무선 충전에서의 열 관리: 당면 과제 및 솔루션

직접 전기 접촉 없이 전자기 유도를 통해 전기 에너지를 전달할 수 있는 무선 충전기를 사용하면 복잡한 케이블과 코드 없이 휴대폰, 시계, 태블릿, 이어버드 등에 전력을 공급할 수 있습니다. 그러나 전자 장치 충전에 대한 수요가 급증하고, 특히 전자 장치가 점점 작아지고 휴대성이 개선됨에 따라 과열 문제 방지를 위해 열 관리가 중요합니다.

무선 충전기가 과열되는 원인은 무엇입니까?

무선 충전기는 전자기 유도를 사용하여 충전기의 송신기 코일에서 장치의 수신기 코일로 에너지를 전달합니다. 충전 중에 장치와 충전기를 만져보면 따뜻해지는 것을 알 수 있을 것입니다. 이는 충전기 구성 요소의 전자기 손실로 인한 전력 손실 때문이며, 이로 인해 열이 발생합니다. 

Ansys Maxwell에서 무선 충전 스마트 시계의 자속 강도 벡터 및 전체 손실 분포 시뮬레이션

무선 충전 시 에너지 전달

전기 에너지는 장치의 송신 코일에 의해 자기장으로 변환된 다음 수신 코일에 의해 다시 전기 에너지로 변환됩니다.

에너지 손실을 제한하고 충전 효율을 극대화하려면 송신기 코일과 수신기 코일이 올바르게 정렬되어야 합니다. 올바른 충전 위치에 도달하면 충전기와 수신기의 자석이 "고정"된 느낌이 듭니다.

무선 충전기의 열 문제

무선 충전기에는 코일 정렬 외에도 사용자 안전과 장치 성능을 보장하기 위해 해결해야 하는 고유한 열 문제가 있습니다.

컴팩트한 디자인: 소형 인클로저는 충전기에 통합할 수 있는 열 냉각 시스템 옵션이 제한적입니다.

표준 준수: 충전기가 안전 작동 한계(피부 통증 임계값의 경우 44°C 미만) 내에서 작동하도록 하려면 규정 요구 사항을 충족해야 합니다.

가변 조건: 하중 및 주변 온도와 같은 실시간 변화에 무선 충전기가 적응할 수 있어야 합니다.

효과적인 열 관리 전략 모색

무선 충전기의 열 관리와 관련된 주요 과제는 다른 전자 장치에서 볼 수 있는 것과 비슷합니다. 즉, 더 빠른 충전과 더 작은 장치에 대한 수요입니다. 소비자는 주머니에 쏙 들어가는 빠르고 편리한 충전 솔루션을 원합니다. 그러나 스마트워치나 기타 소형 가전 제품의 전체 설치 공간을 작게 유지하기 위해 팬과 같이 부피가 큰 냉각 솔루션을 추가하는 것이 항상 가능하지는 않을 수 있습니다. 엔지니어는 좁은 공간에 대한 솔루션을 설계할 때 아래 나열된 것과 같은 대체 냉각 방법을 고려하여 안전한 열 임계값을 준수합니다.

재료 선택: 수지 재료보다 열 전도성이 높은 실리콘 기반 재료와 같은 재료를 선택하여 스마트워치 케이스 등에서 열 소산을 개선할 수 있습니다.

구성 요소 배치: 파라메트릭 스윕 스터디를 통해 구성 요소 위치와 치수를 최적화하여 열을 발생시키는 구성 요소의 집중을 방지합니다.

환기: 구성 요소 주변의 자연 또는 강제 공기 흐름을 통합하여 열을 분산시키고 열 냉각을 촉진합니다.

단열: 열을 발생시키는 구성 요소를 인접 영역으로의 열 전달을 최소화하는 재료로 둘러쌉니다.

열싱크: 경로 및 표면적을 제공하면 열 핀을 통해 열원의 열을 식힐 수 있습니다.

시스템 효율성 분석: 소비자에게 더 빠른 충전 환경을 제공하기 위해 무선 충전기의 자기, 열 및 파워 일렉트로닉스 측면을 고려해 시스템 성능을 평가할 수 있습니다.

재료 선택, 구성 요소 배치 및 인클로저 유형과 같은 다양한 열 관리 옵션을 고려할 때 설계자의 선택 폭은 넓습니다. 전자 장치 설계자는 무선 충전기 설계에 시뮬레이션을 사용하여 프로토타입 제작 전에 열 관리 전략을 검증하고 설계를 최적화할 수 있습니다. 설계자는 Ansys Maxwell, Ansys Icepak 및 Ansys Granta와 같은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 다양한 성능 시나리오에서 각 선택이 목표에 어떤 영향을 미치는지 파악할 수 있습니다.  

미래의 무선 충전기 열 관리 방식은 어떨까요?

열 관리 기능은 충전 중에 장치를 냉각시키는 방식으로 전자 장치의 안전과 수명을 유지하면서 빠르고 효율적인 에너지 전달을 보장합니다. 아래와 같은 열 냉각 분야의 새로운 혁신 기술은 인터넷에 항상 연결된 채로 살아가는 현대인에게 동력을 제공하며 훨씬 더 빠르고 편리한 무선 충전을 지원합니다.

연속 충전: 장치를 유선 충전기에 연결할 수 있을 때마다 전파를 사용합니다.

내장형 충전기: 대중 교통 및 가구를 포함한 일상 생활의 모든 요소에 무선 충전을 통합합니다.

범용 표준: 사용자가 장치 유형과 제조업체에 관계없이 원활하게 충전할 수 있도록 하여 전 세계 호환성을 구현합니다.

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