무선 충전 은 전선과 케이블을 사용하여 전원에 직접 연결하지 않고 배터리로 구동되는 전자 장치를 재충전하는 프로세스입니다. 이 프로세스를 통해 사용자는 전원 콘센트에 연결하지 않고도 이동 중에 휴대폰을 자유롭게 충전 할 수 있습니다. 즉, 무선 충전이 가능한 스마트 폰 및 기타 장치는 예를 들어 커피 테이블에 놓기 만하면 충전 할 수 있으며 전기 자동차와 같은 더 복잡한 기계는 차고에 주차하거나 무선 충전이 가능한 도로를 통해 충전 할 수 있습니다. 코드 기반 충전과 관련된 모든 안전 문제를 제거하고 사용자에게 새로운 종류의 자유를 제공합니다.
무선 충전은 Nikola Tesla 가 무선으로 전력을 전송하는 데 도움이되는 테슬라 코일을 개발 한 1800 년대 후반으로 거슬러 올라갑니다. 실험은 당시 목표를 달성하지 못했지만 현장에 대한 관심을 불러 일으켰고 더 많은 사람들이 작업을 시작했습니다. 아이디어. 2006 년에 MIT는 많은 양의 에너지를 전송하기 위해 공진 커플 링을 사용하는 테스트를 시작했으며, 이는 오늘날 존재하는 일부 훌륭한 무선 충전 기술을위한 길을 열었습니다. 이 실험을 통해 무선으로 전력을 전송하는 Mini Tesla 코일을 만들 수 있습니다.
무선 전력 전송의 작동 원리
무선 충전은 전자기 유도 원리를 기반으로하기 때문에 유도 충전 이라고도합니다. 무선 통신 시스템과 마찬가지로 무선 에너지 송신기 및 수신기의 동작을 통해 무선 충전이 이루어집니다. 일반적으로 충전 스테이션이라고하는 무선 충전 송신기는 전원 콘센트에 부착되어 콘센트를 통해 공급되는 에너지를 항상 충전 할 장치에 부착되어 무선 충전 스테이션에 근접하게 배치되는 수신기로 전송합니다.
다음은 무선 충전 시스템 및 충전 프로세스 의 구성 요소 를 설명하는 블록 다이어그램입니다 .
앞서 언급했듯이 무선 충전은 전력 변압기, 발전기 및 모터에 사용되는 자기 유도 원리를 활용하여 코일을 통해 전류가 흐르면 해당 코일 주변의 자기장을 변화시켜 다른 결합 코일에서 전류를 유도합니다. 이것이 전기적으로 절연 된 것처럼 보이지만 전기 변압기에서 1 차 코일과 2 차 코일 사이에 전기 에너지를 전달하는 원리입니다. 무선 충전에서 시스템을 구성하는 각 구성 요소 (송신기 및 수신기)에는 코일이 있습니다. 송신기 코일은 1 차 코일에 비유 할 수 있고 수신기 코일은 전력 변압기의 2 차 코일에 비유 할 수 있습니다. 충전 스테이션이 AC 전원 공급 장치에 연결되면공급되는 전력은 정류기 시스템에 의해 DC로 정류되고 그 후에 스위칭 시스템이 인계됩니다. 스위칭의 이유는 수신기 코일에서 전하를 유도하는 데 필요한 변화하는 자속을 생성 할 수 있기 때문입니다.
수신기 코일은 들어오는 전력을 모아서 들어오는 전력을 DC로 변환하는 수신기 회로로 전달한 다음받은 전력을 적용하여 배터리를 충전합니다.
위에서 설정 한 바와 같이, 전력 전송은 송신기 코일에 교류 자기장을 형성하여 생성 된 자속이 수신기 코일에서 전류로 변환 될 때 발생합니다. 생성되는 전류의 양은 송신기에서 생성 된 플럭스의 양과 수신기 코일이 캡처 할 수있는 플럭스의 양에 따라 다릅니다. 수신기가 포착하는 플럭스의 양은 송신기 코일에 대한 수신기 코일의 크기, 거리 및 위치에 의해 결정되는 "커플 링 계수"에 따라 달라집니다. 즉, 결합 계수가 높을수록 에너지 전달이 높아집니다. 더 높은 결합 계수의 가능성을 높이기 위해 특정 무선 충전 스테이션은 아래 이미지와 같이 다중 송신기 코일 로 설계되었습니다.
무선 충전 표준
무선 충전 표준은 무선 장치의 설계 및 개발을 관리하는 일련의 규칙을 나타냅니다. 현재 무선 충전에 대한 두 가지 다른 산업 표준이 다른 기관에 의해 홍보되고 있습니다.
1. 리젠 스 스탠다드
2. QI 표준
Rezence의 표준은 송신기 및 수신기 코일은 모두 공진 때 충전하여 발생하도록 유도 충전 공진에 기초한다. 이 표준을 사용하면 장치는 충전을 위해 송신기와 수신기 사이에 더 먼 거리를 확보 할 수 있습니다. 이 표준은 무선 전력 연합 (A4WP)에 의해 추진되고 있습니다.
반면에 QI 표준 은 코일 간의 긴밀한 결합을 사용하고 Rezence 표준 에 반하여 무선 에너지 전송을 달성 합니다. 송신기와 수신기 코일은이 설정을 사용하여 더 많은 전력이 전달되는 것으로 여겨지므로 항상 약간 다른 주파수에서 작동하도록 설계되었습니다. QI 표준은 Apple inc, Qualcomm, HTC와 같은 회원을 포함하는 무선 전력 컨소시엄에 의해 추진되고 있습니다.
EMI, 효율성 및 두 표준 간의 정렬 자유 사이의 균형을 고려하여 응용 프로그램에 가장 적합한 무선 표준을 선택할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 특정 무선 충전 스테이션은 두 표준을 모두 지원하도록 설계되어 있으며, 이는 장치간에 높은 상호 운용성을 제공합니다.
간단한 무선 충전기 세트 디자인
무선 충전 시스템을 구축하기 전에 다음 사항을 고려해야합니다.
1. 표준: 무선 충전 기능을 장치에 장착 할 때 가장 먼저해야 할 일은 장치와 사용 사례에 맞는 무선 전력 표준을 선택하는 것입니다. 특정 충전 시스템은 여러 표준을 기반으로합니다.
2. 코일 선택: 다음 단계는 사용 사례에 맞는 올바른 코일 유형과 코일 형상을 선택하는 것입니다. 공급 업체는 이러한 코일을 표준 게이지로 제공하므로 사용할 무선 충전 송신기 IC의 데이터 시트 권장 사항에 따라 적절한 코일을 선택해야합니다.
3. 인클로저: 무선 시스템을 설계 할 때 장치의 인클로저가 금속이 아니고 상대적으로 평평한 표면을 사용하여 송신기와 수신기 사이의 결합 계수를 높이는 것이 중요합니다. 금속은 전달되는 에너지가 수신기로 전달되는 것을 효과적으로 방지하며 플라스틱 인클로저는 초박형으로 설계되어야합니다.
송신기 설계
무선 충전 시스템은 앞서 언급 한 송신기와 수신기로 구성됩니다. 아래는 송신기의 설계를 보여주는 회로도 입니다.
송신기를 구성하는 세 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 전원, 송신 코일과 스위칭 회로. 전원은 일반적으로 정류 된 AC의 DC입니다. 정류 후 스위칭 회로는 변화하는 자기장 생성에 사용되는 교류 신호를 생성하여 송신기 코일을 통해 송신기에서 수신기로 전류 전송을 유도하는 데 사용됩니다.
수신기 설계
수신기의 디자인은 동작이 역순으로 발생한다는 점을 제외하면 송신기의 디자인과 유사합니다. 수신기는 수신기 코일, 공진 네트워크, 정류기 및 정류기 회로의 출력을 사용하여 연결된 배터리를 충전하는 충전기 IC로 구성됩니다. 수신기 회로의 예는 기능 부품이 강조 표시된 아래 이미지에 나와 있습니다. 이 예제는 LTC4120 충전 IC를 기반으로합니다.
응용
무선 충전은 현재 다음과 같은 많은 애플리케이션에서 사용되고 있습니다.
- 스마트 폰 및 웨어러블
- 노트북 및 태블릿
- 진공 청소기와 같은 전동 공구 및 서비스 로봇
- 멀티 콥터 및 전기 장난감
- 의료 기기
- 차량 내 충전
장치를 연결할 필요가없고 플러그 호환성 문제가없는 등 무선 충전을 사용해야하는 멋진 이유 외에도 무선 충전은 주전원에 직접 연결하는 것과 관련된 위험으로부터 안전을 제공합니다. 또한 드릴링 및 채굴과 같은 열악한 환경에서도 안정적이며 이동 중에도 원활하게 충전 할 수 있습니다. 마지막으로, 무선 충전은 전선으로 인한 꼬임 및 기타 혼란을 제거합니다. 우리는 몇 가지 새로운 응용 프로그램으로 무선 충전의 얼굴을 긁어 모았을 뿐이며, 미래를 염두에두고 수행되는 모든 제품 설계는 가까운 미래에 배터리 구동 장치를 충전 할 방법 중 하나이므로 무선 충전을 통합해야합니다.