[MWC 2015] 산업 표준으로 우뚝 섰다, 스마트폰 무선 충전 기술

1891년 저명한 발명가이자 미래학자인 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 에너지를 무선으로 변환하는 실험을 성공적으로 시연, 세계 최초로 무선 충전 기술을 대중에게 소개했습니다. 하지만 무선 충전 기술을 소비자가 사용하는 주류 기술로 편입시키기까진 무려 한 세기가 넘는 시간이 걸렸는데요.

지난 몇 년간 무선 충전 기술은 주로 스마트폰과 스마트폰 액세서리 형태로 출시되며 소비자에게 알려지기 시작했습니다. 많은 기업이 전원 코드의 사용을 최소화하고 테슬라의 비전을 현실화시키려고 노력하면서 무선 충전 기술은 모든 종류의 IT 기기와 가전제품, 공공장소, 심지어는 자동차에까지 확산되고 있는데요. 전원 코드가 자취를 감출 날도 머지않은 것 같습니다.

지금껏 출시된 스마트폰 무선 충전 제품은 대부분 도킹 형태의 ‘자가 유도’ 방식으로 작동됐습니다. 전동칫솔이나 전기면도기를 사용해본 사람이라면 아마 무선 충전 기술이 이와 유사하다는 사실을 깨달을 수 있을 텐데요. 자가 유도 방식의 경우 전력 전송 효율이 매우 높다는 장점이 있지만 송신 코일과 수신 코일의 중심이 정확하게 일치하지 않으면 전력 전송 효율이 급격히 저하되는 특징을 갖고 있습니다.

배터리 걱정, 머지않아 사라진다

무선 충전 기술은 여러 기기의 통합과 편의성 등을 포함해 소비자에게 다양한 효용을 안겨줄 전망입니다. 무선 충전 기술의 최대 장점은 자주 헝클어지고 고장 나며 전원 코드가 필요 없다는 건데요. 소비자들은 이처럼 간편한 충전 방식을 오래전부터 바라왔습니다. 무선 충전 솔루션을 이용하면 전자기기 사용을 위해 여러 개의 충전기를 지닐 필요가 없는데요. 무선 충전 기술의 목표는 소비자가 이미 소유하고 있거나 가까운 미래에 구매할 법한 모든 기기를 하나의 충전기로 포괄하는 겁니다.

현재 여러 산업 주체가 함께 이 목표를 이루고 무선 충전 기술의 표준을 정하기 위해 관련 단체를 설립하고 있습니다. 그 결과, Qi 표준(4㎝ 이내에서 전기 유도로 무선 충전되는 인터페이스 표준)을 개발하는 무선전력위원회(Wireless Power Consortium, 이하 ‘WPC’)와 전력동맹(Power Matters Alliance, 이하 ‘PMA’), 무선충전연합(Alliance for Wireless Power, 이하 ‘A4WP’) 등 세 개 단체가 탄생했는데요. 삼성전자도 이 세 단체의 구성원이죠.

사실 무선 충전 기술은 이미 우리의 삶에서 널리 이용되고 있습니다. 다만, 우리가 눈치채지 못했을 뿐이죠. 실제로 영국 런던에 위치한 맥도날드엔 Qi 표준에 따라 전력을 공급하는 무선 충전 패드가 설치돼 있는데요. 미국 전역에 있는 스타벅스에선 PMA가 공급하는 에너지를 사용하고 있죠.

올 1월 PMA와 A4WP는 다양한 기기에 더 나은 무선 충전 기능을 제공하기 위해 관련 단체에 가입할 것이라고 발표했습니다. 이는 소비자가 레스토랑, 공항, 공공장소, 자동차, 집 등에서 보다 자유롭게 생활할 수 있게 된다는 걸 의미하는데요. 소비자들은 머지않아 항상 가방에 충전기를 가지고 다녀야 한다는 통념에서 벗어나 배터리 방전 걱정 없이 어디든 자유롭게 다닐 수 있게 될 겁니다. 물론 충전기같이 불필요한 물건을 가방에 넣고 다닐 필요도 없겠죠?

효율성과 휴대성 겸비한 삼성 기술

2000년도 후반 삼성전자는 무선 충전 기술 개발에 집중할 수 있는 독자적 팀을 꾸려 광범위한 조사와 기술 개발을 시작했습니다. 기술 표준을 빠르게 끌어 올리고 확산시키기 위해 삼성전자는 소비자가 사용하기 쉽고 편리한 무선 충전 기술을 만드는 데 집중했습니다. 하지만 연구를 시작하자마자 무선 충전 기술 시장의 성공을 위해 반드시 극복해야만 하는 수많은 문제점과 마주하게 됐는데요. 특히 핵심 구성 요소의 크기와 가격 등을 맞추는 게 가장 큰 숙제였다고 하네요.

▲ 갤럭시 S4 무선 충전 패드

기술 상용화를 가로막는 수많은 장애물에도 굴하지 않고 노력한 끝에 삼성전자는 지난 2011년 드로이드 차지(SCH-i510)를 위한 첫 번째 상업용 무선 충전 패드를 미국에 공개, 의미 있는 성과를 얻었는데요. 이후 무선 충전 커버와 패드를 2013년 출시된 갤럭시 S4와 갤럭시 노트3, 지난해 출시된 갤럭시 S5와 갤럭시 노트4 등 주요 플래그십 스마트폰과 함께 선보이며 기술 확산에 박차를 가했습니다.

무선 충전 기술을 주류 기술로 편입시키려면 무엇보다 원자재 공급자나 부품회사 등과의 전략적 파트너십을 통한 자재비용 절감이 중요합니다.

이 밖에도 삼성전자는 기술을 더 효과적으로 구현할 수 있는 방법을 고민했는데요. 그 결과, 효과적 부품 결합으로 효과적 전력 공급 방식을 찾을 수 있었습니다. 실제로 무선 충전 기술 개발 초기에 출시된 갤럭시 S4 충전 패드는 80개의 개별 부품으로 구성됐는데요. 개발자들은 갤럭시 S5 충전 패드 출시 당시 구성 부품 수를 50개 안팎까지 극적으로 줄였습니다. 이후에도 개발자들은 구성 부품 수를 더 줄이기 위해 노력했는데요. 마침내 삼성전자는 부품을 효과적으로 결합하는 독자적인 능력과 IC칩같이 한 가지 이상의 기능을 수행하는 부품 활용력으로 무선 충전 기술의 상업화를 이룰 수 있었습니다.

이 밖에도 삼성전자는 구성품을 더 얇고, 작게 만들 수 있는 방법을 고민했는데요. 갤럭시 노트4에 탑재된 IC칩은 두께가 0.8㎜에 불과하다고 합니다. 10년 전 무선 충전 관련 제품이 시장에 소개된 이후 무선 충전을 제공하는 구성 요소의 크기는 최초 제품 대비 10분의 1까지 작아졌는데요. 코일의 두께도 3분의 1 정도로 줄었습니다.

이로써 삼성전자는 주요 부품 비용을 절감할 수 있었는데요. 10년 안에 10분의 1 정도 저렴한 가격으로 무선 충전 기술을 구현할 수 있게 된 셈이죠.

삼성전자는 무선 충전 기술의 효율성을 높이기 위해 머나먼 길을 걸어왔습니다. 이삼 년 전 무선 충전 기술은 일반 충전 기술과 비교해 20 ~30% 정도의 충전 속도였으나, 현재는 2배가량 더 빨라졌습니다.

올해는 ‘스마트폰 무선 충전 원년’

▲ 갤럭시 S5 무선 충전 패드

지난해 개별 칩 부분에서 다수의 표준을 지원하는 혁신적 부품이 공개됐습니다. 일반적으로 새로운 부품이 상용화되는 데 6개월에서 12개월가량 걸린다는 사실을 감안했을 때 소비자들은 올해 안에 몇몇 무선 충전 제품을 만날 수 있을 것 같은데요. 무선 충전 기술 생태계가 급격히 성장하는 가운데 이런 제품이 다수 출시될 것으로 보입니다.

더불어 IT 기업과 소비자 가전, 반도체, 모바일 서비스, 자동차, 가구, 소프트웨어 등 다양한 산업을 선도하는 브랜드들이 함께 무선 충전 기술의 발전에 동참하고 있는데요. 점점 더 많은 공공장소에 무선 충전소가 나타날 것으로 예상되는 2015년은 ‘무선 충전 기술 성장의 원년’이 될 전망입니다.

또한, 삼성전자는 새로운 플래그십 갤럭시 스마트폰과 함께 무선 기술의 정점에 서게 될 텐데요. 앞으로 사용자들은 삼성전자와 함께 ‘전에 본 적 없던’ 무선 기술 세상과 마주하게 될 겁니다.

※본 콘텐츠는 영문 기고글을 번역한 것이며 원문은 아래 링크에서 확인하실 수 있습니다
Wireless Smartphone Charging as an Industry Standard