Qi (pronunciado / tʃ iː / CHEE ; [1] de la palabra china气qi ; chino tradicional : 氣) es un estándar de interfaz para la transferencia de energía inalámbrica mediante carga inductiva . El estándar permite que dispositivos compatibles, como teléfonos inteligentes , carguen sus baterías cuando se colocan en una plataforma de carga Qi, que puede ser efectiva en distancias de hasta 4 cm (1,6 pulgadas). [2]
El estándar Qi es desarrollado por Wireless Power Consortium . [1] Como estándar abierto universal, los dispositivos habilitados para Qi se pueden conectar 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] En diciembre de 2023 [actualizar], 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 planas . 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 potencia que comprende una bobina transmisora que genera un campo magnético oscilante ; el Dispositivo Móvil contiene un receptor de energía que sostiene 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 necesaria ]
Las estaciones base suelen tener una superficie plana, denominada superficie de interfaz, encima de la cual un usuario puede colocar uno o más dispositivos móviles. Existen dos métodos para alinear la bobina transmisora (parte de la estación base) y la bobina receptora (parte del dispositivo móvil) para que se produzca una transferencia de energía. En el primer concepto, denominado posicionamiento guiado, el usuario debe colocar el Dispositivo Móvil en un lugar determinado de la superficie de la Estación Base. Para ello, el Dispositivo Móvil proporciona una ayuda de alineación adecuada a 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 transmisora. Hay varias formas de lograr un posicionamiento libre. En un ejemplo, se utiliza un haz de bobinas transmisoras para generar un campo magnético únicamente en la ubicación de la bobina receptora. Otro ejemplo utiliza medios mecánicos para mover una única bobina transmisora debajo de la bobina receptora. Una tercera opción es utilizar una técnica llamada Generadores de Flujo Cooperativos Múltiples . [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 control y comunicaciones. El diagrama muestra la bobina transmisora (matriz) que genera el campo magnético como parte de la unidad de conversión de energía. 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 energía de entrada, el control de múltiples transmisores de energía y la interfaz de usuario. [ cita necesaria ]
Un receptor de energía comprende una unidad de captación de energía, así como una unidad de comunicaciones y control. De manera similar a la unidad de conversión de energía del transmisor, la Figura 1-1 ilustra la bobina receptora capturando el campo magnético de la unidad de captación de energía. Una unidad de captación de energía normalmente contiene una sola bobina receptora. Además, un dispositivo móvil normalmente contiene un único receptor de energía. La unidad de control y comunicaciones regula la potencia transferida al nivel 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 necesaria ]
Como ejemplo de la versión 1.2.2 de 2017 de la especificación Qi (mencionada anteriormente), el transmisor Qi de baja potencia de referencia A2 tiene una bobina de 20 vueltas (en dos capas) en una bobina plana, enrollada en una forma con un 19 mm de diámetro interior y 40 mm de diámetro exterior, con un escudo debajo de la bobina de hierro dulce de al menos 4 mm más de diámetro, lo que proporciona una inductancia de 24 ± 1 microhenrios. Esta bobina se coloca en un circuito resonante en serie.
Este circuito resonante en serie es luego accionado por una disposición de conmutación de puente H desde la fuente de CC; a máxima potencia, el voltaje en el condensador puede alcanzar los 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 necesaria ]
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-derivado) para modular la potencia entregada de acuerdo con el voltaje de la celda primaria. [ cita necesaria ]
Otros transmisores de carga Qi comienzan sus conexiones a 140 kHz, pero pueden cambiar de frecuencia para encontrar una frecuencia que coincida mejor, 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 natural La frecuencia de resonancia variará. Los diferentes diseños de referencia de Qi tienen diferentes disposiciones de bobinas, incluidos sistemas de bobinas ovaladas y de bobinas múltiples, así como redes de resonancia más complejas con múltiples inductores y condensadores. Estos diseños permiten un funcionamiento con frecuencia ágil a frecuencias de 105 a 205 kHz y con voltajes máximos de circuito resonante de hasta 200 voltios. [ cita necesaria ]
El diseño de referencia de hardware del receptor de alimentación Qi 1, también de la versión 1.2.2 de la especificación Qi, comienza con una bobina rectangular de cable de 44 mm × 30 mm de tamaño exterior, con 14 vueltas de cable y con un escudo 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 potencia de salida se toma a través del condensador de 1,6 nanofaradios . [ cita necesaria ]
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. La conmutación de la red T a través del condensador de 1,6 nanofaradios provoca un cambio significativo en la frecuencia de resonancia del sistema acoplado que el transmisor de potencia detecta como un cambio en la potencia entregada. [ cita necesaria ]
La salida de energía al dispositivo portátil se realiza a través de un puente de onda completa cableado a través del condensador de 1,6 nanofaradios; la energía generalmente se filtra con un capacitor de 20 microfaradios antes de enviarse al controlador de carga. [ cita necesaria ]
Otros receptores de potencia Qi utilizan moduladores de resonancia alternativos, incluida la conmutación de una resistencia o un par de resistencias a través del condensador resonador del receptor, tanto antes como después del puente rectificador. [ cita necesaria ]
El WPC publicó la especificación Qi de bajo consumo en agosto de 2009. [8] La especificación Qi se puede descargar gratuitamente después del registro. [9] Según la especificación Qi, las transferencias inductivas de "baja potencia" entregan potencia por debajo de 5 W mediante un acoplamiento inductivo entre dos bobinas planas . Estas bobinas suelen estar separadas por 5 mm, pero pueden estar hasta 40 mm y posiblemente más separadas. [10] La especificación de bajo consumo Qi ha pasado a llamarse Qi Baseline Power Profile (BPP). [ cita necesaria ]
La regulación del voltaje de salida se realiza mediante un bucle de control digital donde 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 mediante modulación de retrodispersión. En la modulación de retrodispersión, la bobina del receptor de potencia se carga, cambiando el consumo de corriente en el transmisor de potencia. Estos cambios actuales se monitorean y se demodulan en 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 actualmente ofrece de 30 a 65 W. Se espera que eventualmente admita hasta 200 W (normalmente utilizado 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. EPP también se utiliza normalmente para cargar dispositivos móviles como BPP. Las compañías telefónicas que apoyan el 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 OEM de teléfonos entreguen más que los 5 W del perfil de energía base o los 15 W del perfil de energía extendido. Actualmente, solo Samsung ha publicado su prueba de cumplimiento. [17] Otras compañías telefónicas que utilizan estándares propietarios para la carga inalámbrica rápida incluyen Apple, Huawei y Google. [ cita necesaria ]
Nokia adoptó Qi por primera vez en su Lumia 920 y Samsung Mobile en el Galaxy S3 (con soporte mediante un accesorio de cubierta trasera oficial de Samsung actualizable) en 2012, [18] el Google/LG Nexus 4 siguió ese mismo año. Toyota comenzó a ofrecer una base de carga Qi como opción de fábrica en su Avalon Limited 2013 , [19] y Ssangyong fue 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 Qi Hotspots 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 sistemas inductivos. estaciones de carga en ciudades metropolitanas importantes seleccionadas, [22] al igual que Virgin Atlantic , para el aeropuerto Heathrow de Londres en el 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 con respecto al 36% del año anterior) y el 20% la utilizaban; sin embargo, solo el 16% de ellos la utilizaban. eso diariamente. [25] El minorista de muebles IKEA introdujo a la venta lámparas y mesas con cargadores inalámbricos integrados en 2015, [26] y el Lexus NX obtuvo una plataforma de carga Qi opcional en la consola central. [27] Se estima que ese año se vendieron 120 millones de teléfonos con carga inalámbrica, [25] en particular el Samsung Galaxy S6 , que admitía tanto Qi como los estándares de la competencia Power Matters Alliance . [28] Sin embargo, la existencia de varios estándares de carga inalámbrica competitivos 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 , el iPhone 8 Plus y el iPhone X , serían compatibles con el estándar Qi. Desde entonces, cada nueva versión de iPhone admite el estándar de carga inalámbrica Qi. [30] Apple también anunció planes para ampliar el estándar con un nuevo protocolo llamado AirPower que habría agregado la capacidad de cargar múltiples dispositivos a la vez; sin embargo, esto fue cancelado el 29 de marzo de 2019. [31]
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