무선충전, 스마트폰을 넘어서나!… 자기공명 무선충전 기술 상품화된다

스마트폰에서 일반화되기 시작한 무선충전 기술이 그 범위를 확대해 나갈 길이 열렸다. 접촉식 무선통신을 넘어, 근거리 또는 장거리 무선전력 충전기술의 개발로 다양한 IoT 디바이스를 비롯한 의료기기, 산업용, 자동차용 애플리케이션에서의 충전 및 전원공급이 가능해질 전망이다. 이 기술은 자기 공명 무선전력 송신용 반도체 솔루션을 통해 시작된다.

현재의 무선 충전 기술은 자기 공명방식과 자기 유도 방식으로 나뉘는데 현재 보급되고 있는 무선충전 방식은 자기 유도방식이다. 휴대폰을 비롯한 다양한 휴대기기에서 자기 유도 방식을 채택하고 있으나, 다수 스마트폰에서 채택하고 있기도 하다. 그러나 근거리 충전의 한계는 극복해야할 과제다.

이에 1M 이상의 장거리 무선 충전이 가능한 자기공명 무선충전 기술에 대한 연구가 지속되고 있다. 국내 전자통신연구원에서도 지난해말 60와트급 자기 공명 방식을 이용해 1M 거리에서도 무선충전을 할 수 있는 원천기술을 개발했다고 밝힌 바 있다. 이 기술이 상용화될 경우 우리가 사용하고 있는 ”와이파이존”과 같은 “에너지존”의 형성이 가능하다는 것이다.

자기공명 방식은 공진 현상을 이용하며, 발신 장치와 수신 장치가 모두 같은 주파수를 사용해서 전력을 주고받는 방식이기 때문에 반드시 접촉할 필요가 없고 거리가 다소 떨어져 있어도 충전이 가능하다는 점이 가장 큰 특징이다.

가정내에서 또는 자동차내에서도 하나의 에너지존을 구성해 놓고 근처의 다양한 전기기기들을 충전하거나 전원을 공급하는 가능해진다는 것이다. 전기차의 경우에도 자기공명 무선충전 기술을 통해 주차장 근처에 주차한 다수한 전기차에 자동으로 충전이 진행되는 것도 가능해 충전소 자리를 별도로 마련하거나, 타 차량 충전시 대기해야 하는 시간을 줄여줄 수 있다.

스마트폰 제조업체들도 이제 자기공명 무선충전 기술을 개발중인 것으로 알려지고 있다. 가장 먼저 애플은 1M 거리에서 충전이 가능한 근거리 자기공명 특허를 이미 2011년에 미국 특허청에 신청했으며, 이미 구체적인 연구가 진행되어 오는 2017년 상업 출시를 준비중인 것으로 나타났다. 빠르면 내년 출시될 아이폰 7S와 아이패드에 적용될 가능성도 있다고 업계는 보고 있다.

LG전자도 자기공명 무선충전 기술 확보에 나서고 있는 것으로 나타났다. 현재 LG는 7cm 범위 7와트 무선충전 기술에 대한 상품화를 고려중인 것으로 알려지고 있다. 조만간 G5의 후속으로 나올 차세대 스마트폰에 채용될 가능성이 점쳐지고 있다. 삼성전기도 자기공명 무선충전기술을 통해 지난 2014년 CES에서 이미 3cm 범위에서의 충전시연을 보인데 이어, 2015년에도 패드 위 어느 곳에 두어도 자유롭게 충전이 가능한 웨어러블 디바이스용 무선충전 모듈과 메탈케이스용 충전모듈을 A4WP 협회 부스에서 공개한 바 있다.

현재 무선충전 기술은 에어퓨얼얼라이언스(AirFuel Alliance)와 무선전력컨소시엄(WPC)라는 2개 단체가 이끌고 있다. WPC는 치(Qi) 무선 규격을 통해 글로벌 시장에서의 무선충전 활성화에 나서고 있다. 치(Qi) 표준은 자기유도 방식이다. 처음에는 4mm이하의 근접충전이 가능했으며, 현재도 4cm까지 확장하는데 그치고 있다. 삼성, LG, 노키아, 애플, HTC 등 모든 핸드폰 제조 업체들이 회원사로 가입되어 있다.

에어퓨얼얼라이언스는 A4WP와 PMA가 통합해 지난해 출범했다. 원래 A4WP는 자기공명 방식을 PMA는 자기유도방식을 추구했던 조직이 통합한 것으로 이후 자기공명 방식을 주력으로 삼고 있다. 이 조직에는 AT&T, 브로드컴, 델, 삼성전자, 퀄컴, 미디어텍 등 170여개 업체가 참여한다.

이러한 가운데, ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)와 장거리 무선전력 송신 분야를 개척해 온 와이트리시티(WiTricity)가 자기공명 무선전력 송신용 반도체 솔루션을 공동 개발한다고 발표해 주목된다. 양사는 가전, IoT 디바이스 뿐만 아니라 의료, 산업용, 자동차용 애플리케이션의 충전 및 전원 공급에서 편의성을 증진해 나가겠다는 것이다.

와이트리시티와 ST가 공동으로 개발 중인 반도체 솔루션은 와이트리시티의 지적 재산권 원천기술 및 무선 전력전송 혼합 신호 IC설계 기술력과 ST의 전력반도체 설계, 제조 그리고 패키징 및 지원 능력의 강점을 살린 합작품이 될 것이다. 가전 및 사물인터넷 시장에서는 이 새로운 반도체를 탑재한 전력 송수신 시스템으로 다수의 기기들을 동시에 무선 급속 충전하면서도 공간적인 여유도 누릴 수 있을 것이다.

‘무선 충전 2.0’으로 명명된 이 반도체 솔루션은 자기 공명 기술이 적용되며, ST는 ”금속체 스마트폰, 태블릿 및 스마트 워치의 효율적인 충전과 같이 기존 기술을 넘어선 특별한 장점을 제공할 것”이라고 한다.

이번 제품에는 공명 및 유도 충전 방식이 통합된 다중 모드 솔루션뿐 아니라 에어퓨얼(AirFuel™) 자기공명 규격을 준수하는 설계도 포함된다.

ST와 와이트리시티는 2016년 캘리포니아 롱비치에서 열린 아시아태평양경제협력체(APEC) 회의에서 고전력 무선 전송 기술을 함께 시연할 예정이다. 자동차 산업과 관련해서는 와이트리시티가 자사 전기/하이브리드 자동차 충전용 11kW 솔루션을 적용하여 무선 ‘주차-충전(Parking-and-Charge)’ 개발 키트를 최근 발표했다. 이 솔루션은 신규 세계 표준 등록을 위한 미국 자동차 기술회(Society of Automotive Engineers, 이하 SAE)의 테스트를 성공적으로 통과했다.

아이씨엔 매거진 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr