6.78MHz에서 약결합 무선전력충전 시스템 설계 및 구현

Abstract

요즘들어 전기 자동차, 몸속에 들어가는 바이오 칩 그리고 웨어러블 기계 등, 선을 이용하여 전원을 공급하기 힘든 제품들, 또 기존에 선을 이용하여 충전하던 제품들도 모두 간편하고 편리한 충전이 필요해 졌다. 따라서 선이 필요없이 충전을 할 수 있는 무선전력충전에 많은 관심과 필요가 급증하였다. 이 중 가장먼저 핸드폰 단말기 충전을 타켓으로 하는 어플리케이션들이 시장에 많이 나오고 있다. 현재 나오고 있는 많은 제품들은 모두 강결합 시스템(Tightly Coupled System)을 채택하고 있다. 강결합 시스템은 크게 두 가지의 약점을 가지고 있다. 먼저 첫째로 송신코일과 수신코일의 크기가 같기 때문에 구조적으로 1:N 시스템 구조를 만들기 힘들다는 점이다. 따라서 1개의 충전기에 단 1개의 핸드폰 밖에 충전을 못한다는 단점을 가진다. 둘째로는 수신코일과 송신코일의 정렬이 조금만 틀어져도 결합상수(Coupling Coefficient)가 급격히 틀어지는 점이다. 따라서 충전기와 핸드폰이 조금만 틀어져도 충전이 되지 않는 문제점을 가진다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서 High Q Loosely coupled wireless power charging system을 구현함으로써 해결하였다. 수신기 코일의 크기에 비해 훨씬 큰 송신 코일을 제안함으로써 1:N 시스템의 구조적인 제약을 해결하였고, 어느 위치에서도 결합상수의 크기가 일정한 코일을 제안함으로써 송수신기의 비정렬(Misalignment)문제점을 해결하였다. 또한 약결합 시스템이기 때문에 강결합 시스템보다 작은 결합상수를 가지게 되며 이를 통해 효율의 감소가 발생한다. 이 또한 높은 Quality factor를 갖는 코일을 만듦으로써 High Q 시스템으로 효율을 보상하였다. 제안된 무선충전시스템은 공간자유도를 가질 수 있고 여러 개의 충전기를 동시에 충전 할 수 있는 편리함을 제공할 것으로 예상된다. 본 논문의 1 장에서는 기본적인 무선전력전송의 원리와 시스템 개념도에 대해서 이야기 하고 2장에는 제안한 무선전력충전 시스템의 설계를 공진 코일, 수신부, 송신부 그리고 통신부분으로 크게 4부분으로 나누어 설명한다. 3장에서는 제안된 무선전력충전 시스템의 시뮬레이션 및 구현에 대해서 설명한다. 4장에서는 측정 결과를 분석하고, 5장에서는 결론을 제시한다.