KR100681533B1 - 전력선통신 신호보호기 및 이를 포함한 전력선모뎀 - Google Patents

Abstract

개시된 전력선통신 신호보호기는 전기공급망을 이루는 전력선에 설치되어 부하에 전력을 공급하고, 부하에서 발생하는 잡음을 필터링하여 전원입력단 쪽의 전력선으로 유입되지 않도록 차단하는 잡음필터부와, 상기 잡음필터부 앞단의 전원입력단에 연결되어 부하로 인해 낮아진 임피던스를 고임피던스로 변환하는 임피던스 변환부 및 상기 잡음필터부에 연결되어 부하에 공급되는 전류량을 검출하는 전류검출부를 포함한다.

상기 신호보호기에 의하면 전력선에 설치되는 각종 부하가 전력선통신 환경에 미치는 악영향, 즉 낮은 부하의 임피던스와 부하에서 발생하는 전력선통신 대역의 잡음 등을 변환 및 제거하여, 전력선통신 환경을 획기적으로 향상시켜 전력선통신 신호의 전송오류 및 다수의 부하 환경에서 원거리 전력선통신을 가능케 하고 전류검출 기능을 통해 효율적으로 부하를 관리할 수 있다.

전력선통신, 신호보호기, 잡음필터, 임피던스 변환, 전력선 모뎀

Description

전력선통신 신호보호기 및 이를 포함한 전력선모뎀 {Power line communication signal protector}

도 1은 종래 전력선모뎀의 설치를 나타내는 예시도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력선통신 신호보호기의 회로도,

도 3은 도 2에 나타낸 전력선통신 신호보호기를 포함한 전력선모뎀의 블록도,

도 4는 도 3에 나타낸 전력선모뎀의 설치를 나타내는 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 전력선 모뎀 110 : 신호보호기

112 : 임피던스 변환부 114 : 잡음필터부

116 : 전류검출부 120 : 제어기

122 : 전원 및 송수신부 122 : 전류측정부

126 : 변복조부 128 : 연산 및 제어부

210 : 주제어기 220 : 부하

본 발명은 전류검출기능을 갖춘 전력선통신 신호보호기 및 이를 포함한 전력선통신모뎀에 관한 것이다.

일반적으로 전력선은 전력을 공급하기 위해 포설되어 있는 시설물로 그 망구성이 복잡하고 선로특성이 열악하여 통신망으로 이용하기에는 부적합하였으나, 통신기술의 급속한 발달로 기존의 많은 문제점들이 해결됨에 따라 새로운 통신망으로 주목받고 있는데, 이와 같이 전력선에 통신신호를 중첩하여 전송하는 기술이 전력선통신(Power Line Communication)이다.

전력선통신은 단상 또는 삼상의 일반 가정용 전원에 전송하고자 하는 데이터를 각종 변조 방식에 의하여 전송하고, 이에 해당하는 변조 방식에 의하여 데이터를 수신하며, 전원 선로를 그대로 이용하여 선로 가설에 따른 비용 부담이 없어 근거리 데이터 통신이나 각종 제어나 자동화에 널리 사용된다.

그런데 전력선모뎀을 이용하여 가로등, 전동기, 가전제품 등의 각종 부하를 제어함에 있어서 부하 자체가 발생하는 전력선통신 신호 주파수대역의 잡음과 부하의 낮은 임피던스로 인해 전력선통신 환경을 저해한다.

즉, 전력선통신 신호 주파수대역의 잡음은 전력선통신 신호를 왜곡시키며, 부하의 낮은 임피던스는 신호의 크기를 심각하게 감쇄시킨다.

따라서, 전력선통신을 수행함에 있어 오류가 증가하게 되고, 장거리통신에 장애가 발생한다.

종래의 가로등 제어용 안정기, 전동기, 각종 가전제품 등은 전력선통신 신호 보호에 대한 대책이 미비하거나 전무한 상황이므로 대단위의 전력선통신망을 구성 하는데 어려움이 있다.

도 1은 종래 전력선모뎀의 설치를 나타내는 예시도로서, 각 부하(14a,…,14f)와, 상기 각 부하에 전원을 공급하는 전원부와 부하를 제어하는 부하 제어부를 내장한 전력선모뎀(15a,…15d)이 전력선을 공유한다.

미설명 부호 10은 LAN과 같은 외부의 통신망과 통신할 수 있도록 하는 주제어기로서 전력선모뎀(11), 메인 컨트롤러(12), 게이트웨이(13) 등으로 이루어진다.

상기 부하(14a,…,14f)에서 전력선 방향으로 발생할 수 있는 잡음과 전력선통신 주파수에 대한 부하(14a,…,14f)의 낮은 임피던스 등으로 인해 전력선모뎀(15a,…,15d)의 송신단 및 수신단에 직접적으로 영향을 미친다.

따라서 전력선모뎀(15a,…,15d)이 신호 수신시에는 부하(14a,…,14f)에서 발생하는 전력선통신 주파수대역의 잡음과 낮은 임피던스로 인한 직접적인 신호 감쇄로 인해 잡음과 감쇄된 통신 신호를 동시에 수신하게 되어 통신 오류가 증가하게 되며, 또한 오류정정을 위한 재전송 요청 및 재전송 과정이 반복됨에 따라 전력선 통신망의 트래픽이 증가하게 되어 전체적인 전력선통신 성능을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부하에서 발생하는 전력선통신 주파수대역의 잡음을 차단하고 전력선통신 신호에 대한 높은 임피던스를 제공하여 전력선통신 신호의 감쇄를 최소화하고 전력선통신의 전송오류를 획기적으로 감소시켜 장거리 전력선통신을 가능케 하며, 아울러 전류검출 기능을 이용하여 효율적으로 부하를 관리할 수 있는 전력선통신 신호보호기 및 이를 포함한 전력선모뎀을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력선통신 신호보호기는, 전기공급망을 이루는 전력선에 설치되어 부하에 전력을 공급하고, 부하에서 발생하는 잡음을 필터링하여 전원입력단 쪽의 전력선으로 유입되지 않도록 차단하는 잡음필터부와, 상기 잡음필터부 앞단의 전원입력단에 연결되어 부하로 인해 낮아진 임피던스를 고임피던스로 변환하는 임피던스 변환부 및 상기 잡음필터부에 연결되어 부하에 공급되는 전류량을 검출하는 전류검출부를 포함한다.

또한 본 발명의 실시에에 따른 전력선모뎀은, 상기 전력선통신 신호보호기와, 상기 전력선통신 신호보호기를 통해 부하에 공급되는 전류값을 측정하고 부하의 이상 유무를 판단하여, 부하의 동작제어, 교체시기, 경고 등의 정보를 전력선통신을 이용하여 다른 제어기 및 상위 제어기로 전달하는 제어기를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에서 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력선통신 신호보호기의 회로도이다.

도시된 바와 같이 신호보호기(110)는 임피던스 변환부(112), 잡음 필터부(114), 전류검출부(116)를 포함한다.

일반적인 각종 부하(220)들은 고주파에 대해서 임피던스가 낮아 전력선통신 신호 감쇄의 주요 원인이 된다.

코일(L1)과 콘덴서(C1)가 병렬로 연결된 LC병렬 공진회로로 임피던스 변환부(112)를 구성하고 전원 입력단의 뒷단에 삽입하면, 임피던스 변환부(112)에 의해 전력선통신 주파수대역에서 높은 임피던스를 갖게 되어 부하의 낮은 임피던스에 전력선통신 신호가 영향을 받지 않게 됨으로써 신호 감쇄가 최소화된다.

상기 LC병렬 공진회로의 코일(L1)과 콘덴서(C1)의 소자값을 적절히 조합하면 특정 주파수에서 높은 임피던스를 갖는다.

근래에 사용되어 지는 각종 부하(220)들은 인버터나 SMPS(스위칭모드 파워서플라이) 등과 같은 스위칭방식을 이용하는 부하들이 매우 많으며, 스위칭 주파수 역시 고주파화 되어가는 추세이다.

부하(220)에서 발생하는 고주파 스위칭 잡음 등이 전력선에 그대로 유기되어 전력선통신 신호에 그대로 혼합되면 전력선통신 신호가 왜곡되어 오류를 일으킬 가능성이 매우 커지게 된다.

잡음필터부(114)는 이와 같이 부하에서 발생하는 잡음을 사전에 차단 혹은 감쇄시켜 전력선상으로 잡음이 새어나가지 못하도록 한다.

구성은 코일과 콘덴서로 이루어지는 대역차단필터(Band_stop_Filter)의 형태를 취하고, 본 발명에서는 전력선통신 주파수대역의 잡음만 감쇄한다.

즉, 잡음필터부(114)는 전력선 양단에 직렬 연결된 코일 및 콘덴서 2개((L2,C2),(L3,C3)가 서로 병렬 연결되고, 상기 2개의 코일(L2,L3) 사이에 코일(L4)과 콘덴서(C4)가 병렬 연결되는 구조이다.

전류검출부(116)는 상기 잡음필터부(114)에 사용되는 코일(L4)의 양단에 걸리는 전압을 측정하여 대응되는 전류로 환산한다.

상기와 같은 구성에서, 전력선통신 신호보호기(110)를 통해 부하(220)에 전력을 공급하게 되면, 부하(220) 구동시 부하에서 발생하는 전력선통신 주파수대역의 잡음은 신호보호기 내부에 구성된 잡음필터부(114)를 통하여 걸러져 전원입력단 쪽의 전력선으로 유입되지 않고 차단된다.

임피던스 변환부(112)에서는 부하(220)에 의해 낮아진 전력선통신 주파수대역의 임피던스를 고임피던스로 변환하여 전원입력단 쪽의 전력선으로 출력하고, 전류검출부(116)를 통하여 부하에 공급되는 전류량을 전력선모뎀 혹은 각종 제어기로 공급한다.

도 3은 도 2에 나타낸 전력선통신 신호보호기를 포함한 전력선모뎀의 블록도이다.

전력선 모뎀(100)은 신호보호기(110)와 제어기(120)를 구비하고, 상기 제어기(120)는 전원 및 송수신부(122)와, 전류측정부(124)와, 변복조부(126) 그리고 연산 및 제어부(128)를 포함한다.

전원 및 송수신부(122)는 부하(220)에 의한 잡음 및 신호감쇄 등의 영향이 최소화될 수 있도록 신호보호기(110)의 전력입력단에 연결되어져 제어기(120)에 전력을 공급하며, 아울러 전력선통신을 위한 전력선통신 신호를 송수신한다.

전류측정부(124)는 전류검출부(116)에서 보내온 신호를 보고 전류를 측정하여 연산 및 제어부(128)에 전송한다.

이렇게 측정된 전류값은 부하(220)의 상태를 파악하기 위해 사용된다.

예를 들어 부하(220)가 가로등인 경우, 가로등의 램프는 노후화가 되어 교체시기가 되면 정격전류보다 많은 전류를 소비하게 되므로, 가로등의 소비전류를 측정하여 모니터링 함으로써 가로등 램프의 교체기시, 이상유무 등을 파악할 수 있다.

변복조부(126)는 전원 및 송수신부(122)를 통해 송신할 데이터를 변조하고 수신한 데이터를 복조한다.

연산 및 제어부(128)는 외부에서 보내온 신호를 분석하고 해석하여 부하(220)를 제어한다.

상기한 구성의 제어기(120)는 신호보호기(110)를 통해 부하(220)에 공급되는 전류값을 측정하고 부하(220)의 이상 유무를 판단하여, 부하의 동작제어, 교체시기, 경고 등의 정보를 전력선통신을 이용하여 타 제어기 및 상위의 주제어기로 전달한다.

도 4는 도 3에 나타낸 전력선모뎀의 설치를 나타내는 예시도로서, 전력선통신에 의한 가로등 제어시스템 구축의 일예를 보인 것이다.

상기 가로등 램프에 사용되는 안정기는 임피던스가 매우 낮아 전력선통신 신호의 감쇄가 매우 심하며, 다수의 안정기가 설치될 경우 전력선통신 거리가 현격히 줄어든다.

전기공급망을 이루는 전력선에 설치되는 부하(220)로는, 안정기를 포함하는 가로등과 같이, 전력선통신에 의해 제어되고 전력선통신 주파수대역에 대하여 높은 임피던스 및 잡음을 발생하는 부하(220a,220b,220c,220f)와, 전력선통신에 의해 제어되지 않고 전력선통신 주파수대역에 대하여 높은 임피던스 및 잡음을 발생하지 않는 부하(220d) 및 전력선통신에 의해 제어되지 않고 전력선통신 주파수대역에 대하여 낮은 임피던스 및 잡음을 발생하는 부하(220e)를 구비한다.

부하(220a,220b,220c,220f)에 대해서는 신호보호기(110a,110b,110c,110e)와 제어기(120a,120b,120c,120d)를 함께 설치하고, 부하(220e)에 대해서는 전력선통신망의 성능을 악화 시킬 수 있는 낮은 임피던스 및 잡음의 원인이 되는 부하이므로 별도의 신호보호기(110d))만을 설치하여 전력선통신 신호를 보호하며, 전력선통신에 아무런 유해 요인이 없는 부하(220d)에 대해서는 신호보호기와 전력선모뎀의 제어기를 설치하지 않는다.

즉, 전력선통신에 악영향을 미치는 각종 부하 중에서 제어대상이 되는 부하(220a,220b,220c,220f)에 대해서는 전류검출기능을 갖춘 전력선통신 신호보호기를 포함하는 전력선모뎀(100a,100b,100c,100d)을 설치하고, 제어대상이 아닌 부하(220e)에 대해서는 신호보호기(110d)만을 설치하여 전력선통신 주파수대역의 잡음을 차단하고, 높은 임피던스를 제공한다.

미설명 부호 210은 LAN과 같은 외부의 통신망과 통신할 수 있도록 하는 주제어기로서 전력선모뎀(212), 메인 컨트롤러(214), 게이트웨이(216) 등으로 이루어진다.

상기한 설치예에 의해 전력선통신 신호의 감쇄 및 전력선통신 주파수대역의 잡음이 최소화되므로 주제어기(210))에서 근거리에 있는 부하(220a,220b,220c)는 물론이고 원거리에 있는 부하(220f)에 이르기 까지 신뢰성 있는 전력선 통신망을 구축할 수 있다.

또한 전력선통신 신호보호기(110)의 전류검출기능을 활용해 노후 가로등 램프의 교체시기 및 이상 유무 등을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전력선통신 신호보호기 및 이를 포함한 전력선모뎀에 의하면 전력선에 설치되는 각종 부하가 전력선통신 환경에 미치는 악영향, 즉 낮은 부하의 임피던스와 부하에서 발생하는 전력선통신 대역의 잡음 등을 변환 및 제거하여 전력선통신 환경을 획기적으로 향상시켜 전력선통신 신호의 전송오류 및 다수의 부하 환경에서 원거리 전력선통신을 가능케 하고 전류검출 기능을 통해 효율적으로 부하를 관리할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (5)

1. 전기공급망을 이루는 전력선에 설치되어 부하에 전력을 공급하고, 부하에서 발생하는 잡음을 필터링하여 전원입력단 쪽의 전력선으로 유입되지 않도록 차단하는 잡음필터부;

   상기 잡음필터부 앞단의 전원입력단에 연결되어 부하로 인해 낮아진 임피던스를 고임피던스로 변환하는 임피던스 변환부; 및

   상기 잡음필터부에 연결되어 부하에 공급되는 전류량을 검출하는 전류검출부를 포함하며,

   상기 잡음필터부는,

   상기 임피던스 변환부 뒷단의 전력선 양단에 직렬 연결된 코일 및 콘덴서가 서로 병렬 연결되고((L2,C2),(L3,C3)), 상기 2개의 코일(L2,L3) 사이에 코일(L4)과 콘덴서(C4)가 병렬 연결되는 구조를 가지며,

   상기 전류검출부는,

   상기 잡음필터부에 사용되는 코일(L4)의 양단에 걸리는 전압을 측정하여 대응되는 전류로 환산함을 특징으로 하는 전력선통신 신호보호기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 잡음필터부는 전력선통신 주파수대역의 잡음을 필터링함을 특징으로 하는 전력선통신 신호보호기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 전기공급망을 이루는 전력선에 설치되어 부하에 전력을 공급하고, 부하에서 발생하는 잡음을 필터링하여 전원입력단 쪽의 전력선으로 유입되지 않도록 차단하는 잡음필터부와, 상기 잡음필터부 앞단의 전원입력단에 연결되어 부하로 인해 낮아진 임피던스를 고임피던스로 변환하는 임피던스 변환부와, 상기 잡음필터부에 연결되어 부하에 공급되는 전류량을 검출하는 전류검출부를 구비하는 전력선통신 신호보호기; 및

   이 전력선통신 신호보호기를 통해 부하에 공급되는 전류값을 측정하고 부하의 이상 유무를 판단하여, 부하의 동작제어, 교체시기, 경고 등의 정보를 전력선통신을 이용하여 다른 제어기 및 상위 제어기로 전달하는 제어기를 포함하는 전력선모뎀.

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