KR20080016526A

KR20080016526A - 전력선 통신 인터페이스와 서지 보호기

Info

Publication number: KR20080016526A
Application number: KR1020077019249A
Authority: KR
Inventors: 예후다 써언
Original assignee: 앰비언트 코오퍼레이션
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2008-02-21
Also published as: EP1883866B1; AU2006249723B2; EP1883866A2; EP1883866A4; WO2006127058A3; ES2451501T3; KR101205168B1; BRPI0609339A2; CN101180586A; CA2599068A1; MX2007009101A; US20060262881A1; CN100593143C; CA2599068C; AU2006249723A1; EA010988B1; EA200701922A1; WO2006127058A2; US7339458B2

Abstract

본 발명은 AC 전력선(115)에 연결되는 AC 전력 입력 포트(205), 상기 AC 전력선으로부터의 전력을 공급하는 AC 전력 출력 포트(250), 상기 AC 전력 출력 포트에서 전압을 제한하는 AC 전력 서지 억제 회로(225), 데이터 포트(260), 상기 AC 전력 입력 포트와 상기 데이터 포트 사이의 데이터 신호를 커플링하는 용량성 데이터 커플러(240); 및 상기 데이터 포트에서 전압을 제한하는 데이터 포트 서지 억제 회로(245)를 포함하는 시스템을 개시한다.

전력선 통신, 인터페이스, 서지 보호기, AC

Description

전력선 통신 인터페이스와 서지 보호기{POWER LINE COMMUNICATIONS INTERFACE AND SURGE PROTECTOR}

본 발명은 전력선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모뎀과 같은 통신 장치과 전력선 사이의 인터페이스를 제공하는 시스템에 관한 것이다.

전력선 광대역 통신(Broadband over Power Line; BPL)으로도 알려진 전력선 통신(Power Line Communications; PLC)은 전력선, 즉 전류를 운반하는데 사용되는 전도체를 통하여 고주파수로 데이터를 전송하는 것을 포함하는 기술이다. 전류는 일반적으로 50 내지 60 헤르츠(Hz) 범위의 주파수로 전력선을 통해 전송된다. 저전압선에서 전류는 약 90 내지 600 볼트 사이의 전압으로 전송된다. BPL은 1,000 내지 35,000 볼트 범위에서 동작하는 중전압선에서 실행될 수도 있다. 데이터 신호의 주파수는 약 1 Mhz보다 크거나 같고, 데이터 신호 전압의 범위는 몇 분의 1 볼트 내지 몇 십 볼트이다. 데이터 통신에서는 진폭 변조(amplitude modulation), 주파수 변조(frequency modulation), 펄스 변조(pulse modulation) 또는 스펙트럼 확산 변조(spread spectrum modulation)와 같은 다양한 변조 방법을 이용할 수 있다.

PLC 망의 일부분으로 사용되는 모뎀은 전류를 저전압 전력선으로부터 수신할 수도 있다. 모뎀의 전력선 단자는 PLC 신호의 전송과 수신용으로도 사용될 수도 있다.

PLC 모뎀은 전신주에 설치되고 가공선로(overhead line)로부터 전력을 공급받는 통신 노드(node)에 포함될 수도 있다. 상기 가공선로 상의 번개 또는 다른 과도전압은 빌딩 안의 저압 전력선 콘센트에서 발견되는 과도전압을 초과하여 증폭될 수도 있다. 따라서, 상기 노드의 전력 입력 회로는 예컨대, 6,000 볼트의 고압의 과도전압 서지(surge)로부터 노드 회로들을 보호할 필요가 있다.

서지 보호 컴포넌트는 종종 전력선상의 노드에 들어가거나 노드를 나오는 고주파 데이터 신호를 단락시키는 중요한 커패시턴스를 포함하는 분로(shunt) 컴포넌트이다. 전력 입력 회로는 저손실의 고주파 데이터 신호 흐름과 모든 전력 포트 및 데이터 포트를 위한 적당한 서지 보호를 동시에 제공해야만 한다.

가공의 통신 노드를 위한 추가적인 요구조건은, 입력 전력 또는 퓨즈 개방 손실을 포함하는 결함의 원격 진단을 위한 것이다. 또한, 상기 노드의 전력 입력 단자는 이러한 조건들을 위한 센서 단자의 역할을 하여, 서지 과도전압의 공격을 받는다. 백업 배터리 전력을 가지는 통신 노드를 위하여, 센서로부터의 정보는 중앙 동작 설비로 전송될 수 있는데, 상기 설비로부터 정비 직원이 급파될 수도 있다.

노드는 일반적으로 노드 전력을 위해 오직 하나의 위상과 중성 전도체만을 필요로 한다. 그러나 가공 전력선은 종종 두개 또는 세개의 위상을 가지고, 상기 모든 위상들을 PLC 신호로 구동하는 것이 유용하다. 동일한 PLC 신호로 상기 모든 위상 선로들을 구동하는 것은 상기 선로로부터의 전자기적 방출을 증가시킬 수도 있다. 그러한 경우에 상이한 위상 전도체들을 상호 반대 위상의 PLC 신호로 구동하여 어느 정도의 방출의 상쇄를 얻는 것이 바람직하다.

전술한 요구조건들을 조화롭게 통합하는, PLC 모뎀을 위한 전력선 인터페이스 회로가 필요하다.

본 발명은 AC 전력선에 연결되는 AC 전력 입력 포트, 상기 AC 전력선으로부터의 전력을 공급하는 AC 전력 출력 포트, 상기 AC 전력 출력 포트에서 전압을 제한하는 AC 전력 서지 억제 회로, 데이터 포트, 상기 AC 전력 입력 포트와 상기 데이터 포트 사이의 데이터 신호를 커플링하는 용량성 데이터 커플러; 및 상기 데이터 포트에서 전압을 제한하는 데이터 포트 서지 억제 회로를 포함하는 시스템을 개시한다.

도 1은 전력선 인터페이스를 포함하는 PLC 통신 노드의 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 전력선 인터페이스의 블록도이다.

도 3은 도 1에 도시된 전력선 인터페이스의 개략도이다.

도 4는 각각 복수개의 위상 선로를 포함하는 두 개의 AC 전력선으로 신호를 커플링하는 전력선 인터페이스의 개략도이다.

도 1은 PLC 통신 노드(100)의 블록도로서, 통신 노드(100)는 가공선로용 전신주에 설치될 수도 있다. 통신 노드(100)는 전력선 인터페이스(power line interface; PLI)(110), 전력 공급 장치(160), 전하 컨트롤러(170), 배터리(175), 모뎀(120, 130, 140), 및 데이터 프로세서(150)를 포함한다. 교류(alternating current; AC) 전력은 전력 케이블(115)를 통해서 통신 노드(100)에 공급된다.

전력 케이블(115)은 중성 선로(N)와 세 개의 위상 선로, 즉 제 1 상(Φ1), 제 2 상(Φ2) 및 제 3 상(Φ3)을 포함한다. 비록 전력 케이블(115)이 실행상 세 개의 위상 선로를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 전력 케이블(115)은 하나 이상의 임의의 적절한 개수의 위상 선로를 포함할 수도 있다.

PLI(110)는 전력 케이블(115)로부터 AC 전력을 수신하여 전력 공급 장치(160)로 AC 전력을 공급한다. 또한, PLI(110)는 케이블(142)를 통해서 모뎀(140)에 연결되고, 그에 따라 전력 케이블(115)과 모뎀(140) 사이의 데이터 통신 신호를 커플링한다.

전력 공급 장치(160)는 선로(165)를 통하여 부하(미도시)로 직류(direct current; DC) 전력을 공급하고, 또한 전하 컨트롤러(170)에 전력을 공급한다. 전하 컨트롤러는 배터리(175)의 충전을 제어하는데, 전력선(115)으로부터의 AC 전력이 죽는 경우, 노드(100)에 전력을 공급한다.

모뎀들(120, 130, 140) 각각은, 모뎀 신호를 저전압 또는 중전압 선로로 외부의 유도성 또는 용량성 커플러에 연결하는 커플러 포트(121, 131, 141)를 포함한다. 또한, 모뎀(140)은 전력 케이블(115)과 신호를 커플링하기 위해 케이블(142)를 통하여 PLI(110)에 연결된 신호 포트(143)를 가진다. 커플러 포트(또는 커넥터 라고도 함)(121, 131, 141)는 유도성 또는 용량성 데이터 커플러를 저전압 또는 중전압 전력선에 연결하기 위한 것이다.

데이터를 커플링하는데 필요한 저압 전력선에 의해 통신 노드(100)에 전력이 공급되면, PLI(110)을 통한 경로가 제공되고, 커넥터(141)는 사용되지 않는다. 또한, 오직 하나의 모뎀, 예컨대 모뎀(140)은 통신 노드(100)에 전력을 공급하는 저압 전력선 상으로 통신하기 위한 것이므로, 통신 노드(100)는 모뎀(140)이 상기 하나의 모뎀이도록 구성할 수도 있다.

데이터 프로세서(150)는, 동작 파라미터들의 세트를 위해 모뎀(120, 130, 140)을 구성하는 명령을 전송하고, 하나 이상의 모뎀(120, 130, 140)을 통해서 전력선으로 디지털 데이터를 전송하고 전력선으로부터 디지털 데이터를 수신함으로써 모뎀(120, 130, 140)을 제어한다.

선로(152)는 논리 데이터를 PLI(110)로부터 데이터 프로세서(150)로 전달한다. 상기 논리 데이터는 하나 이상의 위상 선로와 관련된 상태를 나타낸다.

도 2는 PLI(110)의 블록도이다. PLI(110)는 AC 전력 입력 포트(205), 퓨즈 블록(210), 라디오 주파수(radio frequency; RF) 절연 회로(220), AC 전력 서지 억제 회로(225), 선로 센서(230), 용량성 데이터 커플러(240) 및 데이터 포트 서지 억제 회로(245)를 포함한다. 또한, PLI(110)는 AC 전력 출력 포트(250), 데이터 포트(260) 및 논리 포트(270)을 포함한다.

AC 전력 입력 포트(205)는 AC 전력 선로(115)로의 연결을 위한 것이다. AC 전력 출력 포트(250)는 AC 전력 선로(115)로부터의 전력을 공급한다. AC 전력 서지 억제 회로(225)는 AC 전력 출력 포트(250)에서 전압을 제한한다. 용량성 데이터 커플러(240)는 AC 전력 입력 포트(205)와 데이터 포트(260) 사이에서 데이터 신호를 커플링한다. 데이터 포트 서지 억제 회로(245)는 데이터 포트(260)에서 전압을 제한한다.

AC 전력 입력 포트(205)는 전력 케이블(115)(도 1 참조)의 중성선(N)과 삼 상 선로(Φ1, Φ2, Φ3)를 받아서, 상기 선로들을 퓨즈 블록(210)으로 연결한다. 도 3과 관련하여 자세히 후술하는 바와 같이, 중성선(N)과 삼상 선로(Φ1, Φ2, Φ3)의 다양한 부분 집합들이 RF 절연 회로(220), 선로 센서(230) 및 용량성 데이터 커플러(240)로 연결된다. RF 절연 회로(220)의 출력은 AC 전력 서지 억제 회로(225)로 연결된다. AC 전력 서지 억제 회로(225)의 출력은 AC 전력 출력 포트(250)로 연결된다. 선로 센서(230)의 출력은 논리 포트(270)로 연결된다. 용량성 데이터 커플러(240)는 데이터 포트 서지 억제 회로(245)로 연결되는데, 상기 데이터 포트 서지 억제 회로(245)는 데이터 포트(260)로 연결된다.

도 3은 PLI(110)의 개략도로서, AC 전력 입력 포트(205), 퓨즈 블록(210), RF 절연 회로(220), AC 전력 서지 억제 회로(225), 선로 센서(230), 용량성 데이터 커플러(240) 및 데이터 포트 서지 억제 회로(245)의 구현에 대하여 더 상세히 설명 한다.

AC 전력 입력 포트(205)는 각각 중성선(N)과 삼상 선로(Φ1, Φ2, Φ3)(도 2 참조)에 연결된 단자(301, 302, 303, 304)에 의해서 구현된다.

단자(105)는 안전 접지이다. 단자(105)는 전기적 접지로 연결되는데, 상기 전기적 접지는 케이스, 섀시(chassis), 또는 통신 노드(100)의 다른 구조적인 컴포넌트에 연결함으로써 이용될 수 있다. 예를 들면, 단자(105)는 PLI(110)의 섀시 및 전력 공급 장치(160)의 섀시에 연결될 수도 있다.

퓨즈 블록(210)은 AC 전력 입력 포트(205)에 연결되며 각각 중성선(N)과 삼상 선로(Φ1, Φ2, Φ3)에 직렬로 연결된 퓨즈(310, 311 ,312, 313)에 의해 구현된다. 퓨즈(310, 311, 312, 313)는 중성선(N)과 삼상 선로(Φ1, Φ2, Φ3)상의 서지로부터 PLI(110)를 보호한다.

RF 절연 회로(220)는 쵸크(343, 344, 345, 346, 355, 356), 커패시터(350, 351, 353) 및 가스 튜브(gas tube)(380, 381)에 의해 구현된다.

AC 전력 서지 억제 회로(225)는 저항기(360, 361)와 다섯 개의 금속 산화물 배리스터(metal oxide varistor; MOV) 서지 어레스터(362)에 의해서 구현된다.

선로 센서(230)는 전파 정류기 브릿지(389, 390), 이중 광 절연기(393), 저항기(387, 391, 388, 392, 396, 397) 및 커패시터(394, 395)에 의해서 구현된다. 선로 센서(230)의 출력은 논리 포트(270)로 제공된다. 논리 포트(270)는 단자(398, 399)에 의해서 구현된다.

용량성 데이터 커플러(240)는 저항기(328, 327, 326)와 커패시터 (323, 322, 321)에 의해서 구현된다.

데이터 포트 서지 억제 회로(245)는 AC 전력 출력 포트(250)에서 전압을 제한하기 위한 것이다. 데이터 포트 서지 억제 회로(245)는 가스 튜브(330, 331), 신호 변압기(335), 애벌랜치 다이오드 스트링(332, 333) 및 저항기(334)에 의해서 구현된다.

AC 전력 출력 포트(250)는 단자(370, 371, 372)에 의해 구현된다. PLI(110)는 AC 전력 출력 포트(250)를 통해 전력 공급 장치(160)에 AC 전력을 공급한다.(도 1 참조)

데이터 포트(260)는 BNC(340)로서 구현된다. BNC(340)는 모뎀(140)에 연결된다(도 1 참조). PLI(110)는 모뎀(140)과 전력선(115) 사이에서 데이터 통신을 위한 것이다. 데이터 통신은 양방향성이나, 다음의 몇 단락에서는 간단함을 위해, 데이터 통신이 모뎀(140)에서 전력선(115)으로 진행하는 것처럼 기술한다.

모뎀으로부터의 데이터 신호는 BNC(340)를 통하여 신호 변압기(335)의 우측 권선으로 연결되고, 신호 변압기(335)를 가로질러 연결된다. 신호 변압기(335), 좌측 권선, 상부 단자로부터의 데이터 신호는 (a) 커패시터(321), 퓨즈(312), 및 제 1 상 선로로의 단자(302)를 통해 진행하고, (b) 커패시터(323), 퓨즈(310) 및 제 3 상 선로로의 단자(304)를 통해 진행한다. 신호 변압기(335), 좌측 권선, 중앙 탭(center tap)으로부터 데이터 신호는 퓨즈(313)와 중성선으로의 단자(301)를 통해 진행한다. 신호 변압기(335), 좌측 권선 하부 단자로부터의 데이터 신호는 점퍼(338), 커패시터(322), 퓨즈(311), 및 제 2 상 선로로의 단자(303)를 통해 진행 한다.

신호 변압기(335), 좌측 권선, 하부 단자에서 나타나는 데이터 신호의 위상은 신호 변압기(335), 좌측 권선, 상부 단자에서 나타나는 위상과 반대이다. 따라서, 도 3에서 도시된 바와 같이, 점퍼(338)의 배치 때문에, 제 2 상 선로에서 데이터 신호의 위상은 제 1 상 선로와 제 3 상 선로에서의 위상과 반대일 것이다. 그러나 점퍼(338)가 제거되고 대신 점퍼가 위치(339)에 삽입될 수 있고, 이로써 신호 변압기(335), 좌측 권선, 상부 단자로부터의 데이터 신호 또한 제 2 상 선로로의 커패시터(322)를 통하여 연결되고, 마찬가지로 데이터 신호는 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상 선로 중 각각에서 서로 같은 상이 될 것이다.

세 개 이하의 위상이 전력 분배 시스템의 저압 선로에서 이용 가능한 위치에 통신 노드(100)가 설치되면, 단자(303, 304)로부터 나오는 미사용의 전도체는 제 1 상에 연결된다. 이러한 배치는 전력 케이블의 RF 감쇄를 줄일 수도 있다.

커패시터(321, 322, 323)는 AC 전력 입력 포트(205)에서 나타나는 어떠한 입력 서지도 견디어야만 하고, 따라서 예를 들면 6 kV로 정해져야 한다. 커패시터(321, 322, 323)는 낮은 임피던스와 동작 범위 1 내지 40 MHz의 주파수에서 낮은 손실을 가져야만 하고, 세라믹 유전체로 구성될 수도 있다. 커패시터(321, 322, 323)가 충전되고 나서 연결이 끊어지면, 저항기(326, 327, 328)은 커패시터(321, 322, 323)와 각각 병렬로 연결되고, 안전을 위해 커패시터(321, 322, 323)를 방전시키는 블리더(bleeder) 저항기로서 작동한다. 또한, 저항기(326, 327,328)는 고전압으로 정해진다.

번개나 스위칭 과도전압에 기인한 임펄스 서지(impulse surge)는 AC 전력 입력 포트(205)에 도달할 수도 있다. 상기 서지는 비교적 손상되지 않은 채 커플링 커패시터(321, 322, 323)를 통과하지만, BNC(340)에 도달하는 것은 방지되어야 한다. 초기 서지 보호는 저항기(334)에 의해 서로 부분적으로 절연된 애벌랜치(avalanche) 다이오드 스트링(332, 333)에 의해서 제공된다. 각각의 애벌랜치 다이오드 스트링(332, 333)에서와 같이 애벌랜치 다이오드를 직렬 스트링으로 연결하면, 하나의 다이오드에 비해 상기 스트링의 커패시턴스를 줄이게 된다. 일반적으로 커패시턴스는 세 개의 다이오드로 구성된 스트링에서 3 피코패럿(pF)보다 적고, 따라서 주파수가 수십 MHz에 이를 수도 있는 PLC 신호에서 무시할 만한 용량성 부하 효과를 가진다. 상기 직렬 연결은 유사한 커패시턴스를 가진 유사한 소자보다 더 높은 결합 에너지 흡수 용량을 제공한다.

서지가 발생한 경우, 일반적으로 100 내지 200 나노세컨드(ns)의 지연 후에, 가스 튜브(330 및/또는 331)가 점화되어, 상기 서지 전압을 50 볼트(V) 이하로 클램핑(clamping)하고, 상대적으로 낮은 전력의 애벌랜치 다이오드 스트링(332, 333)으로부터 대부분의 스트레스를 제거한다. 이런 세 겹의 보호 설계(즉, 가스 튜브(330, 331), 애벌랜치 다이오드 스트링(332) 및 애벌랜치 다이오드 스트링(333))의 효과는 모뎀 포트에서 피크 전압을 200 나노 세컨드(ns) 이하의 시간 동안 60볼트보다 낮게 제한한다.

쵸크(343, 344, 345, 346)는 RF 주파수에서 높은 임피던스를 나타내고, 또한 데이터 신호 주파수에서도 높은 임피던스를 나타낸다. 상기 쵸크들은 커패시 터(350, 351, 353)와 MOV 서지 어레스터(362)의 커패시턴스에 의해, 접점(315, 316)에 도달하는 BNC(340)로부터의 높은 주파수 신호가 단락되는 것을 막는다.

실제 쵸크에서, 어느 정도의 내부 턴 커패시턴스는 상기 쵸크의 권선에서 고유하게 내재되어 있고, 상기 쵸크의 인덕턴스를 가진 상기 커패시턴스의 병렬 공진이 자기 공진 주파수에서 발생한다. 상기 자기 공진 주파수 상에서는, 상기 쵸크는 임피던스 크기가 주파수와 함께 감소하는 커패시터로 동작한다. 상기 자기 공진 주파수는 적어도 최고 사용 모뎀 주파수 근처에 도달한다.

자기 공진 주파수를 증가시키는 하나의 접근방법은 하나의 쵸크를 복수개의 쵸크의 직렬 결합으로 교체하는 것인데, 여기서 각각의 쵸크는 결합된 값의 하나의 쵸크에 비하여 인덕턴스와 스트레이 커패시턴스(stray capacitance)가 감소된 상태이다. 이러한 배치는 충분히 상기 자기 공진 주파수를 증가시키고, 이는 중성 선로에서는 직렬 쵸크(343, 344)쌍에 의해, 그리고 유사하게 제 1 상 선로에서는 쵸크(345, 346)에 의해 구현된다. 대안적인 접근방법은 소위 파이-감기(pi-wound) 쵸크를 이용하는 것인데, 상기 파이-감기 쵸크는 일반적으로 약 네 개의 섹션을 가지고 최소의 커패시턴스 기하구조로 감긴 것이다.

커패시터(350, 351, 353, 355, 356)와 쵸크(343, 344, 345, 346)는 집합적으로 로우 패스 필터(low pass filer)로 작동한다. 로우 패스 필터는 AC 단자(370, 371)와 직렬 연결된 상태이고, 로우 패스 필터의 주요 목적은 전력 공급 장치(160)(도 1 참조)에서 발생하여, 단자(370, 371, 372)에 인가된 노이즈가 AC 전력 입력 포트(205)에 도달하여 과도한 전도성 또는 방사성의 전자기적 방출을 야기 하는 것을 방지하는 것이다.

예컨대 CPU와 모뎀 카드 같은 통신 노드(100) 안의 다른 회로는 주위에 전자기적 노이즈를 발생시킬 수도 있다. 이러한 노이즈는, 저하되지 않는다면, 포트(250, 260, 및/또는 270)에 연결된 선으로 유도되어 PLI(110)을 통과하면서 과도한 전도성 또는 방사성의 전자기적 방출을 야기할 수도 있다. 상기 로우 패스 필터는 이러한 노이즈를 막고 상기 방출을 줄이기 위한 것이다.

또한, 상기 전자기적 노이즈는 PLI(110) 안에 있는 전도체에 유도될 수도 있다. 따라서, PLI(110)는 상기 유도를 방지하고 방출을 줄이기 위해 차폐된 박스 안에 패키지화될 수도 있다.

단자(302) 또는 단자(301)에 강한 과도상태의 펄스가 도착하면, 쵸크(343, 344, 345, 346, 355, 356)는 개방 회로로 동작하여 과도상태 펄스의 초기 부분을 차단한다. 이것은 MOV 서지 어레스터(362)가 너무 느린 응답을 가져서 과도상태의 펄스의 초기 부분을 흡수할 수 없는 경우에 특히 중요하다.

쵸크(343, 344, 356)의 직렬 배치와 쵸크(345, 346, 355)의 직렬 배치의 초기 개방 회로 특성은 상기 두 개의 직렬 배치에 거의 모든 강한 과도상태의 펄스가 나타나도록 야기하고, 하나 또는 둘 다에 걸쳐서 섬락(flashover)을 야기할 수도 있다. 이러한 초기 펄스 에너지를 안전하게 흡수하기 위해서, 가스 튜브(380, 381)는 상기 각각의 쵸크의 직렬 배치에 연결된다. 각각의 가스 튜브는 100 내지 300 볼트 범위의 점화 전압을 가진다. 가스 튜브(380)는 쵸크(343, 344, 356)의 직렬 배치에 분로(shunt)로 연결되고, 가스 튜브(381)는 쵸크(345, 346, 355)의 직렬 배 치에 분로로 연결된다. 가스 튜브(380)는 쵸크(343, 344, 356)의 직렬 배치에 걸리는 전압이 그것의 점화 전압을 초과할 때 점화하고, 가스 튜브(381)는 쵸크(345, 346, 355)의 직렬 배치에 걸리는 전압이 그것의 점화 전압을 초과할 때 점화한다. 가스 튜브(380, 381)의 점화는 상기 펄스의 에너지를 상기 MOV 서지 어레스터(362)에 전달한다. 다른 모든 경우, 가스 튜브(380, 381)는 낮은 커패시턴스 개방 회로로써 동작하고, 쵸크(343, 344, 345, 346)의 신호 절연 기능에 영향을 미치지 않는다.

일반적인 배치에서 단자(301)(즉, 중성)와 단자(105)(즉, 전기적 접지)는 전력선에서 함께 연결될 것이다. 강한 과도상태의 펄스가 단자(302)(즉, 제 1 상)와 마디처럼 연결된 단자(301, 105) 사이에 가해지면, 쵸크(343, 344, 356)의 직렬 배치와 쵸크(345, 346, 355)의 직렬 배치에서 전압 강하가 나타나게 된다. 그러나 직접적으로 함께 연결된 단자(105)와 단자(372) 사이에서는 전압 강하가 나타나지 않는다. 따라서, 어떠한 간섭하는 조치도 없다면, 전력 공급 장치(160)의 공통 모드 입력 전압 등급을 초과할 수도 있는 높은 공통 모드 전압이 단자(372)에 대해 단자(370, 371)에 걸릴 것이다. 그러나 그러한 조건에서도, 가스 튜브(382)가 전도하고, 따라서 상기 언급된 간섭하는 조치를 제공하고, 공통 모드 전압을 안전한 수준으로 줄인다.

저항기(360, 361)는 낮은 값의 전력 저항으로, 일반적으로 각각 1 옴과 5 와트이다. 저항기(360, 361)는 MOV 서지 어레스터(362)가 흡수해야만 하는 피크 서지 전류를 제한하여 MOV 서지 어레스터(362)의 수명을 증가시킨다. 1 암페어(ampere) 정도의 전력 공급 장치 입력 전류에 대하여, 저항기(360, 361)의 2 볼트 정도의 전압 강하는 전력 공급 장치(160)의 동작에 영향을 미치지 않는다.

퓨즈(313)(즉, 중성)와 퓨즈(312)(즉, 제 1 상)는 PLI(110)를 손상시킬 정도 크기의 과도상태 서지 펄스가 도착하면 차단되도록 설계된 전류 등급을 가진다. 퓨즈(312, 313)에 대한 전류 등급은 전력 공급 장치(160)를 보호하기에 적당한 등급보다 높다. 따라서, 추가적인 퓨즈(367)는 AC 전력 서지 억제 회로(225)의 출력단에 단자(371)와 직렬로 놓인다. 통신 노드(100)의 케이스 내부의 온도가 미리 설정된 값을 초과하면, 열적 차단기(368)가 통신 노드(100)를 과열로부터 보호하고 전력 공급 장치(160)로의 전력을 차단한다.

선로 센서(230)는 이중의 선로 전압 센서이다. 위상 전압이 단자(302)에 가해졌는지 및 퓨즈(312)가 차단되었는지 여부를 측정하기 위하여, 저항기(387)가 단자(302)에 연결되고 저항기(388)가 퓨즈(312)의 출력단으로, 즉 접점(316)에 연결된다. 저항기(387, 388)는 일반적으로 120 킬로옴(kohm)의 높은 값을 가지고, 단자(301, 302)에서 입력 과도상태의 서지를 유지하기 위해 6 kV 이상의 등급을 가진다. 저항기(387, 388)는 적은 양의 선로 전류를 전파 정류기 브리지(389, 390)에 전도한다. 전파 정류기 브리지(389)는 저항기(387)에 의해 측정된 전압을 변환하여 DC 출력을 공급한다. 전파 정류기 브리지(390)는 저항(388)에 의해 측정된 전압을 변환하여 DC 출력을 공급한다. 전파 정류기 브리지(389, 390)의 DC 출력이 전류 제한 저항(391, 392)을 통하여 이중의 광 절연기(393)의 LED(light emitting diodes)로 연결된다. 단자(302)와 접점(316)에 에너지가 가해지면, 커패시터(394, 395)는 리플(ripple)을 최소화하고, LED를 전 영역의 전력 주파수 사이클에 걸쳐서 전도하도록 한다. 이중의 광 절연기(393)는 저항기(396, 397)를 통하여 단자(398, 399)로 절연된 신호를 제공한다. 저항기(396, 397)는 단자(398, 399)에서 회로 단락의 결함의 경우에 출력 전류를 제한한다. 단자(398, 399)로부터의 출력은 데이터 프로세서(150)(도 1 참조)의 논리 입력 회로(미도시)로 제공된다.

도 4는 도 3에 도시된 실시예의 개념적인 부분 집합으로, AC 전력 흐름이 필요하지 않는 경우의 용량성 커플링과 관련된 대안적인 배치를 보여준다. 도 4는 AC 전력 입력 포트(405)에 연결된 커플링 커패시터(421, 422, 423)와 이에 대응하는 블리더 저항기(426, 427, 428)를 도시한다. 커플링 커패시터(421, 422, 423)가 회로 단락으로 실패하면, AC 전력 입력 포트(405)는 퓨즈(410, 411, 412)에 의해서 분리되어 퓨즈 동작을 하여 과도전류로부터 보호한다. 상기한 바와 같이, AC 전력 입력 포트(205)는 전력선(115)으로 연결된다. AC 전력 입력 포트(405)는 세 개의 위상까지 가진 추가적인 전력선에 연결된다.

여기서 기술된 기술은 예시적이며, 본 발명에 대해 어떠한 제한을 의미하는 것은 아니다. 다양한 대안들, 조합들, 변형들이 당업자에 의해 고안될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구범위 범위의 모든 대안들, 변형들과 변천들을 포함하는 것을 의도한다.

Claims

AC 전력선에 연결되는 AC 전력 입력 포트;

상기 AC 전력선으로부터의 전력을 공급하는 AC 전력 출력 포트;

상기 AC 전력 출력 포트에서 전압을 제한하는 AC 전력 서지 억제 회로;

데이터 포트;

상기 AC 전력 입력 포트와 상기 데이터 포트 사이에 데이터 신호를 커플링하는 용량성 데이터 커플러; 및

상기 데이터 포트에서 전압을 제한하는 데이터 포트 서지 억제 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 전력선은 복수개의 전력 위상 선로를 포함하고,

상기 AC 전력 입력 포트는 상기 복수개의 전력 위상 선로에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 용량성 데이터 커플러는 상기 데이터 포트와 상기 복수개의 전력 위상 선로 중 하나 이상과의 사이의 데이터 신호를 커플링하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 용량성 데이터 커플러는 제 1 위상을 갖는 제 1 데이터 신호를 상기 복수개의 전력 위상 선로 중 제 1 선로와 커플링하고,

상기 용량성 데이터 커플러는 제 2 위상을 갖는 제 2 데이터 신호를 상기 복수개의 전력 위상 선로 중 제 2 선로와 커플링하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 전력 입력 포트로부터 상기 AC 전력 서지 억제 회로를 절연시키며, 상기 데이터 신호의 주파수에서 고 임피던스를 가지는 유도성 쵸크(choke)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 유도성 쵸크는 상기 AC 전력 입력 포트와 직렬로 연결된 복수개의 쵸크를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 AC 전력 출력 포트를 보호하는 퓨즈를 더 포함하며,

상기 AC 전력 서지 억제 회로는, AC 전력 입력 포트에 가장 가까운 상기 유도성 쵸크의 단자에 연결된 제 1 단자 및 상기 AC 전력 출력 포트에 가장 가까운 상기 유도성 쵸크의 단자에 연결된 제 2 단자를 가지는 저 커패시턴스 서지 어레스터(arrestor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 AC 전력 서지 억제 회로는 상기 유도성 쵸크에 분로로 연결된 서지 어레스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 서지 어레스터는 가스 튜브(gas tube) 어레스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 전력 출력 포트에 직렬로 연결된 로우 패스 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 전력 서지 억제 회로는 상기 AC 전력 출력 포트와 전기적 접지 사이에 연결된 서지 어레스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 데이터 포트 서지 억제 회로는 가스 튜브 어레스터 및 애벌랜치(avalanche) 다이오드 어레스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 전력 입력 포트로부터의 전압을 측정하는 저항기;

상기 측정된 전압을 DC 전압으로 변환하는 컨버터; 및

상기 DC 전압을 수신하고, 논리 출력 포트에 절연된 신호를 제공하는 광 절연기(optical isolator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 전력 입력 포트와 직렬로 연결되고, 제 1 전류 등급을 갖는 제 1 퓨즈;

상기 AC 전력 출력 포트와 직렬로 연결되고, 제 2 전류 등급을 갖는 제 2 퓨즈를 더 포함하며,

상기 제 1 전류 등급과 제 2 전류 등급은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 전력 입력 포트는 제 1 AC 전력 포트이고, 상기 AC 전력선은 제 1 AC 전력선이며,

상기 시스템은 제 2 AC 전력선에 연결되는 제 2 AC 전력 입력 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 제 2 AC 전력선은 복수개의 전력 위상 선로를 포함하고,

상기 제 2 AC 전력 입력 포트는 상기 복수개의 전력 위상 선로에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.