무선전력 기술은 전성기를 맞이했다. 애플의 아이폰X, 아이폰8, 아이폰8 플러스, 삼성의 갤럭시 S8을 비롯한 주요 휴대폰 제조업체의 제품들이 비접촉 충전 기능을 제공하고 있다. 시장조사기관 HIS마킷(IHS Markit)에 따르면 2017년 출하된 무선전력 기술 탑재 디바이스는 5억대로, 이는 2016년 대비 40%이상 증가한 수치다.
무선전력 기술을 채택하는 비중은 점차 증가하고 있지만, 무선전력이 가진 몇 가지 단점은 그 채택을 지연시키는 요소로 작용하고 있다.
특히 가장 큰 문제점은 전송할 수 있는 전력량이 한계가 있어 유선충전보다 느리다는 점이다. 다양한 무선전력 기술 표준이 계속해서 변화하고 진화하면서 시장에 혼란을 야기하고 있다. 하지만, 무선충전 기술의 잠재력과 편리함은 의심의 여지가 없음이 분명하다.
무선충전의 기본원리
무선충전의 기본원리는 유도다. 교류 전류는 충전 장치의 송신 코일을 통과해 자기장을 발생시키며 이는 다시 스마트폰이나 다른 장치에 위치한 수신기 코일 내 전압과 전류를 유도한다. 흔히 사용되는 시스템 유형으로는 두 가지가 있다. 이는 각각 '유도형'과 '공진형' 충전이라 불린다. 용어가 달라 혼란스러울 수 있으나, 두 가지 모두 유도 방식을 기반으로 한다.
첫 번째 방식은 밀결합형(tight-coupled) 또는 유도형 충전으로, 비슷한 크기의 송신기와 수신기 코일이 있으며 서로 몇 밀리미터 내에 위치해야 한다. Qi 표준에 정의된 대로 이들 코일은 충전 패드에 스마트폰을 놓는 것처럼 충전기와 수신기가 케이스로만 분리된다.
두 개의 코일은 높은 수준으로 결합되며 전력 전송은 비교적 효율적이다. 두 개의 코일은 정렬이 돼야 하는데, 일부 송신기는 이러한 요구사항을 충족하기 위해 여러 코일을 갖고 있는 경우도 있다.
두 번째 방식은 소결합형(loosely-coupled) 또는 공진형 충전 방식으로 두 개의 코일이 훨씬 더 멀리 떨어져 배치될 수 있는 이점이 있다. 예를 들어 에어퓨얼(AirFuel) MR 표준을 준수하는 장치의 경우 배치 간격은 최대 45mm에 달한다.
이 경우 송신기와 수신기는 효율적인 결합을 달성하기 위해 두 개의 코일 사이에 높은 RF Q 인자 튜닝을 사용한다. 이 시스템은 배치 간격이 더 길다는 점을 비롯해 하나의 송신기 코일에서 여러 장치를 충전하는 것을 지원하며, 수신기 코일은 송신기 코일보다 작다는 장점이 있다.
미래형 솔루션을 위한 OTA 업데이트
최근까지 무선전력 전송을 위한 여러 표준이 출시됐으며 어떤 것을 따라야 하는지 결정하기가 쉽지 않았다. 현재 가장 널리 사용되는 표준은 WPC의 치(Qi) 표준으로 2008년 처음 출시된 이래 많은 인기를 얻었다. WPC에 따르면 Qi 표준은 570여 회원사를 보유하고 있으며 출시된 Qi 인증 제품 개수만 1750개에 달한다.
또한 Airefuel 표준에 지지 받았었고 한때 Qi 표준과 대치할 할 수 있었던 파워매트(PMA)도 2018년 1월에 WPC에 합류했다. 애플이 Qi 표준을 채택하며 이 기술의 인기를 한층 끌어올렸다.
앞으로 Qi 표준은 대세가 될 것으로 보인다. 비접촉 기술의 소비자 채택 수준이 저조한 가운데 Qi 표준은 현재 공개된 버전(V 1.2.3)에서 더욱 진화할 것이다. 애플의 경우 이미 Qi 표준의 자체 비표준 사용자 정의 버전을 구현했다. 그러나 아직도 많은 업체가 이를 사용하고 있으므로, OEM은 다른 표준을 간과하면 안된다.
계속 변화하는 표준 탓에 OEM으로서는 미래를 위한 솔루션을 개발했다고 단언하긴 어렵지만, 제품 출하 후에도 업데이트 할 수 있는 기능을 갖추면 목표 달성에 도움이 된다.
이 기능은 하드웨어로 정의된 작동 솔루션이나 현장에서 변경 불가한 펌웨어에서 작동하는 솔루션에 기반해야 하는 무선충전 수신기를 생산하는 여러 OEM들이 가진 실질적 문제점을 해결할 수 있다.
더 좋은 방법은 플래시 메모리에 펌웨어를 저장하는 것이다. OTA(Over The Air) 업데이트를 사용해 현장에서 펌웨어를 변경할 수 있다. OTA 업데이트를 제공하는 기능은 한층 높은 유연성을 제공해 출시 후 제품 수명을 연장시킨다.
펌웨어 업그레이드를 지원하기 위해 플래시 메모리가 통합된 솔루션을 선택해 OEM은 제품 설계, 제조, 출하 후에도 표준이나 독점 프로토콜의 변경 사항을 제품에 적용하고 충족할 수 있다.
온세미컨덕터는 이 방식을 WPC Qi와 PMA AirFuel 표준 모두와 호환되는 고집적 단일 칩 무선충전 수신기 NCP6401을 통해 구현했다. NCP6401 작동은 통합 마이크로컨트롤러(MCU)에서 실행되는 펌웨어에서 주로 정의되며, 128Kb 온칩 플래시 메모리에 저장된다.
이 장치는 OTA(Over The Air) 업데이트를 지원하도록 설계되어있어 필요 시 현장에서 쉽게 업데이트를 배포할 수 있다.
글 : 마지드 카피(Majid Kafi) / 시스템 전력 솔루션 시니어 디렉터 / 온세미컨덕터