무선충전기는 어떻게 충전이 되는가?

무선충전기는 어떻게 충전이 되는가?

 

 

무선 충전이란?

무선 충전에 대해서는 이미 알고 계시는 분이 많으리라 생각됩니다.

무선 충전은 커넥터 및 금속의 접점 등을 통하지 않고, 전력을 전달하는 기술입니다.

비접촉 충전 및 비접촉 전력 전송 등이라고도 합니다.

무선 충전 기술은 충전 시 전원 코드가 필요없으며, 기기 커넥터의 안전성 · 방수성 · 방진성의 향상이 기대됩니다. 또한, 표준 규격을 사용함으로써 1개의 충전 장치로 다양한 단말기에 사용할 수 있어, 보급이 주목을 받고 있습니다.

 

1. 무선 충전의 메리트

휴대기기 충전 시, 기존에는 어댑터를 사용하여 유선으로 충전하는 방법이 일반적으로 상용되었습니다. 또한, USB로 충전하는 방법도 주로 사용합니다.

이러한 기존 방법은 커넥터를 기기에 삽입함으로써, 케이블을 경유하여 전력을 공급합니다.

그러나, 무선 충전은 충전대에 올려두는 것만으로 충전이 가능합니다.

커넥터가 필요하지 않아, 기기의 방수성 및 신뢰성이 향상되고, 커넥터의 불량으로 인한 문제가 없습니다.

또한, 디자인 중심의 제품 설계도 가능하게 됩니다.

이러한 무선 충전기가 보급되면, 외출 시 어댑터 및 케이블을 들고 다닐 필요없이 다양한 기기를 충전할 수 있습니다.

< 무선충전의 계통도 >

 

2. 무선 충전 방식

무선 충전에는 다양한 방식이 존재합니다.

대표적인 방식은 하기 표를 참조하여 주십시오.

 

■전자 유도 방식

Tx측과 Rx측 사이에서 발생하는 유도 자속을 이용하여 전력을 송전하는 방식으로, 일반적인 무선 충전 방식입니다. 회로 구성이 간단하여, 소형 및 저비용으로 실현할 수 있습니다.

또한, 고효율이라는 점이 특징입니다.

전송 거리가 짧고, 장착 위치의 영향을 받기 쉽다는 점이 단점입니다.

 

■자계 공명 방식

TX측과 Rx측의 공진기를 자계 공명시켜, 전력을 전송하는 방식입니다.

전송 거리가 긴 경우 사용되어, EV (전기자동차)의 충전 용도로서 개발이 추진되고 있습니다.

효율 향상이 과제입니다.

 

■전계 결합 방식

Tx측과 Rx측에 각각 전극일 마주보게 배치하여, 캐패시터를 형성, 높은 주파수로 전기를 입력하면 맞은편 전극에도 전기가 흐르는 현상 (고주파 전류)을 통해 전송하는 방식입니다.

전자 유도 방식과 동등한 짧은 전송 거리이지만, 장착 위치의 영향을 그다지 받지 않아, 충전부의 발열이 적은 점이 특징입니다.

고전압 발생의 변압기 두께가 커진다는 점이 단점입니다.

 

■전파 수신 방식

Tx측에서 전류를 전자파로 변환, Rx측에서 안테나를 통해 전자파를 수신하여, 정류 회로에서 직류 전류로 변환하는, 전자계를 이용하여 전력을 전달하는 방식입니다. 전송 거리는 수m로 긴 반면, 효율이 나쁘다는 점이 단점입니다.

 

3. 전자 유도 방식의 동작 원리

앞서 기술한 바와 같이, 무선 충전에는 다양한 방식이 존재하며, 그 중에서 전자 유도 방식이 가장 일반적입니다. 전자 유도 방식은 회로 구성이 간단하여, 고효율이 특징입니다.

 

V =−𝑁（∆Φ/∆𝑡） ＜패러데이의 전자 유도 법칙＞

（∆Φ/∆𝑡는 미세시간 ∆𝑡로 코일을 통과하는 자속Φ의 변화）

 

< 마주보는 1차 코일과 2차 코일 >

 

코일의 합니다.

2차측에는 이 자속을 방해하는 유도 기전력이 발생합니다.

이 때, 2차측에 발생하는 전력을 기기의 충전에 이용할 수 있습니다.

Tx의 1차측 코일은 충전대에 탑재되어, 충전대측을 트랜스미터라고 합니다.

Rx의 2차측 코일은 휴대기기에 해당하며, 리시버라고 합니다.

이는 무선 충전 (전자 유도 방식)의 기본적인 구성입니다. 실제로 제품화를 위해서는 효율, 송전 거리, 충전 안정성 등을 최적화해야 합니다.

< 트랜스미터와 리시버 >