스마트폰 무선충전은 왜 가까이서만 되나요?
안녕하세요.
최근 스마트폰이나 워치류에서 무선충전을 지원하고 있습니다. 하지만 무선충전기와 단말이 거의 가까이 붙어있어야만 충전을 인식하고 충전이 진행됩니다. 케이블만 직접 연결 안한다 뿐이지 사용성으로는 유선충전이랑 크게 다를바가 없는 것 같습니다.
왜 무선충전이 멀리 안되는지, 그리고 영화에서처럼 공기중에서 계속 충전하는 건 불가능 한 건지 궁금합니다.
사실은 꼭 가깝지 않아도 됩니다. 무선 충전은 그야 말대로 유선이 아닌 air 를 통해 충전이 되기 때문에 접촉하지 않아도 사실 가능한 기술은 있습니다.
다만 그 경우 에너지 효율에 문제가 될 수 있습니다. 또한 너무 멀리 떨어지게 되면 그 사이 발생하는 인체적인 해로움이 아직 완벽히 해결되지 않았습니다. 이러한 이유로 현재는 접촉한 상태로 충전을 제한하고 있습니다.
무선충전을 하려면 높은 전력으로 송신해야합니다.
현재 무선충전으로 5W를 보내는데
5cm 떨어진곳에서 하려면 몇배인 20~30W정도가 필요합니다. (파의 세기=거리제곱에 반비례)
충전외에 남은 대부분의 전력이 전자파로 방사됩니다.
이렇게 되면 충전시간도 느려지고,
효율도 떨어지고, 무엇보다 전자파 적합인증에서 탈락합니다.
현재로선 조금 힘들 것 같습니다.안녕하세요!!
하기건 답변 드립니다
일단 현재 무선충전방법에 대해서 알아야하는데요..
2가지 방식이 있습니다.
가장많이 사용하는 자기유도 방식(inductive charging) : 자기유도 방식은 전력 송신부 코일에서 자기장을 발생시키면 이 자기장이 수신부의 2차 코일에 유도돼 전류를 공급하는 전자기 유도 원리를 이용한 기술이다. 코일이 근접거리에 위치해야 가능한 방식이다. 자기유도 방식은 전력 전송 효율이 90% 이상으로 매우 높은 장점이 있지만, 수 cm 이상 떨어지거나 송신코일과 수신코일의 중심이 정확히 일치하지 않으면 전력이 거의 전송되지 않을 정도로 효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 콘센트에 꼽지만 않았을 뿐 유선을 이용한 충전과 마찬가지이다. 거리가 멀어지게되면, 높은 전력으로 송신해야만 가능하다. 가령 무선충전으로 5W를 보내는데, 밀착시켜 보내면 6W면 되는데 5cm 떨어진곳에서 하려면 20~30W가 필요합니다. (파의 세기는 거리제곱에 반비례합니다)
상기건을 개선하기 위해서 있는 두번째 방식은 자기공명(resonant inductive coupling) 방식 : 공진(resonance) 유도 혹은 자기공명 방식으로 불리는 기술이다. 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성해 동일한 공진 주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 집중적으로 전달되도록 하는 것이 공진유도 방식의 원리이다. 즉, 수 MHz에서 수십 MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 이루어 전력을 전송하는 기술이다.
전자유도 방식보다 먼 거리에서 높은 효율로 에너지를 전달할 수 있다. 공진 방식의 경우 1m 가량 떨어진 곳에서는 약 90%의 높은 효율로, 2m에서도 약 40%의 효율로 전력 전송이 가능하다. 수신부 코일에서 흡수되지 않은 에너지가 공기 중으로 방사돼 소멸되지 않고 송신부 코일에 다시 흡수되기 때문에 효율이 높은 편이다.
가장 중요한 이슈는 실제 이용 환경에서 전송 거리 및 효율이 저하되는 문제이다. 송 · 수신기가 공진을 일으키는 주파수 대역이 작으면 작을수록 더 멀리 더 높은 효율로 전력을 전송할 수 있고 이를 위해서는 공진기의 품질계수(Q팩터)가 높게 유지돼야 한다. 신호를 제대로 잡지 못할 경우 발열 문제가 발생할 수 있고 무선으로 전송되는 전력이 인체에 유해하지 않다는 점도 증명돼야 한다. 현재 공진방식에 대한 국제 표준이 전무하다는 것도 상용화에 걸림돌이다. 하지만 이부분은 계속 연구가 거듭되고 있고, 샤오미에서얼마전 2m거리에서 충전하는 것에 대해서 시연을 하였습니다. 아마 조만간 상용화되지 않을까 기대해 보고있습니다.
현재 시판중인 대부분의 무산 충전기는 자기유도 방식을 사용합니다. 충전기로 흘러들어간 전류가 충전기의 코일에 자기장을 발생시키고, 이게 스마트폰 안에 들어있는 코일로 유도전류를 발생시킵니다. 이렇게 전자기유도를 통해 스미트폰을 충전하게 되는것입니다. 전자기유도방식은 효율이 좋고 안정적이지만, 전송 최대 거리가 4cm에 불과합니다. 그래서 짧은 거리까지만 충전이 가능한것입니다.
영화에서 나오는것과 유사한 장거리 무선충전 방식은 전자기파 방식인데, 전자기파 방식은 사거리가 긴 편이지만, 전자기파가 인체에 유해하다는 문제를 해결하지 못해서 아직 출시되지 못했습니다.
