KR20210031377A

KR20210031377A - 직류 전력선 통신 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20210031377A
Application number: KR1020200109186A
Authority: KR
Inventors: 최창준; 최재부
Original assignee: 타이니파워주식회사
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2021-03-19

Abstract

본 발명에 따른 직류 전력선 통신 방법은 직류 전력 전원으로부터 직류 부하에 전력선을 통해 전력을 공급하고 정보를 통신하는 방법으로서, 통신하고자 하는 정보를 수신하고 처리하는 단계; 상기 정보에 따라 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하면서 상기 출력전력을 전송하는 단계; 극성이 전환되는 출력전력을 수신하는 단계; 수신된 출력전력의 극성이 전환되는 패턴으로부터 정보를 추출하는 단계; 및 추출된 정보를 이용하여 직류 부하를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

직류 전력선 통신 방법 및 시스템{DIRECT CURRENT POWER LINE COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM}

본 발명은 직류 전력선 통신 방법 및 직류 전력선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직류 전력 전원으로부터 직류 부하로 전력선을 통해 전력을 공급함과 동시에 정보를 통신하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

전력선 통신(PLC, Power Line Communication)이란 일반가정이나 사무실에 전기를 공급하는 전력선을 이용해서 음성과 문자데이터, 영상 등을 전송하는 신기술로 1920년대부터 연구돼 왔다. 전화선 없이 전기플러그만 꽂으면 초고속 인터넷 통신은 물론 인터넷전화(VoIP), 홈네트워킹, 홈오토메이션, 원격검침에 이르기까지 다양한 활용이 가능하다.

가정에서 흔히 쓰는 전력의 주파수는 50Hz 또는 60Hz 주파수대역이고, 전압은 110V~220V이다. 전력선 통신은 50Hz 또는 60Hz 이외의 무선주파수대역, 즉 1~30MHz 주파수 대역의 케리어 RF신호에 통신신호를 변조하여 실어 보냄으로써 초고속통신을 가능하게 한다. 전력선을 타고 온 통신신호는 변압기 주변에 설치된 라우터와 댁내에 설치된 모뎀을 통해 전력과 통신신호가 분리, 최종사용자가 전력선을 타고 온 정보 서비스를 이용할 수 있게 되는 것이다.

전화선을 이용하는 ADSL의 경우도 이와 마찬가지로 전화선의 낮은 주파수로는 음성을 전달하고, 높은 주파수로는 데이터 통신에 이용한다. 이러한 전력선통신은 기존 광통신케이블망을 이용한 초고속 인터넷서비스 설비비용의 60∼만으로 사용할 수 있으며, 회선 사용료를 거의 낼 필요가 없어 통신요금도 크게 줄어든다는 장점이 있다. 또한 별도의 배선공사 없이 가정에 이미 깔려 있는 전력선을 사용해 홈네트워킹을 구현할 수 있다.

고전적 전력선 통신의 경우, 송신측에서는 높은 주파수대역의 RF 케리어 주파수에 통신신호를 변조하여 실어보내고 수신측에서는 해당 주파수대역의 통신신호를 복조하는 과정을 거쳐 분리해 냄으로써 통신을 하게 되는데 이때 다소 복잡한 필터기술, 변조기술, 복조기술 등이 활용되므로 원활한 통신을 위한 비용이 크고, 이러한 전력선 통신은 워낙 미약한 신호를 사용하기 때문에 외부의 노이즈에 취약하며, 수신측에서 통신신호가 전력선을 통해 원치 않는 곳까지 전달되는 것을 차단하기 위해서는 별도의 블로킹 필터 등이 필요하다는 불편함이 있다. 특히 선로의 임피던스 매칭(impedance matching) 문제로 통신의 신뢰성을 보장하기 위해서는 선로 설치 시공에 엄밀한 제약 조건을 따를 것을 요구하고 이에 비용을 지불해야되는 문제가 있다. 나아가, 이러한 전력선 통신은 범용적으로 사용되는 일반 Microcontroller에 의한 경제적인 통신이 힘들고 복잡한 변복조 통신을 위한 전용의 Modem Chip이 별도로 장착이 되어야만 구현할 수 있다.

직류전력선통신으로 일본의 파나소닉사의 공지기술인 Full-2Way 직류전력선 통신 기술이 있으나 통신 수신부용 24V 500mA(12W) 이하에 해당하는 저전력의 전송에 한정하여 사용되므로 통신선과 전력선의 별개 시공으로 설치 및 유지보수 비용의 추가 요구는 불가피하다.

이렇듯 전력선 통신이 오히려 전력선과 통신선을 분리 설치하는 경우보다 경제적 부담이 크고 안정적인 통신이 힘들며 그 실효성이 낮다면 아무도 사용하지 않는 기술이 될 것이다. 따라서, 종래 전력선 통신의 문제점과 불편함을 해결하는 간단하고 실효성이 큰 전력선 통신 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.

대한민국특허청 등록특허공보 제10-1299959호 대한민국특허청 등록특허공보 제10-1181229호 대한민국특허청 등록특허공보 제10-1048904호

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 송신측과 수신측을 연결하는 2가닥의 전력선에 인가되는 직류 전력의 극성을 시간의 흐름에 따라 변화시키고 이러한 극성의 변화에 정보를 맵핑하여 전달함으로써 외부 노이즈에 강하고 경제적으로 구현이 가능함과 동시에 대전력의 전송이 가능한 직류 전력선 통신 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력선 통신 방법은 직류 전력 전원으로부터 직류 부하에 전력선을 통해 전력을 공급하고 정보를 통신하는 방법에 있어서, 통신하고자 하는 정보를 수신하고 처리하는 단계; 상기 정보에 따라 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하면서 상기 출력전력을 전송하는 단계; 극성이 전환되는 출력전력을 수신하는 단계; 수신된 출력전력의 극성이 전환되는 패턴으로부터 정보를 추출하는 단계; 및 추출된 정보를 이용하여 직류 부하를 제어하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 직류 전력선 통신 방법은 상기 정보를 포함하는 패킷을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 패킷의 구조 및 길이는 상기 정보로 구현하고자 하는 서비스의 종류, 상기 서비스 내 데이터 모델의 종류 및 상기 데이터 모델의 속성값에 따라 결정되고, 상기 서비스의 종류, 상기 서비스 내 데이터 모델의 종류 및 상기 데이터 모델의 속성값은 어플리케이션 레이어(Application Layer)에서 정의된다.

바람직하게는, 상기 직류 전력선 통신 방법은 수신된 출력전력을 평활 직류화하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 직류 전력선 통신 방법은 수신된 출력전력의 전압을 정보 추출부(500)가 동작할 수 있는 정격 전압으로 변환하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 정보는 상기 직류 부하를 식별하는 식별 ID 정보를 포함하고, 상기 식별 ID 정보에 해당하는 직류 부하를 제어하는 것을 상기 정보에 따라 제어한다.

바람직하게는, 수신된 출력전력을 평활 직류화하는 단계는 4개의 MOSFET으로 구성된 능동 정류기(Active Rectifier) 회로의 4개의 게이트를 제1 페어와 제2 페어로 구분하는 단계; 수신된 출력전력의 전압이 다른 레벨로 천이되는 변동 전압을 갖는 천이 시간 구간 동안은 4개의 MOSFET이 모두 Off 되도록 상기 제1 페어 및 상기 제2 페어를 제어하는 단계; 수신된 출력전력의 전압이 일정 범위 내에서 시간적으로 큰 변동이 없이 안정된 전압을 갖는 경우 상기 제1 페어에 해당하는 MOSFET이 동작하도록 상기 제1 페어를 제어하는 단계; 수신된 출력전력의 전압이 다시 시간적으로 다른 레벨로 변동하는 천이 시간 구간의 전압을 갖는 경우 4개의 MOSFET이 모두 Off 되도록 상기 제1 페어 및 상기 제2 페어를 제어하는 단계; 및 수신된 출력전력의 전압이 다시 일정 범위 내에서 안정된 전압을 갖는 경우 상기 제2 페어에 해당하는 MOSFET이 동작하도록 상기 제2 페어를 제어하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 직류 전력선 통신 방법은 수신된 출력전력을 이용하여 상기 출력전력이 전송되는 전력선과 별도로 구성되는 통신선을 통해 수신측이 다루는 정보를 송신측으로 전송하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 직류 전력선 통신 방법은 극성이 전환되는 출력전력을 중간에서 수신하여 평활 직류화하고 평활 직류화된 출력전력의 전압을 기 설정된 전압으로 낮추거나 높인 뒤 수신한 출력전력의 극성 전환 패턴과 동일한 패턴을 갖도록 극성을 전환하여 전력을 출력하여 전송하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하는 수단으로 H-Bridge 회로 또는 DPDT(Dual Pole Dual Throw) 릴레이가 사용된다.

바람직하게는, 상기 식별 ID 정보가 하나의 ID 정보로 연결된 수신측 또는 수신측의 직류 부하를 나타내는 브로드캐스팅 ID 정보인 경우, 송신측과 연결된 전력계통망 또는 직류그리드의 전력 공급 위험도를 나타내는 전력수급 위험정보가 수신측으로 전송되고, 수신측은 수신측 또는 수신측의 직류 부하가 수신측 또는 수신측의 직류 부하가 필수적인지 여부를 나타내는 전력사용 우선순위코드를 저장하고 있다가 상기 전력수급 위험정보와 상기 전력사용 우선순위코드를 대조하여 정해진 포로토콜에 따라 수신측 또는 수신측의 직류 부하의 전력사용을 차단 또는 조절한다.

바람직하게는, 상기 직류 전력선 통신 방법은 전송할 통신과 무관하게 일정 주파수의 주기적 극성 전환이 항시 일어나고 상기 주기적 극성 전환의 사이에 통신용 극성 전환을 한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 직류 전력선 전송 장치는 직류 전력 전원으로부터 직류 부하로 전력선을 통해 전력을 공급하고 정보를 전송하는 장치로서, 전송하고자 하는 정보를 수신하여 처리하는 정보 처리부; 및 상기 정보에 따라 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하면서 상기 출력전력을 전송하는 전송부를 포함한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 직류 전력선 수신 장치는 직류 전력 전원으로부터 직류 부하로 전력선을 통해 전력을 공급받고 정보를 수신하는 장치로서, 극성이 전환되는 출력전력을 수신하는 수신부; 수신된 출력전력의 극성이 전환되는 패턴으로부터 정보를 추출하는 정보 추출부; 및 추출된 정보를 이용하여 직류 부하를 제어하는 수신측 제어부를 포함한다.

본 발명은 조명, 모터, 액추에이터, 전열기기, 가전기기, 정보기기 등 부하용 구동 대전력을 원격에 전송함과 동시에 송신측과 수신측을 연결하는 2가닥의 전력선에 인가되는 직류 전력의 극성을 시간에 따라 변화시키고 이러한 극성의 변화의 패턴에 정보를 맵핑하여 전달함으로써 외부 노이즈에 강하고 경제적으로 구현이 가능함과 동시에 대전력의 전송이 가능한 전력선 통신 방법을 제공할 수 있다.

특히 태양광 발전과 같은 분산 발전, ESS(Energy Storage System), 직류 마이크로그리드 등 직류 환경에서 전력공급과 부하제어를 동시에 수행하는 좋은 수단을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 평활 직류화부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 MOSFET 및 2개의 다이오드로 구성된 수신측의 평활직류화부에 사용될 수 있는 반파 능동 정류기(Half-Wave Active Rectifier)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신측의 평활직류화부에 사용될 수 있는 4개의 MOSFET으로 구성된 전파 능동 정류기(Full-Wave Active Rectifier)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신측의 평활직류화부로서 N 채널 MOSFET과 P 채널 MOSFET의 조합으로 된 전파 능동 정류기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 수신측에 레벨 변환부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 PWM 제어부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 식별 ID 정보 입력부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 선로에 직렬 연결되는 수신측 구성으로서, 브리지 다이오드와 MOSFET으로 구성된 회로를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 선로에 직렬 연결되는 수신측 구성으로서, 2개의 MOSFET이 역방향으로 결선되어 구성된 회로를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력선 통신 방법의 과정을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

그리고 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력선 통신 시스템의 구성 및 동작에 대하여, 이하 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 극성 전환 직류 전력선 통신 시스템(이하, “본 직류 전력선 통신 시스템”이라 한다)의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 직류 전력선 통신 시스템은, 송신측과 수신측을 연결하는 A와 B 2가닥 전선의 전력선 선로에서 전선 A에 + 전압과 전선 B에 - 전압을 인가하는 (+) 극성인 경우를 디지털 값 '1'에 맵핑하고, 전선 A에 전력의 Gound 또는 - 전압을 인가하고 전선 B에 + 전압을 인가하는 (-) 극성인 경우를 디지털 값 '0'에 맵핑한 뒤, 전송하고자 하는 식별 ID 정보 또는 데이터의 전송 정보에 따라 2가닥의 전선 A와 B에 전력을 연결하고 시간의 흐름에 따라 전력의 극성에 변화를 주면서 전력을 수신측으로 전송한다. 수신측에서는 전선 A와 B에 인가되는 전력의 극성으로부터 디지털 값 '1' 또는 '0'을 추출하고 추출된 디지털 값들을 해석함으로써 송신측으로부터 정보를 전달받는다.

한편, 전선 A와 B에 인가되는 전압의 극성은 시간에 따라 다앙한 패턴으로 그 변화의 양상이 나타날 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 하나의 극성 상태에 디지털 값 '0', 다른 극성 상태에 디지털 값 '1'을 맵핑해서 정보를 전달할 수 있지만, 송신측과 수신측의 사전 약속에 의해 극성 변화의 패턴에 디지털 값 '0'을 맵핑하고 다른 패턴에 디지털 값 '1'을 맵핑하여 수신측으로 정보를 전달할 수 있다. 수신측에서는 약속된 바에 따라 해당 패턴으로부터 디지털 값 '1' 또는 '0'을 추출하여 정보를 전달받을 수 있다.

본 명세서에서는, 두 전선 A, B에 걸리는 전위를 비교할 때 전선 A의 전위가 B의 것보다 높거나 같은 상태를 (+) 극성이라 정의하고 B의 것이 더 높은 상태를 (-)극성이라 정의한다. 교류의 경우는 60Hz의 한 주기의 180도 위상마다 (+) 극성에서 (-) 극성으로 극성이 바뀌게 된다. 이와 같이 극성이 바뀌는 것을 '극성전환'이라고 정의한다. DPDT 접점의 스위치 또는 릴레이나 H-Bridge 스위칭 수단을 동원하여 두 전선 A, B의 상대적인 전위를 바뀌는 것이 '극성전환'인 것이다. 여기서, '전환(Switching)'이란 용어는 '교번(Alternating)'의 의미를 가질 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 직류 전력선 통신 시스템은 송신측 구성과 수신측 구성을 포함한다. 송신측 구성은 직류 전력 전원(100), 정보 처리부(200) 및/또는 전송부(300)를 포함하고, 수신측 구성은 수신부(400), 정보 추출부(500), 수신측 제어부(600) 및/또는 직류 부하(700)를 포함한다.

도 1에서 점선 화살표는 정보(데이터)의 전달을 나타내고 파선 화살표는 전력의 전달을 나타내며 실선 화살표는 정보와 전력이 함께 전달됨을 나타낸다.

직류 전력 전원(100)은 전송부(300)에 직류 전력을 공급하는 전원으로서, 직류 전원 공급 장치, 배터리 등이 이에 해당할 수 있다.

정보 처리부(200)는 수신측에 전송하고자 하는 정보를 외부로부터 수신하고, 필요한 경우 알고 있는 정보를 외부에 전달한다. 정보 처리부(200)는 수신측에 전송하고자 하는 정보를 수신하여 전송부(300)에 전달한다. 정보 처리부(200)는 외부에서 받거나 또는 시스템이 알고 있는 정보를 외부로 전달하는 인터페이스 역할을 수행하면서 수신된 외부 정보에 따르거나 이를 처리하여 수신측으로 전달할 식별 ID 정보나 데이터의 패킷의 전송 정보를 생성한다.

전송부(300)는 정보 처리부(200)에 의해 외부에서 수신된 정보를 처리한 전송 정보에 따라 직류 전력 전원(100)으로부터 공급받은 출력전력의 극성을 전환하면서(변화시키면서) 그 출력 전력을 2가닥의 전선 A와 B를 통해 수신측으로 전송한다. 전송부(300)는 직류 전력 전원(100)의 출력전력의 (+), (-) 극성을 전환할 수 있는 H-Bridge 회로를 포함할 수 있다. 그러나 그 스위칭 수단이 H-Bridge 회로에 한정되지 않는다. 예컨데 DPDT(Dual Pole Dual Throw) 스위치나 릴레이(Relay)도 극성 전환의 수단이 될 수 있다. H-Bridge회로를 전송부(300)의 주요한 수단으로 사용한 경우 H-Bridge회로를 구성하는 4개의 스위칭 소자는 각종 전력반도체이다. 이들 반도체의 베이스(base) 또는 게이트(gate)는 전용 드라이버 회로를 거쳐서 마이크로컨트롤러로 제어하며 릴레이의 경우는 프리휠링 다이오드(free wheeling diode)가 포함된 릴레이 구동 드라이버 회로를 거쳐 제어된다.

H-Bridge 회로는 비트 프로토콜에 따라 통신 패킷에 대응하는 극성 전환이 일어나도록 동작한다. 비트 프로토콜은 두 전선 A, B의 전위의 변화 패턴에 정보 비트 0 또는 1을 맵핑시키는 약속을 말한다. 단순히 (+)극성을 1, (-)극성을 0으로 맵핑시키는 것에서부터 시작해서 복잡한 전환 패턴을 정하고 0과 1을 맵핑시킬 수도 있다. 흔하게 사용되는 맨체스터 인코딩(Manchester encoding)이나 RZ(Return to Zero), NRZ(Non Return to Zero), NRZI(Non Return to Zero Inverted on ones)등 다양한 방법을 맵핑에 적용하거나 반영하여 극성전환의 비트 프로토콜로 사용할 수도 있고 극성의 변화가 많지 않아 THD(Total Harmonic Distortion)가 양호한 단순 UART(Universal asynchronous receiver/transmitter)통신일 수도 있으며 두 전선 A, B의 임의의 극성 전환 패턴을 데이터 0과 1에 맵핑하여 비트 프로토콜로 사용할 수도 있다.

전송부(300)는 정보 처리부(200)에 의해 수신된 정보의 디지털 값에 따라 출력 전력의 극성을 변경하거나 극성의 변화 패턴을 만들면서 출력전력을 수신측으로 전송한다.

전송부(300)는 통신 패킷에 해당하는 데이터를 포함하는 전기적인 신호를 두 전선 A, B에 전압으로 반영하기 위해 극성 전환을 수행할 수 있지만 통신과 무관하게 교류 전력과 마찬가지로 50/60Hz의 주기적인 극성 전환 패턴을 일으키게 할 수도 있고 이 경우 통신용 극성 전환은 그 주기적 전환 사이에 이루어지게 한다. 이는 실수로 이 두 전선 A, B에 교류 전동기와 같이 리액턴스(Reactance)는 높지만 저항은 극히 낮은 부하가 물렸을 경우에 직류 전류가 낮은 저항 때문에 과전류가 흘러 고장이 일어나는 것을 방지하기 위하거나 다수의 수신부에 시간 동기를 맞출 필요가 있을 경우 유용하며 아울러 주기적인 극성 전환이 통신과 무관하게 이루어진다면 선로의 전환되는 극성 방향은 선로의 전해 부식을 낮추는 효과도 있다. 50이나 60Hz에 한정되지 않고 리액턴스가 전류를 제한할 크기를 가질 수 있는 적정 주파수로 항상 전환하면 된다.

수신측의 수신부(400)는 전선 A와 B를 통해 그 극성 전환이 포함될 수 있는 전력을 수신한다. 송신측의 전송부(300)과 연결된 단일 전력선의 두 전선 A와 B에 멀티드롭 버스 방식 또는 트리연결구조(Tree Topology)로 복수 개의 수신측이 연결될 수 있다. 각 수신측은 수신측을 식별하거나 수신측에 연결된 부하를 식별하는 식별 ID를 입력받아 저장하고 있고 자신의 ID에 해당하는 통신 패킷이 수신되면 그 데이터를 복호하여 데이터로 사용한다.

정보 추출부(500)는 수신부(400)에 의해 수신된 전력의 극성 또는 그 극성이 전환되는 패턴으로부터 디지털 값을 추출하고 추출된 디지털 값들을 통해 송신측으로부터 전달된 정보를 복원한다.

수신측 제어부(600)는 정보 추출부(500)에 의해 추출된 정보에 따라 직류 부하(700)를 제어한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 정보 처리부(200)는 수신측에 전송하고자 하는 식별 ID 정보 외에도 전달하고자 하는 정보의 종류, 프로토콜 타입에 따라 그 길이 및/또는 구조가 다른 패킷을 생성할 수 있다. 즉, 정보 처리부(200)는 외부의 통신시스템과 계층적으로 직접 또는 게이트웨이를 거쳐서 연결되고 TCP/IP와 같은 인터넷통신이나 OneM2M, OCF(Open Connectivity Foundation)과 같은 오픈 플랫폼의 IoT 수직서비스(Vertical Service)의 네트워크계층(Network Layer)과 계층적으로 연결되어 정보를 교류할 수 있다.

수직서비스(Vertical Service)의 경우 네트워크 계층(Network Layer)에서 표현계층 (Presentation Layer)이나 또는 네트워크 계층(Network Layer)에서 응용계층(Application Layer)의 정보처리까지 단일 오픈 플랫폼 서비스로 제공한다. 응용계층(Application Layer)에는 실제 최종 사용자가 다루는 각종 데이터 모델과 속성 값들도 정의되고 이들 오픈 플랫폼의 종류에 따라서 데이터 모델이나 속성의 종류가 다르고 이를 통신 데이터 패킷으로 처리하는 길이나 방식도 다르다.

본 발명의 정보 처리부(200)은 게이트웨이나 또는 직접 Bridging을 통해 통합 플랫폼의 상위 계층의 통신패킷을 받아와서 처리해야한다. 그 통신 패킷 구조는 어떤 오픈 플랫폼의 것에서 온 패킷인지 그리고 응용계층(Application Layer)까지 포함하는 오픈 플랫폼의 것이라면 응용계층에서 다루는 데이터 모델이나 속성에 따라 패킷은 가변적이므로 정보 처리부(200)는 실제 극성 전환으로 전선 A, B에 인가되는 통신의 패킷 구조는 상부와 연결되어 받아온 통신 패킷에 따라 길이도 가변적이며 그 구조도 가변적이다.

정보 처리부(200)는 외부와 연결되어 받아온 통신 패킷을 해석하는 기능을 수행하여야 하며 이미 알려진 OneM2M, OCF와 같은 오픈 플랫폼 외에도 향후 도래하는 다양한 기술적 시도에 융통성있게 대응하도록 해석 기능을 외부 통신이나 연결수단을 통해 원격 또는 PC, 휴대폰, 전용기기 등 다양한 연결 장치로 기능을 업데이터할 수 있어야 한다. 직접 또는 게이트웨이를 경유하여 모드버스(Modbus) 프로토콜이나 인터넷 프로토콜인 TCP/IP 프로토콜에 맞추어 정보를 수신하고 이를 해석하여 그 내용을 또는 이를 중간에서 변형하여 통신 데이터로 수신측에 통신을 수행할 수도 있다.

정보 처리부(200)의 외부와 연결되는 인터페이스는 UART 통신에 기반한 RS-485, RS-422, RS-232, DMX 또는 DALI, USB, CAN통신 등의 직렬통신 연결뿐만 아니라 이더넷(Ethernet), 등의 유선 LAN이나 적외선 리모컨, ISM RF band의 무선 주파수를 사용하는 WiFi, Zigbee, Bluetooth, LoRA 무선통신 등 다양한 전기적 신호로 통신하는 기능을 가질 수 있다.

정보 처리부(200)와 인터페이스 하는 외부는 KNX, LonWorks 등 다양한 스마트 가전, 스마트 조명, BEMS(Building Energy Management System) 제어 플랫폼일 수 있다.

정보 처리부(200)는 수신부로 전송하는 전송패킷내에 패킷의 길이에 대한 정보를 두는 것이 바람직하다. 그 길이에 따라 외부의 플랫폼에서 받아온 정보에 따라 가변적인 프로토콜을 운영하는 것이 바람직하다. 물론 외부 플랫폼의 통신 패킷을 해석하되 송신측과 수신측은 획일적인 길이의 패킷으로 처리해도 문제는 없다.

수신측에서 송신측으로 역방향의 통신을 수행하기 위해서 다양한 프로토콜을 설계할 수 있는데 예컨데 시분할로 역방향 통신의 시간을 배정하고 그 시간을 송신측과 수신측들이 공유하거나 또는 송신측이 역방향의 개시를 알리는 정보를 패킷에 넣어 송신한 뒤 일정 시간 역방향 통신 모드로 전환하고 다시 그 모드를 해제하는 것을 예로 들 수 있다. 이 때 브로드캐스팅으로 역방향 통신 모드를 알릴 수도 있고 역방향 통신의 주체가 될 수신측을 지정하는 정보를 담아 패킷으로 전송할 수 도 있다.

송신측이 역방향통신 모드에 대한 패킷을 설정하고 사용할 경우는 수신측 역시 그것을 해석하고 이해하고 그에 맞추어 통신 반응을 수행하는 알고리즘을 보유해야 한다. 물론 역방향은 별개의 제 3의 선로를 가설하고 A 또는 B 전선의 낮은 전압을 Gound로 가정하여 제 3선로를 스위칭하는 패턴으로 역방향 통신을 할 수도 있고 수신측이 전력을 별개로 공급받거나 전력을 저장하는 별도의 수단을 가지는 경우 송신측의 전송부(300)과 같이 두 전선 A, B에 극성 전환 패턴을 생성하는 방식으로 수행할 수도 있다. 물론 이 경우는 다른 송수신측의 통신과 충돌되지 않도록 한 곳에서만 송신이 되도록 하는 프로토콜이 있어야 하고 수신측의 전선 A, B에 특정 상의 전압을 출력하는 구동전력과 구동수단이 구비되어야 한다.

오픈 프레임워크에서 다뤄지는 다양한 서비스의 종류, 데이터 모델의 종류 및/또는 속성값에 유연하게 대처하여 해당 서비스, 데이터 모델 및/또는 속성값에 가장 적합한 구조 및/또는 길이를 갖는 전력선 통신용 패킷이 생성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 직류 전력선 통신 시스템은 복수의 수신측으로 구성될 수 있고, 복수의 송신측으로 구성될 수도 있으며 송 수신측 사이에 연결이 되는 브리지 형태일 수 있다.

본 직류 전력선 통신 시스템에 복수의 송신측이 구성되는 경우, 복수의 송신측 중 하나의 송신측에서 제공하는 전력에 문제가 발생하는 경우 다른 송신측에서 전원이상을 감지하고 문제가 발생한 송신측을 대신하여 전력을 공급할 수도 있다. 이때, 복수의 송신측 간에는 정보의 통신 상황에 대해 서로 공유함으로써 수신측으로 전력을 공급하는 송신측이 변경되는 경우에도 정보의 중복 통신이나 통신 오류 없이 이전 송신측의 통신의 최종 상황을 원활하게 이어나갈 수 있다.

한편, 본 직류 전력선 통신 시스템에 구성되는 수신측의 개수가 증가함에 따라 요구되는 전력량이 많아지는 경우, 기존 송신측을 대용량의 것으로 새롭게 설치하는 대신 별도의 전원을 이용하여 수신된 신호의 통신신호를 그대로 반영하고 추가되는 전력을 별도의 망으로 출력하는 브리지 기능의 송신측을 추가로 연결하는 것만으로 수신측으로 공급되는 전력량을 간단하게 높일 수 있다. 즉, 부하의 추가 확장용도로 별도의 전원을 활용하여 기존의 통신신호와 같은 출력을 만들 수 있고 이를 활용하여 망의 새로운 증설을 편리하게 할 수 있다.

또한 기존의 망에 별도의 전원을 활용하여 부족한 전원을 공급할 수 있는 추가의 전력 송신측을 병렬로 추가하는 것이 가능하며 이는 일정 단위시간 송신측이 출력의 극성을 전환하지 않는다는 것이 예측이 되는 시간에 한정하여 낮은 임피던스의 전력을 주입할 수 있으므로 송신측의 출력 프로토콜을 공유해야 한다.

이때, 추가되는 송신측은 초기화 과정을 거치는데 이 초기화 과정에서 출력단자의 상황을 모니터링하여 기존 연결된 송신측인 Master 송신측이 일정 이상 전압 레벨의 전력 출력이 있는지 여부를 감지한다. 감지 결과, Master 송신측이 전환 극성 출력을 하고 있었던 경우 추가되는 송신측은 Slave 송신측으로 동작하며 Master 송신측과 같은 레벨의 전환 극성 출력을 동시에 수행한다.

하지만, 이 경우 Slave 송신측이 Master 송신측에서 출력 극성을 바꾸는 시점을 미리 알지 못하면 2개의 송신측이 서로 다른 극성의 신호를 동시에 출력하게 되어 과전류로 인해 시스템이 파손될 수 있는 위험이 있다. 따라서, Master 송신측은 사전에 약속된 짧은 시간 단위별 주기적 특징이 있는 전환 극성 출력을 하고 Slave 송신측은 Master 송신측의 출력에 동기를 맞춰 출력하도록 동작한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전송부(300)에 포함되는 H-Bridge 회로와 연결되는 입출력단자, 전선에 연결되거나 그 주위에 위치하는 전류센서(Current Sensor)를 포함한다. 전류 센서로는 변류기(Current Transformer), 홀 소자(Hall Element), 션트(Shunt) 저항의 전위차 등을 이용할 수 있다. 본 직류 전력선 통신 시스템의 송신측에서는 H-Bridge 회로를 이용하여 극성이 전환되는 출력을 하는데 션트 저항을 예로 들면 H-Bridge 회로의 (+) 또는 (-) 전원단에 비교적 작은 저항값을 갖는 션트 저항을 직렬로 구성을 하고, 션트 저항의 양단에 인가되는 전압을 일정 비율로 증폭시킨 뒤, 이를 송신측 제어부(미도시)의 마이크로컨트롤러의 아날로그디지털 변환 포트 (A/D Port)로 읽어 수신측으로 전달되는 전류를 감지할 수 있다.

본 직류 전력선 통신 시스템은, 송신측 제어부(미도시)를 통해, 션트 저항에 과전류가 흐르는 경우, 선로가 단락이 된 경우로 판단하여 전환 극성 출력을 정지시키고 선로에 문제가 발생하였음을 경고하는 동작을 할 수 있다.

본 직류 전력선 통신 시스템은, 송신측 제어부(미도시)를 통해, 특정 시간에 내부 또는 외부의 요청에 따라 선로에 연결된 각 부하의 반응 여부를 전류센서(Current Sensor)로 모니터링함으로써 각 부하의 정상동작과 고장 유무를 판별할 수 있으며, 판별 결과에 따라 실시간으로 조치를 취하도록 할 수 있다. 즉, 션트 저항에 흐르는 전류값이 검출되지 않는 경우 수신측의 부하가 개방(Open)되었거나 수신측 제어부(600)가 고장되었음이 예상될 수 있고, 션트 저항에 흐르는 전류값이 기 설정된 값보다 큰 경우 수신측의 부하가 단락(Short)되었거나 수신측 제어부(600)가 정상적이지 않음을 예상될 수 있다.

본 직류 전력선 통신 시스템은 송신측에서 제시하는 특정 시간에 선택받은 수신측 제어부가 부하 또는 새로운 전류가 흐르는 통로를 통하여 전류를 선택적으로 흐르도록 하고 송신측의 전류센서가 이를 감지할 경우 시점에 따라 복수개의 Digital 정보를 송신측으로 전송할 수 있어 부분적으로 쌍방향 통신이 가능하다.

본 직류 전력선 통신 시스템의 주된 응용 예인 조명을 제어하는 경우 송신측에서 제시하는 특정 시간에 조명을 특정 주파수와 특정 펄스 형태로 구동을 하도록 하고 별도의 가시광 신호로 송신측에 정보를 전달하는 쌍방향 통신이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전송부(300)에 포함되는 H-Bridge 회로는 4개의 MOSFET의 Full Bridge로 구성하거나 2개의 MOSFET의 Half Bridge 회로 2개가 결합된 형태로 구성되고 H-Bridge 형태의 회로가 아닌 추가한 저전압 Drop 브리지 회로와 같이 4개의 스위칭 소자에 의하여 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 중간탭이 있는 양전압 전원(예를 들어, +24V, GND, -24V 전원으로 구성)이 구성되는 환경에서 본 직류 전력선 통신 시스템의 전송부(300)에는 1개의 Half Bridge 회로로 극성이 전환되는 출력을 낼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, ESS(Energy Storagy System), 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)와 같은 내부의 축전지를 사용하는 직류 전력 전원(100) 또는 교류 전력 전원(미도시)이 별도의 장치로서 사용되는 경우, 이러한 전원장치 내부에 송신측 회로를 포함시킴으로써, 외부 터미널 블록을 통하여 서로 연결하는 것을 생략하여 불필요한 연결을 줄일 수 있으며 전체적인 공간도 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 직류 전력선 통신 시스템 내에 복수 개의 직류 전력 전원(100)을 구성한다. 이로써, 하나의 전원을 사용할 경우에 해당 전원의 불안정 상태에 의해 발생할 수 있는 수신측(부하측)의 동작이 멈출 수 있는 상황을 예방할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 다이오드 스위칭 소자로 복수 개의 전원을 커플링(Coupling)한 뒤 그 중 선택하여 직류 전력선 통신 시스템에 입력할 수도 있는데 이 경우 앞에서 언급한 순방향 바이어스에 의한 전력 손실이 발생하므로, 릴레이 또는 전술한 능동 정류기 등을 활용하여 2중 또는 3중의 전원을 커플링(Coupling)하여 만약의 고장에 대비할수 있으며, 송신측 제어부(미도시)는 이들 직류 전력 전원(100) 또는 교류 전력 전원(미도시)의 동작상황을 모니터링하고 동작상황, 이상유무 등을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 직류 전력 전원(100)이 배터리 또는 배터리를 사용하는 UPS(Uninterruptible Power Supply)나 ESS(Energy Storage System)에 해당하는 경우, 송신측 제어부는 직류 전력 전원(100)의 전압을 모니터링할 수 있고, 직류 전력 전원(100)의 수명 유지를 위해 방전 종지 전압 이전에 송신측의 동작이 멈추도록 제어할 수 있으며, 직류 전력 전원(100)의 잔여 전력량에 따라 선택적으로 부하들의 전력을 제한할 수 있고, 이러한 직류 전력 전원(100)의 충전/방전 상태와 제어 상황을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 직류 전력선 통신 시스템의 송신측과 수신측 사이에는 통신을 위한 별도의 선이 추가된다.

보통 2가닥의 선로를 통한 전력선 통신은 송신측에서 수신측으로의 일방적인 단방향으로만 이뤄진다. 2가닥 선로를 통한 수신측에서 송신측으로의 역방향 통신이 수행되기 위해서는 송신측에서 수신측으로 낮은 임피던스의 대전력이 전달되는 것을 잠시 멈춰야만 한다. 이래야만 수신측에서 같은 선로에 특정 크기의 전압을 제공할 수 있기 때문이다.

즉, 쌍방향 통신을 위해서는 일정 시간 동안 송신측으로부터 수신측으로의 전력 전달을 중단해야 하는 점, 그리고 전력 공급이 중단된 상태에서 송신측으로 신호를 전달하기 위해 필요한 전력을 저장하기 위한 콘덴서 등의 부피가 큰 소자가 수신측에 필요하다는 점과 같은 단점에 의해 2가닥 선로를 이용한 쌍방향 통신은 사실상 구현되기가 쉽지 않다.

이러한 상황에서, 본 직류 전력선 통신 시스템에 기존의 2가닥 선로 외에 역방향 통신을 담당하는 도체의 직경이 작은 전선을 선로에 추가한다면, 송신측과 수신측 사이의 쌍방향 통신이 원만하게 이뤄질 수 있다. 이 경우, 수신측은 기존 2가닥 선로를 통해 전달되는 전력을 활용하면서 추가된 하나의 선로를 통해 송신측으로부터 전달된 신호의 극성 전환 패턴과 조화를 맞춘 높은 전압 레벨의 신호를 송신측으로 전송할 수 있다

다만, 복수의 수신측이 본 직류 전력선 통신 시스템에 구성되는 경우, 복수의 수신측에서 역방향 정보를 전송하는 수신측 정보 전송부(미도시, 드라이버 회로)가 동시에 동작하면 전기적인 무리가 발생하므로 하나의 수신측씩 차례로 역방향 정보를 송신측으로 전달할 수 있도록 해야한다. 이를 위해, 송신측 제어부는 수신측마다 식별 ID 정보를 부여하고 식별 ID 정보에 따른 순서 정보를 수신측에 전송할 수 있고, 또는 허가된 수신측으로부터만 역방향 정보를 수신받을 수 있도록 수신측에 허가 정보를 전송할 수 있다.

또는, 하나의 수신측과 다른 수신측 사이를 연결하는 선로가 구성될 수 있고 이 선로를 통해 전원을 공유하면서 스위치 제어, 센서 제어 등의 제어를 인근 별개 수신측과 함께 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 송신측과 복수의 수신측 사이에 2가닥의 선로 도중에 위치하며 송신측과 수신측 사이의 특정한 위치에 연결되어 특정 기능을 수행하는 여러 종류의 장치가 추가될 수 있다.

먼저, 과전류 보호용 퓨즈가 송신측과 수신측 사이에 구성될 수 있다. 과전류 보호용 퓨즈는 특정 부하와 연결된 선로가 단락되거나 이 선로에 과전류가 흐르는 경우 전류를 차단하는 기능을 한다. 단순 퓨즈 외 Poly Switch 등의 복구 기능이 있는 퓨즈가 장착될 수 있고, BMS(Battery Management System) 회로의 스위칭 소자를 사용하고 전류센서(Current Sensor)를 이용해 과전류를 검출하고 차단하는 기능을 갖는 과전류 보호회로가 적용될 수 있다.

나아가, Step Down Brdige 회로가 송신측과 수신측 사이에 구성될 수 있다. Step Down Bridge 회로는 브리지 다이오드, DC/DC Buck, Step Down 회로 및 H-Bridge 회로로 구성되는데, 전환되는 극성의 전력을 브리지 다이오드에 의하여 직류로 변환하고 DC/DC Step Down 회로(Buck Controller)에 의하여 전압을 일정 전압으로 낮춘 뒤 다시 자체의 H-Bridge 회로에 의하여 입력되는, 전환 극성 패턴과 동일한 출력을 해주는 기능을 한다. 이로써, Step Down Bridge 회로 뒤에 연결되는 수신측에 일괄적으로 낮은 전환 전압을 공급할 수 있다.

또는, Step Up Bridge 회로가 송신측과 수신측 사이에 구성될 수 있다. Step Up Bridge 회로는 브리지 다이오드, DC/DC Step Up 회로(Boost회로) 및 H-Bridge 회로로 구성되고, 전술한 Step Down Bridge 회로와 유사한 원리로 동작하되, Step Down Bridge 회로에 입력되는 전환 극성 전압보다 더 높은 전위의 전압을 뒤에 연결되는 수신측에 일괄 공급한다.

전술한 Step Down Bridge 회로 또는 Step Up (Boost) Bridge 회로가 송신측과 수신측 사이에 구성될 수 있는데, 송신측 제어부는 Step Down Bridge 회로 및 Step Up Bridge 회로에 식별 ID 정보를 부여하고, 식별 ID 정보에 해당하는 Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로에 변환할 전압의 정보를 전송할 수 있다. 그러면, Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로는 전송받은 전압변환정보에 따라 출력 전압을 조정한다. 예를 들어, Tree 방식으로 연결된 시스템에서 특정 가지에 연결된 부하들의 전압 규격들이 다른 가지와 다를 경우 개별 부하들마다 전압변환을 따로 하는 것보다 가지에 연결되는 길목에 위치한 변환기(송신측과 수신측 사이에 위치한 Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로)에서 일괄적으로 전압을 바꾸어 주는 것이 경제적이며, 이러한 경우에 본 실시예가 적용될 수 있다. 또는, 송신측과 수신측 사이의 거리가 멀어 선로의 전력손실이 크게 발생하는 경우 송신측과 가까운 곳에서 Boost 컨버터가 내장된 변환기(Step Up Bridge 회로)가 있어 전압과 임피던스를 높혀주면 장거리 연결에 따른 선로의 전력손실을 줄일 수 있다. 또한, Tree 방식의 연결구성에서 특정 부하군과의 사이 가지에 연결되고 해당 가지에 연결된 부하들의 동작이 모두 없을 경우, 송신측 제어부는 변환 전압을 0V로 설정한 정보를 Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로로 전송하고 Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로는 출력 전압을 0V로 출력하여 뒷단의 다수의 수신측(부하)들의 Standby 전원까지 모두 차단함으로써 전체 전력을 줄일 수 있다. 이때, Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로는 별도의 전원공급장치로부터 전원을 인가받을 수 있다. 이로써, 신규 부하가 증설되는 경우 부족한 전력을 기존 시스템의 변형 없이 간단하게 충원할 수 있다.

또한, 송신측과 수신측 사이에 스위치 또는 센서가 구성될 수 있고, 스위치 또는 센서에 의한 입력 정보가 Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로 내의 H-Bridge 회로에 전송되어 극성의 패턴에 반영되어 뒷단의 수신측으로 전송될 수 있다. 이 경우 Step Down Bridge 회로 또는 Step Up Bridge 회로는 벽 스위치 등의 장치 내에 내장이 가능하며 자동 밝기 조절 등의 용도로 활용이 가능하다.

나아가, 센서 또는 스위치를 내장하고 인근 수신측과 별도의 통신선으로 연결된 장치가 송신측과 수신측 사이에 구성될 수 있다. 이 장치는 센서 또는 스위치의 동작에 따라 인근 수신측 부하를 제어하는 용도로 사용된다.

또한, 물리적인 연결과 전기적인 연결이 모두 이뤄지는 자성재질(예를 들어 2개의 극성을 갖는 네오디움 자석 등)을 갖는 모듈화된 블록 형태로 부하의 수신부를 구성하면, 본 직류 전력선 통신 시스템의 2가닥 선로와의 손쉬운 연결 또는 분리를 복수의 블록 형태의 부하들을 개별 제어하는데 유용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 평활 직류화부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 직류 전력선 통신 시스템은 수신측에 평활 직류화부(800)를 더 포함한다.

극성의 변화가 수시로 이루어지는 전력을 전송받고 이를 직류 전원으로 사용하기 위해서는 이러한 전력을 평활 직류화해야 한다.

평활 직류화부(800)는 수신부(400)로부터 전달되는 극성이 수시로 전환되는 전력을 입력받아 하나의 극성만을 갖는 전력을 출력한다. 일 실시예에 따르면, Bridge 다이오드가 평활 직류화부(800)로서 사용될 수 있고, 일반 Bridge 다이오드보다 온저항이 극히 낮고 전력 효율이 좋은 MOSFET 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 기반의 능동 정류기(Active Rectifier)가 평활 직류화부(800)로서 사용될 수 있다.

평활 직류화부(800)에는 극성 변화에 따른 순간적인 전압 강하 현상을 보완하기 위하여 콘덴서가 정류기의 후단에 부가될 수 있다.

수신측에서 평활 직류화부(800)로 사용되는 Bridge 다이오드는 극성이 전환되는 전력을 직류로 바꾼다. 이때, Bridge 다이오드 회로의 다이오드의 순방향 바이어스 전압 강하에 따른 전력의 손실이 발생하는데 특히 낮은 입력 전압인 경우 그 손실이 두드러진다.

예를 들어, 12V의 전압이 극성이 전환되어 전달되는데 Bridge 다이오드 회로의 실리콘 다이오드의 순방향 바이어스 전압이 0.6V인 경우 브리지 다이오드는 2개의 다이오드를 거치므로 1.2V 전압의 강하가 발생한다. 따라서, 1.2V/12V 즉 10%의 전력이 부하로 전달이 되지 않고 Bridge 다이오드 회로에서 손실로 발생하게 되므로 에너지 효율이 낮게 되며 손실분이 열로 발생하게 되므로 문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 평활 직류화부(800)는 이러한 Bridge 다이오드를 생략하고 한쪽 방향의 극성에 대해서만 전류가 흐르도록 하는 LED와 같은 단방향 전력소자로 구성될 수 있다. 즉, 송신측에서 전환되는 직류를 수신측으로 전송하는 것은 동일하지만 수신측에서 Bridge 다이오드를 사용하지 않으므로 전환되는 특정 극성에 대한 전력만 부하로 전달한다. 이 경우, Bridge 다이오드를 사용했을 때 수신측의 브리지 다이오드에서 발생하는 다이오드의 순방향 바이어스에 의한 전압 강하 문제를 해결할 수 있다. 또는, 평활 직류화부(800)는 하나의 다이오드와 콘덴서로 구성될 수 있는데, 이 경우 반파 정류된 전력을 콘덴서를 거쳐 안정화 시켜 부하로 전달할 수 있지만 일부 저전력의 부하를 구동하는데 적당하다.

부하가 저항 성분인 백열 전등이나 전열기인 경우 직류가 아니더라도 전력공급이 가능하므로, 평활 직류화부(800)로서, 릴레이, Triac, SSR(Solid State Relay) 등의 양방향 소자를 이용하거나 2개 이상의 MOSFET을 직렬 구성한 양방향 스위칭 소자를 사용한 능동정류기(Active Rectifier)를 거쳐 부하를 구동할 수 있다.

극성이 존재하여 직류를 공급해야만 하는 LED와 같은 부하는, 평활 직류화부(800)로서 단방향으로 전류가 많이 흐르게 하는 스위치만을 구성함으로써 구동될 수 있다. 이 경우, 전력 공급을 위주로 하는 극성이 정해져 있으므로 극성을 맞추어 결선하도록 주의해야 하며 극성이 다르게 연결되지 않도록 선의 색상을 구분하는 등의 조치가 필요할 수 있다. 한편, 이 경우 송신측의 전송부(300)에 포함되는 H-Bridge 회로를 구성하는 4개의 스위칭 소자 중 수신측에 상시로 전원을 공급하는 2개의 스위칭 소자는 큰 용량을 갖도록 하고 정보의 통신을 위해 극성을 바꿔주기 위한 나머지 2개의 스위칭 소자는 작은 용량을 갖도록 전체 회로를 구성할 수 있고, 이로써 송신측 회로의 크기를 줄일 수 있고 회로 구성에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

나아가, 평활 직류화부(800)로서 Bridge 다이오드를 사용하면 상대적으로 낮은 전압이 수신측으로 공급되는 경우 수신측에서는 다이오드의 순방향 바이어스에 의해 1V 정도의 전압손실이 발생하는데 이는 전체적인 효율 관점에서 매우 큰 손실에 해당하고, 브리지 다이오드를 생략하거나 능동정류기를 사용하면 공간에 여유가 생기고 열발생에 따른 방열수단이 불필요해 졌다는 점에서 효과가 있다고 할 것이다. 반면 다이오드의 순방향 바이어스전압이 무시될 정도로 높은 전압을 전송하게 되면 전력전송 효율은 높아진다.

Bridge 다이오드 대신 LED소자와 같은 단방향전류 부하를 사용하여 한쪽 방향의 극성일 경우에만 부하에 전류가 흐르도록 하면 다이오드의 순방향 바이어스에 의한 전압 강하는 해결할 수 있지만 반대 극성일 경우에 부하에 전력이 공급되지 않는 단점이 있으므로, 정보의 통신을 위해 극성이 전환되는 듀티 비율이 큰 경우나 정보의 통신이 자주 발생하지 않는 경우에 Bridge 다이오드 회로는 생략하고 단방향전류 부하를 사용하는 방식이 유용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 MOSFET 및 2개의 다이오드로 구성된 능동 정류기의 구성을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신측의 평활직류화부에 사용될 수 있는 4개의 MOSFET으로 구성된 전파 능동 정류기의 구성을 나타낸 도면이다. 한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신측의 평활직류화부로서 N 채널 MOSFET과 P 채널 MOSFET의 조합으로 된 전파 능동 정류기의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 평활 직류화부(800)로서 능동 정류기(Active Rectifier)가 사용된다. 다이오드 회로의 순방향 바이어스를 줄이기 위하여 다이오드 대신 MOSFET를 사용하여 스위칭하는 것이 바람직하며 Rds(MOSFET 드레인과 소스간 저항)가 낮은 MOSFET의 경우 이 저항에 따른 전압 강하가 다이오드에 비하여 극히 작으므로 MOSFET으로 다이오드를 대체한다면 전체 효율을 높일 수 있으며 MOSFET으로 구성된 정류기를 능동 정류기(Active Rectifier)라고 한다.

도 3을 참조하면, 이러한 능동 정류기는 4개의 MOSFET으로 구성될 수 있고 또는 2개의 MOSFET과 2개의 다이오드로 구성될 수 있다.

도 4를 참조하면, 4개의 MOSFET으로 구성된 능동 정류기의 경우, 인가되는 전압의 극성에 따라 각 MOSFET을 적절한 시점에 On/Off 하는 것이 중요하다. MOSFET의 게이트(Gate)의 정전용량에 따라 방전되는 시점이 늦어져서 4개의 MOSFET 중 직렬로 연결된 2개의 MOSFET이 동시에 On이 된다면 과전류가 흘러 능동 정류기 또는 부하가 파손되는 문제가 발생한다. 따라서, MOSFET의 게이트의 정전용량에 따른 방전 시점을 충분히 고려하여 MOSFET을 On/Off 하는 시점을 제어하는 것이 중요하다.

수신측 제어부(600)는 4개의 MOSFET으로 구성된 능동 정류기 회로의 4개의 게이트를 제1 페어(Gate 1, Gate 4)와 제2 페어(Gate 2, Gate 3)로 나누어 제어한다. 수신측 제어부(600)는 주기적으로 바뀌는 극성 전환 패턴의 입력 전압을 항시 모니터링한다. 1) 수신측 제어부(600)는 양단자의 입력 전압이 시간적으로 변동되는 전위의 천이 시간 구간 동안은 4개의 MOSFET이 모두 Off 되도록 게이트들에 제어 전압을 출력한다. 2) 수신측 제어부(600)는 극성 전환 패턴 전압이 일정 범위(레벨) 내의 안정된 차동 전압을 갖는 경우 극성에 따라 제1 페어 또는 제2 페어를 제어하여 해당하는 MOSFET이 동작하도록 한다. 3) 수신측 제어부(600)는 극성 전환 패턴 전압이 다시 시간적으로 전위가 변동되는 전위의 천이 시간 구간 동안은 4개의 MOSFET이 모두 Off 되도록 게이트들에 제어 전압을 출력하고, 4) 이후 다시 안정된 차동 전압이면 앞서 동작한 페어와 다른 페어에 속하는 MOSFET이 동작하도록 제1 페어 또는 제2 페어의 게이트를 제어한다. 수신측 제어부(600)는 극성이 한 번 전환될 때마다 상술한 1) 내지 4) 과정을 수행한다. 이로써, 각 MOSFET의 기생 다이오드의 순방향 바이어스에 따른 전압 강하가 생기지 않도록 한다.

도 4의 회로에서, 능동정류기(Active Rectifier)의 Gate 1 및 Gate 2의 전압은 교번 극성 입력의 (+) 전압보다 더 높아야 전류제어가 가능하므로 Charge Pumping 회로가 더 포함될 수 있다. 또한, 본 도면 및 상술한 설명은 4개의 n-channel MOSFET을 적용한 능동 정류기에 대한 것이고, n-channel MOSFET 대신 p-Channel MOSFET이나 IGBT를 사용하여 회로가 구성될 수 있으며 이 경우에도 상술한 제어 동작과 동일한 원리의 제어 동작이 이뤄질 수 있다.

한편, 도 4에 구성되는 4개의 MOSFET은 서로 같은 종류의 MOSFET이거나 서로 다른 종류의 MOSFET일 수 있다. 예를 들어, 2개의 P 채널 MOSFET과 2개의 N 채널 MOSFET으로 구성될 수 있고 또는, 2개의 대용량 MOSFET과 2개의 소용량 MOSFET으로 구성될 수 있다. 이 경우, 동작 빈도가 높은 위치에는 대용량 MOSFET을 구성하고 동작 빈도가 낮은 곳에는 소용량 MOSFET을 구성할 수 있다.

도 5를 참조하면, 능동정류기(Active Rectifier)의 구성 예로 N 채널 MOSFET과 P 채널 MOSFET을 같이 사용한 회로가 구성될 수 있으며 이 경우에도 상술한 동작과 동일한 원리의 동작이 이뤄질 수 있다. 단, 도 5의 회로는 콘덴서 등의 용량성 부하에 사용될 수 없으며 LED 조명이나 저항성 부하 또는 유도성 부하의 경우 경제적이며 유용하게 사용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 레벨 변환부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 직류 전력선 통신 시스템은 수신측에 레벨 변환부(900)를 더 포함한다.

정보 추출부(500)가 수신부(400)에 의해 수신된 전력으로부터 정보를 추출하기 위해서는 수신부(400)로 전달되는 전력의 전압을 적절한 수준의 전압 크기로 변환해야 한다. 이는, 프로세서, 기기 또는 모듈마다 정격 전압이 다르므로 해당 구성이 동작할 수 있는 범위의 전압으로 맞춰주기 위함이다.

레벨 변환부(900)는 수신부(400)에 의해 수신된 전력의 전압을 정보 추출부(500)가 동작할 수 있는 정격 전압으로 변환한다. 예를 들어, 저항 분압 회로 등이 레벨 변환부(900)에 해당할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 PWM 제어부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 직류 전력선 통신 시스템은 수신측에 PWM 제어부(910)를 더 포함한다.

본 직류 전력선 통신 시스템은 송신측의 각 수신측의 부하별로 구동 개시 기준 시간을 공유하여 공급되는 전력을 분산하여 최대 구동 전력을 스프레드(Spread) 하는 기능을 제공한다. 이 기능이 제공되면, 최대치가 작은 송신측 전력으로도 다수의 수신측 수요 전력을 공급할 수 있고 초과 수요의 전력 전송에 따라 발생하는 노이즈 발생을 줄일 수 있으며 평활 용도의 콘덴서, 인덕터 등의 필터 부품은 저가 저용량의 것으로 대체할 수 있다.

이 경우 각각의 PWM(Pulse Width Modulation) 구동을 하는 부하들끼리 서로 약속된 순서로 동작을 하는 것이 필요하며 서로 일치가 되는 기준 시간 정보를 가지고 있어야 한다. 송신측은 일정 주기마다 수신측 부하들의 기준 시간을 일치시키기 위한 동기 신호를 전송하고 수신측에서는 기준 시간 정보와 제어 정보 및/또는 부하 식별 ID 정보를 참조하여 정해진 시간에 PWM 구동을 시작하게 하여 최대 구동 전력을 분산시킨다. 하나의 수신측 내부에서 다수의 PWM 구동 부하를 둔 경우에도 마찬가지의 방법으로 PWM 구동 시간이 서로 분산되도록 할 수 있다.

PWM 제어부(910)는 수신측 제어부(600)로부터 기준 시간 정보, 제어 정보 및/또는 부하 식별 ID 정보(후술할 식별 ID 정보 입력부에 의해 부여됨)를 전달받고 전달 받은 정보를 기초로 전력이 부하들에게 일정 순서대로 구동 개시 시간을 번갈아 가도록 제어한다.

한편, 수신측은 PWM 제어부(910)에 의해 생성되는 PWM 신호의 PWM 주파수 또는 Duty 변화에 정보를 실어 특정 주파수의 band Pass filter를 구비한 송신측 및/또는 부하들과 통신할 수 있다.

부하를 특정한 주파수로 PWM 구동을 하면 발생되는 전원 노이즈를 이용하여 쌍방향 통신으로 활용할 수 있는데 송신측의 출력선로에 특정 주파수 대역만 통과하는 Band Pass Filter를 연결하고 특정 수신부가 발생시키는 PWM 노이즈의 주파수를 해당 필터를 통과하는 신호로 감지하여 수신부에서 송출하는 역방향 정보를 송신부에서 쉽게 알수 있는 쌍방향 통신이 구현 가능하다.

수요가 많은 수신측에 LED 조명의 구동을 위하여 바람직 하게는 단순 PWM 구동회로가 아닌 인덕터와 전류센싱 피드백 회로가 추가된 정전류 회로가 구비되어 항상 LED에 고정된 전류가 흐르도록 하여 환경의 변화에 상관없이 LED 조명을 안정적으로 구동하여 장시간 사용할 수 있도록 하는데 정전류의 값을 자체 조정 또는 원격에서 조절할 수 있도록 하여 LED 조명의 밝기를 안정적으로 조절 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 식별 ID 정보 입력부를 더 포함하는 직류 전력선 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 직류 전력선 통신 시스템은 수신측에 식별 ID 정보 입력부(920)를 더 포함한다.

본 직류 전력선 통신 시스템은 본 직류 전력선 통신 시스템에 연결된 부하들 모두에게 정보를 전송하거나 모든 부하들을 제어할 수 있고, 특정 부하에게만 정보를 전송하거나 특정 부하만을 제어할 수 있으며, 특정 그룹에 해당하는 부하에게만 정보를 전송하거나 특정 그룹의 부하들만을 제어할 수 있다.

식별 ID 정보 입력부(920)는 본 직류 전력선 통신 시스템에 연결된 부하들 각각을 식별하거나 또는 수신측 자체를 식별하는 식별 ID 정보를 입력받고, 입력된 식별 ID 정보를 저장한다. 식별 ID 정보 입력부(920)는 본 직류 전력선 통신 시스템에 연결된 부하들 전체를 식별하는 식별 ID 정보를 입력할 수 있고, 복수 개의 부하들로 이뤄진 그룹을 식별하는 식별 ID 정보를 입력할 수 있다. 그리고, 식별 ID 정보 입력부(920)에 의해 입력된 식별 ID 정보는 송신측과 사전에 공유될 수 있다. 이로써, 송신측의 정보 처리부(200)는 공유된 식별 ID 정보를 이용하여 수신측의 특정 부하에게만 해당하는 정보를 생성하거나 특정 부하에 대한 제어 정보를 생성할 수 있다.

이러한 식별 ID 정보 입력부(920)는 본 직류 전력선 통신 시스템의 수신측에 일체화된 구성으로 포함될 수도 있지만, 블루투스, WiFi, LTE, 5G 등의 다양한 외부 네트워크를 통해 본 직류 전력선 통신 시스템과 연결될 수 있다.

식별 ID 정보 입력부(920)는 배터리, LED, LCD 디스플레이 장치 및/또는 입력 스위치가 구비된 휴대가 가능한 장치와 연결되어 작동할 수 있다.

식별 ID 정보는 두 전선 A, B에 연결된 각 수신측을 식별하거나 수신측에 연결된 부하를 식별한다. 하나의 ID로 연결된 모든 수신측이나 부하를 지칭하는 브로드캐스팅 ID를 정하여 사용할 수있고 일정 수신측이나 부하들을 그룹지어 그룹에 ID를 할당하여 그룹제어를 통해 복수개의 수신측이나 그 부하에 제어 통신을 수행할 수도 있다.

식별 ID가 브로드캐스팅 ID 인 경우 데이터 정보로서 현재 전력계통망의 전력수급의 상태 즉 전력예비율이 0에 근접한지 여부나 직류 마이크로그리드의 경우 현재 그리드의 전력수급의 정도에 위험정도를 나타내는 '전력수급위험정보'를 포함하여 각 수신측으로 전송할 수 있다. 각 수신측은 자신 또는 자신에 연결된 부하가 꼭 필요한 부하인지 아닌지를 나타내는 '전력사용우선순위코드'를 가지고 있고 자신의 우선 순위 코드와 보내온 '전력수급위험정보'를 대조하여 자신이 이 정보에 비해 전력 사용을 자제하거나 차단해도 된다고 프로토콜로 약속된 경우는 이를 차단하는 수요 반응 서비스를 실시할 수 있다.

예를 들면 태양광 패널을 집적한 태양광 발전 단지 인근의 직류 기반 수용자군에서 현재 태양광 발전이 여의치 않고 충전잔량도 부족할 경우 이 정보를 각 수용가로 전송하면 각 수용가에서는 이 정보에 기초하여 수용가내 각 직류부하와 연결된 수신측에 브로드캐스팅 ID로 현재의 '전력수급위험정보'를 데이터로 전송하고 각 수신측 또는 수신부하는 이 정보와 자신에게 부여된 '전력사용우선순위코드'를 비교하여 자신이 외부 경관 조명과 같이 중요도가 낮은 부하의 코드를 가진 경우 전력 사용을 차단하는 반응을 보이는 것을 예로 들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 송신측과 수신측 사이에 단순 스위치가 구성되고 스위치가 켜지는 경우 수신측에서는 인가되는 전력에 따라 콜드 스타트(Cold Start)되고 수신측에 구성된 메모리(예를 들어, 비휘발성 메모리)에 저장된 정보에 따라 부하 구동의 초기 동작을 수행하도록 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 선로에 직렬 연결되는 수신측 구성으로서, 브리지 다이오드와 MOSFET으로 구성된 회로를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 선로에 직렬 연결되는 수신측 구성으로서, 2개의 MOSFET이 역방향으로 결선되어 구성된 회로를 나타낸 도면이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 수신측 구성이 직렬로 연결될 수 있다. 본 발명의 주된 응용이 기존의 기축건물의 기 가설된 옥내전선을 바꾸지 않고 조명을 제어하는 용도로 보면 다음과 같은 직렬연결 구조의 수신측 구성이 가능하며 이는 여러 가지 유용함이 있는데 먼저 부하측으로 연결이 되는 두 개의 전선을 자르지 않고 하나의 전선만 자르고 잘라서 분리가 된 2개의 전선을 수신측에 연결하면 되므로 두 선로를 자르고 4개의 전선을 수신측과 연결하는 것에 비하여 공정이 줄어드는 장점을 얻을 수 있고 또 하나의 장점은 기존의 단선로 벽스위치 연결 구조와 유사하여 사다리가 필요한 높은 위치에 있는 조명을 교체하지 않고 작업이 쉬운 벽스위치에서의 교체작업으로도 수신측의 설치가 가능하다는 것과 기존의 벽스위치 형태의 수신부가 가능하여 송신부에서 원격으로 제어가 가능함은 물론이고 조명의 제어에 더 빈번하게 사용할 수 있는 벽스위치의 조작에 따른 조명제어를 벽에 위치한 수신부에서 한꺼번에 처리할 수 있는 장점이 있다.

단, 이 경우 고려할 점은 부하로 흐르는 전원을 On을 한 경우 수신부 단자에 인가되는 전압이 낮은 문제로 내부에서 필요한 전원의 생성이 어려우므로 전력 저장을 위한 Battery 또는 고용량 Capacitor를 사용하거나 주기적으로 일정시간 부하로 전달되는 전력을 Off하여 수신부 단자에 일정 이상의 전압이 인가되도록 하고 전원생성부에서 필요 전원을 생성하도록 하여야 한다. 또한, 이 경우의 부하는 브리지 다이오드가 내장되어 외부 극성이 무관하게 동작하는 LED조명 또는 극성이 없어 교류로 구동이 가능한 저항성 부하(예를 들어, 니크롬선으로 구성되는 전열 히터 등) 등으로 구성되는 것이 바람직하다. 도 9를 참조하면, 브리지 다이오드와 MOSFET으로 회로가 구현될 수 있다.

다만, 이 경우 브리지 다이오드와 MOSFET에 의하여 부하장치로 가는 전력의 스위칭이 이루어지고 이때 브리지 다이오드에서 발생하는 순방향 바이어스 전압에 따른 열로 인해 전력손실이 생길 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 도 10을 참조하면, MOSFET 2개가 서로 역방향으로 구성된 스위칭 회로를 사용할 수 있고 이로써, 전력효율문제를 개선할 수 있다.

한편, 상기와 같은 직렬방식의 스위칭 회로에서 Triac과 같은 쌍방향 스위칭 소자를 사용할 수 있지만 구동을 위하여 Gate 전류가 많이 필요하고 On시 전압 드롭이 큰 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신측에 구성된 수신부(400)의 전환 극성 전력을 입력받는 부분에 수신측의 회로를 보호하기 위한 퓨즈, Poly Switch 등의 복구형 퓨즈 또는 션트 저항을 구성하여 수신측에 흐르는 과전류를 검출하고 과전류가 흐르는 경우 전류를 차단하여 수신측 회로 및 부하의 파손을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신측에 배전압회로를 추가 구성한다. 이때, 배전압회로는 다이오드와 콘덴서의 연속형태로 구성되며, 극성 전환 전력을 지속적으로 수신하여 이를 필요한 배전압으로 변압한 뒤 변압된 고전압을 활용한다. 예를 들어, 2개의 다이오드와 2개의 콘덴서를 사용하는 배전압회로를 수신측에 구성함으로써 송신측 전원의 2배에 해당하는 부하 전압을 공급할 수 있다. 다이오드와 콘덴서로 구성되는 배전압 회로를 다수 적용할 경우 상당히 높은 고전압을 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신측의 평활 직류화부(800)로서 사용되는 Bridge 다이오드 전단에 1:n 권선비의 변압기를 구성하여 고압의 교류 전원을 생성한 뒤 이를 활용할 수 있다. 이 경우 교류처럼 일정 주기적인 극성전환이 항상 발생하거나 직류를 교류로 변환하는 인버터 내부의 H-Bridge 회로처럼 극성이 전환되는 파형이 계속 생성되어야 변압기에 연결할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신측의 평활 직류화부(800) 뒷단에 전류센서(Current Sensor)를 구성하여 일정 크기 이상의 전류가 감지될 경우 부하로 전달되는 전력을 차단함으로써 부하의 파손을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신측에 콘덴서, 또는 2차 전지를 구성하여 송신측으로부터 전력이 공급되지 않는 경우 콘덴서나 2차 전지에 충전된 전력을 수신측에서 활용하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 수신측들 사이에 1:1 또는 1:n의 선로를 추가로 두고 전압 정보를 교환하도록 구성하여 수신측끼리의 동기를 맞추거나 수신측끼리 통신할 수 있도록 하여 부하 기기들 간 통신이 가능하게 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, LED 등의 부하의 밝기를 PWM 방식으로 조절하는 경우 PWM 노이즈가 발생하게 되는데 이 PWM 노이즈가 극성이 전환되는 통신신호에 영향을 주지 않도록 하기 위해 별도의 필터 회로가 필요할 수 있다. 이러한 필터 회로는 전원과 병렬로 구성되는 콘덴서 또는 직렬로 구성되는 코일을 이용하여 설계되며 이러한 필터 회로는 발생되는 PWM 노이즈를 상쇄하는 역할을 한다. 나아가, 본 직류 전력선 통신 시스템에 Step Down Type(Buck Type)의 정전류 회로 등이 구성된 경우에도 스위칭 노이즈 발생을 최소화하기 위하여 콘덴서 등으로 구성된 필터 회로가 추가될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 선로 인덕턴스에서 발생하는 역기전력으로 인한 EMI(Electro Magnetic Interference)와 THD(Total harmonic Distortion) 현상을 방지하기 위한 회로가 추가로 구성될 수 있다.

즉, 선로에 기생하는 인덕턴스 성분이 많아질 경우 흐르는 전류를 단속할 때 발생하는 고전압의 역기전력에 의하여 스위칭 소자의 파손이 발생할 우려가 있고, 커패시턴스 성분을 갖는 소자가 인덕턴스와 직병렬로 구성되면 이로 인한 LC 직병렬 발진회로에 의해 전력이 유입되어 일정시간 공진에 의한 링잉(ringing) 현상이 발생하고 이에 따라 불필요한 전자파가 방출이 될 수 있어 EMI 문제가 야기될 수 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 다양한 소자를 통신선로와 병렬로 연결시킬 수 있는데 먼저, 높은 역기전력이 발생하지 않도록 일정전압 이상의 전압이 발생할 경우, 임피던스가 낮아지는 TNR, INR, ZNR 등으로도 불리우는 배리스터(Varistor) 또는 TVD Diode, Zener Diode 등이 선로에 연결될 수 있다. 한편, 링잉에 의한 발진이 지속되는 것을 빨리 상쇄시키기 위하여, 소용량 콘덴서, LC 직렬공진회로 또는 Damping저항 R이 포함된 RC 직렬회로 등이 선로에 연결될 수 있다. 나아가, THD 현상은 극성의 전환이 자주 발생할 경우 발생하는데 이를 방지하기 위해 보내고자 하는 정보에 따라 극성의 전환이 최소로 발생되는 변조방식이 사용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력선 통신 방법의 과정을 나타낸 순서도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력선 통신 방법은 통신하고자 하는 정보를 생성하는 단계(S100), 상기 정보에 따라 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하면서 상기 출력전력을 전송하는 단계(S200), 극성이 전환되는 출력전력을 수신하는 단계(S300), 수신된 출력전력의 극성이 전환되는 형태로부터 정보를 추출하는 단계(S400) 및/또는 추출된 정보를 이용하여 직류 부하를 제어하는 단계(S500)를 포함한다.

상술한 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 10에 대한 설명 부분에서 전술하였다.

본 명세서에서 직류 전력 전원, 정보 처리부, 전송부, 송신측 제어부, 수신부, 정보 추출부, 수신측 제어부, 직류 부하, 평활 직류화부, 레벨 변환부, PWM 제어부 및/또는 식별 ID 정보 입력부는 메모리에 저장된 연속된 수행과정들을 실행하는 회로 또는 마이크로컨트롤러일 수 있다. 또는, 회로나 마이크로컨트롤러에 의해 구동되고 제어되는 소프트웨어 모듈들로서 동작할 수 있다. 나아가, 회로나 마이크로컨트롤러 대신에 하드웨어 장치일 수 있다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력선 통신 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독가능매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독가능매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체, 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급언어코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100: 직류 전력 전원 200: 정보 처리부 300: 전송부
400: 수신부 500: 정보 추출부 600: 수신측 제어부
700: 직류 부하 800: 평활 직류화부 900: 레벨 변환부
910: PWM 제어부 920: 식별 ID 정보 입력부

Claims

직류 전력 전원으로부터 직류 부하에 전력선을 통해 전력을 공급하고 정보를 통신하는 방법에 있어서,
통신하고자 하는 정보를 수신하고 처리하는 단계;
상기 정보에 따라 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하면서 상기 출력전력을 전송하는 단계;
극성이 전환되는 출력전력을 수신하는 단계;
수신된 출력전력의 극성이 전환되는 패턴으로부터 정보를 추출하는 단계; 및
추출된 정보를 이용하여 직류 부하를 제어하는 단계를 포함하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 직류 전력선 통신 방법은 상기 정보를 포함하는 패킷을 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 패킷의 구조 및 길이는 상기 정보로 구현하고자 하는 서비스의 종류, 상기 서비스 내 데이터 모델의 종류 및 상기 데이터 모델의 속성값에 따라 결정되고,
상기 서비스의 종류, 상기 서비스 내 데이터 모델의 종류 및 상기 데이터 모델의 속성값은 어플리케이션 레이어(Application Layer)에서 정의되는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 직류 전력선 통신 방법은 수신된 출력전력을 평활 직류화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 직류 전력선 통신 방법은 수신된 출력전력의 전압을 정보 추출부(500)가 동작할 수 있는 정격 전압으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 정보는 상기 직류 부하를 식별하는 식별 ID 정보를 포함하고, 상기 식별 ID 정보에 해당하는 직류 부하를 제어하는 것을 상기 정보에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 3에 있어서,
수신된 출력전력을 평활 직류화하는 단계는
4개의 MOSFET으로 구성된 능동 정류기(Active Rectifier) 회로의 4개의 게이트를 제1 페어와 제2 페어로 구분하는 단계;
수신된 출력전력의 전압이 다른 레벨로 천이되는 변동 전압을 갖는 천이 시간 구간 동안은 4개의 MOSFET이 모두 Off 되도록 상기 제1 페어 및 상기 제2 페어를 제어하는 단계;
수신된 출력전력의 전압이 일정 범위 내에서 시간적으로 큰 변동이 없이 안정된 전압을 갖는 경우 상기 제1 페어에 해당하는 MOSFET이 동작하도록 상기 제1 페어를 제어하는 단계;
수신된 출력전력의 전압이 다시 시간적으로 다른 레벨로 변동하는 천이 시간 구간의 전압을 갖는 경우 4개의 MOSFET이 모두 Off 되도록 상기 제1 페어 및 상기 제2 페어를 제어하는 단계; 및
수신된 출력전력의 전압이 다시 일정 범위 내에서 안정된 전압을 갖는 경우 상기 제2 페어에 해당하는 MOSFET이 동작하도록 상기 제2 페어를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 직류 전력선 통신 방법은 수신된 출력전력을 이용하여 상기 출력전력이 전송되는 전력선과 별도로 구성되는 통신선을 통해 수신측이 다루는 정보를 송신측으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 직류 전력선 통신 방법은 극성이 전환되는 출력전력을 중간에서 수신하여 평활 직류화하고 평활 직류화된 출력전력의 전압을 기 설정된 전압으로 낮추거나 높인 뒤 수신한 출력전력의 극성 전환 패턴과 동일한 패턴을 갖도록 극성을 전환하여 전력을 출력하여 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1항에 있어서,
상기 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하는 수단으로 H-Bridge 회로 또는 DPDT(Dual Pole Dual Throw) 릴레이가 사용되는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 식별 ID 정보가 하나의 ID 정보로 연결된 수신측 또는 수신측의 직류 부하를 나타내는 브로드캐스팅 ID 정보인 경우, 송신측과 연결된 전력계통망 또는 직류그리드의 전력 공급 위험도를 나타내는 전력수급 위험정보가 수신측으로 전송되고, 수신측은 수신측 또는 수신측의 직류 부하가 수신측 또는 수신측의 직류 부하가 필수적인지 여부를 나타내는 전력사용 우선순위코드를 저장하고 있다가 상기 전력수급 위험정보와 상기 전력사용 우선순위코드를 대조하여 정해진 포로토콜에 따라 수신측 또는 수신측의 직류 부하의 전력사용을 차단 또는 조절하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 직류 전력선 통신 방법은 전송할 통신과 무관하게 일정 주파수의 주기적 극성 전환이 항시 일어나고 상기 주기적 극성 전환의 사이에 통신용 극성 전환을 하는 것을 특징으로 하는 직류 전력선 통신 방법.
직류 전력 전원으로부터 직류 부하로 전력선을 통해 전력을 공급하고 정보를 전송하는 장치에 있어서,
전송하고자 하는 정보를 수신하여 처리하는 정보 처리부; 및
상기 정보에 따라 직류 전력 전원의 출력전력의 극성을 전환하면서 상기 출력전력을 전송하는 전송부를 포함하는 직류 전력선 전송 장치.
직류 전력 전원으로부터 직류 부하로 전력선을 통해 전력을 공급받고 정보를 수신하는 장치에 있어서,
극성이 전환되는 출력전력을 수신하는 수신부;
수신된 출력전력의 극성이 전환되는 패턴으로부터 정보를 추출하는 정보 추출부; 및
추출된 정보를 이용하여 직류 부하를 제어하는 수신측 제어부를 포함하는 직류 전력선 수신 장치.