WPT는 수많은 응용 분야에서 인기가 있습니다. 이러한 인기는 스마트폰에서 전동 칫솔에 이르기까지 소비자 가전제품을 아우릅니다. 또한, 의료 분야에서 WPT는 심박조율기, 인슐린 펌프 등과 같은 이식형 의료기기에 전원을 공급하는 데 중요한 역할을 합니다. 산업 부문 역시 전동 공구, 무인반송차량(AGV) 등에 통합되어 WPT 기술의 혜택을 누리고 있습니다.
무선 충전을 위한 전력 공급 설계 요구 사항
2024. 5. 3
무선 전력 전송(WPT)의 응용 분야에는 물리적 연결 없이 공급원에서 부하로 전력을 전송하는 것이 포함됩니다. 이러한 분야는 일반적으로 유도 결합 등 기술과 함께 전자기장을 사용하여 전력을 전송하는 경우가 많습니다. 본 블로그에서는 WPT 응용 분야에서 효과적이고 안전한 전력 전송을 보장하는 데 전원 공급장치가 어떤 핵심 역할을 하는지 논의합니다.
WPT에는 그림 1에서와 같이 송신기 코일과 수신기 코일이 필요합니다.
송신기와 수신기 간 자기장을 사용하여 전력이 무선으로 전송됩니다. 송신 측에서 DC 입력 전원은 일반적으로 DC-AC 전력 인버터에 전력을 공급하기 위해 하프 브리지 또는 풀 브리지 토폴로지를 공급합니다.
인버터는 LC 직렬 송진 탱크를 사용하여 교번 자계를 생성하고 수신기에 전력을 전송합니다. 수신 측에서는 직렬 공진 구성 요소가 들어오는 자기장을 전류로 변환하고 고출력 정류기가 AC 전류를 DC 전압으로 변환합니다. 전압 조정기를 사용하여 부하에 안정적인 DC 전압을 제공합니다.
코일 구성은 응용 분야 및 전력 결합 유형에 따라 매우 다양하며, 일반적으로 공진 유도 결합과 비공진 유도 결합을 모두 사용합니다.
송신기와 수신기 간 자기장을 사용하여 전력이 무선으로 전송됩니다. 송신 측에서 DC 입력 전원은 일반적으로 DC-AC 전력 인버터에 전력을 공급하기 위해 하프 브리지 또는 풀 브리지 토폴로지를 공급합니다.
인버터는 LC 직렬 송진 탱크를 사용하여 교번 자계를 생성하고 수신기에 전력을 전송합니다. 수신 측에서는 직렬 공진 구성 요소가 들어오는 자기장을 전류로 변환하고 고출력 정류기가 AC 전류를 DC 전압으로 변환합니다. 전압 조정기를 사용하여 부하에 안정적인 DC 전압을 제공합니다.
코일 구성은 응용 분야 및 전력 결합 유형에 따라 매우 다양하며, 일반적으로 공진 유도 결합과 비공진 유도 결합을 모두 사용합니다.
소비자 WPT 기술은 유도 충전을 위한 관련 산업 표준을 준수합니다. 무선전력컨소시엄(Wireless Power Consortium, WPC)의 Qi(“치”로 발음) 시스템은 매우 효율적이지만 송신기 및 수신기 코일의 위치를 정렬해야 합니다.
경쟁사의 AirFuel Alliance 표준은 정렬 불량에 덜 민감하고 몇 미터까지 더 긴 거리를 지원하는 튜닝된 코일을 사용한 자기 공명 전력 전송을 사용합니다.
Qi 시스템과 AirFuel 시스템 간에는 다른 중요한 차이점이 있습니다. 예를 들어 Qi 무선 충전 표준의 주파수 범위는 저전력(5W)의 경우 110~205kHz, 중간전력(최대 120W)의 경우 80~300kHz입니다. AirFuel 사양은 6.78MHz의 더 높은 주파수를 사용합니다.
송신기 및 수신기 코일 설계, 거리, 정렬은 WPT 설계의 효율성에 중요한 역할을 합니다. 전동 칫솔과 같은 가장 간단한 저전력 WPT 응용 분야에서는 송신기 및 수신기 코일의 상대적 위치가 엄격하게 제어되지만, 더 높은 전력 시스템에서는 변화가 더 큽니다.
그림 2는 송신기 및 수신기 코일 간 다양한 정렬 불량이 효율성에 미치는 영향을 나타낸 것입니다.
경쟁사의 AirFuel Alliance 표준은 정렬 불량에 덜 민감하고 몇 미터까지 더 긴 거리를 지원하는 튜닝된 코일을 사용한 자기 공명 전력 전송을 사용합니다.
Qi 시스템과 AirFuel 시스템 간에는 다른 중요한 차이점이 있습니다. 예를 들어 Qi 무선 충전 표준의 주파수 범위는 저전력(5W)의 경우 110~205kHz, 중간전력(최대 120W)의 경우 80~300kHz입니다. AirFuel 사양은 6.78MHz의 더 높은 주파수를 사용합니다.
송신기 및 수신기 코일 설계, 거리, 정렬은 WPT 설계의 효율성에 중요한 역할을 합니다. 전동 칫솔과 같은 가장 간단한 저전력 WPT 응용 분야에서는 송신기 및 수신기 코일의 상대적 위치가 엄격하게 제어되지만, 더 높은 전력 시스템에서는 변화가 더 큽니다.
그림 2는 송신기 및 수신기 코일 간 다양한 정렬 불량이 효율성에 미치는 영향을 나타낸 것입니다.
무선 전력 전송 응용 분야의 전력 공급을 위한 핵심 요구 사항
안정성 및 정밀도. 전원 공급장치는 일관되고 효율적인 전력 전송을 보장하기 위해 안정적이고 정밀한 출력 전압 또는 전류를 제공해야 합니다. 변동은 무선 전력 전송 시스템의 효율성 및 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.
다양한 부하에 대한 적응성. WPT 시스템은 특히 여러 기기를 무선으로 동시 충전 시 다양한 부하를 경험할 수 있습니다. 전원 공급장치는 최적의 성능을 유지하기 위해 이러한 부하 변화에 적응할 수 있어야 합니다.
효율성 및 역률. 효율성은 전력을 전송하는 동안 에너지 손실을 최소화하기 위해 WPT 응용 분야에 중요합니다. 효율성이 높은 전원 공급장치는 무선 전력 전송 시스템의 전반적인 성능을 극대화하는 데 도움이 됩니다.
안전성 고려 사항. WPT 시스템은 안전상의 이유로 종종 전원 공급장치와 무선 전력 전송 구성 요소를 분리해야 합니다. 분리된 전원 공급장치는 전기 위험을 방지하고 안전 표준을 준수합니다.
이물질 감지(FOD). 동전, 열쇠, 못과 같은 금속 물체가 WPT 시스템에서 생성된 자기장 근처에 부주의하게 위치하여 잠재적인 안전 위험을 초래하고 WPT 시스템의 전기적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 높은 자기장은 송신기와 수신기 사이에 있는 살아있는 물체에 이상 증상을 일으킬 수도 있습니다. 이러한 의도치 않은 물체를 식별하고 전력이 전송되지 않도록 하는 것을 이물질 감지(FOD)라고 합니다. FOD는 일반적으로 수신기에서 수신하는 전력을 계산하여 송신기에 다시 전달함으로써 진행됩니다. 보정 계수를 적용한 후 두 값이 불일치하면 이물질이 전력을 흡수하기 때문으로 추정하며, 이는 기계 정지를 유발합니다.
온도 모니터링 및 보호. 전원 공급장치는 특히 무선 충전 패드 또는 모듈에 온도 모니터링 메커니즘과 과열 보호(OTP)를 통합해야 합니다. 표준 보호 기능에는 단락 보호(SCP) 및 과전압 보호(OVP)도 포함되어야 합니다.
주파수 일치. 공진 유도 결합 기반 WPT 시스템의 전원 공급장치 주파수는 효율적인 전력 전송을 위해 시스템의 공진 주파수와 호환되어야 합니다. 주파수 일치는 전반적인 WPT 성능을 향상시킵니다.
통신 및 제어. WPT 시스템은 일반적으로 통신 인터페이스를 사용하여 부하 요구 사항 또는 시스템 상태와 같은 송신기와 수신기 간의 정보를 교환합니다. 따라서 지능적인 전력 관리 및 제어가 용이합니다. Qi 수신기는 진폭 편이 방식(ASK)을 사용하여 출력 준위 요청을 전달하고 FOD를 감지하며, Qi 송신기는 주파수 편이 변조(FSK)를 사용합니다. AirFuel 표준을 충족하는 공진 WPT 시스템은 일반적인 블루투스 저에너지(BLE) 표준에서 도출된 프로토콜을 사용합니다.
송신기와 수신기 간의 무선 통신에 더해, 전원 공급장치에는 PMBus와 같은 유선 디지털 인터페이스도 포함해야 합니다. 이 기능을 통해 제어 시스템이 전력 공급 전압을 최대 성능에 맞게 최적화할 수 있으며, 전원 공급장치가 상태 정보, 오류 코드, 기타 매개변수를 전송할 수 있습니다.
전자파 적합성(EMC). 전원 공급장치는 다른 전자 기기와의 간섭을 방지하고 전반적인 WPT 시스템의 신뢰성을 보장하기 위해 전자파 적합성 표준을 준수해야 합니다.
송신기와 수신기 간의 무선 통신에 더해, 전원 공급장치에는 PMBus와 같은 유선 디지털 인터페이스도 포함해야 합니다. 이 기능을 통해 제어 시스템이 전력 공급 전압을 최대 성능에 맞게 최적화할 수 있으며, 전원 공급장치가 상태 정보, 오류 코드, 기타 매개변수를 전송할 수 있습니다.
전자파 적합성(EMC). 전원 공급장치는 다른 전자 기기와의 간섭을 방지하고 전반적인 WPT 시스템의 신뢰성을 보장하기 위해 전자파 적합성 표준을 준수해야 합니다.
무선 전력 전송 응용 분야에 적합한 RECOM 제품
앞서 언급했듯이, WPT 사용에 적합한 전원 공급장치는 회선 및 부하 변동을 위해 잘 규제되고 효과적이며 분리 및 보호(SCP, OVP, OTP)되어야 하고 관련 EMC 요구 사항을 충족해야 합니다.
RECOM은 이러한 요구 사항을 충족하는 많은 AC/DC 전원 공급장치를 제공합니다. 예를 들어, RACM600-L 시리즈는 450W의 연속 출력(최대 800W 피크)을 공급할 수 있으며, PMBus 인터페이스를 제공합니다. RACM1200-V는 최대 10초 동안 1,200W의 부스트 전력을 사용할 수 있는 1,000W 팬리스 전력을 공급하며, PMBus 옵션이 포함되어 있습니다. 사용자 정의 변형 도 가능합니다.
RECOM은 이러한 요구 사항을 충족하는 많은 AC/DC 전원 공급장치를 제공합니다. 예를 들어, RACM600-L 시리즈는 450W의 연속 출력(최대 800W 피크)을 공급할 수 있으며, PMBus 인터페이스를 제공합니다. RACM1200-V는 최대 10초 동안 1,200W의 부스트 전력을 사용할 수 있는 1,000W 팬리스 전력을 공급하며, PMBus 옵션이 포함되어 있습니다. 사용자 정의 변형 도 가능합니다.
결론
무선 전력 전송 응용 분야의 전원 공급장치는 소비자 가전제품에서 산업 응용 분야에 이르기까지 다양한 환경에서 원활하고 신뢰할 수 있는 전력 전송을 보장하기 위해 안정성, 효율성, 안전성, 적합성 요구 사항을 충족해야 합니다. WPT 전원 공급장치의 설계 고려 사항은 무선 충전 기술의 도입을 추진하는 데 중요합니다.
RECOM은 빠르게 변화하는 이 분야에 관해 자세히 알아보고자 하는 사람들을 위해 귀중한 교육 자료를 제공합니다. 당사의 AC/DC 기술 자료집에는 WPT에 적용할 수 있는 기본 물리학 및 실제 설계 기술에 관한 많은 정보가 기재되어 있습니다. 또한 RECOM 설계 엔지니어와 함께 항상 사용자 정의 설계 프로젝트를 논의할 수 있습니다.
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용도
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RACM1200-V
Focus
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| 2 |
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RACM600-L
Focus
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