KR20180048494A - 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치를 개시한다. 그러한 통신장치는, 교류전원의 전류 레벨이 변동되도록 하는 전류신호를 발생하고 상기 교류전원의 전압 레벨을 모니터링하여 전압신호를 검출하는 제1 통신장치와, 상기 교류전원의 전압 레벨이 변동되도록 하는 상기 전압신호를 발생하고 상기 교류전원의 전류 레벨을 모니터링하는 제2 통신장치를 포함한다. 한편, 전력선 통신 모뎀은 그라운드(대지 또는 접지)를 통신 선로의 일부로서 이용한다. 전력선 통신 모뎀은 직류 전원을 통신신호로 이용한다. 직류전원은 교류전원을 정류함에 의해 생성된다. 옥내 전력선 통신의 경우에 전력선들 중 제1선과 옥내 그라운드 접지 선이 통신 선로로 사용되고, 옥외 전력선 통신의 경우에 전력선들 중 제1선과 그라운드가 통신 선로로 사용되며, 그라운드는 접지봉을 통해 통신 모뎀과 연결된다.

Description

전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치{Power control communication device using current and voltage change in power line}

본 발명은 제어 대상기를 원격으로 제어하는 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치에 관한 것이다.

일반적으로 전등을 제어하는 전등 제어기기, 도로에 설치된 가로등을 제어하는 가로등 제어기기, 모터 등을 제어하는 산업 현장의 설비 제어기기, 또는 건물내의 화재 진압을 위한 소방 자동탐지 설비등과 같은 제어 대상기는 통신신호를 받아 제어될 수 있다. 또한, 계량기들을 원격검침하는 통신망이나 인터넷 통신망은 통신신호를 송신하거나 수신하는데 사용될 수 있다.

그러한 제어 대상기를 적절히 제어하기 위한 통신 방식들로서는 별도의 통신 라인을 통한 유선 통신 제어방식과, 무선 모뎀을 통해 통신을 행하는 무선 통신 제어방식, 전력선을 이용한 통신 방식이 알려져 있다.

상용 전원의 전류는 60Hz 주파수 대역이고, 전압은 110V~220V이다. 전력선 통신(power line communication)은 60Hz 이외의 주파수대역, 즉 1~30MHz 주파수 대역에 통신신호를 실어 보냄으로써 고속통신을 가능하게 한다. 전력선을 타고 온 통신신호는 변압기 주변에 설치된 라우터와 댁내에 설치된 모뎀을 통해 전력과 통신신호가 분리되어, 최종사용자가 전력선을 타고 온 통신서비스를 이용할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 전력선을 이용한 통신 방식은 전력선에 고주파 통신 신호를 실어통신을 행하는 방식으로서 별도의 통신 라인을 구축할 필요가 없다는 장점이 있으나 노이즈에 의한 통신 에러 문제가 발생되는 단점과 통신 모뎀의 설치가 반드시 필요하다는 단점이 있다.

전력선 통신 방식을 이용하여 제어 대상기를 온/오프하거나 조도 제어 등과 같은 비교적 간단한 제어를 행할 경우에도 통신 모뎀은 반드시 설치되어야 하기 때문에 저가의 통신 구현이 이루어지기 어렵다. 또한 전력선을 제외한 모든 공간 및 물질들은 접지계(저항)로서 취급된다. 데이터는 공중 및 대지로 방사되기 때문에 수신단에서 받는 데이타는 손실되거나 왜곡될 수 있다. 결국, 각종 전기 전자 소자들에 의해 발생되는 노이즈에 의한 송수신 에러가 발생된다. 종래의 전력선 통신의 경우에 송수신 에러에 기인하여 통신 성공율이 저조하므로 현실적으로 상용화가 어렵다.

결국, 설치비가 막대하게 드는 별도의 유선 통신 선로를 설치할 필요 없이 비교적 간단하고 저가의 통신 모뎀을 통해 제어 대상기를 높은 통신 성공율로 제어하는 통신 기술이 요구된다. 또한, 그러한 통신 기술을 통해 인터넷 통신도 수행할 경우에 다양한 분야에서 활용도가 높아진다.

예를 들어, 제어 대상기가 가로등 제어기기인 경우에, 불필요하게 소모되는 전력의 낭비를 막기 위해 차량이 도로를 통행할 경우나 사람이 거리를 지나는 경우에만 조도가 필요한 만큼 유지되도록 하고, 차량이 도로를 통행하지 않거나 사람이 거리를 지나지 않는 경우에는 최소 조도가 유지되도록 할 필요성이 있다. 또한, 인터넷 통신 선로가 없는 경우에 유선 통신 선로를 별도로 설치하지 않고서도 기 설치되어 있는 전력선을 이용하여 인터넷 통신이 구현되도록 할 필요성도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 통신 방법 및 전원제어 통신장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 별도의 유선 통신 선로를 설치함이 없이 기 설치된 전력선을 그대로 통신선로로 사용할 수 있는 전원제어 통신장치 및 통신 방법을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전력선을 통해 제공되는 전압 및 전류의 신호 진폭의 변동 검출을 이용하는 전원제어 통신장치 및 통신 방법을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 그라운드 접지선과 전력선들 중 한 선을 통해 전력선 통신을 수행할 수 있는 전력선 통신 모뎀 및 그를 구비한 전력선 통신 장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따라, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치는,

교류전원을 공급하는 전력선에 연결되며 제1 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전류 레벨이 변동되도록 하는 전류신호를 발생하고 상기 교류전원의 전압 레벨을 모니터링하여 전압신호를 검출하는 제1 통신장치; 및

상기 전력선을 통해 상기 제1 통신장치와 연결되며 제2 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전압 레벨이 변동되도록 하는 상기 전압신호를 발생하고 상기 교류전원의 전류 레벨을 모니터링하여 상기 전류신호를 검출하는 제2 통신장치를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치는,

교류전원을 공급하는 전력선에 연결되며 제1 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전류 레벨이 변동되도록 하는 전류신호를 발생하고 상기 교류전원의 전압 레벨을 모니터링하여 전압신호가 통신신호로서 검출 시에 제어 대상기를 제어하는 제1 통신장치; 및

상기 전력선을 통해 상기 제1 통신장치와 연결되며 제어 이벤트 발생 시에 제2 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전압 레벨이 변동되도록 하는 상기 전압신호를 발생하고 상기 교류전원의 전류 레벨을 모니터링하여 상기 전류신호를 제어 응답신호로서 검출하는 제2 통신장치를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치는,

교류전원을 공급하는 전력선에 연결되며 상기 교류전원의 전압 레벨을 모니터링하여 전압신호가 통신신호로서 검출될 시에 제어 대상기를 제어하고 제1 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전류 레벨이 변동되도록 하는 전류신호를 발생하는 복수의 제1 통신장치들; 및

상기 전력선을 통해 상기 제1 통신장치들과 연결되며 제어 이벤트 발생 시에 제2 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전압 레벨이 변동되도록 하는 상기 전압신호를 발생하고 상기 교류전원의 전류 레벨을 모니터링하여 상기 전류신호를 제어 응답신호로서 수신하는 제2 통신장치를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하는 전원제어 통신장치는,

센싱 입력이나 조작 입력을 수신하여 제어 이벤트가 발생되도록 하는 입력부;

교류전원이 공급되는 전력선에 연결되며 일정 시간 동안에 교류 전류의 신호 진폭이 변동되도록 하는 전류신호를 슬레이브 통신신호로서 발생하고 교류 전압의 신호 진폭을 일정 시간 동안에 모니터링하여 전압신호가 마스터 통신신호로서 검출 시에 제어 대상기를 제어하는 제1 통신장치; 및

상기 전력선을 통해 상기 제1 통신장치와 연결되며 상기 제어 이벤트 발생 시에 상기 교류 전압의 신호 진폭이 변동되도록 하는 상기 전압신호를 상기 마스터 통신신호로서 발생하고 상기 교류 전류의 신호 진폭을 모니터링하여 상기 전류신호를 응답신호로서 검출하는 제2 통신장치를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 전력선 통신 모뎀은,

교류전원을 공급하는 전력선들에 연결되어 권선 비에 따라 교류전압을 변압하고 정류하는 변압 및 정류부; 및

상기 변압 및 정류부로부터 인가되는 직류 전원을 수신하며, 상기 전력선들 중 제1 선과 상기 전력선들에 대한 그라운드 접지선 사이에 변조된 통신 신호를 실어 목적지로 송신하거나 상기 제1 선과 상기 그라운드 접지선에 연결된 모뎀 그라운드 사이를 통해 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조하는 송수신부를 포함한다.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하여 제어 대상기가 제어되도록 할 수 있다. 또한, 그라운드 접지선과 전력선들 중 한 선을 통해 전력선 통신이 수행되므로 인터넷 통신 등을 포함한 각종 통신이 가능해진다. 따라서, 종래의 전력선 통신 방식에 비해 통신 성공율이 개선되면서도 통신 구현 비용이 상대적으로 저렴해지는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원제어 통신장치의 개략적 블록도이다.
도 2는 도 1중 제1 통신장치의 구체적 블록도이다.
도 3은 도 1중 제2 통신장치의 구체적 블록도이다.
도 4는 도 3에 따른 전류 레벨 모니터링에 의해 통신신호로서의 전류신호를 검출하는 예시적 원리를 설명하기 위해 제시된 도면이다.
도 5는 도 1에 따른 전원 레벨의 진폭 변동을 이용한 전원제어 통신방식의 제어 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다.
도 6은 도 1에 따른 전원 레벨의 진폭 변동을 이용한 전원제어 통신방식의 또 다른 제어 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다.
도 7은 도 6에 따른 통신신호의 포맷을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 도 2에 따른 동작 제어 플로우챠트이다.
도 9는 도 2에 따른 또 다른 동작 제어 플로우챠트이다.
도 10는 도 3에 따른 동작 제어 플로우챠트이다.
도 11은 도 2에 따른 동기 통신 방식의 동작 제어 플로우챠트이다.
도 12는 본 발명에 적용되는 조명등 절전을 위한 조명등 제어 구동기의 예시적 블록도이다.
도 13은 도 12에 따른 상세 구현 예시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전원제어 통신장치의 전압 마스터 장치의 블록도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전원제어 통신장치의 전류 마스터 장치의 블록도이다.
도 16은 도 14 및 도 15에 따른 전원제어 통신방식의 제어 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다.
도 17은 도 16의 전압 신호 및 전류 신호의 모니터링 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다.
도 18은 도 12의 조명등 제어 구동기의 조도 조절 회로의 상세 구현 예시도이다.
도 19는 도 12의 조명등 제어 구동기의 또 다른 상세 구현 예시도이다.
도 20은 도 19에 따른 4단계 절전동작의 예시를 보여주는 동작 타이밍도이다.
도 21은 도 19에 따른 4단계 정상동작의 예시를 보여주는 동작 타이밍도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 접지 연결 전력선 통신 모뎀을 포함하는 전력선 통신 장치의 구현 예시도이다.
도 23은 도 22중 제1 통신 모뎀의 구체적 회로 구성을 설명하기 위해 제시된 도면이다.
도 24는 도 22의 전력선 통신 장치를 통해 나타나는 DC 데이터의 예시를 보인 신호 파형도이다.
도 25는 도 22의 전력선 통신 장치를 시험함에 의해 나타나는 리얼 신호 파형도이다.

위와 같은 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은, 이해의 편의를 제공할 의도 이외에는 다른 의도 없이, 개시된 내용이 보다 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 소자 또는 라인들이 대상 소자 블록에 연결된다 라고 언급된 경우에 그것은 직접적인 연결뿐만 아니라 어떤 다른 소자를 통해 대상 소자 블록에 간접적으로 연결된 의미까지도 포함한다.

또한, 각 도면에서 제시된 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가급적 나타내고 있다. 일부 도면들에 있어서, 소자 및 라인들의 연결관계는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 나타나 있을 뿐, 타의 소자나 회로블록들이 더 구비될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원제어 통신장치의 개략적 블록도이다.

도 1을 참조하면, 전원제어 통신장치는 제1 통신장치(100), 제2 통신장치(200), 입력부(300), 및 제어대상기(400)를 포함할 수 있다.

상기 제1 통신장치(100)는 교류전원을 공급하는 전력선(PL:Power Line)에 연결되며 제1 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전류 레벨이 변동되도록 하는 전류신호를 발생하고 상기 교류전원의 전압 레벨을 모니터링하여 전압신호를 검출한다.

상기 제2 통신장치(200)는 상기 전력선(PL)을 통해 상기 제1 통신장치(100)와 연결되며 제2 통신신호 전송타임 동안에 상기 교류전원의 전압 레벨이 변동되도록 하는 상기 전압신호를 발생하고 상기 교류전원의 전류 레벨을 모니터링하여 상기 전류신호를 검출한다.

상기 제1 통신장치(100)와 상기 제2 통신장치(200)는 전력선(PL)을 통해 서로 연결되어 있으며, 상기 전력선(PL)의 교류전원에 고주파 통신 신호를 실어 통신을 행하는 종래의 전력선 통신 방식이 아니라, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용하여 서로 통신을 수행한다. 즉, 전압전류(VC)기반의 전력선 통신(PLC)인 VCPLC가 도 1의 전원제어 통신장치에서 구현된다. 이 경우에 전원변동의 유지 시간도 통신신호의 형성에 관련될 수 있다.

입력부(300)는 센서부로부터의 센싱 입력이나 사용자로부터의 조작 입력을 수신하여 제어 이벤트가 발생되도록 한다. 예컨대 제어 대상기(400)가 모터인 경우에 모터를 온/오프 하기 위한 조작 입력이 외부 또는 내부적으로 수신되면 상기 입력부(300)는 입력 신호를 생성하여 제어 이벤트가 발생되도록 한다.

상기 제어 대상기(400)는 전등을 제어하는 전등 제어기기, 도로에 설치된 가로등을 제어하는 가로등 제어기기, 모터 등을 제어하는 산업 현장의 설비 제어기기, 또는 건물내의 화재 진압을 위한 소방 자동탐지 설비 등이 될 수 있다.

상기 전력선(PL)은 통상적으로 2개의 라인이 되며, 한 라인이 N상 인 경우에 다른 라인은 R,S,T 상 중 한상이 될 수 있다. 상기 전력선(PL)의 전압 레벨은 실효치로서 예를 들어 220 Volt가 될 수 있다. 그러나 전압 레벨의 예시는 본 발명의 실시 예에 불과하며 220볼트 이하의 전압이나 220볼트 이상의 전압으로 주어질 수 있다.

통신신호로서 전류신호를 발생하고 전압신호를 수신하는 상기 제1 통신장치(100)는 전류신호를 통신신호로서 발생하는 장치이므로 상기 전력선(PL)을 통해 교류전원이 수신되는 수신단에 설치된다. 한편, 제2 통신장치(200)는 전압신호를 통신신호로서 발생하는 장치이므로 상기 전력선(PL)을 통해 교류전원을 공급하는 공급단에 설치된다.

통신신호로서 전압신호를 발생하고 전류신호를 수신하는 상기 제2 통신장치(200)는 마스터 장치로서 기능할 경우에 상기 제1 통신장치(100)는 슬레이브 장치로서 기능할 수 있다. 상기 제2 통신장치(200)에 대하여 상기 제1 통신장치(100)는 복수개로 상기 전력선을 통해 연결될 수 있다.

도 1의 전원제어 통신장치는 전력선의 전원 변동을 통신신호로 이용하기 때문에 기존의 전력선 통신에 사용되던 통신 모뎀이 필요없다. 또한 고주파 통신이 아니므로 노이즈에 의한 통신 에러 발생이 최소화 또는 줄어든다.

도 2는 도 1중 제1 통신장치의 구체적 블록도이다.

도 2를 참조하면, 제1 통신장치(100)는 전류 변화 구동부(140), 스위칭부(150), 부하저항(L), 라인전압 강하부(170), 제로크로싱부(185), 전압변화 검출부(180), 슬레이브 제어부(130), 및 구동회로부(120)를 포함할 수 있다.

상기 전류 변화 구동부(140)는 전력선을 통해 인가되는 전압신호가 마스터 통신신호로서 검출 시에 이에 응답하여 스위칭 구동신호를 생성한다.

스위칭부(150)는 상기 스위칭 구동신호에 응답하여 동작된다.

부하저항(L)은 상기 스위칭부(150)가 동작될 시에 상기 전력선(PL:2)에 병렬로 연결되어 슬레이브 통신신호가 발생되도록 하는 설정 저항으로서 기능한다. 상기 부하저항(L)은 히터 열선 코어로 구현될 수 있으며 수십 오옴의 저항을 가질 수 있다.

라인전압 강하부(170)는 마스터 통신신호를 검출하기 위해 상기 전력선의 전압을 낮춘 출력 전압을 생성한다.

제로 크로싱 검출부(185)는 상기 라인전압 강하부(170)의 상기 출력 전압을 수신하여 상기 전압신호의 제로 크로싱 시점을 검출한다.

전압변화 검출부(180)는 상기 라인전압 강하부(170)의 상기 출력 전압을 수신하여 상기 전력선의 전압 레벨 변동을 나타내는 전압 변화 검출신호를 생성한다.

슬레이브 제어부로서 기능하는 제어부(130)는 상기 전력선을 통한 통신이 수행되도록 하기 위해 상기 제로 크로싱 시점에 동기하여 동작되며, 상기 전류신호를 상기 슬레이브 통신신호로서 생성하고, 상기 전압변화 검출부(180)로부터 수신되는 상기 전압 변화 검출신호를 설정된 분석 조건으로 분석하여 상기 전압신호가 상기 마스터 통신신호로서 판단될 때 전압 변화 구동제어신호를 생성한다. 상기 전압신호는 통신구간이 아닌 구간에서 전송되는 교류전원의 전압레벨보다 낮은 전압 레벨을 가진다. 즉, 통신구간에서 제공되는 상기 전압신호는 감압된 전압신호이다.

구동 회로부(120)는 상기 전압 변화 구동제어신호에 응답하여 제어 대상기(125)를 제어한다.

제1 통신장치(100)에서, 전력선의 전원변동을 통신신호로 이용함에 의해 제어 대상기(125)는 통신모뎀의 설치없이도 제어될 수 있다.

도 2에서, 메모리부(195)는 DRAM이나 플래시 메모리와 같은 반도체 메모리로 구현될 수 있으며, 상기 제어부(130)의 작업용 메모리나 프로그램 메모리로서 기능할 수 있다.

조명등 제어를 위해 센싱부(190)는 상기 제어부(130)에 센싱 신호를 제공한다. 상기 센싱부(190)는 적외선 센서, 초음파 센서, 조도센서, 동체 감지센서, RF센서, 또는 레이저 센서로 구현될 수 있다. 또한, 상기 센싱부(190)는 상기한 센서들 이외에도 영상 신호를 분석하여 움직임을 파악하는 CCD(또는 CMOS)카메라로 구현될 수 있다.

한편, 열감지 센서의 설치 시에 차량에서 발생하는 온도가 감지될 수 있다. 온도 감지시에 차량의 진입이 있는 것으로 판단될 수 있다. 또한, 적외선 빔 스위치를 설치하여 차량 진입을 감지하거나 차량진입 루프코일을 설치하여 차량진입을 감지할 수도 있다. 본 발명의 실시 예에서 상기 조명등은 도로나 거리에 설치된 가로등, 보안등, 혹은 아파트 등의 주차장에서 설치되는 램프 또는 LED일 수 있다.

상기 제어부(130), 전류 변화 구동부(140), 스위칭부(150), 및 부하저항(160)는 전류 신호 송신부를 구성할 수 있다. 상기 전류 신호 송신부는 전압신호를 통신신호로서 수신하거나 센싱 신호의 수신에 응답하여 전력선에 부하저항(L)이 연결되도록 하여 증폭된 전류신호가 전력선을 통해 전송되도록 한다.

상기 라인전압 강하부(170), 상기 전압변화 검출부(180), 및 제어부(130)는 전압 신호 수신부를 구성할 수 있다. 상기 전압 신호 수신부는 상기 전력선을 통해 인가되는 전압 레벨을 체크하여 감압된 전압 신호가 수신되는 것으로 판정 시에 상기 제어 대상기(125)가 제어되도록 한다.

또한, 상기 제1 통신장치(100)는 부가적으로 변류기(172), 및 라인전류 변화 검출부(182)를 더 포함할 수 있다. 상기 변류기(172)의 출력 전류를 수신하는 상기 라인전류 변화 검출부(182)는 상기 전압 변화 검출부(180)와는 병렬적으로 상기 전압신호를 검출할 수 있다. 즉, 상기 전압 변화 검출부(180)가 미설치되거나 동작 에러 발생 시에 상기 라인전류 변화 검출부(182)가 동작되어 상기 전압신호를 검출할 수 있게 된다.

도 3은 도 1중 제2 통신장치의 구체적 블록도이다.

도 3을 참조하면, 제2 통신장치(200)는 입력 인터페이스부(270), 전압 변화 구동부(240), 스위칭부(250), 감압저항(L2), 라인전류 변화 검출부(220), 제로크로싱 검출부(215), 및 제어부(230)를 포함할 수 있다.

입력인터페이스부(270)는 입력부를 통해 인가되는 입력들을 인터페이싱하여 상기 제어 이벤트의 발생을 위한 입력 신호를 생성한다.

전압 변화 구동부(240)는 라인(L20)을 통해 인가되는 감압 마스터 제어신호에 응답하여 전압변화 스위칭 구동신호를 생성한다.

스위칭부(250)는 라인(L30)을 통해 인가되는 상기 전압변화 스위칭 구동신호에 응답하여 동작된다.

감압저항(L2)은 상기 스위칭부가 동작될 시에 상기 전력선(PL:2)에 직렬로 연결되어 상기 마스터 통신신호가 발생되도록 하는 설정 저항으로서 기능한다. 상기 감압저항(L2)은 수십 오옴 또는 수 오옴의 저항을 갖는 열선 히터 코어로서 구현될 수 있다. 여기서, 열선 히터 코어의 저항 값은 전력선에 병렬로 연결된 전등들 등과 같은 부하의 병렬 합성저항 값과, 통신신호로 이용되는 전원 변동의 레벨에 따라 결정될 수 있다. 즉, 상기 병렬 합성저항 값과 전원 변동의 레벨이 주어지면 키르히호프의 법칙의 적용에 의해 상기 감압저항(L2)의 저항값이 설정되는 것이다.

라인전류 변화 검출부(220)는 상기 전력선에 연결된 변류기(210)를 통해 인가되는 전류를 수신하여 상기 전력선의 전류 레벨 변동을 나타내는 전류 변화 검출신호를 생성한다.

제로크로싱 검출부(215)는 상기 변류기(210)를 통해 인가되는 교류 전류를 수신하여 상기 전류신호의 제로 크로싱 시점을 검출한다.

마스터 제어부로서의 제어부(230)는 상기 전력선(2)을 통한 통신이 수행되도록 하기 위해 상기 제로 크로싱 시점에 동기하여 동작되며, 상기 입력 신호가 발생될 때 상기 감압 저항(L2)이 상기 전력선(2)에 직렬로 연결되도록 하는 상기 감압 마스터 제어신호를 생성함에 의해 상기 전압신호가 상기 마스터 통신신호로서 생성되도록 하고, 상기 전류 변화 검출신호를 설정된 분석 조건으로 분석하여 상기 전류신호가 상기 슬레이브 통신신호로서 판단될 때 응답신호로서 판단한다.

도 3에서, 메모리부(280)는 DRAM이나 플래시 메모리와 같은 반도체 메모리로 구현될 수 있으며, 상기 제어부(230)의 작업용 메모리나 프로그램 메모리로서 기능할 수 있다.

제어부(230)는 도 2의 제어대상기(125)를 구동하기 위한 입력신호가 입력인터페이스부(270)를 통해 수신되는 경우에 상기 감압 저항(L2)이 상기 전력선(2)에 직렬로 연결되도록 하는 상기 감압 마스터 제어신호를 생성한다. 이에 따라 감압된 전압신호가 마스터 통신신호로서 생성되어 상기 전력선을 통해 전송된다. 일정 시간이 경과한 후에 상기 제어부(230)는 라인전류 변화 검출부(220)를 통해 수신되는 전류 변화 검출신호를 설정된 분석 조건으로 분석하여 상기 전류신호가 상기 슬레이브 통신신호로서 판단될 때 이를 마스터 통신신호에 대한 응답신호로서 판단한다.

도 4는 도 3에 따른 전류 레벨 모니터링에 의해 통신신호로서의 전류신호를 검출하는 예시적 원리를 설명하기 위해 제시된 도면이다.

도 4를 참조하면, 가로축은 시간을 가리키고 세로축은 전류신호의 진폭을 나타낸다. 파형 F1에서 전력선을 통해 나타나는 전류신호는 1주기 동안에 양의 진폭(A1)과 음의 진폭(B1)을 갖는 정현파 신호이다.

라인전류 변화 검출부(220)는 파형 F1의 전류신호를 파형 F2의 전류신호로 변환한다. 파형 F2의 전류신호는 레벨(cl1)만큼 클리핑되고 전파정류된 신호이다.

파형 F3는 통신신호로서 전류신호가 포함된 신호를 보여준다. 즉, 두번째와 세번째의 반파 파형신호들은 증폭된 전류신호를 가리킨다. 증폭 전류신호의 최대 진폭은 통신신호가 아닌 전류신호의 최대 진폭에 비해 D1만큼 더 높다. 즉, 전류신호의 진폭이 반 주기 동안에 높게 들어오면 통신신호로서 검출되는 것이다.

제어부(230)는 전력선을 통해 인가되는 교류전원의 전류 레벨을 모니터링 시에 전류 파형의 반주기의 1/8구간 마다 50회 이상 샘플링하여 RMS값으로 취한 값을 단위 기준값과 비교함에 의해 상기 전류 파형의 반주기가 통신신호인지의 여부를 판단할 수 있다. 즉, 전류 파형의 반주기의 1/8구간인 구간(b1)은 기준 전류 파형의 반주기의 1/8구간인 구간(a1)과 비교된다. 이 경우에 구간(b1)에 수신되는 전류신호는 50회정도로 샘플링되어 RMS 값으로 저장될 수 있다. 한편, 구간(a1)에 수신되는 전류신호도 50회정도로 샘플링되어 RMS 값으로 저장되는데 이는 상기 단위 기준값이 된다. 이와 같이 현재의 반주기 파형은 기준 반주기 파형과 비교되는데, 모두 8개의 구간에서 비교된다. 즉, b1:a1, b2:a2, b3:a3, b4:a4, b5:a5, b6:a6, b7:a7, 및 b8:a8이 서로 비교된다. 따라서, 반주기 파형에서 b1-b8중 예를 들어 6개 구간 이상에서 크면 통신신호 예컨대 슬레이브 통신신호(응답신호)로서 판정된다. 한편, 세번째 반주기 파형의 경우에도 마찬가지로, c1:a1, c2:a2, c3:a3, c4:a4, c5:a5, c6:a6, c7:a7, 및 c8:a8이 서로 비교된다. 따라서, 반주기 파형에서 c1-c8중 예를 들어 6개 구간 이상에서 크면 통신신호 예컨대 슬레이브 통신신호(응답신호)로서 판정된다. 예컨대 도 4의 경우에 전류신호는 "00"을 통신신호로서 제공할 수 있다.

한편, 도 4의 경우에는 증폭 전류신호를 통신신호로 예를 들고 있으나, 감압 전압신호의 경우에는 도 4의 파형 F3에서 두번째 및 세번째 반파 파형신호들이 감압된 전압신호로서 제공될 것이다. 감압 전압신호의 최대 진폭은 통신신호가 아닌 전압신호의 최대 진폭에 비해 D1만큼 더 낮다. 즉, 전압신호의 진폭이 반 주기 동안에 낮게 들어오면 마스터 통신신호로서 검출되는 것이다.

이와 같이 교류전원의 한주기 또는 반주기 동안에 전류신호나 전압신호의 진폭을 변동시켜 통신모뎀 없이 전력선을 통한 통신을 수행할 수 있다.

도 5는 도 1에 따른 전원 레벨의 진폭 변동을 이용한 전원제어 통신방식의 제어 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다.

도 5를 참조하면, 교류전원의 반주기 동안에 인가되는 첫번째 전압신호(IN1)가 제1 기준 전압신호(VREF1)보다 낮고 제2 기준 전압신호(VREF2)보다 높은 경우에 통신신호는 "1"이 된다. 여기서, 제1 기준 전압신호(VREF1)의 레벨은 제2 기준 전압신호(VREF2)의 레벨보다 높다.

교류전원의 또 다른 반주기 동안에 인가되는 두번째 전압신호(IN2)가 제1 기준 전압신호(VREF1)보다 낮고 제2 기준 전압신호(VREF2)보다 높은 경우에 통신신호는 역시 "1"이 된다. 여기서, 제1 기준 전압신호(VREF1)의 레벨은 제2 기준 전압신호(VREF2)의 레벨보다 높다. 따라서, 한주기 동안에 "11"의 전압신호가 통신신호로서 주어질 경우에 제어 대상기가 모터인 경우에 모터 구동 온을 의미할 수 있다. 또한, 제어 대상기가 조명등인 경우에 디밍 제어를 100% 로 제어하는 명령을 의미할 수 있다.

한편, 교류전원의 반주기 동안에 인가되는 첫번째 전압신호(IN1)가 제1 기준 전압신호(VREF1)보다 낮고 제2 기준 전압신호(VREF2)보다 높은 경우에 통신신호는 "1"이 된다. 여기서, 제1 기준 전압신호(VREF1)의 레벨은 제2 기준 전압신호(VREF2)의 레벨보다 높다. 교류전원의 또 다른 반주기 동안에 인가되는 두번째 전압신호(IN2)가 제1 기준 전압신호(VREF1)와 같은 경우에 통신신호는 "0"이 된다. 한주기 동안에 "10"의 전압신호가 통신신호로서 주어질 경우에 제어 대상기가 모터인 경우에 모터 구동 온을 의미할 수 있다. 또한, 제어 대상기가 조명등인 경우에 디밍 제어를 75% 로 제어하는 명령을 의미할 수 있다.

또한, 한주기 동안에 "01"의 전압신호가 통신신호로서 주어질 경우에 제어 대상기가 모터인 경우에 모터 구동 오프를 의미할 수 있다. 또한, 제어 대상기가 조명등인 경우에 디밍 제어를 50% 로 제어하는 명령을 의미할 수 있다.

한편, 전류신호의 경우에,

교류전원의 반주기 동안에 인가되는 첫번째 전류신호(IN10)가 제1 기준 전류신호(CREF1)보다 높고 제2 기준 전류신호(CREF2)보다 낮은 경우에 통신신호는 "1"이 된다. 여기서, 제1 기준 전류신호(CREF1)의 레벨은 제2 기준 전류신호(CREF2)의 레벨보다 낮다.

교류전원의 또 다른 반주기 동안에 인가되는 두번째 전류신호(IN11)가 제1 기준 전류신호(CREF1)보다 높고 제2 기준 전류신호(CREF2)보다 낮은 경우에 통신신호는 "1"이 된다. 여기서, 제1 기준 전류신호(CREF1)의 레벨은 제2 기준 전류신호(CREF2)의 레벨보다 낮다. 따라서, 한주기 동안에 "11"의 전류신호가 통신신호로서 주어질 경우에 이는 모터 구동 온이나 100% 디밍 수행을 완료하였다는 것을 나타내는 응답신호가 될 수 있다.

한편, 교류전원의 반주기 동안에 인가되는 첫번째 전류신호(IN10)가 제1 기준 전류신호(CREF1)보다 높고 제2 기준 전류신호(CREF2)보다 낮은 경우에 통신신호는 "1"이 된다. 여기서, 제1 기준 전류신호(CREF1)의 레벨은 제2 기준 전류신호(CREF2)의 레벨보다 낮다.

교류전원의 또 다른 반주기 동안에 인가되는 두번째 전류신호(IN11)가 제1 기준 전류신호(CREF1)와 같은 경우에 통신신호는 "0"이 된다. 따라서, 한주기 동안에 "10"의 전류신호가 통신신호로서 주어질 경우에 이는 모터 구동 온이나 75% 디밍 수행을 완료하였다는 것을 나타내는 응답신호가 될 수 있다.

또한, 한주기 동안에 "01"의 전류신호가 통신신호로서 주어질 경우에 이는 모터 구동 오프나 50% 디밍 수행을 완료하였다는 것을 나타내는 응답신호가 될 수 있다.

도 6은 도 1에 따른 전원 레벨의 진폭 변동을 이용한 전원제어 통신방식의 또 다른 제어 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다.

도 6을 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 전류신호의 진폭을 가리킨다.

도 6의 파형 W1은 기준 전류신호 즉 통신신호가 아닌 전류신호를 나타낸다.

파형 W2 내지 파형 W4는 통신신호로서의 전류신호를 가리킨다.

파형 W1-W4에서 구간 T1은 동기 신호를, T2는 고유 식별번호를 나타내는 ID를, 그리고 구간 T3는 제어 명령의 종류를 나타내는 데이터를 의미하는 신호가 각기 포함될 수 있다.

따라서, 파형 W4와 같은 전류신호가 들어오면, 제2 통신장치(200)를 통해 동기 신호가 "1111"로서 검출되고, ID가 "1111"로서 검출되며, 데이터가 "111111"로서 검출된다.

한편, 도 6의 경우에는 전류신호가 표현되었으나, 전압신호의 경우에는 도 6과는 달리 통신신호는 감압 전압신호로서 나타날 수 있다.

도 7은 도 6에 따른 통신신호의 포맷을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 7의 케이스 1은 도 6의 파형 W4의 포맷을 보여주고, 케이스 2는 도 6의 파형 W3의 통신 포맷을 나타낸다.

결국, 전압신호를 전력선을 통해 동기적으로 전송하고, 전류신호를 전력선을 통해 동기적으로 수신함에 의해 하여 장치들간의 통신이 수행될 수 있다.

도 8은 도 2에 따른 동작 제어 플로우챠트이다.

제어부(130)의 초기화 동작(S1010 단계)은 내부의 각종 레지스터와 플래그를 초기화 상태로 설정하는 동작을 가리킨다.

S1020 단계에서 전력선(2)을 통해 전압신호를 수신한다.

S1030 단계에서 기준값 저장 후 수신된 전압신호를 데이터 값으로 산출하고 기준값과 비교한다. 결국, 제1 통신장치(100)는 감압된 전압신호를 제2 통신신호 전송타임 동안 수신하고, 감압된 전압 신호의 분석을 통해 통신신호인지를 확인한다.

S1040 단계에서 전압신호가 통신신호인지의 여부가 체크된다. 상기 전압신호를 모니터링 시에 전압 파형의 반주기의 1/8구간 마다 50회 이상 샘플링하여 RMS값으로 취한 값을 단위 기준값과 비교함에 의해 상기 전압 파형의 반주기가 통신신호인지의 여부를 판단할 수 있다.

S1050 단계에서 검출된 상태값에 따라 제어 대상기가 제어된다.

S1060 단계에서 설정시간이 경과되었는 지가 체크되고, 설정시간이 경과된 경우에 S1070 단계에서 응답신호로서 전류신호 생성 후 전력선을 통해 전송하는 동작이 실행된다. 이 경우에 증폭된 전류신호가 전력선을 통해 전송된다. 예를 들어, 32ms 동안 부하저항(L)이 전력선에 부하로서 작용하면 제1 통신신호 전송타임 동안에 증폭 전류신호가 전송되는 것이 된다.

도 9는 도 2에 따른 또 다른 동작 제어 플로우챠트이다.

가로등 제어를 위하여 센싱부(190)를 통해 센싱 신호를 수신하는 경우에 도 2의 제어부(130)는 도 8과는 달리 전류신호를 우선적으로 제2 통신장치(200)로 전송할 수 있다.

S1110 단계에서 초기화의 수행 후에, S1120 단계에서 센싱신호가 수신되면S1130 단계에서 전송 설정 시간동안에 전류신호를 생성 후에 전력선을 통해 전류신호를 통신신호로서 전송한다. 예를 들어, 32ms 동안 부하저항(L)이 전력선에 부하로서 연결되게 하면 제1 통신신호 전송타임 동안에 증폭 전류신호가 전송된다.

S1140 단계에서 일정시간이 경과되었는 지가 체크되고, 일정시간이 경과되면 S1150 단계에서 수신된 전압신호를 데이터 값으로 산출 후 기준값과 비교하는 동작이 수행된다. 예를 들어, 상기 전압신호를 비교 시에 전압 파형의 반주기의 1/8구간 마다 50회 이상 샘플링하여 RMS값으로 취한 값을 단위 기준값과 비교함에 의해 상기 전압 파형의 반주기가 통신신호인지의 여부를 판단할 수 있다.

S1160 단계에서 상기 전압신호가 통신신호로서 검출되면, S1170 단계에서 검출된 상태값에 따라 제어대상기를 제어하는 동작이 수행된다.

도 10는 도 3에 따른 동작 제어 플로우챠트이다.

도 10의 플로우는 제2 통신장치(200)내의 제어부(230)의 동작 실행에 의해 수행된다.

S2010 단계에서 초기화가 수행된 후, S2020 단계에서 제어부(230)는 센싱신호나 입력신호를 수신한다. S2030 단계에서 수신된 센싱신호나 입력신호가 제어 이벤트로서 판단되면, S2040단계에서 제1 타임동안 감압된 전압신호가 통신신호로서 전송된다. 상기 감압 전압신호는 스위칭부(250)의 스위칭 동작으로 도 3의 스위치(SW)가 접점(B)에 연결됨에 의해 감압저항(L2)이 전력선의 한 라인에 직렬로 연결됨에 따라 생성된다.

S2050 단계에서의 설정시간 경과 후, S2060 단계에서 제2 타임동안 전류신호를 전력선을 통해 수신하는 동작이 수행된다. 전류신호의 모니터링에 의해 통신신호로서 체크되고 응답신호로서 판명되면 S2070 단계에서 정상적인 통신 수행으로 판단하게 된다. 이후 시스템 유지 및 감시를 행하는 동작이 계속된다.

도 11은 도 2에 따른 동기 통신 방식의 동작 제어 플로우챠트이다.

도 11은 도 6 및 도 7을 통해 설명된 바와 같이 동기신호, ID, 및 데이터를 갖는 통신 포맷의 경우에 통신 동작 수행의 예를 보여준다.

도 11에서, 제어부(130)는 S3010 단계에서 초기화의 수행 후에 S3020 단계에서 동기 타임 동안 전압신호를 수신한다. 즉, 도 6의 구간(T1)동안에 전압신호를 수신하고 체크하여 S3030 단계에서 통신신호로서 동기신호의 유무를 검출한다.

S3040 단계에서 제어부(130)는 ID 타임 동안 전압신호를 수신한다. 즉, 도 6의 구간(T2)동안에 전압신호를 수신하고 체크하여 S3050 단계에서 통신신호로서 ID신호를 검출한다. 도 1의 제1 통신장치(100)가 하나의 전력선에 대하여 복수로 설치되는 경우에 각각의 통신장치는 고유한 ID를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 통신장치(100)가 "00" 으로 할당된 ID를 가질 경우에 제n 통신장치(100n)은 "11"로 할당된 ID를 가질 수 있다.

S3050 단계에서 제어부(130)는 데이터 타임 동안 전압신호를 수신한다. 즉, 도 6의 구간(T3)동안에 전압신호를 수신하고 체크하여 S3070 단계에서 통신신호로서 데이터를 수신하고, 수신 데이터의 제어 코드에 따라 제어대상기를 제어한다. 예컨대 디밍 제어가 75%로 수행하는 제어 코드이면 75%로 조명등의 디밍이 제어된다.

도 12는 본 발명에 적용되는 조명등 절전을 위한 조명등 제어 구동기의 예시적 블록도이다. 또한, 도 13은 도 12에 따른 상세 구현 예시도이다.

먼저, 도 12를 참조하면, 조명등 제어 구동기는 조명등 전류변화 검출부(183), 제어부(130), 조명등 구동회로부(190), 및 조명등 전압 인가부(192)를 포함한다.

조명등 전류변화 검출부(183)는 변류기(172)로부터 조명등(198)의 전류 변동값을 검출한다. 전류 변동 값의 검출을 통해 상기 감압전압 신호가 조명등 절전 마스터 장치(200)로 수신되었는 지의 여부가 확인된다. 여기서, 변류기(172)는 상기 조명등 구동회로부(190)의 입력 전력선에 설치된다. 즉, 메인 전력선인 전력선(PL)에 변류기를 설치하지 않고, 각각의 조명등 절전 슬레이브 장치(100)내로 인입된 조명등 구동회로부(190)의 입력 전력선에 변류기(172)를 설치하는 것에 의해서도 상기 감압전압 신호의 수신 유무를 감지할 수 있다. 결국, 조명등 절전 마스터 장치(200)가 감압전압 신호를 생성하기 위해 전압강하를 행할 때, 상기 조명등 전류변화 검출부(183)는 상기 입력 전력선에 나타나는 조명등(198)의 전류 변동값을 상기 변류기(172)를 통해 검출한다.

제어부(130)는 상기 조명등 전류변화 검출부(183)의 출력을 체크하여 상기 감압전압 신호가 수신되는 것으로 판정 시에 상기 조명등(198)의 조도가 제어되도록 하는 구동제어신호를 출력한다.

조명등(198)의 절전 동작 모드에서 설정된 최소 조도 값으로 조명등(198)을 구동할 경우 임피던스 문제에 기인하여 조명등(198)의 꺼짐 현상이 초래될 수 있다. 예를 들어, 20%의 최소 조도로 조명등(198)를 절전 동작 모드로 구동할 경우에 임피던스가 너무 낮으면 조명등(198)은 20%의 조도로 점등되지 못하고 꺼질 수 있다. 이러한 조명등 오프 문제를 해결하기 위해서는 최소 조도 제어 시 임피던스를 높여주는 것이 필요하다.

따라서, 조명등 오프 방지부를 포함하는 조명등 구동회로부(190) 및 조명등 전압 인가부(192)가 도 13에서와 같이 구성된다.

상기 조명등 구동 회로부(190)는 구동제어신호에 응답하여 조명등(198)의 조도가 변화되도록 한다. 상기 조명등 구동 회로부(190)는 복수의 릴레이들(RY1-RY5) 및 코어저항(CR)을 포함한다. 상기 코어저항(CR)은 조명등 오프 방지부로서 기능한다.

상기 릴레이들(RY1-RY5)은 조명등의 구동 및 단계별 절전 동작을 위한 제어 스위치로서 기능한다. 상기 코어저항(CR)은 구리 재질의 코일이나 커패시터로 이루어지며, 라인(L6)과 라인(L8)간에 연결되어 최소 조도 구동 시에 임피던스 증가를 위한 설정 저항으로서 기능한다.

상기 조명등 전압 인가부(192)는 상기 조명등 구동 회로부(190)의 출력 구동신호에 따라 조명등(198)의 조도를 제어한다. 상기 조명등 전압 인가부(192)는 도 13에서 보여지는 바와 같이 절전 트랜스부(192A) 및 안정기(192B)를 포함한다.

상기 제어부(130)는 도 2의 슬레이브 제어부(130)로서의 기능을 수행하기 위해, 조명등(198)의 절전 동작을 위한 전력선 통신이 수행되도록 한다. 즉, 송신 모드에서는 센싱 신호의 발생 시에 상기 전류 변화 구동제어신호를 생성하고, 수신 모드에서는 조명등 전류변화 검출부(183)로부터의 조명등(198)의 전류 변동값이 검출될 시에 상기 구동제어신호를 생성한다.

상기 조명등 전류변화 검출부(183) 및 상기 제어부(130)는 전압 신호 수신부를 구성할 수 있다. 상기 전압 신호 수신부는 상기 입력 전력선에 나타나는 조명등(198)의 전류 변동값을 체크하여 상기 감압 전압신호가 제2 통신장치(200)로부터 수신되는 것으로 판정 시에 상기 조명등(198)의 조도가 제어되도록 한다. 결국, 전력선의 감압 전압은 상기 마스터 제어부(230)가 생성하게 되는 상기 감압 전압 신호가 되며, 이는 상기 제2 통신장치(200)에 연결된 모든 슬레이브 장치들에 정상 동작 모드 또는 절전 동작 모드의 수행을 지시하는 통신 신호로서 기능을 한다.

각각의 슬레이브 장치들 즉 제1 통신장치(100)는 상기 감압 전압신호를 조명등 구동회로부(190)의 입력 전력선에 설치된 변류기(172)를 통해 수신한다. 이 경우에 복수의 슬레이브 장치들과 한대의 마스터 장치(200)간에 전력선 통신이 일어난다.

설명의 편의상 하나의 슬레이브 장치(100)에서 상기 감압 전압신호에 응답하여 조명등의 조도를 제어하는 동작이 설명될 것이다.

도 12에서, 상기 제어부(130)는 조명등 전류변화 검출부(183)로부터 출력되는 전류변화 검출값을 수신한다. 현재의 평균 값과 직전의 평균 값을 비교하여 현재의 평균 값이 일정 마진 값이상으로 직전의 평균 값보다 더 낮으면서 일정 시간(32ms)동안 유지될 경우에 상기 제어부(130)는 정상 조도로 조명등(198)을 제어하기 위해 조명등 구동회로부(190)로 상기 구동제어신호를 출력한다. 즉, 상기 제어부(130)는 상기 감압전압 신호가 유효한 것으로 판정되면 조명등의 조도를 정상 동작 상태로 제어하기 위한 상기 구동제어신호를 일정 시간 동안 생성하는 것이다. 한편, 상기 정상 동작 모드나 절전 동작 모드임을 알리는 상기 감압전압 신호는 전력선의 송전 환경이나 날씨 또는 기후에 따라 변동될 수 있으므로, 상기 제어부(130)의 프로그램 상에서 상기 일정 마진 값의 ±오차 범위가 가변적으로 정해질 수 있다.

100%의 조도, 즉 정상 조도로 조명등(198)을 제어할 경우에 상기 제어부(130)는 상기 조명등 구동 회로부(190)내의 복수의 릴레이들(RY1-RY5)이 모두 오프되도록 하는 구동제어신호를 인가한다. 이 경우에 복수의 릴레이들(RY1-RY5)의 제1-5스위치들(SW1-SW5)은 각기 대응되는 접점 노드(A)에 연결되어 있다. 즉, 상기 접점 노드(A)는 노말 클로즈 단자이다. 결국, 정상 조도 제어의 경우에 복수의 릴레이들(RY1-RY5)중 어느 것도 동작되지 않으며, 절전 트랜스부(192A)의 개입 없이 조명등(198)이 100% 조도로 제어된다. 구체적으로, N상의 전원은 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 N상 노드(ND)에 인가되고, R상의 전원은 라인(L1), 제1 릴레이(RY1)의 접점노드(A), 제1 스위치(SW1), 라인(L2), 제5 릴레이(RY5)의 제5 스위치(SW5), 제5 릴레이(RY5)의 접점노드(A), 라인(L4), 및 라인(L8)을 차례로 거쳐서, 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 R상 노드(RD)에 인가된다. 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나는 전압에 의해 설정된 권선비로 감겨져 있는 2차 코일(C30)에 출력 전압이 유도된다. 상기 유도된 출력 전압에 의해 상기 조명등(198)은 100% 조도로 제어될 수 있다.

한편, 도 13에서 절전 동작을 단계별로 수행하기 위해 조도를 80%,60%,40%,20%로 제어한다고 가정하면 00,01,10,11의 활성화 신호가 상기 구동제어신호로서 인가될 수 있다. 즉, 제어부(130)가 제1 단계 절전을 위해 00을 활성화하는 구동제어신호를 인가하면, 절전 트랜스부(192A)가 개입되어 조명등(198)이 80% 조도로 제어된다. 제1 릴레이(RY1)의 제1 스위치(SW1)는 접점노드(B)에 연결된다. 결국, 접점노드(B)는 노말 오픈단자로서 릴레이 코일(La)에 전류가 흐를 시에만 제1 스위치(SW1)에 스위칭된다. 구체적으로, 이 경우에 N상의 전원은 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 N상 노드(ND)에 인가된다. 한편, R상의 전원은 라인(L1), 제2 릴레이(RY2)의 스위치(SW2), 제2 릴레이(RY2)의 접점노드(A), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L14), 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)의 중간 탭(T2), 코일(C10)의 중간 탭(T1), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L12), 제1 릴레이(RY1)의 접점노드(B), 제1 릴레이(RY1)의 제1 스위치(SW1), 라인(L2), 제5 릴레이(RY5)의 제5 스위치(SW5), 제5 릴레이(RY5)의 접점노드(A), 라인(L4), 및 라인(L8)을 차례로 거쳐서, 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 R상 노드(RD)에 인가된다. 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나는 전압은 상기 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)경로(T2-T1)를 따라 감압된 전압이다. 따라서, 감압된 전압이 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나면, 설정된 권선비로 감겨져 있는 2차 코일(C30)에 출력 전압이 100% 조도 구동에 비해 감소적으로 유도된다. 상기 유도된 출력 전압에 의해 상기 조명등(198)은 80% 조도로 제어될 수 있다.

이제, 제어부(130)가 제2 단계 절전을 위해 00을 활성화하는 구동제어신호를 인가한 상태에서, 01을 활성화하는 구동제어신호를 인가하면, 절전 트랜스부(192A)가 마찬가지로 개입되어 조명등(198)이 60% 조도로 제어된다. 제1 릴레이(RY1)의 제1 스위치(SW1)가 접점노드(B)에 연결된 상태에서 제2 릴레이(RY2)의 제2 스위치(SW2)가 접점노드(B)에 연결된다. 구체적으로, 이 경우에 N상의 전원은 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 N상 노드(ND)에 인가된다. 한편, R상의 전원은 라인(L1), 제2 릴레이(RY2)의 스위치(SW2), 제2 릴레이(RY2)의 접점노드(B), 제3 릴레이(RY3)의 스위치(SW3), 제3 릴레이(RY3)의 접점노드(A), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L16), 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)의 중간 탭(T3), 코일(C10)의 중간 탭(T1), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L12), 제1 릴레이(RY1)의 접점노드(B), 제1 릴레이(RY1)의 제1 스위치(SW1), 라인(L2), 제5 릴레이(RY5)의 제5 스위치(SW5), 제5 릴레이(RY5)의 접점노드(A), 라인(L4), 및 라인(L8)을 차례로 거쳐서, 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 R상 노드(RD)에 인가된다. 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나는 전압은 상기 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)경로(T3-T1)를 따라 감압된 전압이다. 따라서, 감압된 전압이 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나면, 설정된 권선비로 감겨져 있는 2차 코일(C30)에 출력 전압이 80% 조도 구동에 비해 더 감소적으로 유도된다. 상기 유도된 출력 전압에 의해 상기 조명등(198)은 60% 조도로 제어될 수 있다.

이제, 제어부(130)가 제3 단계 절전을 위해 00,01을 활성화하는 구동제어신호를 인가한 상태에서, 10을 활성화하는 구동제어신호를 인가하면, 절전 트랜스부(192A)가 마찬가지로 개입되어 조명등(198)이 40% 조도로 제어된다. 제1,2 릴레이(RY1,RY2)의 제1,2스위치(SW1,SW2)가 접점노드(B)에 모두 연결된 상태에서 제3 릴레이(RY3)의 제3 스위치(SW3)가 접점노드(B)에 연결된다. 구체적으로, 이 경우에 N상의 전원은 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 N상 노드(ND)에 인가된다. 한편, R상의 전원은 라인(L1), 제2 릴레이(RY2)의 스위치(SW2), 제2 릴레이(RY2)의 접점노드(B), 제3 릴레이(RY3)의 스위치(SW3), 제3 릴레이(RY3)의 접점노드(B), 제4 릴레이(RY4)의 스위치(SW4), 제4 릴레이(RY4)의 접점노드(A), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L18), 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)의 중간 탭(T4), 코일(C10)의 중간 탭(T1), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L12), 제1 릴레이(RY1)의 접점노드(B), 제1 릴레이(RY1)의 제1 스위치(SW1), 라인(L2), 제5 릴레이(RY5)의 제5 스위치(SW5), 제5 릴레이(RY5)의 접점노드(A), 라인(L4), 및 라인(L8)을 차례로 거쳐서, 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 R상 노드(RD)에 인가된다. 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나는 전압은 상기 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)경로(T4-T1)를 따라 감압된 전압이다. 따라서, 감압된 전압이 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나면, 설정된 권선비로 감겨져 있는 2차 코일(C30)에 출력 전압이 60% 조도 구동에 비해 더 감소적으로 유도된다. 상기 유도된 출력 전압에 의해 상기 조명등(198)은 40% 조도로 제어될 수 있다.

마지막으로, 제어부(130)가 제4 단계 절전을 위해 00,01,10을 활성화하는 구동제어신호를 인가한 상태에서, 11을 활성화하는 구동제어신호를 인가하면, 절전 트랜스부(192A)가 마찬가지로 개입되어 조명등(198)이 20% 조도로 제어된다. 제1,2,3 릴레이(RY1,RY2,RY3)의 제1,2,3스위치(SW1,SW2,SW3)가 각기 대응되는 접점노드(B)에 모두 연결된 상태에서 제4,5 릴레이(RY4,RY5)의 제4,5 스위치(SW4,SW5)가 접점노드(B)에 모두 각기 연결된다. 구체적으로, 이 경우에 N상의 전원은 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 N상 노드(ND)에 인가된다. 한편, R상의 전원은 라인(L1), 제2 릴레이(RY2)의 스위치(SW2), 제2 릴레이(RY2)의 접점노드(B), 제3 릴레이(RY3)의 스위치(SW3), 제3 릴레이(RY3)의 접점노드(B), 제4 릴레이(RY4)의 스위치(SW4), 제4 릴레이(RY4)의 접점노드(B), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L20), 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)의 에지 연결단, 코일(C10)의 중간 탭(T1), 절전 트랜스부(192A)의 라인(L12), 제1 릴레이(RY1)의 접점노드(B), 제1 릴레이(RY1)의 제1 스위치(SW1), 라인(L2), 제5 릴레이(RY5)의 제5 스위치(SW5), 제5 릴레이(RY5)의 접점노드(B), 라인(L6), 코어 저항(CR), 및 라인(L8)을 차례로 거쳐서, 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)의 R상 노드(RD)에 인가된다. 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나는 전압은 상기 절전 트랜스부(192A)의 코일(C10)경로(L20-T1)를 따라 감압된 전압이다. 따라서, 감압된 전압이 상기 안정기(192B)내의 1차 코일(C20)에 나타나면, 설정된 권선비로 감겨져 있는 2차 코일(C30)에 출력 전압이 40% 조도 구동에 비해 더 감소적으로 유도된다. 상기 유도된 출력 전압에 의해 상기 조명등(198)은 20% 조도로 제어될 수 있으며, 상기 코어 저항(CR)에 의해 최소 조도 제어시의 임피던스가 증가된다. 결국, 상대적으로 높아진 임피던스에 의해 최소 조도 제어시 조명등(198)의 구동 불안정성에 의해 종종 나타나던 조명등 꺼짐 현상이 방지 또는 최소화된다.

방전등으로 구현되는 조명등의 특성상 큰 입력 전압의 갑작스런 변동은 불꺼짐 현상을 야기한다. 이를 해결하기 위해 본 발명의 실시 예에서는 코어 저항(CR)을 설치하고, 절전 트랜스부(192A)의 1차측 코일 구성을 도 13와 같이 턴수가 증가되는 방식으로 구현하였다. 이와 같이 1차측의 임피던스를 증가시키면 안정기(192B)의 2차측 코일의 출력전압의 변동은 안정화되므로 설정된 최대 저전압에서의 불꺼짐 현상이 방지 또는 최소화된다.

절전 동작 모드 시에 상기한 바와 같은 조도 제어량은 본 발명의 실시 예에서 예시적인 것에 불과하며 사안의 변경에 따라 정상 및 절전 동작 모드 하에서의 조도 제어량은 다양하게 변경될 수 있다.

따라서, 슬레이브 장치(100)는 상기 감압 전압 신호가 수신될 시 상기 조명등의 조도를 안정적으로 제어한다.

이와 같이 전력선의 전류 및 전압 변동을 이용하여 전력선을 통해 양방향 통신을 수행하면, 통신 라인 설치비의 부담이 경감되고, 전력선 통신용 모뎀 등의 설치가 필요 없다. 또한, 절전율이 높아 전력의 절감이 안정적으로 확실히 달성된다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전원제어 통신장치의 전압 마스터 장치의 블록도이다.

도 14를 참조하면, 전압 마스터 장치는 전압 마스터 회로(1000), 입력부(1005), 및 센서부(1007)를 포함할 수 있다.

전압 마스터 회로(1000)는 아나로그 회로부(1001) 및 CPU나 마이크로프로서 등과 같은 제어부(1003)를 포함한다. 상기 전압 마스터 회로(1000)는 도 1의 제2 통신장치(200)에 대응될 수 있으므로, 상기 제어부(1003)은 도 3의 제어부(230)에 대응될 수 있고, 상기 아나로그 회로부(1001)는 도 3의 기능 블록들(220,215,240,250,270)에 대응될 수 있다. 도 14에서 CT(6200)는 도 3의 CT(210)에 대응되고, 코어저항(6300)은 도 3의 코어저항(L2)에 대응되고, 무접점 스위칭부(6400)는 도 3의 스위치(SW)에 대응될 수 있다.

도 14의 전압 마스터 장치는 도 3에서 보여지는 상기 전력선(PL)을 통해 전류 마스터 장치와 연결되며 교류전원의 전류 레벨(6500)을 일정시간 주기로 모니터링하여 전류 마스터 장치로부터 통신을 위해 인가되는 증폭된 형태의 전류신호(6100)를 검출한다.

또한 전압 마스터 장치는 상기 코어저항(6300)을 이용하여 교류전원의 전압 레벨이 변동되도록 하는 전압신호(6660)를 발생한다.

결국, 상기 코어저항(6300)의 저항값에 의해 교류전원의 전압레벨이 변동되도록 하는 전압신호(6660)의 레벨이 결정된다. 즉, 전력선에 연결된 부하 기기들의 사용 용량에 따른 병렬 합성저항 값에 직렬 저항으로서 연결되는 코어저항(6300)의 저항값은 키르히호프의 전압 분배 법칙에 따라 상기 전압신호(6660)의 변동 레벨을 결정하게 된다. 상기 코어저항(6300)은 하나의 코어저항으로 나타나 있으나, 각기 고유의 저항값을 가진 복수의 코아저항들로 구현될 수 있다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전원제어 통신장치의 전류 마스터 장치의 블록도이다.

도 15를 참조하면, 전류 마스터 장치는 전류 마스터 회로(1010), 입력부(7100), 및 센서부(7000)를 포함할 수 있다.

전류 마스터 회로(1010)는 아나로그 회로부(1012) 및 CPU나 마이크로프로서 등과 같은 제어부(1014)를 포함한다. 상기 전류 마스터 회로(1010)는 도 1의 제1 통신장치(100)에 대응될 수 있으므로, 상기 제어부(1014)는 도 2의 제어부(130)에 대응될 수 있고, 상기 아나로그 회로부(1012)는 도 2의 기능 블록들(170,180,182,185,140)에 대응될 수 있다. 도 15에서 코어저항(6900)은 도 2의 코어저항(L)에 대응되고, 트라이악(6700)과 써미스터(6800)는 도 2의 스위칭부(150)에 대응될 수 있다. 도 15에서 참조부호(7300)는 도 2의 제어 대상기(125)에 대응되며 예를 들어 조명등이 될 수 있다.

도 15의 전류 마스터 장치는 도 2에서 보여지는 상기 전력선을 통해 도 14의 전압 마스터 장치와 연결되며 교류전원의 전압 레벨(6600)을 모니터링하여 전압신호(7200)를 검출한다. 또한 전류 마스터 장치는 상기 코어저항(6900)을 이용하여 교류전원의 전류 레벨이 변동되도록 하는 전류신호(6500)를 발생한다. 전류신호(6500)의 발생 시에 구동 릴레이와는 병렬로 트라이악(6700)을 구동 시킬 경우에 릴레이 접점의 아킹이 방지 또는 최소화된다. 상기 써미스터(6800)는 코어저항(6900)의 과열을 감지하는 센서로서 기능할 수 있다.

상기 전류 마스터 장치는 상기 전압 마스터 장치에 대하여 복수개로 대응 연결될 수 있다. 즉, 하나의 전압 마스터 장치에는 복수개의 전류 마스터 장치가 연결될 수 있다. 한편, 전류 마스터 장치에서 센서 및 코어 저항이 설치되지 않거나 동작되지 않으면 전류 슬레이브 장치로서 기능하게 된다.

상기 전류 마스터 장치의 상기 코어저항(6900)은 1개로 나타나 있으나, 각기 고유한 설정 저항값을 가진 복수개의 코어저항들로 구현될 수 있다.

상기 전류신호(6500)는 통신신호로 기능하기 위해 증폭된 전류신호로서 나타나며 증폭된 전류신호의 유지 시간에 따라 ID 신호 등이 결정될 수 있다. 상기 유지 시간은 선택 스위치의 선택이나 키보드 조작입력에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, 정현파로서 생성되는 1A의 증폭 전류신호를 1mm/s, 2mm/s, 10mm/s.....등으로 각기 유지되게 하면 ID 신호 별 전류 통신 신호가 생성되는 것이다.

상기 전류 마스터 장치는 전압 레벨을 일정시간 주기로 모니터링하여 전압 마스터 장치로부터 통신을 위해 인가되는 전압 신호를 검출한다.

결국, 전류 마스터 장치와 전압 마스터 장치의 차이는 전류 및 전압 변동신호를 이용한 전력선 통신을 행함에 있어서 전류를 통신신호로서 이용하는 지, 전압을 통신신호로서 이용하는 지에 달려 있다.

전류 마스터 장치(C-MASTER)는 전류 신호를 생성하여야 전압전류 전력선 통신(VCPLC)을 할 수 있으므로 전력선에 병렬로 연결되는 코어저항(6900)을 가진다. 상기 코어저항을 구동하기 위한 릴레이나 무접점 스위치인 트라이악, 또는 SSR은 상기 코어저항에 직렬로 연결된다. 전류 신호의 생성 시에 무부하에서 릴레이를 일단 구동시킨 다음에 트라이악이 구동되도록 하면 릴레이의 접점에 아크가 발생되지 않거나 최소화된다. 전류 신호의 생성 중단 시에는 트라이악을 먼저 오프한 후 릴레이를 나중에 오프되게 하면 릴레이 접점의 열화문제를 해결할 수 있다.

한편, 전압 마스터 장치(V-MASTER)는 전압신호를 생성하여야 VCPLC을 할 수 있으므로 코아저항(300)은 전력선에 직렬로 연결되고, 상기 코어저항을 구동하기 위한 릴레이나 무접점 스위치인 트라이악, 또는 SSR은 상기 코어저항에 병렬로 연결된다.

전압 신호의 생성 시에 무 부하에서 먼저 릴레이를 구동 한 후 트라이악이 동작되도록 하고, 전압 신호의 생성 중단 시에 트라이악을 먼저 온 시킨 후에 릴레이를 구동시키면, 릴레이 접점의 아크 발생이 최소화 또는 줄어든다.

또한, 과도한 VCPLC 통신으로 인하여 코아저항이 일정 이상의 온도로 과열되면 써미스터 등의 온도센서가 이를 감지한다. 이에 따라, 릴레이나 트라이악이 구동되지 않도록 하여 코어저항의 과열이 증가되지 않도록 한다.

도 16은 도 14 및 도 15에 따른 전원제어 통신방식의 제어 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다. 또한, 도 17은 도 16의 전압 신호 및 전류 신호의 모니터링 예시를 설명하기 위해 제시된 도면이다.

먼저, 도 16을 참조하면, 전압 마스터 장치(V-MASTER)는 신호의 설정 유지 시간에 따라 감압된 형태의 복수의 전압신호들(4500,4600,4700,4800)을 코아저항을 이용하여 생성할 수 있다. 이 경우에 설정 유지 시간은 기기의 ID 값으로 이용될 수 있다.

전류 마스터 장치(C-MASTER)는 신호의 설정 유지 시간에 따라 증폭된 형태의 보수의 전류신호들(5100,5200,5300,5400)을 생성할 수 있다. 이 경우에도 설정 유지 시간은 기기의 ID 값으로 이용될 수 있다.

도면에서 전압 마스터 장치(V-MASTER)와 전류 마스터 장치(C-MASTER)간에 연결된 라인에서 보여지는 파형들은 전력선을 통해 나타나는 전압 레벨(5000) 및 전류 레벨(4900)을 도식적으로 나타낸 것이다. 예를 들어 전압 마스터 장치(V-MASTER)는 전류 레벨(4900)을 일정시간 주기로 모니터링하여 도 17의 하부에서 보여지는 바와 같이 통신 신호로서의 전류 신호를 검출한다.

전류 마스터 장치(C-MASTER)는 전압 레벨(5000)을 일정시간 주기로 모니터링하여 도 17의 상부에서 보여지는 바와 같이 통신 신호로서의 전압 신호를 검출한다.

도 17을 참조하면, C-MASTER와 V-MASTER는 현재 비교 구간의 값과 이전 비교 구간의 값을 연속적으로 비교하고 저장 및 버리는 동작을 행한다.

이러한 모니터링 동작을 위해 전압 레벨(5000) 및 전류 레벨(4900)을 갖는 신호는 아나로그 회로부의 동작 수행에 의해 파형 변환되고 파형의 하위 부분은 버려지게 된다.

먼저, 전류 신호 검출의 경우에는 도 4 및 도 6을 통해 설명된 것과 유사하게 - 파형이 + 파형으로 변환된 후 도 17의 하단부에서 보여지는 바와 같이 파형의 하위 일정 레벨이 디스카드되어, 증폭된 형태의 전류 신호로 얻어지게 된다.

한편, 전압 신호의 검출의 경우에도 유사하게 -파형이 + 파형으로 변환된 후 도 17의 상단부에서 보여지는 바와 같이 파형의 하위 일정 레벨이 디스카드되어, 감압된 형태의 전압 신호로 얻어지게 된다. 여기서, 일반 전압 신호들의 진폭에 비해 상대적으로 낮은 감압된 형태의 전압 신호를 나타내는 파형이 2개가 보여진다. 따라서, 이러한 2개의 감압 파형들을 전압 신호로서 인식하게 되어 본 발명에 따른 고유한 VCPLC 통신이 수행된다. 도 17의 전압 및 전류 신호의 모니터링에 관련된 설명은 예시적인 것에 불과하며, 다른 방식이나 기법으로 통신 신호의 인식을 수행할 수 있음이 물론이다.

이와 같이, 코아저항을 이용하여 전압 전류 변동 방식의 전력선 통신을 구현하면, 다운 트랜스포머 방식에 의한 전압 전류 변동 방식의 경우에 비해 현저히 회로 소자의 부피나 사이즈가 감소되며, 전력선 통신에 이용되는 전압이나 전류의 변동 값을 원하는 대로 설정할 수 있는 이점이 있다.

도 18은 도 12의 조명등 제어 구동기의 조도 조절 회로의 상세 구현 예시도이다.

도 18의 조도 조절 회로는 아래와 같은 이유에서 강구되고 개발된 것이다. 즉, 지금까지 절전을 하기 위한 디밍 절전기들은 조광기를 이용하여 정현파의 도통각을 줄이는 방법과 일반 단권형 트렌스를 이용하여 디밍 절전을 하는 방식이 알려져 있다. 이러한 절전기들은 절전의 효율이 약20%정도이다. 또한 방전등의 경우에 디밍 절전기 사용시 인입되는 전원의 전원전압 불안정으로 인하여 방전등의 불 꺼짐이 심하게 발생되어 왔다. 그러한 불 꺼짐 현상으로 인하여 조명등의 수명은 단축되고, 사람이나 차량이 접근 시에도 디밍 상태에서 정상 조도 제어의 상태로 제대로 절환되기 어렵다. 절전 동작의 경우에도 미리 정해진 시간 동안에만 무조건적으로 일정 조도로 다운이 되는 동작이 행해졌다.

또한, 위상제어를 이용한 절전의 경우에 백열 전구에 국한되는 문제가 있었다. 트라이악을 이용한 디밍 제어기 즉, 조광기는 1/2 싸이클 동안 부하전압의 적용을 지연시켜 부하전력을 감쇠시킴에 의해 디밍을 행한다. 이러한 부하전력의 감쇠방식은 백열 전구 등과 같은 저항성 부하에는 적합하지만 다른 유형의 부하에서는 적합하지 않다.

트라이악의 동작 특성상 계속적인 유지전류가 필요하다. 유지전류를 트라이악에 계속적으로 공급하기 위해서는 백열등과 같은 저항성 부하가 적합하다. 그러나 형광등이나 LED등과 같은 조명등은 안정기를 통하여 전원을 받는다. 즉, 형광등이나 LED등과 같은 조명등은 직접적인 저항성 부하가 아니므로, 트라이악에 일정량의 전류를 공급하기 어렵다. 따라서, 트라이악을 사용하여 위상제어를 수행하는 것은 백열등에 국한되고, LED등과 같은 조명등에는 적용되기 어려웠다.

도 18을 참조하면, 조도 조절 회로는 가변 조절 설정부(8100), 동작 절환부(8200), 유지전류 공급부(8300), 필터부(8400), 및 출력위상 조절부(8500)를 포함할 수 있다.

가변 조절 설정부(8100)는 조도의 정도를 조절하는 저항들(R1,R2) 및 가변 저항들(VR1,VR2)을 포함하며, 가변저항(VR1)은 최고 전압을 가변적으로 세팅하는 소자이며, 가변저항(VR2)은 최저전압을 가변적으로 세팅하는 소자이다.

동작 절환부(8200)는 제어부에 의한 제어나 수동 방식의 스위칭에 의해 구동되는 복수의 릴레이들을 포함할 수 있다. 여기서 릴레이들의 개수는 4단 디밍의 경우에 4개이나 디밍 단계들의 가감에 따라 가감될 수 있다. 예를 들어 제어부에 의해 인가되는 구동제어신호(L4)가 활성화될 경우에 상기 가변저항(VR1)에 연결되는 릴레이가 동작되어 유지전류 공급부(8300)의 연결 탭이 선택된다. 이 경우에 선택되는 연결 탭은 부하 전력을 설정 상태들 중에서 가장 최소화되도록 하는 탭이다.

유지전류 공급부(8300)는 코일을 감은 일종의 저항성 트랜스포머로 구현될 수 있다. 상기 유지전류 공급부(8300)의 설치에 의해 저항성 부하가 강제적으로 형성된다. 따라서, 형광등이나 LED 등과 같은 조명등의 경우에도 위상 제어에 의한 조도 조절 즉 디밍 제어가 가능해진다.

필터부(8400)는 EMI 필터로 구현되며 인덕터와 커패시터를 병렬로 연결함에 의해 전자파의 생성이 억제 또는 제거된다.

출력위상 조절부(8500)는 조명등으로 출력되는 구동 전원의 위상을 조절하는 회로이며, 트라이악(BTA1), 다이악(DAIAC), 커패시터들(C1-C3), 저항들(R3-R6)을 포함할 수 있다. 가변 조절 설정부(8100)에 따라 상기 저항들(R3,R5)의 연결 노드에 분압 전압이 주어지고, 주어진 분압 전압은 상기 다이악(DAIAC)의 입력으로 제공된다. 결국, 다이악(DAIAC)을 통해 트라이악(BTA1)이 제어되어, 조명등으로 출력되는 구동 전원의 위상이 제어된다.

도 18에서는 트랜스포머 타입의 저항성 부하를 이용하여 유지전류 공급부(8300)를 구현하였다. 조절하고자 하는 전압의 폭과 부하 사용 전류에 따라 다르므로 상기 유지전류 공급부(8300)와 같은 저항성 부하를 가변 조절 설정부(8100)의 설정 레벨에 따라 운영하게 되면, 전압과 전류가 원활히 조절되고, 최고 600V~ 최저 0V까지 위상 조절이 이루어질 수 있다.

한편, 유지전류 공급부(8300)의 또 다른 구현 방법으로서, 도 18의 저항성 트랜스포머 대신에 30W, 60W, 100W 의 백열 전구등을 연결하여 저항성 부하를 만드는 것도 대안적으로 강구될 수 있을 것이다.

도 19는 도 12의 조명등 제어 구동기의 또 다른 상세 구현 예시도이다. 또한, 도 20은 도 19에 따른 4단계 절전동작의 예시를 보여주는 동작 타이밍도이고, 도 21은 도 19에 따른 4단계 정상동작의 예시를 보여주는 동작 타이밍도이다.

먼저, 도 19의 상세 구현 예시는 도 12의 조명등 구동회로부(190)와 조명등 전압인가부(192)의 구체회로에 대응된다.

도 19를 참조하면, 조명등의 꺼짐 현상의 방지는 물론, 릴레이 접점의 아크 문제를 방지 또는 해결하기 위해 제1 내지 제9 회로블록부들(1100-1900)의 연결 구성이 보여진다.

여기서, 제5 회로블록부(1500)는 도 12의 조명등 전압인가부(192)에 대응되고, 제1 내지 제4 회로블록부들(1100-1400) 및 제6 내지 제9 회로블록부들(1600-1900)은 도 12의 조명등 구동회로부(190)에 대응될 수 있다.

도 12의 제어부(130)에 의해 제공되는 구동제어신호는 도 19에서 제어신호 수신입력부로서 기능하는 제1 회로블록부(1100)에 활성화 신호들로서 인가될 수 있다.

제2 회로블록부(1200)는 조명등 구동 전압 인가부로서 기능하기 위해 복수의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)을 포함할 수 있다.

제3 회로블록부(1300)는 릴레이 접점 아크 방지부로서 기능하기 위해 복수의 트라이악들(TA/0 - TA/4)을 포함할 수 있다.

제4 회로블록부(1400)는 조명등 구동 전압의 레벨 결정부로로서 기능하기 위해 복수의 릴레이들(RY-0 - RY-4)을 포함할 수 있다.

제6 회로블록부(1600)는 조명등의 점소등이나 조도 제어 시에 발생되는 피크 전압을 최소화 또는 줄이는 피크 전압 제거부로서 기능하기 위해 트라이악(PK/TA), 저항(R6), 및 포토 커플러를 포함할 수 있다.

제7 회로블록부(1700)는 조명등의 플리커 현상을 최소화 또는 줄이는 플리커 제거부로서 기능하기 위해 릴레이(FLK/RY), 저항들(R4,R5)을 포함할 수 있다.

제8 회로블록부(1800)는 구동 출력 전류의 경로를 형성하는 구동 출력 전류 경로 형성부로서 기능하기 위해 트라이악(OUT/TA), 저항들(R1-R3), 및 포토 커플러를 포함할 수 있다.

제9 회로블록부(1900)는 바이패스 기능을 수행하는 바이패스부로서 기능하기 위해 릴레이(BY-RY)를 포함할 수 있다.

도 19의 회로에서, 제2 및 제4 회로블록부들(1200,1400)내의 릴레이 소자들은 조명등의 구동 및 단계별 절전 동작을 위한 제어 스위치로서 이용된다.

제3 회로블록부(1300)내의 트라이악들은 상기 릴레이 소자들의 릴레이 접점들을 보호하기 위한 아크 방지 소자로서 이용된다. 차량이나 사람의 움직임을 감지할 때 동작되는 릴레이는 하루에도 수천 회이상 절환동작을 수행할 수 있다. 릴레이의 절환 동작에 따라 피크 고전압의 발생이 필연적으로 발생되므로 조명등 예컨대 형광등의 경우에 수명은 약 2개월 정도일 수 있다. 상기 제3 회로블록부(1300)는 피크 전압의 문제 및 릴레이 접점 아크 문제를 방지 또는 해결하기 위해 마련된 것이다. 트라이악의 동작 속도는 전자적 동작이므로 기계적 구동에 근거하는 릴레이의 동작에 비해 매우 빠르다. 결국, 무접점 동작 방식의 트라이악을 릴레이 보다 먼저 구동시키면 피크 전압의 문제나 릴레이 접점의 아크 문제가 방지 또는 해결된다. 또한 트라이악은 릴레이와 함께 병렬적으로 구동되므로 트라이악의 단점일 수 있는 발열문제와 조명등의 플리커 현상도 제거된다.

또한, 상기 저항들(R4-R6)은 조명등의 꺼짐(오프) 방지를 위해 설치되며, 최소 조도 구동 시에 임피던스 증가를 위한 설정 저항으로서의 역할을 한다.

도 19에서, 상기 제5 회로블록부(1500)는 도 12의 조명등 전압인가부(192)에 대응되는 절전 트랜스포머 타입의 회로를 나타낸다. 전형적인 단권형 트랜스포머를 이용한 조도 조절기(디밍 절전기로도 칭해짐)와는 달리, 본 발명의 실시 예에서는 1차 코일에 복수의 탭들(TN1, TN2, TN3, TN4)을 만들고, 조명등 전압을 복수의 단수로 조절하여 단계별 절전동작이 수행되도록 한다. 이와 같이 1차 코일의 턴수가 증가되는 형태로 탭 연결이 선택되면 1차 코일의 임피던스가 증가되어 무부하 손실이 줄어든다. 또한, 이와 같은 방법은 절전을 위한 릴레이 절환 동작을 행할 시에 출력단자들(PHASE, N-COM)간의 전압과 전류를 보다 안정화시킬 수 있다. 또한 상대적으로 저 전압에서의 동작 시에 전압의 진폭이 줄어들어 조명등의 불 꺼짐 현상이 방지되는 가운데 절전의 효율은 극대화될 수 있다. 즉, 최저 조도가 일정 범위 내의 조도로 유지되는 상태에서 최대 대기전력의 절전 율이 방전등의 경우 최대 80~90%까지 유지되고, 형광등이나 LED 조명등의 경우 대기전력의 절전 율이 최대 90% 이상으로 유지될 수 있다.

도 20은 조명등(198)이 정상적으로 점등되고 나서 차량이나 사람이 감지되지 않았을 때 시간의 경과에 따라 순차적으로 수행되는 4 단계의 절전 동작 타이밍을 나타내고 있다. 가로축은 타임을 나타내고, 세로축은 제1 회로블록부(1100)에 인가되는 각각의 구동 제어신호의 제어 레벨을 나타낸다. 파형들(2000-2900)은 도 19의 회로 소자들의 동작 타이밍 레벨을 나타낸다. 예를 들어, 제1 회로블록부(1100)에 인가되는 L1-1신호에 의해 나타나는 L1/TA 파형(2100)은 제1 시점(L1)에서 활성화되며, 이 타이밍에서 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)중 릴레이(RY1-1), 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악들(TA/1 - TA/4)중 트라이악(TA/1), 및 제4 회로블록부(1400)내의 릴레이들(RY-1 - RY-4)중 릴레이(RY-1)가 스위칭 온된다. 또한, 예를 들어, PK/TA 파형(2700)은 절전 단계로의 진입시 마다 활성화되는 신호를 나타내며, 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 동작되기 이전에 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 이 타이밍에 따라 반복적으로 온/오프된다.

도 20을 참조하면, 조도 제어의 시작 시점(L0)에서 조명등(198)은 100%의 조도, 즉 정상 조도로 제어된다. 이 경우에 제어 안정화를 위해 시작 시점(L0)은 조명등(198)이 정상 조도로 점등된 이후 약 30초가 경과된 때로 설정될 수 있다.

조명등(198)의 정상 조도를 100%라고 할 경우에 절전 동작의 1단계는 75%의 조도 제어로 설정될 수 있다. 그리고, 2,3,4단계들은 각기 50%,40%,25% 의 조도 제어로 주어질 수 있다.

도 20의 시작 시점(L0)과 제1 시점(L1)사이의 타임 구간(D1/TIME)에서 조명등은 정상 조도로 점등된다.

상기 타임 구간(D1/TIME)에서 차량이나 사람이 감지되지 않으면 1단계 절전동작이 시작된다. 그러나, 상기 타임 구간(D1/TIME)에서 차량이나 사람이 감지되면 정상 조도의 제어 동작이 유지된다.

먼저, 상기 시작 시점(L0)에서, 활성화 상태의 BY신호와 비활성화 상태의 PK신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가되어 있다. 이에 따라, 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 스위칭 온된 상태되고, 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 스위칭 오프된상태이다.

제1 단계 절전동작으로 진입할 경우에, 상기 제1 시점(L1)의 이전에 활성화 상태의 PK신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가된다. 이에 따라, 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 스위칭 온된다. 뒤이어 비활성화 상태의 BY신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가되면 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 스위칭 오프된다.

이 상태에서 상기 제1 시점(L1)에서 활성화 상태의 L-1 신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가된다. 이에 따라, 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)중 릴레이(RY1-1), 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악들(TA/1 - TA/4)중 트라이악(TA/1), 및 제4 회로블록부(1400)내의 릴레이들(RY-1 - RY-4)중 릴레이(RY-1)가 스위칭 온된다. 이때, 제8 회로블록부(1800)내의 트라이악(OUT-TA)도 스위칭 온된다. 본 발명의 실시 예에서, 상기 트라이악(TA/1)과 릴레이(RY1-1)는 하나의 페어로서 동작된다. 즉, 릴레이와 트라이악의 조합으로 병렬 연결을 구성하면, 릴레이보다 먼저 무접점 스위칭 동작을 수행하는 트라이악의 기능에 의해 릴레이의 접점에서 발생되는 아크 현상이 방지된다. 결국, 릴레이의 접점이 보호된다. 한편, 릴레이는 트라이악 동작 이후에 전원 스위칭 소자로서 동작되어 트라이악에서 고열이 발생되는 것을 막는 기능을 한다. 이와 같이 본 발명의 실시 예에서는 상호 보완적인 기능을 갖도록 하여 회로 소자들의 수명향상 및 신뢰성이 도모되도록 하였다. 또한, 조명등 제어동작이 각 절전 단계로 천이될 때 마다 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)을 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)를 우선적으로 구동하면 설정 값을 가진 저항들(R4-R6)을 통해 구동 전류가 출력단에 바이패스되므로, 탭 선택을 위한 릴레이 및 트라이악의 동작이 일어나는 순간에도 조명등에는 전류 흐름이 중단됨이 없이 유지된다. 또한, 조명등의 조도 제어시에 발생되는 피크 전압이나 역기전압의 발생이 방지 또는 최소화되므로 과전압 발생이 방지 또는 최소화된다. 따라서, 조명등의 수명이 길어지거나 설정된 수명만큼 보장된다.

상기 제1 단계 절전동작이 실행되면, 제7 회로블록부(1700)내의 1차 코일의 출력 탭(OT1)에서 출력단(PHASE)으로 바이패스 되던 구동 전압이 더이상 바이패스 되지 않고, 제1 노드 탭(TN1)을 통해 상기 출력단(PHASE)으로 나오게 된다. 즉, 제1 단계 절전동작에서는 대응되는 릴레이 및 트라이악의 구동에 의해, 출력 탭(OT1)-설정된 턴수의 1차 코일-제1 노드 탭(TN1)을 차례로 거친 구동 전압이 상기 출력단(PHASE)에 나타난다. 따라서, 출력탭(OT1)과 제1 노드 탭(TN1)사이의 1차 코일의 설정된 턴수 만큼 임피던스가 작용하여 100% 의 조도로 제어되던 조명등은 75%의 조도 제어인 제1 단계 절전동작으로 제어된다.

이와 같은 원리로, 50% 절전 제어 즉 제2 단계 절전동작 시에는 대응되는 릴레이 및 트라이악의 구동에 의해 출력탭(OT1)을 지나 제2 노드 탭(TN2)으로부터 얻어진 구동 전압이 상기 출력단(PHASE)에 주어진다.

또한, 40% 절전 제어 즉 제3 단계 절전동작 시에는 대응되는 릴레이 및 트라이악의 구동에 의해 출력탭(OT1)을 지나 제3 노드 탭(TN3)으로부터 얻어진 구동 전압이 상기 출력단(PHASE)에 주어진다.

그리고 20% 절전 제어 즉 제4 단계 절전동작 시에는 대응되는 릴레이 및 트라이악의 구동에 의해 출력탭(OT1)을 지나 제4 노드 탭(TN4)으로부터 얻어진 구동 전압이 상기 출력단(PHASE)에 주어진다.

본 발명의 실시 예의 경우에 4단계 절전동작이 예를 들어 설명되고 있으나, 이에 한정됨이 없이 각 단계들의 설정이나 조도 제어의 %는 가감이나 다양한 변화가 가능함을 이해하여야 한다.

도 20에서, 타임 구간(D4/TIME)동안에 차량이나 사람이 감지되지 않으면 4단계 절전동작이 시작된다. 그러나, 상기 타임 구간(D4/TIME)에서 차량이나 사람이 감지되면 후술되는 도 21에서와 같은 정상 조도의 제어 동작으로 돌아간다.

제4 단계 절전동작으로 진입할 경우에, 제4 시점(L4)의 이전에 활성화 상태의 PK신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가된다. 이에 따라, 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 스위칭 온된다. 뒤이어 비활성화 상태의 BY신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가되면 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 스위칭 오프된다.

이 상태에서 상기 제4 시점(L4)에서 활성화 상태의 L-4 신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가된다. 이에 따라, 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)중 릴레이(RY1-4), 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악들(TA/1 - TA/4)중 트라이악(TA/4), 및 제4 회로블록부(1400)내의 릴레이들(RY-1 - RY-4)중 릴레이(RY-4)가 스위칭 온된다.

상기 제4 시점(L4)에서 일정 시간이 경과되면, 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 다시 스위칭 오프된다. 뒤이어 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 스위칭 온된다.

이와 같이, 절전 동작이 실행되고 있는 상태에서는 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)중 적어도 하나 이상이 스위칭 온 상태로 되어 있다. 조명등(198)을 100%의 정상 조도에서 75%,50%,40%,25% 의 4단계 조도로 제어되어진 경우라고 가정하면, 4단계 조도의 절전 동작에서는 상기 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4) 모두가 스위칭 온 상태이다. 이 경우에 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY) 및 제8 회로블록부(1800)내의 릴레이(OUT-RY)가 스위칭 온 상태로 되어 있다. 그리고, 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 비활성화 상태로 되어 있다.

도 21에서도 유사하게, 가로축은 타임을 나타내고, 세로축은 제1 회로블록부(1100)에 인가되는 각각의 구동 제어신호의 제어 레벨을 나타낸다. 파형들(3100-3900)은 도 19의 회로 소자들의 동작 타이밍 레벨을 나타낸다. 예를 들어, 제1 회로블록부(1100)에 인가되는 L1-1신호에 의해 나타나는 L1/TA 파형(3100)은 시점(L1)에서 비활성화되며, 이 타이밍에서 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)중 릴레이(RY1-1), 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악들(TA/1 - TA/4)중 트라이악(TA/1), 및 제4 회로블록부(1400)내의 릴레이들(RY-1 - RY-4)중 릴레이(RY-1)가 스위칭 오프된다. 또한, 예를 들어, PK/TA 파형(3700)은 절전 단계에서 정상 조도 동작 제어로의 복귀 동안에 활성화되는 신호를 나타내며, 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 동작되기 이전에 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 이 타이밍에 따라 반복적으로 온/오프된다.

도 21을 참조하면, 위와 같이 절전 동작이 실행되고 있는 상태에서 조명등을 다시 정상 조도로 제어할 이벤트가 발생된 경우(예 차량 감지 시)에 제어부(130)에 의해 활성화 상태의 PK신호가 제1 회로블록부(1100)에 먼저 인가되고 난 후 비활성화 상태의 OR 신호와 BY신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가된다.

이에 따라 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 일단 먼저 활성화 상태로 구동되고, 제8 회로블록부(1800)내의 릴레이(OUT-RY)는 비활성 상태 즉 스위칭 오프된다. 그리고 상기 릴레이(FLK-RY)가 활성화 상태로 구동되고 나서 일정 시간이 경과된 이후에 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 스위칭 오프된다.

상기 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 스위칭 오프되고 일정시간이 경과된 이후도 21의 시점 L4에서 비활성화 상태의 L-4 신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가된다. 이에 따라, 상기 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)중 릴레이(RY1-4), 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악들(TA/1 - TA/4)중 트라이악(TA/4), 및 제4 회로블록부(1400)내의 릴레이들(RY-1 - RY-4)중 릴레이(RY-4)가 스위칭 오프된다.

결국, 도 21의 시점 L4에서 부터 시점 L1까지 비활성화 상태의 L-4,L-3,L-2,L-1 신호들이 제1 회로블록부(1100)에 순차적으로 인가되면, 상기 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)과, 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악들(TA/1 - TA/4), 및 제4 회로블록부(1400)내의 릴레이들(RY-1 - RY-4)이 각기 그에 대응하여 순차적으로 스위칭 오프된다. 즉, 제2 회로블록부(1200)내의 릴레이들(RY1-1 - RY1-4)의 경우에 릴레이(RY1-4), 릴레이(RY1-3), 릴레이(RY1-2), 릴레이(RY1-1)가 차례로 오프된다.

상기 시점 L1에서 조명등의 절전 동작이 종료되고 다시 100%의 정상 조도 제어의 동작이 시작된다. 이때, 제8 회로블록부(1800)내의 트라이악(OUT-TA)도 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악(TA/1)과 함께 동시에 오프된다. 그리고, 정상 조도 제어를 위해 상기 릴레이(RY1-1)가 오프되는 시점 L1에서 제3 회로블록부(1300)내의 트라이악(TA-0)과 제4 회로블록부(1400)내의 릴레이(RY-0)가 스위칭 온된다. 상기 시점 L1에서 일정 시간이 경과된 후에는 활성화 상태의 OR 신호와 BY신호가 제1 회로블록부(1100)에 인가되고, 비활성화 상태의 PK신호가 제1 회로블록부(1100)에 뒤이어 인가된다. 이에 따라, 제9 회로블록부(1900)내의 바이 패스용 릴레이(BY-RY)가 스위칭 온되고, 뒤이어 제6 회로블록부(1600)내의 트라이악(PK-TA)과 제7 회로블록부(1700)내의 릴레이(FLK-RY)가 스위칭 오프된다. 이와 같이, 100%의 조도로 조명등을 제어하는 동작은 다음의 절전 이벤트 동작이 개시될 때 까지 일정 타임 동안 유지될 수 있다.

감지 센서를 통해 사람이나 차량이 감지되면 조명등 제어 구동기에 설치되는 도 19의 회로나 도 20의 회로가 즉시 구동된다. 이에 따라 조명등의 조도는 정상 조도 예컨대 100%의 조도로 신속히 복귀된다. 한편, 정상 조도 상태에서 사람이나 차량이 일정 시간 동안 감지되지 않으면, 다시 단계별 절전 동작이 도 19의 회로나 도 20의 회로에 의해 수행된다. 이와 같은 동작 운영은 절전 동작을 행하는 가운데 사람이나 차량의 진입 시 전혀 불편이나 지장을 주지 않는 이점이 있다. 더구나, 설치 장소에 따라 빛 공해 방지시스템으로 예약 시간 및 해지시간 설정 기능을 제어부에 프로그램하는 것에 의해 설정 타임 이후 부터 절전동작이 수행되도록 하고 설정 타임이 종료된 후에는 다시 정상 조도로 제어하는 정상동작이 수행되도록 할 수 있다. 이에 따라 빛 공해로 인한 문제점이 해결되므로 스마트 조명의 절전기로서의 기능이 제공된다.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 접지 연결 전력선 통신 모뎀을 포함하는 전력선 통신 장치의 구현 예시도이다.

도 22를 참조하면, 전력선 통신 장치는 복수의 통신 모뎀들(B1,B2,B3 및 B4)을 포함한다. 한정되는 것은 아니지만 설명의 편의상 세대 내의 옥내 콘센트와 연결되는 통신 모뎀(B4)을 제1 통신 모뎀으로 칭하기로 한다. 또한, 수용가의 계량기 함에 설치될 수 있는 통신 모뎀(B2,B3)을 제3 통신 모뎀으로, 주상 변대주 즉 전신주에 설치되는 전압 강하용 변압기에 설치될 수 있는 통신 모뎀(B1)을 제2 통신 모뎀으로 설명의 편의 이외에는 다른 의도 없이 칭하기로 한다. 보다 구별적으로 통신 모뎀(B2)은 제3-1 통신 모뎀으로 통신 모뎀(B3)은 제3-2 통신 모뎀으로 칭해질 수 있다. 그러나 본 발명에서는 이에 한정됨이 없이 복수의 통신 모뎀들(B1~B4)이 제1,2,3 통신 모뎀으로 차례로 칭해질 수도 있음이 이해될 수 있을 것이다.

도 22에서 보여지는 통신 모뎀들(B1~B4)은 그라운드(대지 또는 접지)를 통신 선로의 일부로서 이용한다. 통신 모뎀들(B1~B4)은 직류 전원을 통신신호로 이용한다. 직류전원은 전력선들을 통해 공급되는 교류전원을 정류함에 의해 생성된다. 옥내 전력선 통신의 경우에 전력선들 중 제1선과 옥내 그라운드 접지 선이 통신 선로로 사용된다. 또한, 옥외 전력선 통신의 경우에 전력선들 중 제1선과 그라운드가 통신 선로로 사용되며, 그라운드는 접지봉을 통해 통신 모뎀의 직류전원 그라운드 단자와 연결된다.

먼저, 제1 통신 모뎀(B4)은 세대 내로 교류전원을 공급하는 전력선들(A5) 및 상기 전력선들(A5)에 대한 제1 그라운드 접지선(A13)에 연결된다. 제1 통신 모뎀(B4)은 상기 교류전원으로부터 변압 및 정류된 직류 전원을 생성한다. 제1 통신 모뎀(B4)은 상기 전력선들 중 제1 선(예를 들어 상기 전력선들 A5의 R상(PH로 표시됨)과 N상 중의 어느 한 선)과 상기 제1 그라운드 접지선(A13) 사이에 변조된 통신 신호를 실어 목적지(예를 들어 제3 통신 모뎀, 혹은 제2 통신 모뎀)로 송신한다. 제1 통신 모뎀(B4)은 상기 제1 선(예를 들어 N상의 선)과 상기 제1 그라운드 접지선(A13)에 연결된 모뎀 그라운드(GND: B4-15)사이를 통해 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조한다.

여기서 변조된 통신 신호는 도 24를 통해 보여지는 바와 같은 DC 데이터일 수 있다. 또한, 인컴잉 변조 통신 신호도 상기 제1 선(예를 들어 N상의 선)과 상기 모뎀 그라운드(GND:B4-15)사이에서 도 24의 DC 데이터와 같이 나타날 수 있다. 상기 모뎀 그라운드(GND:B4-15)는 전파 정류를 수행하는 브릿지 정류기(B4-8)의 그라운드(GND)단자를 가리킨다.

도 24는 도 22의 전력선 통신 장치를 통해 나타나는 DC 데이터의 예시를 보인 신호 파형도(C1)이다. 도 24를 참조하면, 신호 파형도(C1)내에서 채널 CH1은 상기 전력선들(A5)을 통해 인가되는 교류 전압의 파형을 오실로스코프의 제1 채널을 통해 나타낸 것이고, 채널 CH2는 상기 전력선들(A5)중의 한 선인 제1 선(N상의 선)과 상기 제1 그라운드 접지선(A13)을 통해 통신 신호가 전송되었을 때 상기 제1 선과 통신 모뎀들의 그라운드 노드들(B1-15, B2-15, B3-15, B4-15)사이에서 나타날 수 있는 통신 신호 파형(DC 데이터 형태)을 오실로스코프의 제2 채널을 통해 나타낸 것이다.

상기 제1 채널의 파형신호(C1-1)는 수용가의 세대에 일반적으로 공급되는 싸인파(정현파) 형태의 AC 220V의 신호를 보여준다. 한편, 제2 채널의 파형신호(C1-3)는 DC+ 피크 전압 형태의 DC 데이터 신호를 나타낸다. 구간 C1-4는 2진수 데이터의 4주기 중 1주기의 구간을 나타낸다. C1-2는 데이터 0과 1의 전압 값의 범위를 나타낸다. 따라서 데이터 0001은 제2 채널의 좌측에서 보여지는 0001과 같이 나타나고, 데이터 0111은 제2 채널의 우측에서 보여지는 0111과 같이 나타날 수 있다. 결국, 데이터 1은 제2 채널의 데이터 1의 레벨까지 상승되는 펄스 형태의 신호이고, 데이터 0은 제2 채널의 데이터 0의 레벨로 위치되는 상대적으로 낮은 베이스 신호이다. 도 24의 신호 파형도(C1)는 전력선들(A5)에 전기히터, 단상모터, 정수기, 및/또는 40개의 전등 등의 부하를 연결하고, 설치되는 모뎀들 간의 거리를 각기 400미터로 유지한 상태에서, DC 데이터를 통신할 경우에, 오실로스코프의 2채널을 통해 나타나는 실험결과를 보인 것이다. 또한, 도 25는 도 22의 전력선 통신 장치를 위와 같은 조건에서 시험함에 의해 나타나는 리얼 신호 파형도이다. 도면에서 가로축은 시간을 가리키고 세로축은 전압의 레벨을 가리킨다.

결국, 도 22의 제1 통신 모뎀(B4)은 도 23을 통해 나타낸 바와 같은 회로 구성 소자들을 가지고, 상기 제1 선(예를 들어 상기 전력선들 A5의 R상과 N상 중의 N상의 선)과 상기 제1 그라운드 접지선(A13)사이에 도 24의 제2 채널에서 보여지는 바와 같은 통신 신호를 목적지(예를 들어 제3 통신 모뎀, 혹은 제2 통신 모뎀)로 송신한다. 또한, 제1 통신 모뎀(B4)은 도 23을 통해 나타낸 바와 같은 회로 구성 소자들을 가지고서, 상기 제1 선(N상의 선)과 상기 제1 통신모뎀(B4)의 그라운드(B4-15)사이에서 DC 전압 형태의 통신신호를 수신한다. 수신되는 통신 신호는 도 24의 제2 채널에서 보여지는 바와 같은 통신 신호(인컴잉 변조 통신 신호로서)이다. 인컴잉 변조 통신 신호는 통신 신호의 수신 구간에서 제1 통신 모뎀(B4)의 CPU(B4-12)에 의해 복조된다.

도 23은 도 22중 제1 통신 모뎀(B4)의 구체적 회로 구성을 설명하기 위해 제시된 도면이다.

도 23을 참조하면, 제1 통신 모뎀(B4)은 트랜스포머인 변압기(B4-9)와 브릿지 정류기(B4-8)를 포함하는 변압 및 정류부를 포함한다. 즉, 상기 변압 및 정류부는 상기 전력선들(PH상의 선 및 N상의 선)에 연결되어 변압기(B4-9)의 설정된 권선 비에 따라 상기 교류전원의 전압을 변압하고 브릿지 정류기(B4-8)를 통해 변압된 교류 전압을 전파 정류하여 상기 직류 전원을 생성한다.

복권형 절연 트랜스포머로서 기능하는 상기 변압기(B4-9)는 전력선들(A5)사이의 AC전압과 전파 정류를 행하는 브릿지 정류기(B4-8)에 의해 생성되는 DC전압을 제1 선에 함께 전송하는데 필요한 AC/DC간 절연 형성 소자로서의 역할을 한다.

여기서, 3상 4선식 경우에 전력선들(A12)을 통해 보여지는 PH는 핫 라인을 의미하며 R,S,T 상 중의 어느 한상의 라인을 의미한다. 또한, N은 뉴트럴 라인 즉 중성선을 의미한다. 따라서, R-N,S-N,또는 T-N 의 선간 전압은 220 볼트이며, R-S, S-T, 또는 T-R의 상간 전압은 선간 전압의 루트 3배인 380볼트일 수 있다. 비록 3상 4선식의 전압을 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정됨이 없이 다른 결선이나 교류 전력 전송방식에도 적용될 수 있음이 이해될 것이다.

볼륨저항(B4-10)을 조절하면 다양한 전압 레벨의 전력선 통신이 가능하다. 즉, 검출전압 레벨 대역에 따라 차별을 두면 옥내 및 옥외 건물과 건물간의 통신을 구분할 수 있게 되고, 통신 구역별로 전압레벨을 차등화하면 전송 구역별 전력선 통신이 수행될 수 있다.

도 22내에서 계량기 함(A2)내의 WH(A10)는 계량기를 가리키고, 옥내 콘센트(A3)의 참조부호(A14)는 전기 콘센트를 나타내고, 참조부호 A11은 세대 내의 누전 차단기이다. 라인(A13)은 상기 콘센트의 전력선들과 함께 포설된 제3종 접지선을 가리킨다.

또한, 상기 제1 통신 모뎀(B4)은 송수신부를 포함한다. 송수신부는 상기 변압 및 정류부로부터 인가되는 직류 전원을 수신한다. 송수신부는 상기 제1 선과 상기 제1 그라운드 접지선 사이에 변조된 통신 신호를 실어 목적지로 송신한다. 또한, 송수신부는 상기 제1 선과 상기 모뎀 그라운드(B4-15) 사이를 통해 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조하는 송수신부를 포함한다. 상기 송수신부는 도 23에서 상기 변압기(B4-9)와 브릿지 정류기(B4-8)를 제외한 회로 구성 소자들(B4-1~B4-6, B4-10~B4-14)을 포함할 수 있다. 상기 회로 구성 소자들(B4-1~B4-6, B4-10~B4-14)중 회로 구성 소자 B4-12는 DC 데이터의 생성 및 송수신을 위한 모뎀의 제어부로서 기능하는 CPU(중앙처리장치)이고, B4-14 및 B4-5는 각기, CPU(B4-12)에 의해 제어되는 포토 커플러이다. 또한, B4-1 및 B4-2S는 각기, 전계 효과 트랜지스터(FET), 사이리스터 혹은 트라이악으로 구현될 수 있는 전력 반도체 소자이다. 예를 들어 전력 반도체 소자가 3개의 단자를 가진 경우에 게이트 단자를 통한 제어에 의해 나머지 두 단자들 사이에 전류가 흐르거나 차단될 수 있다. B4-4, 및 B4-11은 각기, DC 전압 충전용 커패시터이고, B4-6, B4-10은 각기, 전류 제한을 위한 저항이다. 인덕터나 다이오드 들이 상기 제1 통신 모뎀(B4)내에 더 포함될 수 있고, 도시되지는 않았지만 회로 동작을 위해 필요한 또 다른 회로 소자들이 더 포함될 수 있음이 이해될 것이다.

도 23에서 그라운드 접지선은 콘센트 접지선(A13)이 될 수 있으며 이는 상기 전력 반도체 소자(B4-2)에 연결된다. 또한, 제1 선(예를 들어 N상의 선)은 상기 변압기(B4-9)의 일차측 권선들 중 하나와 연결되고, 이는 상기 전력 반도체 소자(B4-1)를 통해 상기 커패시터(B4-4)와 연결된다. 상기 커패시터(B4-4)는 저항으로 대체될 수도 있다.

한편, 수용가의 계량기 함(A2)에 설치될 수 있는 제3 통신 모뎀(B2,B3)이나 주상 변대주(A1)내의 주상 변압기(A4)에 설치될 수 있는 제2 통신 모뎀(B1)의 회로 구성 소자들도 상기 제1 통신 모뎀(B4)의 회로 구성 소자들과 동일할 수 있다. 다만, 이해의 혼동을 방지하기 위해 도 22의 도면에서는 제1 통신 모뎀(B4)내의 변압기(B4-9)는 제2 통신 모뎀(B1)에서는 변압기(B1-9)로 표시되고, 제3 통신 모뎀(B2)에서는 변압기(B2-9)로 나타나 있다. 마찬가지로 다른 회로 소자들도 통신 모뎀에 따라 앞부분의 문자가 변경되어 라벨링된다.

제2 통신 모뎀(B1)은 변압기(A4)의 2차측 권선 양단에 연결되어 수용가 계량기(A2)로 교류전원을 제공하는 공급 전력선들(A5) 및 상기 공급 전력선들에 대한 제2 그라운드 접지선(A8)에 연결되고, 상기 변압기(A4)를 통해 인가되는 교류전원으로부터 변압 및 정류된 직류 전원을 생성한다. 상기 제2 통신 모뎀(B1)는 상기 공급 전력선들 중 상기 제1 선과 연결되는 공급 제1 선(계량기 측을 바라보는 N상의 선)과 상기 제2 그라운드 접지선(A8, 대지)사이에 변조된 통신 신호를 실어 상기 제3 또는 제1 통신 모뎀으로 송신한다. 상기 제2 통신 모뎀(B1)은 상기 공급 제1 선과 상기 모뎀 그라운드(B1-15)사이를 통해 상기 제3 또는 제1 통신 모뎀으로부터 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조한다. 모뎀 접지봉(B1-7)은 대지인 그라운드(A8)를 통해 제3 통신 모뎀의 접지봉(B2-7)과 연결된다.

제3 통신 모뎀(B2,B3)은 상기 수용가 계량기의 함(A2)이 위치된 곳에 설치되며, 제3-1 통신모뎀(B2)과 제3-2 통신 모뎀(B3)으로 구성된다. 통신 선로의 제1 선은 상기 공급 제1 선(A5 내의 N상의 선)이 된다. 통신 선로의 제2 선은 접지봉(B1-7)과 접지봉(B2-7)사이에 연결된 그라운드(A8) 즉 대지가 된다.

상기 제2 통신 모뎀(B1)의 통신 신호는 제3-1 통신모뎀(B2)의 CPU(B2-12)에 인가된다. CPU(B2-12)는 연결라인(B2-16)을 통해 제3-2 통신모뎀(B3)의 CPU(B3-12)와 통신한다. 상기 연결라인(B2-16)은 PCB 패턴을 통해 구현될 수 있다. 상기 제2 통신 모뎀(B1)의 통신 신호는 연결라인(B2-16)을 통해 상기 제3-2 통신 모뎀(B3)의 CPU(B3-12)로 중계된다. 중계된 통신 신호는 상기 공급 제1 선(A5 내의 N상의 선)과 접지선(A13)에 연결된 제1 통신 모뎀(B4)으로 전송된다. 결국, 제1 통신 모뎀(B4)은 상기 제1선과 제2선(A13) 사이에 나타나는 DC 전압을 통신 데이터로서 수신한다.

반대로, 제1 통신 모뎀(B4)의 통신 신호는 상기 공급 제1 선(A5 내의 N상의 선)과 제2 선(A13: 제3종 접지선)사이에서 제공된다. 제1 통신 모뎀(B4)의 통신 신호는 상기 제3-2 통신 모뎀(B3)에 전송되고, 상기 연결라인(B2-16)을 통해 제3-1 통신 모뎀(B2)에 중계된다. 제3-1 통신 모뎀(B2)은 중계된 상기 제1 선(A5내의 N상의 선)과 제2 선 사이를 통해 제1 통신 모뎀(B4)의 통신 신호를 제2 통신 모뎀(B1)으로 전송한다. 이 경우에 상기 제2 선은 접지봉(B2-7)- 그라운드 대지(A8)- 제2 통신모뎀(B1)의 접지봉(B1-7)을 잇는 하나의 그라운드 접지 라인이 된다. 따라서, 제2 통신 모뎀(B1)은 제1 통신 모뎀(B4)의 통신 신호를 수신할 수 있다.

먼저, 제2 통신 모뎀(B1)과 제3 통신 모뎀(B2) 사이의 데이터 통신이 설명될 것이다.

통상적으로 알려진 바로서, 종래의 전력선 통신방식은 두 라인의 전력선들(R상 및 N상의 선들)을 매개로 하여 고주파 변조된 신호를 220볼트의 전압 신호에 실어 통신을 수행하는 방식이었다. 고주파로 변조된 통신신호를 전력선들을 통해 전송하는 경우에 전력선의 전압과 정합되기 어렵고 통신 신호가 대부분 공중 및 대지로 방사되거나 손실되는 문제가 있었다. 또한, 저항성 부하기기들의 저항 값에 의하여 고주파 신호가 목적지까지 도달하지 못하고 왜곡되거나 감쇄되어 통신 품질이 보장되기 어려웠다.

그러나 본 발명의 실시 예에서는 제1 선(전력선들 A5 중 N상의 선)과 그라운드 접지선(제2 선)사이에 DC 전압 형태의 통신 신호가 전송된다. 여기서 제2 선 즉 그라운드 접지선은 대지(A8)를 매개로 연결된 두 접지봉들(B1-7,B2-7)을 의미한다.

도 22를 참조하면, 제3 통신 모뎀(B2)이 제2 통신 모뎀(B1)으로 데이터를 전송하는 경우라 하면, 교류 전원을 공급하는 전력선(A5)들 중 공급 제1 선(예를 들어 A5내의 N상의 선)과 그라운드 접지선(제2 선)사이에 DC 전압 형태의 통신 신호가 실려진다. 이를 위해, 상기 그라운드 접지선의 연속적 연결 유지(폐회로 형성)가 필요하다. 즉, 상기 그라운드 접지선은 상기 제1,2,3 통신 모뎀들(B4,B1,B2-B3)에 연결된다. 제1 통신 모뎀(B4)의 콘센트 접지선(A13), 제3 통신 모뎀(B2-B3)의 접지봉들(B2-7,B3-7), 및 제2 통신 모뎀(B1)의 접지봉(B1-7)은 그라운드인 대지(A8)를 통해 하나의 라인으로 연결된다.

따라서, 상기한 접지봉들의 부존재로 인해 그라운드 접지선의 연속적 연결 유지가 구현되지 못할 경우에는 상기와 같은 접지봉들을 필요 처에 설치하여 그라운드와의 연결을 형성하는 것이 필요할 수 있다.

도 22의 제2 통신 모뎀(B1)에서 주상변대주(A1)내의 주상변압기(A4)의 접지단자함(A4-2)에는 상대적으로 대용량의 다이오드(A4-3)가 설치된다. 상기 다이오드(A4-3)는 DC 전압의 충돌을 막기위한 회로 소자이다. 즉, 통신 신호로서 제공되는 DC+ 전압과 DC GND는 상기 다이오드(A4-3)가 없을 경우에 단락된다. 결국, 통신신호를 먼 거리 까지 전송하기 위해서는 단락을 막기 위한 소자가 필요하다.

보다 구체적으로, 제3-1 모뎀(B2)에서 통신 신호가 제공될 때 전력 반도체 소자(B2-1)로부터 출력되는 DC+ 전압이 제1 선(A5내의 N상의 선)에 인가된다. 상기 제1 선은 주상 변대주(A1)내의 주상변압기(A4)에 연결된다. 결국 상기 DC+ 전압에 의해 DC 전류는 주상변압기(A4)의 제2종 접지봉(A6)을 통해 대지(A8)로 흐른다. 한편 제3 통신 모뎀(B2)의 DC GND의 전압은 전력 반도체 소자(B2-2)를 통해 접지봉(B2-7)에 연결된다. 상기 접지봉(B2-7)은 대지(A8)를 연결 매개체로 하여 상기 제2종 접지봉(A6)과 연결된다. 따라서, 상기 다이오드(A4-3)가 설치되면 DC+ 전압이 DC GND와 단락되는 것이 방지된다. 만약 단락이 발생되면 DC+ 전압은 일정전압 이하의 저전압으로 순간적으로 소멸될 수 있으므로 먼 거리까지의 통신이 용이하지 않을 수 있다.

또한 상기 접지단자함(A4-2)내의 다이오드(A4-4)도 설치 방향만 다를 뿐 다이오드(A4-3)의 역할과 동일하다. 결국, 다이오드(A4-4)는 상기 주상 변대주(A1)와는 다른 외부의 전신주에 설치된 통신 모뎀에서 상기 제2 통신 모뎀(B1)으로 통신 신호가 원활히 전송되도록 한다.

한편, 상기 다이오드들(A4-3, A4-4)의 설치 없이도 통신 모뎀들 간의 거리가 100M이내 이면 전력선 통신이 가능함이 실험되었다. 왜냐하면 접지봉들을 통해 연결되는 그라운드 접지선에 일정량의 접지저항 값이 존재하기 때문이다. 즉, 제2종 접지봉(B1-7)과 제3종 접지봉(B2-7)간에는 접지저항 값이 존재한다. 그러므로 전위 차의 정도는 접지 저항 값의 크기에 의존한다.

제3 통신 모뎀(B2)에서의 경우, 브릿지 정류기(B2-9)의 DC GND(B2-15)는 스위칭용 전력반도체 소자(B2-2)를 통해 상기 그라운드 접지선(A8)에 연결된다. 한편, 직류전압 충전용 커패시터(B2-4)의 DC+는 스위칭용 전력반도체 소자(B2-1)를 통해 상기 전력선들(A5)중 제1 선(N상의 선)에 연결된다. 따라서, 전력반도체 소자(B2-1)가 턴온될 경우에 상기 제1 선(N상의 선)에는 상기 커패시터(B2-4)를 통해 DC+ 전압(예컨대 설정된 DC 전압)이 인가된다. 또한, 상기 스위칭용 전력반도체 소자(B2-2)가 턴온되면 상기 DC GND(B2-15)는 접지봉(B2-7)과 연결된 그라운드 대지(A8)와 접지봉(B1-7)과 연결된다. 따라서, 제2 통신 모뎀(B1)의 입력부(B1-13)에는 DC 전압 형태의 통신 신호가 나타난다. 즉, 도 24의 DC 데이터와 같이 하이 펄스 형태의 DC 전압의 데이터가 제2 통신 모뎀(B1)의 CPU(B1-12)에 제공된다. 상기 입력부(B1-13)는 AD 컨버터를 통해 상기 제2 통신 모뎀(B1)의 CPU(B1-12)와 연결될 수 있다.

전력반도체 소자들(B2-1과 B2-2)의 턴온에 기인하여 전력선들 중 제1 선(A5내의 N상의 선)을 통해 DC+전압이 인가되고, DC GND(B1-15)전압은 제2 선인 그라운드 접지선을 통해 흐른다. 결국, 제1 선과 제2 선 사이에서 DC 하이펄스 형태의 전압이 발생된다. 하이 펄스는 데이터 1이 될 수 있다. 전력반도체 소자들(B2-1과 B2-2)이 다시 턴온되면 데이터 0이 된다. 데이터의 통신 속도는 커패시터(B2-4)의 방전 시간에 의존된다.

한편, 또 다른 방식의 전력선 통신은 다음과 같다. 제3 통신모뎀(B2)의 전력반도체소자들(B2-1과 B2-2)을 먼저 턴온시켜 DC+전압을 제1선에 공급한다. 제2 선인 그라운드 접지선은 접지봉(B2-7)- 대지(A8)- 접지봉(A6)을 연결하는 라인이 된다. 제2 통신 모뎀(B1)의 AD 컨버터의 검출부(B1-13)에 DC+전압이 나타난다. 다시 전력반도체 소자(B2-2)를 구동하면 접지봉(B1-7)- 대지(A8)- 접지봉(A6)이 상기 제1 선과 단락된다. 이에 따라 커패시터(B2-4)의 충전 전압이 순간적으로 방전된다. 펄스형태의 DC+ 전압에 의한 전류는 그라운드로 흐른다. 결국 통신 데이터는 마이크로 초 내지 밀리 초 단위로 전송될 수 있다.

보다 구체적으로 먼저 제3 통신 모뎀(B2)의 전력반도체 소자들(B2-1, B2-2)이 동시에 턴온되면 제2 통신 모뎀(B1)의 ADC 컨버터 검출부(B1-13)에서 DC 전압의 펄스 데이터 신호가 검출된다. 검출 타임을 기점으로 데이터 1이 생성된다. 이어서 제3 통신 모뎀(B2)의 CPU(B2-12)는 전력반도체 소자들(B2-1, B2-2)를 동시에 턴오프한다. 이와 동시에 제2 통신 모뎀(B1)의 전력반도체 소자(B1-2)는 턴온된다. 따라서 제2 통신 모뎀(B1)의 커패시터(B1-11)에 충전된 전압은 방전 경로를 통해 방전된다. 이 경우에 방전경로는 접지봉(B1-7)과 대지(A8) 및 접지봉(A6)을 연결하는 라인이 된다. 따라서, 커패시터(B1-11)에 충전된 전압은 그라운드를 통해 순간적으로 방전된다. 따라서 데이터 0이 빠르게 생성된다.

한편, 저항(B2-3)은 모뎀의 통신 동작 초기에 커패시터(B2-4)에 DC 전압이 충전될 때 누설 감도 이상의 전류가 흘러 누전 차단기 등의 차단 동작이 수행되는 것을 막기 위해 마련된 소자이다. DC전압의 충전 동작 시에 커패시터(B2-4)의 전류가 순간적으로 상기 제1 선에 인가되면 누전 차단기 등이 차단될 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 커패시터(B2-4)의 충전동작 시에 누전 차단기의 차단 동작을 방지하면서 상기 저항(B2-3)을 통해 충전 전류가 흐를 수 있도록 한다.

또한, 통신 신호의 수신은 데이터 수신 구간에서 CPU(B2-12)가 도 24와 같은 DC 데이터를 상기 공급 제1 선(N상의 선)으로부터 수신용 볼륨 저항(B2-10)을 통해 데이터 신호검출 단(B2-13)에서 DC전압의 형태로 수신하는 것에서 시작된다. 상기 CPU(B2-12)는 내부의 저항 및 연산 증폭기를 거친 도 24에서와 같은 펄스 형태의 수신 데이터 신호를 ADC 컨버터를 통해 수신하여 전송측에서 보낸 원래의 데이터로 복원한다.

상술한 바와 같이 포토커플러들(B2-5, B2-14)을 제어하여 전력 반도체 소자들(B2-1, B2-2)이 온/오프 되도록 하면 2진수의 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 2진수의 데이터는 10진수, 16진수로 변환될 수 있으며, 그에 따른 전력선 통신(PLC)이 행해질 수 있다.

상기 제3 통신 모뎀(B2)과 상기 제2 통신 모뎀(B1)간의 상술한 바와 같은 옥외 통신과 유사하게 상기 제3 통신 모뎀(B3)과 상기 제1 통신 모뎀(B4)간의 옥내 통신이 수행될 수 있다. 이 경우에 제2 선이 되는 그라운드 접지선은 콘센트(A-14)의 매입배관에 매설된 제3종 접지선(A13)이 될 수 있다. 제3 통신 모뎀(B3)에는 다이오드(B3-16)가 연결된다. 상기 다이오드(B3-16)는 제1 선과 제2 선의 단락을 방지하는 역할을 한다. 즉, 상기 다이오드(B3-16)가 없을 경우에 제1 선(A5내의 N상의 선)과 제2 선은 단락된다. 이 경우에는 접지봉(B3-7), 대지(A8), 및 제2종 접지봉(A6)의 연결로 인해 DC+ 전압이 그라운드로 방전되어 버린다. 결국, 상기 다이오드(B3-16)는 DC+ 전압과 DC GND 전압 간의 단락을 막아 DC 펄스 형태의 데이터가 전송될 수 있도록 한다.

또한, 제2 통신 모뎀(B1)과 제1 통신모뎀(B4)간의 전력선 통신의 경우에 제3 통신 모뎀(B2-B3)은 중계 모뎀으로서의 역할을 한다. 결국, 제3 통신 모뎀(B2-B3)내의 CPU(B2-12)와 CPU(B3-12)는 연결 라인(B2-16)을 통해 서로 연결된다. 제1 통신 모뎀(B4)과 제2 통신 모뎀(B1)간의 통신은 제3 통신 모뎀(B2-B3)의 중계 역할에 의해 수행된다. 예를 들어, 제3-2 통신모뎀(B3)의 CPU(B3-12)는 제1 통신 모뎀(B4)에서 전송된 통신 신호를 수신하고, 제3-1 통신모뎀(B2)의 CPU(B2-12)로 수신된 통신 신호를 전송한다. CPU(B2-12)는 제2 통신 모뎀(B1)으로 제1 통신 모뎀(B4)의 통신 신호를 전송한다. 결국, DC 펄스전압 형태의 데이터가 제3 통신 모뎀(B2-B3)의 중계를 통해 제1 통신 모뎀(B4)과 제2 통신 모뎀(B1) 사이에서 통신될 수 있다.

이와 같이, AC를 공급하는 상용 전력선에 또 다른 DC 전압(통신 신호)을 정합하여 실어 보내면 커패시터(B2-4)의 전압 값 및 전류 값에 따라 비교적 먼 거리까지의 데이터 전송이 가능하다. 한정되는 것은 아니지만 상기 커패시터(B2-4)는 저항소자로 대체될 수 있다. 또한 기존 전력선 통신방식에서 사용된 커패시터 접촉식 고주파 변조 신호를 상기 제1선과 제2선에 실어 전송할 수도 있다.

이와 같은 통신 방식에 따르면 데이터의 왜곡이나 손실없이 한전 변대주 및 또 다른 변대주를 통해 전력선 통신을 계속 적으로 연장하여 수행할 수 있게 된다. 그러므로 광대역 인터넷망의 구성도 가능할 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서를 통해 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: 제1 통신장치
200: 제2 통신장치

Claims (14)

1. 교류전원을 공급하는 전력선들에 연결되어 권선 비에 따라 교류전압을 변압하고 정류하는 변압 및 정류부; 및
   상기 변압 및 정류부로부터 인가되는 직류 전원을 수신하며, 상기 전력선들 중 제1 선과 상기 전력선들에 대한 그라운드 접지선 사이에 변조된 통신 신호를 실어 목적지로 송신하고 상기 제1 선과 상기 그라운드 접지선에 연결된 모뎀 그라운드 사이를 통해 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조하는 송수신부를 포함하는 전력선 통신 모뎀.
2. 제1항에 있어서, 상기 송수신부는 상기 직류 전원을 단속하여 생성한 DC 데이터를 상기 변조된 통신 신호로서 송신하는 전력선 통신 모뎀.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 선이 중성선(N 상)인 경우에 상기 그라운드 접지선은 그라운드에 연결되는 세대 내의 콘센트 3종 접지선 또는 상기 그라운드를 접지봉과 제2 선으로서 연결하는 접지라인인 전력선 통신 모뎀.
4. 세대 내로 교류전원을 공급하는 전력선들 및 상기 전력선들에 대한 제1 그라운드 접지선에 연결되고, 상기 교류전원으로부터 변압 및 정류된 직류 전원을 생성하며, 상기 전력선들 중 제1 선과 상기 제1 그라운드 접지선 사이에 변조된 통신 신호를 실어 목적지로 송신하고 상기 제1 선과 상기 제1 그라운드 접지선에 연결된 모뎀 그라운드 사이를 통해 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조하는 제1 통신 모뎀; 및
   변압기의 2차측 권선 양단에 연결되어 수용가 계량기로 교류전원을 제공하는 공급 전력선들 및 상기 공급 전력선들에 대한 제2 그라운드 접지선에 연결되고, 상기 변압기를 통해 인가되는 교류전원으로부터 변압 및 정류된 직류 전원을 생성하며, 상기 공급 전력선들 중 상기 제1 선과 연결되는 공급 제1 선과 상기 제2 그라운드 접지선 사이에 변조된 통신 신호를 실어 상기 제1 통신 모뎀으로 송신하고 상기 공급 제1 선과 상기 제2 그라운드 접지선에 연결된 모뎀 그라운드 사이를 통해 상기 제1 통신 모뎀으로부터 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조하는 제2 통신 모뎀을 포함하는 전력선 통신 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수용가 계량기가 위치된 곳에 설치되며, 상기 공급 제1 선과 상기 제2 그라운드 접지선 사이를 통해 제공되는 상기 제2 통신 모뎀의 통신 신호를 상기 제1 선과 상기 제1 그라운드 접지선 사이를 통해 상기 제1 통신 모뎀으로 전송하고, 상기 제1 선과 상기 모뎀 그라운드 사이를 통해 제공되는 상기 제1 통신 모뎀의 통신 신호를 상기 공급 제1 선과 상기 제2 그라운드 접지선 사이를 통해 상기 제2 통신 모뎀으로 전송하는 제3 통신 모뎀을 더 포함하는 전력선 통신 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1 통신 모뎀은,
   상기 전력선들에 연결되어 설정된 권선 비에 따라 상기 교류전원의 전압을 변압하고 정류하여 상기 직류 전원을 생성하는 변압 및 정류부; 및
   상기 변압 및 정류부로부터 인가되는 직류 전원을 수신하며, 상기 전력선들 중 제1 선과 상기 전력선들에 대한 그라운드 접지선 사이에 변조된 통신 신호를 실어 목적지로 송신하거나 상기 제1 선과 상기 그라운드 접지선에 연결된 모뎀 그라운드 사이를 통해 수신되는 인컴잉 변조 통신 신호를 복조하는 송수신부를 포함하는 전력선 통신 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2,3 통신모뎀은 상기 제1 통신 모뎀과 동일한 상기 변압 및 정류부와, 상기 송수신부를 각기 포함하는 전력선 통신 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 송수신부는 상기 직류 전원을 커패시터를 통해 충전하거나 저항을 통해 제한한 후 포토 커플러를 이용하여 충전된 직류 전압을 상기 그라운드 전지선과 단락시켜 생성한 DC 데이터를 송신 타임 내에서 상기 변조된 통신 신호로서 송신하는 전력선 통신 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 선 및 상기 공급 제1 선이 중성선(N 상)인 경우에 상기 제1 그라운드 접지선은 그라운드에 연결되는 세대 내의 콘센트 3종 접지선이며, 상기 제2 그라운드 접지선은 접지봉을 통해 그라운드에 연결되는 접지선인 전력선 통신 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 송수신부는,
    상기 DC 데이터의 생성 및 송수신을 제어하는 제어부;
    DC 전압을 충전하는 커패시터 또는 제한하는 저항;
    상기 제어부에 의해 구동되는 포토 커플러; 및
    상기 포토 커플러에 연결되어 상기 커패시터에 충전된 DC 전압 또는 상기 저항에 의해 제한된 DC 전압이 상기 DC 데이터로서 생성되도록 하는 전력 반도체 소자를 포함하는 전력선 통신 장치.
11. 세대 내로 교류전원을 공급하는 전력선들 및 상기 전력선들에 대한 제1 그라운드 접지선에 연결되고, 상기 교류전원으로부터 변압 및 정류된 직류 전원을 생성하는 제1 통신 모뎀;
    변압기의 2차측 권선 양단에 연결되어 수용가 계량기로 교류전원을 제공하는 공급 전력선들 및 상기 공급 전력선들에 대한 제2 그라운드 접지선에 연결되고, 상기 변압기를 통해 인가되는 교류전원으로부터 변압 및 정류된 직류 전원을 생성하는 제2 통신 모뎀; 및
    상기 제1 통신 모뎀과 상기 제2 통신 모뎀 사이에서 상기 수용가 계량기가 위치된 곳에 설치된 제3 통신 모뎀을 포함하고,
    상기 제2 통신 모뎀은 상기 공급 전력선들 중 제1 선과 연결되는 공급 제1 선과 상기 제2 그라운드 접지선 사이에 변조된 통신 신호를 실어 상기 제1 통신 모뎀 또는 제3 통신 모뎀으로 송신하며, 상기 제2 그라운드 접지선은 상기 제2 통신모뎀의 접지봉을 통해 그라운드와 상기 변압기의 접지를 연결하도록 구성된 전력선 통신 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 제3 통신 모뎀은 다이오드를 통해 상기 제1 그라운드 접지선과 연결되는 전력선 통신 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 제2 통신 모뎀은 다이오드를 통해 상기 제2 그라운드 접지선과 연결되는 전력선 통신 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 제1 통신 모뎀이 DC+ 전압을 통신신호로서 전송할 경우 상기 제3 통신 모뎀은 상기 DC+ 전압이 검출될 시 상기 제3 통신 모뎀 내의 그라운드 연결용 전력반도체 소자를 구동함에 의해 커패시터에 충전된 상기 DC+ 전압 또는 저항에 의해 제한된 상기 DC+ 전압이 그라운드로 방전되도록 하는 전력선 통신장치.

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