KR102055393B1

KR102055393B1 - 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템

Info

Publication number: KR102055393B1
Application number: KR1020170124268A
Authority: KR
Inventors: 고관수
Original assignee: 고관수
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-12-16
Also published as: KR20190024496A

Abstract

본 발명은 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제어기와 전자기기 간 또는 다수의 전자기기 간에 양방향으로 동작을 제어할 수 있게 하는 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템은, 상용 전원에 전력선을 통해 연결되는 제어기;
상기 제어기에 전력선을 통해 연결되는 1개 이상의 전자기기 전원입력부; 및
상기 전력선에 구비되어 제어기의 제어에 의해 전압을 일부 드롭시켜 전자기기 전원입력부에 출력하는 전압 드롭퍼; 를 포함하고,
상기 제어기와 전자기기 전원입력부는 전력선을 통해 데이터를 송수신하되,
상기 제어기는 논리신호로 전압을 송신하고 전류를 수신하며, 상기 전자기기 전원입력부는 논리신호로 전류를 송신하고 전압을 수신하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템 {ELECTRONIC DEVICE BI-DIRECTIONAL CONTROL SYSTEM USING POWER LINE}

본 발명은 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제어기와 전자기기 간 또는 다수의 전자기기 간에 양방향으로 동작을 제어할 수 있게 하는 제어시스템에 관한 것이다.

근래 IoT(Internet of Things) 시장이 성장하면서 많은 전자기기가 유무선으로 원격 제어되고 있다.

따라서 각각의 전자기기에 제어를 위한 복수의 고가회로와 프로그램이 추가되면서 전자기기의 단가 상승이 요인이 된다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 전력선의 전압에 직접 디지털 신호를 실어 보내거나 또는 신호 왜곡과 에러를 줄이기 위해 전압 오프(off) 구간을 만들어 상용전원이 없는 시간 즉, 무전압시간인 데드타입(Dead Time)에 디지털 신호를 전송하는 단방향 혹은 양방향 통신방식들이 다양하게 제안되고 있다.

그러나 이와 같은 전력선 이용한 제어방식은 전력선 환경에 따라서 신호의 왜곡이 생길 수 있어 불안정하거나 혹은 타 전자기기와 병렬로 구성된 부하구조에서는 적용의 한계가 있다.

한편, 선행특허 등록번호 제10-1708656호에는 전력선을 이용하여 제어 데이터 등을 송수신할 수 있도록 된 전력선을 이용한 통신장치와, 이러한 통신장치를 이용하여 엘이디 조명을 효율적으로 제어할 수 있도록 된 LED 조명시스템에 관해 개시하고 있다.

이 LED 조명시스템은 상용 전원에 전력선을 통해 결합되는 1개 이상의 제어장치와, 상기 각 제어장치에 전력선을 통해 결합되는 1개 이상의 LED 조명장치 및, 상기 제어장치와 통신을 실행하는 관리장치를 포함하여 구성되고, 상기 제어장치와 LED 조명장치는 전력선을 이용하여 데이터를 송수신하며, 제어장치로부터 LED 조명장치로의 데이터 전송은 브로드캐스팅 방식으로 실행되고, LED 조명장치로부터 제어장치로의 데이터 전송은 폴링방식으로 실행되는 것을 특징으로 한다.

그런데 상기 선행특허는 전원 전압이 영교차점으로부터 하강하거나 상승하는 구간에 데이터를 송신(수신)하거나 수신(송신)하는 것으로, 반주기에 한 개의 로직만 전송 가능하고 데이터 송수신시 스위칭 구동에 의해 구동 전류가 완전 차단(off)되므로 특히 off->on되는 시점에서 전압과도 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

등록번호 제10-1708656호(공고일자 2017년03월08일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반주기에 한 개가 아닌 다수의 로직을 전송할 수 있고 제어기의 마스터 MCU와 다수 전자기기의 슬레이브 MCU 간에 양방향 통신을 할 수 있으며 모든 영역에서 데이터를 전송할 수 있고 전압변동이 적은 제어방식(전압 드롭 방식)에 따라 전압과도 현상을 줄일 수 있는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 구간의 영향을 거의 받지 않고 고속으로 로직을 전송할 수 있으며 로직이 규칙적인 주파수를 가져 노이즈나 저주파 왜곡의 영향에 대한 에러를 최소화할 수 있는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템은, 상용 전원에 전력선을 통해 연결되는 제어기;

상기 제어기에 전력선을 통해 연결되는 1개 이상의 전자기기 전원입력부; 및

상기 전력선에 구비되어 제어기의 제어에 의해 전압을 일부 드롭시켜 전자기기 전원입력부에 출력하는 전압 드롭퍼; 를 포함하고,

상기 제어기와 전자기기 전원입력부는 전력선을 통해 데이터를 송수신하되,

상기 제어기는 논리신호로 전압을 송신하고 전류를 수신하며, 상기 전자기기 전원입력부는 논리신호로 전류를 송신하고 전압을 수신하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기는 전압 드롭퍼의 출력전압을 피드백해서 송신이 가능한 시점을 판단하고 이를 통해 전자기기를 제어하기 위한 명령을 논리신호 하이(high) 또는 로우(low)의 제어신호로 생성하여 전압 드롭퍼에 출력하며,

상기 전자기기 전원입력부는 전압 드롭퍼의 출력전압을 모니터링하고, 이 출력전압으로 논리신호를 인식하여 전자기기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기기 전원입력부는 더미(dummy) 전류를 중첩시켜 제어기에 전송하거나, 전류 드롭을 발생시켜 제어기에 전송하고,

상기 제어기는 전압 드롭퍼의 온(on) 시간의 양단 전류를 감지하여 전자기기 전원입력부에서 전송한 논리신호를 인식하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기는 상기 전압 드롭퍼 온(on) 시간에 전압 드롭퍼 양단의 전류를 감지하는 부하전류 감지부와,

상기 전압 드롭퍼 오프(off) 시간에 저항 양단의 전압 드롭분 감지하는 출력전압 감지부와,

마스터 MCU의 논리신호를 수신하는 경우 상기 전압 드롭퍼를 구동하는 게이트 제어기와,

상기 논리신호를 생성하여 게이트 제어기에 출력하고, 상기 부하전류 감지부의 감지 전류를 분석해 전자기기 전원입력부로부터 받은 로직을 인식하며, 상기 출력전압 감지부에서 출력되는 전압으로 전송 로직을 확인하는 마스터 MCU를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기에 전류센서가 더 구비되어 전자기기 전원입력부에서 제어기로 송신되는 전류를 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기기 전원입력부는 마스터 MCU에 로직을 전송하기 위한 전류를 순간적으로 드롭하는 전류 드롭퍼와,

상기 전압 드롭퍼의 출력전압을 감지하고 분석해 로직을 수신하고 이를 통해 전자기기를 제어하며, 상기 전류 드롭퍼를 구동하여 전류 드롭을 발생시켜 로직을 전송하며, 전류로 로직을 전송할 때 전류신호의 피드백을 통해 전송 로직 오류를 분석하고 에러가 확인되면 재전송하는 슬레이브 MCU를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기기 전원입력부는 마스터 MCU에 로직을 전송하기 위한 로직을 전송하기 위한 전류를 증폭하는 전류 부스터와,

상기 전압 드롭퍼의 출력전압을 감지하고 분석해 로직을 수신하고 이를 통해 전자기기를 제어하며, 상기 전류 부스터를 구동하여 더미 전류를 증폭시켜 로직을 전송하며, 전류로 로직을 전송할 때 전류신호의 피드백을 통해 전송 로직 오류를 분석하고 에러가 확인되면 재전송하는 슬레이브 MCU를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 전압 드롭퍼는 전압 강하를 일으키는 것으로 병렬 연결되는 2개의 다이오드, 저항 중 어느 하나와, 상기 제어기의 제어에 의해 on되거나 off되는 온/오프수단이 병렬 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 반주기에 한 개가 아닌 다수의 로직을 전송할 수 있고 제어기의 마스터 MCU와 다수 전자기기의 슬레이브 MCU 간에 양방향 통신을 할 수 있으며 모든 영역에서 데이터 전송이 가능하고 전압 드롭 방식으로 상대적으로 전압변동이 적어 전압과도 현상을 줄일 수 있다.

또한, 구간의 영향을 거의 받지 않고 고속으로 로직을 전송할 수 있으며 로직이 규칙적인 주파수를 가져 노이즈나 저주파 왜곡의 영향에 대한 에러를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 제어시스템에서 마스터 MCU의 데이터송신 타이밍차트를 보여주는 일 예이다.
도 3은 도 1의 제어시스템에서 마스터 MCU의 데이터송신 타이밍차트를 보여주는 다른 예이다.
도 4는 도 1의 제어시스템에서 슬레이브 MCU의 데이터송신 타이밍차트이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템의 구성도이다.
도 6은 도 5의 제어시스템에서 슬레이브 MCU의 데이터송신 타이밍차트이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어기를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 드롭퍼를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다자간 제어시스템의 개념도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템은, 전력선과 연결되어 상기 전력선으로부터 상용 교류전원을 공급받는 제어기와 전자기기를 양방향으로 제어하기 위한 시스템으로서, 제어기(100), 송수신장치(110), 전압 드롭퍼(120) 및 전자기기 전원입력부(210)를 포함하여 구성된다.

상기 전압 드롭퍼(120)는 전력선에 구비되고 병렬 연결된 2개의 다이오드(D1,D2)와 온/오프 수단인 트랜지스터(Q1)가 병렬 연결된 것으로, 제어기(100)로부터 수신한 제어신호에 따라 논리신호 하이(high)인 경우에는 트랜지스터(Q1)가 온(on)되어 전압을 유지하고, 논리신호 로우(low)인 경우에는 트랜지스터(Q1)가 오프(off)되어 다이오드(D2)의 순방향 전압(Vf)만큼 전압의 일부를 드롭(drop)한다.

상기 제어기(100)는 전자기기의 동작을 제어하기 위한 명령 즉, 제어신호를 생성하여 전압 드롭퍼(120)에 출력한다.

즉, 상기 제어기(100)는 언제든 입력전압 레벨 데이터 전송을 위해 전송을 시도하고, 이때 전압 드롭퍼(120)의 출력전압을 피드백하여 송신 가능 시점을 판단하며, 그 송신 가능 시점에서 논리신호 하이나 로우의 제어신호를 생성하여 전압 드롭퍼(120)에 출력한다.

이때, 전자기기 전원입력부(210)는 상기 전압 드롭퍼(120)의 동작(출력전압)을 모니터링하고, 이 출력전압으로 논리신호를 인식하여 전자기기를 제어한다.

상기 전자기기 전원입력부(210)는 전압 드롭퍼(120)가 온 상태인 경우에는 논리신호 하이로 인식하고, 오프 상태인 경우에는 논리신호 로우로 인식하여 동작을 수행한다.

본 발명에서 상기 전압 드롭퍼(120)의 트랜지스터(Q1)로 트라이악(TRIAC)을 예를 들어 설명하였으나, SSR(Solid State, Relay), FET, TR 등 다양한 전자부품을 활용하여 온/오프 수단과 유사한 성능을 구현할 수 있다.

또한, 전압 드롭 방식 대신에 논리신호 로우인 경우에 전압을 모두 컷오프(cut-off)할 수도 있다.

상기 제어기(100)는 입력전압 감지부(102), 게이트 제어기(103), 출력전압 감지부(104), 부하전류 감지부(105) 및 마스터 MCU(101)를 포함하여 구성된다.

입력전압 감지부(102)는 전력선을 통해 전압 드롭퍼(120)에 입력되는 교류전압을 검출하여 마스터 MCU(101)에 출력한다.

상기 마스터 MCU(101)는 제어신호(논리신호)를 생성하여 게이트 제어기(103)에 출력한다.

게이트 제어기(103)는 상기 논리신호를 수신하면 전력선에 삽입된 전압 드롭퍼(120)의 구동을 통해 해당 전자기기 전원입력부(210)에 전력선 통신으로 로직을 송신한다.

상기 부하전류 감지부(105)는 전압 드롭퍼 온(on) 시간에 전압 드롭퍼(120) 양단의 전류를 감지하여 마스터 MCU(101)에 출력하고, 상기 마스터 MCU(101)는 부하전류 감지부(105)의 감지 전류를 분석해 전자기기 전원입력부(210)로부터 전송받은 로직을 후술하는 송수신장치(110)에 전력선 통신으로 전송한다.

상기 출력전압 감지부(104)는 전압 드롭퍼 온(on) 시간 즉, 트랜지스터(Q1) on시에 드레인과 소스간의 저항값인 Rdson 저항 양단의 전압을 감지하고 특히 off시에 전압 드롭분을 감지하여 마스터 MCU(101)에 출력하고, 마스터 MCU(101)는 이를 통해 전자기기 전원입력부(210)로 전송되는 전송 로직을 확인한다.

결국, 상기 제어기(100)는 on시에 트랜지스터(Q1)를 통해 전원입력부(210)로부터의 전류를 피드백받는다.

상기 송수신장치(110)는 전자기기의 동작을 제어하기 위한 명령을 송수신하는 것으로, 송수신장치(110)의 명령은 제어기(100)나 전자기기 전원입력부(210)에 보내진다.

상기 송수신장치(110)는 예를 들어 제어기(100)와 근거리 통신하는 리모컨으로 구성될 수도 있고, 무선(예를 들어 와이파이나, 블루투스 등) 방식이나 유선(예를 들어 RS-232, RS-485 등) 방식으로 명령을 다양한 방식으로 송수신할 수 있게 구성할 수도 있다.

상기 제어기(100)의 마스터 MCU(101)는 송수신장치(110)로부터 받은 명령으로 전압 드롭퍼(120)를 구동시켜 전자기기 전원입력부(210)에 로직을 전송하고, 이때 상기 출력전압 감지부(104)를 통해 전송 로직을 항상 확인한다.

이를 통해 전송불가 영역과 전송 에러를 바로 감지하여 전송 로직을 재전송할 수 있고 전송영역(구간)을 더 크게 할 수 있다.

다음 전자기기 전원입력부(210)는 슬레이브 MCU(211), 정류부(212,213), 전류 부스터, 정전류 제어기(214) 및 트랜지스터(Q1)를 포함하여 구성된다.

정류부(212,213)는 브리지 회로로 이루어지며 교류전원을 전파정류한다.

전류 부스터는 제어기(100)의 마스터 MCU(101)에 로직을 전송하기 위한 전류를 증폭하고, 정전류 제어기(214)는 전압의 대소에 관계없이 증폭된 전류가 항상 일정하게 흐르도록 제어하며, 트랜지스터(Q2)는 상기 정류부(212)의 후단에 병렬로 연결되어 정전류 부스팅 신호를 준다.

슬레이브 MCU(211)는 상기 전압 드롭퍼(120)의 출력전압 즉, 전자기기 입력전압의 순간 전압강하와 상승 그리고 주파수를 감지하고 분석해, 로직을 수신받고 이를 통해 전자기기를 제어한다.

이때 로직의 논리신호가 하이 또는 로우 상태가 지속되면 여러 개의 신호로 인식할 수도 있고, 또는 시간에 관계없이 하나의 로직으로 판단할 수 있다.

또한, 마스터 MCU(101)의 요구 또는 슬레이브 MCU(211)의 셀프 오퍼레이션으로 로직을 전송하고자 할 때, 상기 전류 부스터를 구동하여 더미(dummy) 전류를 중첩시켜 로직을 제어기(100)에 전송한다.

또한, 상기 전류로 제어기(100)에 로직을 전송할 때 전류신호의 피드백을 통해 전송 로직 오류를 분석하고 에러가 확인되면 재전송한다.

상기 슬레이브 MCU(211)는 미도시된 정류부와 SMPS를 통해 전자기기에 연결되어 해당 전자기기를 제어한다.

이와 같은 일 실시예의 제어시스템에서 출력전압 감지부(104)와 부하전류 감지부(105)와 같은 신호피드백부와 일부 전압을 드롭하는 전압 드롭퍼(120)의 구성에 의해, 영전압 감지와 CT 없이도 전력선을 통한 양방향 제어를 구현할 수 있고, 입력전압 감지부(102)를 필요에 따라 선택적으로 구성할 수 있다.

또한, 슬레이브 MCU(211)에서 출력전압의 감지를 판단하고 전류 부스터에 의해 데이터를 전송한다.

도 2는 도 1의 제어시스템에서 마스터 MCU의 데이터송신 타이밍차트를 보여주는 일 예이다.

제1파형은 전력선을 통해 전압 드롭퍼(120)에 입력되는 전압이 상용 교류전압인 것을 나타낸다.

제2파형은 슬레이브 MCU의 인식능력 범위에서 전자기기 제어를 위해 논리신호 하이나 로우를 전압 드롭퍼(120)에 출력하는 것 즉, 전압 드롭퍼 제어 신호를 나타낸다.

이때 첫 번째 논리신호는 하이, 로우, 하이, 하이, 하이, 로우, 로우, 하이로 이루어진 것을 보여준다.

여기서 평상시 전압 드롭퍼(120)는 온 상태이고, 로직 송신시작 신호를 먼저 보내고 다음 전자기기의 어드레스와 명령을 송신하는 바, 이는 전압 드롭 제어를 최소화하기 위한 것이다.

제3파형은 전압 드롭퍼(120)의 출력전압 파형으로서, 모든 영역에서 과도 동작을 최소화할 수 있는 전압 드롭 방식으로 로직을 전송하는 것을 나타낸다.

제4파형은 슬레이브 MCU(211)에서 상기 출력전압 파형의 변화를 분석하여 인식한 로직이 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1의 8비트인 것을 나타내고 이에 따라 슬레이브 MCU(211)는 해당 전자기기를 제어하여 상호 간에 규정한 다양한 기능을 수행한다.

도 3은 도 1의 제어시스템에서 마스터 MCU의 데이터송신 타이밍차트를 보여주는 다른 예이다.

제2파형은 마스터 MCU(101)에서 슬레이브 MCU의 인식능력 범위에서 전자기기 제어를 위해 논리신호 하이나 로우를 전압 드롭퍼(120)에 출력하는 것 즉, 전압 드롭퍼 제어 신호를 나타낸다.

제3파형은 전압 드롭퍼(120)의 출력전압 파형으로서, 모든 영역에서 스위치 오프 방식으로 로직을 전송하는 것을 나타낸다.

즉, 도 2와 도 3은 제3파형만 다른 것으로, 메인은 도 2의 제3파형인 전압 드롭 방식이다.

도 4는 도 1의 제어시스템에서 슬레이브 MCU의 데이터송신 타이밍차트이다.

제1파형은 전자기기 전원입력부(210)에서 전파정류된 전압을 나타낸다.

제2파형은 마스터 MCU에 대한 응답이나 다른 전자기기 제어를 위해 논리신호 하이나 로우를 트랜지스터(Q2)에 출력하는 것, 트랜지스터 제어 신호를 나타낸다.

제3파형은 트랜지스터(Q2)의 드레인 전류 파형을 나타낸다.

제4파형은 슬레이브 MCU(211)의 기본 전류 파형을 나타낸다.

제5파형은 더미(dummy) 전류를 더하는(중첩하는) 방식으로, 상기 트랜지스터(Q2)의 드레인 전류가 슬레이브 MCU(211)의 기본 전류에 중첩되어 로직을 전송하는 것을 보여준다.

이 방식으로 과도동작을 최소화할 수 있다.

제6파형은 마스터 MCU(101)에서 인식한 로직이 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1인 것을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템의 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템은, 전력선과 연결되어 상기 전력선으로부터 상용 교류전원을 공급받는 제어기와 전자기기를 양방향으로 제어하기 위한 시스템으로서, 제어기(100), 송수신장치(110), 전압 드롭퍼(120) 및 전자기기 전원입력부(220)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 제어기(100)는 언제든 입력전압 레벨 데이터를 전송을 위해 전송을 시도하고, 이때 전압드롭퍼의 출력전압을 피드백하여 송신 가능 시점을 판단하며, 그 송신 가능 시점에서 논리신호 하이나 로우의 제어신호를 생성하여 전압 드롭퍼(120)에 출력한다.

이때, 전자기기 전원입력부(220)는 상기 전압 드롭퍼(120)의 출력전압을 모니터링하고, 이 출력전압으로 논리신호를 인식하여 전자기기를 제어한다.

상기 전자기기 전원입력부(220)는 전압 드롭퍼(120)가 온 상태인 경우에는 논리신호 하이로 인식하고, 오프 상태인 경우에는 논리신호 로우로 인식하여 동작을 수행한다.

본 발명에서 상기 전압 드롭퍼(120)의 트랜지스터(Q1)로 트라이악(TRIAC)을 예를 들어 설명하였으나, SSR(Solid State, Relay), FET, TR 등 다양한 전자부품을 활용하여 on/off수단과 유사한 성능을 구현할 수 있다.

또한, 논리신호 로우인 경우에 전압을 모두 컷오프(cut-off)할 수도 있다.

게이트 제어기(103)는 상기 논리신호를 수신하면 전력선에 삽입된 전압 드롭퍼(120)의 구동을 통해 해당 전자기기 전원입력부(220)로 로직을 송신한다.

상기 부하전류 감지부(105)는 전압 드롭퍼 온(on) 시간에 전압 드롭퍼(120) 양단의 전류를 감지하여 마스터 MCU(101)에 출력하고, 상기 마스터 MCU(101)는 부하전류 감지부(105)의 감지 전류를 분석해 전자기기 전원입력부(210)로부터 전송받은 로직을 후술하는 송수신장치(110)에 전송한다.

상기 제어기(100)는 on시에 트랜지스터(Q1)를 통해 전원입력부(220)로부터의 전류를 피드백받는다.

상기 송수신장치(110)는 전자기기의 동작을 제어하기 위한 명령을 송수신하는 것으로, 송수신장치(110)의 명령은 제어기(100)나 전자기기 전원입력부(220)에 보내진다.

상기 제어기(100)의 마스터 MCU(101)는 송수신장치(110)로부터 받은 명령으로 전압 드롭퍼(120)를 구동시켜 전자기기 전원입력부(220)에 로직을 전송하고, 이때 상기 출력전압 감지부(104)를 통해 전송 로직을 항상 확인한다.

또한, 전자기기 전원입력부(220)는 슬레이브 MCU(221), 정류부(222,223), 트랜지스터(Q3) 및 전류 드롭퍼를 포함하여 구성될 수 있다.

정류부(222,223)는 브리지 회로로 이루어지며 전력선의 교류전원을 전파정류한다.

전류 드롭퍼는 제어기(100)의 마스터 MCU(101)에 로직을 전송하기 위한 전류를 순간적으로 드롭(전류 딥(dip))하고, 트랜지스터(Q3)는 상기 정류부(222)의 후단에 직렬로 연결되어 입력전원을 순간 off하여 전류 드롭을 발생한다.

슬레이브 MCU(221)는 상기 전압 드롭퍼(120)의 출력전압 즉, 전자기기 입력전압의 순간 전압강하와 상승 그리고 주파수를 감지하고 분석해 로직을 수신받고 이를 통해 전자기기를 제어한다.

또한, 마스터 MCU(101)의 요구 또는 슬레이브 MCU(221)의 셀프 오퍼레이션으로 로직을 전송하고자 할 때, 상기 전류 드롭퍼를 구동하여 전류 드롭을 발생시켜 로직을 전송한다.

또한, 상기 전류로 로직을 전송할 때 전류신호의 피드백을 통해 전송 로직 오류를 분석하고 에러가 확인되면 재전송한다.

이를 통해 전송불가 영역과 전송 에러를 바로 감지하여 전송로직을 재전송할 수 있고 전송영역(구간)을 더 크게 할 수 있다.

상기 슬레이브 MCU(221)는 미도시된 정류부와 SMPS를 통해 전자기기에 연결되어 해당 전자기기를 제어한다.

여기서 상기 트랜지스터(Q3)는 정류부(222)의 전단에 직렬로 연결될 수도 있고, 도면에서 예를 든 MOSFET 소자 이외에 다른 소자로도 구현할 수 있다.

이와 같은 다른 실시예의 제어시스템에서 출력전압 감지부(104)와 부하전류 감지부(105)와 같은 신호피드백부와 일부 전압을 드롭하는 전압 드롭퍼(120)의 구성에 의해, 영전압 감지와 CT 없이도 전력선을 통한 양방향 제어를 구현할 수 있고, 입력전압 감지부(102)를 필요에 따라 선택적으로 구성할 수 있다.

또한, 슬레이브 MCU(211)에서 출력전압의 감지를 판단하고 전류 드롭퍼에 의해 데이터를 전송한다.

도 5의 제어시스템에서 마스터 MCU의 데이터송신 타이밍차트는 도 2 및 도 3와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 약한다.

도 6은 도 5의 제어시스템에서 슬레이브 MCU의 데이터송신 타이밍차트이다.

제2파형은 마스터 MCU의 응답이나 다른 전자기기 제어를 위해 논리신호 하이나 로우를 트랜지스터(Q3)에 출력하는 것, 트랜지스터 제어 신호를 나타낸다.

제3파형은 전류 컷오프 방식으로, 정류부(221)에 직렬로 연결된 트랜지스터(Q3)의 순간 오프를 통해 입력전원을 차단해 입력단 전류 딥(dip: 순간 강하)을 발생시켜 로직을 전송하는 것을 보여준다.

제4파형은 단일의 전자기기로부터 입력된 전류에 대해 마스터 MCU(101)에서 감지한 전류를 나타낸다.

제5파형은 다수의 전자기기로부터 입력된 전류에 대해 마스터 MCU(101)에서 감지한 전류를 나타내는 것으로, 다수의 전자기기가 동일한 전류 파형을 가질 경우 마스터 MCU(101)의 전류감지는 해당 전류만큼의 전류 딥을 발생한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어기를 나타내는 도면으로서, 도 1이나 도 5에 나타낸 제어기와 다른 점은 전류센서로 변류기(CT)가 더 구비될 수 있다는 점이다.

즉, 본 발명은 상기 전류센서 없이도 구현이 가능하다.

상기 전류센서인 변류기(CT)는 전력선에 구비되어 전류를 감지하고, 이를 부하전류 감지부(105)에 출력한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 드롭퍼를 나타내는 도면이다.

도 1과 도 5에 나타낸 병렬 연결된 다이오드(D1,D2) 대신에 저항(R)을 구비하고 이 저항(R)과 on/off 수단인 트랜지스터(Q1)를 병렬 연결하여 전압 드롭퍼(120)를 구성함으로써, 상기 저항(R)에 의한 전압 강하로 전압 드롭 방식을 구현할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 실시예 따른 다자간 제어시스템의 개념도이다.

상술한 방식으로 다자간 양방향 통신(제어)을 할 수 있어 한 전자기기의 슬레이브 MCU에서 다른 전자기기의 슬레이브 MCU 제어가 가능하고, 이때 마스터 MCU(101)를 경유하여 제어를 하게 된다.

이를 위해 슬레이브 MCU(211,221,231,241)는 필요한 정보를 저장하고, 마스터 MCU(101)의 요구시 데이터를 전송하거나 능동적인 설계에 따라 정해진 때 데이터를 전송할 수도 있다.

또한, 하나의 마스터 MCU(101)에서 다수의 전자기기를 동시에 제어할 수도 있다.

여기서 더 확장하여 도 1과 도 5의 제어시스템으로 이루어지는 그룹이 다수인 경우, 그룹별로 해당 그룹에 속해있는 마스터 MCU와 슬레이브 MCU들을 그룹 차원에서 총괄적으로 제어하는 그룹 마스터 MCU를 두어, 그룹 마스터 MCU 간의 양방향 통신으로 다른 그룹에 속해있는 전자기기를 양방향으로 제어할 수도 있다.

이상에서의 로직이 규칙적인 주파수를 가지도록 하여 노이즈나 저주파 왜곡의 영향을 줄일 수도 있으나, 불규칙적인 주파수를 가지게 할 수도 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100: 제어기 101: 마스터 MCU
110: 송수신장치 120: 전압 드롭퍼
210,220: 전자기기 전원입력부 211,221: 슬레이브 MCU

Claims

상용 전원에 전력선을 통해 연결되는 제어기;
상기 제어기에 전력선을 통해 연결되는 1개 이상의 전자기기 전원입력부;
상기 전력선에 구비되어 제어기의 제어에 의해 전압을 일부 드롭시켜 전자기기 전원입력부에 출력하는 전압 드롭퍼; 및
전자기기의 동작을 제어하기 위한 명령을 송수신하는 것으로, 상기 제어기나 전자기기 전원입력부에 명령을 보내는 송수신장치; 를 포함하고,
상기 제어기와 전자기기 전원입력부는 전력선 통신을 통해 데이터를 송수신하되, 상기 제어기는 논리신호로 전압을 송신하고 전류를 수신하며, 상기 전자기기 전원입력부는 논리신호로 전류를 송신하고 전압을 수신하고,
상기 제어기는 전압 드롭퍼의 출력전압을 피드백해서 송신이 가능한 시점을 판단하고 이를 통해 전자기기를 제어하기 위한 명령을 논리신호 하이(high) 또는 로우(low)의 제어신호로 생성하여 전압 드롭퍼에 출력하며, 그 전압 드롭퍼의 온(on) 시간의 양단 전류를 감지하여 전자기기 전원입력부에서 전송한 논리신호를 인식하며,
상기 전자기기 전원입력부는 전압 드롭퍼의 출력전압을 모니터링하고, 이 출력전압으로 논리신호를 인식하여 전자기기를 제어하며, 더미(dummy) 전류를 중첩시켜 제어기에 전송하거나 전류 드롭을 발생시켜 제어기에 전송하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템.
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제1항에 있어서,
상기 제어기는 전압 드롭퍼 온(on) 시간에 전압 드롭퍼 양단의 전류를 감지하는 부하전류 감지부와,
상기 전압 드롭퍼 오프(off) 시간에 저항 양단의 전압 드롭분 감지하는 출력전압 감지부와,
마스터 MCU의 논리신호를 수신하는 경우 상기 전압 드롭퍼를 구동하는 게이트 제어기와,
상기 논리신호를 생성하여 게이트 제어기에 출력하고, 상기 부하전류 감지부의 감지 전류를 분석해 전자기기 전원입력부로부터 받은 로직을 인식하며, 상기 출력전압 감지부에서 출력되는 전압으로 전송 로직을 확인하는 마스터 MCU를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템.
제4항에 있어서,
상기 제어기에 전류센서가 더 구비되어 전자기기 전원입력부에서 제어기로 송신되는 전류를 감지하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 전자기기 전원입력부는 마스터 MCU에 로직을 전송하기 위한 전류를 순간적으로 드롭하는 전류 드롭퍼와,
상기 전압 드롭퍼의 출력전압을 감지하고 분석해 로직을 수신하고 이를 통해 전자기기를 제어하며, 상기 전류 드롭퍼를 구동하여 전류 드롭을 발생시켜 로직을 전송하며, 전류로 로직을 전송할 때 전류신호의 피드백을 통해 전송 로직 오류를 분석하고 에러가 확인되면 재전송하는 슬레이브 MCU를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 전자기기 전원입력부는 마스터 MCU에 로직을 전송하기 위한 로직을 전송하기 위한 전류를 증폭하는 전류 부스터와,
상기 전압 드롭퍼의 출력전압을 감지하고 분석해 로직을 수신하고 이를 통해 전자기기를 제어하며, 상기 전류 부스터를 구동하여 더미 전류를 증폭시켜 로직을 전송하며, 전류로 로직을 전송할 때 전류신호의 피드백을 통해 전송 로직 오류를 분석하고 에러가 확인되면 재전송하는 슬레이브 MCU를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 전압 드롭퍼는 전압 강하를 일으키는 것으로 병렬 연결되는 2개의 다이오드, 저항 중 어느 하나와, 상기 제어기의 제어에 의해 on되거나 off되는 온/오프수단이 병렬 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력선을 이용한 전자기기 양방향 제어시스템.