Qi, Qi2 certification charge sans fil (WPC)
Guide, certification Qi charge sans fil
La charge sans fil sur les produits grand public est structuree autour de la specification Qi publiee par le Wireless Power Consortium (WPC), organisme industriel cree en 2008 qui regroupe aujourd'hui plusieurs centaines de fabricants, fondeurs, accessoiristes et laboratoires d'essais. Depuis les premiers deploiements commerciaux en 2010, Qi a connu trois generations principales: Qi 1.x avec les profils Baseline Power Profile (BPP, 5 W) et Extended Power Profile (EPP, jusqu'a 15 W), puis Qi2 introduit en 2023 avec le Magnetic Power Profile (MPP) base sur le reseau d'aimants d'alignement publie a l'origine par Apple sous la marque MagSafe, et enfin Qi v2.1 en 2025 qui etend MPP a des puissances plus elevees et consolide l'authentification. Cette page presente le cadre institutionnel, la famille de specifications Qi v2.1, le processus de certification aupres d'un Authorised Test Laboratory WPC, les regimes CEM et exposition humaine applicables, les exigences thermiques et de Foreign Object Detection, puis les pieges recurrents observes sur les projets emetteur et recepteur.
Le Wireless Power Consortium et la marque Qi
Section intitulée « Le Wireless Power Consortium et la marque Qi »Le Wireless Power Consortium est une association industrielle sans but lucratif enregistree aux Pays-Bas, fondee en decembre 2008 par un petit groupe de fabricants d'electronique grand public. Son mandat couvre la publication et la maintenance de la specification Qi, la gestion de la marque Qi et l'exploitation du programme de certification. Le WPC ne teste pas les produits lui-meme: il agree un reseau externe d'Authorised Test Laboratories (ATL) qui executent les Compliance Test Specifications (CT) et les Interoperability Test Specifications (IT).
Niveaux d'adhesion WPC
Section intitulée « Niveaux d'adhesion WPC »| Niveau | Perimetre type | Droits de vote | Acces aux specifications |
|---|---|---|---|
| Regular Member | Fournisseur de composants, integrateur, accessoiriste | Limites | Specifications publiques et documents reserves aux membres |
| Full Member | Participant actif dans les groupes de travail | Vote complet sur les ballots de specification | Drafts, errata, documents de support de conception |
| Adopter | Fabricant qui souhaite uniquement certifier | Pas de vote | Specifications finales et documents CT |
L'adhesion est une condition prealable au depot d'une demande de certification: un produit est enregistre contre le compte d'un membre. Les frais d'adhesion annuels et les frais de certification par produit sont publies dans la grille tarifaire WPC, accessible aux membres sur le site du consortium. Les frais par produit varient selon le profil (BPP, EPP, MPP) et selon le statut de la soumission (nouveau produit, derive, re-test apres modification).
Registre des produits Qi
Section intitulée « Registre des produits Qi »Chaque produit certifie Qi est inscrit au registre public WPC, avec un Qi ID, le nom du modele, le fournisseur, le profil et la puissance maximale certifiee. Le registre est interroge par les devices hotes qui implementent l'authentification Qi2, et par les integrateurs qui cherchent a valider la conformite d'un composant approvisionne sur le marche. Un produit retire du registre suite a une non-conformite perd le droit d'utiliser la marque Qi, meme si des unites sont encore en distribution.
La famille de specifications Qi v2.1
Section intitulée « La famille de specifications Qi v2.1 »La specification Qi v2.1, publiee en 2025, consolide les documents auparavant distribues entre Qi 1.3 et Qi2. Elle est structuree en quatre familles de documents normatifs.
| Famille | Code | Objet |
|---|---|---|
| System Description | SD | Architecture fonctionnelle, profils, communication, sequences de controle de puissance |
| Test Specifications | T | Methodes d'essais de reference (fixtures de test, instrumentation, etalonnage) |
| Compliance Test Specifications | CT | Criteres pass/fail detailles, patterns de test, exemples de rapports |
| Interoperability Test Specifications | IT | Cross-tests des recepteurs contre un pool de transmetteurs echantillons et vice versa |
Un produit certifiable est decrit dans la famille SD, evalue contre la famille CT en laboratoire, et valide bout en bout contre la famille IT sur un echantillon de produits pairs certifies. Une campagne CT seule ne garantit pas la certification: un echec IT contre un seul produit pair bloque l'emission du Qi ID jusqu'a la resolution de la cause racine.
Profils de puissance
Section intitulée « Profils de puissance »| Profil | Code | Puissance max | Alignement bobines | Statut |
|---|---|---|---|---|
| Baseline Power Profile | BPP | 5 W | Libre ou multi-bobines | Qi 1.x, conserve en Qi v2.1 |
| Extended Power Profile | EPP | jusqu'a 15 W | Libre ou multi-bobines, avec FOD | Qi 1.2.x, conserve en Qi v2.1 |
| Magnetic Power Profile | MPP | jusqu'a 15 W (Qi2), superieur en 2.1 | Reseau d'aimants imposant la position | Qi2 (2023), etendu Qi 2.1 |
Les trois profils peuvent coexister dans un meme device. Un recepteur smartphone moderne annonce typiquement BPP, EPP et MPP, et negocie avec l'emetteur le profil le plus eleve commun aux deux extremites.
Frequence de fonctionnement et communication
Section intitulée « Frequence de fonctionnement et communication »Le lien de transfert d'energie opere dans la bande 87-205 kHz, selon le profil et la charge en bobine. La communication recepteur vers emetteur utilise une modulation de charge a environ 2 kHz, codee en Differential Bi-phase. L'emetteur detecte cette modulation de charge sur son courant primaire et decode les Control Error Packets, les Received Power Packets, les Configuration Packets et les messages de fin de charge. L'emetteur n'a pas de canal retour direct: il adapte sa frequence de pilotage, son rapport cyclique ou sa tension en reponse aux messages recus.
Processus de certification
Section intitulée « Processus de certification »Le processus de certification d'un produit fini jusqu'au Qi ID se deroule typiquement en huit etapes. L'ordre varie marginalement selon le laboratoire mais le fond est impose par le WPC.
- Adhesion WPC. Souscrire l'adhesion au niveau choisi, obtenir les identifiants d'acces au portail de certification.
- Specification figee du produit. Reference bobine (inductance, facteur Q, bobinage), ferrite, condensateur, controleur, version firmware, enceinte mecanique. Toute modification ulterieure rouvre le processus.
- Pre-tests internes. Calibration de la FOD, cartographie thermique, mesure du facteur Q, pre-scan CEM dans la bande 9 kHz-30 MHz. L'objectif est de corriger les non-conformites evidentes avant de payer le labo.
- Reservation laboratoire. Choisir un Authorised Test Laboratory (Allion, UL, TUV Rheinland, Element, MET, Bureau Veritas CPS, autres) reconnu pour le profil cible. Prevoir plusieurs semaines de delai selon la periode.
- Campagne Compliance Test (CT). Execution des documents CT correspondant au produit (CT-PTx pour un emetteur, CT-PRx pour un recepteur), incluant FOD, thermique, communication, rendement de puissance, alignement mecanique.
- Campagne Interoperability Test (IT). Cross-tests contre un pool d'echantillons de produits certifies: un emetteur est verifie contre un ensemble de recepteurs, un recepteur contre un ensemble d'emetteurs. Le pool est maintenu par le WPC.
- Soumission WPC. Les rapports CT et IT sont televerses sur le portail WPC, revus par l'equipe technique du consortium. Les commentaires et demandes de clarification sont geres par echange de messages.
- Emission du Qi ID et inscription au registre. Une fois le dossier accepte, le WPC emet un Qi ID, inscrit le produit au registre public et autorise l'usage de la marque Qi sur l'emballage et la documentation.
Pour la vue transversale plus large, voir delais de certification et couts de certification.
Foreign Object Detection (FOD)
Section intitulée « Foreign Object Detection (FOD) »La FOD est la fonction de securite centrale de Qi. Sans elle, un objet metallique place dans le champ s'echauffe par induction et peut atteindre des temperatures dangereuses en quelques secondes.
Methodes de detection
Section intitulée « Methodes de detection »| Methode | Principe | Statut en Qi v2.1 |
|---|---|---|
| Power-loss accounting | L'emetteur compare la puissance delivree avec la puissance acquittee comme recue, et deduit la perte attribuee a un objet etranger | Methode historique, conservee |
| Q-factor measurement | L'emetteur mesure le facteur de qualite de sa bobine primaire avant et pendant la charge, detecte la baisse causee par un objet metallique | Complement obligatoire en EPP et MPP |
| Resonance shift | L'emetteur mesure le decalage de la frequence de resonance cause par l'objet etranger | Optionnel, utilise en cross-check |
| NFC-based detection | L'emetteur balaye la presence de tags NFC dont la reponse indique qu'une carte a puce ou un passeport est present | Optionnel, recommande pour les pads d'accessoires |
La combinaison power-loss et Q-factor est le standard pratique en EPP et MPP. Une methode seule ne suffit plus pour passer la CT pour ces profils en Qi v2.1.
Pre-tests d'objets standardises
Section intitulée « Pre-tests d'objets standardises »Les documents CT prescrivent un panel d'objets etrangers standardises places sur l'emetteur, avec mesure des temperatures maximales atteintes par thermocouple ou camera thermique. Le panel type inclut:
- piece de 1 et 50 centimes EU (reference faible cout, cas d'usage recurrent),
- piece dime et quarter US (marche US),
- anneau de porte-cles (acier),
- trombone (volume reduit, faible couplage, limite de detection),
- carre de papier d'aluminium (faible masse, couplage tres eleve),
- rondelle acier (masse moyenne).
Chaque objet est positionne tour a tour au centre de la bobine active, avec l'emetteur en regime nominal. La temperature atteinte apres 30 minutes d'exposition doit rester inferieure au seuil fixe par le laboratoire (typiquement 65 a 70 degres C selon la version du document CT). Un test passe est enregistre avec une photographie et une cartographie thermique.
Facteur Q, resonance et tests specifiques Qi
Section intitulée « Facteur Q, resonance et tests specifiques Qi »Au-dela de la puissance recue, la campagne CT caracterise plusieurs parametres intrinseques de la bobine emettrice ou receptrice.
| Parametre | Definition | Valeur typique |
|---|---|---|
| Inductance bobine | Inductance primaire ou secondaire a la frequence de fonctionnement | 6-12 microhenry |
| Facteur de qualite (Q) | Rapport entre energie stockee et energie dissipee par cycle | 80-200 |
| Frequence de resonance | Frequence propre du tank LC | 100-150 kHz pour BPP, ajustee pour MPP |
| Temperature de reference | Temperature de la bobine en pleine puissance | depend du profil et de la duree |
La derive du facteur Q entre prototype et serie est une cause d'echec recurrente. Un changement de fournisseur de ferrite, l'insertion d'une piece metallique dans le boitier ou une evolution du layout sur la carte controleur peut faire chuter le Q d'un facteur deux, empecher la calibration FOD et provoquer des echecs IT contre certains recepteurs.
Voir aussi
Section intitulée « Voir aussi »- UWB et certification FiRa Consortium
- MFi (Made for iPhone), certification des accessoires Apple
- Certification accessoires Amazon AVS et Google Cast
- USB-IF: certification USB-C, USB4 et USB Power Delivery
CEM a 87-205 kHz
Section intitulée « CEM a 87-205 kHz »Le transfert d'energie Qi n'est pas un service radio, mais il produit des harmoniques sur toute la bande 9 kHz-30 MHz qui sont mesurees au titre de plusieurs regimes.
Regimes applicables par region
Section intitulée « Regimes applicables par region »| Region | Regime regulatoire | Norme applicable | Commentaire |
|---|---|---|---|
| Etats-Unis | FCC Part 18 (equipements ISM) | FCC Part 18 | Emissions conduites en alimentation, emissions rayonnees selon bande ISM |
| Union europeenne | Directive CEM, eventuellement RED pour une radio embarquee | EN 300 330 ou EN 303 417 | Specification des systemes inductifs courte portee |
| Union europeenne (electromenager) | Directive CEM | EN 55014 | Appareils electromenagers et similaires (depend du positionnement produit) |
| Japon | Radio Law, notification MIC obligatoire pour certaines puissances | Conditions techniques inductives Telec | Encheres publiques de gestion du spectre Qi depuis 2018 |
| Coree | Radio Research Agency, marquage KC | Serie KS C 9618 | Alignement coreen sur la spec Qi |
Le pre-scan CEM de premier ordre couvre la bande 9-150 kHz (emissions LF, bruit ambiant tres faible, tres sensible aux modes de commutation), la bande 150 kHz-30 MHz (emissions conduites selon CISPR 11 ou 22), et la bande 30-300 MHz emissions rayonnees ou le ringing sur la commutation transitoire peut emerger. Un pre-scan rayonne en laboratoire ouvert, avant la campagne CEM formelle, evite souvent une visite de labo perdue.
Articulation avec la pile CEM environnante
Section intitulée « Articulation avec la pile CEM environnante »Le produit ne s'arrete pas a Qi. Un produit grand public fini inclut typiquement du Bluetooth (hote, accessoire), du Wi-Fi (hote) et du NFC en plus de Qi. Chaque radio apporte son enveloppe CEM propre, avec des risques d'interaction dans les harmoniques. Voir qualification Bluetooth SIG et tests RED.
Exposition humaine et ICNIRP
Section intitulée « Exposition humaine et ICNIRP »A 87-205 kHz, le mecanisme biologique dominant est la stimulation nerveuse par champ electrique induit, pas l'effet thermique SAR qui domine aux frequences GHz. Les niveaux de reference applicables viennent d'ICNIRP 2010 (1 Hz a 100 kHz) et ICNIRP 1998 (100 kHz a 300 GHz), interpolees a la frequence de fonctionnement Qi.
| Region | Reglementation | Type de limite |
|---|---|---|
| UE | Recommandation 1999/519/CE public general, Directive 2013/35/UE travailleurs | Niveaux de reference ICNIRP 2010 |
| Etats-Unis | FCC 47 CFR Section 1.1310 | Maximum Permissible Exposure (MPE), environnement non controle |
| International | ICNIRP 2010 puis 2020 (au-dessus de 100 kHz) | Restriction de base en champ E induit |
En pratique, un pad BPP de 5 W avec recepteur au contact reste conforme by design: le champ s'effondre de plusieurs ordres de grandeur en quelques centimetres. Pour un emetteur MPP de 15 W, la verification est plus poussee et peut requerir une mesure type SAR realisee sur un fantome representatif de la partie du corps exposee.
Securite thermique et IEC 62368-1
Section intitulée « Securite thermique et IEC 62368-1 »La surface accessible a l'utilisateur d'un emetteur Qi ou d'un recepteur de charge est soumise aux limites de temperature de la IEC 62368-1:2023. Le tableau 38 de la norme fixe les limites selon la categorie de surface (metal, plastique, verre) et selon la duree d'accessibilite. Un pad de charge sans fil en fonctionnement normal est traite comme une surface constamment accessible, avec une limite stricte (typiquement 48 degres C sur metal, 60 degres C sur plastique).
Qi ajoute son propre plafond thermique, souvent plus restrictif que 62368-1, avec mesure en plusieurs points definis de la surface de l'emetteur (centre de bobine, bobine peripherique pour les pads multi-bobines, voisinage immediat du circuit controleur). L'echec sur un point thermique 62368-1 est la deuxieme cause d'echec de certification EPP et MPP, apres la FOD.
Pour la partie batterie d'un recepteur de charge, voir IEC 62133 et UN 38.3 sur la securite des cellules et leur transport.
Pads multi-bobines et free positioning
Section intitulée « Pads multi-bobines et free positioning »Un pad multi-bobines embarque deux, trois ou plus de bobines primaires, reparties sur la surface pour offrir un veritable positionnement libre a l'utilisateur. L'emetteur detecte laquelle de ses bobines couple le mieux avec le recepteur et l'active. Les conceptions multi-bobines apportent plusieurs defis additionnels en certification:
- Diaphonie entre bobines: une bobine non active peut coupler vers un objet etranger pose sur elle, ce qui impose d'etendre la FOD a l'ensemble des bobines, et pas seulement a la bobine active.
- Activation selective: l'algorithme de decision d'activation doit etre deterministe et valide pour tout le perimetre des positions du recepteur, y compris les diagonales et les bords.
- Calibration du Q-factor: chaque bobine a son propre Q, ses propres parametres de calibration FOD, sa propre temperature de reference.
- Enveloppe CEM elargie: plus il y a de bobines actives, plus le spectre d'harmoniques rayonnees est etendu, avec un risque d'intermodulation aux sommes et differences des frequences de fonctionnement.
Les conceptions multi-bobines ajoutent un cout mesurable a la campagne de certification, autant en CT qu'en IT.
Authentification Qi2 et la PKI WPC
Section intitulée « Authentification Qi2 et la PKI WPC »Qi v2.1 introduit un Authenticated Key Exchange (AKE) optionnel ancre sur la racine de confiance WPC Root CA. Chaque produit conforme embarque une chaine de certificats X.509 signee par le WPC, telechargee lors de la certification et stockee de maniere sure dans le controleur.
Principe de fonctionnement
Section intitulée « Principe de fonctionnement »- Le recepteur demande a l'emetteur un profil de puissance superieur a 5 W.
- L'emetteur demande au recepteur la chaine de certificats via le canal de modulation de charge a 2 kHz.
- Le recepteur transmet sa chaine de certificats, signee par une CA intermediaire WPC et in fine par la WPC Root CA.
- L'emetteur valide la chaine contre sa copie locale du certificat WPC Root.
- Si la validation reussit, l'emetteur autorise le profil demande. Sinon il limite le point de fonctionnement a 5 W (BPP) ou refuse la charge.
Les primitives cryptographiques utilisent ECDSA sur P-256, avec hashing en SHA-256. L'echange doit s'achever en quelques secondes par le canal de 2 kHz, ce qui impose un soin particulier au codage des messages. Le certificat est provisionne dans le recepteur en production, dans un secure element ou dans la memoire protegee du controleur.
Implications pratiques
Section intitulée « Implications pratiques »- Provisionnement ligne de production: chaque recepteur recoit un certificat unique, signe par le WPC lors de la certification ou par une CA deleguee. Le provisionnement est une etape critique qui doit etre concue des le debut.
- Contrefacons: un produit non certifie ne peut pas generer de chaine valide. La protection est efficace contre les clones generiques, mais elle n'arrete pas un contrefacteur qui reutiliserait un certificat genuine vole (revocation et certificate transparency restent sous gouvernance WPC).
- Compatibilite descendante: un emetteur Qi v2.1 doit toujours charger un recepteur Qi 1.x a 5 W, sans authentification. L'authentification n'est requise que pour debloquer les puissances superieures.
Pour le contexte cybersecurite IoT plus large, voir EN 303 645 et CRA.
Pieges frequents
Section intitulée « Pieges frequents »| Piege | Consequence |
|---|---|
| FOD non calibree en ligne de production | Variabilite du seuil de detection d'objet metallique, echec EPP intermittent |
| Q-factor derive par une piece metallique du boitier | Q inferieur au seuil de calibration, FOD impossible, retour conception |
| Pre-scan CEM ignore en 87-205 kHz | Emissions rayonnees fondamentale et seconde harmonique hors limites, decouverte tardive en labo formel |
| Polarite des aimants Qi2 inversee | Pas de contact magnetique, recepteur impossible a aligner avec un emetteur iPhone MagSafe ou autre Qi2 |
| Compatibilite MagSafe revendiquee sans certification Qi2 | Risque de contrefacon de marque, action Apple possible, retrait de l'ecosysteme Apple |
| Certificat recepteur non unique par unite | Confusion d'identification, revocation impossible sans retirer un lot complet |
| Marge thermique insuffisante sur le boitier | Limite 62368-1 atteinte en EPP, certification refusee |
| Radio Bluetooth ou Wi-Fi non isolee de la bobine | Modulation parasite du signal radio par le champ magnetique, echec RED sur la radio embarquee |
Pour aller plus loin
Section intitulée « Pour aller plus loin »- MFi made for iPhone: le programme accessoires d'Apple, partiellement aligne avec Qi2 pour MagSafe
- IEC 62133 et UN 38.3: cellules et transport, le pendant batterie d'un recepteur Qi
- IEC 61000-4-3 immunite rayonnee: pendant immunite CEM des emissions Qi
- Qualification Bluetooth SIG: pour les produits combinant Qi et Bluetooth
- Delais de certification: ordres de grandeur transverses par phase
- Glossaire: definitions de BPP, EPP, MPP, FOD, facteur Q, ATL, AKE, WPC Root CA
Sources & références
- Wireless Power Consortium, Qi specification documents , Wireless Power Consortium www.wirelesspowerconsortium.com/knowledge-base/specifications/
- WPC public product registry (Qi certified products database) , Wireless Power Consortium www.wirelesspowerconsortium.com/products/
- FCC 47 CFR Part 18, Industrial, Scientific, and Medical Equipment , FCC www.ecfr.gov/current/title-47/chapter-I/subchapter-A/part-18
- EN 300 330, Short Range Devices in 9 kHz to 25 MHz, inductive loop systems , ETSI www.etsi.org/deliver/etsi_en/300300_300399/300330/
- EN 303 417, Wireless power transmission systems in 19-21 kHz, 59-61 kHz, 79-90 kHz, 100-300 kHz, 6 765-6 795 kHz frequency ranges , ETSI www.etsi.org/deliver/etsi_en/303400_303499/303417/
- ICNIRP Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz to 100 kHz) , ICNIRP www.icnirp.org/en/publications/article/lf-guidelines-2010.html
- IEC 62368-1:2023, Audio/video, information and communication technology equipment, safety requirements , IEC webstore.iec.ch/publication/72082