기술기고문
최적 전력 전송과 안전성 기능을 특징으로 하는 통합적이고 효율적인 100mA 무선 충전 솔루션
웬웨이 리(Wenwei Li), 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)
LTC4124는 고성능 100mA 무선 리튬이온 차저 리시버로서, 외부 부품 수를 줄일 수 있으므로 공간이 제약된 애플리케이션에서 총 솔루션 크기를 줄일 수 있다. LTC4124에 무선 전력 트랜스미터로 LTC4125를 결합함으로써 최적 전력 탐색과 이물체 감지 기능을 사용해서 안전하고 효율적인 무선 충전 환경을 구현할 수 있다.
고도로 통합적인 무선 차저 리시버
소형 휴대 디바이스나 웨어러블 디바이스로 무선 충전이 갈수록 인기를 끌고 있다. 여기에는
그럴 만한 이유가 있다. 무선 충전을 사용함으로써 커넥터와 포트를 노출시키지 않고 디바이스를 더 견고하게 할 수 있으며 최종 사용자들을 위해서 편의성을 크게 높일 수 있다. 보청기와 같은 디바이스들에서 통상적으로 제기되는 공간 제약을 극복할 수 있는 점으로서, LTC4124는 무선 전력 관리기 기능을 통합함으로써 무선 공진 탱크로부터 AC 전압을 레귤레이트 된 DC 전압으로 변환할 수 있다. 그런 다음 이 DC 전압을 포괄적인 기능의 선형 배터리 차저로 공급해서 배터리를 충전할 수 있다. 이와 같은 고도의 기능 통합에 의해서 극히 작은 크기로 포괄적인 기능의 무선 충전을 구현할 수 있다. 리시버 공진 탱크와 배터리만 추가하면 된다.
효율적인 무선 전력 관리기
그림 2에서 보듯이, LTC4124가 배터리를 충전하기 위해서 필요한 것보다 더 많은 에너지를 수신하면 이 IC 내의 무선 전력 관리기가 리시버 공진 탱크를 접지로 션트 시켜서 이 IC로의 입력 전압 VCC를 낮게 유지한다. 그러므로 선형 차저가 고도로 효율적으로 작동한다. 입력을 항상 배터리 전압 VBATT 바로 위로 유지하기 때문이다. 또한 션트 회로가 작동되면 공진 탱크가 더 적은 전력을 수신한다. 공진 주파수가 트랜스미터 주파수로부터 디튜닝 되기 때문이다.
그림 1: 전체적인 6mm 무선 배터리 차저 솔루션
그림 2: AC 입력 정류 및 DC 레일 전압 레귤레이션
LTC4125 트랜스미터를 결합해서 무선 충전 디자인 완성
그림 3을 보면 LTC4125는 고성능 AutoResonant™ 무선 트랜스미터로서, 무선 충전 애플리케이션 용으로 포괄적인 보호 기능들을 포함한다. LTC4125로 최적 전력 탐색 기능은 수신된 부하 요구량에 따라서 전송 전력을 조절한다. 또한 LTC4125는 이물체들이 트랜스미터로부터 원치 않는 전력을 수신하지 못하도록 다중의 이물체 감지 기법을 포함한다.
LTC4124와 짝을 이뤄서 LTC4125 풀브리지 공진 드라이버가 하프 브리지 드라이버로서 작동할 수 있으며 더 미세한 분해능으로 탐색을 할 수 있다. 그러므로 저전력 리시버로 배터리를 충전하기에 충분한 전력만 수신할 수 있다. 배터리가 최대 충전에 거의 가까워지면 LTC4124가 정전압 모드로 전환해서 충전 전류를 낮춘다. LTC4125가 리시버의 저전력 요구에 맞게 자동으로 전력 공급을 낮춘다. 그럼으로써 충전 사이클 전반에 걸쳐서 전력 소모를 낮추고, LTC4124 차저와 배터리를 온도가 상승하지 않도록 유지한다.
그림 4는 최대 전력일 때와 전류 제한 정전압 모드일 때 리시버 회로의 온도를 보여준다. 두 경우 모두 실온에서 온도가 40?C 미만이라는 것을 알 수 있다.
그림 3: 100mA LTC4124 차저 리시버에 LTC4125 AutoResonant 트랜스미터를 결합해서 최적 전력 탐색 가능
그림 4: 열 성능 비교. (a) 4.1V 출력으로 100mA 충전 전류, (b) 4.2V 출력으로 10mA 충전 전류
차저 리시버가 트랜스미터로부터 멀어지면 LTC4125가 활성 부하를 감지하지 못하므로 그림 5에서 보는 것처럼 전력을 대기 모드로 낮춘다. 그림 6은 트랜스미터로 금속성 이물체가 감지되었을 때 어떻게 되는지 보여준다. LTC4125가 높은 공진 주파수를 감지하고 대기 모드로 전환한다.
차저 리시버가 트랜스미터로부터 멀어지면 LTC4125가 활성 부하를 감지하지 못하므로 그림 5에서 보는 것처럼 전력을 대기 모드로 낮춘다. 그림 6은 트랜스미터로 금속성 이물체가 감지되었을 때 어떻게 되는지 보여준다. LTC4125가 높은 공진 주파수를 감지하고 대기 모드로 전환한다.
그림 5: 리시버가 감지되지 않았을 때 LTC4125의 동작
그림 6: LTC4125로 이물체 감지
맺음말
LTC4124는 무선 전력 관리기와 포괄적인 기능의 리튬이온 배터리 차저를 통합함으로써, 공간 제약적 애플리케이션으로 무선 차저 리시버 설계를 간소화한다. LTC4124 리시버와 함께 하프 브리지 트랜스미터로서 LTC4125를 결합해서 고도로 통합적이면서 보호 성능이 뛰어난 무선 충전 솔루션을 완성할 수 있다.
저자 약력
웬웨이 리(Wenwei Li)는 아나로그디바이스의 전원 제품 애플리케이션 엔지니어이다(매사추세츠주 노스 첼름스퍼드 근무). 2014년 중국 창사의 후난 대학에서 공학 학사학위 및 2016년 오하이오주 콜럼버스의 오하이오 주립대학에서 박사학위를 취득했다. 궁금한 점은 wenwei.li@analog.com으로 문의.
LTC4124는 고성능 100mA 무선 리튬이온 차저 리시버로서, 외부 부품 수를 줄일 수 있으므로 공간이 제약된 애플리케이션에서 총 솔루션 크기를 줄일 수 있다. LTC4124에 무선 전력 트랜스미터로 LTC4125를 결합함으로써 최적 전력 탐색과 이물체 감지 기능을 사용해서 안전하고 효율적인 무선 충전 환경을 구현할 수 있다.
고도로 통합적인 무선 차저 리시버
소형 휴대 디바이스나 웨어러블 디바이스로 무선 충전이 갈수록 인기를 끌고 있다. 여기에는
그럴 만한 이유가 있다. 무선 충전을 사용함으로써 커넥터와 포트를 노출시키지 않고 디바이스를 더 견고하게 할 수 있으며 최종 사용자들을 위해서 편의성을 크게 높일 수 있다. 보청기와 같은 디바이스들에서 통상적으로 제기되는 공간 제약을 극복할 수 있는 점으로서, LTC4124는 무선 전력 관리기 기능을 통합함으로써 무선 공진 탱크로부터 AC 전압을 레귤레이트 된 DC 전압으로 변환할 수 있다. 그런 다음 이 DC 전압을 포괄적인 기능의 선형 배터리 차저로 공급해서 배터리를 충전할 수 있다. 이와 같은 고도의 기능 통합에 의해서 극히 작은 크기로 포괄적인 기능의 무선 충전을 구현할 수 있다. 리시버 공진 탱크와 배터리만 추가하면 된다.
효율적인 무선 전력 관리기
그림 2에서 보듯이, LTC4124가 배터리를 충전하기 위해서 필요한 것보다 더 많은 에너지를 수신하면 이 IC 내의 무선 전력 관리기가 리시버 공진 탱크를 접지로 션트 시켜서 이 IC로의 입력 전압 VCC를 낮게 유지한다. 그러므로 선형 차저가 고도로 효율적으로 작동한다. 입력을 항상 배터리 전압 VBATT 바로 위로 유지하기 때문이다. 또한 션트 회로가 작동되면 공진 탱크가 더 적은 전력을 수신한다. 공진 주파수가 트랜스미터 주파수로부터 디튜닝 되기 때문이다.
그림 1: 전체적인 6mm 무선 배터리 차저 솔루션
그림 2: AC 입력 정류 및 DC 레일 전압 레귤레이션
LTC4125 트랜스미터를 결합해서 무선 충전 디자인 완성
그림 3을 보면 LTC4125는 고성능 AutoResonant™ 무선 트랜스미터로서, 무선 충전 애플리케이션 용으로 포괄적인 보호 기능들을 포함한다. LTC4125로 최적 전력 탐색 기능은 수신된 부하 요구량에 따라서 전송 전력을 조절한다. 또한 LTC4125는 이물체들이 트랜스미터로부터 원치 않는 전력을 수신하지 못하도록 다중의 이물체 감지 기법을 포함한다.
LTC4124와 짝을 이뤄서 LTC4125 풀브리지 공진 드라이버가 하프 브리지 드라이버로서 작동할 수 있으며 더 미세한 분해능으로 탐색을 할 수 있다. 그러므로 저전력 리시버로 배터리를 충전하기에 충분한 전력만 수신할 수 있다. 배터리가 최대 충전에 거의 가까워지면 LTC4124가 정전압 모드로 전환해서 충전 전류를 낮춘다. LTC4125가 리시버의 저전력 요구에 맞게 자동으로 전력 공급을 낮춘다. 그럼으로써 충전 사이클 전반에 걸쳐서 전력 소모를 낮추고, LTC4124 차저와 배터리를 온도가 상승하지 않도록 유지한다.
그림 4는 최대 전력일 때와 전류 제한 정전압 모드일 때 리시버 회로의 온도를 보여준다. 두 경우 모두 실온에서 온도가 40?C 미만이라는 것을 알 수 있다.
그림 3: 100mA LTC4124 차저 리시버에 LTC4125 AutoResonant 트랜스미터를 결합해서 최적 전력 탐색 가능
그림 4: 열 성능 비교. (a) 4.1V 출력으로 100mA 충전 전류, (b) 4.2V 출력으로 10mA 충전 전류
차저 리시버가 트랜스미터로부터 멀어지면 LTC4125가 활성 부하를 감지하지 못하므로 그림 5에서 보는 것처럼 전력을 대기 모드로 낮춘다. 그림 6은 트랜스미터로 금속성 이물체가 감지되었을 때 어떻게 되는지 보여준다. LTC4125가 높은 공진 주파수를 감지하고 대기 모드로 전환한다.
차저 리시버가 트랜스미터로부터 멀어지면 LTC4125가 활성 부하를 감지하지 못하므로 그림 5에서 보는 것처럼 전력을 대기 모드로 낮춘다. 그림 6은 트랜스미터로 금속성 이물체가 감지되었을 때 어떻게 되는지 보여준다. LTC4125가 높은 공진 주파수를 감지하고 대기 모드로 전환한다.
그림 5: 리시버가 감지되지 않았을 때 LTC4125의 동작
그림 6: LTC4125로 이물체 감지
맺음말
LTC4124는 무선 전력 관리기와 포괄적인 기능의 리튬이온 배터리 차저를 통합함으로써, 공간 제약적 애플리케이션으로 무선 차저 리시버 설계를 간소화한다. LTC4124 리시버와 함께 하프 브리지 트랜스미터로서 LTC4125를 결합해서 고도로 통합적이면서 보호 성능이 뛰어난 무선 충전 솔루션을 완성할 수 있다.
저자 약력
웬웨이 리(Wenwei Li)는 아나로그디바이스의 전원 제품 애플리케이션 엔지니어이다(매사추세츠주 노스 첼름스퍼드 근무). 2014년 중국 창사의 후난 대학에서 공학 학사학위 및 2016년 오하이오주 콜럼버스의 오하이오 주립대학에서 박사학위를 취득했다. 궁금한 점은 wenwei.li@analog.com으로 문의.
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