KR20080060713A

KR20080060713A - 전력선통신용 신호결합기

Info

Publication number: KR20080060713A
Application number: KR1020060135142A
Authority: KR
Inventors: 김영주
Original assignee: 주식회사 다성마그네틱
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-02

Abstract

본 발명은 전력선통신용 신호결합기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력선에서 통신신호의 감쇄를 줄여줌으로써 전력선통신 효율을 높임과 동시에 통신 거리를 늘릴 수 있는 전력선통신용 신호결합기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전력선통신용 신호결합기는, 상호 절연상태로 권선된 1차코일 및 2차코일로 이루어지되, 1차코일은 전력선에, 2차코일은 전력선 모뎀에 연결되어 데이터의 송신주파수와 수신주파수를 상호 유도 작용으로 변환하여 전달하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 1차코일에 각각 연결되는 콘덴서로 이루어지고 전력선을 통해 수신되는 고주파를 전력선의 상용주파수로부터 분리하는 필터회로와, 상기 콘덴서의 양단에 각각 연결되는 저항으로 이루어지고 콘덴서의 충전전압을 저항을 통해 자연적으로 방전하는 방전회로로 구성되되, 상기 각 구성부가 PCB에 실장된 상태에서 몰딩 케이스 내에서 몰딩 처리되어 일체화되는 것을 특징으로 한다.

전력선통신, 신호결합기, 몰딩, 동시 권선

Description

전력선통신용 신호결합기 {Signal Coupler for PLC}

도 1은 종래 전력선통신 신호결합기의 회로도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력선통신용 신호결합기의 회로도,

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 공정별 사시도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력선통신용 신호결합기의 회로도,

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 신호결합기의 효과를 나타내기 위한 회로도와 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 신호결합기 11,12: 접속단자

13: 전력선모뎀 14: 보호회로

15: 방전회로 16: 필터회로

17: PCB 18: 몰딩 케이스

21: 시그널 제너레이터 22: 스펙트럼 어날라이저

C11,C12: 콘덴서 PRI: 1차코일

R11,R12: 저항 SEC: 2차코일

ZD11,ZD12: 제너 다이오드

전력선통신(PLC: Power Line Communication)이란 전력 공급용으로 설치된 기존의 전력선에 고주파 통신신호를 같이 실어 보내면 전용 접속장비가 해당 신호만을 송,수신하는 통신기술이다.

전력선은 가정이나 사무실에 전기를 공급하기 위해 설치된 망으로 복잡한 구성과 열악한 선로특성 때문에 통신망으로는 적합하지 않았으나, 이미 90%를 넘어선 광범위한 보급률과 그 어떤 유선통신망보다 유지보수가 뛰어나다는 점에서 가장 이상적인 가입자망 형태로 주목을 받게 되었다.

특히 통신을 위해 새로 망을 구축하지 않아도 곳곳에 설치된 전원콘센트 그대로를 통신단자로 이용할 수 있어 막대한 투자비용을 줄일 수 있다.

상기 전력선통신은 전력선을 흐르는 50Hz/60Hz 상용교류에 다른 주파수대(1MHz ∼ 50MHz)에 있는 신호를 실어서 전송하고 수신측에서는 그 전송된 신호를 주파수필터로 분리하는 원리로 통신 또는 제어할 수 있게 하는 것이다.

여기서, 신호의 전송 및 수신시에 전력선통신용 신호결합기가 이용되는데, 이 전력선통신용 신호결합기는 대개 보빈에 1차코일과 2차코일을 분리하여 감고 전력선으로 결합하는 부분에 콘덴서를 직렬로 연결하여 저주파 신호인 50Hz나 60Hz는 차단하고 고주파는 잘 통과하도록 하여 사용하였다.

즉 도 1에 도시된 바와 같이, 신호결합기(4)는 전력선에 각각 접속하기 위한 2개의 접속단자(1,2)를 가지고 있으며, 이 접속단자(1,2)와 전력선모뎀(3)과의 사이에 트랜스포머(T1)와 콘덴서(C1,C2)가 구비된다.

트랜스포머(T1)는 상호 절연상태로 권선된 1차코일(PRI) 및 2차코일(SEC)로 이뤄지고 데이터의 송신주파수와 수신주파수를 상호 유도 작용으로 변환하여 전달G한다.

상기 트랜스포머(T1)의 1차코일(PRI) 일단은 콘덴서(C1)를 통해 일측 접속단자(1)와 연결되어 있고, 그 타단은 타측 접속단자(2)와 직접 연결된다.

2차코일(SEC)의 일단은 전력선모뎀(3)의 송신단(Tx)에 콘덴서(C2)를 통해 연결된 동시에 그 수신단(Rx)에는 직접 연결되어 있으며, 타단은 접지되어 있다.

절연트랜스(T1) 1차측의 회로에 있는 콘덴서(C1)는 전력선을 통해 수신되는 주파수를 전력선의 상용주파수로부터 분리하는 주파수 대역통과필터의 기능과 동시에 회로의 임피던스를 매칭시킨다.

절연트랜스(T1)의 2차측의 콘덴서(C2)는 전력선모뎀(3)의 송신단(Tx)에서 출력되는 신호의 직류바이어스를 제거한다.

그러나 종래 결합 트랜스포머(T1)를 이용하여 전력선통신을 하는 경우에 전력선이 가지고 있는 매우 큰 인덕턴스(Inductance) 성분 및 전력선 양단의 병렬 커패시턴스(Capacitance) 성분, 전기 전자 기기들의 노이즈 및 변화하는 전력선 임피던스 등으로 인해 많은 문제점이 있었다.

결국, 종래의 결합 트랜스포머(T1)로는 전력선통신의 통신거리에 대한 문제 및 노이즈 문제를 해결할 수 없었다.

즉, 전력선통신은 전력선을 매체로 통신하므로 높은 부하와 간섭 현상, 잡음(노이즈), 가변하는 임피던스(Impedance)와 신호 감쇄 현상 등이 발생하기 때문에 종래 트랜스포머(T1)의 1차 및 2차 사이의 코일(PRI,SEC)을 가지고 한정된 내부 임피던스를 구현하는 방식으로는 수백 미터의 전력선통신 신호 전송에 있어서 한계가 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전력선통신에서 신호의 감쇄를 획기적으로 줄여 줌으로써 전력선 통신 효율을 높임과 동시에 통신 거리도 늘어나 보다 안정적으로 전력선 통신을 구현할 수 있고, 전력선에 접속되는 콘덴서를 트랜스포머와 매우 근접되게 배치하여 전력선에서 손실을 최소화할 수 있는 전력선통신용 신호결합기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 콘덴서 충전 전압의 자연 방전회로를 신호결합기에 내장하여 안전성을 도모하였고, 전력선에서 유입될 수 있는 임펄스 전압이나 과도 전압에 의한 전력선 통신모뎀의 파손 등을 방지할 수 있는 전력선통신용 신호결합기를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력선통신용 신호결합기는, 상호 절연상태로 권선된 1차코일 및 2차코일로 이루어지되, 1차코일은 전력선에, 2 차코일은 전력선 모뎀에 연결되어 데이터의 송신주파수와 수신주파수를 상호 유도 작용으로 변환하여 전달하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 1차코일에 각각 연결되는 콘덴서로 이루어지고 전력선을 통해 수신되는 고주파를 전력선의 상용주파수로부터 분리하는 필터회로와, 상기 콘덴서의 양단에 각각 연결되는 저항으로 이루어지고 콘덴서의 충전전압을 저항을 통해 자연적으로 방전하는 방전회로로 구성되되, 상기 각 구성부가 PCB에 실장된 상태에서 몰딩 케이스 내에서 몰딩 처리되어 일체화되는 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력선통신용 신호결합기의 회로도이다.

도시된 바와 같이, 신호결합기(10)가 전력선에 각각 접속하기 위한 2개의 접속단자(11,12)를 가지며, 이 접속단자(11,12)와 전력선모뎀(13)과의 사이에 트랜스포머(T11)와, 제너 다이오드(ZD11,ZD12)로 이루어진 보호회로(14)와, 저항(R11,R12)으로 이루어지는 방전회로(15)와, 콘덴서(C11,C12)로 이루어진 필터회로(16)가 구비된다.

그리고 상기 각 구성부는 도 3b에서와 같이 PCB(17)에 실장된 상태에서 몰딩 케이스(18)에 PCB(17)와 함께 삽입되어 몰딩 처리된다.

트랜스포머(T11)는 상호 절연상태로 권선된 1차코일(PRI) 및 2차코일(SEC)로 이뤄지고 데이터의 송신주파수와 수신주파수를 상호 유도 작용으로 변환하여 전달한다.

본 발명에서 상기 트랜스포머(T11)는 도 3a에 도시한 바와 같이 투자율이 높고 소형의 트로이덜(Troidal) 코어에 1차코일(PRI)과 2차코일(SEC)을 동시에 권선하여 1차와 2차간에 결합도를 높여 준다.

이와 같이 트랜스포머(T11)의 1차와 2차간에 결합도를 높여 줌으로써 출력 임피던스가 낮고, 신호 전달 특성이 좋아, 낮은 임피던스 상태의 전력선에서도 광대역(1Mhz~30Mhz) 신호결합기(10)로 사용할 수 있다.

그리고 상기 트랜스포머(T11)의 절연내압 특성을 좋게 하기 위해서 1차코일(PRI)의 와이어는 절연피복이 3중으로 입혀진 3중와이어(Triple Wire)를 사용한다.

상기 트랜스포머(T1)의 1차코일(PRI) 일단은 콘덴서(C11)를 통해 일측 접속단자(1)와 연결되어 있고, 그 타단은 콘덴서(C12)를 통해 타측 접속단자(2)와 연결된다.

상기 2차코일(SEC)의 일단과 타단은 전력선모뎀(13)에 연결된다.

상기 트랜스포머(T11) 1차측의 회로에 있는 콘덴서(C11,C12)로 이루어지는 필터회로(16)는 50Hz/60Hz 상용교류는 차단하고 고주파는 통과시킴으로써, 전력선을 통해 수신되는 고주파를 전력선의 상용주파수로부터 분리하는 주파수 대역통과필터의 기능과 동시에 회로의 임피던스를 매칭시킨다.

이때 상기 트랜스포머(T11)와 콘덴서(C11,C12)는 PCB(17)에 실장시 근접되게 실장하여 전력선에 접속할 때 손실을 줄이는 것이 바람직하다.

상기 콘덴서(C11,C12)의 양단에는 각각 저항(R11,R12)이 병렬 연결되어 이루 어지는 방전회로(15)가 연결되고, 상기 방전회로(15)는 콘덴서(C11,C12)의 충전전압을 저항을 통해 자연적으로 방전한다.

상기 트랜스포머(T11)의 1차코일(PRI) 단부와 콘덴서(C11,C12) 사이에는 제너다이오드(ZD11,ZD12) 2개가 서로 맞붙어 트랜스포머(T11)의 1차코일(PRI)과 콘덴서(C11,C12)에 병렬 연결되는 보호회로(14)가 연결되고, 상기 보호회로(14)는 전력선을 통해 유입되는 과도 전압이나 임펄스 전압 등을 차단하여 전력선 모뎀(13)을 보호한다.

상기한 신호결합기(10)는 먼저 트로이덜 코아(19)에 3중으로 절연피복이 입혀진 1차코일(PRI)과 2차코일(SEC)을 동시에 권선하여 트랜스포머(T11)를 제작한다(도 3a).

상기 제작된 트랜스포머(T11)를 PCB(17) 상부에 콘덴서(C11,C12)와 근접되게 실장한 후, 저항(R11,R12), 제너 다이오드(ZD11,ZD12)를 PCB(17) 하부에 실장한다.

이때 상기 트랜스포머(T11)의 1차코일(PRI) 단부와 2차코일(SEC) 단부는 PCB(17)의 리드핀(17a)에 전기적으로 연결한다.

이와 같이 하여 가제작된 신호결합기(10')를 몰딩 케이스(18)에 삽입하여 몰딩 처리하여 일체화함으로써 각종 안전규격을 지키면서 소형화를 실현할 수 있도록 한다.

즉, 신호결합기(10')를 가제작하여 몰딩 케이스(18)에 삽입한 후(도 3b), 몰딩 케이스(18)가 아래를 향하도록 한 상태에서 열경화, 고절연 특성의 에폭시 수지액을 PCB(17)에 형성된 몰딩홀(17b)을 통해 주입한 후 가열을 하여 경화한다.

상기 경화된 신호결합기(10)에서 각 구성부는 몰딩되어 일체화되고 리드핀(17a)은 외부로 돌출된다.

이 신호결합기(10)에는 에폭시 수지액이 절연 특성이 없어지지 않고 그대로 남아있어 절연전압과 절연저항이 월등하게 향상되며 장기적인 제품의 안정성도 향상된다.

또한, 생산 공정에 있어서 관리가 편리하며 트랜스포머(T11)의 1차코일(PRI)과 2차코일(SEC)의 와이어(특히 와이어가 얇은 2차코일)가 단선되는 현상을 철저하게 방지할 수 있게 되어 생산성 향상에도 도움을 준다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력선통신용 신호결합기의 회로도로서, 트랜스포머(T11)의 2차코일(SEC11)에 센터탭을 형성하여 센터탭이 필요한 전력선 모뎀(13)에 연결하여 사용할 수 있다.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 신호결합기의 효과를 나타내기 위한 회로도와 그래프이다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 2개의 신호결합기(10a,10b)(종래의 신호결합기인 경우 4a,4b)를 AC 220V 전력선을 통해 직접 연결하고, 하나의 신호결합기(10a,4a)에는 시그널 제너레이터(21)를, 다른 하나의 신호결합기(10b,4b)에는 스펙트럼 어날라이저(22)를 연결한 후, 시그널 제너레이터(21)로 1MHz~30MHz 대역에서 1MHz 단위로 주파수를 가변하면서 80dBuV의 신호를 신호결합기(10a,4a)에 입력하여 다른 신호결합기(10b,4b)를 통해 출력되는 신호를 스펙트럼 어날라이저(22)에서 검출하여 dBuV를 측정하였다.

그 결과 종래 신호결합기(4a,4b)는 30MHz 주파수 대역으로 갈수록 dBuV가 감소하는 그래프(●)를 형성하나, 본원발명에 따른 신호결합기(10a,10b)에서는 30MHz 주파수 대역에서도 dBuV가 거의 감소하지 않는 그래프(■)를 형성함을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 전력선통신에서 신호의 감쇄를 획기적으로 줄여 줌으로써 전력선 통신 효율을 높임과 동시에 통신 거리도 늘어나 보다 안정적으로 전력선 통신을 구현할 수 있고, 전력선에 접속되는 콘덴서를 트랜스포머와 매우 근접되게 배치하여 전력선에서 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 콘덴서 충전전압의 방전회로를 신호결합기에 내장하여 안전성을 도모하였고, 전력선에서 들어올 수 있는 임펄스 전압이나 과도 전압에 의한 전력선 통신모뎀의 파손 등을 방지할 수 있으며 신호결합기를 일체로 몰딩 처리함으로써 안전규격을 지키면서 소형화를 실현할 수 있다.

Claims

상호 절연상태로 권선된 1차코일(PRI) 및 2차코일(SEC)로 이루어지되, 1차코일(PRI)은 전력선에, 2차코일(SEC)은 전력선 모뎀(13)에 연결되어 데이터의 송신주파수와 수신주파수를 상호 유도 작용으로 변환하여 전달하는 트랜스포머(T11)와,

상기 트랜스포머(T11)의 1차코일(PRI)에 각각 연결되는 콘덴서(C11,C12)로 이루어지고 전력선을 통해 수신되는 고주파를 전력선의 상용주파수로부터 분리하는 필터회로(16)와,

상기 콘덴서(C11,C12)의 양단에 각각 연결되는 저항(R11,R12)으로 이루어지고 콘덴서(C11,C12)의 충전전압을 저항(R11,R12)을 통해 자연적으로 방전하는 방전회로(15)로 구성되되,

상기 각 구성부(T11,C11,C12,R11,R12)가 PCB(17)에 실장된 상태에서 몰딩 케이스(18) 내에서 몰딩 처리되어 일체화되는 것을 특징으로 하는 전력선통신용 신호결합기.
제 1 항에 있어서,

상기 트랜스포머(T11)는 트로이덜(Troidal) 코어(19)에 1차코일(PRI)과 2차코일(SEC)을 동시에 권선하여 1차와 2차간에 결합도를 높인 것을 특징으로 하는 전력선통신용 신호결합기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 1차코일(PRI)은 절연피복이 3중으로 입혀진 3중와이어인 것을 특징으로 하는 전력선통신용 신호결합기.
제 1 항에 있어서,

상기 트랜스포머(T11)의 1차코일(PRI)과 콘덴서(C11,C12) 사이에는 제너 다이오드(ZD11,ZD12) 2개가 서로 맞붙어 1차코일(PRI)과 콘덴서(C11,C12)에 병렬 연결되는 보호회로(14)가 더 구비되어 몰딩 케이스(18) 내에서 몰딩 처리되는 것을 특징으로 하는 전력선통신용 신호결합기.
제 4 항에 있어서,

상기 트랜스포머(T11)와 콘덴서(C11,C12)는 PCB(17)의 동일면에 근접되게 실장되고, 저항(R11,R12)과 제너 다이오드(ZD11,ZD12)는 PCB(18)의 다른 면에 실장되는 것을 특징으로 하는 전력선통신용 신호결합기.