핸드셋용 무선 충전기 개발

모바일 기기를 위한 무접점 충전 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이 기술을 활용하면 현재의 유선 충전기를 사용할 필요가 없게 된다.

 

 

 

일본 무라타 제작소(Murata Manufacturing)와 세이코 엡손(Seiko Epson)은 무접점 고속 충전기를 공동으로 개발하기로 합의했다. 양사는 10~15분만에 표준 휴대폰(전류용량이 약 800mAh인 충전 배터리 탑재)을 무접점 방식으로 충전하는 디바이스를 개발할 계획이다.

 

무라타는 커패시터와 비슷한 속도로 고속 충전을 지원하는 리튬이온 충전 배터리를 주변장치 회로와 함께 공급하고, 세이코 엡손은 고효율 무접점 충전 시스템 자체를 공급할 예정이다. 양사는 2010년까지 제품을 출하한다는 게 목표다.

세이코 엡손은 이미 '에어트랜스(AirTrans)'라고 불리는 모바일 기기용 무접점 충전기를 개발했고 이를 일부 제한된 시장에 출하하고 있다(그림 1).

 

 

이 충전기는 전자기 유도 방식에 기반한 전송 시스템으로서, 얇은 코일을 사용하며 클립이나 금속 파편(이물질 감지) 같은 금속 물질에 충전이 이뤄지는 것을 방지하기 위해 특정 배터리(64bit ID 숫자로 인식)만 사용하도록 하는 기능이 제공된다. 하지만 지금까지 달성한 출력은 겨우 0.5~2.5W(전류 0.1~0.5A) 정도다. 신규 개발 목표는 지금보다 6~30배 높은 15W(전류 3A) 출력을 구현하는 것이다.

 

 

 ▒ 모듈 기술

3A 정도 되는 높은 전류를 처리할 때의 문제점은 코일이나 전력공급 회로 등에서 열이 발생한다는 것이다. 특히나 전송 손실은 발생한 열에 직접적인 영향을 끼친다. 외부 케이스에 전달된 높은 열을 사용자가 감수할 수 있을 만큼의 수준으로 유지하기 위해서는 높은 전송 효율이 필수다.

세이코 엡손은 "송신 및 수신 코일 간의 전송 효율이 최소 95%이므로 코일 열은 사실상 없다고 봐도 무방하다. 전력공급 회로의 효율과 그밖에 다른 요인 등 총 전송 효율은 약 70%가 될 것"이라고 밝혔다. 효율은 코일의 형태와 재료 등의 사항을 최적화함으로써 향상시켰다.

무라타는 3A의 높은 전류에서 충전이 이루어지는 리튬이온 충전 배터리를 개발할 계획이다. 제품 개발은 일본 에낙스(Enax)와 다른 업체들과 함께 공동으로 진행 중이다. 라미네이티드 리튬이온 충전 배터리는 LiMn2O4(망간산리튬) 양극을 사용하므로 고속 충전을 구현하는 데 필요한 낮은 내부 저항을 제공한다.

무라타는 리튬이온 충전 배터리 시장에서는 비교적 후발주자이다. 무라타가 무접점 고속 충전기를 자사의 발전에 적합한 애플리케이션이라고 판단한 이유는 배터리를 비롯해 모듈 소형화, 자기장 차폐 및 기타 분야에서 자신들이 이미 확보하고 있는 전문성을 활용할 수 있다고 생각했기 때문이다. 휴대폰용 임베디드 부품을 탑재하고 있는 회로 보드와 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 기판 등의 기술들 역시 활용할 수 있다.

고전류 무접점 충전을 달성하는 것은 목표로 삼기에 매우 어려운 대상임이 틀림 없다. 하지만 세이코 엡손은 "우리가 제품에 새로운 특성을 제공하지 못한다면 제품 개발은 그다지 의미가 없다"고 말하며, 이에 도전하려는 뜨거운 의지를 나타냈다.

휴대폰을 위한 새로운 무접점 충전 기술이 한국에서도 등장했다. 한국 1위의 배터리 팩 제조업체인 한림포스텍(Hanrim Postech)은 휴대폰 배터리 팩에 내장되는 무접점 충전기를 개발했으며, 일본의 휴대폰 사업자에게 샘플을 출하하기 시작했다고 발표했다.

 

 

▒ 사용 수명 증가

한림포스텍은 삼성전자 등에 대한 납품용으로 연간 최소 2천만 개의 배터리 팩을 생산한다. 이 회사는 사용자의 강력한 요청에 따라 충전기 개발을 시작했다고 밝혔다.
한림포스텍의 시스템은 무접점 충전 제어회로 등 주요 기능을 배터리 팩 자체에 탑재한다(그림 2). 이미 출시된 핸드셋 단말기들이 별 어려움 없이 무접점 충전 방식으로 전환될 수 있었던 이유는 충전기 기능들이 치수나 규격 등의 변경 없이 배터리 팩에 탑재됐기 때문이다.

 

 

AC-DC 컨버터와 충전 컨트롤러는 배터리 팩에 실장된다. 5V, 2.5W로 충전할 때의 충전 효율은 60~70%다. 예컨대 800mAh 배터리 팩은 100% 충전하는 데 약 2.5시간이 걸릴 것으로 추정된다.

한림포스텍은 수년 간 충전기를 개발해 왔는데, 기존 모델에서는 코일에서 생성된 자기장이 배터리 셀의 충/방전 사이클 수명을 저해했다. 예컨대 일반적으로 5백회의 사이클에서 양호한 성능을 나타내도록 설계된 충전기의 사이클 수명이 약 2백50회의 사이클로 낮아지게 되는 것이다.

이러한 문제점은 수신 코일과 배터리 셀 사이에 자기장을 두는 구조를 변경함으로써 해결되었는데, 이러한 해법을 찾은 곳이 바로 한림포스텍이었다. 덕분에 배터리 사이클 수명이 연장됐다.

한림포스텍은 이르면 2008년 상반기에 양산으로 전환하길 바라고 있으며, 일본 휴대폰 사업자와 이미 준비를 하고 있다.

<출처> Nikkei Electronics Asia