코드나 충전기 없이 무선으로 충전되는 모바일 시대가 열리고 있다. 이미 우리가 사용하는 휴대전화에는 전자기유도 방식 표준 Qi를 내장해 출시되고 있다. 오늘날 매일 모바일 디바이스가 판매되는 것을 미뤄보아 무선 충전시장은 거대 시장으로 진화할 것으로 전망된다.

Qi 기술은 자기유도방식을 바탕으로 충전기에 디바이스가 1.6인치 이내에 접근하면 무선으로 충전하게 된다. Qi는 WPC(Wireless Power Consortium)에서 개발한 표준으로 전자기장을 사용해 충전기에서 기기로 에너지를 보낸다. 휴대전화에 Qi가 내장되어 있지 않더라도 다양하게 나와 있는 Qi 호환 케이스를 사용하면 된다.

이미 주요 전자업체나 스마트폰 제조사인 삼성과 LG, 노키아, 소니는 Qi 기술을 채택해 제품을 생산하고 있다. 무선 충전에는 크게 자기유도방식과 자기공명방식이 있다. 두 방식 모두 장단점이 있으며 현재까지 가장 많이 상용화된 방식은 전자기 유도 방식이다. 이 방식은 충전패드 안에 든 코일에 전류를 흘리면 발생하는 자기장을 이용해 충전하는 기기에 거꾸로 전력을 공급하는 방식이다. 충전패드 위에 충전하는 기기가 근접해 있어야 하는 한계는 여전히 남아 있지만 손실되는 전력이 적다.


무선 충전, 사용자의 디바이스와 상호작용
무선 충전은 소비자에게 매우 관심이 높은 기술이며 이미 그 수요는 증가하고 있다. 파이크 리서치에 따르면 무선 충전 시장이 앞으로 10년간 120억 달러에 달할 것이며 무선 충전이 사용자의 디바이스와 상호작용하는 방식으로 변화할 것으로 예상했다. 또한 IHS는 무선 충전 기능을 탑재한 기기가 2014년에 5,000달러 규모, 2018년 9억 달러 규모 이상으로 출하할 것으로 전망했다.
 
이는 2018년 무선 전력 수신기 및 송신기 시장이 850만 달러 가치를 보유하게 된다는 것을 의미한다. 이러한 변화는 전자 업체의 생산에 큰 영향을 미칠 것이다. 단계적으로는 Qi가 탑재되지 않은 모바일 디바이스가 사라질 것이다. 하지만 Qi 기술을 바탕으로 새로운 충전 패드와 서비스 등이 출시될 것이다.
표준화 현황
무선 충전의 국제 표준은 WPC와 PMA(Power Matters Alliance), A4WP(Alliance for Wireless Power)의 세 단체가 주도하고 있다. WPC
는 2010년 자기유도방식의 ‘Qi’ 마크를 통해 제품인증을 시행한 후, ‘Qi’ 제품인증을 받은 제품이 시장에 출시되면서 업계 최초의 상용화를 이뤘다. 2013년 6월에는 ‘Qi-1.1.2’ 버전의 규격을 발표하여 초기 4가지였던 송신 코일 형태를 22가지로 늘려 개발자에게 선택의 폭을 넓혀 주었다. 앞으로 WPC는 전송전력을 15 W까지 늘려 휴대기기 고속충전 방식을 제시할 예정이다.

이와 함께 WPC는 2014년 CES에서 발표한 것과 같이 무선 충전의 적용분야를 자동차 전장분야로 확대하고 있다. 2012년 설립된 PMA는 파워매트(Powermat)의 기술을 기반으로 규격 개발을 진행하고 있으며 현재 5 W급의 소전력무선 충전 규격인 Release 1을 완성하고, 15 W급의 Release 1 enhancement 규격을 준비하고 있다. 또한 앞으로 넷북과 울트라북에 무선 충전에 적용할 수 있는 규격을 목표로 하고 있다.

2012년 자기공명방식 무선 충전 규격개발을 목표로 설립된 A4WP는 5 W급의 자기공명방식 무선 충전 규격을 2012년 11월에 최초로 발표하고 리젠스(Rezence)인증을 수행하고 있다. 2014년 상반기 삼성전자의 스마트폰 갤럭시S5의 출시와 함께 A4WP 기반의 자기공명방식 무선 충전기의 출시가 기대됐으나 갤럭시S5에는 자기유도방식인 ‘Qi’가 적용됐다.

자기유도방식을 이용하여 국제표준을 선도하고 향후 다양한 영역으로 확대하고자 하는 WPC에 대항하기 위해 2014년 2월 PMA와 A4WP는 상호 규격통합에 협의했다. 자기유도 기반의 PMA와 자기공명 기반의 A4WP의 협력으로 인해 소전력 무선 충전 표준화 경쟁은 더욱 가속할 것으로 예상된다.


새로운 서비스 창출
모바일 디바이스 사용자는 집이나 자동차, 공공기관 등에서 장소에 구애받지 않고 충전하길 원한다. 특히 관련 업계는 무선 충전이 주류로 이동할 것으로 보고 변화에 적응할 수 있도록 준비 중이다. 먼저 무선 충전 기술이 상용화되면 사용자와 새로운 서비스가 도입될 것이다. 이는 기업의 중요 마케팅 포인트가 된다.

예를 들어 기업이 공공시설에 무선 충전 패드를 설치하면 수많은 사용자에게 동영상 광고를 끊임없이 노출할 수 있다.
이미 Qi 기술을 지원하는 약 60개 이상의 휴대전화를 포함한 600개 이상의 디바이스가 출시되고 있으며, 가까운 미래에 새로운 무선 충전 제품과 이를 지원하는 디바이스로 거대한 시장을 형성할 것이다. 하지만 여기에는 새로운 몇 가지 기술적 발전이 있어야 한다. 먼저 무선 충전 패드에 하나의 디바이스만을 충전한다면, 혹은 건물 등의 장애물로 하여금 충전되지 않는다면, 충전 거리가 짧다면 어떻게 될까. 만약 위의 경우를 충족하지 못한다면 무선 충전 기술은 시장에서 금방 사라질 것이다.

하지만 거대한 새로운 패드와 전자 표면에 3 ~ 5대의 디바이스를 동시에 충전할 수 있는 무선 충전기가 이미 출시되고 있으며, 신문이나 노트 패드, 잡지 등과 같은 장애물이나 간섭에도 충전할 수 있도록 생산되고 있다.

최근 오시아는 약 12미터 떨어진 곳에서 벽과 문을 통과해 스마트폰을 충전하는 새로운 코타 무선 충전 기술을 시연했다. 오시아가 시연한 무선 충전 기술은 KAIST 임춘택 교수가 발표한 5미터 거리에서의 무선 충전 기술을 2배 이상 뛰어넘는다. 오시아가 발표한 기술은 전력을 송출하는 충전 스테이션과 작은 임베디드 충전기로 구성되며 동시에 여러 제품을 충전할 수 있다. 또한 와이파이나 블루투스의 유사 대역을 사용해 에너지를 보내 더욱 안전하다.


무선 충전 솔루션 소개
TI, 오토모티브 등급의 Qi 1.1 호환 무선 전력 송신기
TI가 출시한 bq500414Q는 업계 최초의 오토모티브 등급의 Qi 1.1 호환 무선 전력 송신기로 프리 포지션(Free-positioning)과 이물질 검출 기능(FOD: Foreign Object Detection), 시스템 레벨 EMI 향상을 특징으로 한다. 이 송신용 IC는 A6 코일로 설계된 자동차 콘솔을 통해 무선 충전을 가능하게 하여 운전자 또는 동반 탑승자가 불편함 없이 더욱 편리하게 충전 기능을 이용할 수 있다.
IDT, 고집적, 단일칩 무선 충전 수신기
IDT의 IDTP9024와 IDTP9025A, IDTP9028은 고집적, 단일칩 무선충전 수신기로 각각 PMA와 WPCQi 1.1, 듀얼 모드(PMA와 Qi) 표준을 지원한다. 이 제품들은 LDO(low-dropout regulator) 기반의 고효율 아키텍처를 사용해 부품수를 최소화해 보드 면적과 BOM(bill-of-materials)을 대폭 줄여준다. 그뿐만 아니라 최적화된 제어 로직을 사용해 전력 손실을 최소화함으로써 디바이스에 대한 무선 충전 효율을 향상한다. 공간 및 비용에 최적화된 이 무선 충전 수신기는 무선 핸드셋과 휴대전화 케이스, 태블릿에 적합하다.

특히 IDTP9024와 IDTP9025A를 사용하면 모든 PMA 또는 Qi 표준을 준수하는 송신기와 완벽히 호환되는 휴대형 기기를 개발할 수 있다. 활용성을 극대화할 수 있게 설계된 IDTP9028은 듀얼모드 성능을 제공해 Qi와 PMA 프로토콜간 변환이 자유롭고 사용자가 일일이 개입할 필요 없이 전력 전달 절충이 가능하다.

프리스케일, 다양한 풀 프로그래머블 무선 충전 IC
지난달 프리스케일은 휴대기기 및 자동차 분야를 목표로 하는 다양한 풀 프로그래머블 무선 충전 IC와 레퍼런스 디자인을 발표했다. 프리스케일의 맞춤형 자동차 솔루션은 Qi 인증 컨트롤러 IC와 이에 수반되는 레퍼런스 디자인으로 구성되어 있다. 시스템 설계자은 프로그래밍 인터페이스를 통해 자동차 리모콘과 차량 라디오의 간섭을 방지하는 등과 같이 자동차에 한정된 핵심적인 문제에 대응할 수 있다.

보급형 디바이스인 MWCT1001A는 포괄적이고 비용 효율적인 멀티 코일 무선 충전 전송 솔루션을 제공하며, 프리미엄 옵션인 MWCT 1003A는 더욱 풍부한 기능을 제공한다. MWCT1003A를 사용하면 NFC(Near Field Communication), 복수 표준 지원 또는 CAN 기술을 손쉽게 통합할 수 있으며, 레퍼런스 디자인 WCT-5WTXAUTO에 이러한 기능이 시연되어 있다. 이 자동차 중심의 IC 제품군은 AEC-Q100 요구사항을 충족하며 모든 5 W 코일 토폴로지를 지원한다.

프리스케일은 휴대기기 분야용으로 5 W 싱글 코일 용도에 대응하는 MWCT1000 Qi 인증 전송 컨트롤러 IC와 함께 관련 레퍼런스 디자인 WCT-5W1COILTX를 제공한다. 이 턴키 솔루션은 설계 유연성이라는 원칙을 유지하면서 탁월한 성능과 저렴한 자재비용을 제공해 제품화 기간을 획기적으로 단축할 수 있다. 또한 프리스케일은 더욱 뛰어난 설계 자유도와 기능을 통합할 수 있는 MWCT1101 컨트롤러 IC를 통해 제품 혁신의 새로운 가능성을 열고 있다.



브로드컴, 스마트폰용 멀티스탠다드 무선 충전 SoC
브로드컴은 지난 6월 리젠스 기술을 지원하며 기존 탑재 스탠다드와 호환할 수 있는 새로운 멀티 스탠다드 스마트폰 전원 관리 유닛(PMU, power management unit)을 출시했다. 고성능 BCM59350 무선 충전 PMU는 OEM 업체들의 유연성을 위해 대표적인 무선 충전 표준 협회인 A4WP, PMA, WPC으로부터 사양을 자동으로 선택해주는 기능을 탑재하고 있다. A4WP는 리젠스라고 불리는 자기공진방식 기술을 사용하여 소비자가 편리하게 내려놓고 충전(Drop-To-Go)할 수 있도록 하며, 여러 대의 기기를 정확한 배치나 정렬 없이 하나의 충전 패드에서 충전할 수 있다.


다양한 분야에 적용
무선 충전 시장은 단지 스마트폰에 국한되지 않는다. 이미 게임 컨트롤러와 카메라 같은 장치에 Qi 기술을 탑재해 무선으로 충전하고 있다. 또한 2014년 지프의 체로키(Jeep Cherokee)는 Qi 기술을 채택해 운전자가 단순히 차량 내에서 간단한 세팅만으로 무선으로 충전할 수 있다. 특히 더 나아가 미래에는 무선 충전이 아닌 배터리에 내장된 태양열 무선 충전기로 친환경적인 디바이스가 출시될 전망이다.