KR101009580B1

KR101009580B1 - 교류 상용 전원라인을 이용하는 단방향 전력선 통신장치

Info

Publication number: KR101009580B1
Application number: KR1020080120378A
Authority: KR
Inventors: 안기철
Original assignee: 케이엔피솔루션(주); (주)애버드세미컨
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2011-01-20
Also published as: KR20100061988A

Abstract

본 발명은 라인 L과 라인 N을 포함하여 이루어지는 교류 상용 전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에 관한 것으로서, 구체적으로 상기 L라인에 설치되는 송신 스위치(S2); 송신 스위치(S2)에 병렬로 연결되도록 상기 L라인에 설치되는 반파정류수단; 상기 L라인의 출력에 연결되어 상기 L라인의 출력을 펄스열로 복구하는 제1비교기(comp 1); 상기 N 라인의 출력에 연결되어 상기 N라인의 출력을 펄스열로 복구하는 제2비교기(comp 2); 및 제1비교기(comp 1) 및 제2비교기(comp 2)의 출력을 논리합시켜 출력하는 OR 게이트(10);를 포함하여 이루어지며, OR 게이트(10)의 출력(control)과 제1비교기(comp 1)의 출력(data)을 통하여 송신 스위치(S2)를 통하여 입력되는 송신신호를 수신하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 제1비교기(comp 1)의 출력(data)을 통해서 송신 스위치(S2)를 통하여 입력되는 송신신호를 읽을 수 있을 뿐만 아니라, 순간정전 상태에서 이를 송신 스위치(S2)의 개방으로 잘못 인식되는 것을 OR 게이트(10)의 출력(control)을 통하여 바로 잡을 수 있게 된다. 즉, 순간정전에 의한 통신 오류를 없앨 수 있게 된다.

OR 게이트, 교류 상용 전원선, 전력선 통신, 단방향 통신, 정전, 비교기

Description

교류 상용 전원라인을 이용하는 단방향 전력선 통신장치{Apparatus for communicating one-way using commercial AC power lines}

본 발명은 전력선 통신장치에 관한 것으로서, 특히 교류 상용 전원라인 중 하나의 라인에 반파정류소자를 설치하여 단방향 통신을 가능케 하는 전력선 통신장치에 관한 것이다.

최근 정보통신분야가 급격히 발전하면서 기존에 이미 구축되어 있는 전력선을 이용하는 통신방법이 많이 개발되고 있다. 전력선 통신이란 UTP 케이블이나 전화선을 이용하지 않고 기존의 전력선을 이용하는 통신기술로서 가정이나 사무실의 소켓에 전원선을 꽂으면 음성·데이터·인터넷 등을 고속으로 이용할 수 있는 차세대 초고속정보통신 가입자망 서비스로 텔레비전, 전화, 컴퓨터 등 가정의 모든 정보기기를 연결시켜주는 시스템이 가능하다.

전력선 기술이 사용된다면 지금까지 유선텔레비전망, 전화선, 광통신망 등으로 복잡하던 데이터 전송 경로가 전력선 하나로 줄어들게 된다. 따라서 복잡하던 배선에서 탈출하여 간단한 구조로 쉽게 통신이용이 가능하게 된다. 또한 기존의 전력선에 전원과 통신 데이터를 나누어주는 모뎀이나 시스템 등 별도의 장치만 있으면 되므로 새로 선로를 설치할 필요도 없으므로 선로비용을 절감할 수 있다. 그리고 인터넷 서비스와 네트워크 구축뿐만 아니라 전력선 기반 지능형 가전제품의 원격제어와 계량기 등의 원격 검침, 각종 전기기계의 원격제어 등도 가능하게 된다.

그러나, 간단한 제어가 필요한 응용분야, 예컨대 형광등 조도제어(Dimming), 가전제품 온/오프(On/Off) 등에서 기존의 전력선 통신 방식을 적용한다면 고가의 설치비와 고도의 기술이 필요하기 때문에 시장 경쟁력을 확보할 수 없다. 따라서, 간단한 제어에 맞는 간단한 단방향 통신 기술을 개발하여 설치의 간결성을 확보하고 저가의 원가 경쟁력을 확보하는 것이 시급하다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 교류 상용 전원라인 중 하나의 라인에 반파정류소자를 설치하여 단방향 통신을 가능케 하되, 순간정전에 의한 통신오류를 없앨 수 있는 전력선 통신장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력선 통신장치는, 라인 L과 라인 N을 포함하여 이루어지는 교류 상용 전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에 관한 것으로서, 구체적으로 상기 L라인에 설치되는 송신 스위치; 상기 송신 스위치에 병렬로 연결되도록 상기 L라인에 설치되는 반파정류수단; 상기 L라인의 출력에 연결되어 상기 L라인의 출력을 펄스열로 복구하는 제1비교기; 상기 N 라인의 출력에 연결되어 상기 N라인의 출력을 펄스열로 복구하는 제2비교기; 및 상기 제1비교기 및 제2비교기의 출력을 논리합시켜 출력하는 OR 게이트;를 포함하여 이루어지며, 상기 OR 게이트의 출력과 상기 제1비교기의 출력을 통하여 상기 송신 스위치를 통하여 입력되는 송신신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.

상기 반파정류수단으로는 반파정류의 기능을 하는 것이라면 다이오드만으로 구성되는 것 이외에 다이오드와 트라이악의 조합으로 구성될 수도 있으며 여기에 제한이 있는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 상기 제1비교기의 출력을 통해서 상기 송신 스위치를 통하여 입력되는 송신신호를 읽을 수 있을 뿐만 아니라, 순간정전 상태에서 이를 상기 송신 스위치의 개방으로 잘못 인식되는 것을 상기 OR 게이트의 출력을 통하여 바로 잡을 수 있게 된다. 즉, 순간정전에 의한 통신 오류를 없앨 수 있게 된다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예들은 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형 이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예들에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

[송신단]

도 1은 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단(T)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 송신단은 송신 스위치(S2)와 파워 다이오드(D1)를 포함하여 이루어진다. 교류 상용 전원라인에서 파워 스위치(S1)를 온(on) 시키면 전력이 공급된다. 송신 스위치(S2)는 교류 상용 전원라인 중의 어느 하나의 라인, 예컨대 L라인에 설치된다. 송신 스위치(S2)는 푸시버튼 스위치 형태를 하며, 평상시에는 접점이 붙어서 온(on) 상태로 있다가 사용자가 송신 스위치(S2)를 누르면 접점이 떨어져서 오프(off) 상태가 된다. 따라서 평상시에는 파워 스위치(S1)를 온(on) 시키기만 하면 종래의 상용전원과 같은 파형의 전력이 공급되다가 송신 스위치(S2)를 누르면 접점이 떨어져서 파워 다이오드(D1)를 통하여 전력이 공급된다.

파워 다이오드(D1)는 캐소드(cathode, K)가 송신 스위치(S2)의 전단에 연결되고 애노드(anode, A)가 송신 스위치(S2)의 후단에 연결되도록 송신 스위치(S2)에 병렬로 연결되며, 그 반대로 연결되어도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는다.

도 2는 송신 스위치(S2)의 온-오프에 따른 교류 상용 전원라인에서 출력되는 파형을 설명하기 위한 파형도로서, (a)는 Lout 단에서 출력되는 파형을 나타낸 것이고 (b)는 Nout 단에서 출력되는 파형을 나타낸 것이다. 교류 상용 전원라인의 한쪽 라인씩을 그라운드(ground)를 기준으로 파형을 측정하면 이와 같이 Lout 단과 Nout 단의 파형을 관찰할 수 있다. 그리고 (c)는 우리가 사용하는 상용전원의 파형으로서 (b)그래프와 (a) 그래프의 차를 통해서 얻어진다.

0-100msec와 200-300msec의 구간에서는 송신 스위치(S2)가 온(on)된 상태에서 전원라인의 전압을 측정한 것으로서 Lout 단과 Nout 단에서 위상이 반대인 싸인 파형이 얻어진다. 100-200msec의 구간에서는 송신 스위치(S2)가 오프(off)된 상태에서 전원라인의 전압을 측정한 것으로서 파워 다이오드(D1)에 역방향 전압이 걸려서 Lout단에서 양(+)의 전압파형이 없어지는 것을 알 수 있다.

이렇게 파형이 없어지는 현상을 이용하면 송신 스위치(S2)의 온-오프 상태를 수신단(Lout)에서 알 수 있고, 파형이 없어지는 길이를 측정하여 의미를 부여하면 간단한 방법으로 통신이 가능해진다. 예를 들어 송신 스위치(S2)를 짧은 시간동안 누르면 "0"이고, 긴 시간동안 누르면 "1"로 정할 수 있다(반대의 경우도 무방). 또는 송신 스위치(S2)를 짧은 시간 동안 누르면 "A"이고, 중간 정도의 시간 동안 누르면 "B"이고, 긴 시간 동안 누르면 "C"로 하는 3가지의 독립된 신호로 정할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 송신단이 도 1에서와 같이 파워 다이오드(D1)만으로 구성되는 것이 아니라 일반 다이오드(D2)와 트라이악(Q1)의 조합으로 구성되는 경우이다.

일반 다이오드(D2)의 애노드(A)와 트라이악(Q1)의 T2단은 송신 스위치(S2)의 후단에 공통으로 연결되며, 송신 스위치(S2)의 전단에는 트라이악(Q1)의 T1단이 연결된다. 트라이악(Q1)의 게이트(G)에는 일반 다이오드(D2)의 캐소드(K)가 연결된 다. 트라이악(Q1)이 존재하기 때문에 파워 다이오드(D1) 대신에 일반 다이오드(D2)가 설치될 수 있는 것이다.

트라이악(Q1)이 전원라인 L에서 전원을 통과시켜주는 역할을 하는 스위칭 소자이고, 일반 다이오드(D1)는 트라이악(Q1)의 온-오프를 결정하는 역할을 하는 소자이다. 일반 다이오드(D1)에 순방향 전압이 인가되면 트라이악(Q1)이 도통되고, 역방향 전압이 인가되면 트라이악(Q1)은 도통되지 않는다.

도 4는 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 송신단이 도 1에서와 같이 파워 다이오드(D1)만으로 구성되는 것이 아니라 저항(R1, R2)과 SCR의 조합으로 구성되는 경우이다. SCR은 p게이트형을 예로 들었다.

SCR의 애노드(A)는 송신 스위치(S2)의 전단에 연결되고, SCR의 캐소드(K)와 게이트(G)는 공통으로 송신 스위치(S2)의 후단에 연결된다. SCR의 게이트(G)와 캐소드(k) 사이에는 저항 R1이 설치되고, SCR의 게이트(G)와 애노드(A) 사이에는 저항 R2가 설치된다. 이러한 조합의 경우에도 궁극적으로 반파정류의 기능을 하므로 도 1과 같은 기능을 발휘한다.

도 5는 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 송신단이 MOSET로 구성되는 경우이다. 이 경우에도 궁극적으로 반파정류의 기능을 하므로 도 1과 같은 기능을 한다고 볼 수 있다. MOSFET는 N형 MOSFET를 예로 들었다. MOSFET의 게이트(G)는 송신 스위치(S2)의 전단에 연결되고, MOSFET의 소스(S)는 송신 스위치(S2)의 후단에 연결된다. MOSFET의 드레인(D)은 게 이트(G)보다 더 송신 스위치(S2)의 전단에 연결된다. 게이트(G)가 연결되는 부분과 드레인(D)이 연결되는 부분 사이에는 L라인에 저항 R1이 설치된다. MOSFET의 소스(S)와 MOSFET의 벌크는 서로 연결된다. MOSFET의 드레인(D)에 캐소드(K)가 연결되고 MOSFET의 소스(S)에 애노드(A)가 연결되도록 다이오드 D3가 설치된다.

[수신단]

도 6은 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 수신단(R)을 설명하기 위한 도면이다. 송신단(T)은 트라이악(Q1)이 사용되는 도 3의 경우를 예로 들었다. 도 6을 참조하면, 수신단(R)은 비교기(comp 1, comp 2)와 OR 게이트(10)를 포함하여 이루어진다. 제1비교기(comp 1)는 Lout 단에 연결되며, 제2비교기(comp 2)는 Nout 단에 연결된다. 제1비교기(comp 1)와 제2 비교기(comp 2)의 출력은 각각 OR 게이트(10)의 입력에 연결된다.

도 7은 도 6의 수신단(R)에서 복구한 펄스 파형을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 Lout에서 출력되는 신호가 제1비교기(comp 1)를 통해 펄스열로 복구되어 그 출력단(data)에서 출력되는 것을 나타낸 것이고, (b)는 Nout에서 출력되는 신호가 제2비교기(comp 2)를 통해 펄스열로 복구되어 OR 게이트(10)에 입력되는 신호를 나타낸 것이다. (c)는 제1비교기(comp 1) 및 제2비교기(comp 2)의 출력신호가 OR 게이트(10)에 의해 논리합되어 그 출력단(control)에서 출력되는 펄스열을 나타낸 것이다.

송신 스위치(S2)가 온(on, short) 되었을 때는 제1비교기(comp 1)의 출력 단(data)에서는 데이터 신호가 펄스열로 출력되어 나오다가 송신 스위치(S2)가 오프(off, open)되었을 때는 펄스열이 출력되지 않는다. 따라서 이 펄스열이 없는 구간을 마이컴(미도시)으로 읽어서 송신신호를 판별하게 된다.

순간 정전의 경우에도 상기 마이컴이 송신신호로서 인식하는 것을 방지하기 위하여 제1비교기(comp 1)의 출력신호와 제2비교기(comp 2)의 출력신호를 OR 게이트(10)를 통하여 논리합시켜 그 출력단(control)으로 출력시킨다.

따라서 사용자는 제1비교기(comp 1)의 출력단(data)에서 출력되는 신호와 OR 게이트(10)의 출력단(control)에서 출력되는 신호를 통하여, 순간정전 상태를 통신신호로 잘못 인식하는 오류를 범하지 않는 단방향 통신을 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단(T)의 일 예를 설명하기 위한 도면;

도 2는 도 1의 송신 스위치(S2)의 온-오프에 따른 교류 상용 전원라인에서 출력되는 파형을 설명하기 위한 파형도;

도 3은 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단의 다른 예를 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 송신단의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면;

도 6은 본 발명에 따른 전력선 통신장치의 수신단(R)을 설명하기 위한 도면;

도 7은 도 6의 수신단(R)에서 복구한 펄스 파형을 설명하기 위한 도면이다.

Claims

라인 L과 라인 N을 포함하여 이루어지는 교류 상용 전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에 있어서,

상기 L라인에 설치되는 송신 스위치;

상기 송신 스위치에 병렬로 연결되도록 상기 L라인에 설치되는 반파정류수단;

상기 L라인의 출력에 연결되어 상기 L라인의 출력을 펄스열로 복구하는 제1비교기;

상기 N 라인의 출력에 연결되어 상기 N라인의 출력을 펄스열로 복구하는 제2비교기; 및

상기 제1비교기 및 제2비교기의 출력을 논리합시켜 출력하는 OR 게이트;를 포함하여 이루어지며,

상기 OR 게이트의 출력과 상기 제1비교기의 출력을 통하여 상기 송신 스위치를 통하여 입력되는 송신신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신장치.
제1항에 있어서, 상기 반파정류수단이 다이오드인 것을 특징으로 하는 전력선 통신장치.
제2항에 있어서, 상기 다이오드는 캐소드가 상기 송신 스위치의 전단에 연결 되고 애노드가 상기 송신 스위치의 후단에 연결되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전력선 통신장치.
제1항에 있어서, 상기 반파정류수단이 다이오드와 트라이악을 포함하여 이루어지며, 상기 다이오드의 애노드와 상기 트라이악의 T2단은 상기 송신 스위치의 후단에 공통으로 연결되고, 상기 송신 스위치의 전단에는 상기 트라이악의 T1단이 연결되며, 상기 트라이악의 게이트에는 상기 다이오드의 캐소드가 연결되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전력선 통신장치.