無線充電標準三分天下，一顆芯片如何保障充電安全？

在上周的“英飛凌 OPTIGA™ Trust Charge 解決方案媒體交流會”上，英飛凌科技安全互聯(lián)系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)市場經理張慶峰介紹了當前無線充電市場的現(xiàn)況和挑戰(zhàn)以及未來的趨勢和機遇，并針對即將發(fā)布的Qi 1.3無線充電標準探討了相關安全芯片產品及方案。

無線充電產業(yè)發(fā)展現(xiàn)況

1.產業(yè)規(guī)模成長喜人

2018年以來，各大手機廠商均發(fā)布了搭載了無線充電功能的智能手機，打響了無線充電產業(yè)的第一槍。緊接著5G技術成熟，物聯(lián)網概念發(fā)展，驅使著無線充電產品向更便攜、高效、快速、靈動的方向發(fā)展，并逐漸成為新一代消費電子升級的首要選擇之一。

尤為重要的是，新能源汽車企業(yè)也展開了實質性的無線充電布局，無線充電的應用范圍得以進一步擴大?？梢灶A見的是，無線充電產業(yè)未來的市場規(guī)模會隨著消費電子終端產品的延伸而不斷增長。

根據(jù)第三方咨詢公司預計，2019年中國無線充電行業(yè)市場規(guī)模將達到62億美元，未來五年(2019-2023)年均復合增長率約為27.92%，2023年將達到166億美元。

2019年9月開始，隨著蘋果、華為、小米對無線充電雙向快充的研發(fā)和落地，以及無線充電標準的統(tǒng)一、技術的成熟和市場的推廣，包括解決了設備通用性和兼容性的問題，無線充電增速有望突破上述數(shù)值。

2.標準三分天下，Qi標準成主流

回顧整個無線充電產業(yè)，“標準不統(tǒng)一”是第一個產業(yè)挑戰(zhàn)。

據(jù)英飛凌張慶峰觀察，最初整個無線充電的競爭可謂群雄混戰(zhàn)，技術蓬勃發(fā)展，但標準一直沒有統(tǒng)一。直到近年來才基本明確了三個方向，分別是：

• 第一種：緊密耦合方式，也叫電磁感應。代表有WPC（無線充電聯(lián)盟）的Qi標準，工作范圍是在110-205KHz低頻頻段。目前市面主流的消費級電子產品都幾乎在跟進WPC標準。2020年底，Qi標準最新標準——Qi1.3版本即將發(fā)布。
• 第二種：磁場共振方式。代表有AirFuel（A4WP與PMA整合之后的新聯(lián)盟），主要針對將來的電動汽車領域，充電時會通過相同頻譜磁場共振的方式進行電力傳輸，工作在6.78MHz頻段。
• 第三種：非耦合的方式（Uncoupled），通過包含射頻、超聲以及紅外等無線的方式進行電力傳輸。

“基于現(xiàn)有的標準，我們看好WPC的Qi標準發(fā)展趨勢，因其具備較好的兼容性和互通性，并且能更好地保障設備和用戶的安全。”張慶峰表示。調研機構Strategy Analytics數(shù)據(jù)顯示，在過去幾年里Qi相關市場穩(wěn)定增長。2019年Qi終端出貨量為4.65億臺，同比增長27%。盡管智能手機占據(jù)了最大的市場份額，但是具有無線充電功能的可穿戴設備的數(shù)量也在不斷增長。

3.安全風險突出

值得一提的是，WPC的準全新1.3版本強制要求對無線充電設備進行強加密身份驗證。這是因為近年來配備無線充電技術的電子設備越來越多，假冒偽劣的充電產品一直是個巨大的威脅。未經認證的充電器可能會損害設備的電池使用壽命，影響用戶體驗，甚至給品牌造成聲譽損失。

當然，在WPC的準全新1.3版本中，并非所有的產品都被強制要求。對于所有大于5W的發(fā)射端設備才要求有基于硬件安全的身份鑒權，具體可參考下圖。

無線充電安全為何如此重要？

肯定會有讀者疑問，我自個無線充電，能有多少安全隱患？

事實上，如果是購買官方正版的無線充電器，風險自然不大，頂多是設備的老化問題。但市面上已經出現(xiàn)了不少“山寨”無線充電器，外形與正版相似，僅憑肉眼難以區(qū)別。況且，使用不完全匹配的頻段充電會損壞手機電池壽命，甚至存在火災、爆炸等隱患。

此外，展望未來，無線充電器不僅可以給手機、手表等小型電子設備充電，還可以給中大型型的家用電器充電。最理想的場景是家里只有一個無線充電器底座，就可以給所有的電子設備充電，這樣不僅能減少家里的充電線數(shù)量、釋放空間，還能給家居嵌入更多智能化產品。但這對無線充電器的兼容性、安全性提出了更高的要求。

還有私有協(xié)議帶來的安全問題。在WPC Qi1.3標準推出之前，已有不少廠家采用私有化方案來保障安全，包括用軟件方案或協(xié)議包進行身份鑒權。這最大的問題是安全性低，容易被黑客破解和假冒偽劣。因此，“具有高效的安全保障”也是無線充電產業(yè)亟需解決的挑戰(zhàn)之一。

英飛凌推出無線充電的安全芯片

作為全球第一大安全芯片的供應商，英飛凌科技在本月初推出了業(yè)界首款用于實現(xiàn)安全無線充電的身份驗證解決方案——OPTIGA™Trust Charge。

據(jù)介紹，該款安全芯片是針對Qi 1.3無線充電標準的嵌入式安全解決方案，它的安全身份驗證可防止假冒和未經認證充電器，從而保護手機和用戶的安全。

該芯片可用于智能手機、耳機、平板電腦、可穿戴設備或健康科技設備等小型個人電子設備的無線充電器，充電功率可高達15W。同時具備以下三個特點：

第一，適用于Qi1.3最新無線充電標準。新的Qi 1.3標準要求充電器和待充電設備之間進行強加密身份驗證，以證明其真實性和符合標準。WPC仍在討論使用至少根據(jù)CC/EAL4+（高）認證的硬件安全元件的相關細節(jié)。而OPTIGA™ Trust Charge身份驗證芯片已通過通用標準EAL6+（高）認證，因此超過了Qi 1.3標準的安全性要求。

第二，超強安全性。英飛凌能夠在一個安全且經過認證的環(huán)境中提供WPC指定的證書和密鑰的個性化和注入，即可從晶圓級別注入密鑰，制造商無需額外投資建設安全生產環(huán)境。

第三，可為OEM提供全面的系統(tǒng)集成支持。由于OPTIGA™ Trust Charge是一款交鑰匙解決方案，它可以提供全面的系統(tǒng)集成支持，包括嵌入式軟件、主機軟件、開發(fā)板、參考板和文檔等，實現(xiàn)快速簡便的設計。

展望

就目前而言，無線充電的產業(yè)挑戰(zhàn)還有“充電效率”和“成本”兩方面。

對此張慶峰認為，從用戶的角度來看，目前的無線和有線充電效率相差不大，可能在某些應用場景下無線充電會稍遜一籌。但只要能滿足日常的基本使用需求，像40W、60W，那么無線充電的實際體驗是會更科技感一些。目前WPC已經在規(guī)劃Qi 1.4標準，按照Qi 1.4的標準應該會支持到60W充電功率，有望在未來一兩年后敲定。

至于成本問題，張慶峰相信，隨著產品更多的普及以及整個出貨量的增加，無線充電產品的價格一定會下降。而且對于英飛凌來講，因為自己本身具備許多安全芯片產品，在整個安全認證的流程以及合作伙伴方面有豐富經驗，所以成本并不會是一個大的問題。相反，英飛凌會給客戶以及合作伙伴提供最高安全等級的產品。

此外，據(jù)《國際電子商情》了解，除了消費類和工業(yè)類以外，英飛凌正在研發(fā)車載應用的特殊版本，并有望于2021年初推出。張慶峰介紹道: “英飛凌有四大事業(yè)部，最大的事業(yè)部就是ATV——汽車事業(yè)部。無線充電正是汽車事業(yè)部一個主要的目標市場。目前已經和美國、日本、中國的客戶一起針對車載無線充電專門做一些相應的方案開發(fā)。”

不過，車載級應用會比消費級和工業(yè)級有特定的要求，比如通過AEC-Q100安全認證，車載的電器特性、靜電ESD處理都有較大差別，而且每一家車廠都會有定制化的要求設置，這使得車載無線充電市場還有待挖掘。

最后，張慶峰樂觀地展望道：“總的來說，相信無論是汽車里的電子產品、還是給電動車本身充電，無論是前裝還是后裝市場，車載類的無線充電都會快速普及！”