핸드폰 무선충전 원리가 궁금합니다..

Question

원래 핸드폰은 유선충전으로 직접 전력을 전달해 주었는데

무선충전기가 나오면서 가져만 대도 충전이 되잖아요?

그런데 어떤 원리로 가져만대기만해도 충전이 되는건지 궁금하네요

Answer 1

무선 충전은 전자기 유도로 이루어집니다.

충전대 안에 코일이 있는데, 이 코일과 호환되는 코일이 스마트폰에 내장되어 있습니다.

전자기 유도는 자기장이 변하는 곳에 "전압차"가 생기는 현상인데,

이 전압차를 이용해 충전을 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

코일을 지나는 전류에 의해 자기장이 형성되고

반대편에서는 자기장을 받아 다시 전류를 발생시킵니다.

즉, 코일과 코일 사이에서 자기장을 주고받는 형식으로 에너지가 전달됩니다.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

베터리에는 전하(+, - 극)를 가진 화학물질이 +극과 -극으로 나누어져 전위차(전압)를 만들며 전지 역할을 하는데, 이것이 휴대폰에 전류를 흘려보내어 휴대폰이 작동하게끔 만듭니다. 베터리가 방전된다는것은 베터리 내에서 +, -극을 띠지 않는 상태가 되는것이죠. 방전된 베터리를 충전하는것은 +, -극을 다시 분리시켜주는것을 의미합니다.

무선 충전기는 베터리를 충전시킬때 전자기유도를 이용하여 충전시킵니다. 전자기 유도 현상이란 코일(도선)이 있고, 코일 주변에 자석(또는 전자석)이 움직이거나 자기력이 변화하고 있을 때 코일(도선)에 유도 전류가 흐르는 현상을 말합니다.

휴대폰에 코일을 내장시켜두고, 무선 충전기에도 코일을 내장시켜둡니다. 이 때 무선 충전기에 코드를 꼽고 전압을 걸어주면 무선 충전기 내에 있는 코일에 전류가 흐르게 됩니다. 우리는 교류 전압을 사용하기 때문에 코일에 흐르는 전류 또한 수시로 변화합니다. 그런데, 코일이나 도선에 전류가 흐르면 주변에 자기장을 만들어 냅니다. 즉, 전자석이 되는것이죠. 그리고 전류가 수시로 변화하고 있으므로 자기장 또한 변화합니다. 그래서 휴대폰을 무선충전기에 가져다 대면 무선 충전기의 자기장 변화로 휴대폰의 코일에 유도 전류가 발생하는것이죠. 그리고 이 유도 전류를 이용하여 휴대폰의 베터리를 충전할 수 있습니다.

도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.

Answer 4

안녕하세요. 과학전문가입니다.

무선충전은 전자기파가 변하면 전류가 발생한다는 점을 이용했습니다.

휴대폰을 무선충전기에 대면 무선충전기에서는 전자기파를 계속해서 변화시켜주는데 이 전자기파가 휴대폰 뒷쪽에 있는 코일로 들어갑니다.

코일에 흐르는 전자기파가 변하면 전류가 생기면서 충전이 되는 것입니다.

Answer 5

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

자기유도방식은 세계무선충전협회(WPC)에서 정한 국제표준(Qi)이 존재한다. 여기서 Qi란 기(氣)의 중국식 발음에서 유래한 것으로, 영미권에서도 중국식 발음에 따라 "치"라고 읽기도 한다. 그 국제표준에 인정만 받으면 전 세계 109개 업체에서 호환 사용을 할 수 있고, 거기다 충전의 효율성이 높은 것이 장점.

하지만 단점으로는 기기간 거리가 4mm 이내로 근접해야 충전이 진행되기 때문에, 포트를 매번 결합, 분리하지 않아도 되는 것을 제외하면 유선충전이나 마찬가지라는 점이 있다. 2016년 1월 기준 유효충전거리가 4.1mm까지 늘어났지만 여전히 길다고 볼 수는 없다.

그래도 포트를 결합, 분리하지 않아도 된다는 점의 편의성과 충전하다 떨궈서 충전단자가 뒤틀리는 건 막을 수 있다는 점에 있어 유선 충전 대비 장점이 있다.

Qi의 무선 충전 규격으로는 5W까지 지원하는 Low Power(rel 1.2 Basic/Baseline Power Profile)와 15W까지 지원하는 Medium Power(rel 1.2 Extended Power Profile)가 있다.

자기 유도방식

공진 유도방식은 공명현상을 이용하여 전력을 전송하는 방식이다.

공진 유도방식의 무선충전은 자기 유도방식의 눈물나게 짧은 거리보다 좀 더 먼 거리에서도 사용 가능해, 실질적인 무선 충전의 의미에 들어맞는 방식으로 쓸 수 있다는 장점이 있다. 물론 자기유도방식에 비해 상대적으로 먼 거리라는 것일 뿐, 그래봤자 10cm 를 넘기기 힘들다.

공진 유도방식의 또다른 장점이라면 이론상 에너지 전달 효율이 98% 정도나 된다는 것이다. 이상적인 조건이 만들어졌을 때에 그렇다는 얘기지만, 어쨌든 에너지의 손실을 줄일 수 있다. 대신 에너지 전송의 효율을 높이기 위해서는 전송 장치와 수신 장치가 정확한 위치에 자리잡고 있어야 한다는 것이 단점이다. 이론상 최대 효과를 보는 자리에서 조금만 벗어나도 효율이 급감하여 에너지 전송량이 50% 이하로 떨어진다. 공진 유도방식은 전송 장치와 수신 장치의 임피던스(교류 저항값) 일치가 아주 중요한데, 두 장치의 거리는 여기에 커다란 영향을 준다. 완벽한 위치에 있지 않으면 전달받는 에너지는 줄어들고 반사되는 에너지가 많아지기 때문에, 이 문제를 해결하기 위해서 관련 연구가 더 필요한 상황이다.

공진유도방식 무선충전을 개발하는 단체로는 WiTricity, 퀄컴, SK텔레콤 및 삼성전자가 협력하여 만든 A4WP가 있다.

Qi 방식 이외에도 PMA(Power Matters Alliance)라는 단체의 자기 유도방식 표준이 또 존재하는데, 위에서 말한 Qi 충전규격을 주관하는 WPC가 영리 단체이기 때문에 PMA는 영리화를 반대하는 기업과 오픈소스 단체가 주로 참여하는 비영리단체이다. 비교적 늦게 출범했지만 북미 시장에서 듀라셀, 스타벅스 등의 기업의 지원으로 점유율을 높이고 있다. 듀라셀과 스타벅스는 아이폰 X의 발표 이후 소프트웨어 업데이트 방식으로 기존에 설치된 패드에서 Qi 방식도 지원할 예정이라고 한다. PMA는 5V 1A 5W 출력의 무선충전과 9V 1A 9W 출력의 급속무선충전을 지원한다. 단체가 다른 만큼 무선충전을 지원하는 단말기 중 일부는 Qi 규격만 지원하거나 PMA 규격만 지원하는 경우가 있어 주의해야 한다. 특히 삼성 갤럭시 시리즈 같이 PMA 규격의 무선충전기에서만 9W 급속무선충전을 지원하는 경우도 있다.

삼성 갤럭시 S6와 갤럭시 노트5부터 갤럭시 S/노트 시리즈 스마트폰은 Qi 방식과 PMA 방식을 모두 지원한다. Apple은 iPhone 8, iPhone 8 Plus, iPhone X, Apple Watch Series 3부터, LG는 G6+[1]와 V30 부터 Qi 방식의 무선 충전을 지원한다. 샤오미는 미믹스2s가 Qi 방식의 무선충전을 지원한다.