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，這兩個值相減，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 .