KR20050109224A - 옥내배선상의 저속전력선통신을 위한 노이즈필터 - Google Patents

Abstract

홈네트워크용 저속전력선통신의 신뢰성 확보를 위한 노이즈필터가 개시된다. 개시된 노이즈필터는 부하의 두 전원선중 일측 전원선에 삽입되어 부하와 직렬로 접속되는 캐패시터 C1과 이에 병렬로 접속되는 인덕터 L1을 기본구성으로 한 1선용으로 저속전력선통신 주파수 대역에서 공진조건을 만족한다. 그 노이즈필터는 또한 2선용으로 사용하기 위해 캐패시터 C1과 부하 사이에서 부하와 병렬로 접속되는 병렬캐패시터 C2를 포함할 수 있다. 이는 적은 용량의 컨덕턴스로도 효율적인 노이즈 감쇄효과를 얻는 동시에 그 크기가 작아 저가격인 동시에 1선용으로 기존 옥내의 조명기기용 배선상의 스위치박스에 간편하게 장착하여 통신의 신뢰도를 높일 수 있다.

Description

옥내배선상의 저속전력선통신을 위한 노이즈필터{Noise filter for low speed power line communication on interior wiring}

본 발명은 옥내배선상의 저속전력선통신을 위한 노이즈필터에 관한 것으로, 상세하게는 옥내의 홈네트워크를 위한 저속전력통신에 있어서 옥내의 전등이나 전열기기 등 각종 부하로부터 발생하는 잡음을 제거하여 통신 신뢰도를 확보하고자 한 것이며, 특히 기존 옥내배선상에 간단히 설치할 수 있게 된 노이즈필터에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 전력선통신은 전력선의 상용 전원주파수 50~60Hz 보다 큰 대역을 반송파로 하여 데이터를 전송하는 통신방식으로, 사용 주파수 대역에 따라 저속전력선통신과 고속전력선통신으로 구분된다. 그중 주로 홈오토메이션이나 원격검침 등의 홈네트워크에 이용되는 저속전력선통신의 사용 주파수 대역은 450KHz 이하이다. 이 대역은 EMI(electromagnetic interference; 전자파장애)와 EMC(electromagnetic compatibility; 전자파적합성) 규격에서 제외된 대역으로, 옥내의 조명기기용 안정기나 전열기기 등 다양한 옥내의 유도성 부하로부터 발생되는 잡음(noise)으로 통신 신호가 왜곡되는 등 영향이 불가피하다. 따라서 저속전력선통신의 신뢰도 확보를 위해 옥내배선상의 부하에 의한 잡음을 효율적으로 제거할 수 있는 노이즈필터가 요구되는 것이다.

전기 및 전자기기 등의 부하에 대한 노이즈필터는 EMC와 관련된 부품으로 전도성 노이즈에 대한 대책이라고 볼 수 있다. 전도성 노이즈는 도 1에 보인 바와 같이 부하, 즉 전기/전자기기에 대한 두가닥의 전원선중 상선(phase line)과 중성선(normal line)간에 작용하는 노멀모드노이즈(normal node noise)와 상선과 부하 접지간에 작용하는 커먼모드노이즈(common mode noise)가 존재한다. 참고로, 옥외의 배전간선은 3상4선식이며, 옥내배선은 그 배전간선의 상선중 한가닥과 중성선이 인입된 단상 2선식이다.

저속전력선통신의 신뢰성 확보를 위한 종래의 노이즈필터는 도 2와 같으며, 높은 차단 주파수에서의 노이즈 감쇄효과가 있다. 노이즈필터용으로 사용하는 코일 L은 커먼모드 초크코일(chock coil)이며 1개의 토로이들 코어(toroidal core)에 2개의 권선을 동상으로 감은 구조이다. 전원전류에서의 코어 내부 자속은 없어지나, 적은 전류에도 코어가 포화되어 코일 L의 인덕턴스는 대부분 없어져 노멀모드노이즈에 대한 감쇄효과는 거의 없다. 이에 따라 노멀모드노이즈 저감을 위해 캐패시터 CX가 삽입된 것이다. 커먼모드노이즈에 대해서는 코일 L의 인덕턴스가 크므로 그 L과 캐패시터 CY에 의한 감쇄효과가 좋다.

일반적으로 전력선통신에 장애 요소로 미치는 노이즈는 대부분 노멀모드노이즈이다. 이러한 노멀모드노이즈에 대해, 전술한 바와 같은 종래의 노이즈필터에서는 부하와 병렬접속되는 캐패시터에 의존하고 있다. 부하와 병렬접속되는 캐패시터는 그러나 부하의 노이즈뿐만 아니라 전력선을 통해 전송되는 통신용 반송파를 동시에 감쇄시키므로 통신 감도를 떨어트리는 등 또다른 장애 요인으로 작용한다. 이러한 장애를 극복하기 위해서는 캐패시터의 용량이 커져야 하므로 부피가 크고 가격도 높아진다. 즉, 종래의 노이즈필터는 기존의 옥내배선상에 접속되어 있는 부하(조명기기,전연기기 등)에 장착하기 어렵고 비경제적이다.

한편, 옥내의 전등부하에 대한 배선의 경우, 안전과 비용절감을 위해 전술한 상선과 중성선을 분리하여, 그중 한 선을 천장에서 직접 부하측으로 배선되고, 다른 한선이 벽에 매립된 스위치박스를 경유하게 된다. 이러한 옥내배선 방식으로 인해, 부하와 병렬접속되는 캐패시터를 사용한 종래의 노이즈필터는 그 설치시 부득이 천장을 뚫고 작업하여야 하므로 그 설치가 용이하지 않은 것이다.

본 발명의 주된 목적은 저비용으로 효율적인 노이즈 제거와 함께 옥내배선 환경을 고려하여 옥내의 조명기기에 대해 벽체 매립된 스위치박스에 간편히 설치할 수 있도록 크기가 작고 1선용인 옥내배선상의 전력선통신을 위한 노이즈필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 저비용으로 효율적인 노이즈 제거와 함께 옥내의 전등 및 전열기기 등의 부하제품이나 그들의 전원 어댑터 기구에 장착하기 쉽도록 크기가 작고 2선용인 옥내배선상의 전력선통신을 위한 노이즈필터를 제공하는 것이다.

상기 첫 번째 목적을 달성하는 본 발명에 따른 옥내배선상의 전력선통신을 위한 노이즈필터는, 부하의 두 전원선중 일측 전원선에 삽입되어 부하와 직렬로 접속되는 캐패시터와 이 캐패시터 양단에 병렬로 접속되는 인덕터를 포함하며, 저속전력선통신 주파수 대역에서 공진조건을 만족하도록 구성된 것을 그 특징으로 한다.

상기 두 번째 목적을 달성하는 본 발명에 따른 옥내배선상의 전력선통신을 위한 노이즈필터는, 상기한 캐패시터와 부하 사이에서 두 전원선 사이에 부하와 병렬로 접속되는 병렬캐패시터를 더 포함하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명이 적용된 옥내의 조명기기에 대한 배선도를 보인다. 부호 1 및 2는 전원선이다. 천장(3) 위에 배선된 두 전원선(1,2)중 일측 전원선(1)은 천장(3) 위에서 직접 부하, 즉 조명기기(4)와 접속되고, 타측 전원선(2)은 벽체에 매립된 스위치박스(5) 내의 스위치기구(6)와 본 발명의 노이즈필터(7)를 경유하여 조명기기(4)와 접속된다. 본 발명의 노이즈필터(7)는 소형인 동시에 1선용으로, 스위치박스(5)에 장착가능한 것이다.

본 발명의 노이즈필터(6) 회로는 1선용으로 도 4에 도시한 바와 같이, 부하에 대한 두 전원선중 일측 전원선에 중간에 연결하기 위한 입출력측 단자(AC1,AC1')를 가지며, 그 입출측 단자(AC1,AC1') 사이에 삽입되어 출력측의 부하와는 직렬로 접속되어지는 캐패시터 C1과 이 캐패시터 C1의 양단에 병렬로 접속된 인덕터 L1을 기본 구성으로 한다.

캐패시터 C1의 콘덕턴스와 인덕터 L1의 인덕턴스는 저속전력선통신의 사용 주파수인 450KHz 이하의 대역에서의 병렬 공진조건을 만족하는 값으로 선정되며, 아울러 해당 부하의 전류용량에 맞게 인턱터 L1의 코일 굵기와 권선수를 선정하여 발열량을 조정하도록 한다.

이러한 노이즈필터의 기본 회로는 적은 용량의 캐패시터 C1으로도 공진주파수에서 높은 임피던스를 가지므로 소형으로 가능하고 비용도 저렴하며, 특히 1선용으로 전술한 도 3에 보인 바와 같은 옥내의 스위치박스에 설치하기가 용이한 것이다. 그 노이즈필터는 조명기기 등의 전등부하뿐만 아니라 각종 전기·전자제품 등의 전열부하에 대해서도 적용가능한 것임은 물론이다.

한편, 본 발명의 노이즈필터는 도면에 점선으로 나타낸 바와 같이 병렬캐패시터 C2를 포함할 수 있다. 병렬캐패시터 C1과 부하측 출력단자(AC1') 사이에서 두 전원선에 접속되어 있으며 측 출력측에 접속되는 부하와는 병렬로 접속되어진다. 이 병렬캐패시터 C2에 의하면, 상기 1선용의 기본구조를 2선용으로 사용하여 필터효과를 극대화할 수 있다. 이러한 필터 구성은 소형이면서 2선용이므로, 기존 조명기기나 각종 전기·전자제품에 또는 그 어댑터 기구에 직접 장착하기에 적합할 것이다.

[실시예]

도 4의 회로중 캐패시터 C1과 인덕터 L1의 기본회로를 사용하여, 공진주파수 127KHz, 노이즈감쇄율 30dB로 구성하여, 그 노이즈필터의 특성, 그리고 그 노이즈필터를 옥내에서 사용하는 여러 종류의 조명기기용 안정기와 연결하여 각각의 노이즈를 측정하고 그 결과를 도 5a 내지 5h로 첨부하였다. 참고로 결과들은 계측기의 수신부에 20dB의 감쇄기를 연결하여 측정한 것들이다. 도 5a는 계측기 환경을 측정한 것이고, 5b는 필터의 기본특성을 측정한 것이다. 그리고 5c와 5d는 할로겐 안정기에 대한 필터 장착 전후의 노이즈를, 도 5e와 5f는 형광등 안정기에 대한 필터 장착 전후의 노이즈를, 도 5g와 5f는 3파장램프 안정기에 대한 필터 장착 전후의 노이즈를 측정한 것이다.

한편, 본 발명의 노이즈필터를 115KHz에서 132KHz의 대역에 따라 각각 공진조건을 만족하게 설계한 경우에 비슷한 결과로 통신의 안정된 신뢰성을 보장할 수 있었으며, 그 이외의 대역에서는 다소 효과가 떨어짐을 알 수 있었다.

이상의 실시예를 통하여 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 노이즈필터는 적은 용량의 캐패시터를 사용하여 효율적인 노이즈 감쇄효과를 얻는 동시에 크기가 작아 저가격인 동시에 1선용으로 기존 옥내의 조명기기용 배선상의 스위치박스에 장착할 수 있으므로 그 설치가 용이한 것이다.

따라서 본 발명은 저속전력선통신을 이용한 홈네트워크를 구축에 있어서, 비용부담을 줄이고 안정된 통신환경을 조성하는데 효과적이다.

도 1은 전력선상의 노멀모드노이즈와 커먼모드노이즈를 보인 회로.

도 2는 종래의 노이즈필터 회로.

도 3은 본 발명의 필터가 설치된 옥내의 조명긱기 배선.

도 4는 본 발명에 따른 노이즈필터 회로.

도 5a 내지 5h는 본 발명에 따른 노이즈필터 사용전후의 부하 노이즈 특성을 비교한 그래프 사진.

Claims (3)

1. 부하의 두 전원선중 일측 전원선에 삽입되어 부하와 직렬로 접속되는 캐패시터와 이 캐패시터 양단에 병렬로 접속되는 인덕터를 포함하며, 저속전력선통신 주파수 대역에서 공진조건을 만족하도록 구성된 것을 그 특징으로 하는 옥내배선상의 저속전력선통신을 위한 노이즈필터.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 캐패시터와 인덕터의 공진주파수가 1157KHz에서 132KHz의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 옥내배선상의 저속전력선통신을 위한 노이즈필터.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 캐패시터와 부하 사이에서 두 전원선 사이에 부하와 병렬로 접속되는 병렬캐패시터가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 옥내배선상의 저속전력선통신을 위한 노이즈필터.