무선 충전

RF 무선 전력

RF 에너지로 저출력 기기 충전

무선 통신 기기의 수는 매년 증가하고 있으며, 2030년까지 240억 대를 상회할 것으로 예상되고 있습니다. 이러한 기기는 용량 측면에서 계속 진화하고 있지만 충전 방식은 기존 방식을 유지하고 있습니다. 현재의 기기 충전 방식은 다음과 같습니다.

  • 케이블을 사용하여 주기적으로 충전
  • 배터리 교체
  • 충전 패드에 올려 놓기

이 세 가지 방법은 정기적인 유지보수가 필요하기 때문에 기기 수가 많거나 위치 찾기 또는 액세스가 어려운 기기를 관리하는 애플리케이션에서 번거로울 뿐만 아니라 많은 비용이 들 수 있습니다.

이러한 과제를 해결할 솔루션은 RF(Radio Frequency) 무선 충전입니다. RF 신호는 데이터 전송에만 사용되어 왔지만 무선 에너지 전송도 가능합니다. RF 충전 기능을 탑재한 기기는 RF 신호를 DC(직류) 신호로 전환하여 회로에 전원을 공급할 수 있습니다.

RF 무선 충전은 특히 많은 수의 저출력 무선 기기를 관리하는 애플리케이션에 유용합니다. 이러한 애플리케이션의 예를 들면 다음과 같습니다.

  • 스마트 빌딩 및 자율 차량 내 센서
  • ESL(Electronic Shelf Label)
  • 품목 추적을 위한 재고 태그
  • 생산 라인 또는 소매 환경에서 사용할 수 있는 저출력 IoT(사물 인터넷)

RF 무선 충전을 사용하면 기기를 사용하거나 움직이는 중에도 수동 조작 없이 기기를 충전할 수 있습니다. 이 기술은 에너지 유지관리 필요성을 크게 줄여주어 효율성을 높이고 비용을 감소할 수 있습니다.

RF 무선 충전 작동 방식

안테나와 정류기의 조합인 렉테나를 통한 RF 신호로 기기를 충전할 수 있습니다. 안테나가 RF 신호를 캡처하면 정류기가 RF 신호를 DC(직류) 신호로 변환합니다. 그런 다음 이 DC 에너지를 사용하여 기기에 직접 전원을 공급하거나 배터리 또는 슈퍼 커패시터에 저장한 후 나중에 사용할 수 있습니다.

정류기는 일반적으로 다이오드와 커패시터 기반 LPF(Low Pass Filter)로 구성됩니다. 정류기는 비선형 회로 소자이기 때문에 DC 출력은 RF 입력에 따라 비선형적으로 달라집니다. 출력 DC 전력은 입력 RF 신호뿐만 아니라 파형의 영향도 받습니다. 예를 들어, PAPR(Peak to Average Power Ratio, 순간최대전력 대 평균전력비)이 높은 신호는 일정 인벨로프 신호에 비해 주어진 평균 입사 RF 전력에 대해 높은 DC 전력 출력을 생성합니다. 높은 PAPR 신호의 피크는 평균 전력이 동일하지만 피크 전력이 낮은 일정 인벨로프 신호에 비해 다이오드 Turn on Voltage(전류를 흐르기 시작하는 데 필요한 최소 전압)를 초과할 가능성이 더 높습니다.

AirFuel Alliance RF 표준

RF 송신기와 수신기 간 모든 절차를 정의하는 표준은 다른 공급업체의 기기 간 상호운용성을 보장하여 RF 충전 기술을 이용하는 제품의 개발을 장려합니다.

AirFuel Alliance는 니어필드(자기 공명) 및 파필드(RF 무선 충전 이용)에 대한 표준을 개발하는 회사의 글로벌 연합체입니다. 자기 공명 이용 기기에 관한 AirFuel Resonant 표준은 이미 상용 제품에 채택되었습니다. 2023년 1월에는 AirFuel RF Baseline 시스템 사양이 게시되었으며 AirFuel RF 상호운용성 및 적합성 테스트는 현재 공시 준비 단계에 있습니다. AirFuel Alliance RF 표준으로 기기 인증을 받으려면 이러한 Test Case를 충족해야 합니다.

로데슈바르즈는 AirFuel Alliance 정기 회원으로서 AirFuel RF 표준 개발을 위해 중심적인 역할을 하고 있습니다. 로데슈바르즈는 테스트 및 계측 공급업체로서의 전문지식을 활용하여 무선 충전의 미래를 형성할 업계 표준의 개발에 기여하고 있습니다.

3GPP 환경 IoT

3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 통신 표준을 정의하는 글로벌 조직입니다. 3GPP는 배터리 없는 기기와 같이 새로운 IoT 애플리케이션의 요구사항을 인식하고 환경 IoT라고 하는 새로운 기술 범주를 구성하였습니다.

환경 IoT 네트워크 내 연결 수와 기기 밀도는 기존 3GPP IoT 기술보다 수십 배 클 수 있습니다. 이와 동시에, 환경 IoT 기기의 복잡성, 에너지 보관 용량, 전력 소비, 네트워크 커버리지는 기존 3GPP LPWA(Low Power Wide Area) 기술에 비해 수십 배 낮습니다. 환경 IoT의 저출력 요구사항에 따라 RF 신호를 에너지 소스로 활용할 수 있는 잠재성이 인식되고 있습니다.

"AirFuel RF 표준과 관련하여 WPT(Wireless Power Tester) 개발을 이끌어준 로데슈바르즈에 감사를 표하고 싶습니다. 회사들은 WPT를 사용해 AirFuel RF 표준 적합성을 테스트 및 검증하고 상호운용 가능한 RF 무선 충전 솔루션의 개발을 가속화할 수 있게 됩니다."
Dr. Sanjay Gupta, President and Chairman of AirFuel Alliance

로데슈바르즈의 RF 무선 충전

WPT(Wireless Power Tester) 프로젝트

로데슈바르즈 WPT(Wireless Power Tester) 프로젝트는 무선 충전 송신기 및 수신기를 위한 포괄적 테스트 솔루션을 개발하기 위한 목적으로 진행되고 있습니다. 이 프로젝트는 주로 배터리 상태가 다른 무선 충전 수신기의 효율성 테스트를 연구합니다. 또한 다른 RF 파형에 대해 RF-DC 변환 효율성을 측정하는 작업도 연구하고 있습니다.

그 외에도 AirFuel Alliance RF 표준에서 정의한 적합성 테스트를 수행합니다. 로데슈바르즈는 2022년 이후 매년 무선 충전 연구 및 업계 참여를 위한 최대 규모의 글로벌 이벤트인 IEEE WPTCE(Wireless Power Technology Conference and Expo)에 참여해 왔습니다. 2024년 5월에는 일본 교토에서 개최된 WPTCE에서 로데슈바르즈가 몇 가지 AirFuel Alliance 적합성 테스트를 발표했습니다.

로데슈바르즈 전문가는 2023년 Wireless Congress에서 RF 무선 충전에 대한 프레젠테이션을 선보였습니다. 자세한 내용은 제출된 논문인 RF Wireless Power Transfer: A Study on the Power Transfer Efficiency of Different Waveforms and an Overview of the Standardization Efforts에서 확인할 수 있습니다.

궁금한 부분이 있다면 로데슈바르즈에 문의하세요.

보도 자료: 로데슈바르즈, 최초의 RF 무선 충전 테스터 프로토타입으로 AirFuel Alliance RF 표준화 작업에 기여

보도 자료: 로데슈바르즈, 최초의 RF 무선 충전 테스터 프로토타입으로 AirFuel Alliance RF 표준화 작업에 기여

로데슈바르즈가 일본 교토에서 개최된 IEEE WPTCE(Wireless Power Technology Conference and Expo)에서 파필드 무선 충전 시스템 테스트를 위한 개념 증명을 선보였습니다. 로데슈바르즈에서 개발한 RF(Radio Frequency) 무선 충전 테스터는 로데슈바르즈의 테스트 및 계측 장비와 시장에서 판매 중인 무선 충전 개발 키트를 활용합니다. 또한 테스트 자동화 기능과 사용자 친화적 웹 인터페이스가 포함되어 있습니다. 로데슈바르즈는 이 셋업을 통해 AirFuel Alliance RF 표준을 지원합니다.

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