2017年2月13日 星期一

WPC Wireless Power Qi control flow (Qi控制流程)


WPC的Qi 定義了Power transmitter (TX)是如何偵測到Power Receiver(RX),到如何
建立起協議(Contract),進而供電。下面就是TX與RX的控制流程。



1. Selection
    在這個階段,TX會去偵測是否有物體被放置。物體有兩種,一種是RX,
    另外就是異物。TX會透過Ping來偵測是否物體是RX,RX在接收到TX給
    Digital ping後,就有足夠的電力來傳送自身的資訊給TX,TX再跟據進行
    identification & Configuration。
    

2. Ping
    Ping有兩種,一種是Analog Ping,另一種是Digital Ping。 為了降低TX在偵
    測物體放置的功耗,TX會先傳送耗電比較小的Analog Ping來偵測TX線圈
    上的電壓或電流。Analog Ping是加一段較低電壓的弦波電壓在TX線圈上,
    如果有異物或RX的線圈被放靠近TX線圈,這個弦波電壓就會衰減。TX
    由此判斷有物體在TX線圈上,這時TX再傳送Digital Ping,就是一個較大
    電壓振幅的訊號,RX線圈在接收到這個訊號後,這個訊號能提供電力讓
    RX IC啟動,並立即回覆"信號強度"的封包給TX,TX在接收到這個封包
    後,才會持續提供電力給RX。如果RX沒有回覆,TX就會停止提供電力。
    

3. Identification & Configuration
   當RX回覆""信號強度給TX後,RX便進到Identification & Configuration,這
   時RX會再回送"Identification"與"Configuration"封包給TX,讓TX得知RX的
   資訊。 Identification這個封包包括了RX是符合WPC spec的版本,RX制造商
   的WPC編號、RX的基本Device編號。如果"Ext" bit為"1",就表示RX會再多
   傳一個"Extended Device  Identifier"
   另外Configuration封包,包括了RX需要的maximum power value,  Window平
   均的參數。

Identification packet
  
Configuration packet


4.Power transfer 
   TX會基於RX傳送來的"Identification"& "Configuration"來建立Power transfer 
   contract。如果RX需要的Power小於等於5W,TX與RX就會直接進到Power 
   transfer mode,在這 個mode,TX就會開始供電給RX,RX可以直接輸出
   Power給它的負載。在這個階段,RX不停地偵測目前的情況,並回報下面
   這些命令給TX,TX就可以因應。

§ Control Error Packet.   
   RX回報Control Error的值給TX,TX就根據這個值來改變TX線圈的電流,
   調整TX輸出的 能量,直到Control Error的值為"0"。
§ Received Power Packet.   
   TX需要得知Power Loss,才能去判斷是否有FO(異物),如下面的公式,PT
   是TX的輸出功率,PR是RX接收到功率,這個值相減,就是Loss損失功率
   。所以RX要不停去回報PR,TX才能去更新Loss功率值。



§ Charge Status Packet.  
   如果RX裝置有搭載可充式能源儲存零件,例如電池。RX可以用這個封包來
   回報電池充電的狀態,0~100%。
§ End Power Transfer Packet.
   RX發送End Power Transfer封包給TX,要求結束Power transfer。此外也可以
   註明RX要求結束的原因,例如 Over current, Over Temperature, Charge 
   complete... 
§ Renegotiate Packet.
   RX發送Renegotiate封包給TX,來要求調整Power transfer contract。當TX同意
   後,就會進到Renegotiate階段。


Power transfer contract


5.Negotiation
  在Power transfer contract,如果RX需要超過5W的電力,就需要進行
   Negotiation。RX進到Negotiation階段後,可以送出Request來更新Power
   transfer contract,例如將Guaranteed Power從5W改到10W。在這個階
   段,RX也會傳送下面這些的命令,讓TX、RX可以得知彼此的資訊。

§ Specific Request Packet    
   這個Request用來改變Power transfer contract裡的spec。
§ General Request Packet    
   這個Rquest用來得知TX的資訊。
§ FOD Status Packet   
   RX發送這個命令,用來確認是否TX有偵測到FOD(異物)。
§ Proprietary Packet   
   這個廠商可以自行定義的,當RX得到TX的ID,並且能辨別到TX。 RX
   就可以用這個封包來   傳送特定的命令或資訊,此外TX也要建立這個
   封包的資訊,才能辨別這個封包。
§ WPID Packet   
   RX可以發送WPID(Wireless Power Identifier)給TX,這是獨一無二的辨
   識碼,讓TX可以辨別這個RX。
  

6.Calibration
   在Negotiation結束後,就會進到Calibration階段。在Power transfer階段,有提
   到Power loss的計算,這個階段主要是用來增進Power Loss估算的能力,可以
   讓FO的偵測更準確。由於各家TX、RX的機構設計、電路設計不同,使得TX
   傳送能量的能力與RX接收能量的能力也不同,這使得Power Loss計算的條件
   也不同。為了讓Power Loss的標準統一,就需要去校正PT、PR的功率值。校
   正的方式是分別在輕載(Light Load)與重載(Connected Load)來得到PT與PR,
   再用線性內插法(Linear interpolation)來得到校正常數a,b。在進到Power transfer
   mode後,PT、PR的值再用a,b值來校正,再去計算Ploss。TX才能判斷是否是
   FO。這部分的數學式可以去看Qi V1.2.2 spec 11.4.3 Calibration。























Reference:
1. WPC spec 1.2.2->   https://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/
    download-wireless-power-specification.html .










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