컴퓨팅 장치를 위한 집적화된 무선 전력 전송 시스템의 설계 및 구현
Design and Implementation of an Integrated Wireless Power Transfer System for Computing Devices
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초록
본 논문에서는 구조적으로 심플하면서도 고효율의 전력 전달과 자기 차폐 기능을 통합한 low profile 자기공진형 무선전력전송(Wireless Power Transfer, WPT) 시스템을 제안하였다. 기존의 자기 공진 방식 WPT 시스템은다수의 코일과 복잡한 임피던스 정합 회로를 필요로 하여 두께와 구조 측면에서 집적화에 제약이 있었으며, 이는 스마트 기기, 웨어러블, 의료기기 등 공간 제약이 큰 응용 분야에 적용하는 데 어려움이 있었다. 본 논문에서는 송신기와수신기 각각에 단 하나의 공진 코일과 다기능 커패시터를 사용하여 공진과 임피던스 정합을 동시에 만족시키는 회로구조를 설계함으로써, 시스템의 단순화와 소형화를 실현하였다. 또한, 페라이트 시트를 활용한 자기 차폐 구조를 통합하여 주변 환경의 전자기 간섭을 최소화하였으며, 6.78MHz의 동작 환경에서 약 94%의 높은 전송 효율을 가짐을 확인하였다. 설계된 시스템은 시뮬레이션과 실제 측정 결과 간의 일치도가 높게 나타났으며, 일체형 컴퓨터를 부하로 설정한실험에서도 안정적인 무선 전력 공급이 가능함을 시연하였다. 본 논문은 단순화된 구조, 높은 효율, 자기 차폐의 통합이라는 측면에서 실용적인 WPT 시스템의 구현 가능성을 제시하며, 향후 다양한 전자기기 응용 분야에 효과적으로 적용될 수 있는 기술적 기반을 제공할 수 있을 것으로 판단한다.
Abstract
This paper proposes a structurally simplified and highly efficient low-profile magnetic resonant wireless power transfer (WPT) system that integrates both power delivery and magnetic shielding functionality. Traditional magnetic resonant WPT systems often require multiple coils and complex impedance matching circuits, which limit their structural integration and miniaturization, posing challenges for applications in space-constrained environments such as smart devices, wearables, and medical electronics. In this paper, a simplified circuit structure is designed by employing only a single resonant coil and a multifunctional capacitor on both the transmitter and receiver sides, achieving both resonance and impedance matching simultaneously. Furthermore, by integrating a magnetic shielding structure using a ferrite sheet, the system effectively minimizes electromagnetic interference from the surrounding environment. The proposed system demonstrated a high power transfer efficiency of approximately 94% at 6.78MHz operating condition. The design showed strong agreement between simulation and experimental results, and a demonstration using an all-in-one computer as the load confirmed its capability for stable wireless power delivery. This paper presents a practical realization of a WPT system through structural simplification, high efficiency, and integrated shielding, offering a robust technological foundation for effective application in various future electronic device fields.