KR20050055763A - 전력선 통신용 데이터 커플러의 배치 - Google Patents

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Abstract

전력선 및 통신 장치간의 데이터 커플링용 구성요소의 배치가 제시된다. 상기 배치는 제1 권선으로서 전력선 도체를 채용한 유도성 커플러; 상기 유도성 커플러의 제2 권선에 걸쳐 연결되고, 바람직한 주파수 대역내의 한 주파수에서 제2 권선과 공진 회로를 생성하는 커패시터; 및 통신 장치를 상기 제2 권선에 연결하는 임피던스 매칭 변압기를 포함한다. 상기 공진 회로는 상기 바람직한 대역폭에 일치하는 부하시의 Q(loaded Q)를 갖는다. 대안적 배치(alternative arrangement)는 상기 전력선 및 통신 장치 사이의 도전성 실린더와 직렬인 커패시터를 포함하며, 상기 커패시터는 상기 전력선 및 통신 장치 간에 신호를 보내는 동안 전력선 전압을 차단하고, 상기 도전성 실린더는 상기 신호에 대해 저 인덕턴스로서 나타난다.

Description

전력선 통신용 데이터 커플러의 배치{Arrangement of a Data Coupler For Power Line Communications}
본 발명은 전력선 통신에 관한 것이고, 특히 전력선 통신용 데이터 커플러의 구성에 관한 것이다.
전력선 통신용 데이터 커플러는 모뎀과 같은 통신 장치와 전력선 간의 데이터 신호를 커플링한다. 상기 데이터 커플러는 차단 주파수(cutoff frequency)를 나타낸다. 상기 차단 주파수 아래로, 상기 전력선 및 통신 장치간의 커플링 감쇄(attenuation)는 과도해진다. 상기 데이터 커플러는 유도성 커플러 또는 용량성 커플러일 수 있다.
전력선용 유도성 커플러는 이상적으로 상기 통신 장치의 임피던스에 비교될 정도로 큰 임피던스를 갖는 자화 인덕턴스를 가져야만 한다. 상기 자화 인덕턴스가 신호와 병렬이고, 상기 신호에 유도성 부하로 작용하기 때문에, 낮은 자화 인덕턴스는 바람직하지 않다.
용량성 커플러는 전력선, 특히 저전압선에서의 이용에 능률적일 수 있다.
도 1은 전력선 모뎀을 제2 전력선에 연결하는 데 이용될 수 있는 종래의 용량성 커플러의 개략도이다. 명목상 중성선인 전력선(400)은 동축(coax) 커넥터(420)의 차폐 단자(shield terminal)에 연결된다. 명목상 충전된 위상선인 전력선(405)은 퓨즈(415) 및 커패시터(410)를 거쳐 커넥터(420)의 중심 도체 컨택(center conductor contact)에 연결된다. 모뎀(435)은 케이블(430) 및 커넥터(425)를 통해 커넥터(420)에 연결된다. 따라서, 상기 용량성 커플러는 모뎀(435) 및 전력선(400, 405) 사이에 고주파수 신호를 커플링한다.
커패시터(410)의 값은 신호 주파수에서 무시할 만한 리액턴스를 갖기에 충분히 크며, 전력 주파수에서 큰 리액턴스를 갖기에 충분히 작은, 수 나노 패럿이다.
적절한 유전체를 갖는 세라믹 커패시터는 그러한 커플러에 이용될 수 있으며, 메가 헤르쯔 범위의 신호 주파수에 낮은 임피던스를 제공한다. 그러나, 그러한 커패시터를 전력선에 연결하는 리드(lead)는 비교적 길 수 있으며, 신호 주파수에서의 커패시터의 임피던스를 훨씬 초과하는 임피던스를 가질 수 있다.
예를 들어, 저 전압의 랙(rack) 배치는 통상적으로 20센티미터 떨어지게 되며, 상기 길이의 10 AWG 와이어는 30메가헤르쯔에서 거의 40옴(ohm) 또는 0.21 마이크로헨리의 인덕턴스를 갖는다. 상기 용량성 커플러가 가까이 있지 않은 와이어(non-adjacent wire)에 연결될 필요가 있다면, 상기 임피던스는 80 또는 120 옴으로 증가할 수 있다. 전형적인 용량성 커플러가 퓨즈를 필요로 하고, 퓨즈 임피던스가 직렬로 가해짐에 따라, 전체 직렬 유도성 임피던스는 통상적 모뎀의 50옴 임피던스와 비교하여 상당할 수 있다.
도 1은 종래 용량성 커플러의 개략도이다.
도 2는 유도성 커플러용 임피던스 매칭 회로의 개략도이다.
도 3은 저 인덕턴스 리드(lead)를 이용한 용량성 커플러를 구비한 회로를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 나타난 회로의 개략도이다.
전력선 및 통신 장치 간의 데이터 커플링용 구성요소의 배치가 제시된다. 상기 배치는 제1 권선으로서 전력선 도체를 채용하는 유도성 커플러; 상기 유도성 커플러의 제2 권선에 걸쳐 연결되며, 바람직한 주파수 대역 내의 주파수에서 상기 제2 권선과 공진 회로를 형성하는 커패시터; 및 상기 제2 권선으로 통신 장치를 연결하는 임피던스 매칭 변압기를 포함한다. 상기 공진 회로는 상기 바람직한 대역폭에 일치하는 부하시의 Q(loaded Q)를 갖는다.
대안적 배치(alternative arrangement)는 상기 전력선 및 통신 장치 사이의 도전성 실린더와 직렬인 커패시터를 포함하며, 상기 커패시터는 상기 전력선 및 통신 장치 간에 신호를 보내는 동안 전력선 전압을 차단하고, 상기 도전성 실린더는 상기 신호에 대해 저 인덕턴스로서 나타난다.
본 발명에 따른 저주파수 유도성 커플러는 상당한(heavy) 자기 코어의 추가에 의존함이 없이 낮은 주파수로 차단 주파수(cutoff frequency)를 확장한다. 상기 유도성 커플러는 전력선의 충전된 전력선 도체 주위에 고정된다. 상기 커플러의 코어(core)을 통과하는 상기 전력선 도체가 상기 유도성 커플러의 제1 권선으로 동작한다고 가정하자. 상기 커플러가 상기 전력선 도체 주위에 고정되어 있기 때문에, 또한 상기 전력선 도체가 제1 권선으로 동작하기 때문에, 상기 커플러는 오직 1회 감긴 제1 권선을 갖는다. 상기 전력선 도체의 물리적 치수는 통상 상기 코어가 긴 자기 회로 경로를 가지며 클 것이 요구된다. 공극은 상기 코어의 포화를 방지할 것이 요구될 수 있다. 이러한 두 인자들은 상기 커플러의 인덕턴스를 감소시킨다.
회로 내의 리액턴스성(reactive) 부하를 감소시키는 고전적 방법은 거슬리는 리액턴스(offending reactance)를 반대의 리액턴스와 공진시키는 것이다. 션트 인덕턴스(shunt inductance)를 갖는 유도성 커플러의 경우, 자화 인덕턴스를 중성화하기 위해 션트 커패시터가 상기 유도성 커플러의 제2 권선에 걸쳐 연결될 수 있다.
넓은 스펙트럼을 이용한 모뎀과 같은 광대역 모뎀의 경우, 공진이 아주 예리하기 쉬워서, 아주 좁은 서브밴드에 걸쳐 유용하다. 이하 기술되는 바와 같이, 임피던스 매칭 변압기는 모뎀 주파수 대역폭과 유사하도록 대역폭을 증가시키기 위해 충분히 낮은 부하시의 Q를 제공하도록, 상기 커플러 회로에 걸쳐 반사된 상기 모뎀의 임피던스를 조절하도록 상기 커플러 및 모뎀의 사이에 연결된다.
도 2는 모뎀(325)가 유도성 커플러(305)에 연결된 임피던스 매칭 회로를 나타낸 것이다. 전력선(300)은 유도성 커플러(305)의 코어를 통과한다. n:1 권선비를 갖는 신호 변압기(315)는 유도성 커플러(305) 및 모뎀(325) 사이의 임피던스 매칭을 개선시킨다. 유도성 커플러(305) 및 신호 변압기(315)의 컴비네이션은 매우 넓은 대역 통과(bandpass)를 제공할 수 있으나, 상기 컴비네이션의 저 주파수 응답이 모뎀(325)으로부터 반사된 임피던스(330) 및 유도성 커플러(305)의 자화 인덕턴스에 의해 결정되는 것에 제한될 것이다.
커패시터(310)는 상기 자화 인덕턴스를 공진시키고, 상기 자화 인덕턴스의 부하 효과(loading effect)가 감소하는 공진 주파수 주위의 주파수 대역을 제공하고, 유도성 커플러(305)에 걸친 신호 감쇄는 감소된다. 커패시터(310)의 효과는 유도성 커플러(305)의 차단 주파수를 낮춰서, 유도성 커플러(305)가 그렇지 않은 경우에 가능한 주파수 보다 낮은 주파수에서 주어진 레벨의 자화 인덕턴스와 동작하도록 한다.
따라서, 통신 장치로의 유도성 커플러를 구성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 유도성 커플러의 제2 권선에 걸쳐, 바람직한 주파수 대역 내의 주파수에서 상기 제2 권선과 공진 회로를 생성하는 커패시터를 연결하는 단계; 및 임피던스 매칭 변압기를 통해 상기 제2 권선으로 상기 통신 장치를 연결하는 단계를 포함한다. 상기 공진 회로는 바람직한 대역폭에 일치하는 부하시의 Q를 갖는다.
도 3은 용량성 커플러(500)의 물리적 구현예이다. 전력선(400, 405), 커패시터(410), 퓨즈(415) 및 커넥터(420)는 도 1에서의 동일한 식별자를 유지한다. 도 1에서와 같이, 모뎀(435)은 케이블(430) 및 커넥터(425)를 통해 커넥터(420)에 연결된다. 전기적으로 도전성인 실린더 섹션(505, 510)는 각각 선(wire)의 지름의 몇 배인 1 내지 3 센티미터의 범위의 지름을 가져서, 무시할 정도의 인덕턴스와 함께 전력선(400, 405)에의 연결을 제공한다. 도전성인 실린더 섹션(505, 510) 및 절연성 실린더 세그먼트(515)는 공통 축을 가질 수 있는 기계적으로 강건한(rigid) 몸체를 구성한다.
전력선(400), 즉 중성선은 일반적으로 나선(bare)이며, 그렇지 않은 경우, 수 센티미터의 절연이 제거되어야만 한다. 용량성 커플러(500)의 일단이 전기적으로 전력선(400)에 연결되고, 물리적으로 지지된다. 슬롯(560) 및 윙 너트(wing nut)(565)를 구비한 바(550)는 섹션(505)을 전력선(400)에 조이는 매커니즘을 제공한다.
용량성 커플러(500)의 타단은 와이어(520) 및 클램프(525)에 의해 전력선(405)에 전기적으로 연결되어 있다. 와이어(520)는 도전성 실린더 섹션(510)에 납땜되며(soldered or blazed), 바(550), 슬롯(560) 및 윙 너트(565) 또는 와이어(400)의 컴비네이션에 의해 제공되는 상부 지지가 실패하는 경우, 전력선(405)상의 용량성 커플러(500)을 지지할 충분한 강도 및 경도를 갖는다.
도 4는 도 3에 개시된 배치의 개략도이다. 케이블(430), 커넥터(425, 420), 커패시터(410), 퓨즈(415) 및 컨덕터(505, 510)는 모뎀(435) 및 전력선(400, 405) 사이의 신호 경로를 제공한다. 그들의 상대적 큰 직경 때문에, 도전성 실린더 섹션(505, 510)은 모뎀(435) 및 커패시터(410)의 임피던스와 비교하여 무시할 만한 인덕턴스를 가져서, 커플링 손실을 감소시킨다.
따라서, 전력선 및 통신 장치 간의 데이터 커플링 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 전력선 및 통신 장치 사이의 도전성 실린더와 직렬로 커패시터를 설치하는 단계를 포함한다. 상기 커패시터는 상기 전력선 및 통신 장치 간의 신호를 보내는 동안 전력선 전압을 차단하며, 상기 도전성 실린더는 상기 신호에 대해 저 임피던스로 나타난다. 또, 상기 방법은 하이 인터럽션(high interruption) 전류 퓨즈를 상기 커패시터와 직렬로 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서 기재의 다양한 대안들, 컴비네이션들 및 변경이 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 가능함을 이해하여야만 한다. 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위에 드는 모든 대안들, 컴비네이션들 및 변경을 포함하고자 한다.

Claims (6)

  1. 전력선 도체를 제1 권선으로 채용한 유도성 커플러를 설치하는 단계;
    상기 유도성 커플러의 제2 권선에 걸쳐, 바람직한 주파수 대역 내의 한 주파수에서 상기 제2 권선과 공진 회로를 생성하기 위한 커패시터를 연결하는 단계; 및
    임피던스 매칭 변압기를 통해 상기 제2 권선에 통신 장치를 연결하는 단계를 포함하되, 상기 공진 회로는 상기 바람직한 대역폭에 일치하는 부하시의 Q(loaded Q)를 갖는 것을 특징으로 하는 전력선 통신용 구성부품 구성방법.
  2. 전력선과 통신 장치 사이의 도전성 실린더와 직렬로 커패시터를 설치하는 단계를 포함하되,
    상기 커패시터는 상기 전력선과 통신 장치 사이에 신호를 보내는 동안 전력선 전압을 차단하기 위한 것이고, 상기 도전성 실린더는 상기 신호에 대해 낮은 인덕턴스로서 나타나는 것을 특징으로 하는 전력선 및 통신 장치 간의 데이터 커플링 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 커패시터에 직렬인 하이 인터럽션(high interruption) 전류 퓨즈를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 및 통신 장치 간의 데이터 커플링 방법.
  4. 전력선 도체를 제1 권선으로 채용한 유도성 커플러;
    상기 유도성 커플러의 제2 권선에 걸쳐 연결되고, 바람직한 주파수 대역 내의 한 주파수에서 상기 제2 권선과 공진 회로를 생성하는 커패시터; 및
    통신 장치를 상기 제2 권선에 연결하는 임피던스 매칭 변압기를 포함하되,
    상기 공진 회로는 상기 바람직한 대역폭에 일치하는 부하시의 Q(loaded Q)를 갖는 것을 특징으로 하는 전력선 및 통신 장치 간의 데이터 커플링용 구성 요소의 배치.
  5. 전력선 및 통신 장치 사이의 도전성 실린더와 직렬인 커패시터를 포함하되,
    상기 커패시터는, 상기 전력선과 통신 장치 사이에 신호를 보내는 동안 전력선 전압을 차단하기 위한 것이고, 상기 도전성 실린더는 상기 신호에 대해 낮은 인덕턴스로서 나타나는 것을 특징으로 하는 전력선 및 통신 장치 간의 데이터 커플링용 구성요소의 배치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 커패시터에 직렬인 하이 인터럽션(high interruption) 전류 퓨즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 및 통신 장치 간의 데이터 커플링용 구성요소의 배치.
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