Qiワイヤレス充電 – 規格と適合性

技術面

• Qiは誘導型電力伝送方式を採用しており、5〜10 mmの距離で最適なエネルギー伝送を実現し、システム効率は70〜80 %に達します。

• 充電プロセスは、標準化されたコイル設計、通信プロトコル、および磁気アライメントにより、機器間の一貫した相互運用性を確保しています。

認証と安全性

• WPC認証および試験では、電力伝送効率、異物検出（FOD）、およびプロトコル適合性が認定試験所で検証されます。

• EMCおよび人体安全適合性には、EMC放射・イミュニティ試験、RF曝露評価、必要に応じたSAR評価が含まれます。

規制の見通し

• グローバル展開には、地域ごとの規制枠組みへの準拠が求められます。主要な要件には、CE（EU）、FCC（米国）、ISED（カナダ）、MIC（日本）、ANATEL（ブラジル）などが含まれます。

次のセクションでは、Qiワイヤレス充電の動作原理と主なシステム構成要素について説明します。

磁気誘導を利用して動作するQiワイヤレス充電は、いわば空芯トランスのように機能します。送電コイルが交流磁界を生成し、受電コイルに電圧を誘導します。誘導されたエネルギーは整流され、受電側で制御されてバッテリーを安全に充電します。

Qiシステムは、次の3つの主要要素で構成されています。

• 電力送信部（パッド）：Qi v1.xでは110～205 kHz、Qi 2では360 kHzで動作するコイルおよびフェライト構造を備えています。

• 電力受信部（デバイス）：スマートフォン、ウェアラブル端末、またはアクセサリー内部に統合されたコイルと整流回路により、誘導された交流を直流に変換し、温度保護や過電流／過電圧制御などの充電パラメータを管理します。

• 制御および通信ループ：負荷変調による双方向通信を介して、電力制御、デバイス識別、充電状態の更新、および異物検出（FOD）を行い、金属異物の不要な加熱を防止します。

Qiは、送信機と受信機の間の電力伝送動作を定義する4つの主要な電力プロファイルを規定しています。

• BPP（Baseline Power Profile）：最大5 W、標準的な誘導充電方式。

• EPP（Extended Power Profile）：最大15 W、より高効率で高速な充電が可能。

• MPP（Magnetic Power Profile）：最大25 W、固定式の磁気アライメント方式。

• APP（Active Alignment Power Profile）：最大25 W、動的なコイル位置合わせ機構を採用。

一部の受信機は、磁気アクセサリーやマルチコイル設計に対応するために、**MCPE（Mobile Communication Protocol for Energy）またはMCPM（Multiple Coil Power Management）**をサポートしています。

電力プロファイルの分類は、規制試験要件に直接影響します。高出力（15 W以上）の場合、より詳細なRF曝露評価が必要となり、国や地域によっては追加の評価基準が適用される場合があります。

Qi 2の進化

Qi 2は、磁気アライメントと高出力化を導入しながら、従来の互換性を維持しています。

• Qi 2.0（2023年）：結合効率を向上させるMagnetic Power Profile（MPP）を導入。

• Qi 2.2（2025年）：MPPの出力を25 Wに拡張し、Active Alignment（APP）を追加。さらに、USB-C統合の強化および異物検出（FOD）の改善が行われました。

すべてのQi 2プロファイルは、従来のQi v1.xデバイスとの完全な下位互換性を維持しており、世代を超えたシームレスな相互運用性を実現しています。

→ Qi v2.0～v2.2で定義された送信機（PTx）および受信機（PRx）の詳細構成については、Qiワイヤレス電力プロファイルをご覧ください。

Qiの充電セッションは、定義されたシーケンスに従って進行します。

• 検出と初期化（Detection & Initialization）：デバイスがパッド上に置かれると、送信機がその存在を検出します。

• 電力ネゴシエーション（Power Negotiation）：送信機と受信機がハンドシェイクを行い、対応する電力レベル（BPP、EPP、またはMPP）を判定します。

• 電力供給（Power Delivery）：送信機は、バッテリーが満充電になるか、設定された制限に達するまで段階的に電力を上昇させます。

電力伝送と効率

• 定格電力レベル（5 W、15 W、25 W）の安定した電力供給を確認します。

• 負荷条件下での最小効率基準と熱安定性を評価します。

相互運用性

• Qi認証デバイス間での高い互換性を確保します。

• 製品は、WPCのリファレンス送信機および受信機（ゴールデンユニット）を用いて検証されます。

異物検出（FOD）

• 金属物（コイン、指輪など）を検出し、危険な加熱を防止します。

• 標準化されたWPC FOD試験キットを使用して評価します。

通信プロトコル

• 初期化および充電中のデジタルハンドシェイク、タイミング、データパケットを検証します。

• 通信は負荷変調によって行われます。

安全機能

• 過温、電圧スパイク、またはデバイスの取り外し時に、適切にシャットダウンが作動することを確認します。

• 磁気結合およびコイル品質の確認も含まれます。

基本的な試験カテゴリーに加えて、WPC認証では、ワイヤレス充電の性能および安全性を左右する電磁パラメータも評価されます。

• 結合係数（k）：送電コイルと受電コイル間のエネルギー伝達効率を、位置合わせおよび距離に応じて定量化します。結合が強いほどエネルギー伝達効率が高まります。Qi2の磁気アライメントは、自由配置方式よりも安定した結合を実現します。

• ギャップ内磁束密度：コイル間の磁界強度が安全限界内に収まっていることを確認し、過度な電磁曝露を防止します。測定により、国際的なEMF安全基準への適合が検証されます。

• コイル品質係数（Q）：1サイクルあたりの蓄積エネルギーと損失エネルギーの比率を示します。Q値が高いほど抵抗損失が少なく、効率が高いことを意味します。WPC試験では、Q係数が規定要件を満たし、安定した動作に必要な帯域幅を維持していることを確認します。

• 変調指数：送信機と受信機間の負荷変調による通信の精度と安定性を決定します。試験では、さまざまな動作条件下で変調パラメータが許容範囲内にあることを確認し、電力ネゴシエーションおよび安全機能の信頼性を確保します。

これらの高度なパラメータは、Qi適合性の技術的基盤を形成するとともに、EMCおよび安全性能に関する規制評価にも関連します。
→ 詳細については、地域別の規制要件をご覧ください。

Qi認証において、認定試験所はWPCが正式に承認した唯一の完全自動化プラットフォーム、nok9 CATSIIなどのシステムを使用します。
これらのシステムには、標準化された送信機および受信機、電子負荷装置、ならびにすべての必要な試験項目を網羅する測定機器が含まれます。

多くの試験所では、開発段階の早い段階で潜在的な規制適合性の問題を特定するために、EMCプリスクリーニングも提供しています。
EMCおよびEMF試験要件の詳細については、EMCおよび人体安全適合性をご覧ください。

重要:
WPCによるQi認証は、相互運用性と安全性を保証しますが、CEマーキングやFCC認証などの法的な規制承認を代替するものではありません。これらの承認は別途取得する必要があります。

当社の認定試験所では、Qi v1.xからQi 2.2までの誘導式ワイヤレス給電デバイスに対し、完全な適合性試験を提供しています。

相互運用性検証、EMC試験、RF曝露評価、および複数国にわたる適合性評価を含みます。

→ Qiワイヤレス充電試験サービス