KR100958089B1 - 통신 시스템의 트랜스포머 내에 전력 전송으로 인한 포화현상의 개선 방법 - Google Patents

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Abstract

파워-오버-이더넷 시스템의 트랜스포머와 같은 통신 시스템의 트랜스포머 내에서, 전력 전송에 따른 포화 현상을 최소화하는 방법 및 장치이다. 트랜스포머 내에서 포화를 일으키는 자속 불균형이 감지된다. 이러한 자속 불균형 및 포화를 최소화하기 위해 권선 내에 보상 전류가 투입된다.

Description

통신 시스템의 트랜스포머 내에 전력 전송으로 인한 포화 현상의 개선 방법{MINIMIZING SATURATION CAUSED BY POWER TRANSFER IN A COMMUNICATION SYSTEM TRANSFORMER}
첨부된 도면들은, 본 명세서의 일부를 이루며 통합되는 것으로서, 본 발명을 예시하며, 더 나아가 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 하고, 관련 기술 분야에서 숙련된 자가 본 발명을 실시하고 이용할 수 있도록 한다.
도면의 내용은 다음과 같다.
도 1은 통신 시스템을 통한 기존의 전력 전송 방법을 예시한 것이다.
도 2는 지금까지의 전력 전송 구조에 따른 문제점을 예시한 것이다.
도 3은 감지 회로 및 보상 회로의 예를 보인 블록도이다.
도 4는 포화 보상 회로를 예시한 것이다.
도 5는 예시적인 제어 회로를 나타낸다.
도 6은 자속 불균형을 감지하고 최소화하기 위한 예시적인 방법에 대한 순서도이다.
도 7은 자속 불균형을 감지하고 최소화하기 위한 다른 예시적인 방법에 대한 순서도이다.
도 8은 자속 불균형을 감지하고 최소화하기 위한 또다른 예시적인 방법에 대 한 순서도이다.
도 9는 자속 불균형을 감지하고 최소화하기 위한 또다른 예시적인 방법에 대한 순서도이다.
본 발명은 첨부된 발명을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서는, 유사한 참조 번호는 동일하거나 또는 기능적으로 비슷한 구성 요소들을 지시한다. 추가적으로, 어떤 참조 번호의 가장 좌측 숫자는 그 참조 번호가 최초로 등장한 도면의 번호를 뜻한다.
본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 통신 시스템의 트랜스포머 내에서 전력 전송으로 인한 포화 현상을 최소화하는 방법에 관한 것이다.
최근의 통신 네트워크 기술의 발전에 따라 통신 네트워크에 결합되는 원격 장치들에 대한 수요가 늘어나고 있다. 이로 인해 이들 원격 장치들에 전력을 공급할 필요성도 늘어난다. 원격 장치에 전력을 공급하는 한 가지 방법은 유선 연결된 통신 네트워크 연결을 이용하는 것이다. 통상적인 원격 장치에는 인터넷 프로토콜을 지원하는 전화(internet protocol phones) 및 무선 액세스 포인트(wireless access points)가 있다.
도 1은 통상적인 통신 시스템 연결 구조를 통해, 전력 제공 장비(power- supplying equipment)(100)로부터 상대적으로 원거리에 위치한 전력 수신 장치(powered device, PD)(106)에 전력을 전송하는 회로를 예시한 것이다. 상기 전력 제공 장비(100)는 직류(direct current, DC) 전력을 제1 통신선 도체 쌍(pair of communication conductors)(102) 및 제2 통신선 도체 쌍(104)에 실어 전력 수신 장치(106)에 공급한다. 상기 제1 통신선 도체 쌍(102) 및 상기 제2 통신선 도체 쌍(104)은 통상적으로, 예를 들어 이더넷(Ethernet) 케이블에서 볼 수 있는 쌍으로 꼬인 도체들과 같은, 꼬임쌍 도체(twisted pair conductor)이다. 상기 전력 제공 장비(100)는 전력 제공 장비 내 송수신기(112)로부터 상기 제1 통신선 도체 쌍(102) 및 제2 통신선 도체 쌍(104)으로 통신 신호를 전달하기 위한 제1 트랜스포머(108) 및 제2 트랜스포머(110)를 가진다. 상기 제1 트랜스포머(108)는 제1 센터 탭(center tap, CT)(114)을 갖는다. 상기 제2 트랜스포머(110)는 제2 센터 탭(116)을 갖는다. 상기 제1 센터 탭(114) 및 제2 센터 탭(116)은 상기 전력 제공 장비(100) 내의 직류 전원 공급기(118)에 각각 연결되며, 상기 제1 트랜스포머(108) 및 제2 트랜스포머(110)의 코일들 중에서 상기 제1 통신선 도체 쌍(102) 및 제2 통신선 도체 쌍(104)에 각각 연결되는 쪽의 코일에 위치한다.
전력 수신 장치(106)는, 전력 수신 장치 내 송수신기(124)를 상기 제1 통신선 도체 쌍(102) 및 상기 제2 통신선 도체 쌍(104)에 연결시키는 제3 트랜스포머(120) 및 제4 트랜스포머(122)를 가진다. 상기 제3 트랜스포머(120)는 제3 센터 탭(126)을 가진다. 상기 제4 트랜스포머(122)는 제4 센터 탭(128)을 가진다. 상기 전력 수신 장치(106)는 상기 제1 통신선 도체 쌍(102) 및 제2 통신선 도체 쌍(104) 을 통해 전달된 직류 전력을 상기 제3 센터 탭(126) 및 제4 센터 탭(128)으로부터 수신한다.
이상적으로 동작할 경우에, 직류 전류(IDC)(130)는 상기 직류 전원 공급기(118)로부터 상기 제1 센터 탭(114)을 통해 흐르며, 상기 제1 통신선 도체 쌍(102)에 실려 운반되는 제1 전류(I1)(132) 및 제2 전류(I2)(134)로 나뉜다. 상기 제1 전류(132) 및 상기 제2 전류(134)는 이후에 상기 제3 센터 탭(126)에서 재결합하여 상기 전력 수신 장치(106)에 전력을 공급할 직류 전류(IDC)(130)를 다시 만들어 낸다. 돌아오는 경로에서는, 상기 직류 전류(130)는 상기 전력 수신 장치(106)로부터 상기 제4 센터 탭(128)을 통해 흐르고, 상기 제2 통신선 도체 쌍(104) 내의 두 도체로 각각 나누어지며, 상기 제2 센터 탭(116)에서 다시 합쳐지고, 마침내 상기 직류 전원 공급기(118)로 돌아온다. 전력이 공급되는 동안에, 제1 통신 신호(136), 제2 통신 신호(138) 각각 또는 모두는 상기 제1 통신선 도체 쌍(102), 제2 통신선 도체 쌍(104) 각각 또는 모두를 통해 동시에 전달된다.
도 2는 직류 전류(130)의 공급 경로에 관해 위 시스템이 갖는 문제점을 보이기 위한 것이다. 도 2에는 단지 전류 공급 경로만 나타나 있지만, 상기 직류 전류(130)의 귀환 경로도 동일한 문제점을 갖는다. 상기 제1 전류(132) 및 제2 전류(134)는 상기 제3 트랜스포머(120)에서 각각 서로 마주보는 방향으로 흘러들어간다. 이상적으로는, 상기 제3 트랜스포머 내에서 상기 제1 전류(132) 및 상기 제2 전류(134)에 의해서는 자속 불균형(magnetic flux imbalance)(200)이 전혀 발생하 지 않는다. 왜냐하면, 상기 제1 전류(132)는 상기 제2 전류(124)와 동일한 크기이고, 또한 상기 제1 전류(132)와 상기 제2 전류(134)는 서로 반대되는 방향으로 흐르기 때문이다. 그러나, 상기 제3 트랜스포머(120) 및 상기 제1 통신선 도체 쌍(102)은 커넥터 접점들의 저항값의 차이라든가, 동일하지 않은 도체 길이, 동일하지 않은 도체 저항, 상기 제3 트랜스포머(120)의 불완전한 권선 상태 및 기타 제조 상의 불완전성 등과 같은 문제점들 때문에, 이상적이라 할 수 없다. 그래서, 상기 제1 전류(132)와 상기 제2 전류(134)가 접하는 각각의 저항값들은 서로 같지 않다. 이에 따라, 상기 제1 전류(132) 및 상기 제2 전류(134)는 상기 제3 트랜스포머(120)에 흘러들어가는 시점에서 그 크기가 서로 같지 않게 된다.
상기 제1 전류(132) 및 상기 제2 전류(134)의 이러한 불일치성은 상기 제3 트랜스포머(120) 내에 자속 불균형(200)을 발생시킨다. 왜냐하면, 상기 제1 전류(132)에 의해 생성된 제1 자속이 상기 제2 전류(134)에 의해 생성된 제2 자속에 의해 완전히 상쇄되지 않기 때문이다. 상기 제1 전류(132) 및 상기 제2 전류(134)가 작을 경우에는, 상기 자속 불균형(200)의 세기가 상기 제1 통신 신호(136)에 의해 생성되는 자속의 세기에 비해 상대적으로 낮다. 그렇지만, 상기 전력 수신 장치(106)에 공급되는 전력이 증가하면, 상기 제1 전류(132)의 크기 및 상기 제2 전류(134)의 크기 사이의 차이도 증가한다. 따라서, 상기 자속 불균형(200)의 세기도 또한 올라간다. 만약, 공급되는 전력이 충분히 커진다면, 오직 상기 자속 불균형(200)만으로도 상기 제3 트랜스포머(120)를 포화시킬 수 있을 정도까지 자속 불균형의 크기가 증가할 수 있다. 상기 자속 불균형(200)은 상기 통신 시스템 연결 구조의 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 감소시킨다. 상기 제3 트랜스포머(120)의 포화는 상기 제1 통신 신호(136)의 손실을 초래할 수 있다. 포화 현상은 또한 상기 통신 시스템 연결 구조에서 상기 제1 통신 신호(136)를 전송하는 기능이 유지되는 동안에, 상기 전력 제공 장비(100)와 상기 전력 수신 장치(106) 사이에 전송될 수 있는 전력을 제한할 수 있다.
상기 자속 불균형을 제거할 수 있을 만큼의 충분한 관용도(tolerance)를 갖도록 상기 트랜스포머의 부속품들을 설계하는 것은 비용 면에서 부적절하다. 따라서, 이러한 자속 불균형을 감소시키거나 또는 완전히 없앨 수 있는 파워-오버-이더넷(Power-over-Ethernet, PoE) 구성이 필요하다.
본 발명의 목적은 트랜스포머 내의 자속 불균형을 감소시키거나 또는 완전히 없앨 수 있는 PoE 구성 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
통신 시스템의 트랜스포머 내에서, 전력 전송에 따른 포화 현상을 최소화하는 방법 및 장치이다. 트랜스포머 내에서 포화를 일으키는 자속 불균형이 감지되고 최소화된다. 이러한 자속 불균형을 감지하기 위한 하나의 예시적인 장치 및 방법은, 제1 테스트 전류에 의해 생성되는 제1 테스트 자속 및 제2 테스트 전류에 의해 생성되는 제2 테스트 자속을 이용하여, 상기 트랜스포머의 자속을 변화시키고 측정한다.
상기 제1 및 제2 테스트 전류들은 제1 및 제2 스위치에 결합된 직류 전류원 에 의해 제공된다. 상기 제1 스위치의 동작에 따라 상기 제1 전류가 트랜스포머 권선의 일 부분에 일 방향으로 흐른다. 상기 제2 스위치의 동작에 따라 상기 제2 테스트 전류가 상기 트랜스포머 권선의 일 부분에 상기 제1 테스트 전류의 방향과 반대되는 방향으로 흐른다. 상기 제1 및 제2 테스트 전류는 트랜스포머 센터 탭을 통해 상기 직류 전류원으로 돌아온다. 상기 직류 전류원은 고정된 값을 갖는 직류 전류원들의 어레이로, 변화하는 크기를 갖는 전류를 제공할 수 있다. 상기 어레이 내의 각각의 개별적인 고정 직류 전류원은 상기 제1 및 제2 스위치들을 통해 상기 트랜스포머 권선에 결합되어 있다. 복수의 직류 전류원들이 상기 권선에 연결되어 다양한 크기를 갖는 상기 제1 및 제2 테스트 전류를 공급할 수 있다. 이와 달리, 상기 직류 전류원은 가변 전류원일 수 있다.
감지 동작은 상기 제1 테스트 전류를 상기 트랜스포머 권선의 제1 절반부(half)로 주입하여, 그럼으로써, 상기 제1 테스트 자속을 생성시킴으로써 수행된다. 상기 제1 테스트 자속이 적용되는 동안에, 상기 권선 전체에 걸리는 전압, 상기 권선의 일 단과 탭 사이의 전압, 그리고 트랜스포머 탭을 통과하는 전류의 각각 또는 이들의 조합이 측정된다. 이러한 첫 번째 측정으로 상기 트랜스포머가 포화되었는지 여부가 판단된다. 상기 제1 테스트 전류는 곧 중단된다. 이어서, 상기 제2 테스트 전류가 상기 권선의 제2 절반부에 주입되어, 상기 제1 테스트 자속의 방향과 반대되는 방향으로 상기 제2 테스트 자속을 생성한다. 상기 제2 자속이 적용되는 동안에, 상기 권선 전체에 걸리는 전압, 상기 권선의 일단과 탭 사이의 전압, 그리고 트랜스포머 탭을 통과하는 전류의 각각 또는 이들의 조합이 측정된다. 첫 번째 측정과 마찬가지로, 상기 두 번째 측정도 역시 상기 트랜스포머가 포화되었는지의 여부를 판단한다. 상기 제2 테스트 전류도 이어서 중단된다. 상기 첫 번째 측정치는 그 차이를 판정하기 위해 두 번째 측정치에 비교된다. 상기 측정치의 차이는 자속 불균형의 크기 및 극성을 나타낸다.
자속을 감지하는 두 번째 예시적인 방법은, 트랜스포머를 통과하는 통신 신호의 대칭성 및 크기를 측정하는 것이다. 상기 트랜스포머가 자속 불균형으로 인해 포화되거나 또는 거의 포화된 상태일 때에, 통신 신호는 비대칭적으로 되거나 크기의 감쇄를 겪는다.
자속 불균형을 감지하는 세 번째 예시적인 방법은, 전력 수신 장치에 의한 전력 수요를 측정하는 것이다. 전력 수요는 전력 수신 장치의 공급 전류를 측정함으로써 측정된다. 만약 전력 수신 장치의 전력 수요가 증가하면, 공급 전류도 증가할 것이다. 공급 전류의 증가는 자속 불균형을 증가시킨다.
상기 자속 불균형은, 이 자속 불균형을 거스르는 보상 자속을 생성할 수 있도록, 보상 전류를 상기 트랜스포머의 권선에 투입함으로써 최소화된다. 상기 보상 자속은 상기 제1 및 제2 스위치들에 연결된 상기 직류 전류원에 의해 공급된다. 상기 제1 스위치의 동작에 따라 트랜스포머 권선을 통해 일 방향으로 보상 전류가 흐른다. 상기 제2 스위치의 동작에 따라 상기 트랜스포머 권선을 통해 상기 방향과 반대되는 방향으로 보상 전류가 흐른다. 상기 제1 및 제2 테스트 전류는 트랜스포머 센터 탭을 통해 상기 직류 전류원으로 돌아온다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 통신 시스템 내에서 전력 전송에 의한 트랜스포머의 포화 현상을 줄이는 송수신기가 제공되는데, 상기 송수신기는,
제1 도체, 제2 도체 및 제3 도체를 포함하는 트랜스포머 인터페이스,
상기 제1 도체와 말단 사이를 결합시키는 제1 스위치와, 상기 제2 도체 및 상기 노드 사이를 결합시키는 제2 스위치, 그리고 상기 노드와 상기 제3 도체 사이를 결합시키는 직류 전류원을 포함하는 포화 보상 회로,
상기 제1, 제2 및 제3 도체 중 어느 둘 사이의 전압, 상기 제1 도체를 통과하는 제1 전류, 그리고 상기 제2 도체를 통과하는 제2 전류 중 적어도 어느 하나를 측정하는 측정 수단 및
상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 측정 수단에 각각 연결된 제어 회로를 포함한다.
바람직하게는, 상기 직류 전류원은 가변일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 회로는 상기 직류 전류원에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 포화 보상 회로, 상기 측정 수단 및 상기 제어 회로는 공통되는 기판 위에 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 직류 전류원 중의 적어도 어느 하나는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 송수신기는,
상기 제1 도체와 결합된 제1 탭, 상기 제2 도체와 결합된 제2 탭 및 상기 제3 도체와 결합된 제3 탭을 갖는 제1 권선과, 제4 탭을 가진 제2 권선을 갖는 트랜 스포머 및
상기 제4 탭에 결합된 직류 부하를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제3 탭 및 제4 탭 중의 적어도 어느 하나는 센터 탭일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 탭은 상기 제1 권선의 제1 말단에 위치할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 탭은 상기 제1 권선의 제2 말단에 위치할 수 있다.
바람직하게는, 상기 직류 부하는 직류-직류 전류 변환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 권선 및 제2 권선을 포함하고, 상기 제2 권선은 직류 부하에 결합된 제2 권선 탭을 포함하는 트랜스포머 내의 자속을 제어하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은,
상기 제1 권선의 적어도 일 부분으로 직류 전류를 투입하는 단계,
상기 직류 전류 및 상기 제2 권선을 통해 유입되는 제2 전류에 의해 발생하는 자속의 크기를 결정하는 단계 및
상기 자속을 변화시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 권선의 상기 일부분은 제1 권선 센터 탭 및 상기 제1 권선의 말단을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 직류 전류는 상기 트랜스포머를 통해 신호가 통과하는 동안에 투입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은, 상기 자속이 상기 트랜스포머를 포화시키고 있는 지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 자속은 상기 제1 권선의 상기 제1 부분 및 상기 제1 권선의 제2 부분 중 적어도 어느 한 부분에 걸리는 전압을 측정함으로써 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자속은 상기 제1 권선의 상기 제1 부분 및 상기 제1 권선의 제2 부분 중 적어도 어느 한 부분을 통해 흐르는 제3 전류를 측정함으로써 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자속은 상기 제1 권선의 제1 및 제2 말단들 사이에 걸리는 전압을 측정함으로써 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자속은 상기 제2 권선 탭으로부터 유출되는 전류에 의해 결정되는 제어 신호에 기초하여 변경될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자속은 상기 트랜스포머를 통과하는 신호의 왜곡 정도에 의해 결정되는 제어 신호에 기초하여 변경될 수 있다.
바람직하게는, 상기 왜곡은 대칭성 및 크기 중 어느 한 특성에서 나타날 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 통신 시스템의 트랜스포머 내의 자속 불균형을 제어하는 자속 불균형 제어 방법이 제공되는데, 상기 방법은,
상기 통신 시스템의 트랜스포머 내의 상기 자속 불균형을 감지하는 단계 및
상기 자속 불균형을 최소화하기 위해 상기 통신 시스템의 트랜스포머 내에 보상 자속을 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은, 상기 자속 불균형에 의해 결정되는, 상기 보상 자속을 제어할 수 있는 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 신호는 상기 보상 자속을 제어하는 보상 전류를 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 통신 링크를 통해 직류 전력 및 데이터를 수신할 수 있는 전력 수신 장치가 제공되며, 상기 전력 수신 장치는,
상기 통신 링크에 결합된 제1 권선과, 데이터 송수신기에 결합된 제2 권선을 포함하며, 상기 통신 링크와 상기 전력 수신 장치 사이를 절연시키는 트랜스포머,
상기 트랜스포머의 상기 제2 권선에 결합되어 있으며, 상기 통신 링크로부터 제공되는 상기 직류 전력과 결부되는 주 자속을 감지하는 자속 감지 회로 및
상기 트랜스포머의 상기 제1 권선에 결합되어 있으며, 상기 트랜스포머 내에 상기 주 자속의 방향과 반대되는 방향으로 보조 자속을 발생시키는 직류 상쇄 전류를 상기 트랜스포머의 상기 제2 권선에 흘리는 보상 회로를 포함한다.
바람직하게는, 상기 보상 회로는 상기 트랜스포머의 상기 제2 권선의 제1 및 제2 탭들 중 어느 하나로 향하는 가변 전류를 생성할 수 있는 가변 전류원을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가변 전류는 상기 제2 자속이 상기 제1 자속의 크기와 실질적으로 비슷한 크기를 갖도록 조절되며, 또한 상기 가변 전류는 상기 제2 자속이 상기 제1 자속의 극성과 반대되는 극성을 갖도록 상기 제2 권선의 제1 탭 및 제2 탭 중의 어느 하나로 향할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전력 수신 장치는 상기 가변 전류원을 상기 자속 감지 회로의 출력에 기초하여 제어할 수 있는 제어 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들, 특징들 및 장점들은, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 동작과 더불어, 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.
위에서 개괄하였듯이, 통신 시스템의 트랜스포머 내에서 전력 전송에 의한 포화 현상을 최소화하는 방안이 설명된다. 도 3 내지 도 9는 후술하듯이, 이러한 방안을 예시한 것들이다.
<감지 회로 및 보상 회로>
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 수신 장치(316)를 예시한 것이다. 상기 전력 수신 장치(316)는 트랜스포머(320)의 포화(saturation)를 감지하고 최소화한다. 상기 트랜스포머(320)는 Power-over-Ethernet(PoE) 시스템의 한 부분이다. 달리 말하면, 상기 트랜스포머(320)는 전력이 통신 선로를 통해 전송되는 통신 시스템의 한 부분이다. 상기 전력 수신 장치(316)는 감지 회로(detection circuit)(300), 보상 회로(compensation circuit)(302) 및 전력 수신 장치 내 송수신기(powered device transceiver)(324)를 포함한다. 권선(winding)(304)은 상기 트랜스포머(320)의 자속 내부에 위치하는 적어도 하나의 장치이다. 상기 권선(304)은 전기 에너지와 자기 에너지를 서로 변환시킨다. 상기 권선(304)은 상기 트랜스포머(320)의 한 부분을 이루는 코일이거나, 적어도 이와 유사한 장치이다.
상기 감지 회로(300)는 상기 트랜스포머(320) 내의 자속 불균형(322)을 감지 한다. 상기 자속 불균형(322)은 상기 제1 전류(I1)(332)와 상기 제2 전류(I2)(334)의 불일치로 인해 발생한다. 상기 감지 회로(300)는 상기 권선(304) 위의 제1 탭(305), 제2 탭(307) 및 제3 탭(309)에 결합된다. 상기 제1 및 제2 탭들(305, 307)은 상기 권선(304)의 반대편 말단들(ends)에 위치하며, 상기 제3 탭(309)은 중앙 부분의 탭(센터 탭)이다. 달리 말하면, 상기 제1, 제2 및 제3 탭들(305, 307, 309)은 상기 권선(304) 위의 서로 다른 지점들에 위치한다. 상기 감지 회로(300)는 상기 권선(304) 위의 상기 제1, 제2 및 제3 탭들(305, 307, 309) 사이에 걸리는 전압들을 측정한다. 다른 예로써, 또는 부가적으로, 상기 감지 회로(300)는 또한 상기 제1, 제2 및 제3 탭들(305, 307, 309)을 통과하는 전류들을 측정한다. 실시예들에서, 상기 감지 회로(300)는 디지털 수신기의 디지털-아날로그 변환기 회로의 일부이다.
상기 보상 회로(302)는 상기 트랜스포머(320) 내의 자속 불균형(322)을 최소화한다. 상기 보상 회로(302)는 또한 상기 제1 탭(305), 상기 제2 탭(307) 및 상기 제3 탭(309)에 각각 결합된다. 상기 보상 회로(302)는 제어 회로(310)에 의해 제어되는 전류원(current source)을 포함한다. 상기 보상 회로(302)는 상기 자속 불균형(322)을 최소화하는 보상 자속(311)을 생성하도록, 상기 권선(304)에 보상 전류를 투입한다. 실시예들에서는, 상기 보상 회로(302)는 디지털 송신기의 디지털-아날로그 변환기의 일부이다.
전력 수신 장치 내 송수신기(324)는 상기 트랜스포머(320)를 통해 지나가는 통신 신호(313)를 송신하거나 수신한다. 상기 통신 신호(313)는 교류(AC) 신호이다. 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324)는 상기 제1 탭(305) 및 상기 제2 탭(307)에 결합된다. 실시예들에서는, 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302) 및 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324)는 상기 트랜스포머(320)의 자속이 미치는 공간 내에 위치하는 서로 다른 권선들에 결합된다.
제1 도체(306), 제2 도체(308) 및 제3 도체(344)를 포함하는 트랜스포머 인터페이스는 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324), 상기 감지 회로(300) 및 상기 보상 회로(302)에 결합되어 있다. 트랜스포머 인터페이스란 어떤 반도체 다이(die)를 그 집적 회로 패키지의 외부에 있는 어떤 회로에 결합시킬 수 있는 전도성 소자들의 배열을 말한다. 트랜스포머 인터페이스는 예를 들면, 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA), 핀 그리드 어레이(pin grid array, PGA) 및 소형 아웃라인 집적 회로(small-outline integrated circuit, SOIC) 등이 있는데, 여기에 한정되지는 않는다. 실시예에서는, 상기 트랜스포머 인터페이스는 어떤 집적 회로 패키지 상의 병렬 포트 또는 직렬 포트이다. 달리 말하면, 상기 전력 수신 장치(324), 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302) 및 상기 제어 회로(310)는 하나의 실리콘 기판 위에 집적될 수 있다는 것이며, 상기 트랜스포머 인터페이스는 상기 집적 회로 칩을 위해 칩 외부에 대한 물리적인 인터페이스를 제공한다.
상기 트랜스포머(320)는 직류 부하(DC load)(342)에 전력을 공급한다. 상기 직류 부하(342)는 상기 트랜스포머(320)의 제2 권선(345)의 센터 탭(343)에 연결된다. 실시예에서는, 상기 직류 부하(342)는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(347)를 포함한다. 실시예에 따라서는, 상기 센터 탭(343)은 중앙에 위치한 탭이 아닌, 상기 권선 위의 기타 지점에 위치한 탭일 수 있다. 상기 제1 전류(332) 및 상기 제2 전류(334)는 상기 직류 부하(342)에 전력을 공급한다. 상기 직류 부하(342)는 적어도 부분적으로는, 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302), 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324) 및 상기 제어 회로(310)를 포함하는 상기 전력 수신 장치에 해당한다. 다른 실시예에서는, 상기 직류 부하(342)는 별도의 회로 구조(circuitry)일 수 있다.
상기 제어 회로(310)는 감지 동작을 관리하며, 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324), 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302) 및 전력 소모량 감시 회로(a circuit to monitor power consumption)(314)를 통해 상기 자속 불균형(322)을 최소화한다. 상기 제어 회로(310)는 상기 제어선(312)을 통해 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324), 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302) 및 전력 소모량 감시 회로(314)에 결합된다.
상기 전력 수신 장치(316)의 상기 전력 소모량 감시 회로(314)는 상기 직류 부하(342)로 공급되는 전류를 측정함으로써 상기 직류 부하(342)의 전력 소모량을 측정한다. 상기 전력 소모량 감시 회로(314)는 상기 직류 부하(342)와 결합되는데, 채택 여부는 선택적이다.
상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324), 상기 감지 회로(300) 및 상기 보상 회로(302)는 공통 기판(340) 위에 집적된다. 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302), 상기 제어 회로(310) 및 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324)는 공간을 절약하기 위해 공통적인 회로들을 공유할 수 있다. 실시예들에 따라, 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302), 상기 제어 회로(310), 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324), 각각 또는 이들의 조합은 개별적인 회로들일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따라 전력 수신 장치(316)를 더 설명하기 위한 도면이다. 상기 감지 회로(300)는 제1 전압(V1)(424), 제2 전압(V2)(426) 및 제3 전압(V3)(402)을 측정한다. 상기 감지 회로(300)는 상기 제1 전압(424), 상기 제2 전압(426), 상기 제3 전압(402)의 각각 또는 이들의 조합에 기초하여 상기 제어 회로(310)로 보내는 감지 신호를 생성한다.
상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324)는 예를 들어 통신 신호(313)와 같이 상기 트랜스포머(320)를 통해 전해지는 신호의 왜곡을 감지한다. 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324)에 의해 측정되는 왜곡의 형태는 예를 들면 신호의 대칭성 및 진폭과 같은 것들이다. 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324)는 상기 신호의 왜곡에 기초하여 상기 제어 회로(310)로 보내는 감지 신호를 생성한다.
상기 보상 회로(302)는 보상 자속(311)을 생성함으로써 상기 트랜스포머(320) 내의 자속 불균형(322)의 효과를 최소화한다. 상기 보상 회로(302)는 상기 보상 자속(311)을 생성하기 위해, 상기 권선(304)에 제1 보상 전류(I3)(404) 또는 제2 보상 전류(I4)(406)를 투입한다. 실시예에 따라서는, 상기 보상 회로(302)는 상기 권선(304)에 직렬로 연결된다. 상기 보상 자속(311) 및 상기 자속 불균형(322)이 도 4에 나타난 방향에 한정되는 것은 아니다.
상기 보상 회로(302)는 여러 개의 단(stage)(436A,...,N)을 갖는다. 예시적인 하나의 단(436A)은 상기 제2 도체(308)를 통해 공통 노드(410A)와 상기 권선(304)의 제1 말단 사이를 결합시키는 제1 스위치(408A)를 포함한다. 제2 스위치(412A)는 상기 제1 도체(306)를 통해 상기 공통 노드(410A)와 상기 권선(304)의 제2 말단 사이에 연결된다. 전류원(414A)은 상기 공통 노드(410A) 및 상기 제3 탭(309)과 직렬 관계에 있다. 상기 제1 스위치(408A) 및 상기 제2 스위치(412A)는 상기 권선(304)에 대해 상기 전류원(414A)로부터 상기 제1 보상 전류(404) 및 상기 제2 보상 전류(406)를 적용하는 것을 제어한다. 상기 제1 스위치(408A) 및 상기 제2 스위치(412A)는 트랜지스터들이다. 실시예들에 따라서, 상기 전류원(414A)은 저항 래더(resistive ladder) 또는 가변 전류원으로 구성될 수 있다.
<제어 회로>
도 4 및 도 5는 제어 회로(310)의 연결을 예시한다. 상기 제어 회로(310)는 상기 전력 수신 장치(316) 내의 회로들에 의해 수행되는 동작들을 관리한다. 실시예들에 따라서, 상기 제어 회로(310)는 논리 회로, 프로세서, 각각 또는 모두일 수 있다. 실시예들에 따라, 상기 제어 회로(310)는, 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324), 상기 감지 회로(300) 및 상기 보상 회로(302) 중에서 적어도 하나를 제어하고 관리하는 방법을 수행하도록 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 적어도 하나의 명령어를 탑재하는, 컴퓨터로 판독가능한 매체를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서는, 상기 제어 회로(310)는 상기 트랜스포머(320) 내의 포화를 최 소화하는 방법을 수행하도록 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 적어도 하나의 명령어를 탑재하는, 컴퓨터로 판독가능한 매체를 가질 수 있다.
상기 제어 회로(310)는 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302), 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324)에 연결된다. 상기 제어 회로(310)는 또한 상기 제어선(312)을 통해 상기 제1 스위치(408), 상기 제2 스위치(412) 및 상기 전류원(414)에 연결된다. 실시예들에 따라, 상기 제어 회로(310)는 상기 전력 수신 장치 내의 다른 회로들에도 연결될 수 있다.
<자속 불균형의 감지 및 최소화 방법에 대한 개괄>
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 자속 불균형의 감지와 최소화 프로세스에 대한 개괄을 제공한다. 첫째, 단계(600)에서, 자속 불균형이 감지된다. 둘째, 단계(602)에서, 상기 자속 불균형에 따라 판단되는 제어 신호가 생성된다. 두 번째 단계를 수행할 것인지는 선택적이다. 셋째, 단계(604)에서, 보상 자속이 상기 자속 불균형을 최소화하기 위해 생성된다. 만약 두 번째 단계가 수행되었다면, 상기 보상 자속은 상기 제어 신호에 의해 제어될 것이다.
<자속 불균형의 감지>
상기 감지 회로(300)는 상기 트랜스포머(320) 내에서 상기 자속 불균형(322)을 감지한다. 감지 동작은 핸드쉐이킹 신호(handshaking signal)를 전송하는 동안에 이뤄질 수 있다. 이와 달리, 감지 동작은 상기 트랜스포머(320) 내에 상기 통신 신호(313)가 존재하거나 또는 부존재하는 동안에 이뤄질 수도 있다. 실시예들에 따라, 상기 감지 회로(300)는 상기 트랜스포머(320) 내의 자속 불균형(322)을 통신 연결이 구축된 동안에 오직 한 번 감지하거나, 주기적으로 감지하거나, 가끔씩 감지하거나 또는 연속적으로 감지할 수 있다.
자속 불균형(322)의 감지를 위한 한 가지 예시적인 방법은, 테스트 자속으로 트랜스포머의 자속을 변화시켜보는 것이다. 상기 테스트 자속은 제1 테스트 전류(I5)(420), 및 제2 테스트 전류(I6)(422)를 순차적으로 상기 권선(304)에 투입시킴으로써 발생시킬 수 있다. 상기 테스트 자속은, 상기 권선(304) 중에서 상기 제1 테스트 전류(420) 및 상기 제2 테스트 전류(422)가 투입된 부분의 주위뿐 아니라, 아무 전류도 투입되지 않은 나머지 부분의 주위에도 존재한다. 상기 권선(304)은 상기 테스트 자속 및 상기 자속 불균형(322)에 모두 노출된다. 상기 자속 불균형(322)의 방향과 상기 테스트 자속의 방향은 유사한 방향이 되거나 또는 반대 방향이 될 수 있으며, 따라서 상기 권선(304)에 대하여 각자의 효과가 더해지거나 빼진다. 상기 권선(304) 내의 상기 자속 불균형(322)은 제3 전압(V3)(402)을 측정함으로써 감지된다. 다른 방법으로는, 제1 전압(V1)(424), 제2 전압(V2)(426)의 각각 또는 모두가 측정될 수 있다. 상기 제1 테스트 전류(420) 또는 상기 제2 테스트 전류(422)의 흐름이 멈추면, 상기 권선(304) 내부 또는 주변에 형성되었던 상기 테스트 자속이 소멸하면서, 상기 제1 전압(424), 상기 제2 전압(426) 및 제3 전압(402)을 생성한다. 따라서, 상기 자속 불균형(322)의 방향에 따라, 상기 테스트 자속이 소멸할 때의 상기 권선(304) 양단에 걸리는 상기 제3 전압(402)은 상기 자속 불균형(322)이 존재하는 경우에 극성 및 크기 면에서 달라진다.
다른 실시예에서는, 상기 자속 불균형(322)은 상기 테스트 자속이 생성되는 중에, 상기 제1 테스트 전류(420), 제2 테스트 전류(422), 그리고, 상기 제1 전압(424), 상기 제2 전압(426) 및 상기 제3 전압(402) 중 적어도 어느 하나를 측정함으로써 감지될 수 있다. 상기 제1 테스트 전류(420) 및 상기 제2 테스트 전류(422)는 상기 테스트 자속을 생성할 수 있도록 상기 권선(304)에 순차적으로 투입된다. 포화 상태를 유지하는 동안에는, 상기 제1 테스트 전류(420) 또는 상기 제2 테스트 전류(422)가 증가하더라도, 상기 제1 전압(424), 상기 제2 전압(426) 및 상기 제3 전압(402)은 변하지 않거나, 단지 미미하게 변할 뿐이다. 한편, 만약 상기 트랜스포머(320)가 어떤 자속 불균형(322)을 가진다면, 상기 제1 테스트 전류(420) 또는 상기 제2 테스트 전류(422) 중 어떤 것을 이용하더라도 상기 트랜스포머(320)를 포화시키는 것이 더 쉬워진다. 따라서, 포화가 시작되는 시점에서의 상기 제1 테스트 전류(420) 및 상기 제2 테스트 전류(422)의 크기들을 비교하면 상기 자속 불균형(322)의 존재를 알 수 있다.
자속 불균형(322)을 감지하는 두 번째의 예시적인 방법은, 상기 트랜스포머(320)를 통과하는 상기 통신 신호(313)를 측정하는 방법을 통해 감지하는 것이다. 상기 트랜스포머(320)의 상기 자속 불균형(322)은 상기 통신 신호(313)의 대칭성이나, 진폭의 측면에서 변화를 일으킨다. 이러한 변화는 상기 트랜스포머(320)의 어느 한 방향에 대해 포화 또는 포화에 가까운 상태가 되었기 때문에 일어난다. 감 지 방법은 대칭성, 신호 파형, 또는 진폭 등의 특성 저하에 대해 상기 통신 신호(313)를 측정하는 것을 포함한다. 클리핑 감지기(clipping detector)는 상기 통신 신호(313)의 대칭성 및 진폭에 발생한 변화에 대해 테스트할 수 있다.
자속 불균형(322)의 감지에 관한 세 번째의 예시적인 방법은 상기 직류 부하(342)에 의한 전력 수요에 생기는 변화를 측정하는 것이다. 전력 수요는 상기 제2 권선(345)의 센터 탭(343)으로부터 유출되는 공급 전류를 감지함으로써 측정할 수 있다. 다른 방법으로는, 전력 수요는 상기 센터 탭(343)의 위치에서 검출되는 공급 전압의 변화를 감지함으로써 측정된다. 만약 상기 직류 부하(342)의 전력 수요가 증가한다면, 자속 불균형(322)도 역시 증가할 것이다. 만약 상기 직류 부하(342)의 전력 수요가 줄어든다면, 자속 불균형(322)도 줄어들 것이다.
<제어 신호들>
상기 제어 회로(310)는 자속 불균형의 감지 및 최소화가 이뤄지는 동안에, 상기 제1 스위치(408)나 상기 제2 스위치(412)를 활성화시키는 제어 신호들을 발생시킨다. 최소화 단계 동안에, 상기 제어 회로(310)에 의해 생성된 상기 제어 신호들은 상기 자속 불균형(322)의 세기와 방향에 기초하여 결정된다.
실시예들에서, 상기 제어 회로(310)는 상기 감지 회로(300), 상기 보상 회로(302), 상기 전력 수신 장치 내 송수신기(324) 각각 또는 이들의 조합을 제어하는 알고리즘을 구현한다. 알고리즘은 또한 상기 보상 회로(302)를 제어할 수 있도록 상기 감지 회로(300)의 출력을 처리한다. 상기 보상 회로(302) 내부에서, 상기 제1 보상 전류(404) 및 상기 제2 보상 전류(406)의 타이밍, 크기 및 방향이 상기 제어 회로(310)에 의해 제어된다. 상기 제어 회로(310)는 또한 상기 제1 스위치(408), 상기 제2 스위치(412) 각각 또는 모두의 동작을 제어한다. 상기 직류 전류원(414)이 가변 전류원인 실시예들에서는, 상기 제어 회로(310)는 상기 직류 전류원(414)의 출력 전류 가변도 제어한다.
<자속 불균형의 최소화>
상기 보상 회로(302)는 상기 제1 보상 전류(404)나, 상기 제2 보상 전류(406)를 각각 또는 모두 상기 권선(304)에 투입함으로써 상기 자속 불균형(322)을 최소화한다. 상기 제1 보상 전류(404), 상기 제2 보상 전류(406)의 각각 또는 모두는 상기 트랜스포머(320) 내부에 상기 보상 자속(311)을 생성한다. 상기 제1 보상 전류(404) 및 상기 제2 보상 전류(406)는 가변하는 진폭을 가진 직류 전류이다. 실시예들에 따라서, 상기 제1 보상 전류(404) 및 상기 제2 보상 전류(406)는 각각 고정된 진폭을 가질 수 있다. 상기 보상 회로(302)는 상기 트랜스포머(320) 내에 상기 통신 신호(313)가 존재하지 않거나 또는 존재하는 것에 상관없이 동작한다.
한 예시적인 실시예에서는, 제어 신호가 상기 제1 스위치(408), 상기 제2 스위치(412)의 각각 또는 모두를 활성화시켜, 상기 제1 보상 전류(404) 또는 상기 제2 보상 전류(406)를 상기 권선(304)에 투입시키고, 상기 자속 불균형(322)을 최소화하는 보상 자속(311)을 생성한다. 상기 제1 스위치(408)의 활성화는 상기 권 선(304)에 일 방향으로 상기 제2 보상 전류(406)의 흐름을 만들어낸다. 상기 제2 스위치(412)의 활성화는 상기 권선(304)에 상기 제1 보상 전류(404)의 흐름을, 상기 제2 보상 전류(406)의 흐름과 반대되는 방향으로 만들어낸다.
다른 예시적인 실시예에서는, 상기 제어 회로(310)는 복수의 단들(436) 내부의 복수의 제1 스위치들(408), 복수의 제2 스위치들(412)의 각각 또는 이들의 조합을 활성화한다. 이러한 활성화는 상기 권선(304) 내로 투입되는 상기 제1 보상 전류(404) 또는 상기 제2 보상 전류(406)의 크기를, 상기 고정된 크기의 복수의 직류 전류원들(414)을 상기 권선(304)에 선택적으로 결합시킴으로써, 변경시킬 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예에서는, 상기 제어 회로(310)는 상기 제1 보상 전류(404), 상기 제2 보상 전류(406)의 각각 또는 모두의 크기를 선택할 수 있도록, 상기 가변 직류 전류원(414)을 조절할 수 있다.
상기 자속 불균형(322)을 감지하고 최소화하는 한 가지 예시적인 실시예는 도 7에 나타나 있다. 단계(700)에서, 상기 제1 스위치(408)는 상기 권선(304)의 제1 부분에 상기 제1 테스트 전류(420)를 투입하여 상기 트랜스포머(320)를 포화시킬 수 있도록, 활성화된다. 단계(702)에서, 상기 제1 테스트 전류(420)의 흐름은 중단된다. 단계(704)에서, 상기 제1 테스트 전류(420)의 흐름이 중단된 동안에, 상기 제3 전압(402)의 첫 번째 측정이 이뤄진다. 단계(706)에서, 상기 제2 스위치(412)는 상기 권선(304)의 제2 부분에 상기 제2 테스트 전류(422)를 상기 제1 테스트 전류(420)의 방향과 반대되는 방향으로 투입하여 상기 트랜스포머(320)를 포화시킬 수 있도록, 활성화된다. 단계(708)에서, 상기 제2 테스트 전류(422)의 흐름도 중단 된다. 단계(710)에서, 상기 제2 테스트 전류(422)의 흐름이 중단된 동안에, 상기 제3 전압(402)의 두 번째 측정이 이뤄진다. 단계(712)에서, 상기 제3 전압(402)의 첫 번째 측정치는 전압차(differential voltage)를 결정하기 위해 상기 제3 전압(402)의 두 번째 측정치와 비교된다. 상기 전압차의 크기 및 극성은 상기 자속 불균형(322)의 방향 및 세기를 나타낸다. 단계(714)에서, 제어 신호가 상기 보상 회로(302)를 위해 상기 자속 불균형(322)을 기초로 생성된다. 단계(714)는 수행 여부가 선택적이다. 단계(716)에서, 상기 제1 스위치(408), 상기 제2 스위치(412)의 각각 또는 모두가 선택되고 또한 활성화되어, 상기 제1 보상 전류(404) 또는 상기 제2 보상 전류(406)가 상기 권선(304)에 흐르게 됨으로써, 상기 자속 불균형(322)을 최소화할 상기 보상 자속(311)을 생성한다.
상기 자속 불균형(322)을 감지하고 최소화하는 다른 예시적인 실시예가 도 8에 나타나 있다. 단계(800)에서, 상기 감지 회로(300)는 상기 권선(304)의 제1 부분에 상기 제1 테스트 전류(420)를 투입한다. 단계(802)에서, 상기 권선(304) 양단의 상기 제3 전압(402)이 측정되는 동안, 상기 제1 테스트 전류(420)는 증가된다. 단계(804)에서, 상기 제3 전압(402)으로부터 상기 트랜스포머(320)의 포화가 감지되는 시점에서, 상기 제1 테스트 전류(420)의 크기가 기록된다. 단계(806)에서, 상기 제1 테스트 전류(420)의 흐름은 중단된다. 단계(808)에서, 상기 감지 회로(300)는 이어서 상기 제2 테스트 전류(422)를 상기 권선(304)의 제2 부분에 투입한다. 단계(810)에서, 상기 권선(304) 양단의 상기 제3 전압(402)이 측정되는 동안, 상기 제2 테스트 전류(422)는 증가된다. 단계(812)에서, 상기 트랜스포머(320)의 포화가 상기 제3 전압(402)의 측정으로부터 탐지되는 시점에서, 상기 제2 전류(422)의 크기가 기록된다. 단계(814)에서, 상기 제2 테스트 전류(422)의 흐름이 중단된다. 단계(816)에서, 상기 제1 테스트 전류(420)의 측정치와 상기 제2 테스트 전류의 측정치 사이의 차이값의 크기 및 극성은 상기 자속 불균형(322)의 방향 및 세기를 나타낸다. 단계(818)에서, 예를 들어, 상기 제1 스위치(408)나 상기 제2 스위치(412)와 같은 어떤 스위치가 활성화되어, 상기 제1 보상 전류(404)나 상기 제2 보상 전류(406) 각각 또는 모두와 같은 어떤 전류가 상기 권선(304)에 흐르도록 함으로써, 상기 자속 불균형(322)을 최소화하는 보상 자속(311)을 생성한다.
자속 불균형을 감지하고 최소화하는 또 다른 예시적인 실시예가 도 9에 나타나 있다. 단계(900)에서, 직류 전류가 트랜스포머의 제1 권선의 적어도 일부에 투입된다. 단계(902)에서, 상기 직류 전류 및 제2 권선을 통해 흐르는 제2 전류로부터 기인하는 자속이 결정된다. 단계(904)에서, 상기 자속에 의한 트랜스포머의 포화가 결정된다. 단계(904)는 수행 여부가 선택적이다. 단계(906)에서, 상기 자속은 변경된다.
<결론>
발명의 간단한 설명 부분 및 요약 부분은 제외하고, 발명의 상세한 설명 부분이 청구범위를 해석하기 위해 활용되고자 함이 이해되어야 한다. 발명의 간단한 설명 및 요약 부분은, 발명자에 의해 심사숙고된 바와 같이 본 발명의 모든 실시예들을 개시하지 못하고, 하나 또는 그 이상의 예시적인 실시예들을 개시할 수는 있 을 뿐이며, 따라서, 어떤 식으로든지 본 발명 및 첨부된 청구항들을 제한하려는 의도가 아니다.
본 발명의 실시예들에 따른 통신 시스템은 트랜스포머 내의 자속 불균형을 감소시키거나 또는 완전히 없앨 수 있다.

Claims (10)

  1. 통신 시스템에서 전력 송신으로 인한 트랜스포머의 포화 현상을 감소시킬 수 있는 송수신기에 있어서,
    트랜스포머의 제1 권선의 양 말단에 각각 위치된 제1 및 제2 탭과 상기 제1 권선의 센터에 위치된 제3 탭에 각각 결합된 제1 도체, 제2 도체 및 제3 도체를 포함하는 트랜스포머 인터페이스;
    상기 제1 도체와 공통 노드 사이에 결합된 제2 스위치와, 상기 제2 도체와 상기 공통 노드 사이에 결합된 제1 스위치, 그리고 상기 공통 노드와 상기 제3 도체 사이에 결합된 직류 전류원을 포함하는 포화 보상 회로;
    상기 제1, 제2 및 제3 도체 중 어느 둘 사이의 전압, 상기 제1 도체를 통과하는 제1 전류, 그리고 상기 제2 도체를 통과하는 제2 전류 중 적어도 어느 하나를 측정하여 상기 트랜스포머의 자속불균형을 감지하는 수단; 및
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 감지 수단에 각각 결합되고, 상기 감지 수단으로부터 제공된 측정치들에 기초하여, 상기 제1 및 제2 스위치를 제어하는 제어 회로를 포함하며,
    여기서, 상기 포화 보상 회로는 상기 제어 회로의 제어에 기초하여, 상기 제1 도체 또는 상기 제2 도체를 통하여 상기 트랜지스포머의 상기 제1 권선에 상기 제1 전류 또는 상기 제2 전류를 투입함으로써 상기 트랜스포머의 자속 불균형을 최소화하도록 구성되는 송수신기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 직류 전류원은 가변인 것을 특징으로 하는 송수신기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 직류 전류원에 결합되는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 포화 보상 회로, 상기 감지 수단 및 상기 제어 회로는 공통되는 기판 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 직류 전류원 중의 적어도 어느 하나는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신기.
  6. 제1 권선 및 제2 권선을 포함하는 트랜스포머로서, 상기 제2 권선은 직류 부하에 결합된 제2 권선 탭을 포함하는 경우에, 상기 트랜스포머 내의 자속을 제어하는 자속 제어 방법에 있어서,
    상기 제1 권선에 직류 전류를 투입하는 단계;
    상기 직류 전류 및 상기 제2 권선을 통해 흐르는 제2 전류에 의해 발생하는 자속을 결정하는 단계;
    상기 자속이 상기 트랜스포머를 포화시키는지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 직류 전류의 타이밍, 크기, 및 방향을 변경하는 것에 의해 상기 자속을 변화시키는 단계를 포함하는 자속 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 권선에 직류 전류를 투입하는 단계는 상기 제1 권선의 센터 탭 또는 상기 제1 권선의 말단(end)에 직류 전류를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자속 제어 방법.
  8. 통신 시스템의 트랜스포머 내의 자속 불균형을 제어하는 자속 불균형 제어 방법에 있어서,
    상기 통신 시스템의 트랜스포머 내의 상기 자속 불균형을 감지하는 단계; 및
    감지된 상기 자속 불균형을 최소화할 수 있도록, 상기 통신 시스템의 트랜스포머의 권선 중 보상회로에 직접 연결된 권선의 제1 및 제2 탭 중 어느 하나를 향하여 직류 전류 형태의 보상 전류를 투입함으로써 상기 통신 시스템의 트랜스포머 내에 보상 자속을 생성하는 단계를 포함하는 자속 불균형 제어 방법.
  9. 데이터 송수신기를 포함하며, 통신 링크를 통해 직류 전력 및 데이터를 수신할 수 있는 전력 수신 장치에 있어서,
    상기 통신 링크에 결합된 제1 권선과, 상기 데이터 송수신기에 결합된 제2 권선을 포함하며, 상기 통신 링크와 상기 전력 수신 장치 사이를 절연시키는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머의 상기 제2 권선에 결합되어 있으며, 상기 통신 링크를 통해 제공되는 상기 직류 전력과 결부되는 주 자속을 감지하는 자속 감지 회로; 및
    상기 트랜스포머의 상기 제2 권선에 결합되어 있으며, 상기 트랜스포머 내에 상기 주 자속과 반대 극성을 갖는 보조 자속을 발생시키는 직류 상쇄 전류를 상기 트랜스포머의 상기 제2 권선에 흘리는 보상 회로를 포함하는 전력 수신 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 보상 회로는 상기 트랜스포머의 상기 제2 권선의 제1 및 제2 탭들 중 어느 하나로 향하는 가변 전류를 생성할 수 있는 가변 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 수신 장치.
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