무선 충전을 위한 전력 공급 설계 요구 사항

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.

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.

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.