KR101975532B1 - Ac 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 이의 ac 전력선 통신 방법 - Google Patents

Ac 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 이의 ac 전력선 통신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 AC 전력선 통신 방법에 관한 것으로, 이는 다수의 슬레이브 장치가 접속된 AC 전력선에 테스트 신호를 전송한 후 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호의 신호 상태를 기반으로 전력선 상태를 확인하는 전력선 상태 체크부; 전력선 상태가 비정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선에 기 설정된 임피던스 값을 가지는 부하를 강제 인가하는 전력선 부하 조정부; 및 전력선 상태가 정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선을 통해 데이터 신호를 송수신하되, 데이터 송신시에는 상기 AC 전력선의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 데이터 신호를 생성 및 전송하는 슬레이브 제어부를 포함할 수 있다.

Description

AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 이의 AC 전력선 통신 방법{Apparatus for slave device based on the AC Power line Communication and method for AC Power line Communication of the same}
본 발명은 AC 전력선 통신 기술에 관한 것으로, 특히 보다 효과적이고 신뢰성있는 AC 전력선 통신이 가능하도록 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 이의 AC 전력선 통신 방법에 관한 것이다.
현대에 이르러 IT, 정보통신분야가 급속하게 발전하면서 종래에 가정, 기업, 공장, 사회간접시스템 등에 이미 구축되어 있는 전력선을 이용하는 통신방법이 많이 개발되는 실정이다.
전력선을 이용하는 통신방법이란 전화선, 또는 UTP 케이블을 이용하지 않고서 기존의 전력선을 이용하는 통신기술로서 가정이나 기업 사무실의 전원 소켓에 전원 케이블을 접속하면 음성, 데이터, 인터넷 등을 고속으로 이용할 수 있는 차세대 초고속정보통신 가입자망 서비스로 텔레비젼, 냉장고, 에어컨 전화, 컴퓨터 등 가정, 기업의 모든 정보기기를 연결시킬 수 있는 시스템이다. 즉, 전력을 필요로 하는 모든 전자, 전기기구들을 전력선 하나로 통신을 가능하게 만드는 것이다.
전력선 기술이 보편화 된다면 현재까지 케이블 텔레비젼, 전화선, 광통신망 등으로 복잡하게 다원화되어있던 데이터 전송경로가 전력선 단 하나로 통합되게 된다. 그러므로 복잡하던 배선에서 벗어나서 간단한 구조로 보다 쉽게 통신 이용이 가능하며, 또한 기존의 전력선에 전원과 통신 데이터를 분배하는 모뎀이나 시스템 등 별도의 외부 장치만 구축하면 되므로 새롭게 전력선 또는 통신선을 설치할 필요가 없으므로 선로를 구축하는 비용을 절감할 수 있다.
전력선을 이용하는 통신 시스템과 관련한 선행기술로 예를 들면, 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0446188호에 기기의 기본 특성에 전혀 영향을 미치지 않고 노이즈를 발생시키지 않으며, 타 기기의 전원에 대한 영향을 미치지 않으면서 원하는 정보를 특별한 데이터 전송 라인을 사용하지 않고 폐회로로 구성된 전력선을 이용하여 데이터의 송수신을 하고자 한 것으로, 가전제품 등 데이터 양이 적어서 1200BPS 정도의 저속으로도 제
어 가능한 형광등의 조광신호전송, 에어컨 실외기의 제어 등 산업용 기기에 저렴하고 간단한 회로 구성으로 데이터 통신을 가능하게 하는 제로크로스 직후의 낮은 전압부분에서의 위상제어를 이용한 폐회로 전력선 데이터 통신이 개시되어 있다.
그러나 상기의 선행기술은 트라이악 회로를 이용하여 전송하는 AC 위상의 제어는 오직 제로크로스 이후에만 페이스 컷이 가능하기에 오직 1200BPS 이하의 속도로만 통신이 가능하여 많은 제어가 필요한 부분에서는 속도가 느려서 사용이 어려운 문제점이 있다.
또한 AC 전력선의 상태는 다양한 외부 요인에 의해 수시 가변되며, 최악의 경우에는 AC 전력선 상태에 따라 신호 전송이 불가능한 문제가 발생하나, 이러한 문제를 해결하기 위한 기술이 아직 제안되지 못하고 있다.
특허공보 등록번호 제10-0446188호(등록일자 : 2004.08.19.)
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 AC 전력선의 양단 전압이 기 설정값 이상인 구간에서만 데이터를 송신할 수 있도록 함으로써, 신호 왜곡율을 최소화하고 보다 높은 통신 속도를 확보할 수 있도록 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 이의 AC 전력선 통신 방법를 제공하고자 한다.
그리고 AC 전력선 상태를 체크한 후 적정 부하를 인가함으로써, 보다 신뢰성 있는 데이터 전송이 가능하도록 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 이의 AC 전력선 통신 방법를 제공하고자 한다.
또한 AC 전력선 통신을 수행하지 않는 경우, 슬레이브 제어 장치에 의해 불필요한 전력 손실이 발생하는 것을 사전 방지할 수 있도록 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치 및 이의 AC 전력선 통신 방법를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 , 다수의 슬레이브 장치가 접속된 AC 전력선에 테스트 신호를 전송한 후 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호의 신호 상태를 기반으로 전력선 상태를 확인하는 전력선 상태 체크부; 전력선 상태가 비정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선에 기 설정된 임피던스 값을 가지는 부하를 강제 인가하는 전력선 부하 조정부; 및 전력선 상태가 정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선을 통해 데이터 신호를 송수신하되, 데이터 송신시에는 상기 AC 전력선의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 데이터 신호를 생성 및 전송하는 슬레이브 제어부를 포함하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치를 제공한다.
상기 전력선 상태 체크부는 상기 피드백 신호의 신호 패턴과 기 설정된 신호 패턴을 비교한 후, 신호 패턴 유사도가 기 설정값 이상이면 전력선 상태가 정상 상태라고 판단하고, 그렇지 않으면 전력선 상태가 비정상 상태라고 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전력선 상태 체크부는 상기 피드백 신호에 기준치 이상의 노이즈 성분이 포함되면, 상기 AC 전력선에 캐패시터 성분이 인가되는 상태라고 판단하고, 상기 피드백 신호에 노이즈 성분만이 포함되면 상기 AC 전력선이 무부하 상태로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력선 부하 조정부는 상기 AC 전력선의 제1 라인과 제2 라인 사이에 연결된 적어도 하나의 부하; 및 상기 부하 각각에 병렬 연결되어, 상기 전력선 상태 체크부의 제어하에 상기 AC 전력선에 인가하는 부하 임피던스를 가변하는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전력선 부하 조정부는 상기 AC 전력선의 제1 라인과 제2 라인 사이에 연결되어, 상기 전력선 상태 체크부의 제어하에 임피던스 값이 가변되는 가변 부하; 및 상기 가변 부하에 병렬 연결되어, 상기 전력선 상태가 비정상 상태일 때 상기 가변 부하를 상기 AC 전력선에 인가하는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전력선 상태 체크부는 전력선 상태가 비정상 상태이면, 턴 오프되는 트랜지스터 개수 또는 가변 부하의 임피던스값을 순차적으로 증가시키면서 전력선 상태가 정상 상태로 변화되는 지 확인한 후, 전력선 상태가 정상 상태로 변화되는 시점의 제어값을 유지하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬레이브 제어부는 상기 AC 전력선을 통해 데이터 신호를 전송하는 데이터 송신부; 상기 AC 전력선을 통해 전송되는 상기 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나의 데이터 신호를 수신하는 데이터 수신부; 상기 AC 전력선의 양단 전압을 센싱하는 전압 센싱부; 및 데이터 수신시에는 상기 데이터 수신부를 통해 수신된 데이터 신호에 상응하는 작업을 수행하되, 데이터 송신시에는 상기 AC 전력선의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 상기 데이터 송신부를 통해 상기 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나에 데이터를 송신하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 송신부는 상기 AC 전력선의 전력 입력단에 연결된 드레인과 접지에 연결된 소스를 구비하는 제1 스위치; 상기 AC 전력선의 전력 출력단에 연결된 드레인과 접지에 연결된 소스를 구비하는 제2 스위치; 상기 제1 및 제2 스위치의 게이트와 접지 사이에 위치하는 캐패시터; 구동 전압과 접지 사이에 연결되어, 데이터 신호의 신호값에 따라 상기 제1 및 제2 스위치의 게이트에 인가되는 전압 값을 달리하는 제3 스위치; 및 상기 제1 및 제2 스위치에 병렬 연결되며, AC 전력선 통신 미 수행시에 턴온되어 상기 전력 입력단과 상기 전력 출력단의 바이패스 경로를 형성하는 릴레이 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 MCU는 상기 다수의 슬레이브 장치 중 하나가 통신 대상 장치로 결정되면, 상기 통신 대상 장치에 대응되는 통신 시작 명령 및 어드레스 코드를 전송하여 상기 통신 대상 장치를 동작 활성화시킨 후, 제어 명령을 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나에 테스트 신호를 전송한 후 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호의 신호 상태를 기반으로 전력선 상태를 확인하는 단계; 전력선 상태가 비정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선에 기 설정된 임피던스 값을 가지는 부하를 강제 인가하는 단계; 및 전력선 상태가 정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선을 통해 데이터 신호를 송수신하되, 데이터 송신시에는 상기 AC 전력선의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 데이터 신호를 생성 및 전송하는 단계를 포함하는 AC 전력선 통신 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 AC 전력선의 양단 전압이 기 설정값 이상인 구간에서만 데이터를 송신할 수 있도록 함으로써, 신호 왜곡율을 최소화하고 보다 높은 통신 속도를 확보할 수 있도록 한다.
그리고 AC 전력선 상태를 체크한 후 적정 부하를 인가함으로써, 캐패시터 성분이 인가되거나, 슬레이브 장치 보다 전원 오프된 상태에서도 신뢰성있는 데이터 전송이 가능하도록 한다.
또한 슬레이브 제어 장치AC 전력선 통신을 수행하지 않는 경우, 전력 손실을 최소화할 수 있는 바이패스 경로를 추가로 제공함으로써, 슬레이브 제어 장치에 의해 불필요한 전력 손실이 발생하는 것을 사전 방지할 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 전력선 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 제어 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 제어 장치의 슬레이브 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 제어 장치의 데이터 송신부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 부하 조정부들의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 제어 장치의 데이터 수신부를 도시한 도면이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 전력선 통신 방법을 도시한 도면이다.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 전력선 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 AC 전력선 통신 시스템은 마스터 장치, 즉 슬레이브 제어 장치(100) 및 다수의 슬레이브 장치(200)로 구성되며, AC 전력선을 통해 전력 뿐 아니라 각종 데이터를 송수신할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명에서는 AC 전력선 통신을 수행하는 경우, AC 전원의 전압이 낮은 구간에서는 신호 왜곡율이 증가하며 높은 구간에서는 신호 왜곡율이 낮아지는 특징이 있음을 고려하여, 도 2에서와 같이 AC 전력선을 통해 전달되는 AC 전원의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 데이터 신호를 전송할 수 있도록 한다.
예를 들어, AC 전력선을 통해 310V의 AC 전원이 전달되는 경우, 본 발명은 AC 전력선의 양단 전압이 150V 이상의 구간에서만 데이터를 전송하도록 함으로써, 신호 왜곡율이 최소화될 수 있도록 한다.
그리고 종래의 기술에서는 제로크로스 직후에만 1 비트의 데이터를 전송할 수 있도록 하나, 본 발명에서는 150V 이상 구간을 통해 여러 비트의 데이터를 동시에 전송할 수 있도록 함으로써, 통신 속도가 보다 획기적으로 향상될 수 있도록 한다.
더하여 AC 전력선 통신의 경우, AC 전력선에 어떠한 상태의 부하가 연결되어 있는지 모르며, 또한 이러한 부하도 수시로 변한다는 특징이 있다.
보다 상세하게는 AC 전력선에는 슬레이브 장치(200)에 의한 캐패시터 성분이 인가되거나, 모든 슬레이브 장치(200)가 전원 오프 상태가 되어 AC 전력선이 무부하 상태가 될 수 있으며, 이들 상태에 따라 신호 왜곡이 발생하게 된다.
만약, AC 전력선이 정상상태에서 도 3의 (a)와 같은 신호 패턴을 가지는 신호를 전송하면, 수신측은 도 3의 (b)와 같이 원 신호와 동일한 신호 패턴을 가지는 신호를 수신하게 된다. 그러나 AC 전력선에 캐패시터 성분이 인가된 상태에서는 도 3의 (c)와 같이 노이즈 성분이 포함된 신호를 수신하게 되고, AC 전력선이 무부하 상태에서는 도 3의 (d)와 같이 노이즈 성분만을 가지는 피드백 신호를 수신하게 된다.
이에 본 발명에서는 슬레이브 제어 장치(100)에서는 테스트 모드를 통해 전력선 상태를 사전 체크한 후, 사전 체크된 전력선 상태에 따라 전력선에 인가되는 부하량을 조정함으로써, AC 전력선이 항상 정상 상태에 해당하는 부하를 가지도록 해준다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 제어 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 슬레이브 제어 장치(100)은 전력선 상태 체크부(110), 전력선 부하 조정부(120), 및 슬레이브 제어부(130) 등을 포함한다.
전력선 상태 체크부(110)는 다수의 슬레이브 장치(200)가 접속된 AC 전력선에 테스트 신호를 전송한 후, 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나가 이에 응답하여 전송하는 피드백 신호의 상태를 기반으로 전력선 상태를 확인하도록 한다.
즉, 피드백 신호의 신호 패턴과 기 설정된 신호 패턴을 비교하여 신호 패턴 유사도를 산출한 후, 신호 패턴 유사도가 기 설정값(예를 들어, 90%) 이상이면 전력선 상태가 정상 상태라고 판단하고, 그렇지 않으면 전력선 상태가 비정상 상태라고 판단하도록 한다. 또한 신호 패턴 유사도가 기 설정값(예를 들어, 90%) 보다 작으면 캐패시터 성분 인가 상태라고 판단하고, 노이즈 성분만이 검출되면 무부하 상태라고 판단함으로써, 전력선 비정상 상태를 다시 캐패시터 성분 인가 상태와 무부하 상태로 구분할 수도 있도록 한다.
전력선 부하 조정부(120)는 현재 전력선 상태가 캐패시터 성분 인가 상태이면, 캐패시터 성분을 상쇄할 수 있는 임피던스 값을 가지는 부하를 AC 전력선에 강제 인가하고, 무부하 상태이면 슬레이브 장치 하나에 상응하는 임피던스 값을 가지는 부하를 AC 전력선에 강제 인가하도록 한다.
슬레이브 제어부(130)는 전력선 상태가 정상 상태임이 확인되면, AC 전력선을 통해 데이터 신호를 송수신하되, 데이터 송신시에는 AC 전력선의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 데이터 신호를 전송하도록 한다.
더하여, 슬레이브 제어부(130)는 다수의 슬레이브 장치 중 하나가 통신 대상 장치로 결정되면, 해당 슬레이브 장치에 대응되는 통신 시작 명령 및 어드레스 코드를 우선 전송하여 해당 슬레이브 장치를 동작 활성화시킨 후, 슬레이브 장치의 동작 제어값 등을 포함하는 각종 제어 명령을 전송하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 슬레이브 제어부(130)는 데이터 송신부(131), 데이터 수신부(132), 전압 센싱부(133), 및 MCU(Micro Controller Unit)(134) 등을 포함할 수 있다.
데이터 송신부(131)는 MCU(134)로부터 출력되는 데이터 신호를 AC 전력선에 인가하도록 한다.
데이터 수신부(132)는 다수의 슬레이브 장치(200) 중 적어도 하나가 AC 전력선을 통해 전송되는 데이터 신호를 수신한 후, MCU(134)가 인식 가능한 신호 형태로 복조하여 MCU(134)에 제공하도록 한다.
전압 센싱부(133)는 AC 전력선의 양단 전압을 센싱한 후 MCU(134)에 통보하도록 한다.
MCU(134)는 슬레이브 장치 제어 프로그램을 구비하고, 이를 기반으로 다수의 슬레이브 장치(200) 각각의 동작을 원격 제어하거나, 다수의 슬레이브 장치(200) 각각이 요청하는 작업을 수행하도록 한다.
특히, 본 발명의 MCU(134)는 AC 전력선을 통해 데이터를 송수신하되, 데이터 송신시에는 AC 전력선의 양단 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 데이터 송신부(131)를 통해 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나에 데이터를 송신되도록 함으로써, AC 전력선을 통해 송수신되는 데이터 신호의 왜곡 가능성이 최소화되도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 6의 (a)을 참고하면, 본 발명의 데이터 송신부(131)는 AC 전력선의 두 개 라인 중 어느 하나에 연결되며, 이는 전력 입력단에 연결된 드레인과 접지에 연결된 소스를 구비하는 제1 스위치(Q1), 전력 출력단에 연결된 드레인과 접지에 연결된 소스를 구비하는 제2 스위치(Q2), 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 게이트와 접지 사이에 위치하는 캐패시터(C1), 구동 전압(VDD)과 접지 사이에 연결되어, 데이터 신호에 따라 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 게이트에 인가되는 전압 값을 달리하는 제3 스위치(Q3) 등을 포함할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)는 FET, Transistor, IGBT 등과 같은 반도체 스위칭 소자로 구현되고, 제3 스위치(Q3)는 포토 커플러 등의 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있다.
이는 데이터 신호(data)가 H 레벨 값을 가지면, 제3 스위치(Q3)는 턴 오프되어 구동 전압(VDD)이 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 게이트에 인가되게 된다. 그러면 게이트 전압이 접지 전압 보다 높아져, 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2) 모두 턴 온되고, 전력 입력단의 AC 전원이 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2)를 거쳐 전력 출력단으로 전송되게 된다.
반면, 데이터 신호(data)가 L 레벨 값을 가지면, 제3 스위치(Q3)가 턴 온되어 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 게이트 전압이 턴 온된 제3 스위치(Q3)에 의해 전압 강하된다. 이에 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2) 모두 턴 오프되고, AC 전원의 전송이 차단된다.
이와 같이, 본 발명의 데이터 송신부(131)는 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)가 데이터 신호(data)의 신호 값에 따라 AC 전력 전송 여부를 고속 제어하도록 함으로써, AC 전력선에 여러 비트의 데이터 신호가 인가될 수 있도록 한다.
다만, AC 전력선 통신이 미 수행되는 경우에는 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)가 AC 전원을 별도의 전력 손실 없이 전송할 수 있어야 하는 데, 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 턴 온 저항에 의해 소정의 전력 손실이 발생하는 문제가 있다.
즉, 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)의 턴 온 저항이 완벽한 제로(zero) 저항이 되지 못하여, 턴 온 저항에 의한 발열이 발생하여 AC 전력이 소정량 손실되는 문제가 발생한다. 예를 들어, 기계식 스위치의 접점 저항은 2~3mohm이고, FET 및 IGBT의 턴 온 저항은 높은 내압으로 인해 2~10 ohm일 수 있다.
이에 본 발명은 도 6의 (b)와 같이 구성되는 데이터 송신부(131)를 추가적으로 제안하여, 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)에 의해 AC 전력 전송 효율이 저하되는 것이 최소화할 수 있도록 한다.
도 6의 (b)을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 송신부(131)는 전력 입력단과 전력 출력단 사이에 위치되는 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2), 데이터 신호에 따라 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)를 동작 제어하는 제3 스위치(Q3) 이외에, 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)에 병렬 연결되어, AC 전력선 통신을 수행하는 않는 경우에는 전력 입력단과 전력 출력단의 바이패스 경로를 형성하는 릴레이 소자(RY)를 더 포함하도록 한다.
즉, AC 전력선 통신을 수행하는 경우에는 릴레이 소자(RY)가 턴 오프되어 AC 전력이 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)를 포함하는 제1 경로를 통해 전송되며, 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)는 자신의 스위칭 동작을 통해 데이터 신호가 AC 전력에 인가되도록 하되, AC 전력선 통신을 수행하지 않는 경우에는 릴레이 소자(RY)가 턴 온되어, AC 전력이 릴레이 소자(RY)를 포함하는 제2 경로를 통해 수신측에 그대로 전송될 수 있도록 한다.
도 7 및 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 부하 조정부들의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력선 부하 조정부(120)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
만약, 전력선 상태 체크부(110)가 전력선 정상 상태 여부만을 구분할 수 있다면, 전력선 부하 조정부(120)는 도 7의 (a)와 같이 구현될 수 있다. 즉, AC 전력선의 제1라인(AC_H)과 제2 라인(AC_N) 사이에 연결된 부하(Z), 부하(Z)에 병렬 되어, 전력선 비정상 상태일 때 턴 오프되는 트랜지스터(TR)를 포함하여 구현될 수 있다.
반면, 전력선 상태 체크부(110)가 전력선 비정상 상태를 캐패시터 인가 상태와 무부하 상태로 구분하여 체크할 수 있다면, 전력선 부하 조정부(120)는 도 7의 (b)와 같이 구현될 수 있다. 즉, AC 전력선의 제1라인(AC_H)과 제2 라인(AC_N) 사이에 직렬 연결되며, 서로 상이한 임피던스 값을 가지는 제1 및 제2 부하(Z1, Z2), 제1 부하(Z1)와 제2 부하(Z2) 각각에 병렬 연결되어, 캐패시터 인가 상태이면, 제1 부하(Z1)가 AC 전력선에 병렬 연결되고, 무부하 상태이면 제2 부하(Z2)가 AC 전력선에 병렬 연결되도록 하는 제1 및 제2 트랜지스터(TR1,TR2)를 포함하여 구현될 수 있다.
더하여, 전력선에 인가된 캐패시터 성분에 따라 AC 전력선에 인가되는 부하임피던스 값 또한 가변할 수 있도록 한다.
전력선 부하 조정부(120)는 도 8의 (a)와 같이, AC 전력선의 제1라인(AC_H)과 제2 라인(AC_N) 사이에 연결되어, 전력선 상태 체크부(110)의 제어하에 임피던스 값이 가변되는 가변 부하(VZ), 가변 부하(VZ)에 병렬 되어, 전력선 비정상 상태일 때 턴 오프되는 트랜지스터(TR)를 포함하여 구현될 수 있다.
또 다르게는 도 8의 (a)와 같이, AC 전력선의 제1라인(AC_H)과 제2 라인(AC_N) 사이에 직렬 연결되며, 동일한 임피던스 값을 가지는 n개의 부하(Z1~Zn), n개의 부하(Z1~Zn) 각각에 병렬 연결되어, 전력선 상태 체크부(110)의 제어하에 턴 오프 개수가 가변되는 n개의 트랜지스터(TR1~TRn)로 구현될 수 있다.
이를 위해, 전력선 상태 체크부(110)는 전력선 상태 체크 동작을 수행하면서, 전력선 비정상 상태가 확인되면 가변 부하(VZ)의 임피던스값 또는 턴 오프되는 트랜지스터(TR1~TRn) 개수를 순차 증가시켜 AC 전력선에 인가되는 부하 임피던스가 점차적으로 증가되도록 한다. 부하 임피던스 조정 동작에 의해 전력선 상태가 정상 상태로 변화되면, 전력선 상태 체크부(110)는 해당 시점의 제어값을 획득 및 저장함으로써, 해당 시점의 부하 임피던스가 AC 전력선 통신을 수행하는 동안 AC 전력선에 계속적으로 인가될 수 있도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 슬레이브 장치(200)는 데이터 송신부(210), 데이터 수신부(220), MCU(230) 및 LED 조명(240) 등을 포함할 수 있다.
데이터 수신부(220)는 슬레이브 제어 장치(100) 중 적어도 하나가 AC 전력선을 통해 전송하는 데이터 신호를 수신 및 전압 강하한 후, MCU(230)가 인식 가능한 신호 형태로 복조하여 출력하도록 한다.
데이터 송신부(210)는 MCU(230)로부터 출력되는 데이터 신호를 변조 및 승압하여 AC 전력선에 인가하도록 한다. 이는 슬레이브 제어 장치(100)의 데이터 송신부(131)와 동일하게 구현될 수 있으나, 필요한 경우 LED 조명(240) 또는 슬레이브 장치(200)의 전원을 기 설정된 통신 포맷에 따른 펄스로 온/오프하여 AC 전력선의 양단에 인가되는 부하를 가변하거나, 또는 AC 전력선의 양단에 병렬 연결되는 하나의 트랜지스터를 구비하고, 이 트랜지스터를 통해 AC 전력선 양단을 숏트(short)시켜 부하를 거는 방식으로 구현될 수도 있도록 한다.
그러면, 슬레이브 제어 장치(100)의 데이터 수신부(132)는 도 10에서와 같이 전류 센서를 통해서 슬레이브 장치(200)의 부하에 따라 가변되는 파형을 검출함으로써, 슬레이브 장치(200)의 송신 신호를 수신할 수 있게 된다. 또한 이와 같이, 데이터 수신부(132)가 전류 센서 기반으로 구현되는 경우, 데이터 수신부(132)는 슬레이브 장치에 의해 소비되는 전류 출력을 모니터링하는 기능도 추가적으로 수행할 수 있게 된다.
MCU(230)는 슬레이브 장치(100)와의 통신을 통해 LED 조명을 동작 제어할 수 있도록 하는 슬레이브 제어 프로그램을 구비하고, 이를 기반으로 슬레이브 장치(100)와의 통신을 수행하고, LED 조명을 동작 제어하도록 한다.
특히, 본 발명의 MCU(230)는 슬레이브 장치(100)로부터 테스터 신호를 수신하면, 기 설정된 신호 패턴을 가지는 피드백 신호를 생성 및 전송하도록 한다. 그리고 동작 대기 모드에서 자신에 대응되는 통신 시작 명령 및 어드레스 코드를 수신하면, 동작 활성화 모드로 진입한 후 슬레이브 장치(100)가 제공하는 각종 제어 명령에 따라 LED 조명을 동작 제어하도록 한다.
상기의 설명에서는 설명의 편이를 위해, 슬레이브 장치(200)가 조명 장치인 경우를 일례로 들어 설명하였지만, 실제의 적용예에서는 마스터-슬레이브 제어 방식을 가지는 모든 종류의 장치가 슬레이브 장치로 적용될 수 있음을 물론 당연할 것이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 전력선 통신 방법을 도시한 도면이다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 슬레이브 제어 장치(100)는 AC 전력선 통신 수행전에 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나에 테스트 신호를 전송한 후 피드백 신호를 수신하고, 피드백 신호의 신호 상태를 기반으로 전력선 상태를 확인하는 단계(S1). 전력선 상태가 비정상 상태임이 확인되면(S2), AC 전력선에 기 설정된 임피던스 값을 가지는 부하를 강제 인가하는 단계(S3), 전력선 상태가 정상 상태임이 확인되면(S2), 데이터 송신 구간에서는(S4), AC 전력선의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 데이터 신호를 생성 및 전송하는 단계(S5,S6), 데이터 수신 구간에서는(S4)에서는 슬레이브 장치가 전송하는 데이터 신호를 수신하고, 이에 해당하는 작업을 수행하는 단계(S7) 등을 포함할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 다수의 슬레이브 장치가 접속된 AC 전력선에 테스트 신호를 전송한 후 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호의 신호 상태를 기반으로 전력선 상태를 확인하는 전력선 상태 체크부;
    전력선 상태가 비정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선에 기 설정된 임피던스 값을 가지는 부하를 강제 인가하는 전력선 부하 조정부; 및
    전력선 상태가 정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선을 통해 데이터 신호를 송수신하되, 데이터 송신시에는 상기 AC 전력선의 전압이 최대 전압의 30% 이상인 구간에서만 n(n은 2 이상의 자연수) 비트의 데이터 신호를 생성 및 전송하는 슬레이브 제어부를 포함하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력선 상태 체크부는
    상기 피드백 신호의 신호 패턴과 기 설정된 신호 패턴을 비교한 후, 신호 패턴 유사도가 기 설정값 이상이면 전력선 상태가 정상 상태라고 판단하고, 그렇지 않으면 전력선 상태가 비정상 상태라고 판단하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전력선 상태 체크부는
    상기 피드백 신호에 기준치 이상의 노이즈 성분이 포함되면, 상기 AC 전력선에 캐패시터 성분이 인가되는 상태라고 판단하고, 상기 피드백 신호에 노이즈 성분만이 포함되면 상기 AC 전력선이 무부하 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전력선 부하 조정부는
    상기 AC 전력선의 제1 라인과 제2 라인 사이에 연결된 적어도 하나의 부하; 및
    상기 부하 각각에 병렬 연결되어, 상기 전력선 상태 체크부의 제어하에 상기 AC 전력선에 인가하는 부하 임피던스를 가변하는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전력선 부하 조정부는
    상기 AC 전력선의 제1 라인과 제2 라인 사이에 연결되어, 상기 전력선 상태 체크부의 제어하에 임피던스 값이 가변되는 가변 부하; 및
    상기 가변 부하에 병렬 연결되어, 상기 전력선 상태가 비정상 상태일 때 상기 가변 부하를 상기 AC 전력선에 인가하는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전력선 상태 체크부는
    전력선 상태가 비정상 상태이면, 턴 오프되는 트랜지스터 개수 또는 가변 부하의 임피던스값을 순차적으로 증가시키면서 전력선 상태가 정상 상태로 변화되는 지 확인한 후, 전력선 상태가 정상 상태로 변화되는 시점의 제어값을 유지하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 슬레이브 제어부는
    상기 AC 전력선을 통해 데이터 신호를 전송하는 데이터 송신부;
    상기 AC 전력선을 통해 전송되는 상기 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나의 데이터 신호를 수신하는 데이터 수신부;
    상기 AC 전력선의 양단 전압을 센싱하는 전압 센싱부; 및
    데이터 수신시에는 상기 데이터 수신부를 통해 수신된 데이터 신호에 상응하는 작업을 수행하되, 데이터 송신시에는 상기 AC 전력선의 전압이 기 설정 값 이상인 구간에서만 상기 데이터 송신부를 통해 상기 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나에 데이터를 송신하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 데이터 송신부는
    상기 AC 전력선의 전력 입력단에 연결된 드레인과 접지에 연결된 소스를 구비하는 제1 스위치;
    상기 AC 전력선의 전력 출력단에 연결된 드레인과 접지에 연결된 소스를 구비하는 제2 스위치;
    상기 제1 및 제2 스위치의 게이트와 접지 사이에 위치하는 캐패시터;
    구동 전압과 접지 사이에 연결되어, 데이터 신호의 신호값에 따라 상기 제1 및 제2 스위치의 게이트에 인가되는 전압 값을 달리하는 제3 스위치; 및
    상기 제1 및 제2 스위치에 병렬 연결되며, AC 전력선 통신 미 수행시에 턴온되어 상기 전력 입력단과 상기 전력 출력단의 바이패스 경로를 형성하는 릴레이 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 MCU는
    상기 다수의 슬레이브 장치 중 하나가 통신 대상 장치로 결정되면, 상기 통신 대상 장치에 대응되는 통신 시작 명령 및 어드레스 코드를 전송하여 상기 통신 대상 장치를 동작 활성화시킨 후, 제어 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 AC 전력선 통신 기반 슬레이브 제어 장치.
  10. AC 전력선을 통해 다수의 슬레이브 장치를 동작 제어하는 슬레이브 제어 장치의 AC 전력선 통신 방법에 있어서,
    상기 다수의 슬레이브 장치 중 적어도 하나에 테스트 신호를 전송한 후 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호의 신호 상태를 기반으로 전력선 상태를 확인하는 단계;
    전력선 상태가 비정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선에 기 설정된 임피던스 값을 가지는 부하를 강제 인가하는 단계; 및
    전력선 상태가 정상 상태임이 확인되면, 상기 AC 전력선을 통해 데이터 신호를 송수신하되, 데이터 송신시에는 상기 AC 전력선의 전압이 최대 전압의 30% 이상인 구간에서만 n(n은 2 이상의 자연수) 비트의 데이터 신호를 생성 및 전송하는 단계를 포함하는 AC 전력선 통신 방법.
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