文章目录
前言
无线充电是无需物理导线连接，通过电磁场隔空传递电能的技术，其中Qi基于电磁感应技术，使用发射端（Tx）线圈通高频交流电产生交变磁场为接收端（Rx）线圈感应磁场生成电流，整流后为电池供电。
本文介绍Qi-v1.3.3-introduction的内容。
一、介绍
手持设备的供电方式不断演进。最初，电器必须直接插入插座，工作范围受电源线长度限制。随后出现一次性电池，摆脱了电源线的距离限制。
近年来，可充电电池几乎取代了一次性电池，减少了购买、储存和丢弃大量电池的需要。但对于频繁使用的设备（尤其是智能手机），充电变成了每天插拔充电线的例行操作。
2011 年，首款 Qi 无线智能手机保护壳问世，不久后内置 Qi 无线支持的手机出现，开启了新的便利时代。Qi 无线设备只需放在 Qi 充电器上即可充电，设备保持无插拔状态，随时可用。随着 Qi 充电器在汽车、企业和公共场所的部署，人们不再需要担心电量耗尽或携带充电线。
Qi 无线充电器越来越普及，形式多样。主要有三类：桌面充电器、移动电源和嵌入式充电器。桌面充电器可以是充电板或支架；移动电源类似但内置电池，适用于无法插电的场合；嵌入式充电器可内置于家具、汽车、闹钟收音机、电脑显示器，或安装在餐厅、酒店房间等公共场所。最大需求来自家庭、汽车和办公室，但公共充电器的部署显著提升了大众认知度。
二、Qi 无线电力传输的工作原理
Qi 无线电力传输系统使用磁感应将能量从电力发射器产品（充电器） 传输到电力接收器产品（智能手机）。
这些产品内部包含电力发射器（PTx） 和电力接收器（PRx） 子系统，包括线圈以及处理通信和功率传输的电路。
Qi 无线电力传输规范的基本物理原理是磁感应：随时间变化的磁场会在适当放置的电感器中产生电动势。在 Qi 系统中，该电动势在线圈形电感器两端产生电压，用于驱动所连负载的电子电路。传统变压器利用相同效应，通过磁芯强耦合实现初次级间的感应电能传输。
Qi 系统与传统变压器类似，能量从第一线圈传输到第二线圈，但也有很大不同：两者间的磁耦合要低得多。传统变压器磁耦合系数接近 1，而 Qi 系统的典型磁耦合系数在 0.5 或以下。原因在于物理结构即 Tx 和 Rx 线圈的分离，低 k 值意味着漏感极大，所以在发射和接收线圈上串联或并联高品质电容（C），让漏感 Lk 和线圈自感 L 分别与电容在特定频率发生谐振，降低无功功率。
在 Qi 系统中，能量从 Qi 充电板中的电力发射器传输到 Qi 智能手机中的电力接收器。充电开始前，接收器和发射器相互通信，确认接收器设备能否被充电、是否需要充电、需要多少功率等。简言之，通信确保发射器产品向接收器产品进行适当的能量传输。该通信信道还可用于提供 SSID、蓝牙链接或唯一ID，以触发基于位置的服务。
充电开始时，发射器向其线圈通入交变电流，根据法拉第定律产生交变磁场。该磁场被接收器内部的线圈拾取，并通过功率变换器转换回直流电流，用于给电池充电。
磁场的一个关键特性是能够穿透任何非金属、非铁磁性材料，如塑料、玻璃、水、木材和空气。换句话说，发射器产品与接收器产品之间不需要电线和连接器。
三、Qi 无线电力传输特性
（一）、功率等级
Qi 规范适用于至少 5 W、架构上限约 30 W 负载功率的无线电力传输。发射器与接收器间实际可传输的功率量取决于它们在功率传输前的通信阶段中的协商结果。接收器请求适合其充电设备的功率量，发射器则提供所请求的功率。这种通信确保了 Qi 无线产品在 基础功率配置（≤ 5 W） 和 扩展功率配置（≤ 15 W） 下的互操作性。
例如：一个设计为用 15 W 发射器充电的接收器，如果放在 5 W 发射器上，可能会以较慢速率充电。反之，如果一个 5 W 接收器放在 15 W 发射器上，接收器会指示发射器传送不超过 5 W 的功率。
功率配置还描述了接收器和发射器之间的通信能力。最早的 Qi 规范（1.0 和 1.1 版）为 ≤5 W 的功率传输引入了一种简单的单向通信协议（接收器 → 发射器），现在称为 Baseline 协议。
Qi 规范 1.2 版引入了支持双向通信的 Extended 协议。该扩展通信协议支持增强的异物检测功能，适用于 ≤15 W 的功率传输。
（二）、工作频率
工作频率通常在 87 至 205 kHz 范围内。发射器可以（但不必须）使用工作频率来控制传输给接收器的功率大小。为此，发射器/接收器系统的频率响应通常在低频端附近有一个谐振点。较低工作频率导致传输功率较高，较高频率导致传输功率较低。
（三）、充电区域
Qi 规范的功率传输系统基于 发射器线圈外径 50 mm 和 接收器线圈外径 40 mm。实际的发射器和接收器实现可以偏离这些尺寸，只要能够通过所有相关的 Qi 合规测试。
典型使用场景中，接收器产品放置在发射器产品上表面，发射器线圈与接收器线圈对齐。理想情况下，为最大功率传输应完美对齐，但偏移几毫米（约 1/4 英寸）通常不会造成问题。
为了适应需要更大充电区域或对偏移容忍度更高的产品，规范允许发射器使用多个线圈组成阵列，例如三线圈充电支架，可与不同尺寸、不同线圈位置的接收器产品配合使用。制造商也可以提交新型线圈设计以纳入规范。
（四）、耦合要求
当一个线圈中的电流变化通过磁感应在另一线圈中产生电压时，即发生耦合。耦合最高（传输效率最高）的条件包括：
发射器与接收器使用完全相同的线圈，
完美对齐，
线圈间距小（小于线圈直径），
线圈外部有铁氧体屏蔽，
降低耦合（及效率）的条件包括：线圈尺寸/形状不同、偏移、间距过大、发射器产品上有异物。
（五）、通信协议
为建立并控制功率传输，发射器和接收器执行通信协议。接收器使用 幅移键控（ASK） 通过调制其反射阻抗来向发射器发送请求及其他信息。发射器使用 频移键控（FSK） 通过调制其工作频率向接收器提供同步等信息。
（六）、异物处理
发射器与接收器之间的交变磁场会在暴露于该磁场的导电材料中感应出涡流，导致这些材料发热。友好金属（用于制造发射器和接收器产品的金属部件）通常被磁场屏蔽，因而不会明显发热。但放置在磁场中的含导电材料的 异物（如硬币、钥匙、回形针等）不属于无线充电系统的一部分，也不受发射器或接收器产品的屏蔽保护。
注：某些特殊用途手机壳可能含有金属物体（如外部装饰或内部金属层），这些物体可能影响无线功率传输效率或完全阻止传输。
发射器和接收器都无法阻止异物被放入磁场，因为它们无法控制用户行为。但发射器和/或接收器必须检测到此类异物的存在，并采取适当措施防止异物升温至不可接受的高温。
通常，只有发射器对其磁场的范围和强度有足够了解，以判断是否存在异物。但复杂之处在于：发射器自身无法区分异物与屏蔽不足的友好金属。因此，为可靠检测异物，发射器需要从它所服务的每个接收器获取相应信息。Qi 规范定义了接收器为此必须提供的信息类型。但规范并未规定发射器必须采用单一的异物检测方法，而是通过合规性测试来验证发射器在一组参考场景中不会使一组参考异物过度发热。
四、参考资料
Qi-v1.3.3