KR102126216B1 - 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치 - Google Patents

임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치에 관한 것으로, 이는 통신 선로를 통해 전송되는 통신 신호를 커플링하여 입력 신호를 획득하는 신호 커플링부; 상기 통신 선로에 삽입되는 종단 저항을 가변시키는 종단저항 가변부; 및 상기 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압을 추출 및 분석하여, 상기 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압을 추동하도록 상기 종단저항 가변부를 동작 제어하는 종단저항 제어부를 포함할 수 있다.

Description

임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치{Communication device for power equipment device having impedance matching function}
본 발명은 전력 설비 장치용 통신 장치에 관한 것으로, 특히 통신 상황에 따라 종단 저항을 능동적으로 가변할 수 있는 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치에 관한 것이다.
에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)과 수배전반과 같은 전력 설비 장치는 생산된 전기를 저장했다가 전력이 필요할 시 공급하여 전력 사용 효율을 향상시키는 장치이다.
이와 같은 전력 설비 장치를 통신 중계기 내의 UPS(무정전 전원 장치)나 태양광발전 시스템(PV System)과 연동하여 사용하기 위해서는, 이들 장치와의 원활한 통신이 필수적이다.
한편, 임피던스 정합 (Impedance Matching)은 서로 다른 두 개의 통신 장치가 신호를 송수신하는 경우, 신호 손실이 없도록 임피던스를 같게 하는 것으로, 전송선로에서의 전력 손실을 최소로 하여, 부하로 최대 전력 전달이 되게 하고, 최대 전력 취급 능력의 확대하고, 잡음 영향을 최소화하고, 주파수 특성을 선형화하는 등의 목적으로 이용된다.
이는 통신 라인에 소정의 저항을 가지는 종단 저항을 연결시키는 방식으로 주로 수행되는 데, 종래에서는 사람이 납땜 등을 통해 직접 통신(전송) 케이블의 종단이 되는 점에 점퍼선 등으로 연결하는 방식을 이용하였다.
그러나 이러한 경우, 사람이 직접 종단 저항을 연결하기 때문에 잘못된 위치에 삽입하거나, 종단 저항이 부적절한 저항값을 가지게 되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한 통신 장치의 노후화, 주변 환경 등에 따라 통신 라인 자체의 임피던스가 수시 가변될 수 있으나, 종래와 같이 종단 저항이 고정값을 가지게 되는 경우, 이러한 통신 환경 변화에 능동적으로 대처하지 못하게 되는 문제가 발생하게 된다.
국내공개특허 제10-2010-0055263호(공개일자 :　2010.05.26)
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 통신 라인을 통해 전송되는 통신 신호의 하이레벨 구간 평균 전압을 기반으로 최적의 종단 저항값을 파악 및 설정할 수 있도록 하는 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치를 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 통신 선로를 통해 전송되는 통신 신호를 커플링하여 입력 신호를 획득하는 신호 커플링부; 상기 통신 선로에 삽입되는 종단 저항을 가변시키는 종단저항 가변부; 및 상기 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압을 추출 및 분석하여, 상기 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압을 추동하도록 상기 종단저항 가변부를 동작 제어하는 종단저항 제어부를 포함하는 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치를 제공한다.
상기 종단저항 가변부는 상기 통신 선로에 직렬 구조로 삽입된 다수의 저항; 및 상기 저항 각각의 바이패스 경로를 형성하며, 제1 신호값 입력시에는 상기 저항을 거쳐 상기 신호를 전송하고, 제2 신호값 입력시에는 상기 바이패스 경로를 통해 상기 신호를 전송하는 다수의 릴레이 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 종단저항 제어부는 상기 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압 보다 작으면 상기 제1 신호값의 출력 개수를 순차 증가시키고, 상기 하이레벨 구간 평균 전압이 상기 기준 전압 보다 크면 상기 제2 신호값의 출력 개수를 순차 증가시키는 것을 특징으로 한다.
반면, 상기 종단저항 가변부는 상기 통신 선로에 병렬 구조로 삽입된 다수의 저항; 및 상기 저항 각각의 바이패스 경로를 형성하며, 제1 신호값 입력시에는 상기 저항을 거쳐 상기 신호를 전송하고, 제2 신호값 입력시에는 상기 바이패스 경로를 통해 상기 신호를 전송하는 다수의 릴레이 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 경우, 상기 종단저항 제어부는 상기 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압이 기준 전압 보다 크면 상기 제1 신호값의 출력 개수를 순차 감소시키고, 상기 하이레벨 구간 평균 전압이 기준 전압 보다 작으면 상기 제2 신호값의 출력 개수를 순차 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 통신 라인을 통해 전송되는 통신 신호의 하이레벨 구간 평균 전압을 기반으로 최적의 종단 저항값을 파악 및 설정할 수 있도록 함으로써, 보다 신뢰성 있는 신호 전송을 보장할 수 있도록 한다.
또한 최소한의 회로 구성을 통해 종단 저항 가변 동작을 수행할 수 있도록 함으로써, 구현 비용이 최소화될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 종단 저항과 통신 라인의 임피던스의 불일치 여부에 따른 신호 왜곡 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 종단저항 가변부의 상세 구성도이다.
도 4는 도 3의 종단저항 가변부를 이용한 종단 저항 가변 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 종단저항 가변부의 상세 구성도이다.
도 6은 도 5의 종단저항 가변부를 이용한 종단 저항 가변 방법을 설명하기 위한 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 통신 장치(100)는 제1 통신 장치(210)과 제2 통신 장치(220)간에 연결된 통신 선로(L)를 통해 전송되는 통신 신호를 커플링하여 입력 신호를 획득하는 신호 커플링부(110), 통신 선로(L)에 삽입되는 종단 저항을 가변시키는 종단저항 가변부(120), 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압을 추출 및 분석하여, 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압을 추동하도록 종단저항 가변부(120)를 동작 제어하는 종단저항 제어부(130) 등을 포함할 수 있다.
참고로, 통신 거리가 멀거나 통신 속도가 빠른 경우에는 반사파 및 노이즈에 의한 신호 왜곡이 발생하기 때문에, 통신 라인 종단에는 임피던스 정합을 위한 저항이 삽입된다.
만약, 종단 저항과 통신 라인의 임피던스가 불일치하면 통신 신호의 파형은 도 2에서와 같이 변화하게 된다.
먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 종단 저항과 통신 라인의 임피던스가 일치하는 경우에는, 입력 신호에 신호 왜곡이 발생하지 않아 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압(Vhigh)이 기 설정된 기준 전압(Vref)과 일치하게 된다(Vhigh = Vref, Vhigh =(Vt1 + Vt2 + Vt3) /3).
그러나 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 종단 저항이 통신라인 임피던스보다 작아지면, 반송파 또는 노이즈에 의해 입력 신호 일부가 손실되어 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압(Vhigh)이 기 설정된 기준 전압(Vref) 보다 작아지게 된다(Vhigh < Vref).
그리고 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 종단 저항이 통신라인 임피던스보다 커지면, 반사파 또는 노이즈에 의해 입력 신호 중 일부가 오버슈팅되고, 그 결과 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압(Vhigh)이 기 설정된 기준 전압(Vref) 보다 커지게 된다(Vhigh > Vref).
이에 본 발명에서는 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압을 이용하여 종단 저항의 적절성을 확인하고, 이를 기반으로 통신 라인에 인가되는 종단 저항을 능동 조정함으로써, 임피던스 불일치로 인한 신호 왜곡이 발생하는 것을 사전에 방지하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 종단저항 가변부의 상세 구성도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 종단저항 가변부(120)는 통신 선로(L)에 직렬 구조로 삽입된 다수의 저항(R1~R3), 다수의 저항(R1~R3) 각각의 바이패스 경로를 형성하고, 제1 신호값 입력시에는 저항을 거쳐 통신 신호를 전송하고, 제2 신호값 입력시에는 바이패스 경로를 통해 통신 신호를 전송하는 다수의 릴레이 소자(Relay1~Relay3) 등을 포함할 수 있다. 이때의 다수의 저항(R1~R3)는 동일 저항값을 가질 수 있으나, 필요한 경우 서로 상이한 저항값을 가질 수도 있음은 물론 당연하다.
이하, 도 4를 참고하여 도 3의 종단저항 가변부를 이용한 종단 저항 가변 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 신호 커플링부(110)가 통신 선로(L)를 통해 전송되는 신호를 커플링하여 입력 신호를 획득한다.
그러면 종단저항 제어부(130)는 입력 신호의 하이레벨 구간을 감지하고, 하이레벨 구간의 전압을 여러 번에 거쳐 반복 측정한 후, 이의 평균값을 획득하도록 한다. 즉, 하이레벨 구간 평균 전압을 추출하도록 한다.
그리고 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압 보다 작으면, 제1 신호값(예를 들어, H)의 출력 개수를 순차 증가시킨다.
그러면, 저항을 거쳐 신호를 전송하는 릴레이 소자의 개수가 순차 증가하고, 그 결과 통신라인에 삽입되는 종단 저항도 "R1", "R1+R2", "R1+R2+R3" 순으로 순차 증가하게 된다.
만약, 이러한 종단 저항 가변 동작을 수행하는 도중에 하이레벨 구간 평균 전압이 기준 전압과 동일해지면, 종단저항 제어부(130)는 종단 저항과 통신 라인의 임피던스가 일치되었다고 판단한 후 현재의 제어 상태를 유지함으로써, 통신 라인에 종단 저항값도 현재 상태를 유지하도록 한다.
이와 동일한 방식으로 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압 보다 크면, 제2 신호값(예를 들어, L)의 출력 개수를 순차 증가시킨다.
그러면, 저항을 거쳐 신호를 전송하는 릴레이 소자의 개수가 순차 감소하고, 바이패스 경로를 통해 신호를 전송하는 릴레이 소자의 개수가 순차 증가하게 되고, 그 결과 통신라인에 삽입되는 종단 저항도 "R1+R2+R3", "R1+R2", "R1" 순으로 순차 감소하게 된다.
이러한 경우에도 종단 저항 가변 동작을 수행하는 도중에 하이레벨 구간 평균 전압이 기준 전압과 동일해지면, 종단저항 제어부(130)는 종단 저항과 통신 라인의 임피던스가 일치되었다고 판단한 후 현재의 제어 상태를 유지함으로써, 통신 라인에 종단 저항값도 현재 상태를 유지하도록 한다.
이와 같이, 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압이 기준 전압간을 비교하여 임피던스 정합 여부를 확인하고, 임피던스 정합 결과에 따라 종단 저항값을 능동적으로 가변시켜 줄 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 종단저항 가변부의 상세 구성도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 종단저항 가변부(120')는 통신 선로(L)에 병렬 구조로 삽입된 다수의 저항(R1~R3), 다수의 저항(R1~R3) 각각의 바이패스 경로를 형성하고, 제1 신호값 입력시에는 저항을 거쳐 신호를 전송하고, 제2 신호값 입력시에는 바이패스 경로를 통해 신호를 전송하는 다수의 릴레이 소자(Relay1~Relay3) 등을 포함할 수 있다.
이하, 도 6을 참고하여 도 5의 종단저항 가변부를 이용한 종단 저항 가변 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 신호 커플링부(110)가 통신 선로(L)를 통해 전송되는 신호를 커플링하여 입력 신호를 획득하고, 종단저항 제어부(130')는 이의 하이레벨 구간 평균 전압을 추출한 후 기 설정된 기준 전압과 비교하도록 한다.
만약, 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압 보다 작으면, 제1 신호값의 출력 개수를 순차 감소시켜, 저항을 거쳐 신호를 전송하는 릴레이 소자의 개수가 순차 증가하도록 한다.
그러면, 통신라인에 병렬 연결되는 저항의 개수가 감소하고, 그 결과 합성 저항이 순차 증가하도록 한다. 즉, 종단 저항이 "R1+R2+R3/R1+R2+R3", "R1+R2/R1+R2", "R1" 순으로 순차 증가하게 된다.
반면, 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압 보다 크면, 제1 신호값의 출력 개수를 순차 감소시키고, 제2 신호값의 출력 개수를 순차 증가시켜, 저항을 거쳐 신호를 전송하는 릴레이 소자의 개수가 순차 감소하고, 바이패스 경로를 통해 신호를 전송하는 릴레이 소자의 개수가 순차 증가하도록 한다.
그 결과, 통신라인에 병렬 연결되는 저항의 개수가 증가하고, 그 결과 합성 저항이 순차 감소하도록 한다. 즉, 종단 저항이 "R1", "R1+R2/R1+R2", "R1+R2+R3/R1+R2+R3" 순으로 순차 감소하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 저항을 직렬 또는 병렬 연결시킨 후, 이들의 연결 구조를 능동 제어함으로써, 통신 라인에 삽입되는 종단 저항값이 능동 가변되도록 한다.
또한, 상기의 설명에서는 저항을 직렬 또는 병렬 연결시키는 경우에 한하여 설명하였지만, 필요한 경우에는 저항을 직병렬 구조로 혼합 연결시킨 후, 이들의 연결 구조를 조정함으로써 종단 저항값을 능동 가변시킬 수도 있음은 물론 당연할 것이다.
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 (5)

  1. 통신 선로를 통해 전송되는 통신 신호를 커플링하여 입력 신호를 획득하는 신호 커플링부;
    상기 통신 선로에 직렬 또는 병렬 구조로 삽입된 다수의 저항과 상기 저항 각각의 바이패스 경로를 형성하며, 제1 신호값 입력시에는 상기 저항을 거쳐 상기 신호를 전송하고, 제2 신호값 입력시에는 상기 바이패스 경로를 통해 상기 신호를 전송하는 다수의 릴레이 소자를 포함하여, 상기 통신 선로에 삽입되는 종단 저항을 가변시키는 종단저항 가변부; 및
    상기 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압을 추출 및 분석하여, 상기 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압을 추동하도록 상기 종단저항 가변부를 동작 제어하는 종단저항 제어부를 포함하며,
    상기 종단저항 제어부는
    상기 다수의 저항이 상기 통신 선로에 직렬 구조로 삽입된 경우에는 상기 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압이 기 설정된 기준 전압 보다 작으면 상기 제1 신호값의 출력 개수를 순차 증가시키고, 상기 하이레벨 구간 평균 전압이 상기 기준 전압 보다 크면 상기 제2 신호값의 출력 개수를 순차 증가시키고,
    상기 다수의 저항이 상기 통신 선로에 병렬 구조로 삽입된 경우에는 상기 입력 신호의 하이레벨 구간 평균 전압이 기준 전압 보다 크면 상기 제1 신호값의 출력 개수를 순차 감소시키고, 상기 하이레벨 구간 평균 전압이 기준 전압 보다 작으면 상기 제2 신호값의 출력 개수를 순차 감소시키는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 기능을 구비한 전력 설비 장치용 통신 장치.
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