KR101194366B1 - 단방향 전력선 통신장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단방향 전력선 통신장치에 관한 것으로, 라인 L 및 라인 N을 포함하는 교류 상용전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에 있어서, 상기 라인 L에 설치되는 스위치 및 상기 스위치에 병렬 연결된 위상제어회로를 포함하는 송신부; 상기 송신부에 연결된 EMI 필터 및 전파정류부; 상기 전파정류부에 연결된 스위칭모드전원장치(SMPS); 상기 송신부에 연결되어 상기 송신부의 출력을 전파정류하고 비교기를 통해 신호를 출력하는 수신부; 상기 수신부의 신호를 입력받아 상기 SMPS에 연결하여 부하를 콘트롤하는 마이콤; 및 상기 전파정류부 및 상기 SMPS 사이에 연결되고, 상기 수신부의 신호를 입력으로 사용하는 에너지 보상회로를 더 포함하여, 교류 상용전원라인 중 하나의 라인에 위상제어 수단을 포함한 송신기를 설치하여 그 파형을 검출하고, 이를 콘트롤 신호로 사용하게 되어, 간단한 제어가 가능하고, 상기 위상제어시 발생하는 에너지 단속구간에 대하여 에너지 보상을 통하여 회로를 안정화시키며, 순간정전에 의한 통신오류를 방지할 수 있는 단방향 전력선 통신장치를 제공할 수 있다.

Description

단방향 전력선 통신장치{ONE-WAY COMMUNICATING APPARATUS BY USING POWER LINES}
본 발명은 단방향 전력선 통신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라인 L 및 라인 N을 포함하는 교류 상용전원라인을 이용하여 부하를 간단히 콘트롤하고 에너지 단속구간에 발생하는 노이즈를 최소화하는 에너지 보상회로를 구비한 단방향 전력선 통신장치에 관한 것이다.
최근 통신방법에 있어, 기존에 이미 구축되어 있는 전력선을 이용하는 통신방법이 개발되고 있다. 전력선 통신이란 UTP 케이블이나 전화선을 이용하지 않고 기존의 전력선을 이용하는 통신기술로서, 가정이나 사무실의 소켓에 전원선을 연결하면 음성?데이터?인터넷 등을 고속으로 이용할 수 있는 차세대 초고속정보통신 가입자망 서비스로 텔레비전, 전화, 컴퓨터 등 가정의 모든 정보기기를 연결시켜주는 시스템을 가능하게 하는 통신기술이다.
전력선 통신방법을 사용하게 되면 지금까지 유선 텔레비전망, 전화선, 광통신망 등으로 복잡하던 데이터 전송경로가 하나의 전력선으로 줄어들게 되므로, 복잡하던 배선에서 간단한 구조로 쉽게 통신 이용이 가능하게 된다. 또한, 기존 전력선에 전원과 통신데이터를 나누어주는 모뎀이나 시스템 등 별도의 장치만이 필요하므로, 새로이 선로를 설치할 필요가 없어 선로비용을 절감할 수 있다. 또한, 인터넷 서비스와 네트워크 구축뿐만 아니라 전력선 기반 지능형 가전제품의 원격제어와 계량기 등의 원격 검침, 각종 전기기계의 원격제어 등도 가능하게 된다.
즉, 이러한 전력선 통신방법은 보통 전력선에 별도의 데이터신호를 실어주어 컴퓨터 및 가전기기 등을 콘트롤하게 되어 복잡한 데이터 라인이 없이 콘트롤할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 전력선에 데이터를 실어주는 장치 및 전력선 내에서 전력과 데이터를 분리하는 장치 등 고도의 기술이 필요하고 비용이 발생하게 되며, 이로 인해, 간단한 제어가 필요한 응용분야, 예를 들어, 실내외 조명기의 조도 제어, 가전이나 시스템의 on/off 제어 등에서는 그 기능에 비해 경쟁력 확보에 어려운 문제가 있다. 따라서, 간단한 제어에 적합한 단방향 통신방법 개발이 요청되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 교류 상용전원라인을 이용하여 간단한 제어가 필요한 응용분야에 적합하도록 신호를 콘트롤하고, 이때 발생할 수 있는 에너지 단속 문제를 해결할 수 있는 에너지 보상회로를 구비하여 전력선 통신회로를 안정화시키는 한편, 설치가 간단하며 가격 경쟁력을 갖는 단방향 전력선 통신장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
(1) 라인 L 및 라인 N을 포함하는 교류 상용전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에 있어서, 상기 라인 L에 설치되는 스위치 및 상기 스위치에 병렬 연결된 위상제어회로를 포함하는 송신부; 상기 송신부에 연결된 EMI 필터 및 전파정류부; 상기 전파정류부에 연결된 스위칭모드전원장치(SMPS); 상기 송신부에 연결되어 상기 송신부의 출력을 전파정류하고 비교기를 통해 신호를 출력하는 수신부; 및 상기 수신부의 신호를 입력받아 상기 SMPS에 연결하여 부하를 콘트롤하는 마이콤; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치를 제공한다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 위상제어회로는, 전계효과 트랜지스터(FET), 다이오드, 저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 저항 및 커패시터의 시정수를 조정하여 상기 위상을 0~180° 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치를 제공한다.
(3) 상기 (1)에 있어서, 상기 전파정류부 및 상기 SMPS 사이에 연결되고, 상기 수신부의 신호를 입력으로 사용하는 에너지 보상회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치를 제공한다.
(4) 상기 (3)에 있어서, 상기 에너지 보상회로는, 상기 위상제어 및 전파정류된 파형의 정상파형 구간에서 상기 보상회로의 다이오드를 통해 보상 커패시터로 에너지를 저장하고, 상기 수신부의 펄스신호 구간에서 상기 저장된 에너지가 FET를 통해 출력단으로 전달되는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치를 제공한다.
(5) 상기 (4)에 있어서, 상기 SMPS는 역률보상회로(PFC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치를 제공한다.
본 발명의 단방향 전력선 통신장치에 따르면, 교류 상용전원라인 중 하나의 라인에 위상제어 수단을 포함한 송신기를 설치하여 그 파형을 검출하고, 이를 콘트롤 신호로 사용하게 되어, 간단한 제어가 가능한 단방향 전력선 통신장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 위상제어시 발생하는 에너지 단속구간에 대하여 에너지 보상을 통하여 회로를 안정화시키며, 순간정전에 의한 통신오류를 방지할 수 있는 단방향 전력선 통신장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단방향 전력선 통신장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 송신부의 일례를 나타낸 회로도,
도 3은 본 발명의 수신부의 일례를 나타낸 회로도 및 입?출력 파형을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이콤 입력파형의 활용예를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 EMI 필터 및 전파정류부의 일례를 나타낸 회로도,
도 6은 본 발명의 에너지 보상회로의 일례를 나타낸 회로도,
도 7은 도 6의 에너지 보상회로를 설치한 경우의 출력파형을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PFC 및 에너지 보상회로가 삽입된 단방향 전력선 통신장치의 블록 구성도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단방향 전력선 통신장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단방향 전력선 통신장치(100)는, 라인 L 및 라인 N을 포함하는 교류 상용전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에서, 상기 라인 L에 설치된 스위치 송신부(110); 상기 송신부에 연결된 EMI 필터 및 전파정류부(120); 상기 전파정류부(120)에 연결된 스위칭모드전원장치(SMPS)(130); 상기 상기 EMI 필터 및 전파정류부(120)에 병렬 연결로 송신부에 연결된 수신부(140); 및 상기 수신부(140)의 신호를 입력받아 상기 SMPS(130)에 연결된 마이콤(150);을 포함할 수 있다. 이때, 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 교류 상용전원파형 'a'가 송신부(110) 조작을 통해 'b', 'c' 등의 형태의 파형으로 변형(위상제어)되는 차이를 검출하여 상기 검출된 신호의 장단을 인식함으로써, 예컨대, 조명의 디밍(dimming), 가전 및 시스템의 on/off 콘트롤 등 부하를 간단히 콘트롤할 수 있게 한다.
상기 송신부(110)는, 상기 라인 L 또는 라인 N에 설치될 수 있으며, 도 2는 본 발명의 송신부의 일례를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 상기 송신부(110)는 스위치(111) 및 위상제어수단(112)이 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 상기 위상제어수단(112), 전계효과 트랜지스터(FET)(112a), 다이오드(D1, D2), 저항(R1) 및 커패시터(C1)를 포함할 수 있고, 상기 저항 및 커패시터의 시정수를 조정하여 상기 위상을 0~180° 범위에서 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 스위치(111)가 on 상태일 경우는 상기 스위치(111)가 단락되어 Vout 출력파형은 입력파형 'a'와 같은 'b'로 나타나고, off 상태일 경우는 위상제어 되어 'c'와 같은 출력파형이 나타나게 된다. 도 2에서는 90° 위상제어(α)된 파형을 일례로 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 수신부의 일례를 나타낸 회로도 및 입?출력 파형을 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 상기 수신부(140)는, 상기 송신부(110) 출력을 입력으로 하여 포토커플러(141) 및 비교기(142)를 통하여 출력되는 신호를 상기 마이콤(150)에 전달할 수 있다. 이때, 상기 송신부 스위치(111)가 on 상태일 때 Vout 파형은 'b'와 같으며 포토커플러(141)를 거친 OP amp(142) 입력단(TP 1)의 파형은 'd'와 같이 변환된다. 따라서, 출력 즉, 신호 검출단(Vsignal)은 'e'와 같이 0의 값을 갖는다. 반대로, 상기 송신부 스위치(111)가 off 상태일 때 Vout 파형은 'c'와 같으며 포토커플러(141)를 거친 OP amp(142) 입력단(TP 1)의 파형은 'f'와 같이 변환된다. 여기서, 상기 OP amp(142) 입력단(TP 1)의 비교 전압이 OP amp의 + 입력단(Vref)보다 작아지는 것은 커패시터(C3)에 충전되어 있던 전압이 에너지 단속(위상제어 부분)의 지속에 따라 저항(R3)을 통해 방전되기 때문이다. 따라서, 신호 검출단(Vsignal)은 'g'와 같이 교류 상용전원의 주파수와 같은 구형파 신호를 갖게 된다. 이러한 신호가 상기 마이콤(150)에 입력되어 상기 신호의 유무, 장단 및 신호 개수의 양을 판별하여 부하를 간단히 콘트롤할 수 있게 된다. 도 4에서는 이러한 신호의 활용예를 나타내고 있다. 도 4를 참조하면, S1은 상기 송신부 스위치 off 구간으로 신호 개수가 적은 구간을, S3는 신호 개수가 많은 구간을 나타내고 있으며, S2는 상기 송신부 스위치 on 구간을 나타내고 있다. 도 4의 신호 활용은 예를 들면, 조명기의 간단한 조도 제어에 활용되는 경우, 조명기의 on/off는 S1 신호를 이용할 수 있고, 조명기의 조도 또는 색 변화는 S3 신호를 이용할 수 있으며, S2 신호는 현재 조명 유지 신호로 이용될 수 있다.
한편, S4는 순간정전 구간을 나타내고 있다. 순간정전시 상기 포토커플러(141)가 동작을 하지 않으므로 S4와 같은 신호를 나타내며, 본 발명에 따르면 이러한 S4 신호를 마이콤에서 순간정전으로 인식하고 오류를 수정하도록 제어하여 순간정전에 의한 통신오류를 방지할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 EMI 필터 및 전파정류부의 일례를 나타낸 회로도이고, 도 6은 본 발명의 에너지 보상회로의 일례를 나타낸 회로도이고, 도 7은 도 6의 에너지 보상회로를 설치한 경우의 출력파형을 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PFC 및 에너지 보상회로가 삽입된 단방향 전력선 통신장치의 블록 구성도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 상기 송신부 스위치(111) off시 상기 EMI 필터(120)에 입력되는 파형(c)에 대한 출력으로 상기 SMPS(130)에 입력되는 전파정류 파형(h)에 에너지 단속 구간(A)이 발생할 수 있다. 이러한 에너지 단속 구간(A)은 회로를 비안정화 시켜 전력선 통신장치(100)의 오동작 및 EMI 특성을 저하시킬 수 있다. 또한, 조명 콘트롤을 위한 회로의 경우 플리커(flicker) 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 전파정류부(120) 및 상기 SMPS(130) 사이에 상기 에너지 보상회로(170)를 삽입하여, 상기 에너지 단속 구간(A)을 효율적으로 보상할 수 있게 한다. 상기 에너지 보상회로(170)는 예를 들면, 도 3의 상기 수신부(140)의 출력파형인 'g' 신호(Vsignal, 펄스신호)가 상기 에너지 보상회로(170)에 입력신호로 사용되며, 상기 위상제어 및 전파정류된 파형(h)의 정상파형 구간에서 다이오드(D4)를 통해 보상 커패시터(C2)에 전기에너지가 저장된다. 또한, 상기 수신부(140)의 펄스신호 구간에서 상기 저장된 전기에너지가 FET(Q1)를 통하여 출력단(B+)으로 전달되어 'i' 파형과 같이 에너지 보상이 된다.
한편, 상기 에너지 단속에 있어, 상기 SMPS(130) 입력단과 커패시터(C3) 사이에 역률보상회로(PFC)를 포함하는 경우, 역률보상회로(PFC)를 포함하지 않는 경우에 비해 상기 커패시터의 용량이 1/10~1/1000 정도로 작아지며, 이로 인해 상기 에너지 단속 구간(A)에 따른 문제가 더 심해질 수 있다. 예를 들면, 조명회로의 기준상 5W급 이상의 조명기기는 0.9 이상의 역률이 필요하다. 따라서, 이러한 PFC를 포함하는 전력선 통신장치의 경우에 상기 에너지 보상회로의 효과가 뚜렷하게 나타날 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 단방향 전력선 통신장치 110: 송신부
111: 스위치 112: 위상제어수단
120: EMI 필터 및 전파정류부 130: SMPS
140: 수신부 141: 전파정류기
142: 비교기 150: 마이콤
160: 부하 170: 에너지 보상회로

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 라인 L 및 라인 N을 포함하는 교류 상용전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에 있어서,
    상기 라인 L에 설치되는 스위치 및 상기 스위치에 병렬 연결된 위상제어회로를 포함하는 송신부;
    상기 송신부에 연결된 EMI 필터 및 전파정류부;
    상기 전파정류부에 연결된 스위칭모드전원장치(SMPS);
    상기 송신부에 연결되어 상기 송신부의 출력을 전파정류하고 비교기를 통해 신호를 출력하는 수신부; 및
    상기 수신부의 신호를 입력받아 상기 SMPS에 연결하여 부하를 콘트롤하는 마이콤;
    을 포함하되,
    상기 위상제어회로는, 전계효과 트랜지스터(FET), 다이오드, 저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 저항 및 커패시터의 시정수를 조정하여 상기 위상을 0~180° 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치.
  3. 라인 L 및 라인 N을 포함하는 교류 상용전원라인을 이용하는 전력선 통신장치에 있어서,
    상기 라인 L에 설치되는 스위치 및 상기 스위치에 병렬 연결된 위상제어회로를 포함하는 송신부;
    상기 송신부에 연결된 EMI 필터 및 전파정류부;
    상기 전파정류부에 연결된 스위칭모드전원장치(SMPS);
    상기 송신부에 연결되어 상기 송신부의 출력을 전파정류하고 비교기를 통해 신호를 출력하는 수신부;
    상기 수신부의 신호를 입력받아 상기 SMPS에 연결하여 부하를 콘트롤하는 마이콤; 및
    상기 전파정류부 및 상기 SMPS 사이에 연결되고, 상기 수신부의 신호를 입력으로 사용하는 에너지 보상회로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 보상회로는, 상기 위상제어 및 전파정류된 파형의 정상파형 구간에서 상기 보상회로의 다이오드를 통해 보상 커패시터로 에너지를 저장하고, 상기 수신부의 펄스신호 구간에서 상기 저장된 에너지가 FET를 통해 출력단으로 전달되는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 SMPS는 역률보상회로(PFC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향 전력선 통신장치.
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