발열없는 고속 무선충전기를 만들어 보자 (Fast Wireless QI Charging)
폰의 무선충전을 써보신 분들이라면 다들 경험 해보셨을껍니다.
너무 느리다. 그리고 폰이 뜨거워진다.
느린건 기존 무선충전이 5W로 충전되어서 그랬던 거구요.
요즘은 고속 무선충전 이라고 해서 7.5W, 10W, 15W 이상까지 나와서 속도문제는 해결이 되었습니다.
그러나 발열은 더 심해졌어요.
이 발열은 무선으로 전력을 전달하면서 생기는 전력 손실이 열에너지로 방출되어 생기는데요.
충전기의 코일과 폰의 코일을 정확히 일치 시키더라도 열이 발생하는데, 코일 위치가 정확하지 않으면 더욱 많은 열이 발생합니다.
폰 배터리가 뜨거워질수록 불안정해지기 때문에 폰 자체에서 충전속도를 낮춥니다.
그래서 무선충전을 쓰다보면 충전 10분정도까지는 빠르게 충전되다가 폰이 뜨거워질수록 속도가 점점 줄어듭니다.
그냥 가만히 충전기 위에 올려둔다면 좀 느려져도 결국 충전이 되긴 하는데요.
다른 작업(줌 미팅이나 안드로이드 오토 등)을 하게 된다면 폰이 너무 뜨거워져서 충전도 아예 안되면서 폰 자체도 엄청 느려지게 됩니다.
그래서 이 발열을 해결하기 위해 충전기에 여러 장치를 하게 되는데요.
크게 두가지 방법이 있습니다.
1. 자동으로 코일을 최대한 정확히 맞추는 방법.
이런식으로 내 폰에 맞게 "수동"으로 코일을 맞춰주는 충전기도 있구요.
이렇게 자동으로 코일을 폰에 맞게 정렬해 주는 충전기도 있습니다.
그런데 아무리 코일을 잘 맞춰도 잘못맞춘 경우보다는 열이 천천히 쌓이지만 결국 뜨거워지는건 마찬가지 입니다.
가장 좋은 솔루션은 발생되는 열을 최대한 날려주면 좋겠죠.
그래서 나온 솔루션은 냉각 입니다.
2. 냉각으로 열을 낮춰주는 방법
제가 써본 냉각 충전기 중 가장 경험이 좋았던 충전기 입니다.
펠티어 소자 + 냉각팬을 이용하여 폰과 닿는 부분은 엄청나게 차갑고 뒤쪽 뜨거운 부분은 방열판과 팬을 이용하여 열을 날려버리는 구조 입니다.
대부분 이런 식의 충전기는 맥세이프 자석을 이용하여 폰을 거치하고 마운트 볼을 이용하여 차량에 고정하여 쓰는 방법입니다. 아이폰에는 좋은 방법이지만 안드로이드는 맥세이프용 케이스가 잘 나오는 폰만 쓸 수 있습니다.
제 픽셀은 제대로 된 맥세이프 케이스가 없어서 코일위치가 안맞아서 열이 더 납니다 ㄷㄷㄷ
맥세이프가 아닌 일반적으로 양쪽에서 잡는 방식인 충전기 중에도 펠티어를 쓴 충전기가 있긴 한데 선택의 폭이 너무 없더라구요. 구하기 힘들어요.
펠티어가 아니라면 일반 팬을 이용하여 쿨링하는 방법도 있죠.
뒤에서 팬을 돌려 폰을 냉각한다는 컨셉인데, 아이디어는 좋은데 효과적이진 않았습니다.
위 사진에 qi로고 있는부분이 충전 코일부분이고, 그 주변으로 U 모양으로 보드가 있고, 위쪽으로 바람이 나오는 구조인데요.
발열은 코일과 보드에서 납니다. 특히 보드에서 더 많이 나요. 발열이 나지 않는 위쪽 부분을 쿨링해봐야 크게 효과가 없었습니다.
그리고 펠티어 제품이나 이런 제품 모두 송풍구에 마운트하여 에어컨 바람을 쐬어줘야 더 효과적인데요.
개인적으로 송풍구에 주렁주렁 뭔가 달려있는거는 좀 없어보여서.... 최근에는 사용하지 않고 있습니다.
위 제품들은 모두 자동차용 충전기이고, 일반 가정용 충전기 중에도 팬으로 냉각하는 제품이 있습니다.
픽셀 스탠드 입니다.
픽셀5 부터 고속 무선충전이 가능한데 5는 발열제어도 안되면서 12W로 무조건 받아들여 금방 뜨거워져서 거의 못쓰는 지경이구요.
픽셀6 이후 제품들은 18W까지 무선충전을 지원하지만 일반 충전기에서는 10W이하로 제한됩니다. 픽셀스탠드에서만 18W로 충전되는데, 팬의 유무가 그 이유입니다.
위 사진에서 보면 아래부분에 바람구멍이 있는데 여기로 바람을 불어서 열을 날려줍니다.
그래서 구글에서는 팬 없는 충전기에서는 10W로만 충전하여 최대한 뜨거워지지 않게 막아놓고, 픽셀스탠드에서만 18W로 해금 시켜 줍니다.
삼성 정품 무선충전기 역시 마찬가지 입니다.
갤럭시 모델들은 15W까지 무선충전이 가능하지만 이 충전기에서만 되구요. 다른 충전기들은 7.5W로 제한됩니다.
이 충전기에 팬이 내장되어 있기 때문이죠.
그래서 직접 자작을 해봤습니다.
물론 이렇게 자작한 무선충전기들은 15W라던지 18W까지 해금이 되지는 않지만, 그래도 쿨링을 통해 최대한 빠르고 발열 없이 충전이 가능합니다.
기본 개념은 팬 위에 충전코일을 올려놓는 겁니다.
보통 핸드폰의 크기가 가로로 8cm내외, 세로로 16cm내외 입니다. 폰에 따라 약간 크거나 작을순 있지만 8cm*16cm 크기면 대충 다 커버 됩니다.
80mm 사각 팬 두개를 붙이면 딱 이 크기가 나옵니다.
근데 소음도 생각해야죠. 이정도 발열 해소에는 굳이 80mm 두개씩은 필요 없습니다. 아주 미세하게 고여있는 열만 날려주는 정도면 충분합니다.
그리고 팬 위에 올릴 코일은 얇을수록 좋겠죠. 그래야 두꺼워지지 않으니까요.
이것저것 무선충전 모듈을 구입해보고 테스트 해봤는데요.
이런식으로 코일과 기판이 같이 있는 경우, 기판이 팬 위로 올라올 수밖에 없습니다.
그렇게되면 이 기판에서 나오는 발열이 추가 되기 때문에 안좋아요. 기판이 따로 있는게 좋습니다.
이 충전기를 보면 선 가운데 WIRELESS CHARGER라고 쓰인 부분이 기판입니다.
충전 중에 만져보면 이부분이 따끈해요.
충전 패드 부분은 가운데 코일만 있고 나머지는 그냥 다 고무 입니다.
이런것도 있구요. USB부분이 기판입니다. 이것역시 패드 부분을 뜯어보면 코일만 가운데 있고 나머지는 그냥 고무판 입니다. 충전시 저 USB부분이 뜨거워 집니다.
비슷하게 생겼는데 기판이 고무에 내장된 제품도 많으니 잘 보고 구입하셔야 합니다.
여기서 충전모듈을 적출해 봅니다.
적출해 보면 저렇게 생겼습니다. 기판이 없어서 깔끔합니다.
이상태로 테스트 해보면 코일부분보다 기판부분이 더 뜨거워 지는걸 볼 수 있습니다.
이 적출한 모듈을 80mm팬 가운데 양면테이프로 고정합니다.
(사실 맨위 적출한 모듈 사진과 위에 팬에 올린 사진은 다른 모듈이긴 한데... 차이는 크게 없습니다.)
팬의 위/아래 부분은 모듈을 적출하고 남은 고무패드를 잘라서 붙였습니다. 딱 폰 사이즈에 맞습니다.
팬은 8010 사이즈로, 두께가 10mm인 팬 입니다. 12V용 팬이지만 5V를 넣어도 아주 느리게 소음없이 작동이 됩니다.
이정도만 해도 발열을 날려주기 충분합니다. 충전모듈이 아예 밖으로 빠져있고, 코일 중앙부분에 바람을 넣어주기 때문에 가능합니다.
이렇게 하고, 메쉬로 된 미끄럼방지 패드를 덮습니다.
왼쪽이 아래 팬을 깔고 만든 충전기구요. 오른쪽은 팬 없이 맨바닥(?)에 코일만 놓은 충전기 입니다.
가운데는 선정리 겸 양쪽 분리 하려고 놓은 플라스틱 관 이구요.
이렇게 보면 뭔가 지저분하고 엉성해 보이죠?
차에 장착하면 다 숨겨집니다 ㅎㅎ
산타페의 무선충전 2개 있는게 부러워서 이렇게 만들어 봤습니다.
오른쪽은 와이프 폰 용인데, 갤럭시라 7.5W로 충전되고 충전할 동안 아무 작업을 안하기 때문에 발열이 크지 않아서 팬을 넣지 않았습니다. 발열이 큰 기판 부분이 밖으로 빠져 있어서 크게 발열은 나지 않습니다.
왼쪽은 제가 쓰는 용도인데, 발열로 악명높은 픽셀5 입니다.
12W로 충전되는데 이거만해도 불덩이가 되고, 무선 안드로이드 오토까지 돌리다보니 5분만에 충전불가에 네비게이션도 버벅대기 시작합니다. 그래서 이렇게 팬을 놓게 되었구요.
공간이 협소하여 두께를 최소화 하는게 관건인데요.
팬의 두께 10mm, 코일 두께 2mm, 미끄럼방지 패드 1mm. 아래로 바람이 들어갈 공간 2mm띄우니 총 15mm의 두께가 됩니다. 그런데 이정도로는 아래로 바람이 들어갈 공간이 협소해서 팬은 돌지만 바람이 거의 안나오더라구요.
그래서 5mm짜리 고무발을 달아주니 바람의 양은 충분했습니다. 총 두께는 20mm. 생각보단 꽤 두꺼워졌어요.
테스트 해본 결과, 온도는 최대 35~36도 정도 였구요. 충전 및 무선 안드로이드 오토도 쾌적하게 잘 돌아갑니다.
단점은, 최대한 작게 만들었어도 두꺼워서 좀 보기가 안좋기도 하구요..
그리고 팬은 상시 작동입니다. 충전될때만 켜지게 하면 좋은데 어떻게 해야될지 모르겠어요.
그래도 최대한 소음없는 팬을 찾아서 5V로 돌리기 때문에 소음은 없는 편입니다.
(혹시 정보가 필요하신 분들이 계실수 있어서.... 쿨러마스터 8010 팬입니다.)
무소음 팬의 최고봉은 역시 녹투아 팬인데요. 녹투아 팬은 10mm두께는 40mm팬밖에 없더라구요.
60mm팬은 15mm, 80mm팬은 25mm 두께입니다.
금액 생각 안하고 만든다면 40mm녹투아팬을 4개, 또는 6개 붙여서 만들면 되긴 할텐데, 너무 비싸요 ㄷㄷ
팬 가격만 거의 100불가까이 될꺼 같아요.
작동은 잘 되는데 보기가 좀 안좋아서.. 조만간 조금 더 깔끔하게 V2를 만들어볼까 합니다.
제 책상에서 쓰는 충전기도 이렇게 만들었습니다.
책상에서 쓰기 때문에 두께는 큰 문제가 아니어서 여기에는 녹투아 80mm (두께 25mm)팬을 사용했습니다.
가장 무소음인 NF-R8 redux-1200 모델에 전압도 9V로 줄여서 넣어주니 완전 무소음입니다.
풍량도 차에서 쓰는 팬보다 훨씬 강력하구요.
프레임은 제가 금손이 아니어서 남들처럼 그럴듯하게 만들수는 없구요...
가공이 쉬운 코르크판과 글루건을 이용해서 만들었습니다.
충전시 발열 전혀 없구요. 온도는 30도를 넘지 않습니다.
팬 소음도 아예 없고, 풍량도 차량용보다 쎕니다.
무선충전, 특히 고속 무선충전을 하면 발열이 심한데, 그냥 이렇게 쓰면 배터리 수명에 악영향을 끼칩니다.
이렇게 온도를 제어하면 배터리도 훨씬 오래 쓸 수 있습니다.