환경 부하 저감을 위한 전원 기술 동향산업 폐기물 삭감으로 이어지는 기술 : 무선 충전

－「산업 폐기물 삭감」으로 이어지는 전원 기술이란 어떤 기술입니까?

무선 충전 기술입니다. 태블릿 및 스마트폰 등 모바일 기기의 데이터 전송은 무선이 당연시되고 있습니다. 그러나, 전력 전송은 USB 충전으로 대표되는 것과 같이, AC-DC 어댑터를 베이스로 한 충전기 등으로부터 유선으로 전송하는 것이 대부분입니다. 무선 충전 기술은 모바일 기기의 충전에 있어서 전원 코드가 필요하지 않으므로 기기의 커넥터에 대한 안전성과 방수성, 방진성의 향상이 기대되어 주목을 받고 있습니다. 또한, 1개의 충전 장치를 여러 개의 기기에 사용 가능하므로 기기에 따라 별도의 충전기를 구비할 필요가 없어집니다. 이에 따라, 충전기의 개수를 삭감할 수 있다는 점에서 환경에 대한 메리트도 있다고 할 수 있습니다.

－최근 무선 충전이 가능한 스마트폰이나, 무선 충전용 옵션 기기도 증가하고 있는 것 같습니다.

현재, 무선 충전 보급을 위해, 업계 단체에서 국제 규격이 책정되어 있습니다. 미국과 유럽을 중심으로 스마트폰에 채용되었으며, 호텔 및 공항 라운지, 패스트 푸드점, 자동차 등의 인프라에 대한 도입이 추진되고 있습니다.

－1개의 충전 장치를 공유한다는 것은 규격화되었다는 뜻 같은데요. 어떤 규격이 있습니까?

현재 주요 규격은 2개의 단체가 보유한 3가지 규격입니다. 가장 먼저 등장했던 규격은 「Qi」라는 국제 표준 규격이며, WPC, Wireless Power Consortium이라는 단체가 책정하여 추진하고 있는 규격입니다. Qi는 「치」라고 발음합니다. 다른 2가지 규격은 AirFuel Alliance라는 단체의 규격입니다. AirFuel은 PMA, Power Matters Alliance와 A4WP, Alliance for Wireless Power가 통합된 단체입니다. 현재 구 PMA 규격의 전자 유도 방식 AirFuel Inductive와 구 Rezence 규격의 자계 공명 방식 AirFuel Resonant의 2가지 규격을 추진하고 있습니다. 현재는 이전 규격명이 사용되는 경우도 많아, 조금 복잡한 상황입니다.

참고로 예를 들면, Apple의 iPhone8의 경우 Qi에 대응한 제품입니다. 관련 디바이스 및 기기 메이커, 서비스의 각 회사가 어느 규격에 대응하는지는 유동적인 상황입니다. 규격 역시 전력 증강을 위한 새로운 규격이 책정중이기도 합니다. 로옴은 WPC의 정회원입니다. WPC의 Qi 규격 책정 단계에서부터 협의에 참가하여, 시장의 요구를 반영한 제품 개발을 선행하여 추진하고 있습니다.

－로옴에는 어떤 제품이 있습니까?

현재, 무선 충전 제어 IC는 수신 · 단말기측의 BD57011AGWL, BD57015GWL과 송신 · 충전기측의 BD57020MWV, BD57021MWV가 있습니다. 모두 WPC Qi Ver.1.2에 준거합니다. 최근 신제품 BD57016GWL도 출시하였습니다.

또한, 이러한 IC를 이용한 레퍼런스 보드도 판매하고 있습니다. 송신측의 BD57020MWV-EVK-001과 수신측의 BD57015GWL-EVK-001로, 2016년 3월 시점에 업계 최초의 WPC Qi 규격 Medium Power Qi 인증을 취득한 레퍼런스 보드입니다.

－그럼, 무선 충전 제어 IC부터 상세한 내용을 소개하여 주십시오.

먼저, 현재의 라인업과 대응 규격에 대해서는 하기 표를 참조하여 주십시오. 아울러 신제품에 대해서는 홈페이지를 참조하여 주십시오.

대응 규격 버전은 최신입니다. BPP는 Baseline Power Profile의 이니셜로, Low Power 규격이라고도 하며, 5W 이하의 규격입니다. EPP는 Extended Power Profile의 이니셜로, Medium Power, 15W 이하의 규격입니다. BD57015GWL과 BD57020MWV는 Low Power와 Medium Power 규격을 모두 커버합니다.

－그럼, 5W 이하 대응과, 15W 이하 대응의 수전, 송전 라인업이 모두 갖추어져 있는 것이군요.

그렇습니다. 이번에는 그 중에서 WPC Qi 규격 Medium Power (EPP)에 준거한 칩 세트 BD57015GWL과 BD57020MWV에 대해 설명하겠습니다.

이 칩 세트는 5W Low Power 규격의 3배인 15W Medium Power 규격에 대응함으로써, 유선과 동등한 전력으로 충전이 가능합니다. 스마트폰뿐만 아니라, 태블릿 등 10W 클래스의 어플리케이션에서 무선 충전이 가능합니다. 오른쪽 그림은 BD57015GWL과 BD57020MWV의 시스템 구성 이미지입니다. 전력은 전자 유도를 통해 송신측으로부터 수신측으로 보내집니다. 기본적으로 트랜스의 원리와 동일합니다.

－수신측의 BD57015GWL은 블록도의 패킷 생성 회로 부분에 Qi뿐만이 아니라, PMA 규격에 대한 기재가 있습니다.

BD57015GWL은 PMA 규격, 현재의 AirFuel Inductive 규격에도 대응하고 있으며, WPC Qi Medium Power와 5W PMA의 자동 전환을 실행하는 듀얼 모드를 탑재하고 있습니다. 이에 따라, 두가지 규격의 충전기로 충전이 가능한 단말기를 실현할 수 있습니다.

－송신측 구성에는 BD57020MWV 이외에 마이컴과 구동 회로가 필요하다는 것인가요?

그렇습니다. 마이컴은 컨트롤러로서 필요합니다. 그림에서의 마이컴은 로옴 그룹인 라피스 세미컨덕터의 ML610Q772로, Qi 규격에 준거한 동작을 실현하기 위해 펌웨어를 인스톨한 상태로 제공하고 있습니다. 구동 회로라고 기재되어 있는 부분은 MOSFET로 구성된 Half-bridge 또는 Full-bridge의 파워단에서 코일을 구동하기 위한 회로입니다. MOSFET의 게이트 드라이브는 BD57020MWV가 실행합니다.

－그 이외의 특징이 있습니까?

FOD, Foreign Object Detection이라는 이물질 검출 기능이 표준으로 탑재되어 있습니다. 예를 들어 클립과 같은 금속 물체가 송신기와 수신기 사이에 존재하면, 금속이 발열하여 충전기나 충전물의 변형이나 고장 등의 원인이 될 가능성이 있습니다. 따라서 안전성 향상을 위해 Qi 규격에는 FOD의 탑재가 의무화되어 있습니다. 그 이외에도 과전압 보호, 과전류 보호, 과열 보호, 저전압 오동작 방지와 같은 보호회로를 내장하고 있습니다.

－잘 알겠습니다. 그럼 레퍼런스 보드에 대해 설명하여 주십시오.

레퍼런스 보드는 송전측의 BD57020MWV-EVK-001과 수전측의 BD57015GWL-EVK-001의 2종류로, 명칭으로도 알 수 있듯이, BD57020MWV와 BD57015GWL로 구성되었습니다. WPC Qi 규격 Medium Power의 Qi 인증을 취득하였으므로, 다른 Qi 인증 취득 제품과 호환성이 있습니다. 이 보드를 사용하여 다양한 실험과 검증이 가능합니다.

레퍼런스 보드에 관한 상세 내용이나 레퍼런스 디자인을 홈페이지에서 제공하고 있으므로, 많이 활용하여 주십시오. 본 레퍼런스 보드는 인터넷에서 구입이 가능합니다.

－그럼, 마지막으로 내용 정리를 부탁드립니다.

무선 충전은 전원 코드가 필요 없으므로 커넥터에 관한 문제를 배제할 수 있다는 점이 메리트입니다. 또한, 1개의 충전 장치로 다양한 기기에 사용이 가능하여, 충전기 개수를 삭감할 수 있다는 점에서 환경 부하 저감에 기여할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 규격의 확장으로 공급 전력이 커짐에 따라, 5W 클래스의 스마트폰 레벨에서 10W 클래스의 태블릿 등으로도 대응이 가능해졌습니다. 이러한 규격 확장을 통해 폭넓은 기기에 대한 충전이 가능해짐에 따라 한층 더 환경 부하 삭감으로 이어질 것으로 생각됩니다.

상기 그림은, WPC Qi 규격의 확장에 대한 로옴의 개발 로드맵입니다. 로옴은 적극적으로 규격 단체에 가입하는 등, 일찍이 시장의 동향을 파악함으로써 고객의 요구에 대응함과 동시에, 저전력 · 환경과 같은 전세계 공통 과제의 해결을 위한 제품 개발을 전개하고 있습니다.

※본 기사는 2018년 5월 시점의 내용입니다.