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Qi 1.3标准东风起 无线充电安全更升级
确保充电安全无虞

【作者: 王岫晨】2022年07月28日 星期四

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越来越多的手机和穿戴式装置都具备了无线充电功能,这使得无线充电应用持续创新,也为使用者带来更多产品价值和机会。例如,有无线充电功能的家俱、与驾驶保持安全距离的车载无线充电器,以及咖啡厅和餐厅等招待场所的便民充电站等。然而充电器必须设计合理,特别是在高功率的快充模式下,必须同时保护消费者的产品安全。一般来说,无线充电器在依照无线充电联盟(WPC)的WPC-Qi规范完成测试和认证後,便可以被授予Qi标章。


Qi 1.3标准


图一 : Qi 1.3是对Qi 1.2.4版本的重大升级,规定传送器和接收设备间必须进行硬体认证,以实现5W以上的功率传输。
图一 : Qi 1.3是对Qi 1.2.4版本的重大升级,规定传送器和接收设备间必须进行硬体认证,以实现5W以上的功率传输。

而为了确保高品质无线充电功率发射器的使用安全无虞,WPC发布了具备扩展功率设定档的Qi 1.3 标准。新规范为支援全方位服务的高安全性晶片认证设备,这将有助於创造新的应用需求。目前Qi 1.3规范强制要求增加带安全金钥配置的安全储存子系统(包括 X.509 证书),以密码方式验证认证功率发射器的来源和品质。


当把手机中的接收器放置在 Qi 1.3 功率发射器上时,最初可能接受5W充电或完全不充电。然後,在基於X.509的椭圆曲线加密(ECC)认证成功之後,证明充电器是获认可的标准设备之後,手机将可安全地接受15W充电,进而可以显着地缩短充电时间。


无线充电联盟的Qi 1.3版规范,要求在15W功率以下传送器和接收器间进行传输时需进行身份认证以提高安全性。为此,功率发射器也必须透过安全储存子系统来向电源接收器(如手机)进行自我验证。目前包括苹果、三星、小米等大多数主流智慧手机制造商,都采用WPC的Qi标准。


全新的Qi 1.3标准包含全新安全验证功能,可验证智慧手机或其他无线电源设备是否通过Qi认证,而如果检测到未通过认证的装置,可降低无线电源传输等级,以确保使用者安全,并保护装置免受损坏,也就是需要为无线电源发射器添加安全储存能力。


Qi 1.3是对Qi 1.2.4的重大升级,规定传送器和接收设备之间必须进行硬体的身份认证,以实现5W以上的功率传输。透过新的认证标准,设计人员可以确保接收15W功率时,手机所接收的是经由Qi认证传送器所发出的讯号,以确保安全。


一站式无线充电设计服务

Microchip针对Qi 1.3功率发射器,推出了结合安全金钥配置服务的工业级TrustFLEX ECC608和汽车级Trust Anchor TA100晶片方案。这解决解决方案是一体化安全储存子系统,包括消费产品和汽车系统的金钥配置。Microchip是WPC所认证的授权机构(CA),不仅提供了预配置安全储存子系统解决方案,以降低复杂性和缩短开发时间,而且代表Microchip客户对接WPC证书签发机构,处理整个金钥程序,以降低进入的技术门槛。


为了满足规范的要求,Microchip也推出Qi 1.3无线充电叁考设计,为汽车和消费性应用无线充电系统开发人员提供必要的工具和支援,加速新一代产品设计的无缝整合和认证过程。目前Microchip为汽车和消费者应用提供完整的认证叁考设计,包括应用微控制器(MCU)、Qi 1.3软体堆叠、支援密码库的安全储存子系统以及配置服务,可满足一站式的Qi 1.3解决方案需求。


Microchip指出,对於必须在紧迫时间推出认证Qi 1.3传送器的无线充电系统开发人员来说,三线圈Qi 1.3叁考设计为产品开发可提供很大优势。该叁考设计将安全储存子系统软体与无线电源MCU完全整合,同时具备整合客制拓璞结构和异物检测(FOD)功能的弹性。


针对汽车应用的叁考设计


图二 : 行车环境的无线充电安全性更应该被保障。(source:wpgholdings.com)
图二 : 行车环境的无线充电安全性更应该被保障。(source:wpgholdings.com)

恩智浦半导体(NXP Semiconductors)也推出汽车无线充电叁考设计,该设计通过WPC新制定的Qi 1.3标准认证。叁考设计包含通过Qi认证的电路板,和恩智浦无线充电MWCT系列微控制器,以及可选的NFC安全晶片与CAN/LIN收发器。此外,该解决方案还提供一个套装软体,其中包含恩智浦的无线充电Qi 1.3软体库,以及一套完整的可客制软体解决方案,能帮助开发人员加速让通过Qi认证的无线充电器上市。


汽车15W无线充电发射器的叁考设计包含完整的无线充电软体库,客户可根据目标无线充电应用类型进行定制,包括运用专有协议支援和单线圈或多线圈充电器,将行车的解决方案从5瓦扩展至15瓦及以上。


完整支援实现快速上市

英飞凌科技成功开发出一款车载无线充电安全解决方案:OPTIGA Trust Charge automotive, 符合WPC Qi 1.3版新标准,可以满足支援充电解决方案开发流程所需的应用需求,以及快速成长的Qi认证设备市场。OPTIGA Trust Charge automotive具有符合WPC协议的设置和撤销服务,以及符合Qi 1.3标准的加密功能,如ECDSA、NIST-P256和SHA-256等。该解决方案具有最高级别的安全性,是英飞凌车载无线充电开发的关键。此外,这款解决方案也通过了AEC-Q100 2级认证,可提供现场更新功能,并支援多达四个凭证链。


此外,OPTIGA Trust Charge automotive 还可让无线充电器或专用子系统的制造商,能够根据最新的Qi安全要求进行快速和简单的设计。它是一个完整的统包式解决方案,提供完整的系统整合支援,包括嵌入式软体、开发板、叁考板,以及用於快速和简便设计的文档,并可用於 Qi 1.3 ,实现快速上市时程。英飞凌也在高度安全的晶片生产厂中,预先安装了WPC专用的个性化金钥和证书,因此客户无需再针对安全基础设施进行投资。


保障行动装置无线充电安全

意法半导体(ST)利用一个便捷的Qi认证充电器验证方案,保障小型电子产品和行动装置的无线充电安全。只有通过验证,确定其为具备Qi标章的正品认证充电器,才能让产品的充电功率提升到5W以上,透过此一安全充电方式,ST正在加速无线充电市场的发展。STSAFE安全元件具有官方Qi证书,身份认证功能采用先进加密技术,能够准确识别充电器,并精准验证其是否为Qi认证的充电器。


而ST所推出之STWLC98高整合度无线充电接收器晶片,也能为各种携带式和行动装置带来更快速的无线充电,以及灵活的电量共用功能,适合家庭、办公室、工业、医疗保健和车载应用。当与STWBC2-HP发送器晶片搭配使用时,整套无线充电收发系统在确保系统效能的同时,还能提供最高70W的电能输出给接收端。


STWLC98可在30分钟内让配备大容量电池的高阶智慧手机充满电。此外,新产品将极快速和便利的充电商机,扩大到许多新的应用领域和环境中,免除电线、??座和连线的限制。非接触式充电还可让设计者简化产品外壳设计,降低设计成本和复杂性,同时推动新超薄设计款式问世,还可消除与??座相关的问题,例如??座的灰尘堆积问题。


结语

无线充电让消费者能够简单快速地为设备充电,因此从汽车安全到消费市场,对於无线充电系统的需求正在不断增加。市场上已有许多具备安全性的Qi 1.3叁考设计、工具和服务支援,都能够协助工程师快速进行Qi 1.3装置的设计和认证,进而加快产品上市时程,并简化终端产品认证过程。


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