無線充電標準三分天下，一顆晶片如何保障充電安全？

從產品形態來看，科技的發展史是從有線到無線的變遷。例如網絡，八九十年代人們只能通過電話線撥號上網，但如今已經處處離不開蜂窩網絡、Wi-Fi等無線網絡；又例如耳機，有線耳機在風靡全球超百年後正式走進「無線時代」，藍牙、TWS等方案層出不窮，一度被視為新的「消費風向標」。至於下一個被「無線化」的產品已經浮出水面——無線充電，有望開啟百億級消費市場。

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繫統事業部大中華區市場經理張慶峰介紹了當前無線充電市場的現況和挑戰以及未來的趨勢和機遇，並針對即將發布的Qi 1.3無線充電標準探討了相關安全晶片產品及方案。

無線充電產業發展現況

1.產業規模成長喜人

2018年以來，各大手機廠商均發布了搭載了無線充電功能的智慧型手機，打響了無線充電產業的第一槍。緊接著5G技術成熟，物聯網概念發展，驅使著無線充電產品向更便攜、高效、快速、靈動的方向發展，並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，新能源汽車企業也展開了實質性的無線充電布局，無線充電的應用範圍得以進一步擴大。可以預見的是，無線充電產業未來的市場規模會隨著消費電子終端產品的延伸而不斷增長。

根據第三方諮詢公司預計，2019年中國無線充電行業市場規模將達到62億美元，未來五年(2019-2023)年均複合增長率約為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和落地，以及無線充電標準的統一、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值。

2.標準三分天下，Qi標準成主流

回顧整個無線充電產業，「標準不統一」是第一個產業挑戰。

據英飛凌張慶峰觀察，最初整個無線充電的競爭可謂群雄混戰，技術蓬勃發展，但標準一直沒有統一。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（無線充電聯盟）的Qi標準，工作範圍是在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版本即將發布。
• 第二種：磁場共振方式。代表有AirFuel（A4WP與PMA整合之後的新聯盟），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。

「基於現有的標準，我們看好WPC的Qi標準發展趨勢，因其具備較好的兼容性和互通性，並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數據顯示，在過去幾年裡Qi相關市場穩定增長。2019年Qi終端出貨量為4.65億臺，同比增長27%。儘管智慧型手機佔據了最大的市場份額，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，並非所有的產品都被強制要求。對於所有大於5W的發射端設備才要求有基於硬體安全的身份鑑權，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。但市面上已經出現了不少「山寨」無線充電器，外形與正版相似，僅憑肉眼難以區別。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、手錶等小型電子設備充電，還可以給中大型型的家用電器充電。最理想的場景是家裡只有一個無線充電器底座，就可以給所有的電子設備充電，這樣不僅能減少家裡的充電線數量、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。

還有私有協議帶來的安全問題。在WPC Qi1.3標準推出之前，已有不少廠家採用私有化方案來保障安全，包括用軟體方案或協議包進行身份鑑權。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」也是無線充電產業亟需解決的挑戰之一。

英飛凌推出無線充電的安全晶片

作為全球第一大安全晶片的供應商，英飛凌科技在本月初推出了業界首款用於實現安全無線充電的身份驗證解決方案——OPTIGA™Trust Charge。

據介紹，該款安全晶片是針對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。

該晶片可用於智慧型手機、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，適用於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CC/EAL4+（高）認證的硬體安全元件的相關細節。而OPTIGA™ Trust Charge身份驗證晶片已通過通用標準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，製造商無需額外投資建設安全生產環境。

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

展望

就目前而言，無線充電的產業挑戰還有「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，那麼無線充電的實際體驗是會更科技感一些。目前WPC已經在規劃Qi 1.4標準，按照Qi 1.4的標準應該會支持到60W充電功率，有望在未來一兩年後敲定。

至於成本問題，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。而且對於英飛凌來講，因為自己本身具備許多安全晶片產品，在整個安全認證的流程以及合作夥伴方面有豐富經驗，所以成本並不會是一個大的問題。相反，英飛凌會給客戶以及合作夥伴提供最高安全等級的產品。

此外，據《國際電子商情》了解，除了消費類和工業類以外，英飛凌正在研發車載應用的特殊版本，並有望於2021年初推出。張慶峰介紹道: 「英飛凌有四大事業部，最大的事業部就是ATV——汽車事業部。無線充電正是汽車事業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。」

不過，車載級應用會比消費級和工業級有特定的要求，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製化的要求設置，這使得車載無線充電市場還有待挖掘。

最後，張慶峰樂觀地展望道：「總的來說，相信無論是汽車裡的電子產品、還是給電動車本身充電，無論是前裝還是後裝市場，車載類的無線充電都會快速普及！」