合并为一个术语
友好金属损耗根据系统模型计算得出。保持线圈间功率传输所需的直流偏置磁化电流。此外，为了适应现实世界中发射机和接收机的差异，在计算友好金属损耗时还考虑了生态系统比例因子。
生态系统比例和校正因子
另一方面，PTx_circuit_loss 和 PRx_circulit loss 高度依赖于设计；这些参数将由各自的发射器和接收器制造商的功率损耗估算来考虑。与其他参数相比，线圈损耗的计算略显复杂，因为它取决于线圈参数和配对互感特性。此外，这些参数受到规范的严格控制，以便 PTx 和 PRx 线圈尽可能准确地显示系统模型。在合规性测试中，分别以 Golden Rx (GTPR) 和 Golden Tx (GTPT) 线圈为参照，使用 Tx 和 Rx 线圈的配对 LQK 测量来测量这些配对参数。PTx 和 PRx 使用 MPLA 协议交换这些敏感的 MPLA 参数信息。
MPLA 协议
在配置和协商阶段，PTx 和 PRx 之间交换 MPLA 协议数据，PTx 在功率传输阶段使用这些信息来估计异物。
配置阶段
- PRx 向 PTx 发送功率测量窗口和偏移量
协商阶段
在协商阶段，PTx 和 PRx 交换 MPLA 参数。
- PRx 向 PTx 发送 gCoil Rx 请求
- PTx 向 PRx 发送 gCoil、Rx
- PRx 发送 Alpha FM DC、Alpha_FM 和 gCoilTx
功率传输阶段
PRx 使用从 PTx 接收到的参数，计算接口接收到的功率（假设没有异物），并在功率传输阶段使用 “功率损耗核算 ”数据包将计算出的接口接收到的功率发送给 PTx，根据 MPLA 方程从发射机输入功率（PIN）中减去所有已知损耗后，估计功率与实际功率之间的任何差值均视为功率传输路径中存在的友好金属造成的。这可用于功率内 FOD 检测。
用着也可以在 GRL 的无线功率 Tx 测试解决方案中如下所示地选择 [功率损耗核算] 和 [ACK 数据包]，根据感兴趣的协议进行过滤。
- Rx 发送 PLA 数据包 PTx。估计将接收到的功率基于参考消光线圈以及整流器的功率。
- 如果 Tx 不发送 ACK，Rx 也不会增加负载功率
- 如果 Tx 发送 ACK，Rx 将以 1W 或更小的增量提升功率
异物检测方法与程序
异物检测主要采用两种方法： 功率前和功率内异物检测。在通电前阶段，传输器会计算露天 Q 值。明显的露天 Q 值变化将在传输器中被登记为异物的存在。要注意的是，放置在 PTX 上的 PRX 也可能被误触为异物存在。为了避免这种情况，PTX 只会在没有收到异物的 ASK 响应情况下将 Q 值偏移定性为异物。收到确认的 PTX 将公布安全运行功率级别，以预先降低风险。当 Tx 收到估计接收功率（Pest_rx）和来自 Rx 的整流功率时，就会进行功率 FOD 检测。在此基础上，Tx 会估算潜在的异物功率 (Pfo)。如果 Pfo 值超过设定门限，传输器将调整功率传输，并重新协商一个更安全的工作功率。
LQK 参数和线圈磁边界
线圈和友好金属损耗在很大程度上取决于配对耦合特性（LQK），而配对耦合特性又是指配对电感线圈的关键电气观测指标。该术语的定义如下：
- L = 配接电感线圈的电感参数 LlTX 和 LlRX。
- Q = 品质因数 QlTX 和 QlRX
- R = 反作用参数 Ki 和 Kr Ki
以确保认证设备之间的互操作性，MPP 磁边界（MPPMB）也被定义。
LQK 与 MPP 磁边界之间的关系图
在 Qi2 无线充电中，MPP 磁边界 (MPPMB) 是设备互操作性信心的关键。该边界包括多个层次：GRL 等认证工具供应商在合规性测试中提供的 GTPT 和 GTPR 磁对的微小范围；以及 Tx 线圈与 GTPR 和 Rx 线圈与 GTPT 磁对（设备与黄金对边界）的更宽边界。在此范围内的设备不仅符合标准，还能提供卓越的 FO 预测和现场可解释性。符合标准可确保各种 Qi2 设备的无缝操作和可靠的用户体验。
GTPT 和 GTPR 对之间的误差极小，在 WPC 授权测试实验室进行合规性测试时用于 LQK 测量。下一个边界存在于 Tx 線圈 vs GTPR 和 Rx 線圈 vs GTPT 线对之间。(器件与黄金线对边界）。如果设备和黄金配对符合这些限制，则其 Tx 和 Rx 配对也应符合这些界限。在边界内的设备配对参数也可望具有更好的 FO 预测和良好的互操作性。
LQK 测量测试程序
在 WPC 授权测试实验室进行 LQK 测量的线圈准备提示
确保至少有两条线圈焊接了额外的电缆和 SMA 连接器，以便连接到 LCR 测试夹具上进行 LQK 测量。保留一条附加电缆和 SMA 连接器，用于测量焊接到线圈上的附加电缆的寄生值。最后，确保您的 Tx 或 Rx 线圈包装完好，以便固定在测试夹具上。
LQK 测量测试程序设置示例
程序
- 在 360KHz 频率下执行 LCR 校准（打开和关闭）
- 在 360KHz 频率下鉴定测试夹具（电感和电阻）： L’tx、L’rx、R’tx、R’rx、L’rm、R’rm
- 确定线圈引线的特性
- 使用电气中心找到 0,0 位置
- 将 Tx 和 GRx 线圈置于配对位置
- 调整线圈位置（在 x 和 y 方向），确定互感最小的电气中心。
注意： 该位置与磁性附件的配合不同。磁性连接位置称为 “磁性中心”。
- 测量 L’tx、L’rx、R’tx、R’rx、L’rm、R’rm
- 将 Tx 线圈向 X 或 Y 方向移动 2 毫米（从电气中心），并在 Tx 和 Rx 线圈之间放置一个 2 毫米的间隔。此位置称为 (2,2)
- 测量 L’tx、L’rx、R’tx、R’rx、L’rm、R’rm
- 对 128KHz 重复同样的过程
- 根据计算结果与限值进行比较
注意：由于线圈设计有可能显著改变测试结果，建议在进行测试前确保线圈设计最佳。
观看完整的网络研讨会录像，进一步了解 LQK 测量设置。
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关于作者
Rajaraman Venkatachalam
协议与电源解决方案执行副总裁
Raja 在 GRL、泰克、英特尔和 Prodigy Technovations 从事技术开发工作超过 23 年。Raja 参与开发新技术并帮助公司在产品设计中采用这些技术，在硅片后验证方法、开发电气和协议合规性测试解决方案方面拥有深厚的经验，并且是包括 USB 和 Qi 在内的多种技术的专家。
