KR101209875B1 - 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엘이디 가로등 조도 제어시스템에 관한 것으로, 분전함의 중계장치를 통한 중앙 관제 서버와의 무선통신뿐만 아니라 기존 전력선으로 이웃 엘이디 등기구간에도 전력선통신이 가능하게 하여, 야간에 도로에 차량이 지나갈 때만 점등되거나 낮은 조도에서 높은 조도로 변환하도록 하고, 필요에 따른 조도 제어시에도 고효율로 전력 변환이 가능하게 함으로써, 엘이디 등기구의 조도를 효율적으로 제어할 수 있는 전력선통신을 이용한 엘이디 가로등 조도 제어시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 엘이디(LED) 가로등 조도 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원격지에서 전력선통신(PLC: Power Line Communication)을 이용하여 효율적으로 엘이디 가로등의 온/오프 및 조도(dimming)를 제어하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템에 관한 것이다.
가로등은 도로의 조명, 교통 안전 또는 미관 등을 위하여 길가를 따라 설치해 놓은 조명등을 말하는 것으로, 종래 메탈 할라이드나 나트륨등으로 설치 운영되어 왔으나, 최근에는 엘이디등으로 교체되고 있는 추세에 있다.
엘이디 가로등은 종래 조명기구에서 요구되었던 점화기(Igniter)가 필요 없고, DC 전원만 인가해주면 점등되기 때문에 구동회로가 종래 램프에 비해 비교적 간소화될 수 있는 장점이 있다.
그러나, 엘이디 가로등은 전류를 제어해야 수명을 보장할 수 있고, 일정한 조도를 유지하는 특성을 갖기 때문에 이에 대한 설계가 요구되고 있다.
또한, 한국 등록특허 제10-0810585호 등에서 LED 조명으로 가로등 시스템을 구현하는 방법은 개시되어 있으나, 고효율 전력변환 장치를 구현하는데 어려움이 있어, 아직 상용화되지 못하는 문제점이 있다.
그리고, 도 1과 같이, 각 가로등 기둥(1)에 이웃 가로등을 원격으로 제어할 수 있는 제어부(2)를 구비할 경우, 상기 선행기술을 포함하여 다양한 무선통신 방법이 개시되고 있으나, 가까운 거리에 2개 이상의 무선통신 제어부(2)가 설치됨에 따른 신호 혼선으로 제대로 가로등의 LED 조명부(3)를 제어하기 어려운 문제점도 있다.
한편, 전력선통신(PLC)이란 110V/220VAC 또는 380VAC 등의 전력 배전선을 통신선로로 이용하는 통신의 방식으로써 별도의 통신선로를 설치할 필요가 없어 무엇보다도 통신망을 구성하기가 용이하다는 장점이 있어, 이와 관련된 기술개발이 다양하게 이루어지고 있다.
일례로 한국 공개특허 특2001-0076510호에서는 전력선 통신 랜(LAN) 장치에 관한 기술이 개시되어 있고, 한국 등록실용신안 제20-0314685호에서는 전력선통신과 근거리 무선통신을 이용하여 하나의 현장제어기로 최대한 많은 수량의 가로등기구들을 원격으로 제어, 감시하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 전력선통신을 이용하여 엘이디 가로등기구 간에 소정의 제어신호를 주고 받으며 온(점등)/오프(소등) 및 조도 제어를 효율적으로 하는 기술이 개발되지 않아, 엘이디등이 가로등기구로 교체되는 시대적 요구에 부응하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 분전함의 중계장치를 통한 중앙 관제 서버와의 무선통신뿐만 아니라 기존 전력선으로 이웃 엘이디 등기구간에도 전력선통신이 가능하게 하여, 야간에 도로에 차량이 지나갈 때만 점등되거나 낮은 조도에서 높은 조도로 변환하도록 하고, 필요에 따른 조도 제어시에도 고효율로 전력 변환이 가능하게 함으로써, 엘이디 등기구의 조도를 효율적으로 제어할 수 있는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템은 전력선을 따라 연결된 복수 개의 엘이디 등기구를 포함하여 구성된 엘이디 가로등 조도 제어시스템에 있어서, 상기 각 엘이디 등기구는 상기 전력선에 연결되어 제어신호를 송수신하는 통신중계부, 상기 전력선에 연결되어 교류 전력을 공급받아 엘이디 구동 정전류로 변환하는 엘이디 구동부, 상기 엘이디 구동부에 연결되고 복수 개의 엘이디 모듈로 구성된 엘이디 조명부, 차량의 이동을 감지하는 센서부, 그리고 상기 통신중계부, 상기 엘이디 구동부, 상기 엘이디 조명부 및 상기 센서부에 각각 연결되어 동작을 제어하는 제어부로 구성되되, 상기 센서부는, 도로 전방을 향하여 도로의 차량 불빛이 들어올 수 있도록 설계된 제 1 방향과 상기 제 1 방향과 일정 각도로 기울어져 도로의 차량 불빛이 들어오지 않도록 설계된 제 2 방향으로만 외부 빛이 들어올 수 있도록 구비된 광 입사 유도 장치; 상기 광 입사 유도 장치의 상기 제 1 방향으로 들어온 빛과 상기 제 2 방향으로 들어온 빛을 각각 감지하여 전기신호로 바꾸어주는 수광수단; 및 상기 수광수단에서 얻은 2개의 전기신호를 처리하여 상기 제어부로 보내는 신호처리수단을 포함하여 구성되고, 상기 통신중계부는 상기 복수 개의 엘이디 등기구 상호 간에 전력선통신이 가능하도록 상기 전력선으로부터 전력선커플링부 및 전력선통신부가 순차적으로 연결되고, 상기 엘이디 구동부는 상기 전력선으로부터 노이즈필터부, 역률보정회로 및 엘이디 정전류 회로가 순차적으로 연결되고, 상기 제어부는 상기 전력선통신부 및 상기 센서부에 각각 연결된 마이크로프로세서, 상기 마이크로프로세서와 상기 역률보정회로 사이에 연결된 역률구동차단회로, 상기 마이크로프로세서와 상기 엘이디 정전류 회로 사이에 연결된 조도제어회로 및 상기 마이크로프로세서와 상기 엘이디 정전류 회로의 출력단에 사이에 연결된 부하고장 검출회로를 포함하여 구성되고, 상기 센서부로부터 받은 2개의 전기신호 차이를 읽어 일정크기 이상의 차이가 될 때 프로그램된 소정의 엘이디 등기구에 점등 제어신호를 상기 전력선을 통하여 전송하게 하고 일정 시간이 지나면 원 상태로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 의하여, 분전함의 중계장치를 통한 중앙 관제 서버와의 무선통신뿐만 아니라 기존 전력선으로 이웃 엘이디 등기구간에도 전력선통신이 가능하게 하여, 야간에 도로에 차량이 지나갈 때만 점등되거나 낮은 조도에서 높은 조도로 변환하도록 하고, 필요에 따른 조도 제어시에도 고효율로 전력 변환이 가능하게 함으로써, 엘이디 등기구의 조도를 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 무선통신으로 제어되는 종래 엘이디 가로등 시스템의 일 예를 보여준 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 가로등 조도 제어시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 엘이디 등기구의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 2의 엘이디 등기구의 세부 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 2의 중계장치의 세부 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 전력선통신부의 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 7은 도 6의 전력선통신코어부의 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 8은 도 4의 각 세부 구성의 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 9는 도 3의 엘이디 구동부의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 10은 도 8 및 도 9의 도면부호 136b에 해당하는 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈로 구현하기 위한 일 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 가로등 조도 제어시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 엘이디 등기구의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 2의 엘이디 등기구의 세부 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 2의 중계장치의 세부 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 전력선통신부의 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 7은 도 6의 전력선통신코어부의 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 8은 도 4의 각 세부 구성의 일 예를 보여주는 블록도이다.
도 9는 도 3의 엘이디 구동부의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 10은 도 8 및 도 9의 도면부호 136b에 해당하는 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈로 구현하기 위한 일 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템은, 도 2와 같이, 전력선(10)을 따라 연결된 복수 개의 엘이디 등기구(100)를 포함하여 구성된 엘이디 가로등 조도 제어시스템으로, 기본적으로, 기존 전력선(10)을 통하여 이웃 엘이디 등기구(100) 사이에도 전력선통신(PLC: Power Line Communication)이 가능하게 구성된다.
여기서, 상기 전력선(10)은 단상 2선에서 인입되거나 3상 4선(R, S, T 및 N)에서 임의 단상 2선(R, S 및 T 중 어느 하나와 N)으로 인입되며, 도 2와 같이, 상기 전력선(10)에 중계장치(200)가 연결되고, 상기 중계장치는 무선통신망(300)을 통하여 중앙 관제 서버(400)로 연결되어, 중앙 제어 시스템으로 구성될 수도 있다.
물론, 상기 중계장치(200)는 복수 개의 엘이디 등기구(100)를 일정 개수로 구획하여 전력을 공급하는 각 분전함(미도시)에 구비되어 구현될 수 있다.
그리고, 상기 각 엘이디 등기구(100)는, 도 3과 같이, 상기 전력선(10)에 연결되어 제어신호를 송수신하는 통신중계부(110), 상기 전력선(10)에 연결되어 교류 전력을 공급받아 엘이디 구동 정전류로 변환하는 엘이디 구동부(130), 상기 엘이디 구동부에 연결되고 복수 개의 엘이디 모듈로 구성된 엘이디 조명부(140), 차량의 이동을 감지하는 센서부(150), 그리고 상기 통신중계부, 상기 엘이디 구동부, 상기 엘이디 조명부 및 상기 센서부에 각각 연결되어 동작을 제어하는 제어부(120)로 구성된다.
여기서, 상기 엘이디 등기구(100)의 각 구성 블록은, 도 4와 같이, 구성될 수 있다.
즉, 상기 통신중계부(110)는 상기 복수 개의 엘이디 등기구(100) 상호 간에 전력선통신이 가능하도록 상기 전력선(10)으로부터 전력선커플링부(112) 및 전력선통신부(114)가 순차적으로 연결하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 엘이디 구동부(130)는 상기 전력선(10)으로부터 노이즈필터부(132), 역률보정회로(134) 및 엘이디 정전류 회로(136)가 순차적으로 연결하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 제어부(120)는 상기 전력선통신부(114) 및 상기 센서부(150)에 각각 연결된 마이크로프로세서(122), 상기 마이크로프로세서(122)와 상기 역률보정회로(134) 사이에 연결된 역률구동차단회로(124), 상기 마이크로프로세서(122)와 상기 엘이디 정전류 회로(136) 사이에 연결된 조도제어회로(126) 및 상기 마이크로프로세서(122)와 상기 엘이디 정전류 회로(136)의 출력단에 사이에 연결된 부하고장 검출회로(128)를 포함하여 구성될 수 있다.
물론, 상기 엘이디 등기구(100)에는 상술한 구성 블록 이외에도, 전력선(10)과 전력선커플링부(112) 사이 및 전력선(10)과 노이즈 필터부(132) 사이에 상기 전력선(10)에 연결되어 과전류 및 서지로부터 엘이디 등기구를 보호하기 위한 보호회로부(미도시), 엘이디 등기구(100) 내 각 구동전원을 생성하는 SMPS 전원회로(미도시), 엘이디 등기구의 누설 전류를 검출하여 상기 마이크로프로세서(122)로 제어신호를 보내는 누설 전류 검출부(미도시), 각 엘이디 등기구(100)의 어드레스를 설정하기 위한 어드레스 부여 회로(미도시) 및 엘이디 등기구의 상태 및 전력선통신 상태를 보여주는 표시부(미도시) 등이 더 포함될 수 있다.
다음, 상술한 엘이디 등기구(100)의 회로 동작에 대하여 설명하면, 하기와 같다.
전력선(10) 입력은 보호회로부(미도시)를 통해 과전류와 서지전압이 제거된 후 전력선커플링부(112)와 노이즈 필터부(132)에 공급된다. 전력선커플링부(112)는 전력선 입력으로부터 전력선신호를 추출하고 전력선통신부(114)는 전력선신호로부터 이웃 엘이디 등기구(100) 및/또는 중계장치(200)에서 보내진 제어신호(점/소등 및 조도조절신호)를 추출하여 마이크로프로세서(122)에게 제공한다. 마이크로프로세서(122)는 그 제어신호에 따라 조도제어회로(126)의 펄스폭변조(PWM) 신호의 펄스폭을 조절하여 LED 정전류 회로(136)에서 엘이디 램프(140)에 공급되는 정전류의 세기가 조절되도록 한다. 즉, 엘이디 램프(140)의 조도를 높일 경우에는 정전류의 세기가 커지도록 하고, 엘이디 램프(140)의 조도를 낮출 경우에는 정전류의 세기가 낮아지도록 한다. 물론, 엘이디 램프(140)를 소등할 경우에는 조도제어회로(126)의 펄스폭변조신호를 오프시켜 엘이디 램프(140)에 정전류가 공급되지 않도록 한다.
한편, 마이크로프로세서(122)는 부하고장 검출회로(128)를 통해 엘이디 램프(140)의 고장 여부를 검출하고, 누설 전류 검출부(미도시)를 통해 LED구동 SMPS회로(307)의 고장여부와 누설전류를 검출한다. 마이크로프로세서(122)는 부하고장 검출회로(128)에서 엘이디 램프(140)가 고장 난 것으로 검출되거나 누설 전류 검출부(미도시)에서 LED구동 SMPS회로(307)가 고장 난 것으로 검출되거나 누설전류가 검출되어 엘이디 램프(140)를 점등시킬 수가 없거나 이웃 엘이디 등기구(100) 및/또는 중계장치(200)로부터 입력된 조도조절신호에 의해 엘이디 램프(140)를 소등시키고자 할 경우, 역률(PFC)구동차단회로(124)를 동작시켜 역률보정회로(134)의 구동을 차단한다. 물론, 마이크로프로세서(122)는 엘이디 램프(140)가 정상적으로 점등될 경우에는 그 조도에 관계없이 PFC구동차단회로(124)를 동작시키지 않음으로써 역률보정회로(134)가 정상적으로 구동되도록 한다.
이렇게 마이크로프로세서(122)가 PFC구동차단회로(124)를 제어하여 역률보정회로(134)를 구동 또는 구동차단하는 이유를 설명하면 하기와 같다.
역률보정회로(134)는 엘이디 램프(140)에 공급되는 전력의 전압과 전류가 동일한 위상이 되도록 함으로써, 엘이디 램프(140)가 점등될 때의 소비전력을 저감하기 위한 회로이다.
그러나, 엘이디 램프(140)가 소등되거나 고장으로 인하여 점등될 수 없는 상황에서도 역률보정회로(134)가 구동하면 역률보정회로(134)의 구동으로 인해 불필요한 소비전력이 발생하는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 이 경우 마이크로프로세서(122)의 제어에 의해 PFC구동차단회로(124)가 역률보정회로(134)의 구동을 차단시킴으로써, 엘이디 램프(140)가 소등되거나 점등될 수 없는 상황에서 소비전력을 저감시킨다.
나아가, 본 발명의 각 엘이디 등기구(100)는 중계장치(200) 뿐만 아니라 이웃 엘이디 등기구(100)와도 전력선 통신이 가능하도록 구성됨으로써, 야간에 가로등이 점등될 필요가 없을 경우에는, 중앙 관제 서버(400)로부터의 제어신호가 없더라도 소등 상태로 유지하고 있다가, 센서부(150)를 통하여 차량 등 이동물체 감지시, 상술한 바와 같이, 마이크로프로세서(122) 및 조도제어회로(126)를 통하여 엘이디 램프(140)가 점등되도록 함으로써, 불필요한 전력 소모를 방지하게 된다.
이때, 상기 센서부(150)는, 도플러 센서를 이용한 차량 감지회로 또는 PIR(Pyroelectric Infrared Ray) 센서를 이용한 인체 감지회로로 구성될 수도 있으나, 상기 목적을 달성하기 위해서는 차량이 접근하는 도로 전방을 향한 제 1 방향(야간에 도로의 차량 불빛이 들어올 수 있도록 설계된 방향)과 상기 제 1 방향과 일정 각도(예컨대, 제 1 방향에서 상방으로 90도)로 기울어진 제 2 방향(야간에 도로의 차량 불빛이 들어오지 않도록 설계된 방향)으로만 외부 빛이 들어올 수 있도록 구비된 광 입사 유도 장치; 상기 광 입사 유도 장치로 들어온 빛을 각각 감지하여 전기신호로 바꾸어주는 수광수단; 및 상기 수광수단에서 얻은 2개의 전기신호를 처리하여 상기 제어부(120)로 보내는 신호처리수단을 포함하여 구성됨이 바람직하다.
상기 센서부(150)가 후자와 같이, 광 입사 유도 장치, 수광수단 및 신호처리수단으로 구성될 경우에는, 야간에 엘이디 등기구(100)가 모두 소등상태로 있다가 또는 낮은 조도 상태로 있다가 도로에 차량이 지나가며 전조등 불빛이 상기 엘이디 등기구(100)의 광 입사 유도 장치로 들어올 때, 제어부(120)는 제 1, 2 방향으로 들어오는 빛의 전기신호 차이를 읽어, 일정 크기 이상이 될 때, 이웃 엘이디 등기구(100), 즉, 사전 프로그램에 따라 차량 불빛을 감지한 엘이디 등기구(100)로부터 차량 이동방향으로 일정 개수 또는 거리 내에 있는 복수 개의 엘이디 등기구(100)에 점등 제어신호를 서로 공유하고 있는 전력선을 통하여 전송하게 함으로써, 야간에 차량이 지나갈 때에 일정 구간의 가로등만 점등되거나 높은 조도 상태로 되도록 하고, 일정 시간이 지나면, 각 등기구의 제어부(120) 신호에 의하여 원 상태(소등 또는 낮은 조도 상태)로 복귀되도록 할 수 있다.
상기와 같이, 엘이디 등기구(100)의 센서부(150)를 구비하게 되면, 야간에 차량이 많이 이동하지 않는 산간이나 해안 도로에도 효율적으로 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템을 구축할 수 있게 된다.
도 5는 도 2의 중계장치(200)의 세부 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
상기 중계장치(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력선(10)에 연결되어, 엘이디 등기구(100)와 전력선통신을 하며, 중앙 관제 서버(400)와 무선통신망으로 연결되기 위하여, 도 5와 같이, 엘이디 등기구(100)와 동일한 통신중계부(210) 및 유, 무선통신수단(242, 244)을 구비한 통신 모듈(240)이 구비되고, 기타 전력선(10)으로부터 전력을 공급받는 전원부(230), 통신 상태와 등기구 상태 등을 표시하는 표시부(250) 및 각 블록을 제어하기 위한 제어부(220)로 구성된다.
본 발명에 의한 중계장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 통신중계부(210)로 엘이디 등기구(100)와 동일하게 전력선(10)으로부터 전력선커플링부(212) 및 전력선통신부(214)가 순차적으로 연결하여 구성되고, 상기 전력선통신부(214)는 제어부(220)의 마이크로프로세서(222)와 연결되는 구성을 갖는다.
그리고, 전원부(230)는 전력선(10)으로부터 과전류 및 서지 보호회로를 거쳐 노이즈 필터부(232) 및 각 구성요소에 전원을 공급하는 SMPS(234)로 구성된다.
통신 모듈(240)은 중앙 관제 서버(400)와 통신하는 무선통신모듈(242)과, 마이크로프로세서(222)가 전력량계 및 각 센서와 통신을 수행하도록 하는 RS485 드라이브 및/또는 GSM/TRS와 통신을 수행하도록 하는 RS232 드라이브를 포함하는 통신드라이브(244)로 구성된다.
제어부(220)는 각 구성 블록을 제어하는 마이크로프로세서(222), 마이크로프로세서(222)의 제어를 받아 각 분전함의 엘이디 등기구(100)에 공급되는 전력의 MC(Magnetic Contactor)를 제어하는 릴레이제어부(224), 각 엘이디 등기구(100)에 공급되는 전력선의 전류 및/또는 누설전류를 검출하여 마이크로프로세서(222)에 제공하는 전류검출부(226)를 포함하여 구성된다.
또한, 충전용 배터리(236)를 더 구비하여, 상기 전원부(230)에 이상이 발생하더라도 일정한 시간 동안 정상적으로 구동될 수 있도록 한다.
다음은, 도 6 및 도 7을 참조하며, 본 발명에 따른 엘이디 등기구(100)의 전력선통신부(114) 및 이와 동일한 기능/구성을 갖는 중계장치(200)의 전력선통신부(214)의 세부 구성에 대하여 설명한다.
상기 전력선통신부(114, 214)는, 상기 전력선커플링부(112, 212)로부터 수신되는 전력선신호 중 일부 주파수대역을 필터링하는 프리필터(510); 상기 프리필터에서 필터링된 주파수대역의 이득을 안정적으로 차동 증폭하는 차동증폭부(520); 상기 차동 증폭된 주파수대역을 다수의 서브대역으로 분리하는 주필터부(530); 상기 주필터부에서 상기 각 서브대역으로 분리된 다수의 서브대역 수신신호를 증폭하고 1비트 디지털 값으로 변환하여 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 출력하는 증폭/비교부(540); 상기 증폭/비교부로부터 입력되는 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 전력선통신 신호처리하는 수신신호처리부(552)와, 송신데이터에 대해 전력선통신 신호처리하여 다수의 서브대역에 각각 상기 송신데이터가 포함되도록 변조하여 송신신호를 생성하는 송신신호처리부(554)로 구성된 전력선통신코어부(550) 및 상기 송신신호처리부(554)에서 입력되는 송신신호를 상기 전력선커플링부(112, 212)에 전달하는 전력구동부(560)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 전력구동부(560)는 차동입력 및 차동출력 증폭기(AMP)를 포함하는데, 상기 증폭기의 출력 임피던스는 7오옴 이하로 최대 전류가 1Ap-p로 하여 전력선의 낮은 임피던스 환경에서도 안정적으로 전력선신호를 송신하여 원격에 있는 수신측이 신뢰성 있게 전력선신호를 수신할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 전력선통신부(114, 214)의 동작에 대하여 설명하면, 하기와 같다.
우선, 프리필터(510)는 전력선커플링부(114, 214)로 수신된 전력선신호 중 20~400Khz 주파수대역을 필터링하고, 이어, 차동증폭부(520)는 프리필터(510)에서 필터링된 주파수대역의 이득을 안정적으로 증폭한다.
그리고, 주필터부(530)는 필터링된 주파수대역을 3개의 서브대역으로 분리하여 필터링하는데, 구체적으로는, 110~195Khz, 205~285Khz, 305~395Khz의 3개의 서브대역별로 분리하여, 세 개의 서브대역 수신신호를 얻는다.
증폭/비교부(540)는 주필터부(530)에서 분리된 3개의 서브대역 수신신호를 증폭하고 1비트 디지털값으로 변환하여 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 얻는다. 이 1비트 서브대역 디지털 수신신호는 각각의 서브대역 수신신호와 동일한 주파수 정보를 포함한다.
전력선통신코어부(550)는 상기 다수의 서브대역 디지털 수신신호에 대해 전력선통신 신호처리를 수행하여 수신데이터를 추출하고, 그 추출된 수신데이터를 마이크로프로세서(122, 222)에 전달한다.
한편, 송신시에는 전력선통신코어부(550)가 마이크로프로세서(122, 222)로부터 입력되는 송신데이터에 대해 전력선통신 신호처리하여 다수의 서브대역(110~195Khz, 205~285Khz, 305~395Khz)에 각각 송신데이터가 포함되도록 변조하여 송신신호를 생성하고, 그 생성된 송신신호를 전력구동부(560)에 전달한다. 그러면, 전력구동부(560)는 그 송신신호를 전력선신호 형태로 변환하여 전력선커플링부(112, 212)를 통해 전력선에 실어서 전송하게 된다.
여기서, 전력선을 통해 송신되는 신호는 다수의 주파수대역(서브대역)에 각각 송신데이터가 포함되도록 변조하는 것이 바람직한데, 그 이유를 설명하면, 전력선은 부하 상태에 따라 특정 주파수대역의 잡음이 급격하게 증가하는 경우가 발생하며, 그럴 경우 해당 특정 주파수대역으로부터 신호의 수신이 곤란하다. 이 때문에 본 발명의 경우, 송신측에서는 송신데이터가 다수의 주파수대역(예컨대, 110~195Khz, 205~285Khz, 305~395Khz) 즉, 3개의 서브대역에 각각 포함되도록 변조한 후 이를 전력선을 통해 전송하고, 수신측에서는 수신신호를 3개의 주파수대역(서브대역)으로 분리하고 분리된 각각의 주파수대역으로부터 수신신호를 복조하고 상호 비교하여 원래의 수신데이터를 복원한다. 이렇게 하면 특정 주파수대역에 노이즈가 발생하여 해당 주파수대역의 신호가 손상되더라도 다른 주파수대역을 통해 원 신호를 수신하여 복원할 수 있기 때문에 신호 전송의 성공률을 증가시킬 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 전력선통신코어부(550)의 구성 일 예를 보여주는 블록도이다.
즉, 상기 전력선통신코어부(550)는 증폭/비교부(540)로부터 입력되는 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 전력선통신 신호처리하여 수신데이터를 추출하여 마이크로프로세서(122, 222)에 제공하는 수신신호처리부(552)와, 마이크로프로세서(122, 222)로부터 입력되는 송신데이터를 전력선통신 신호처리하여 전력구동부(560)에게 제공하는 송신신호처리부(554)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 수신신호처리부(552)는 증폭/비교부(540)로부터 입력되는 제1서브대역 디지털 수신신호 내지 제3서브대역 디지털 수신신호로부터 동기화 파형을 인식하여 동기를 획득하는 동기화부(601), 시간에 따라 주파수가 변하는 제1서브대역구간 내지 제3서브대역구간으로 이루어지는 기준심벌을 저장하고 상기 기준심벌을 이용하여 제1서브대역 디지털 수신신호 내지 제3서브대역 디지털 수신신호로부터 n(여기서, n은 자연수. 이하 동일)비트 데이터를 복조하는 복조기(602), 상기 복조기(602)에서 복조된 데이터들의 순서를 원래의 상태로 재배열하는 디인터리버(deinterleaver; 603), 상기 디인터리버(603)에서 원래의 상태로 재배열된 데이터에 대해 오류정정코드(ECC: Error Correction Code)를 이용하여 오류정정하고 상기 오류정정코드를 제거한 후 상기 마이크로프로세서(122, 222)에 제공하는 디코더(604)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 복조기(602)는 제1서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제1서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제1서브대역 디지털 수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제2서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제2서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제2서브대역 디지털수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제3서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제3서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제3서브대역 디지털수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제1서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터와 상기 제2서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터와 상기 제3서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터를 비교하고 결합하여 최종 n비트 데이터를 추출하여, 이를 디인터리버(603)로 전송하게 된다.
그리고, 상기 송신신호처리부(554)는 마이크로프로세서(122, 222)에서 입력되는 송신데이터를 다수의 블록으로 나누고 각 블록에 오류정정코드를 첨부하는 엔코더(605), 상기 다수의 오류정정코드 첨부 블록 각각을 다수의 서브블록들로 나누고 상기 다수의 서브블록들의 순서를 재배열하는 인터리버(interleaver; 606), 시간에 따라 주파수가 변하는 다수의 서브대역 구간으로 이루어지는 기준심벌을 저장하고, 상기 인터리버(606)에서 재배열된 데이터를 n비트 단위로 구분하며, 상기 기준심벌을 이용하여 상기 n비트의 데이터값을 기설정된 길이의 데이터 파형으로 변환하는 변조기(607), 기설정된 동기화 파형을 저장하는 프리엠블(608), 상기 프리엠블(608)에서 받은 동기화 파형 및 상기 변조기(607)에서 n비트 단위로 변환되는 데이터파형을 연속하여 결합하되 윈도우 함수를 이용하여 하모닉 성분을 제거하며 송신신호를 생성하고 상기 전력구동부(560)에게 제공하는 파형송신기(609)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 동기화 파형은 기설정된 개수, 예컨대 7개의 연속적인 기준심벌로 이루어지며, 임의의 두 기준심벌 간 시간간격이 달라지도록 한다.
상기 기준심벌은 시간에 따라 제1주파수대역(110~195Khz)의 최저 주파수(110Khz)부터 최고 주파수(195Kzh)까지 변하는 제1서브대역구간, 시간에 따라 제2주파수 대역(205~285Khz)의 최저 주파수(205Khz)부터 최고 주파수(285Kzh)까지 변하는 제2서브대역구간, 시간에 따라 제3주파수 대역(305~395Khz)의 최저 주파수(305Khz)부터 최고 주파수(395Kzh)까지 변하는 제3서브대역구간을 포함한다.
그리고, 상기 데이터 파형은 상기 n비트의 데이터 값에 따라 시작점이 결정되고 상기 시작점부터 상기 기설정된 길이 동안 발생하는 적어도 하나 이상의 연속적인 기준심벌로 이루어진다. 이렇게 n비트의 데이터 값에 따라 기준심벌의 시작점이 달라지면서 기설정된 길이 만큼의 데이터 파형이 발생 되기 때문에, 상기 n비트의 데이터 값에 따라 상기 데이터 파형의 기설정된 길이 내에서의 제1서브대역구간, 제2서브대역구간 및 제3서브대역구간의 위치가 달라진다. 그러면, 수신측에서는 데이터 파형의 기설정된 길이 내에서의 제1서브대역구간, 제2서브대역구간 및 제3서브대역구간의 위치에 따라 n비트의 데이터 값을 복원할 수 있게 된다. n은 4인 것이 바람직하며, 기준심벌의 시작점은 n(=4)비트의 데이터 값에 따라 2n = 16인 것이 바람직하다.
상기 전력선통신코어부(550)의 동작에 대하여 설명하면, 하기와 같다.
우선, 송신측으로부터 수신되는 전력선신호는, 도 6과 같이, 앞서 설명한 프리필터(510), 차동증폭부(520), 주필터부(530) 및 증폭/비교부(540)를 통해 전력선통신코어부(550)의 수신신호처리부(552)에 입력되고, 상기 전력선통신코어부(550)의 수신신호처리부(552) 내에서는, 도 7과 같이, 동기화부(601), 복조기(602), 디인터리버(603) 및 디코더(604)를 거쳐 마이크로프로세스(122, 222)로 수신신호를 전송하게 된다.
여기서, 상기 동기화부(601)는 증폭/비교부(540)로부터 입력되는 제1서브대역 디지털 수신신호 내지 제3서브대역 디지털 수신신호로부터 각각 동기를 획득한다.
그리고, 상기 복조기(602)는 변조기(607)와 동일하게 시간에 따라 주파수가 달라지는 제1서브대역(110~195Khz)구간 내지 제3서브대역(305~395Khz)구간으로 이루어지는 기준심벌을 저장하고, 상기 기준심벌을 이용하여 제1서브대역 디지털 수신신호 내지 제3서브대역 디지털 수신신호로부터 n비트 데이터를 복조한다.
즉, 상기 복조기(602)는 제1서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제1서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제1서브대역 디지털 수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제2서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제2서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제2서브대역 디지털수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제3서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제3서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제3서브대역 디지털수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제1서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터와 상기 제2서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터와 상기 제3서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터를 비교하고 결합하여 최종 n비트 데이터를 추출한다. 다시 말해, 수신된 각 서브대역 디지털 수신신호와 상관도가 가장 높은 서브대역구간의 위치와 매칭되는 n비트 데이터를 복조하며, 3개의 n비트 데이터를 비교, 결합하여 최종 n비트 데이터를 추출한다. n은 4인 것이 바람직하다.
디인터리버(603)는 후술할 인터리버(606)의 동작을 역순으로 수행함으로써, 복조기(602)에서 복조된 데이터들의 순서를 원래의 상태로 재배열한다.
디코더(604)는 디인터리버(603)에서 원래의 상태로 재배열된 데이터에 대해 오류정정코드를 이용하여 오류정정하면서 송신측의 엔코더에서 첨부된 오류정정코드를 제거한 후 마이크로프로세서(122, 222)에 제공한다.
한편, 마이크로프로세서(122, 222)가 수신측에게 전송하고자 하는 송신데이터는 송신신호처리부(554)에서 전력선통신 신호처리가 수행된다.
전력선은 전력 부하의 변동이 심하고, 그 부하의 변동량에 따라 일시적으로 노이즈가 증가하며 통신신호의 감쇄가 커지기 때문에 송신측에서 이에 대한 대비를 해야 할 필요가 있다. 이를 위해, 본 발명에서는 엔코더(605)와 인터리버(606)를 구비하는데, 엔코더(605)는 마이크로프로세서(122, 222)에서 입력되는 송신데이터를 다수의 블록으로 나누고 각 블록에 오류정정코드를 첨부하여, 전력선통신시 일부 데이터가 훼손되더라도 오류정정코드를 이용하여 복원될 수 있도록 한다.
그러나, 엔코더(605)에 의해 오류정정코드가 첨부되더라도, 이 오류정정코드에 의해 복원할 수 있는 오류 데이터의 개수는 제한적이다. 따라서 하나의 블록에 복원가능한 개수 이상의 오류가 연속적으로 발생하면 해당 블록의 복원은 불가능해진다. 이를 위해, 인터리버(606)는 다수의 오류정정코드 첨부 블록 각각을 다수의 서브블록들로 나누고 모든 오류정정코드 첨부 블록의 상기 다수의 서브블록들을 기설정된 순서대로 재배열한다. 이렇게 오류정정코드 첨부 블록들을 각각 다수의 서브블록들로 나누고 그 서브블록들의 순서를 재배열하면 전력선 통신시 일시적인 노이즈 증가에 의해 데이터가 훼손되더라도 연속적인 데이터의 훼손을 방지할 수 있게 된다.
변조기(607)는 시간에 따라 주파수가 달라지는 제1서브대역(110~195Khz)구간 내지 제3서브대역(305~395Khz)구간으로 이루어지는 기준심벌을 저장하고, 인터리버(606)에서 재배열된 데이터를 n비트 단위로 구분하며, 상기 기준심벌을 이용하여 상기 n비트의 데이터 값을 기설정된 길이의 데이터 파형으로 변환한다. 상기 데이터 파형은 상기 n비트의 데이터 값에 따라 시작점이 결정되고 상기 시작점부터 상기 기설정된 길이 동안 발생하는 적어도 하나 이상의 연속적인 기준심벌로 이루어진다.
프리엠블(608)은 기설정된 동기화 파형(두 심벌 간 시간간격이 달라지는 다수의 연속적인 기준심벌들로 이루어짐)을 저장하며, 파형송신기(609)는 변조기(607)에서 n비트 단위로 변환되는 데이터 파형을 전송하기에 앞서 프리엠블(608)로부터 동기화 파형을 입력받아 전송하고, 그 후 변조기(607)에서 n비트 단위로 변환되는 데이터 파형을 연속하여 결합하여 전송한다. 이때, 동기화 파형과 데이터 파형들을 연속하여 전송할 경우, 파형의 하모닉 성분이 발생될 우려가 있다. 이를 위해 파형송신기(609)는 윈도우 함수를 이용하여 하모닉 성분을 제거한다. 이로써, 마이크로프로세서(122, 222)에서 생성된 송신데이터는 전력선통신을 위한 송신신호로 변환되어 전력구동부(560)를 통해 수신측으로 전달될 수 있게 된다.
이상 설명된 전력선 통신관련 내용은 (주)플레넷으로부터 비공개된 상태에서 제공받은 특허출원번호 제10-2011-0033888호에 기초하여, 응용 개발된 것이어서, 본 발명의 이해에 필요하다면 상기 문헌을 참조할 수 있다.
또한, 본 발명의 구체적 실시예에 따른 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템은, 도 8과 같이, 구현될 수 있는데, 이에 의하면, 엘이디 정전류 회로(130)는 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터(136a)와 하나 이상의 전류 궤환 부스트 컨버터(Boost Converter) 모듈(136b)로 구성될 수 있다.
상기 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터(136a)는 스위칭 순간 스위치의 전압이나 전류가 0(Zero)이 된 순간에 스위칭 동작을 함으로써, 스위칭시 전력손실이 최소화되어 높은 고주파에서도 높은 전력 변환효율을 가질 수 있게 된다.
즉, 상기 LLC 하프 브리지 컨버터(136a)는, FSFR2100과 같은 하프 브리지 컨버터로 스위칭 제어를 하는 LLC 공진형 전력변환 장치이므로, 효율 면에 있어서 일반적으로 사용되는 플라이백 컨버터(Flyback Converter)나 벅 컨버터(Buck Coverter)와 같은 다른 전력변환 장치보다 우수하다.
상기 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터(136a)의 일 예는, 도 9의 도면번호 136a에 도시된 바와 같이, 상기 역률 보정 회로(134)의 출력단자에 직렬로 연결된 제 1 스위칭 소자(Q1) 및 제 2 스위칭 소자(Q2)와; 상기 제 2 스위칭 소자(Q2)의 양단에 직렬로 연결된 제 1 커패시터(CR), 제 1 인덕터(LR) 및 제 2 인덕터(LP)와; 상기 제 2 인덕터(LP)를 1차측 코일로 하고 상기 1차측 코일이 감긴 보빈에 2차측 코일로 층을 나누어 같은 방향으로 감기며 직렬 연결된 제 3 인덕터(LS1) 및 제 4 인덕터(LS2)와; 상기 제 3 인덕터(LS1) 및 제 4 인덕터(LS2) 중 어느 하나의 양단에 연결된 제 2 커패시터(C1)와; 상기 제 3 인덕터(LS1) 및 제 4 인덕터(LS2)의 양단에 서로 반대 방향으로 연결된 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 다이오드(D2)를 포함하여 구성되고, 상기 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 다이오드(D2)가 연결된 노드에 상기 제 2 커패시터(C1)의 일단이 연결되고, 상기 제 2 커패시터(C1)의 양단에 상기 각 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈(136b)이 연결되는 구성을 할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 스위칭 소자(Q1) 및 제 2 스위칭 소자(Q2)는 FET로, 각 FET의 소스 및 드레인에 다이오드(D3, D4)가 병렬 연결되어 구성되고, 상기 FET의 게이트는 상기 제어부에 내장된 구동 IC(예컨대, FSFR2100)에 의하여 제어되고, 상기 제 1 인덕터(LR)는 상기 제 2 인덕터(LP)의 누설 인덕터이고, 상기 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 다이오드(D2)는 각각 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)로 될 수 있다.
기타, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 노이즈필터부(132)는 EMI 필터로 하고, 상기 노이즈필터부(132)와 상기 역률보정회로(134) 사이에는 다이오드를 BRIDGE 형태로 구현한 정류회로(133)가 더 결합되며, 상기 역률보정회로(134)는 MC33262로 제어되며, 상기 역률(PFC) 구동차단회로(124)는 MC33262의 제어신호 입력단으로 연결되어 구현될 수 있다.
한편, 상기 각 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈(136b)은 상기 제어부(120)의 제어신호에 따라 복수 개의 LED가 직렬로 연결된 각 LED 모듈(142)에 적절한 전류를 흘러보내며 상기 LED 조명부(140)를 구동하게 한다.
상기 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈(136b)의 회로 구성 일 예를, 도 10에 도시하였다. 도 10에서 입력단 VL은 상기 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터(136a)의 출력단에 바로 연결되고, CAT4240의 입력핀 VIN에는 상기 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터(136a)의 출력단 전압을 분배(감압)하여 연결하게 되며, CAT4240의 SHDN(Shut Down) 핀이 제어신호 입력단 VS이 되어 여기에 상기 제어부(120)의 제어신호가 입력하게 된다.
따라서, 상기 조도제어회로(126)에 의한 PWM 디밍 신호는 상기 전류 궤환 부스트 컨버터의 제어신호 입력단 VS에 입력하게 된다. 그러나, 경우에 따라서는 상기 조도제어회로(126)에 의한 PWM 디밍 신호를, 도 9와 같이, 상기 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터의 제어신호 입력단에 입력될 수 있도록 할 수도 있다.
10: 전력선
100: 엘이디 등기구
110: 통신중계부
120: 제어부
130: 엘이디 구동부
140: 엘이디 조명부
150: 제어부
200: 중계장치
300: 무선통신망
400: 중앙 관제 서버
100: 엘이디 등기구
110: 통신중계부
120: 제어부
130: 엘이디 구동부
140: 엘이디 조명부
150: 제어부
200: 중계장치
300: 무선통신망
400: 중앙 관제 서버
Claims (12)
- 전력선을 따라 연결된 복수 개의 엘이디 등기구를 포함하여 구성된 엘이디 가로등 조도 제어시스템에 있어서,
상기 각 엘이디 등기구는 상기 전력선에 연결되어 제어신호를 송수신하는 통신중계부, 상기 전력선에 연결되어 교류 전력을 공급받아 엘이디 구동 정전류로 변환하는 엘이디 구동부, 상기 엘이디 구동부에 연결되고 복수 개의 엘이디 모듈로 구성된 엘이디 조명부, 차량의 이동을 감지하는 센서부, 그리고 상기 통신중계부, 상기 엘이디 구동부, 상기 엘이디 조명부 및 상기 센서부에 각각 연결되어 동작을 제어하는 제어부로 구성되되,
상기 센서부는,
도로 전방을 향하여 도로의 차량 불빛이 들어올 수 있도록 설계된 제 1 방향과 상기 제 1 방향과 일정 각도로 기울어져 도로의 차량 불빛이 들어오지 않도록 설계된 제 2 방향으로만 외부 빛이 들어올 수 있도록 구비된 광 입사 유도 장치;
상기 광 입사 유도 장치의 상기 제 1 방향으로 들어온 빛과 상기 제 2 방향으로 들어온 빛을 각각 감지하여 전기신호로 바꾸어주는 수광수단; 및
상기 수광수단에서 얻은 2개의 전기신호를 처리하여 상기 제어부로 보내는 신호처리수단을 포함하여 구성되고,
상기 통신중계부는 상기 복수 개의 엘이디 등기구 상호 간에 전력선통신이 가능하도록 상기 전력선으로부터 전력선커플링부 및 전력선통신부가 순차적으로 연결되고,
상기 엘이디 구동부는 상기 전력선으로부터 노이즈필터부, 역률보정회로 및 엘이디 정전류 회로가 순차적으로 연결되고,
상기 제어부는 상기 전력선통신부 및 상기 센서부에 각각 연결된 마이크로프로세서, 상기 마이크로프로세서와 상기 역률보정회로 사이에 연결된 역률구동차단회로, 상기 마이크로프로세서와 상기 엘이디 정전류 회로 사이에 연결된 조도제어회로 및 상기 마이크로프로세서와 상기 엘이디 정전류 회로의 출력단에 사이에 연결된 부하고장 검출회로를 포함하여 구성되고, 상기 센서부로부터 받은 2개의 전기신호 차이를 읽어 일정크기 이상의 차이가 될 때 프로그램된 소정의 엘이디 등기구에 점등 제어신호를 상기 전력선을 통하여 전송하게 하고 일정 시간이 지나면 원 상태로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전력선통신부는,
상기 전력선커플링부로부터 수신되는 전력선신호 중 일부 주파수대역을 필터링하는 프리필터;
상기 프리필터에서 필터링된 주파수대역의 이득을 안정적으로 차동 증폭하는 차동증폭부;
상기 차동 증폭된 주파수대역을 다수의 서브대역으로 분리하는 주필터부;
상기 주필터부에서 상기 각 서브대역으로 분리된 다수의 서브대역 수신신호를 증폭하고 1비트 디지털 값으로 변환하여 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 출력하는 증폭/비교부;
상기 증폭/비교부로부터 입력되는 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 전력선통신 신호처리하는 수신신호처리부와, 송신데이터에 대해 전력선통신 신호처리하여 다수의 서브대역에 각각 상기 송신데이터가 포함되도록 변조하여 송신신호를 생성하는 송신신호처리부로 구성된 전력선통신코어부 및
상기 송신신호처리부에서 입력되는 송신신호를 상기 전력선커플링부에 전달하는 전력구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 전력선을 따라 연결된 복수 개의 엘이디 등기구를 포함하여 구성된 엘이디 가로등 조도 제어시스템에 있어서,
상기 각 엘이디 등기구는 상기 전력선에 연결되어 제어신호를 송수신하는 통신중계부, 상기 전력선에 연결되어 교류 전력을 공급받아 엘이디 구동 정전류로 변환하는 엘이디 구동부, 상기 엘이디 구동부에 연결되고 복수 개의 엘이디 모듈로 구성된 엘이디 조명부, 차량의 이동을 감지하는 센서부, 그리고 상기 통신중계부, 상기 엘이디 구동부, 상기 엘이디 조명부 및 상기 센서부에 각각 연결되어 동작을 제어하는 제어부로 구성되되,
상기 통신중계부는 상기 복수 개의 엘이디 등기구 상호 간에 전력선통신이 가능하도록 상기 전력선으로부터 전력선커플링부 및 전력선통신부가 순차적으로 연결되고,
상기 엘이디 구동부는 상기 전력선으로부터 노이즈필터부, 역률보정회로 및 엘이디 정전류 회로가 순차적으로 연결되고,
상기 제어부는 상기 전력선통신부 및 상기 센서부에 각각 연결된 마이크로프로세서, 상기 마이크로프로세서와 상기 역률보정회로 사이에 연결된 역률구동차단회로, 상기 마이크로프로세서와 상기 엘이디 정전류 회로 사이에 연결된 조도제어회로 및 상기 마이크로프로세서와 상기 엘이디 정전류 회로의 출력단에 사이에 연결된 부하고장 검출회로를 포함하여 구성되고,
상기 전력선통신부는,
상기 전력선커플링부로부터 수신되는 전력선신호 중 일부 주파수대역을 필터링하는 프리필터;
상기 프리필터에서 필터링된 주파수대역의 이득을 안정적으로 차동 증폭하는 차동증폭부;
상기 차동 증폭된 주파수대역을 다수의 서브대역으로 분리하는 주필터부;
상기 주필터부에서 상기 각 서브대역으로 분리된 다수의 서브대역 수신신호를 증폭하고 1비트 디지털 값으로 변환하여 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 출력하는 증폭/비교부;
상기 증폭/비교부로부터 입력되는 다수의 서브대역 디지털 수신신호를 전력선통신 신호처리하는 수신신호처리부와, 송신데이터에 대해 전력선통신 신호처리하여 다수의 서브대역에 각각 상기 송신데이터가 포함되도록 변조하여 송신신호를 생성하는 송신신호처리부로 구성된 전력선통신코어부 및
상기 송신신호처리부에서 입력되는 송신신호를 상기 전력선커플링부에 전달하는 전력구동부를 포함하여 구성되고,
상기 수신신호처리부는,
상기 증폭/비교부로부터 입력되는 다수의 서브대역 디지털 수신신호로부터 각각 동기를 획득하는 동기화부;
시간에 따라 주파수가 변하는 다수의 서브대역구간으로 이루어지는 기준심벌을 저장하고 상기 기준심벌을 이용하여 상기 다수의 서브대역 디지털 수신신호로부터 n(여기서, n은 자연수)비트 데이터를 복조하는 복조기;
상기 복조기에서 복조된 데이터들의 순서를 원래의 상태로 재배열하는 디인터리버; 및
상기 디인터리버에서 원래의 상태로 재배열된 데이터에 대해 오류정정코드를 이용하여 오류정정하고 상기 오류정정코드를 제거하는 디코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 3 항에 있어서,
상기 기준심벌은 제1서브대역구간 내지 제3서브대역구간으로 이루어지고, 상기 증폭/비교부로부터 제1서브대역 디지털 수신신호 내지 제3서브대역 디지털 수신신호를 수신하고,
상기 복조기는 상기 제1서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제1서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제1서브대역 디지털 수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 제2서브대역구간의 위치를 가변하면서 제2서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제2서브대역 디지털수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제3서브대역구간의 위치를 가변하면서 상기 제3서브대역 디지털 수신신호와의 상관도를 계산하여 상기 제3서브대역 디지털수신신호로부터 n비트 데이터를 복조하고, 상기 제1서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터와 상기 제2서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터와 상기 제3서브대역 디지털 수신신호로부터 복조된 n비트 데이터를 비교하고 결합하여 최종 n비트 데이터를 추출하는 것을 특징으로 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 3 항에 있어서,
상기 송신신호처리부는,
상기 송신데이터를 다수의 블록으로 나누고 각 블록에 오류정정코드를 첨부하는 엔코더;
다수의 오류정정코드 첨부 블록 각각을 다수의 서브블록들로 나누고 상기 다수의 서브블록들의 순서를 재배열하는 인터리버;
시간에 따라 주파수가 변하는 다수의 서브대역구간으로 이루어지는 기준심벌을 저장하고 상기 인터리버에서 재배열된 데이터를 n(여기서, n은 자연수)비트 단위로 구분하며 상기 기준심벌을 이용하여 상기 n비트의 데이터 값을 기설정된 길이의 데이터 파형으로 변환하는 변조기;
기설정된 동기화 파형을 저장하는 프리엠블; 및
상기 프리엠블에 저장된 동기화 파형과 상기 변조기에서 n비트 단위로 변환되는 데이터 파형을 연속 결합하여 송신신호를 생성하여 상기 전력구동부에게 제공하는 파형송신기를 포함하고,
상기 데이터 파형은 상기 n비트의 데이터 값에 따라 시작점이 결정되고 상기 시작점부터 상기 기설정된 길이 동안 발생하는 적어도 하나 이상의 연속적인 기준심벌로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 5 항에 있어서,
상기 동기화 파형은 심벌간 시간간격이 달라지는 기설정된 개수의 연속적인 기준심벌들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 5 항에 있어서,
상기 파형송신기는 윈도우 함수를 이용하여 하모닉 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서부는,
도로 전방을 향하여 도로의 차량 불빛이 들어올 수 있도록 설계된 제 1 방향과 상기 제 1 방향과 일정 각도로 기울어져 도로의 차량 불빛이 들어오지 않도록 설계된 제 2 방향으로만 외부 빛이 들어올 수 있도록 구비된 광 입사 유도 장치;
상기 광 입사 유도 장치의 상기 제 1 방향으로 들어온 빛과 상기 제 2 방향으로 들어온 빛을 각각 감지하여 전기신호로 바꾸어주는 수광수단; 및
상기 수광수단에서 얻은 2개의 전기신호를 처리하여 상기 제어부로 보내는 신호처리수단을 포함하여 구성되고,
상기 제어부는 상기 센서부로부터 받은 2개의 전기신호 차이를 읽어 일정크기 이상의 차이가 될 때 프로그램된 소정의 엘이디 등기구에 점등 제어신호를 상기 전력선을 통하여 전송하게 하고 일정 시간이 지나면 원 상태로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전력선에 연결되고 유, 무선통신수단과 상기 각 엘이디 등기구의 통신중계부와 동일한 구성을 포함하는 중계장치; 및
상기 중계장치와 무선통신망으로 연결된 중앙 관제 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 9 항에 있어서,
상기 중계장치는 상기 복수 개의 엘이디 등기구를 일정 개수로 구획하여 전력을 공급하는 분전함에 구비된 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 엘이디 정전류 회로는 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터와 하나 이상의 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈로 구성되고,
상기 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터 입력단 또는 상기 각 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈의 제어신호 입력단에는 상기 조도제어회로에 의한 PWM 디밍 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
- 제 11 항에 있어서,
상기 공진형 LLC 하프 브리지 컨버터는,
상기 역률보정회로의 출력단자에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 스위칭 소자;
상기 제 2 스위칭 소자의 양단에 직렬로 연결된 제 1 커패시터, 제 1 및 제 2 인덕터;
상기 제 2 인덕터를 1차측 코일로 하고 상기 1차측 코일이 감긴 보빈에 2차측 코일로 층을 나누어 같은 방향으로 감기며 직렬 연결된 제 3 및 제 4 인덕터;
상기 제 3 및 제 4 인덕터 중 어느 하나의 양단에 연결된 제 2 커패시터; 및
상기 제 3 및 제 4 인덕터의 양단에 서로 반대 방향으로 연결된 제 1 및 제 2 다이오드를 포함하여 구성되고,
상기 제 1 및 제 2 다이오드가 연결된 노드에 상기 제 2 커패시터의 일단이 연결되고,
상기 제 2 커패시터의 양단에 상기 각 전류 궤환 부스트 컨버터 모듈이 연결된 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 에너지 절약형 엘이디 가로등 조도 제어시스템.
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