無線充電標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)理張慶峰介紹了當(dāng)前無線充電市場的現(xiàn)況和挑戰(zhàn)以及未來的趨勢和機(jī)遇，并針對即將發(fā)布的Qi 1.3無線充電標(biāo)準(zhǔn)探討了相關(guān)安全芯片產(chǎn)品及方案。

無線充電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況

1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模成長喜人

2018年以來，各大手機(jī)廠商均發(fā)布了搭載了無線充電功能的智能手機(jī)，打響了無線充電產(chǎn)業(yè)的第一槍。緊接著5G技術(shù)成熟，物聯(lián)網(wǎng)概念發(fā)展，驅(qū)使著無線充電產(chǎn)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(fèi)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(shí)質(zhì)性的無線充電布局，無線充電的應(yīng)用范圍得以進(jìn)一步擴(kuò)大?？梢灶A(yù)見的是，無線充電產(chǎn)業(yè)未來的市場規(guī)模會隨著消費(fèi)電子終端產(chǎn)品的延伸而不斷增長。

根據(jù)第三方咨詢公司預(yù)計(jì)，2019年中國無線充電行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到62億美元，未來五年(2019-2023)年均復(fù)合增長率約為27.92%，2023年將達(dá)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(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一、技術(shù)的成熟和市場的推廣，包括解決了設(shè)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(biāo)準(zhǔn)三分天下，Qi標(biāo)準(zhǔn)成主流

回顧整個無線充電產(chǎn)業(yè)，“標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一”是第一個產(chǎn)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(shù)蓬勃發(fā)展，但標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)。代表有WPC（無線充電聯(lián)盟）的Qi標(biāo)準(zhǔn)，工作范圍是在110-205KHz低頻頻段。目前市面主流的消費(fèi)級電子產(chǎn)品都幾乎在跟進(jìn)WPC標(biāo)準(zhǔn)。2020年底，Qi標(biāo)準(zhǔn)最新標(biāo)準(zhǔn)——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(lǐng)域，充電時會通過相同頻譜磁場共振的方式進(jìn)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(jìn)行電力傳輸。

“基于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，我們看好WPC的Qi標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備和用戶的安全。”張慶峰表示。調(diào)研機(jī)構(gòu)Strategy Analytics數(shù)據(jù)顯示，在過去幾年里Qi相關(guān)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(jī)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(shè)備的數(shù)量也在不斷增長。

3.安全風(fēng)險(xiǎn)突出

值得一提的是，WPC的準(zhǔn)全新1.3版本強(qiáng)制要求對無線充電設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)加密身份驗(yàn)證。這是因?yàn)榻陙砼鋫錈o線充電技術(shù)的電子設(shè)備越來越多，假冒偽劣的充電產(chǎn)品一直是個巨大的威脅。未經(jīng)認(rèn)證的充電器可能會損害設(shè)備的電池使用壽命，影響用戶體驗(yàn)，甚至給品牌造成聲譽(yù)損失。

當(dāng)然，在WPC的準(zhǔn)全新1.3版本中，并非所有的產(chǎn)品都被強(qiáng)制要求。對于所有大于5W的發(fā)射端設(shè)備才要求有基于硬件安全的身份鑒權(quán)，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(shí)上，如果是購買官方正版的無線充電器，風(fēng)險(xiǎn)自然不大，頂多是設(shè)備的老化問題。但市面上已經(jīng)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(jī)電池壽命，甚至存在火災(zāi)、爆炸等隱患。

此外，展望未來，無線充電器不僅可以給手機(jī)、手表等小型電子設(shè)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(shè)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行身份鑒權(quán)。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(chǎn)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(yīng)商，英飛凌科技在本月初推出了業(yè)界首款用于實(shí)現(xiàn)安全無線充電的身份驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)的嵌入式安全解決方案，它的安全身份驗(yàn)證可防止假冒和未經(jīng)認(rèn)證充電器，從而保護(hù)手機(jī)和用戶的安全。

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

第一，適用于Qi1.3最新無線充電標(biāo)準(zhǔn)。新的Qi 1.3標(biāo)準(zhǔn)要求充電器和待充電設(shè)備之間進(jìn)行強(qiáng)加密身份驗(yàn)證，以證明其真實(shí)性和符合標(biāo)準(zhǔn)。WPC仍在討論使用至少根據(jù)CC/EAL4+（高）認(rèn)證的硬件安全元件的相關(guān)細(xì)節(jié)。而OPTIGA™ Trust Charge身份驗(yàn)證芯片已通過通用標(biāo)準(zhǔn)EAL6+（高）認(rèn)證，因此超過了Qi 1.3標(biāo)準(zhǔn)的安全性要求。

第二，超強(qiáng)安全性。英飛凌能夠在一個安全且經(jīng)過認(rèn)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(shè)安全生產(chǎn)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(jī)軟件、開發(fā)板、參考板和文檔等，實(shí)現(xiàn)快速簡便的設(shè)計(jì)。

展望

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

對此張慶峰認(rèn)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(yīng)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(shí)際體驗(yàn)是會更科技感一些。目前WPC已經(jīng)在規(guī)劃Qi 1.4標(biāo)準(zhǔn)，按照Qi 1.4的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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(chǎn)品更多的普及以及整個出貨量的增加，無線充電產(chǎn)品的價格一定會下降。而且對于英飛凌來講，因?yàn)樽约罕旧砭邆湓S多安全芯片產(chǎn)品，在整個安全認(rèn)證的流程以及合作伙伴方面有豐富經(jīng)驗(yàn)，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(chǎn)品。

此外，據(jù)《國際電子商情》了解，除了消費(fèi)類和工業(yè)類以外，英飛凌正在研發(fā)車載應(yīng)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(biāo)市場。目前已經(jīng)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(yīng)的方案開發(fā)。”

不過，車載級應(yīng)用會比消費(fèi)級和工業(yè)級有特定的要求，比如通過AEC-Q100安全認(rèn)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(shè)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?yán)锏碾娮赢a(chǎn)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！”