KR101914692B1 - 절연형 plc 모뎀 - Google Patents

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KR101914692B1
KR101914692B1 KR1020170068045A KR20170068045A KR101914692B1 KR 101914692 B1 KR101914692 B1 KR 101914692B1 KR 1020170068045 A KR1020170068045 A KR 1020170068045A KR 20170068045 A KR20170068045 A KR 20170068045A KR 101914692 B1 KR101914692 B1 KR 101914692B1
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정준홍
이정옥
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한전케이디엔 주식회사
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Abstract

본 발명의 절연형 PLC 모뎀은, 수용가의 전력사용 정보를 수집하는 데이터집중장치(DCU)로부터 전원을 공급받고, 통신 인터페이스로 연결된 PLC 모뎀을 구비하되, 상기 PLC 모뎀은, 상기 데이터집중장치(DCU)와 전원 및 통신 인터페이스를 전기적으로 절연시키기 위한 절연부를 내부에 포함하는 기술을 제공함에 그 특징이 있다.

Description

절연형 PLC 모뎀{ISOLATION TYPE PLC MODEM}
본 발명은 절연형 PLC 모뎀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PLC 모뎀과 데이터집중장치 간의 전원 및 통신 인터페이스를 완벽하게 전기적으로 분리하기 위한 절연부를 PLC 모뎀의 내부에 설치함으로써, PLC 모뎀으로 유입되는 서지(Surge)나 노이즈(Noise)가 데이터집중장치로 전파되거나 또는 그 반대로 전파되는 문제를 해결할 수 있는, 절연형 PLC 모뎀에 관한 것이다.
국내 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 시스템은 수용가에 설치된 스마트 미터와 인근 변대주에 설치된 데이터집중장치(DCU, Data Concentration Unit) 사이의 통신방식으로 KS X ISO/IEC12391-1, IEEE1901 기반 HPGP(HomePlug GreenPHY) 규격의 전력선 통신(Power Line Communication, 이하 'PLC'라 칭함)을 주로 사용한다.
전력선 통신을 위한 모뎀(이하 'PLC 모뎀'이라 칭함)은 상기 데이터집중장치(DCU)와 스마트 미터(미 도시)에 설치된다.
아울러, PLC 모뎀의 동작전원은 데이터집중장치(DCU)나 스마트 미터(미 도시)의 전원부에서 생성한 직류(DC) 전원을 사용하며, 데이터집중장치(DCU) 간의 통신 인터페이스는 MII(Media Independent Interface), 스마트 미터(미 도시) 간의 통신 인터페이스는 RS-485 또는 IrDA(Infrared Data Association)를 사용하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 PLC 모뎀과 데이터집중장치(DCU) 간의 전원 및 통신 인터페이스 방식을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술은 PLC 모뎀(100) 및 데이터집중장치(DCU, 200)를 포함한다.
우선, PLC 모뎀(100)은 제1 전원부(110), PLC 칩(120), AFE(Analog Front End, 130), PLC 커플러(140), 서지 보호부(150) 및 주변 장치(160)를 포함한다.
제1 전원부(110)는 데이터집중장치(DCU, 200)의 제2 전원부(210)로부터 모뎀 동작에 필요한 전원을 공급받아 모뎀 내부의 각 부로 전원을 공급해 준다.
PLC 칩(120)은 데이터집중장치(DCU, 200)와 MII(Media Independent Interface) 방식으로 통신을 수행하며, 모뎀의 통신 변조방식 및 매체 접근 방식 등을 결정한다.
AFE(Analog Front End, 130)는 디지털 신호를 원하는 대역의 아날로그 신호로 변조하여 송신하고, 수신단의 이득을 조정하여 아날로그 신호를 다시 디지털 신호로 복조해 주는 역할을 수행한다.
PLC 커플러(140)는 전력선(Power Line)을 통해 송수신되는 PLC 신호와 전력신호를 결합 또는 분리시키는 기능을 수행한다.
서지 보호부(150)는 외부의 서지(Surge) 유입으로부터 PLC 모뎀(100)을 보호할 수 있도록 서지(Surge) 보호 회로를 구비한다.
주변 장치(160)는 제1 전원부(110), PLC 칩(120), AFE(Analog Front End, 130), PLC 커플러(140) 및 서지 보호부(150)를 제외한 전기 통신 장치들을 포함할 수 있다.
다음으로, 데이터집중장치(DCU, 200)는 제2 전원부(210), 네트워크 스위치(220), 메인 프로세서(230) 및 기타 장치(240)를 포함한다.
제2 전원부(210)는 직류(DC) 동작전원(VDD)을 생성하여 상기 PLC 모뎀(100)의 제1 전원부(110)로 직접 공급해 준다.
네트워크 스위치(220)는 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비로써, 상기 PLC 모뎀(100)의 PLC 칩(120)과 MII(Media Independent Interface) 방식으로 직접 통신한다.
메인 프로세서(230)는 각종 데이터들을 처리하고, 데이터집중장치(DCU, 200)의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 수행한다.
기타 장치(240)는 제2 전원부(210), 네트워크 스위치(220) 및 메인 프로세서(230)를 제외한 전기 통신 장치들을 포함할 수 있다.
이와 같이 종래 기술은 상기 동작전원, 통신 인터페이스 및 PLC 접속 방식 때문에 PLC 모뎀(100)과, PLC 모뎀(100)이 장착되는 데이터집중장치(DCU, 200) 또는 스마트 미터(미 도시)가 전기적으로 직결된다.
따라서, PLC 모뎀(100)으로 유입되는 서지(Surge)나 노이즈(Noise)가 데이터집중장치(DCU, 200)와 스마트 미터(미 도시)로 전파되거나 또는 그 반대로 전파되는 문제가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해 스마트 미터(미 도시)는 상기 PLC 모뎀(100)의 제1 전원부(110)와 스마트 미터(미 도시) 내부의 동작전원을 분리하고, RS-485 인터페이스를 절연하거나 또는 IrDA(Infrared Data Association) 방식을 사용함으로써, 절연이 가능한 비접촉식 통신 인터페이스를 사용하고 있다.
그러나, 상기 PLC 모뎀(100)의 제1 전원부(110)와 상기 데이터집중장치(DCU, 200)의 제2 전원부(210)는 전기적으로 절연되지 않았을 뿐 아니라, MII(Media Independent Interface)의 신호선도 직결되어 있기 때문에, 상기와 같은 서지(Surge) 또는 노이즈(Noise)의 상호 전파를 방지할 방법이 없다는 문제점이 존재하였다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0015371호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, PLC 모뎀과 데이터집중장치 간의 전원 및 통신 인터페이스를 전기적으로 완벽하게 분리하기 위해 PLC 모뎀 내부에 절연부를 설치함으로써, PLC 모뎀으로 유입되는 서지(Surge)나 노이즈(Noise)가 데이터집중장치로 전파되거나 또는 그 반대로 전파되는 문제를 해결할 수 있는, 절연형 PLC 모뎀을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 절연형 PLC 모뎀은, 수용가의 전력사용 정보를 수집하는 데이터집중장치(DCU)로부터 전원을 공급받고, 통신 인터페이스를 통해 연결된 PLC 모뎀을 구비하되, 상기 PLC 모뎀은, 상기 데이터집중장치(DCU)와 전원 및 통신 인터페이스를 전기적으로 절연시키기 위한 절연부를 내부에 포함하는 기술을 제공한다.
본 발명은 PLC 모뎀으로 유입되는 서지(Surge)나 노이즈(Noise)가 데이터집중장치로 전파되거나 또는 그 반대로 전파되는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 PLC 모뎀과 데이터집중장치(DCU) 간의 전원 및 통신 인터페이스 방식을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 절연형 PLC 모뎀과 데이터집중장치(DCU) 간의 전원 및 통신 인터페이스 방식을 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 실시예로, 절연형 DC/DC 컨버터의 내부 구성 및 입출력 전압을 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 실시예로, 절연형 I/O 드라이버의 내부 구성 및 인터페이스 변환을 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 절연형 PLC 모뎀과 데이터집중장치(DCU) 간의 전원 및 통신 인터페이스 방식을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 절연형 PLC 모뎀(100-1) 및 데이터집중장치(DCU, 200)를 포함하는데, 이 경우 데이터집중장치(DCU, 200)는 제2 전원부(210), 네트워크 스위치(220), 메인 프로세스(230) 및 기타 장치(240)를 포함하며, 이들 각각의 구성은 도 1에서 이미 설명한 바 있으므로 중복설명은 생략한다.
절연형 PLC 모뎀(100-1)은 통상의 PLC 모뎀(100) 및 절연부(300)를 포함한다.
통상의 PLC 모뎀(100)은 제1 전원부(110), PLC 칩(120), AFE(Analog Front End, 130), PLC 커플러(140), 서지 보호부(150) 및 주변 장치(160)를 가지며, 이들의 기능은 도 1에서 이미 설명한바 있으므로 중복설명은 생략한다.
절연부(300)는 절연형 DC/DC 컨버터(310) 및 절연형 I/O 드라이버(320)를 포함한다.
우선 절연형 DC/DC 컨버터(310)는 제1 전원부(110)에 인접하여 설치되며, 외부 데이터집중장치(DCU, 200)의 제2 전원부(210)에서 공급된 동작전원을 절연 상태에서 변환하여 상기 제1 전원부(110)에 입력함으로써, 상기 제2 전원부(210)와 상기 제1 전원부(110)를 전기적으로 분리하여 상호간의 서지(Surge) 또는 노이즈(Noise) 전달을 차단하는데, 이에 대한 구체적인 실시예는 하기 도 3a에서 설명한다.
도 3a는 본 발명에 따른 실시예로, 절연형 DC/DC 컨버터의 내부 구성 및 입출력 전압을 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 절연형 DC/DC 컨버터(310)는 트랜스포머(Transformer, 311) 및 절연 컨버터 드라이버 회로(312)를 포함하며, 이들은 원 칩(One Chip)이거나 또는 칩(Chip) 외부에 트랜스포머(Transformer, 311) 또는 절연 컨버터 드라이버 회로(312) 중 일부를 별도로 구성할 수 있다.
이 경우 트랜스포머(Transformer, 311)는 데이터집중장치(DCU, 200)의 제2 전원부(210)로부터 생성된 직류(DC) 동작전원(VDD)을 입력 받아 이를 직류(DC) 출력전압(V_ISO)으로 변환시켜 제1 전원부(110)로 인가하는데, 상기 제2 전원부(210)의 동작전원(VDD)과 상기 제1 전원부(110)의 동작전압(V_ISO)을 전기적으로 절연할 수 있게 된다.
다음으로, 절연형 I/O 드라이버(320)는 PLC 칩(120)에 인접하여 설치되며, 데이터집중장치(DCU, 200)의 네트워크 스위치(220)와 Ethernet 인터페이스 방식으로 연결되어 전기적으로 분리되는데, 이에 대한 구체적인 실시예는 하기 도 3b에서 설명한다.
도 3b는 본 발명에 따른 실시예로, 절연형 I/O 드라이버의 내부 구성 및 인터페이스 변환을 나타낸 것이다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 절연형 I/O 드라이버(320)는 Ethernet PHY(PHYsical) 칩(321) 및 Ethernet Transformer(322)를 포함한다.
Ethernet PHY(PHYsical) 칩(321)은 물리 매체인 Ethernet 케이블(이를테면, 통상의 RJ-45 커넥터로 연결되며, 신호는 TX+, TX-, RX+, RX- 등 4선으로 구성됨)에 실제 인가할 전기신호를 만들어주는 칩으로, 통상 원 칩(One Chip) 형태로 제공된다.
즉, Ethernet PHY(PHYsical) 칩(321)은 MII(Media Independent Interface) 인터페이스(통상 15개 이상의 신호선으로 구성)를 통해 수신한 디지털 신호를 Ethernet 케이블에 인가할 물리적인 아날로그 신호로 변환해 주거나 또는 그 반대의 신호로 변환해 주는 소자이다.
Ethernet Transformer(322)는 Ethernet 신호의 절연을 위해 사용하는 물리적인 장치로써, 상기 절연형 PLC 모뎀(100-1)의 PLC 칩(120)에 인접하여 설치되며, 상기 절연형 PLC 모뎀(100-1)과 상기 데이터집중장치(DCU, 200)간의 인터페이스를 종래 MII(Media Independent Interface) 방식에서 Ethernet 방식으로 변환시켜 상기 데이터집중장치(DCU, 200)의 네트워크 스위치(220)와 연결시키는 기능을 수행하며, 통상 원 칩(One Chip) 형태로 제공된다.
이와 같은 구성으로 인해, 절연형 I/O 드라이버(320)는 내부의 PLC 칩(120) 과 MII(Media Independent Interface) 방식으로 통신하고, 외부 데이터집중장치(DCU, 200)의 네트워크 스위치(220)와 Ethernet 인터페이스로 통신함으로써, 전기적 절연이 보장된 통신을 수행할 수 있게 된다.
한편 절연형 I/O 드라이버(320) 구성 시 MII(Media Independent Interface) 신호를 직접 절연하는 방식을 사용할 수도 있으나, 절연하기 위한 신호선이 많이 존재하고, 클록 동기화의 문제가 발생할 수 있는 현실적인 어려움으로 인해, 상기 Ethernet Transformer(322)의 절연 기능을 활용함이 바람직하다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : PLC 모뎀
100-1 : 절연형 PLC 모뎀
110 : 제1 전원부
120 : PLC 칩
130 : AFE(Analog Front End)
140 : PLC 커플러
150 : 서지 보호부
160 : 주변 장치
200 : 데이터집중장치(DCU)
210 : 제2 전원부
220 : 네트워크 스위치
230 : 메인 프로세스
240 : 기타 장치
300 : 절연부
310 : 절연형 DC/DC 컨버터
320 : 절연형 I/O 드라이버
321 : Ethernet PHY 칩
322 : Ethernet Transformer

Claims (5)

  1. 수용가의 전력사용 정보를 수집하는 데이터집중장치(DCU)로부터 전원을 공급받고, 통신 인터페이스로 연결된 절연형 PLC 모뎀에 있어서,
    상기 절연형 PLC 모뎀은, 상기 데이터집중장치(DCU)와 전원 및 통신 인터페이스를 전기적으로 절연시키기 위한 절연부를 내부에 포함하며,
    상기 절연부는,
    상기 절연형 PLC 모뎀의 제1 전원부에 인접하여 설치되며, 상기 데이터집중장치와 상기 절연형 PLC 모뎀 간에 서지(Surge) 또는 노이즈(Noise)가 상호 전파되는 것을 차단하도록, 상기 데이터집중장치(DCU)의 제2 전원부에서 공급된 동작전원을 절연 상태에서 변환하여 상기 제1 전원부에 입력함으로써, 상기 절연형 PLC 모뎀의 제1 전원부와 상기 데이터집중장치의 제2 전원부를 전기적으로 분리시키는 절연형 DC/DC 컨버터; 및
    상기 PLC 모뎀의 PLC 칩에 인접하여 설치되며, 상기 데이터집중장치와 상기 절연형 PLC 모뎀 간에 서지(Surge) 또는 노이즈(Noise)가 상호 전파되는 것을 차단하도록, 상기 PLC 칩과 MII(Media Independent Interface) 방식으로 통신하고, 상기 데이터집중장치(DCU)의 네트워크 스위치와 Ethernet 방식으로 통신함으로써, 상기 절연형 PLC 모뎀의 PLC 칩과 상기 데이터집중장치의 네트워크 스위치를 전기적으로 분리시키는 절연형 I/O 드라이버를 포함하고,
    상기 절연형 I/O 드라이버는,
    상기 절연형 PLC 모뎀의 PLC칩과 제1 인터페이스로 연결되는 Ethernet PHY 칩 및 상기 데이터집중장치의 네트워크 스위치와 제2 인터페이스로 연결되는 Ethernet Transformer를 구비하고,
    상기 제1 인터페이스는 MII(Media Independent Interface) 방식이고, 상기 제2 인터페이스는 Ethernet 방식인 것을 특징으로 하는 절연형 PLC 모뎀.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 절연형 DC/DC 컨버터는,
    상기 데이터집중장치(DCU)의 제2 전원부에서 생성된 직류(DC) 동작전원(VDD)을 인가받아 이를 직류(DC) 출력전압(V_ISO)으로 변환시켜 상기 제1 전원부로 인가하는 트랜스포머(Transformer) 및 절연 컨버터 드라이버 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 절연형 PLC 모뎀.
  4. 삭제
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007511957A (ja) * 2003-11-12 2007-05-10 アソカ ユーエスエー コーポレーション 仮想的な電力線ローカルエリアネットワークシステムとその方法
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