무선충전의 원리

무선충전의 원리

무선충전은 전자기 유도현상을 이용하여 생성한 전류를 통해 전자기기의 배터리를 충전을 하는 방식을 말한다. 무선충전의 원리를 이해하기 위해서는 우선 전자기유도 라는 개념을 알아야한다.

 

 

 

 

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전자기유도

▶  도체 주변에서 자기장을 변화시켰을때 전압이 유지되어 유도 전류가 흐르는 현상.

 

쉽게 말해서 도체(전기가 통하는 물체)인 코일의 주변에 자기장(자석, 전류 주위에 자기력이 작용하는 공간)을 변화시키면 전압이 유도되어 코일에 전류가 흐른다는 것이다. 이 현상이 무선충전의 기본이 되는 개념이다.

 

왜 이런 현상이 발생하느냐 하면 에너지 보존 법칙에 따른 코일의 변화 때문이다. 코일 내부에 자석이 들어오면 코일은 에너지 보존법칙에 따라 자석을 밀어내는 힘을 작용시키고, 자석이 빠지면 자석을 당기려고 하기 때문에 자석을 밀고 당기기 위해 전류를 발생시켜 주변에 자기장을 형성시킨다. 이때 생기는 전류가 유도전류이다.

 

내용이 어렵고 복잡하지만

 

▶ 도체 주변에 자기장이 변화하면 도체에 전류가 흐른다는 정도로 알고있으면 되겠다.

 

그럼 이 현상으로 어떻게 충전을 할 수 있는것인지 무선충전기의 동작을 한 번 알아보자

 

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무선충전기의 동작

*직류 - 한 방향으로 흐르는 전류.

*교류 - 양극과 음극이 계속 바뀌면서 흐르는 전류.

 

1차 코일에 교류 전류를 흐르게 하면 코일 주변에 자기장이 발생하고 양극과 음극이 계속 바뀌면서 자기장의 방향도 계속 바뀌게 된다.

 

이때 여기에 2차 코일을 가까이 붙이면 자기유도 현상으로 인해 2차 코일 주변에도 자기장이 변화하여 유도전류가 흐른다. 여기서 1차 코일이 무선충전 패드 내의 코일, 2차 코일이 배터리를 충전 시킬 전자기기의 무선충전 코일이라고 보면 된다.

무선충전 코일과 자기장

 

더 상세히 설명하자면 다음과 같다.

 

가정용 220V 콘센트에 연결하여 교류전류를 공급받은 무선충전기(1차 코일)는 내부 회로를 통해 공급받은 교류 전류를 충전에 맞는 특정 전압의 직류로 바꾸고 다시 이를 교류 전류로 변환하여 1차 무선충전 코일에 흐르게 한다. (교류 전류는 양극과 음극이 계속 바뀐다 = 자기장의 방향이 바뀐다. / 자기장의 변화가 없을경우 유도 전류는 흐르지 않음)

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이후 2차 코일(충전할 기기의 코일)을 가까이 붙이면 전자기유도현상(도체 주변 자기장 변화 시 유도 전류가 흐른다)으로 인해 2차 코일에도 자기장의 변화가 발생하여 교류 전류가 흐르게 된다. 그 후 충전대상 전자기기 내부에서 이 교류 전류를 배터리 충전을 위한 직류로 변환하여 배터리를 충전한다.

 

올려 놓기만 하면 충전이 되는 원리는 이와 같은 과정을 거치는 것이다.

 

 

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주의사항

이제 두 개의 코일 사이의 자기유도 현상으로 인한 전류가 생기는 것을 알았으니 무선충전 시 주의해야 하는 사항을 알 수 있다.

 

무선 충전을 위한 두 코일 사이에 금속재질의 물건이 있으면 해당 금속 물체에도 전류가 통해 열이 발생하므로 주의해야한다. 또한 카드수납 휴대폰 케이스를 사용할 경우 이를 제거하지않고 무선충전을 하면 카드가 자기장에 노출되어 손상될 수 있다.

 

그렇기 때문에 무선 충전 시에는 충전하는 전자기기 뒷면의 금속 물체나 자기장의 영향을 받는 물체는 없어야하며, 웬만해서는 두 코일 사이에 다른 물체 없이 충전 대상 전자기기만 올려놓는 것이 가장 좋다.

 

 

멀티탭에 얼마나 꽂아야 적당할까

 

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마무리

앞서 기술한 것처럼 무선충전을 위해서는 두 코일이 가까워져서 전자기 유도현상이 생겨야 하기 때문에 무선충전 패드와 충전 대상기기를 서로 붙여야 한다. 이러한 부분은 결국 선을 연결하는 기존 유선 충전방식과 실질적으로 차이가 없고, 전자기로 바꾸는 과정에서 전력의 손실이 발생하기 때문에 유선 충전보다 효율도 낮아서 무선충전의 실용성은 그렇게 좋지 않다.

 

스마트 워치나 블루투스 이어폰, 전동칫솔 등 배터리 용량이 크지않은 전자기기의 충전에는 유선 연결의 귀찮음을 상당히 덜어주어서 이러한 단점에도 주로 사용되고 있지만 대용량의 배터리와 빠른 충전속도가 상대적으로 중요한 스마트폰에서는 큰 이점은 없는 편이다. 사실상 스마트폰은 대부분의 사람들이 충전하면서도 사용을 하기 때문에 오히려 유선 충전보다 장점이 없는 실정이다.

 

이미 등장한 기술이지만 사용성이나 만족도가 그리 좋은 편은 아니기 때문에 충전의 범위 확장과 충전 속도 향상, 이 두 부분이 앞으로 어떻게 발전될지를 중심으로 지켜봐야 하겠다.