표준기술동향 무선충전기술표준화동향 박세환한국과학기술정보연구원전문연구위원 1. 머리말다종다양한모바일기기의사용이급속히확산되면서전자기유도방식의무선충전제품출시가증가하고있다. 그러나무선충전관련국내기술표준이아직확실히마련되지않아상용화제품간우열성, 시장지배기술의차별성및방향성이아직뚜렷

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태영 두
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표준기술동향 무선충전기술표준화동향 박세환한국과학기술정보연구원전문연구위원 1. 머리말다종다양한모바일기기의사용이급속히확산되면서전자기유도방식의무선충전제품출시가증가하고있다. 그러나무선충전관련국내기술표준이아직확실히마련되지않아상용화제품간우열성, 시장지배기술의차별성및방향성이아직뚜렷하지않은상황이다.

1 표준기술동향 무선충전기술표준화동향 박세환한국과학기술정보연구원전문연구위원 1. 머리말다종다양한모바일기기의사용이급속히확산되면서전자기유도방식의무선충전제품출시가증가하고있다. 그러나무선충전관련국내기술표준이아직확실히마련되지않아상용화제품간우열성, 시장지배기술의차별성및방향성이아직뚜렷하지않은상황이다. 이처럼시장은확대되고있으나전송효율및성능대비고가의기기값, 충전전력지불및과금방식등에대한제도의미비등으로상용화가더디게진행되고있다. 무선전력전송및무선충전기술은전기에너지를전자기유도, 전자기공명또는전자기파형태로무선으로전달하여이격된전자기기의배터리를무접점으로충전하는기술이다. 전자기유도방식은 125kHz, 135kHz 를이용해수 mm~ 수 cm 내외, 전자기공명방식은 10MHz 를이용하여수m 내외, 전자기파에의한방식은 5.8GHz 등수 GHz 를이용하여수 km~ 수백 km의전송거리를갖는다 [1][2]. 기술적으로는주파수공진과비방사형전자기장을이용하여형성된전자기공진영역속에서전자기기가충전되고, 미사용에너지는재흡수되도록하는방식이다. 따라서충전이격거리, 충전효율및인체무해성정보 (SAR, EMI, WPC, ICNRP 기준등 ) 등이품질을결정하는주요소이다. 본고에서는자기장통신, 자기유도방식및공진자기유도방식의무선충전표준화동향과아울러자기장노출, 방사, 측정표준화동향에대해살펴보고자한다. 2. 무선충전기술국내외표준화동향 2.1 자기장통신표준화동향 국제표준화동향자기장통신포럼의국제표준화활동은 2009 년 6월일본에서열린 ISO/IEC JTC1 SC6 WG1 에자기장통신기술관련 MFAN(Magnetic Field Area Network) 이란주제로 NP(New-work-item Proposal) 를제안해 2009년 12월에많은회원국의지지하에국 102

2 제표준 NP로채택되었다. 현재는그다음단계로 WG1(Working Group 1) 회원국들과자기장통신관련 WD(Working Draft) 를진행중이다. 남은국제표준화과정을주도적으로진행해자기장통신기술관련국내및국제표준화방향을리드하는동시에특허권확보를목표로표준기술개발업무를지속적으로진행하고있다. ISO/IEC JTC1 SC6는 TIEBS(Telecommunications and Information Exchange Between Systems: 전기통신및시스템간정보교환 ) 에관한표준화작업을담당하는분과위원회로서전기통신및 OSI(Open Systems Interconnection: 개방시스템간상호접속 )-7 레벨중제4계층인 Transport service 를위한표준화를추진하고있으며, WG4 에서는 RFID시스템을이용한기술표준화를추진하고있다 국내표준화동향국내자기장통신연구는 2008 년 10 월에설립된자기장통신융합포럼 1) 의주도하에기술표준화및양질의서비스제공을위한연구개발노력을지속하고있다. 자기장통신융합포럼은운영위원회와 3개의분과위원회 ( 기술, 표준, 응용분과위원회 ) 로구성되어있다. 기술분과는주로자기장통신기술개발, 표준기고문작성, 기술동향, 특허동향파악등의업무를담당하고있다. 표준분과는국내및국제표준화활동, 전문인력 초청세미나등의업무를담당하고있으며, 응용분과는자기장통신기술에대한시장니즈조사, 서비스시나리오작성및마케팅전략등의업무를담당하고있다 [3]. 기술적효과는제한된전송거리가단점인 RFID와주응용분야가수중이나지중으로기존의통신방식으로는안정적인통신기능을제공하기어려운 USN 영역의단점들을보완해안정적인통신서비스를제공하는효과를기대하고있다. 아울러 RFID 시스템응용분야에서도더욱증가된통신거리로인해다양한서비스를제공할수있는효과를줄수있을것으로기대하고있다 [2][4]. 자기장통신의핵심기술인 PHY/MAC(Physical/ Medium Access Control) 표준기술개발을통해표준모델을제시하고건설및가전, 농업, 교통등다양한응용서비스분야에접목할수있는 IT융합원천표준화기술을확보할수있을것으로전망된다. 경제적효과는자기장통신표준화주도를통한글로벌신시장육성및시장선점기회를제공하고 2013 년 1,705 억달러, 2018 년 6,000 억달러정도의대규모시장형성이예상되는관련시장에서경쟁력확보를기대할수있다. 현재포럼에서는자기장통신기술관련국내기술표준화활동을활발히진행중이다 년 1월에자기장통신관련물리계층 (PHY) 요구사항과매체접근 < 표 1> 국가표준제정및국제표준프로젝트추진내역 구분명칭사양 국가표준제정 KS X :2009 KS X :2009 정보기술 / 자기장통신네트워크 / 저주파대역제1부 : 물리계층요구사항정보기술 / 자기장통신네트워크 / 저주파대역제2부 : 매체접근제어계층요구사항 국제표준프로젝트추진 ISO/IEC NP 출처 : TTA 홈페이지재구성 1) 2008 년 10 월에설립한자기장통신기술연구단체로서전자부품연구원, 한국건설기술연구원, 3Alogics, ECechnology, 우림건설, ADT 캡스등의연구기관및기업과기술표준원, TTA 등국가표준기관이연계되어있다. TTA Journal Vol

3 표준기술동향 제어계층 (MAC) 요구사항에대한표준기술개발을완료하고 2009 년 3월에 KS표준에공시하여 2009 년 12월에 KS표준 2건이제정되었다. 아울러 2010 년 5 월현재국제표준프로젝트를 TTA과제로채택해표준기술개발이현재진행중이다. 세부내용은 < 표 1> 과같다. 2.2 자기유도방식표준화동향 국제표준화동향자기유도충전방식에기반을두고충전효율성을높이는다양한연구를진행하여전동칫솔, 손전등충전기, 휴대용안마기충전기, LED 캔들및보온슬리퍼충전등다양한상용제품의사업화를위한활발한움직임이 WPC(Wireless Power Consortium) 를통해가시화되고있다 [6]. WPC는무선전력전송및충전업체들로구성된민간표준화기구로서정회원은 Convenient Power, Fulton, National Semiconductor, Olympus, Nokia, Philps, Research In Motion, Sang Fei, Sanyo 및 Texas Instruments 등 10 개회사이며, 48개업체가준회원으로등록되어있다 년 9월 10 일기준총 58개사로계속증가추세에있으며, 한국은 5개사 ( 삼성전자, 와이즈파워, LG전자, LS전선, 한림포스텍 ) 가가입되어있다 [5]. WPC는 2008년 12월발족이후 0.95버전의 Technical Specification 을작성했으며, 소비자가전및장치제조업체들이상호호환가능한무선유도충전장치를시장에출시할수있도록 2010 년 9월 Qi- 1.0 표준을공식발표했다. 치 (Qi) 는 기 ( 氣 ) 의중국식발음에서따온것으로 WPC 표준을따르는모바일기기와무선충전기는상호호환성을보장하는 Qi마크를붙일수있다. 모바일폰, 소비자가전, 2차전지, 반도체, 컴포넌트, 무선전력기술분야등의 58개기업이회원사로참여하고있으며, 향후넷북, 노트북, 태블릿 PC, 전동공구등중형전력장치에대한무선전력표준 화작업도착수할예정이다. Qi는이제 Qi마크를획득한다양한제조사의어떠한충전장치든간에상호호환성을보장하는상징이되었다. 이처럼호환성이확보되면비호환제품들로인한시장분할위험을줄일수있으며, 이를통해무선충전시장규모가연간 10 만대에서 1억대로확대될수있을것으로 WPC 측은기대하고있다. Qi에의해휴대폰제조업체들은무선전력수신기를통합하고반도체업체는해당기능을자사칩셋 (chip-set) 에통합하는것은물론인프라공급자들의경우가정, 사무실, 자동차, 호텔, 가구등에무선충전시스템을구축할수있게되었다. 사용자가충분한혜택을누리기위해서는제조업체간에상호호환성을보장할수있는제품의사양과표준의보완이선행되어야한다 국내표준화동향삼성전자, LG전자, 노키아등이주도하는 WPC는최근전세계 40개회원사를상대로무선충전기의인터페이스표준규격 1.0 버전을발표했다. 글로벌휴대폰업체들은그동안국제표준이확정되지않았다는이유로무선충전기술의전면도입을주저해왔었다. 국내에서개발된무선충전기의시판예정가격은개당 10 만원내외로아직은부담스러운가격이다. 무선충전기보급과정에서충전방식이제조사마다제각각이면소비자불만이클수밖에없다. 무선충전기제조사들은 WPC 표준발표로호환성에대한우려가해결됨에따라 WPC1.0 규격을지원하는제품출시를서두르고있다. 한림포스텍은아이폰사용자를위한 WPC1.0 호환무선충전기를 2010 년 8월에출시하였다. 회사측은국내휴대폰업체에대한무선충전기납품이 4분기에본격화될것으로예상하고우선아이폰액세서리시장을겨냥한무선충전기를출시한다는전략이다. 이회사는무선충전기제조에필요한 ASIC( 주문형반도체 ) 까지개발해둔상황이라며애플의호환성테스트를 104

4 통과하면바로양산에들어갈계획을갖고있다. 와이즈파워도아이폰액세서리시장을겨냥한무선충전장치를 2010 년 3분기에출시하였다. 회사측은 WPC 표준규격이발표됨에따라휴대폰보호케이스를이용한무선충전기에대한개발및수요가본격화될것으로전망하고있다. 코잇은미국파워매트의무선충전기를직수입하여국내에시판할계획이다. 이제품은아이폰 / 블랙베리 / 닌텐도게임기를 2~3 대씩동시에충전이가능하다 년 10 월미국에서첫출시이후 40만대가유통될정도로시장반응이좋은편이다. 또한 2010 년 7월에는 WPC1.0 규격을지원하는다용도무선충전기를직수입하여수요자의반응을주시하고있다. 아울러아이폰을보급한기업체나애플유통점에서무선충전기의대량주문을받고있다며 WPC1.0 호환제품까지등장하면 2010 년말까지 5~6 만대의무선충전기가시판될것으로예상하고있다. 2.3 공진자기유도방식표준화동향 국제표준화동향공진자기유도방식은 2007 년 MIT의 M. Soljacic 교수가 Witricity 프로젝트를통해개발한기술로서자기유도방식에서송수신코일간에공진을발생시키면급격히효율이증가한다는원리에기반하고있다. 인텔, 퀄컴, 소니등에서현재상용화에주력하고있다 [7][8][9]. Witricity 프로젝트에서는 2m 거리에서 60W 전구를켜는것을성공적으로시연한바있으며, 인텔은공진자기유도방식의무선에너지전송을위한 WREL 프로젝트를진행중이다. 퀄컴은무선충전기제작을위한 Zone 프로젝트를통해 20cm 거리이내에서 2개의휴대폰을동시에충전할수있는충전베이스스테이션시제품을개발했다 국내표준화동향국내에서는 2009 년부터자기장통신융합포럼산하에무선에너지전송운영위원회 2) 를설립해공진자기유도방식의기술표준화를진행중이다. 조직도는 [ 그림 1] 과같다 [8]. 운영위원회 사무국 플랫폼분과 서비스분과 국제협력분과 최신기술정보수집및분석 국내표준안개발 정보보호방법제안 산업계요구분석 법 / 제도방안강구및제안 국제표준화회의및포럼참여 ( 공동대응 ) 국제적기술개발촉진 기술개발지원방안강구 [ 그림 1] 무선에너지전송운영위원회조직도 2) 2008 년 10 월에설립된자기장통신융합포럼산하에 2009 년부터 KT, 인텔, KETI, LG 전자, LG 텔레콤, 팬택, 퀄컴, 삼성전자, SK 텔레콤, 삼성전기, LS 전선, LG 이노텍, 한림포스텍, Mobilab, KEC 등 15 개기관이공동으로무선충전 SIG(Special Interest Group) 연구그룹으로발족한연구단체이다. TTA Journal Vol

5 표준기술동향 무선에너지전송운영위원회는다양한소비자및공급자의요구분석을수행하여국내무선충전기술개발에반영하고상용화제품에대한효율적인판매전략이나시나리오분석에초점을맞추어활동하고있다. 아울러 WPC 및 CJK 등무선충전관련국제표준화기구들과상호긴밀한관계를유지하면서무선충전기술의국제표준화방향을주도하고있다. 자기장을이용한무선에너지전송기술이상용화되기위해서는전파법의수용이나인체무해성검증등반드시해결해야할과제를안고있다. 운영위원회는자기장을기반으로하는전자제품에대한충분한이해를기반으로이에대한관련법 제도의제정을기대하고있다. 표준은공학적으로전자기장간섭최소화및기기효율의최적화를기반으로 IEEE의 IEC(The International Electrotechnical Commission, www. iec.ch) 및 ECES(The European Committee for Electrotechnical Standardization, org) 등에서개발되어왔다. EMF 측정표준은방사와노출표준이적합한지를확인하는표준으로서모바일기기의 SAR값측정과같이제품이나설치에관한측정방법이다. IEEE C 에의한제어상황하의최대허용노출한계는 6분간이며, 비제어상황하에서는 30분간이다. (< 표 2> 참조 ) 4. 맺음말 3. 전자기장노출 방사 측정표준화동향 EMF(Electro-Magnetic Field: 전자기장 ) 표준은기기의방사및노출한계를지정한것으로기기의전자기장에인체가노출되는최대허용수준에대한표준이다. 이는 ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, org) 및 IEEE/ICES(The Institute of Electrical and Electronic Engineers/International Committee on Electromagnetic Safety, org/groups/scc28/) 등에서개발되어왔다. 방사 다종다양한모바일기기가빠르게확산되면서무선충전기의수요역시급성장을예고하고있다 년부터무선충전기시장이본격개화해향후 5년간스마트폰, 디지털카메라, PMP, 모바일 PC 등전방위로급속히확산될것으로전망된다. 전세계무선충전기출하량은 2010 년 360 만대에서연평균 133.4% 의고성장을지속해 2014 년에는 2억 3,490 만대 ( 매출액규모약 43억달러 ) 로대규모시장형성이예상된다 [10][11]. 이에국내기술의세계시장선점을위한핵심기술개발이시급한상황이다. 무선전력전송및무선충전기술개발을위해서는 < 표 2> 최대허용노출한계 (MPE) 제어상황하의 MPE 한계 비제어상황하의 MPE 한계 Frequency(MHz) Power Density(W/m²) Frequency(MHz) Power Density(W/m²) 0.1 ~ 1.0 9, ~ , ~ 30 9,000/f² 1.34 ~ 30 1,800/f² 30 ~ ~ ~ 3,000 f/ ~ 2,000 f/200 3,000 ~ 300, ,000 ~ 100, ,000 ~ 300,000 10~

6 무선전력전송코일의소형화기술, 송수신커플링위치기술, 다양한기기의공진조건및전력배분기술, 기기전력사용 / 충전량조절기술, 무선전력송신의플럭스누출에의한간섭이나열발생에의한부품의도전성을방지하기위한 Shielding 기술등이필수적으로요구된다. 아울러 WPC의표준화동향, 글로벌업체의신기술및제품동향, 무선충전시스템의과금및지불체계정보등을면밀히분석하여이에대응할수있는기반을갖추어야한다. 현재국내관련기업이나연구포럼등에서진행중인무선전력전송및무선충전관련원천기술을조기에개발완료하여특허권확보및국제표준제정을위한노력이필요한시점이다. 관련산업현장에서는기술적 / 상업적가치에대한객관적평가를수용하여무선전력전송및무선충전기기메커니즘의효율성, 구현기술의합리성및경제성, 설계의융통성및확장성, 제품의신뢰성및안전성등에대한세심한검토를거쳐보다완벽한기술개발에주력해야할것이다. [ 참고문헌 ] [1] 김용균, 무선충전기 (Wireless Charger) 기술및시장동향, IT부품 Monitoring Report 10-16, 정보통신산업진흥원, [2] 장병준, 무선전력전송기술동향및주요이슈, 주간기술동향 1445 호, 정보통신산업진흥원, [3] 원윤재, 자기장통신융합기술, ICT Forum Korea 2010, 전자부품연구원, [4] 정기욱, USN 환경을위한무선에너지기술, 주간기술동향 1337 호 ( 정보통신산업진흥원, [5] [6] 강승열외, 무선에너지전송기술 전자통신동향분석제23 권제6호, 한국전자통신연구원, [7] Wireless Recharge of Gadgets, American Institute of Physics, 15th Nov., [8] 임승옥, 강신재, 무선에너지전송표준화동향, TTA Journal No.129, 한국정보통신기술협회, [9] A.Kurs et al, Wireless Energy Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances, Sience 317, 83, DOI: /sience , [10] 무선충전기시장, 2014 년에 2억3490 만대 65 배, 전자신문, [11] 정보통신산업진흥원, 전세계무선충전시스템시장, 2014 년 43억달러매출전망, 최신IT 동향, 정보통신용어해설 그루폰 Groupon [ 통신서비스 ] 공동구매 (group buying) 의그룹 (group) 과쿠폰 (coupon) 의합성어로소셜커머스서비스를제공하기위하여설립된회사또는서비스이름. 소셜네트워크를통해연결된사람들과함께하는쇼핑으로일정한거래조건을만족하면 50% 이상을할인해주는공동구매방식이다 년미국시카코에서서비스를시작하여 2010 년에는 27개국에서서비스를할정도로성장속도가빨라소셜커머스의대표적서비스로자리잡아가고있다. TTA Journal Vol

29 Ⅰ. 서론 물리학자들이 전파의 이론을 정립한 이후, 이를 기술적으로 실현함은 물론 적정 수준의 19세기 물리학자인 페러데이, 맥스웰, 헤르츠 등의 연구 결과로 인류는 전기장과 자기장의 변화 에 따른 전파를 만들어 낼 수 있게 되었고, 인류에 게 있어 없어서는 안되

29 Ⅰ. 서론 물리학자들이 전파의 이론을 정립한 이후, 이를 기술적으로 실현함은 물론 적정 수준의 19세기 물리학자인 페러데이, 맥스웰, 헤르츠 등의 연구 결과로 인류는 전기장과 자기장의 변화 에 따른 전파를 만들어 낼 수 있게 되었고, 인류에 게 있어 없어서는 안되 Journal of Communications & Radio Spectrum SPECIAL ISSUE 28 TREND REPORT 통신 및 비통신용 전파응용 기술 이슈 및 시사점 글 황태욱 경희대학교 연구교수 (031) 201-3254, twhwang@khu.ac.kr 주제어: 밀리미터파, 테라헤르츠파, 전파응용 기술, ISM 기기 전파자원의 부족문제에 대한