KR101515401B1 - 전력선 통신의 존 디밍 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력선 통신의 열악한 채널 환경을 극복하기 위해서 송신단에서 전달하고자 하는 데이터를 전력선을 통하여 공급되는 상용전원의 전압(진폭)을 변화시켜 송신하고, 이를 수신단에서 전력선을 통해 공급되는 전원의 전압을 센싱하여 데이터를 수신하는 전력선 통신에서 상용전원의 진폭변화를 이용하여 구분된 구역(Zone)마다 원하는 밝기로 조절할 수 있도록 하는 전력선 통신의 존 디밍제어 장치를 제공한다.

Description

전력선 통신의 존 디밍 제어장치{Apparatus for controlling zone dimming in power Line communication}

본 발명은 전력선 통신에 관한 것으로서, 특히 전력선 통신의 열악한 채널 환경을 극복하기 위해서 송신단에서 전달하고자 하는 데이터를 전력선을 통하여 공급되는 상용전원의 전압(진폭)을 변화시켜 송신하고, 이를 수신단에서 전력선을 통해 공급되는 전원의 전압을 센싱하여 데이터를 수신하는 전력선 통신에서 상용전원의 진폭변화를 이용하여 구분된 구역마다 원하는 밝기로 조절할 수 있도록 하는 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 관한 것이다.

전력선 통신(PLC; Power Line Communication)은 전력선을 통신선으로 사용하여 100kHz~30MHz 의 통신신호를 고주파 필터를 이용, 분리하여 송수신하는 방법으로서, 주파수 다중 분할 방식에 의하여 전원과 통신신호를 다중화하여 동시에 전송하는데, 일반적으로 60Hz의 전원 및 통신신호로 수십kHz~수MHz의 고주파신호를 사용한다. 전력선 통신의 송신단 및 수신단에서의 원리를 도 1a 및 도 1b에 간략히 도시하였다.

전력선 통신은 조명, 홈네트워크 등 여러 분야에 적용가능 한데, 그 중 가로등 양방향 관제 시스템의 예를 살펴보면, 가로등 분전함 내에 위치한 마스터(Master) 모뎀이 전력선을 매개체로 하여 디밍 명령을 전송하고, 가로등주 안에 위치한 슬레이브(Slave) 모뎀이 명령을 수신하여 이에 맞게 디밍용 안정기를 제어하여 램프의 밝기를 제어하는 방식이다.

이와 같이, 전력선 통신을 이용한 가로등 양방향 관제 시스템은 별도의 선로 공사 없이 기존 개별 가로등 주와 분전함에 전력선 통신 시스템을 설치하고, 관리 담당 공무원의 순찰이나 민원인의 신고에 의한 상황 발생 이전에 중앙통제시스템을 통해서 실시간으로 개별 가로등의 상황을 한 눈에 파악할 수 있고, 개별 가로등의 누전, 안정기, 램프고장 시 즉각 전원을 차단하고, 관리 담당자의 휴대폰 또는 중앙제어국으로 상황발생 관련 정보를 통보한다.

전술한 바와 같이, 전력선 통신은 별도의 통신선로가 불필요하고, 설치가 용이하며, 별도의 통신요금이 필요 없는 장점이 있다.

그러나 전력선 통신은 제한된 전송전력으로 인해 통신거리의 한계가 있고, 전동 모터와 같이 비 동기적으로 발생하는 노이즈나, 60Hz 정수배의 주파수에서 발생하는 고주파 노이즈, 그리고 전자기기의 스위치를 연결 하거나 끊을 때 발생하는 독립적인 임펄스 노이즈 등의 높은 부하 간섭과 잡음이 발생하며, 환경에 따른 임피던스 변화로 인해 신호감쇠의 불확실성이 존재하는 단점이 있다.

전술한 전력선 통신의 단점이 발생하는 이유를 구체적으로 살펴보면, 하기와 같다. 먼저, 전력선은 본래 전기에너지 전달을 목적으로 제작되었기 때문에, 60Hz의 저주파 전기신호에 대해서 적당하도록 설계되어 있다. 즉, 고주파 신호의 전달 특성에는 관심이 없으며, 이로 인해 오직 절연 요건만을 만족하도록 만들어진 전력선의 피복과 임의로 설치되는 분기회로 및 각종 부하기기들이 전력선 채널 특성에 영향을 주는 요인으로 작용한다.

따라서 전력선의 이러한 특성으로 인해, 상대적으로 고주파 신호인 통신신호는 주파수가 증가함에 따라 큰 감쇄를 겪게 되고, 분기에 의한 신호손실과 왜곡을 감수해야 하며, 전기에너지 전달 과정에서 발생하는 열에 의한 배경잡음과 함께 절연피복으로는 막을 수 없는 외부로부터의 다양한 간섭신호들이 존재하게 되는 문제점들이 있다.

이러한 전력선 통신의 단점들을 극복할 방안으로, 본 발명자에 의하여 출원되어 등록된 등록특허공보 제10-1277650호(2013. 06. 17. 등록)에는 전력선 통신의 열악한 채널 환경을 극복하기 위해서 송신단에서 전달하고자 하는 데이터를 전력선을 통하여 공급되는 상용전원의 전압(진폭)을 변화시켜 송신하고, 이를 수신단에서 전력선을 통해 공급되는 전원의 전압을 센싱하여 데이터를 수신하는 전력선 통신 장치를 제공함으로써, 전송 전력의 한계를 없앰으로써 220V/60Hz가 전달되는 범위라면 모두 전력선 통신이 가능하며, 전력선의 RMS 전압을 측정함으로써 전압 센싱 시 노이즈가 평균화되어 사라져 부하 간섭 및 잡음의 영향이 적고, 60Hz에 대한 전력선의 임피던스는 기존에 사용되던 전력선 통신 주파수에 비해 매우 높으므로(수백 배 이상) 신호 감쇠의 불확실성이 사라질 뿐만 아니라, 전압 변화 장치를 사용함으로써 주파수 변조 장치를 이용한 주파수 변조 기술이 필요치 않고, 별도의 커플러(Coupler) 장치가 필요 없는 전력선 통신 장치가 개시되어 있다.

상기 등록특허는 전압변환장치에 연결된 전체 부하(LED)가 동일하게 밝기가 조절되는 그룹 디밍(Group dimming) 방식으로서, 사무실과 같이 여러 구역(Zone, 이하 “존”이라 함)으로 구분된 장소의 경우에는 각 사용자들 또는 구분된 사무실마다 원하는 빛의 밝기가 다를 수 있으므로, 구역이 구분된 디밍 즉, 존 디밍(Zone dimming)의 필요성이 대두되어 왔다.

대한민국 등록특허공보 제10-1277650호(2013. 06. 17. 등록)

따라서 상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 사무실과 같이 여러 구역(Zone)으로 구분된 지역마다 원하는 밝기로 빛을 조절할 수 있는 전력선 통신의 존 디밍제어 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 디밍을 위한 전압 변화 장치에 사용되는 탭(Tap)을 최소화하여 구조를 간단히 함으로써 제조비용을 저감할 수 있는 전력선 통신의 존 디밍제어 장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치는 전력선 통신에서의 디밍 제어 장치에 있어서, 송신단의 입력전압을 입력 전원파형의 영 전압(Zero Crossing) 지점을 시작점으로 소정 주기의 전압을 단위시간으로 하여 소정 전압만큼 변화시켜 하이(High)전압과 로우(Low)전압으로 송신 데이터를 포함하는 변화된 출력전압을 송신하는 전압 변화 장치; 및 상기 전압 변화 장치로부터 출력전압을 수신하고, 전력선을 통해 공급되는 상기 변화된 전원전압을 감지하고, 영 전압 지점을 시작점으로 실효치(RMS; Root Mean Square) 전압을 측정하여, 상기 변화된 전원전압으로부터 상기 송신 데이터를 수신하는 전압 센싱 장치;로 이루어지며, 상기 전압 변화 장치는 1단 탭(Tap)을 갖는 단권 변압기이고, 상기 송신 데이터는 데이터 송신의 시작점을 나타내는 시작비트와, 상기 시작비트와 반전되는 디밍을 제어할 존(Zone)을 구분하는 ID표시데이터 및 상기 ID표시데이터에 따른 존(Zone)에 설정되는 디밍 단계를 표시하는 디밍명령 데이터로 이루어지며, 상기 전압 센싱 장치는, 송신부에서 전력선을 통해 공급된 전압신호를 5V이하의 낮은 전압신호로 변환한 후 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)와, 상기 디밍을 제어할 존(Zone)을 구분하는 ID를 셋팅하는 ID셋팅스위치와, 상기 ADC에서 변환된 신호를 실효치(RMS; Root Mean Square)로 계산한 후 수신데이터로 변환하고, 상기 ID 및 디밍명령을 해석하여 해당하는 제어신호를 출력하는 CPU(Central Processing Unit), 상기 송신부에서 전력선을 통해 공급된 전압신호를 직류전압신호로 변환하여 상기 ADC 및 CPU에 제공하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치의 상기 전압 변화 장치는, 상기 입력 전원파형의 전압이 일정하지 않을 시, 송신 데이터가 High(1)이면 상기 단위시간 동안 상기 소정 전압만큼 변화시키지 않고, 송신 데이터가 Low(0)이면 상기 단위시간 동안 상기 소정 전압만큼 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치의 상기 전압 센싱 장치는, 초기에 상기 전력선을 통해 수신된 전원전압의 실효치 전압을 측정하며, 측정된 전압과 무관하게 파형은 High(1)로 약속하고, 이후 약속된 단위 시간마다 실효치 전압을 측정하여, 초기의 측정된 전압보다 임계전압 이상 하강한 전압이면 첫 번째 데이터를 0으로 결정 및 데이터의 수신을 시작하고, 이후, 측정 전압이 이전 전압과 비교하여 그 변화가 상기 임계전압 미만이면 수신 데이터를 이전 데이터와 동일하게 결정하고, 그 변화가 상기 임계전압 이상 상승변화 이면 수신 데이터를 High(1)로 결정하며, 그 변화가 상기 임계전압 이상 하강변화 이면 수신 데이터를 Low(0)로 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치의 상기 전압 센싱 장치는, 상기 송신단으로부터 수신한 데이터를 PWM 신호의 듀티(DUTY)를 변화시켜 램프 밝기 조절(Dimming) 및 전동기 속도 조절을 위한 제어 신호로 사용하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 제어신호를 전송하기 위한 별도의 통신선로가 불필요하고, 설치가 용이하며, 통신 요금이 필요 없는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 구분된 지역마다 원하는 밝기로 빛을 조절함으로써 사무실과 같이 여러 구역의 사용자들이 원하는 서로 다른 밝기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 디밍을 위한 전압 변화 장치에 사용되는 탭(Tap)을 최소화하여 구조를 간단히 함으로써 제조가 용이하고 제조비용을 저감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전송 전력의 한계를 없앰으로써 거리의 한계를 가지지 않으므로, 220V/60Hz가 전달되는 범위라면 모두 전력선 통신이 가능하며, 전력선의 RMS 전압을 측정함으로써 전압 센싱 시 노이즈가 평균화되어 사라져 부하 간섭 및 잡음의 영향이 적고, 전력선의 임피던스는60Hz에 맞게 설계되어 신호 감쇠의 불확실성이 사라질 뿐만 아니라, 전압 변화 장치를 사용함으로써 주파수 변조 장치를 이용한 주파수 변조 기술이 필요치 않고, 별도의 커플러(Coupler) 장치가 필요 없는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 전력선 통신의 존 디밍제어 장치를 적용한 사무실 등의 구역별 디밍 제어 방식은 별도의 선로 공사 없이 기존의 조명시스템에 전압 변화 장치와 전압 센싱 장치를 설치하고, 환경 및 필요에 따라 조명의 밝기를 제어(디밍)할 수 있고, 이를 통해 에너지를 절약할 수 있으며, 사용자의 필요에 따라 개별적으로 각 존(Zone)의 디밍을 간편하게 개별 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 전압 변화를 통한 디밍 시스템과 달리 데이터 통신을 통해 제어할 수 있는 디밍 단계를 송수신 데이터의 비트 수가 n일 때, 2n단계의 제어가 가능한 가로등 램프 디밍 제어 방식을 제공할 수 있는 장점이 있으며, 비트 수를 늘리는데 있어서 제한적인 요소가 없으며, 이를 통해 더 많은 단계 제어가 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 전송하고자 하는 데이터 값에 대응하도록 단위시간의 n배수로 LOW를 보내고, 데이터 미전송시에는 HIGH로 유지하는 데이터 송수신 방법의 경우 송신단 장치의 스위칭 변화 수량이 하강과 상승 2번만을 통해 이루어질 수 있어서 시스템을 안정하게 동작 시킬 수 있고, 수신단에서도 센싱에 대한 복잡성이 사라지는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 전압 변화 과정 중에도 수신단의 동작에 필요한 전력이 차단되지 않고 전압 변화를 할 수 있으므로, 수신단 제어부가 밧데리 없이 안정하게 동작할 수 있는 장점이 있다.

도 1a 및 도 1b는 일반적인 전력선 통신의 송신단 및 수신단에서의 원리를 보인 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 적용되는 송수신단의 기본 원리를 나타낸 도면,
도 3a 및 도 3b는 실제 전력선 사용 환경에서의 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 따른 송수신단의 응용 원리를 나타낸 도면,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 사용되는 전압 변화 장치의 회로도,
도 5는 종래기술에 따른 전력선 통신 장치에 사용되는 전압 변화 장치의 회로도,
도 6은 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 사용되는 수신부의 전압 센싱 장치의 블록구성도,
도 7은 종래기술에 따른 전력선 통신 장치에 사용되는 수신부의 전압 센싱 장치의 블록구성도,
도 8은 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에서 사용되는 디밍 명령을 전달하는 신호를 나타낸 도면,
도 9는 종래기술에 따른 디밍 명령 전달 신호를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

전력선 통신의 열악한 채널 환경을 극복하기 위해서는 하기의 다양한 기술들이 필요하다. 필요한 기술로는 먼저, 이는 전력선을 매개체로 데이터를 주파수에 싣기 위한 주파수 변조기술이 필요하고, 변조된 통신 신호를 전력선과 결합하는 커플링 기술과 수신단에서 원하는 통신 신호만을 받아들이고, 필요하지 않은 대역의 신호를 제거하기 위한 프리필터 기술, 그리고 에러율을 줄이기 위해 코드화된 부호 체계로 바꾸는 채널 코딩 기술 등이 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치는 송신단에서 전달하고자 하는 데이터를 전력선을 통하여 공급되는 상용전원(예로서, 220V/60Hz or 50Hz, 100V/60Hz or 50Hz 등)의 전압(진폭)을 변화시켜 송신하고, 이를 수신단에서 전력선을 통해 공급되는 전원의 전압을 센싱하여 데이터를 수신하는 방법을 제안한다. 특히, 본 발명에 따른 전력선 통신 장치는 전압 변화 시에도 수신단에 전력이 끊김 없이 공급되는 전력선 통신 장치를 제안한다.

또한, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치는 기존의 단권 변압기의 2단 탭(Tap) 구성을 통해 송신하고자 하는 데이터(High/Low)에 따라 높은 전압과 낮은 전압을 전송하는 것과 달리, 단권 변압기의 1단 탭(Tap) 구성을 통해 송신하고자 하는 데이터(High/Low)에 따라 높은 전압과 낮은 전압을 전송한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 적용되는 송수신단의 기본 원리를 나타낸 도면으로서, 220V/60Hz의 전원파형에 대하여 일례로, 10V의 전압 변화 장치를 이용하여 전압(진폭)을 변화시켜 송신 데이터(10011010)를 송신하고, 수신단에서는 전력선을 통해 공급되는 전원의 전압을 센싱하여 데이터(10011010)를 수신한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 한 주기의 전력선 송신 또는 수신 파형이 하나의 데이터를 표시한다. 한편, 송수신측 사이에 약속한 일정 주기가 하나의 데이터를 표시할 수도 있다. 수신단의 전압 센싱 장치는 영 전압(Zero Crossing) 지점을 시작점으로 실효치(RMS; Root Mena Square) 전압을 측정함으로써, 수신된 데이터를 수신한다.

도 3a 및 도 3b는 실제 전력선 사용 환경에서의 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 따른 송수신단의 응용 원리를 나타낸 도면으로서, 실제 전력선 환경에서는 항상 전원파형 220V/60Hz가 유지되지 않고, 전력 사용 환경에 따라 실시간으로 계속 전압이 변한다(급격하게 변하기 보다는 1주기에 걸쳐 크게는 2~3V정도 변함).

도 3a에 도시된 바와 같이, 송신단에서는 220V/60Hz의 전력선 입력전압이 시간에 따라 2V씩 하강하고, 다시 시간에 따라 2V씩 상승하는 경우에는, 일례로 송신 데이터가 1이면 전압 변화 장치에서 전압 강하가 일어나지 않고, 송신 데이터가 0인 경우에만 10V의 전압을 강하시켜 전송한다.

이에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이, 수신단에서는 초기에 전력선을 통해 수신된 파형은 High(1)로 약속하고, 이후 약속된 단위 시간마다 실효치 전압을 측정하여, 임계치 전압(Vth, 일례에서는 6V)이상 하강한 전압이면 첫 번째 데이터를 0으로 결정하고 데이터의 수신을 시작한다. 다음으로, 수신신호의 측정 전압이 8V 상승하여, Vth보다 더 큰 상승변화를 보이면 두 번째 데이터를 1로 결정한다. 마찬가지로 이후, 수신된 신호의 전압을 측정하여 이전 전압과 비교한 결과가 Vth보다 작으면 이전 데이터를 수신신호의 데이터로 결정하고, 더 큰 상승변화를 보이면 이전 데이터와 무관하게 1로, 더 큰 하강변화를 보이면 이전 데이터와 무관하게 0으로 결정한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 사용되는 전압 변화 장치의 회로도로서, 도 5에 도시한 종래기술에 따른 전력선 통신 장치에 사용되는 전압 변화 장치의 회로도와 대비하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이 종래기술은 단권 변압기의 2단 탭(Tap) 구성을 통해 송신하고자 하는 데이터(High/Low)에 따라 높은 전압과 낮은 전압을 전송하는 반면, 본 발명은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 단권 변압기의 1단 TAP 구성을 통해 송신하고자 하는 데이터(High/Low)에 따라 높은 전압과 낮은 전압을 전송한다.

먼저, 종래기술에 따른 단권 변압기의 2단 탭 구성을 통해 상용 입력전압을 원하는 출력전압으로 변환하는 과정을 일례를 들어 간략히 설명하면, 입력전압 220V/60Hz에 대하여 1차 권선과 2차 권선의 권선비를 220: 200으로 조정함으로써 200V를 출력전압으로 출력할 수 있고 이때, 2차 전압은 (1차 전압 x 2차 권선비/1차 권선비)의 식으로부터 구해지므로, 입력전압 및 1, 2차 권선비를 대입하면 200V의 출력전압이 구해진다.

또한, 입력전압 220V/60Hz에 대하여 1차 권선과 2차 권선의 권선비를 440: 420으로 조정함으로써 210V를 출력전압으로 출력할 수 있다. 마찬가지로, 2차 전압은 (1차 전압 x 2차 권선비/1차 권선비)의 식으로부터 구해지므로, 입력전압 및 1, 2차 권선비를 대입하면 210V의 출력전압이 구해진다.

도 5를 참조하여 종래기술에 따른 전압 변화 장치가 200V에서 210V로 전압을 변화시키는 과정을 설명하면, sw1를 온(on)으로 동작시키고, sw1이 온(on)인 상태에서 sw2를 온(on)으로 동작시킨다. 이어, sw1, 2가 온(on)인 상태에서 sw4를 온(on)으로 동작시키고, sw1을 오프(off)로 동작시켜 sw2, 4만 온(on)인 상태로 만든다. 이후 sw2, 4가 온(on)인 상태에서 sw3을 온(on)으로 동작시키고, sw3, 4는 온(on)인 상태로 유지하면서 sw2를 오프(off)로 동작시킨다. 마지막으로 sw3만 온(on)인 상태를 유지하도록 sw4를 오프(off)로 동작시킨다. 마찬가지로, 210V에서 200V로 전압을 변화시키는 경우에는 상술한 전압 변화 과정이 역으로 수행된다.

다음으로, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명에 따른 전압 변화 장치가 단권 변압기의 1단 탭 구성을 통해 송신하고자 하는 데이터(High/Low)에 따라 높은 전압과 낮은 전압을 변화시키는 것을 상세히 설명한다.

먼저, 도 4a는 본 발명에 따른 전압 변화 장치가 하이(High)데이터를 전송하기 위하여 220V를 출력하는 경우의 회로도로서, 바이패스스위치(Bypass switch)인 sw1를 온(on)으로 동작시킴으로써 입력전압 220V/60Hz에 대하여 220V의 출력전압을 출력하여 하이(High)데이터를 전송한다.

또한, 도 4b는 본 발명에 따른 전압 변화 장치가 로우(Low)데이터를 전송하기 위하여 210V를 출력하는 경우의 회로도로서, 바이패스스위치(Bypass switch)인 sw1는 오프(off)된 상태에서 디밍스위치(Dimming switch)인 sw2를 온(on)으로 동작시킴으로써 입력전압 220V/60Hz에 대하여 210V의 출력전압을 출력하여 로우(Low)데이터를 전송한다. 이때, 권선비(N1:N2)는 22:21로 구성되며, 2차 전압은 (1차 전압 x 2차 권선비/1차 권선비)의 식으로부터 구해지므로, 입력전압 220V/60Hz에 대하여 210V의 출력전압이 출력된다.

도 6는 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 사용되는 수신부의 전압 센싱 장치의 블록구성도로서, 도 7에 도시한 종래기술에 따른 전력선 통신 장치에 사용되는 수신부의 전압 센싱 장치의 블록구성도와 대비하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 종래기술은 전압변환 및 A/D컨버터는 송신부에서 전력선을 통해 공급된 수신전원(210V or 200V)으로부터 CPU가 측정할 수 있는 5V 보다 낮은 전압으로 변환하여(PT or CT 이용) 샘플링(Sampling) 한 후에 그 값을 CPU에 전달한다. 이어, CPU는 전압변환 및 A/D컨버터로부터 전달된 전압을 RMS(실효치)로 계산한 후, 전술한 수신부에서의 데이터 판단 방법을 이용하여 수신 데이터로 변환하고, 그 명령을 해석하여 그에 해당하는 제어신호를 출력한다. SMPS는 수신된 교류전압을 CPU 및 전압변환 및 A/D컨버터가 동작하기 위한 직류 전압으로 변환하여 제공한다.

상술한 도 7의 종래기술과 대비할 때, 도 6에 도시한 본 발명에 따라 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에 사용되는 수신부의 전압 센싱 장치의 블록구성도는 ID셋팅스위치가 더 구비된다. 상기 ID셋팅스위치는 디밍을 제어할 존(Zone)을 구분하는 주소인 ID를 셋팅하기 위한 장치로서, 일례로 ID셋팅스위치를 110으로 설정할 경우, 상기 CPU는 송신부(도 3a 및 도 3b의 전압 변화 장치)에서 수신한 신호 내의 ID를 검출한 후, 셋팅된 ID와 비교하여 동일하면 디밍 명령에 따라 디밍제어 신호를 변경하고, ID가 동일하지 않으면 디밍 명령을 무시한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치는 송신부(도 4a 및 도 4b의 전압 변화 장치)가 각 존(Zone)에 신호를 전달하고, 수신부(도 6의 전압 센싱 장치)는 구역 별로 구분된 주소인 ID를 다르게 각각 셋팅 함으로써 존(Zone) 별로 다르게 디밍 명령을 전달하여 밝기 제어를 다르게 할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에서 사용되는 디밍 명령을 전달하는 신호를 나타낸 것이고, 도 9은 종래기술에 따른 디밍 명령 전달 신호를 나타낸 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 종래기술은 출력 전압의 유지시간으로 디밍 명령을 전달하는 방법을 사용한다. 도시된 바와 같이, 변경된 출력 전압의 유지시간으로 디밍 명령을 전달하는 방법은 기본 시간의 n배 동안 출력전압을 로우(Low) 유지 후 하이(High)로 변화하도록 동작하며, 기본 시간(T)은 초단위로 설정한다. 예를 들어, n이 1이면 바이패스 명령이고, n이 2이면 1단계, n이 3이면 2단계의 순서로 디밍 명령을 전달한다. 이때, 기본 시간의 n배만큼 출력전압을 하이(High) 동안 유지 후 로우(Low)로 변화시켜 디밍 명령을 전달할 수도 있다.

이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에서 사용되는 디밍 명령을 전달하는 신호는 신호의 전달 시작점에 존(Zone)에 해당하는 구분된 주소인 ID를 삽입하고, 이어지는 전압의 유지시간으로 디밍 명령을 전달한다.

도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치에서 사용되는 디밍 명령을 전달하는 방법을 설명하면, 일례로 8개의 구분된 주소(ID)는 하기의 표 1과 같이 할당될 수 있다.

ID	Data
0	000
1	001
2	010
3	011
4	100
5	101
6	110
7	111

이에 따라, 예를 들어 ID 5인 존(Zone)의 디밍을 제어하고자 하는 경우에, 아이들(Idle) 상태(High)에서 아이들 상태와 반전된 전압(Low)으로 시작 비트를 설정하고, 순차적으로 전압을 하이(High)와 로우(Low)로 기본 주기만큼 변화시켜 ID 데이터(101)를 전송한 후, 이어서 제어하고자 하는 디밍단계에 따라 기본주기의 n배만큼의 디밍 명령을 전송한다. 이때, 아이들 상태와 반전된 전압으로 ID 데이터가 시작되는 경우에는 시작 비트를 재반전 시켜 설정하는 것이 바람직하며, 아이들 상태가 로우(Low)인 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

한편, 기본 시간(T)은 초단위로 설정하되, 예를 들어 n이 1이면 바이패스 명령이고, n이 2이면 1단계, n이 3이면 2단계의 순서로 디밍 명령을 전달한다. 이때, 기본 시간의 n배만큼 출력전압을 하이(High) 동안 유지 후 로우(Low)로 변화시켜 디밍 명령을 전달할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치는 제어신호를 전송하기 위한 별도의 통신선로가 불필요하고, 설치가 용이하며, 통신 요금이 필요 없다.

또한, 본 발명에 따른 전력선 통신 장치는 전송 전력의 한계를 없앰으로써 거리의 한계를 가지지 않으므로, 220V/60Hz가 전달되는 범위라면 모두 전력선 통신이 가능하며, 전력선의 RMS 전압을 측정함으로써 전압 센싱 시 노이즈가 평균화되어 사라져 부하 간섭 및 잡음의 영향이 적고, 60Hz에 대한 전력선의 임피던스는 기존에 사용되던 전력선 통신 주파수에 비해 매우 높으므로(수백 배 이상) 신호 감쇠의 불확실성이 사라질 뿐만 아니라, 전압 변화 장치를 사용함으로써 주파수 변조 장치를 이용한 주파수 변조 기술이 필요치 않고, 별도의 커플러(Coupler) 장치가 필요 없다.

이에 따라, 본 발명에 따른 전력선 통신의 존 디밍제어 장치를 적용한 사무실 등의 구역별 디밍 제어 방식은 별도의 선로 공사 없이 기존의 조명시스템에 전압 변화 장치와 전압 센싱 장치를 설치하고, 환경 및 필요에 따라 조명의 밝기를 제어(디밍)할 수 있고, 이를 통해 에너지를 절약할 수 있으며, 사용자의 필요에 따라 개별적으로 각 존(Zone)의 디밍을 간편하게 개별 제어할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 전력선 통신에서의 디밍 제어 장치에 있어서,
   송신단의 입력전압을 입력 전원파형의 영 전압(Zero Crossing) 지점을 시작점으로 소정 주기의 전압을 단위시간으로 하여 소정 전압만큼 변화시켜 하이(High)전압과 로우(Low)전압으로 송신 데이터를 포함하는 변화된 출력전압을 송신하는 전압 변화 장치; 및
   상기 전압 변화 장치로부터 출력전압을 수신하고, 전력선을 통해 공급되는 상기 변화된 전원전압을 감지하고, 영 전압 지점을 시작점으로 실효치(RMS; Root Mean Square) 전압을 측정하여, 상기 변화된 전원전압으로부터 상기 송신 데이터를 수신하는 전압 센싱 장치;로 이루어지며,
   상기 전압 변화 장치는 1단 탭(Tap)을 갖는 단권 변압기이고,
   상기 송신 데이터는 데이터 송신의 시작점을 나타내는 시작비트와, 상기 시작비트와 반전되는 디밍을 제어할 존(Zone)을 구분하는 ID표시데이터 및 상기 ID표시데이터에 따른 존(Zone)에 설정되는 디밍 단계를 표시하는 디밍명령 데이터로 이루어지며,
   상기 전압 변화 장치는,
   상기 입력 전원파형의 전압이 일정하지 않을 시, 송신 데이터가 High(1)이면 상기 단위시간 동안 상기 소정 전압만큼 변화시키지 않고, 송신 데이터가 Low(0)이면 상기 단위시간 동안 상기 소정 전압만큼 변화시키고,
   상기 전압 센싱 장치는,
   송신부에서 전력선을 통해 공급된 전압신호를 5V이하의 낮은 전압신호로 변환한 후 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)와,
   상기 디밍을 제어할 존(Zone)을 구분하는 ID를 셋팅하는 ID셋팅스위치와,
   상기 ADC에서 변환된 신호를 실효치(RMS; Root Mean Square)로 계산한 후 수신데이터로 변환하고, 상기 수신데이터로부터 ID를 검출하고 상기 ID셋팅스위치가 셋팅한 ID와 비교하여 동일하면 상기 디밍명령을 해석하여 해당하는 제어신호를 출력하는 CPU(Central Processing Unit), 상기 송신부에서 전력선을 통해 공급된 전압신호를 직류전압신호로 변환하여 상기 ADC 및 CPU에 제공하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 포함하여 구성되며,
   초기에 상기 전력선을 통해 수신된 전원전압의 실효치 전압을 측정하며, 측정된 전압과 무관하게 파형은 High(1)로 약속하고, 이후 약속된 단위 시간마다 실효치 전압을 측정하여, 초기의 측정된 전압보다 임계전압 이상 하강한 전압이면 첫 번째 데이터를 0으로 결정 및 데이터의 수신을 시작하고,
   이후, 측정 전압이 이전 전압과 비교하여 그 변화가 상기 임계전압 미만이면 수신 데이터를 이전 데이터와 동일하게 결정하고, 그 변화가 상기 임계전압 이상 상승 변화이면 수신 데이터를 High(1)로 결정하며, 그 변화가 상기 임계전압 이상 하강 변화이면 수신 데이터를 Low(0)로 결정하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신의 존 디밍제어 장치.
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