Qi (pronunciado / tʃ iː / CHEE ; [1] del chino simplificado :气; chino tradicional :氣; pinyin : qì ) es un estándar de interfaz para la transferencia de energía inalámbrica mediante carga inductiva . El estándar permite que los dispositivos compatibles, como los teléfonos inteligentes , carguen sus baterías cuando se colocan en una plataforma de carga Qi, lo que puede ser efectivo en distancias de hasta 4 cm (1,6 pulgadas). [2]
El estándar Qi es desarrollado por el Wireless Power Consortium . [1] Como estándar universal y abierto , los dispositivos compatibles con Qi pueden conectarse a cargadores Qi de cualquier fabricante.
Qi se lanzó por primera vez en 2008 y en 2017 se incorporó a más de 200 teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos. [3] A diciembre de 2023 [update], hay 351 fabricantes que trabajan con el estándar, incluidos Apple , Asus , Google , Huawei , LG Electronics , Samsung , Xiaomi y Sony . [4]
En enero de 2023, el consorcio anunció Qi2, que actualizará el estándar existente e incluirá una conexión magnética basada en la tecnología MagSafe de Apple . [5] El 19 de abril de 2023, Wireless Power Consortium lanzó el estándar Qi2. [6]
Los dispositivos que funcionan con el estándar Qi se basan en la inducción electromagnética entre bobinas planares . Un sistema Qi consta de dos tipos de dispositivos: la estación base, que está conectada a una fuente de energía y proporciona energía inductiva, y los dispositivos móviles, que consumen energía inductiva. La estación base contiene un transmisor de energía que comprende una bobina transmisora que genera un campo magnético oscilante ; el dispositivo móvil contiene un receptor de energía que contiene una bobina receptora. El campo magnético induce una corriente alterna en la bobina receptora mediante la ley de inducción de Faraday . El espaciamiento cercano de las dos bobinas garantiza que la transferencia de energía inductiva sea eficiente. [ cita requerida ]
Las estaciones base suelen tener una superficie plana, denominada superficie de interfaz, sobre la que un usuario puede colocar uno o más dispositivos móviles. Existen dos métodos para alinear la bobina de transmisión (parte de la estación base) y la bobina de recepción (parte del dispositivo móvil) para que se produzca una transferencia de energía. En el primer concepto, denominado posicionamiento guiado, un usuario debe colocar el dispositivo móvil en una ubicación determinada de la superficie de la estación base. Para este fin, el dispositivo móvil proporciona una ayuda de alineación que es apropiada para su tamaño, forma y función. El segundo concepto, denominado posicionamiento libre, no requiere que el usuario coloque el dispositivo móvil en alineación directa con la bobina de transmisión. Existen varias formas de lograr el posicionamiento libre. En un ejemplo, se utiliza un conjunto de bobinas de transmisión para generar un campo magnético solo en la ubicación de la bobina de recepción. Otro ejemplo utiliza medios mecánicos para mover una sola bobina de transmisión debajo de la bobina de recepción. Una tercera opción es utilizar una técnica denominada generadores de flujo cooperativo múltiple . [7]
La Figura 1-1 ilustra la configuración básica del sistema. Como se muestra, un transmisor de potencia incluye dos unidades funcionales principales: una unidad de conversión de potencia y una unidad de comunicaciones y control. El diagrama muestra la bobina de transmisión (matriz) que genera el campo magnético como parte de la unidad de conversión de potencia. La unidad de control y comunicaciones regula la potencia transferida al nivel que solicita el receptor de potencia. El diagrama también demuestra que una estación base puede contener numerosos transmisores, lo que permite colocar varios dispositivos móviles en la misma estación base y cargarlos de forma inductiva hasta que cada una de sus baterías esté completamente cargada. Finalmente, la unidad del sistema en el diagrama comprende todas las demás funciones de la estación base, como el suministro de potencia de entrada, el control de varios transmisores de potencia y la interfaz de usuario. [ cita requerida ]
Un receptor de potencia comprende una unidad de captación de potencia, así como una unidad de comunicaciones y control. De manera similar a la unidad de conversión de potencia del transmisor, la Figura 1-1 ilustra la bobina receptora como la que captura el campo magnético de la unidad de captación de potencia. Una unidad de captación de potencia contiene típicamente una sola bobina receptora. Además, un Dispositivo Móvil típicamente contiene un solo receptor de potencia. La unidad de comunicaciones y control regula la potencia transferida al nivel que es apropiado para los subsistemas (por ejemplo, batería) conectados a la salida del receptor de potencia. Estos subsistemas representan la funcionalidad principal del Dispositivo Móvil. [ cita requerida ]
Como ejemplo de la versión 1.2.2 de 2017 de la especificación Qi (mencionada anteriormente), el transmisor de baja potencia Qi de referencia A2 tiene una bobina de 20 espiras (en dos capas) en una bobina plana, enrollada en un molde con un diámetro interior de 19 mm y un diámetro exterior de 40 mm, con un blindaje debajo de la bobina de hierro dulce al menos 4 mm más grande en diámetro que da una inductancia de 24 ± 1 microhenrios. Esta bobina está colocada en un circuito resonante en serie.
Este circuito resonante en serie es entonces accionado por un dispositivo de conmutación de puente en H desde la fuente de CC; a plena potencia, el voltaje en el capacitor puede alcanzar 50 voltios. El control de potencia es automático; la especificación Qi requiere que el voltaje real aplicado sea controlable en pasos al menos tan pequeños como 50 milivoltios. [ cita requerida ]
En lugar de regular a la baja el voltaje de carga en el dispositivo, los cargadores Qi que cumplen con la referencia A2 utilizan un controlador PID (proporcional-integral-derivativo) para modular la potencia suministrada de acuerdo con el voltaje de la celda primaria. [ cita requerida ]
Otros transmisores de carga Qi comienzan sus conexiones a 140 kHz, pero pueden cambiar de frecuencia para encontrar una frecuencia con una mejor coincidencia, ya que la inductancia mutua entre las bobinas del transmisor y del receptor variará según la distancia de separación entre las bobinas del transmisor y del receptor, y por lo tanto, la frecuencia de resonancia natural variará. Diferentes diseños de referencia Qi tienen diferentes disposiciones de bobinas, incluidos sistemas de bobinas ovaladas y de múltiples bobinas, así como redes de resonancia más complejas con múltiples inductores y condensadores. Estos diseños permiten un funcionamiento ágil en frecuencia a frecuencias de 105 a 205 kHz y con voltajes máximos de circuito resonante de hasta 200 voltios. [ cita requerida ]
El diseño de referencia de hardware del receptor de potencia Qi 1, también de la versión 1.2.2 de la especificación Qi, comienza con una bobina rectangular de alambre de 44 mm × 30 mm de tamaño exterior, con 14 vueltas de alambre y con un blindaje magnético encima de la bobina. Esta bobina está conectada a un circuito resonante paralelo con un par de condensadores (de 127 nanofaradios en serie y 1,6 nanofaradios en paralelo). La salida de potencia se toma a través del condensador de 1,6 nanofaradios . [ cita requerida ]
Para proporcionar un canal de comunicaciones digitales al transmisor de potencia, se puede conmutar un modulador de resonancia que consta de un par de condensadores de 22 nanofaradios y una resistencia de 10 kΩ en una configuración T a través del condensador de 1,6 nanofaradios. Conmutar la red T a través del condensador de 1,6 nanofaradios provoca un cambio significativo en la frecuencia resonante del sistema acoplado que es detectado por el transmisor de potencia como un cambio en la potencia suministrada. [ cita requerida ]
La salida de energía al dispositivo portátil se realiza a través de un puente de onda completa conectado a través del capacitor de 1,6 nanofaradios; la energía normalmente se filtra con un capacitor de 20 microfaradios antes de ser entregada al controlador de carga. [ cita requerida ]
Otros receptores de energía Qi utilizan moduladores de resonancia alternativos, que incluyen la conmutación de una resistencia o un par de resistencias a través del condensador resonador del receptor, tanto antes como después del rectificador de puente. [ cita requerida ]
El WPC publicó la especificación de bajo consumo de Qi en agosto de 2009. [8] La especificación de Qi se puede descargar de forma gratuita después de registrarse. [9] Según la especificación de Qi, las transferencias inductivas de "bajo consumo" proporcionan una potencia inferior a 5 W mediante el acoplamiento inductivo entre dos bobinas planas . Estas bobinas suelen estar separadas por 5 mm, pero pueden estar hasta 40 mm y posiblemente más. [10] La especificación de bajo consumo de Qi ha cambiado de nombre a Perfil de potencia base de Qi (BPP). [ cita requerida ]
La regulación del voltaje de salida se realiza mediante un bucle de control digital en el que el receptor de potencia se comunica con el transmisor de potencia y solicita más o menos potencia. La comunicación es unidireccional desde el receptor de potencia al transmisor de potencia a través de una modulación por retrodispersión. En la modulación por retrodispersión, la bobina del receptor de potencia se carga, lo que cambia el consumo de corriente en el transmisor de potencia. Estos cambios de corriente se controlan y se demodulan para obtener la información necesaria para que los dos dispositivos funcionen juntos. [2]
En 2011, el Wireless Power Consortium comenzó a ampliar la especificación Qi a potencia media. [11] A partir de 2019, el estándar de potencia media ofrece actualmente de 30 a 65 W. Se espera que con el tiempo admita hasta 200 W (normalmente se utilizan para herramientas eléctricas portátiles, aspiradoras robóticas, drones y bicicletas eléctricas). [12]
En 2015, el WPC también demostró una especificación de alta potencia, llamada "Ki", que entregará hasta 1 kW, lo que permitirá alimentar electrodomésticos de cocina, entre otros servicios públicos de alta potencia. [9]
En 2015, WPC introdujo la especificación Qi Extended Power Profile (EPP) que admite hasta 15 W. El EPP también se utiliza normalmente para cargar dispositivos móviles como BPP. Las compañías telefónicas que admiten EPP incluyen LG , Sony , Xiaomi y Sharp . [13] [14] [15] [16]
WPC introdujo la Extensión de suministro de energía patentada (PPDE) para permitir que los fabricantes de equipos originales (OEM) de teléfonos ofrezcan una potencia superior a los 5 W del Perfil de potencia base o los 15 W del Perfil de potencia extendido. Actualmente, solo Samsung ha publicado su prueba de cumplimiento. [17] Otras compañías telefónicas que utilizan estándares propietarios para la carga inalámbrica rápida incluyen a Apple, Huawei y Google. [ cita requerida ]
Nokia adoptó por primera vez el sistema Qi en su Lumia 920 y Samsung Mobile en el Galaxy S3 (compatible con un accesorio de cubierta posterior oficial de Samsung que se podía adaptar posteriormente) en 2012, [18] y más tarde ese mismo año le siguió el Google/LG Nexus 4. Toyota comenzó a ofrecer una base de carga Qi como opción de fábrica en su Avalon Limited 2013 , [19] siendo Ssangyong el segundo fabricante de automóviles en ofrecer una opción Qi, también en 2013. [20]
A medida que el estándar Qi ganó popularidad, comenzaron a surgir puntos de acceso Qi en lugares como cafeterías, aeropuertos, estadios deportivos, etc. [21] En 2012, The Coffee Bean and Tea Leaf , una importante cadena de café de EE. UU., anunció planes para instalar estaciones de carga inductiva en importantes ciudades metropolitanas seleccionadas, [22] al igual que Virgin Atlantic , para el Aeropuerto Heathrow de Londres del Reino Unido , [23] y el Aeropuerto Internacional John F. Kennedy de la Ciudad de Nueva York . [24]
En 2015, una encuesta encontró que el 76% de las personas encuestadas en los Estados Unidos y China conocían la carga inalámbrica (un aumento del 36% del año anterior), y el 20% la usaba; sin embargo, solo el 16% de ellos la usaban a diario. [25] El minorista de muebles IKEA introdujo lámparas y mesas con cargadores inalámbricos integrados para la venta en 2015, [26] y el Lexus NX obtuvo una plataforma de carga Qi opcional en la consola central. [27] Se estima que se vendieron 120 millones de teléfonos con carga inalámbrica ese año, [25] en particular el Samsung Galaxy S6 , que admitía tanto Qi como los estándares de la Power Matters Alliance . [28] Sin embargo, la existencia de varios estándares de carga inalámbrica en competencia todavía se consideraba una barrera para la adopción. [28]
A principios de 2017, Qi había desplazado a otros estándares competidores como Rezence . [29] El 12 de septiembre de 2017, Apple anunció que sus nuevos teléfonos inteligentes, el iPhone 8 , iPhone 8 Plus y iPhone X , serían compatibles con el estándar Qi. Desde entonces, cada nueva versión de iPhone ha sido compatible con el estándar de carga inalámbrica Qi. [30] Apple también anunció planes para expandir el estándar con un nuevo protocolo llamado AirPower que habría agregado la capacidad de cargar múltiples dispositivos a la vez; sin embargo, esto se canceló el 29 de marzo de 2019. [31]