무선 충전의 종류와 원리

스마트폰이나 로봇청소기, 드론 등과 같은 현대 전자기기에 무선 충전이 우리에게 익숙해진지는 오래되었다.

하지만 그 원리가 무엇인지는 자세히 알아볼 생각을 못했던 것 같다.

 

무선 충전의 종류와 각각의 원리에 대해 알아보자.

 

무선 충전은 자기 유도 방식, 자기 공명 방식, 전자기파 방식으로 총 3가지가 대표적이다.

 

1. 자기 유도 방식

도선에 전류가 흐르면 도선 주위로 자기장이 발생하는데 전류가 또 다른 코일을 1차 코일 위에 접근시키게 되면 전자기 유도 법칙에 따라 2차 코일에도 전류가 흐르게 된다.

 

송신부에는 전자기장을 발생시키기 위한 1차 코일이 내장되며, 수신부에는 유도전류를 수신하기 위한 2차 코일이 내장되어 있다.
송신부 전기를 통하게 해 주면 코일에 전류가 흘러 자기장이 발생하고 이 자기장이 수신부 코일에 유도 전류를 발생시킨다.

2. 자기 공명방식

동일한 주파수에서만 에너지가 전달되는 원리를 이용한 방법으로 원거리 무선 전력 전송이 가능하다.

3. 전자기파 방식

송신부에서 전자기파를 직접 발생시켜 송신부에서 이를 수신한 후 전력으로 변환하는 방식이다.
일정 공간 안에만 있으면 충전이 되기 때문에 편리하며 수십 km의 장거리 전송까지 가능하다. 하지만 전자기파 방식은 전기장과 자기장을 동시에 발생시켜 전송 도중 에너지 손실이 크다.

 

4. 무선 충전 시스템의 주요 구성 요소

• 송신기 : 전력을 전자기파로 방출하는 역할을 하며 일반적으로 코일 형태로 되어있다.(예시. 충전패드, 충전독)
• 수신기 : 일반적으로 충전이 필요한 물체를 말하며, 내부에서 송신기가 방출한 전자기파를 받아들이고 이를 전기 에너지로 변환하는 역할을 한다. (예시. 스마트폰, 로봇청소기)

5. 표준 기술

무선 충전 Qi(치) 표준은 무선 전력 위원회(Wireless Power Consortium)에서 개발하였고 4cm 이내에서 전기유도로 무선충전을 하는 표준 인터페이스이다. 다양한 기기사에서 표준 채택하여 호환성을 보장하고 5w ~15w의 출력을 지원한다.

6. 장점과 단점

• 장점
  충전이 매우 편리하며 케이블이 필요하지 않다. 유선충전 포트가 불필요하기 때문에 제품의 디자인적으로도 더 깔끔하다.
• 단점
  충전속도가 느리고 발열이 발생한다. 충전 효율성 또한 유선충전에 아직 못 미치고 있으며 비용이 비싸다.

 

아직은 무선충전 기술은 많이 부족하여 앞으로 더욱 발전이 필요하다고 할 수 있다.

일반 충전보다 빠른 고속충전을 무선으로 할 수 있도록 해야 하며 발열이나 과열과 같은 안정성 면에서도
보완되어야 할 것이다.

현재는 스마트폰의 무선충전이 가장 많이 사용되는 무선충전이지만 기술의 발전에 따라 향후에는 전기자동차의 배터리 충전도 주차공간에서 무선으로 충전하는 시대가 올 지도 모르겠다.

 

오늘은 지금 보다 앞으로가 더 기대되는 무선 충전의 원리에 대해 알아보았다.