KR930003724B1 - 전력선을 통하여 신호를 송수신하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전력선을 통하여 신호를 송수신하는 방법 및 장치

제 1 도는 본 발명의 원리를 구체화한 회로도.

제 2 도는 본 발명의 양호한 실시예의 상세 전자 회로도.

제 3 도는 제 1 도의 통신회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 1차 권선 12 : 2차 권선

14 : 전력선 시스템 16 : 전파 정류기

18 : 릴레이 스위치 20 : 마이크로프로세서

21 : 인쇄회로기판 22 : 정류회로

32 : 아날로그 멀티플렉서 34 : IC칩

30 : 통신회로

본 발명은 일반적으로 전력선 반송 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 변조된 반송주파수 신호를 송수신 하도록 협동하는 공동 부품을 가진 장치에 관한 것이다.

한 장소에서 다른 장소로 디지탈 데이타를 전송하기 위해 전력선에 반송 신호를 중첩시키는 기술이 당업자에게 공지되어 있다. 반송신호전송통신망 내의 특정 통신국이 변조된 신호들을 수신 및 송신하려 하는 경우, 일반으로 통신국에는 송신회로와 수신회로가 따로이 설치되어 있다. 장치를 소형화하여 코스트를 절감시키기 위하여 송신기 및 수신기가 공동 부품을 이용하도록 하는 경우, 종래의 직선(선형) 오디오 증폭기 기술을 전력선 통신용 송신기의 설계에 이용하면 극히 코스트가 높아지므로 그와같은 오디오 증폭기 기술은 통상 사용되지 않는다.

1982년 4월 6일자로 가쟈르(Gajjar)에게 허여된 미합중국 특허 제4,323,882호는 배전 변압기의 1차권선상에 반송 주파수 신호 정보를 입력하는 장치 및 방법을 개시하고 있는데, 이러한 장치는 배전 변압기 2차 권선의 중성 및 상 도체로의 전류 주입을 제어하는 것에 의해 배전 변압기의 1차 권선으로 전력선의 반송 주파수 신호들을 공급하고 있다. 그 결과 발생된 반송신호는 다음의 공지의 다수의 방법중 어느 한 방법에 의해 변조되어, 전력선을 통해서 원격의 위치로 디지탈 데이타가 보내진다.

1959년 4월 21일에 로이(Roy)에게 허여된 미합중국 특허 제2,883,459호는 송신기로서뿐만 아니라 수신기로서도 동작하는 회로장치를 이용하는 반송 전류 상호 통신 시스템을 발표하고 있으며, 유사하게, 1944년 2월 29일 브라운(Brown)에게 허여된 미합중국 특허 제2,342,787호는 간단하고 저렴한 송신기 및 수신기용 회로 장치를 이용하는 반송전류 송신 시스템을 개시하고 있다.

1970년 2월 10일에 브룩스(Brooks)에게 허여된 미합중국 특허 제3,495,217호는 디지탈 정보를 송신 및 수신하기 위한 반도체 집적회로를 개시하고 있는데, 이 발명은 송신회로와 수신회로를 하나의 유니트로 조합하여 이 유니트에서 송전선에 의해 펄스정보를 송수신 가능하도록 한 것이다.

1960년 5월 10일 코베티히(Kobetich)에게 허여된 미합중국 특허 제2,936,367호는 어떤 조건하에서는 증폭기로써 동작하고 다른 조건하에서는 검출기로써 동작이 가능한 송수신기를 개시하고 있다.

본 발명의 주요 목적은, 가정에서 사용되는 적산전력계 등의 각종 장치내에 내장될 수 있도록 고신뢰도와 소형으로 비용을 대폭 절감한 배전변압기의 2차 임피던스의 넓은 범위에 걸쳐 전력선을 이용하여 반송 신호들을 송, 수신하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전력선내의 상이한 전압의 전위점에 접속 가능한 제1 및 제 2 단자를 제공하는 단계 ; 출력, 비반전입력, 반전입력을 가지는 연산증폭기를 제공하는 단계 ; 직선 증폭기를 형성하도록 상기 연산증폭기와 협동적으로 복수의 트랜지스터를 결합시키는 단계 ; 상기 제 1 단자와 상기 비반전입력단자 사이에서 통신접속 가능한 용량성부품을 상기 제 1 단자에 접속시키는 단계 ; 상기 복수의 트랜지스터에서 선정된 두 개의 에미터를 서로 접속시키는 단계 ; 상기 비반전입력과 에미터를 접속시키는 단계 ; 상기 용량성 부품과 상기 에미터를 접속시키는 수단을 제공하는 단계와 ; 상기 제 2 단자와 전기 접속관계로 유도성 부품을 제공하는 단계 ; 상기 용량성 부품과 상기 유도성 부품 사이에 부하를 제공하는 단게 ; 상기 출력 단자로 부터 상기 연속증폭기의 비반전 입력에 전압궤환을 제공하는 단계 ; 상기 출력단자로부터 상기 연산증폭기의 비반전입력단자에 유도성 부품을 통과하는 전류궤환을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선으로 부터 신호를 수신하고 전력선으로 신호를 송신하는 방법이 제공된다.

본 발명은 상기 방법을 달성하기 위하여 변조신호를 증폭하고 증폭출력신호를 발생하는 수단 ; 전력선과 전기통신적으로 접속가능한 부하에 전기적으로 접속되며, 출력신호를 전기적으로 여파하는 수단 ; 상기 전력선으로 부터의 인입신호용으로 부하를 제공하는 수단 ; 상기 전력선과 상기 통신적으로 부하를 직접 접속시키는 제 1 위치 및 상기 여파 수단과 부하를 전기통신적으로 절단시키는 제 2 위치를 가지는 스위칭수단 ; 상기 증폭수단에 전압궤환을 제공하는 수단 및, 상기 증폭수단에 전류궤환을 제공하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신 장치를 제공한다.

이하 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 디지탈 데이터를 전달하도록 변조되고 또한 전력선 전류 주파수에 중첩된 반송 신호를 송신 및 수신하기 위해 배전 변압기의 2차 권선에 특히 결합되는 전력선 방송 통신 방법 및 장치를 개시한다.

본 발명에 의하면, 비용면에서 장점을 갖도록 오디오 직선 증폭기술의 이용이 가능하고 또한 배전 변압기 2차 권선의 임피던스의 넓은 범위에 걸쳐서 정확히 작동이 가능하다.

또한, 송신기의 출력 결합 회로는 인입통신 신호의 검파 및 수신에 이용되며, 이를 위해 상기 회로는 송신기 겸 수신기로서 기능하며, 양 목적을 위해 회로 부품이 공용된다.

양호한 실시예에서는 전류 궤환 기술을 이용하여 통신용 출력전력신호를 거의 일정하게 유지하기 위하여 DC 전원의 임피던스를 높게 한다. 이러한 전류 궤환 기술은 전류 제한을 위하여 직렬 공진 선형 출력 결합회로를 이용하고 전류의 크기를 결정한다. DC 전원은 부하가 증대될때 DC 전압이 저하하게 하기 위하여 특히 큰 변압기 권선저항을 갖도록 설계되어 있다. 이러한 전류 제한 회로와 DC 저하의 협동작용에 의해 넓은 범우의 부하 임피던스에 걸쳐서 전력출력 신호가 거의 일정하게 되며 또한, 송신기의 출력 트랜지스터에 가해지는 내부 열부하(heat load)가 저하한다.

사용되는 선형 증폭기는 연산증폭기와 복수의 트랜지스터 및 그 관련 부품으로 이루어진다. 이 직선 증폭기는 반송 주파수 입력 신호를 수신하고, 배전 변압기 2차 권선에 중첩되는 증가 전력 레벨의 출력신호를 발생한다. 연산증폭기는 복수의 저항과 협동하여 DC 출력전압이 DC 전원전압의 거의 동일한 크기로 유지되도록 한다.

출력전압이 없을때는 송신기의 입력전압에 대한 송신기의 출력전압의 비는 거의 일정값으로 유지된다. 송신기로의 입력전압은 각종 타입의 직선 전치 증폭기에 의해 발생될 수 있는 고정 주파수인 거의 일정한 진폭의 고품위 정현파이다. 이러한 타입의 직선 증폭기 설계기술은 당업자에게 주지되어 있다.

용량성 및 유도성 소자로 이루어진 출력 결합부품은 60Hz의 임피던스를 비교적 높게 또는 반송파 신호에 대하여는 직렬출력 임피던스가 낮게 되도록 거의 6에서 20KHz 범위의 일반적 반송주파수로 콘덴서와 함께 직렬 공진하도록 사용된다.

결합회로망의 인덕터의 양단에 발생하는 신호는 회로를 복잡하게 하는 일 없이 전류를 제한하는 보호 수단이 되도록 사용된다.

이러한 종류의 용도에 있어서 배전 변압기의 2차 권선부와 임피던스는 광범위한 임피던스 값에 걸쳐서 거의 12.5KHz의 반송주파수에서 기본적으로 유도성 리액턴스가 되는 것이 공지되어 있기 때문에 전류궤환 신호를 이용할 수 있다. 변압기의 출력전류와 직렬인 유도성 인덕턴스 소자의 양단에 발생하는 전압을 이용하는 것에 의해 정현파 입력신호와 180°이상인 궤환신호가 발생한다. 저항성 소자 및 용량성 소자를 목적한대로 선택하면, 전류를 사용한 출력전류 증가시에 출력전압을 저하시킬 수 있다. 이러한 이유로 부하 위상각 및 진폭이 비교적 대폭으로 변화하여도 비교적 일정한 출력전압이 얻어진다.

DC 전압은 변압기의 2차 권선에 협동 접속된 다이오드로 구성되는 종래의 전파 정류기에 의해 얻어진다.

이 변압기는 출력전력 증가시에 DC 전압을 강하시키기에 충분한 임피던스를 가지는 2차 권선을 구비하고 있다. 상기 DC 전압은 출력 트랜지스터의 소비전력을 저감하도록 AC 신호의 피이크-피이크값의 약간 밖에 있다.

번개 또는 다른 과도상태 발생시 심한 라인 전압 서지(surge)가 발생할 수 있기 때문에 송신기를 분리하고 또한 관련 결합 부품을 보호하도록 릴레이를 이용하는 회로를 설계하는 것이 보통이다. 본 회로에서는 이러한 타입의 릴레이를 이용하는데, 그러한 릴레이는 수신기에 입력신호를 부여하고 또한 릴레이를 수신위치로 부터 송신위치로 전환하는 중에 발생할 수 있는 과도 현상을 최소한으로 억제한다.

반송신호를 송, 수신하기 위해 용량성 및 유도성 부품이 사용되는데, 이러한 타입의 회로에서는 수신전압은 수신기의 접지를 기준으로 하고, 과도현상시의 수신회로 보호를 위해 버퍼가 설계되어 있는 바, 6Hz의 디커플링 부품을 설계할 필요는 없다.

제 1 도에 도시된 회로는 1차 권선(10)과 2차 권선(12)을 가진 변압기(T1)을 이용하며 이러한 변압기(T1)의 1차 권선(10)은 그 1차 권선의 양단에 AC 전압이 인가되도록 전력선계(14)에 접속되어 있다. 일반적인 예에 있어서, 제 1 도에 도시한 접속을 행하면, 변압기(T1)의 1차 권선(10) 양단에는 AC 240볼트가 발생하게 된다. 제 1 도에서 전력선계(14)는일반 가정과 같은 전기수용가용의 것이며, 상술한 바와같이 AC 240볼트로서, 변압기(T2)의 2차권선에 의해 부여된다. 변압기(T2)는 일반적으로 전주에 부착되는 형의 것으로서 전적으로 가정용 전력을 송신하기 위한 것이다. 일반적인 예에서는, 고전압(V1)이 가정에서 사용하기 위하여 전압(V2)로 강압된다. 이 2차 전압(V2)은 AC 240볼트로서 본 발명의 변압기(T1)의 1차 권선(10)에 인가된다. 일반적인 예에서 변압기(T2)는 AC 13,200볼트의 고전압(V1)을 AC 240볼트의 2차 전압으로 강압하여 그것을 점 P1과 P2 사이의 전압으로 한다.

변압기(T1)의 2차 권선(12)은 도시된 바와같이 전파정류기(16)에 접속되며, 이 전파정류기(16)는 도시된 바와같이 종래의 정류 회로를 구성하도록 4개의 다이오드(D1,D2,D3 및 D4)로 이루어진다.

변압기(T1)는 점 P1과 P2 사이에 인가되고 있는 AC 240볼트의 전력전압 V2를 2차 권선(12)의 양단에서 발생하는 AC 65볼트로 강압시킨다. 전파정류기(16)는 그 AC 전압을 캐패시터(C1) 양단의 DC 90볼트의 전압으로 변환한다. 변압기(T1)는 일반적으로 20~30V의 변압기이면 좋다.

연산증폭기(U1)와 트랜지스터(Q1,Q2 및 Q3)가 직선증폭기회로를 형성한다. 트랜지스터(Q1 및 Q2) 각각은, 달링톤 페어 트랜지스터 즉, 달링톤 증폭기로 치환될 수 있는데. 이러한 달링톤 증폭기는 주지와 같이 두개의 트랜지스터로 이루어지며, 쌍방의 콜렉터가 상호 접속되고, 제 1 트랜지스터의 에미터가 제 2 트랜지스터의 베이스에 직접 접속되어 있는 것을 말한다. 달링톤 페어트랜지스터를 사용하면, 압력 임피던스와 증폭도가 크게 된다.

트랜지스터(Q1,Q2, 및 Q3)와 협동하는 연산증폭기(U1)는 반송 주파수 입력신호를 받아서 구동용의 대전력 레벨의 출력을 배전 변압기(T1)의 2차 권선으로 발생할 수 있다. 연산증폭기(U1)는 반전입력단에 접속된 저항(R3 및 R6)으로 부터의 신호와 비반전 입력단에 접속된 저항(R2 및 R7)으로 부터의 신호를 결합하여 송신(Tx)출력전압이 전원전압의 거의 1/2과 항시 동일하게 되도록 하는데. 이것은 트랜지스터(Q1)및 (Q2)에 공급되는 AC 출력전압 변화량을 최대로 하기 위하여 행해진다.

저항(R1, R2 및 R7)은 캐패시터(C2)와 함께 1군의 입력검출 전류를 결정하며, 이전류는 Tx 출력전압과 출력 전류가 없는 경우의 송신기 입력전압과의 비율을 일정하게 유지하는데 사용된다. 캐패시터(C6)및 인덕터(L1)는 출력 결합용 구성소자로서 사용되며, 캐패시터(C6)는 비교적 큰 60HZ 임피던스를 공급하며, 인덕터(L1)의 크기는 캐패시터(C6)와 함께 반송주파수에서 직렬공진되며, 반송 신호에 대해서 직렬 출력 임피던스가 작게 되도록 선택되어 있다.

결합회로망의 인덕터(L1)의 양단에서 발생하는 신호는 전류를 보호 제한하기 위해 간단하며 또한, 효과적인 보호수단이 되도록 이용된다. 이것은 배전변압기(T2)의 2차 권선(12)의 부하 임피던스가 거의 12.5KHz로 예상되는 반송주파수에서 주로 유도성 리액턴스가 되는 사실에 기초한다. 이것은 현 시점에서 주지되어 있는 모든 변압기에 꼭 들어맞는다. 인덕터(L1)의 양단에서 발생하는 전압을 이용함에 의해 입력신호에 대해서 거의 180도 이상인 신호가 얻어진다.

저항(R1,R2,R4 및 R7)과 캐패시터(C2)의 값을 정확히 선택함에 의해 출력전류가 증가하면 출력전압을 저감한 전류궤한 신호가 발생한다. 이러한 궤환 전류는 저항(R4)과 캐패시터(C2)를 통하여 인덕터(L1)와 연산증폭기(U1)의 비반전 입력단의 사이를 흐르므로, 부하 위상각이 크게 변화하여도 비교적 일정한 출력전류가 얻어진다. 저항(R7)을 통하여 전압궤환이 걸리므로, 연산증폭기(U1)에는 저항(R5)및 캐패시터(C3)를 통하는 작은 궤환 루프와 함께 전압 및 전류 양방의 궤환잉 걸리게 된다.

제 1 도의 회로는 인덕터(L1)양단에서 발생하는 전압 때문에 본래적으로 전류 제한형이 된다. 부하는 기본적으로 유도성이기 때문에 인덕터(L1)양단에 걸린 신호는 저항(R4)을 통하여 연산증폭기에 전류궤환을 행하는 입력으로 부터 감산 가능하게 한 적당한 위상관계가 되므로, 전류제한 신호가 얻어진다.

본 발명은 변압기(T1)에 의한 격리를 이용하여 AC 240볼트 입력의 한쪽측을 기준으로 하는 플로우팅(floating)DC 전압을 발생시키므로, 이 DC 전원은 전력선에 직접 접속될 수 있다. 상술한 바와같이 전류를 제한하여 릴레이를 사용하고 있기 때문에 전력선에 직접 접속하는 것에 기인하는 광범위의 입력 조건에 증폭기를 정합하는 것이 용이하게 된다. 이것에 의해 전력선(14)로 부터의 격리를 필요로 하지 않고 전력선(14)에 증폭기의 출력단을 직접 접속시킬 수 있다. 따라서, 출력 변압기가 필요치 않게 되는바. 이것은 중요한 특징이 될 수 있다.

스위치(18)은 회로를 수신모우드(Rx)로 부터 송신 모우드로 또는 그 역으로 전환한다. 이 스위치(18)는 릴레이 코일(K1)에 의해 작동되며, 또한 코일(K1)과 병렬로 다이오드(D7)가 접속되는데. 이 릴레이는 마이크로프로세서(20)로 부터의 신호에 응답하여 동작한다. 마이크로프로세서(20) 또는 그것에 연휴하는 다른 논리 장치는 점(P5) 및 (P6) 사이의 전압을 적절하게 변경시킴에 의해 스위치(18)를 작동시킨다.

본 발명은 마이크로프로세서(20)의 특정의 능력과는 무관하게 송신기 및 수신기로서 동작하도록 설계되었기 때문에, 마이크로프로세서(20)의 정확한 특성과 능력에 있어서는 어떠한 제한도 없다. 전형적인 예에서는 통신용으로 사용하는 프로그램가능 입출력 보드와 함께 온 보드(on board)의 리드 온리 메모리(ROM)및 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 가지는 모토로라 6801 마이크로프로세서가 적당하다.

스위치(18)가 수신상태(즉, Rx에 접속)에 있으면, 저항(R13)은 제 1 도에 도시된 바와같이 캐패시터(C6) 및 인덕터(L1)에 접속된다. 따라서 저항(R13)은 캐패시터(C6)의 60Hz 임피던스와 비교하면 극히 작은 저항으로서 동작한다. 예를들면, 저항(R13)은 거의 100Ω의 리액턴스 콘덴서로서 동작하며, 이러한 2개의 부품은 상호 위상이 직각인 관계에 있다. 따라서, 캐패시터(C6)의 회로내에서 1000Ω의 리액턴스 콘덴서로서 동작하며, 이러한 2개의 부품은 상호 위상이 직각인 관계에 있다. 따라서, 캐패시터(C6)의 양단에는 항시 AC 240볼트가 걸려 있다. 스위치(18)를 Rx 위치에서 Tx 위치로 이동할때의 캐패시터(C6) 양단간의 전압변화는 저항(R13) 양단의 전압과 증폭기의 순시 출력 전압 사이의 전압차밖에 없다. 이것에 의해 일반적으로 캐패시터(C6) 양단에서 검출되는 전압은 30볼트 보다 작다. 그 결과 캐패시터(C6)가 완전히 방전되고, AC 240볼트를 인가해야만 하는 다른 사태에 비해서 과도전압은 대폭적으로 작다. 따라서, 이 회로에 의해 송, 수신기의 부품에 대해서 과도현상시의 부하가 부여된다.

이하 기술하는 바와같이 제 2 도의 실시예는 제 1 도에 도시된 것과는 약간 다르며, 이 두 도면중 하나의 차이는 저항(R13)의 배선에 있다. 제 2 도에 도시된 회로에서는 Rx 위치에 있지 않아도 저항(R13) 캐패시터(C6)에 항상 접속되어 있다. 이와같은 차이에 대해서는 이하에 상술한다.

제 1 도에 도시된 바와같이 트랜지스터(Q1)과 (Q2)의 베이스의 사이에 2개의 다이오드(D5 및 D6) 및 저항(R10)이 직렬 접속되어 있다. 이와같은 부품은 출력 파형의 왜곡을 감소하기 위하여 직선, 바이어스를 걸도록 사용되고 있다. 후술하는 바와같이, 제 1 도에 도시한 부품은 제 2 도의 회로에는 없는 것을 주목할 필요가 있다. 이러한 직선 바이어스용 부품은 왜곡저감에 도움을 준다 할지라도, 열에 대해서 민감하다고 하는 결점이 생길 가능성이 있다. 이에 비해서 제 2 도에 도시한 회로의 동일 부분은 트랜지스터(Q1과 Q2)의베이스를 직접 접속하고 상기 리니어 바이어스용 부품을 생략하기위해서 전체회로의 열특성이 양호하게 되어 있다. 이러한 두가지의 회로 뿐만 아니라 임의의 다른 공지의 바이어스 기법도 본 발명의 범주내에 있다.

제 1 도에 도시된 연산증폭기(U1)는 부호 V_DC로 나타낸 직류 전원에 접속되어 있다. 제 1 도에 상세히 나타내지 않았다 할지라도 연산증폭기의 이점은 적당한 직류 전압원에 에를들면 변압기(T1)의 2차 권선(12)양단에 연결된 다른 전파 정류기에 접속된다. 이하 제 2 도에 도시된 정류기에 대해서 설명한다. 연산증폭기(U1)는 또한 공통기준점에 접속되어 있다.

상술한 바와같이 본 발명의 주 기능은 다른 장치에 예를 들면 마이크로프로세서(20)가 일련의 전력선들을 통해서 다른 장치와 통신하도록 신호를 송, 수신하는 것에 있다. 마이크로프로세서(20)는 신호를 송, 수신하여 릴레이 코일(K1) 양단의 전압에 작용시켜 스위치(18)를 제어하는 것이 가능하도록 본 발명의 장치에 접속된다. 마이크로프로세서(20)와 본 발명의 장치 사이에는 입출력 신호를 다중 처리하여 여파하는 수단이 배치된다. 제 3 도에 상세히 도시된 이러한 수단 즉, 통신회로(30)에 대해서는 후에 상술한다. 마이크로프로세서(20)는 통신회로(30)를 통하여 제 2 도 회로 점 P3에 접속되며 전력선(14)에 신호를 송신하도록 되어 있다. 이 송신 신호는 저항(R1)을 통하여 마이크로프로세서(20)와 통신회로(30)에 의해 증폭기 부품으로 보내진다. 점 P3와 저항(R1) 사이에서 발생하는이 신호는 디지탈 데이터를 표시하도록 변조된 정현파형이다.

마이크로프로세서(20)는 회로(30)를 통하여 라인상의 점 P4에서 신호를 수신하도록 되어 있으며, 점 P4는 저항(R14)과 제너다이오드(D8,D9)들 사이에 접속되어 있다. 회로(30)가 점 P4에서 수신하는 신호는 이론적으로 저전압의 변조된 정현파이지만, 실제로는 이 신호는 반송 신호와 반송신호를 전력선(14)에 송신한 경우에는 통상 예상되는 전기 잡음 및 방해파가 합해져 있는 신호이다.

패캐시터(C5)와 함께 저항(R11 및 R12)들로 구성하는 제 1 도에 도시된 회로의 부분은 직류 바이어스를 제공하지만, 이러한 캐패시터는 트랜지스터(Q1)가 완전히 포화한 경우에 트랜지스터(Q1)의 구동을 가능하게 한다. 캐패시터(C5)의 한 단자는 도시된 바와 같이 트랜지스터(Q1)의 에미터에 접속되며, 트랜지스터(Q1)가 온 되었을 경우 캐패시터(C5)의 이 단자는 포지티브(+)이고 약 직류 20-30볼트이다. 그러므로 캐패시터(C5)는 트랜지스터(Q1)를 포화 상태로 구동되게 하는 플로우팅 전원으로 되어 있다.

저항(R9)은 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 베이스 차단(cut off)전류를 제어한다. 온도 변동이 일어나면, 트랜지스터(q3)는 리크(leal)전류를 발생하게 되며, 이러한 리크전류는 열에 대한 불안정성을 가져올 가능성이 있다. 그러므로, 저항(R9)은 베이스 에미터 사이의 리크전류를 제어하기 위해 사용되며, 저항(R8)은 트랜지스터(Q3)의 베이스 구동 저항으로써 이용되며 연산증폭기(U1)의 출력 전류를 제한한다. 캐패시터(C4)는 트랜지스터(Q3)의 작은 루우프를 안정화한다.

제 1 도의 회로 동작을 명확히 하기 위하여, 회로를 기능 그룹으로 분할한다. 이러한 기능 그룹은 부호 PS, AMP, RL 및 RI 를 부여한 점선내에 둘러싸여져 있다. 직류 전원(PS)은 변압기(T1)와 전파 정류기(16)로 구성되며, 그 기능은 교류 전력선 전류를 직류회로에 사용하는 직류전류로 변환하는 것에 있다. 본 발명의 증폭기(AMP)는 연산증폭기(U1)와, 트랜지스터(Q1-Q3)와 그것의 관련 부품으로 구성된다. 릴레이(RL)를 사용하므로서, 회로(30)와 같은 외부 장치에 의해 스위치를 제어할 수 있다. 수신기 압력부(RI)은 다이오드(D8 및 D9) 및 저항(R13 및 R14)으로 이루어진다.

제 2 도의 실시예에서, 부품은 제 2 도에서 점선으로 도시된 인쇄 회로기판(21)상에 조립 가능하게 선택, 배치되어 있다. 양호한 실시예의 설명중에, 제 1 도 및 제 2 도의 동일한 부품에는 동일한 참고번호를 부여하였다.

제 1 도와 제 2 도를 비교하면, 약간의 상이한 점이 이해되지만, 이러한 차이는 제조를 간단히 하고 신뢰성을 높이기에 유리한 것으로 판단된 변경을 도시한다. 예를들면, 제 2 도에 도시한 저항(R13 및 R14) 및 스위치(18)와의 관계가 약간 다르게 접속되어 있다. 이 변화는 스위치(18)가 수신(Rx)모우드에 있을때만이 아니고 항시 이 정항들은 캐패시터(C6)에 접속시켜서 전체회로의 잡음에 대한 감도를 저감시키고 있다. 제 2 도에 도시된 회로에서, 저항(R13)은 항시 송신기으 전력을 받도록 접속되어 있지만, 이 저항의 진공감쇠에 대한 기여는 대단히 이점이 있으며, 다른점보다 중요하다.

또한 제 1 도에 단일 저항으로서 도시된 저항(R11)은 제 2 도에서는 두개의 병령 저항(R15 및 R16)으로 기능적으로 치환되어 있는 것에 주목하자. 설계변경은 전력용량의 점 및 저항값의 선택을 고려하여 된 것이므로, 회로에 필연적으로 다른 기능상의 영향을 주는 것은 없다.

또한, 제 2 도에서는 인덕터(L1)양단의 전압에 의한 연산증폭기(U1)로의 입력전압을 제한하기 위하여 제너다이오드(D15 및 D16)가 추가되어 있다. 서지 전류에 의한 과도현상이 인덕터(L1)의 양단에는 단수명의 대전압이 발생하는 일이 있다. 따라서, 증폭기에 인가되는 이들 과도 전압의 크기를 제한하기 위하여, 도시한 바와같이 제너다이오드(D15 및 D16)를 접속한다.

제 2 도에 도시된 회로에는 금속산화물 바리스터(RV1)가 설치되어 있는데, 이것은 도시와 같이 캐패시터(C6)와 병렬로 접속되어 있다. 이 부품은 다량의 에너지를 소산시켜 대전력 용량의 제너다이오드와 유사하게 작동한다.

연산증폭기(U1)를 필요로 하는 DC 전압(제 1 도에서 단순히 V_DC로 되어 있음)은 전파정류기(22)에 의해 얻어지며, 이 전파정류기는 종래의 전파정류기 모양으로 접속된 다이오드(D10,D11,D12 및 D13)로 이루어진다. 이 정류회로(22)는 캐패시터(C7)의 양단에 직류 12볼트의 전압을 발생하는데, 이 회로는 연산증폭기(U1)용의 전원으로서 또한 마이크로프로세서(제 1 도에서 참고부호 20, 제 2 도에서는 도시없음)의 동작에 응답하여 스위치(18)를 동작하는 릴레이 코일(K1)의 전원으로서 이용된다. 이 전파정류회로(22)는 임의의 변압기에도 직접 접속되는 것으로 도시되지는 않았지만, 변압기(T1)의 2차 권선중의 점 P9 및 P10에 접속 하는 것이 좋다.

점 P5 및 P6은 인쇄회로기판상의 핀들로써 제 2 도의 우측에 도시되어 있는데. 이들 두 점들은 제 1 도에서와 같이 통신회로(30)를 통하여 마이크로프로세서 또는 동등장치에 접속되고, 릴레이 코일(K1)의 동작을 제어하여 스위치(18)를 수신(Rx) 또는 송신(Tx)위치중 어느쪽으로 작동시키는 것이 가능하다.

릴레이 코일(K1)은 저항(R22)과 다이오드(D14)에 접속되며 릴레이가 개방했을때 연산증폭기를 오프-라인(off-line)으로 한다. 트랜지스터(Q4)의 기능은 릴레이 코일(K1)을 스위치 온하는 것에 충분한 증폭을 하는 것이다. 트랜지스터(Q4)의 베이스에 인가되는 신호는 점 P6와 저항(R20)을 통해서 마이크로프로세서 또는 동등의 장치에서 발생되며 트랜지스터(Q4) 및 그 관련저항(R19 및 R20)은 마이크로프로세서(20)와 릴레이 코일(K1)사이을 부가적으로 완충한다. 마이크로프로세서(20)가 점 P6에 기능적 접속하므로서 트랜지스터(Q4)를 턴 오프 하면 다이오드(14)의 애노우드 전압은 트랜지스터(Q4)의 콜렉터와 함께 높아진다.

트랜지스터(Q1 및 Q2)는 달링터 페어트랜지스터 즉, 달링턴 증폭기를 구성하며, 그 각각은 접속된 콜렉터를 함께 접속한 2개의 각각의 트랜지스터로 이루어진다.

연산증폭기(U1)용의 전원에는 캐패시터(C8)이 접속되는데 이 캐패시터는 고주파 잡음이 연산증폭기(U1)를 바이패스하게 하며, 약 12볼트의 직류 전압에 접속되어 있다. 릴레이 코일(K1)은 점 P5 및 P6 사이의 전압을 변화시켜서 마이크로프로세서(20)와 같은 외부 장치에 의해 작동된다.

제 2 도에는 수신기 필터에 사용되는 수신기 부품이 부가되어 있는데, 이러한 부품은 제 1 도에 도시되어 있지 않다. 이 필터용 회로망은 저항(R17, R18), 캐패시터(C9 및 C10) 및 인덕터(L2)로 이루진다. 회로의 우측의 이 부분은 바이패스 필터로서 동작하는데, 이 필터는 반송신호를 통과시키지만, 거의 모든 저주파 필터로서 동작하나, 예를들면 60Hz 전력선 주파수를 제거한다.

저항(R22)은 제 2 도에 캐패시터(C3)와 병렬로 접속되며, 이 저항은 제 1 도를 참조하여 설명한 상기의 본 원리로는 해석되지 않는다. 저항(R22)은 제 2 도에는 시스템의 직류 이득을 더욱 제한하도록 사용되며, 소루우프에 의해 얻어지는 안정성을 더욱 트리밍한다.

다음에 인쇄회로기판(20)의 입출력단에 대해서 요약한다. 점 P1 및 P2는 변압기(T1)의 1차 권선의 양단에 접속되고, 이들 점 사이의 전압은 거의 AC 240볼트로 등가인데, 이 값은 수용가 집앞에 있는 전주상의 배전변압기(제 1 도의 T2)로 부터 수용가의 전기 메터까지 배선된 전력선의 전압을 일반적으로 나타낸다.

통신회로(30)에 접속된 점 P3 에 의해 일반적으로 약 12.5KHz의 변조신호의 마이크로프로세서(20)에 의한 송출이 가능하게 되는데, 이 신호는 전력선상에서 5~20KHz의 범위내에서 송신 가능하다. 통신회로(30)에 접속되는 점 P4는 전력선으로 부터 수신된 변조신호를 마이크로프로세서(20)에 보내기 위한 것으로 마이크로프로세서(20) 또는 통신회로(30)와 같은 중간 매개 장치에 접속된 점 P5 및 P6은 그 장치가 스위치(18)의 상태를 수신(Rx) 모우드로 부터 송신(Tx)모우드로 또는 그 역으로 변화시키는 것이 가능하도록 하기 위한 것이다. 점 P7 및 P8은 점 P9 및 P10과 유사하게 변압기(T1)의 2차 권선(12) 양단에 접속되어 있다.

점 P11은 인쇄회로 기판(20) 외부의 적당한 접지선에 접속되어 있다.

본 발명을 실시하는 것에 유용한 제 1도,제 2 도 및 제3도에 도시된 부품의 수치예를 다음의 표 1 에 명시한다.

[표 1]

통신회로(30)는 제 3 도에 상세히 도시하는데, 이 통신회로(30)는 마이크로프로세서(20)와 송수신기 사이를 통과되는 신호에 대해서 입력 및 출력 필터로서 동작한다. 또한 통신회로(30)는 송수신 모우드시 입, 출력 신호에 대한 멀티플렉서로써 동작하다.

이 통신회로(30)는 송신(Tx) 모우드에서 수신(Rx) 모우드로 또는 그 역으로 통신회로(30)를 전환하도록 점 P14에서 마이크로프로세서(20)에 의해 제어되는 아날로그 멀티 플렉서(32)를 내장한다. IC 칩(34)는 다단필터이며, 이 필터는 입력신호를 수신하여 캐패시터(C12 및 C16)와 인덕터(L3 및 L4)에서 결정되는 소정 주파수의 기본 정현파 출력을 발생한다. 송신 모우드(Tx)시의 IC 칩(34)으로의 입력신호는 구형파이고, 수신 모우드(Rx)시의 IC칩(34)으로의 입력신호는 전기잡음을 수반하는 변조신호이다.

아날로그 멀티플렉서(32)가 송신(Tx) 모우드에 있을때, 마이크로프로세서(20)는 점 P13으로 부터 아날로그 멀티플렉서(32)를 거쳐 캐패시텨(C11)와 저항(R23 및 R24)으로 구성되는 회로의 부분을 통하여 IC(34)에 보낼 수 있도록 IC(34)에 작동적으로 접속되어 있다. 다음에 구형파 변조신호는 IC(34)에서 정현파 신호로 변환되어 출력되며, 캐패시터(C12)와 조절 가능한 인덕터(L3)로 이루어지는 회로의 부분을 통과한다. 이 정현파 신호는 아날로그 멀티 플렉서(32)를 통해서 점 P3에 도달하지만, 이 점은 같은 부호의 제 2 도의 송신기 입력부에 접속되어 저항 R1 의 일단에 접속된다.

방향 화살표 Tx 및 Rx는 제 3 도에 가동 접점들로서 개략 도시된 아날로그 멀티 플렉서(32)의 기능적 위치를 도시하지만, 이 아날로그 멀티 플렉서(32)는 가동접점이 없는 반도체 부품이므로 이것은 가동 스위치의 요건을 가리키는 것으로 해석되지 않는다.

직선 증폭기의 출력은 두개의 필터 즉, 캐패시터(C6)와 인덕터(L1)를 통과한다. 즉, 그 출력신호는 캐패시터(C6)를 통하여 변압기(T1)의 1차 권선측의 점 P1, 그 부하인 변압기(T2)의 1차 권선으로 보내져, 다시 점 P2를 통해서 송신하기 위하여 인덕터(L1)에 도달한다. 연산증폭기(U1)의 출력부 및 트랜지스터(Q1-Q3)는 협동하여 직선 증폭기를 구성하며, 이 직선증폭기는 직접 240 볼트 AC 라인에 접속되어 있다.

직선 증폭기 출력은 일정전압에 있으며, 그것은 입력전압에 의해 직선 증폭기의 이득을 곱한 값과 거의 같다. 연산증폭기(U1)는 전압 및 전류궤환 모두가 걸리게 되어 있으므로 전류가 흐를때 연산증폭기(U1)로의 입력전압이 일정하게 되도록 조절된다. 전압 궤환은 저항(R7)을 통하여 행해지며, 전류 궤환은 인덕터(L1)로 부터 저항(R4)을 통하여 행해진다. 이들 두 궤환의 조합에 의해 연산증폭기(U1)의 출력은 비교적 안정하게 유지된다. 표 2에는 각종의 값의 DC 전원 전압에 대한 증폭기의 출력 및 각종 부하 임피던스의 송신출력전압의 경험치를 나타낸다. 표 2 에서 알수 있는 바와같이 부하 임피던스의 변화율이 비교적 크게 되어도 직선 증폭기의 출력의 변화율은 작다.

[표 2]

스위치(18)기 Rx 위치에 있는 수신 모우드에 있어서, 필터 부품 C6 및 L1은 수신기용에 이용되고 저항(R13 및 R14)은 다이오드(D8 및 D9)과 함께 입력신호에 대한 부하로 되며 전력선(14)상에 발생할 수 있는 전압 임펄스들을 제한하여 보호를 행한다.

수신모우드(Rx)시 변조된 반송정현파 신호 및 변화하는 량의 전기잡음이 수신되어 점 P4를 통해 통신회로(30)에 보내진다. 다음에, 이 변조된 신호는 저항(R25-R29)과 캐패시터(C13-C15)와 다이오드(D18 및 D19)들로 이루어진 회로의 부분을 통과한후, 아날로그 멀티플렉서(32) 및 캐패시터(C11)와 저항(R23 및 R24)로 이루어진 회로의 부분을 통하여 집적회로(34)에 이른다. 집적회로(34)로 부터 변조된 신호는 다음에 마이크로프로세서(20)의 점 P12에 인가되며, 여기에서 반송신호에서 전기잡음 및 스퓨리어스를 제거한 결과 생기는 구형파 변조신호가 마이크로프로세서(20)에 의해 적당히 해석될 수 있도록 변조된다.

이 송수신기는 송수신 양쪽의 공동 부품 즉, 캐패시터(C16) 및 인덕터(L1)를 이용하며, 또한, 송수신기를 전력선으로 부터 분리하는데 이용되는 출력변압기가 불필요하다. 부하의 임피던스의 대소에 관계없이 직선 증폭기로 부터 비교적 일정한 출력이 발생하는데, 이것은 연산증폭기에 대해서 전류 및 궤환을 걸어 그 출력을 전력선으로 부터 격리 시키지 않고 전력선에 직접 접속하고 있는 것에 의한다.

Claims (11)

1. 상이한 전압의 전위점에 접속 가능한 제 1 및 제 2 단자(P1, P2)를 제공하는 단계 ; 출력, 비반전입력, 반전입력을 가지는 연산증폭기(U1)를 제공하는 단계 ; 직선증폭기를 형성하도록 상기 연산증폭기와 협동적으로 복수의 트랜지스터(Q1,Q2,Q3)를 결합시키는 단계 ; 상기 제 1 단자(P1)와 상기 비반전입력단자 사이에서 통신접속 가능한 용량성부품(C6)을 상기 제 1 단자(P1)에 접속시키는 단계 ; 상기 복수의 트랜지스터(Q1,Q2)에서 선정된 두개의 에미터를 서로 접속시키는 단계 ; 상기 비반전입력과 에미터를 접속시키는 단계 ; 상기 용량성 부품(C6)과 상기 에미터를 접속시키는 수단(18)을 제공하는 단계 ; 상기 제 2 단자(P2)와 전기 접속단계로 유도성 부품(L1)을 제공하는 단계 ; 상기 용량성 부품과 상기 유도성 부품(L1) 사이에 부하를 제공하는 단계 ; 상기 출력단자로 부터 상기 연산증폭기의 비반전 입력에 전압궤환(R7)을 제공하는 단계 ; 상기 출력단자로 부터 상기 연산증폭기의 비반전입력단자에 유도성 부품을 통과하는 전류궤환(R4)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선으로 부터 신호를 수신하고 전력선으로 신호를 송신하는 방법.
2. 전력선과 통신하여 반송신호를 송수신하는 장치에 있어서, 변조신호를 증폭하고 증폭 출력신호를 발생하는 수단 ; 전력선과 전기통신적으로 접속가능한 부하에 전기적으로 접속되며, 출력신호를 전기적으로 여파하는 수단 ; 상기 전력선으로 부터의 인입신호용으로 부하를 제공하는 수단 ; 상기 전력선과 전기 통신적으로 부하를 직접 접속시키는 제 1 위치 및 상기 여파 수단과 부하를 전기통신적으로 절단시키는 제 2 위치를 가지는 스위칭수단 ; 상기 증폭수단에 전압궤환을 제공하는 수단 및, 상기 증폭수단에 전류궤환을 제공하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 증폭수단은 연산증폭기를 구비하는데, 그 연산증폭기는 복수의 트랜지스터와 협동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 트랜지스터중 하나는 다링톤 증폭기인 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신 장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 여파수단은 캐패시터 및 인덕터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신 장치.
6. 상이한 전압의 전위점에서 전력선과 접속 가능한 제 1 및 제 2 단자(P1, P2) ; 출력단자, 상기 제 1 단자와 전기 접속 가능한 비반전입력 단자 및 반전입력단자를 가지는 연산증폭기(U1) ; 상기 연산증폭기의 비반전 입력단자에 전기 접속 가능한 에미터를 가지는 제 1 트랜지스터(Q1) ; 상기 연산증폭기의 비반전입력단자에 전기접속되며, 상기 제 1 트랜지스터의 에미터에 전기접속되는 제 2 트랜지스터(Q2) ; 상기 제 2 트랜지스터의 베이스에 전기접속되는 콜렉터 및 상기 연산증폭기의 출력단자에 전기접속되는 베이스를 구비한 제 3 트랜지스터(Q3) ; 상기 연산증폭기의 비반전입력단자와 출력단자 사이에 전기접속된 전압 궤환회로(R7) ; 상기 연산증폭기의 비반전입력단자와 출력단자 사이에 전기접속된 전류 궤한회로(R4) ; 상기 연산증폭기의 제 1 단자 및 비반전 압력단자 사이에 전기접속 가능한 캐패시터(C6) ; 상기 연산증폭기의 제 2 단자와 비반전 입력단자 사이에 전기 접속 가능한 인덕터(L1) ; 상기 캐패시터와 인덕터 사이에서 접속 가능한 부하(R13); 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 에미터에 제 1 단자를 전기 접속시키는 수단(18) ; 상기 부하에 접속되며, 수신신호를 외부장치에 전송하도록 그 외부장치에 접속 가능한 제 3 단자(P4) ; 상기 연산 증폭기의 비반전입력단자에 접속되며, 전력선으로 전송되어온 신호를 수신하도록 외부장치에 접속 가능한 제 4 단자(P3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력선 반송신호 송수신 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 전압궤환회로는 상기 연산증폭기의 비반전 입력단자와 상기 제1 및 제 2 트랜지스터의 상기 에미터 사이에 전기 접속된 제 1 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력선 반송신호 송수신장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 전류궤환회로는 상기 연산증폭기의 비반전 입력단자와 상기 제 2 단자 사이에 전기 접속된 제 2 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력선 반송신호 송수신 장치.
9. 소오스 신호에 접속가능한 비반전 입력단자를 가지는 연산증폭기 ; 전력선에 집적 접속 가능한 출력을 가지는 직선 증폭기를 구성하도록 상기 연산증폭기와 협동적으로 결합된 복수의 트랜지스터 ; 상기 연산 증폭기에 전압궤환회로를 제공하는 제 1 수단 ; 상기 연산증폭기에 전류궤환회로를 제공하는 제 2 수단 ; 상기 직선 증폭기와 전력선 사이에서 접속 가능하며, 캐패시터와 인덕터를 구비한 전기필터 ; 상기 캐패시터와 인덕터 사이에서 상기 전력선과 전기 접속가능한 부하 부품 ; 상기 부하부품과 전력선을 단속하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 트랜지스터중 하나는 다링톤 쌍으로 접속된 한쌍의 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신기.
11. 복수의 트랜지스터와 협동적으로 결합된 연산증폭기를 갖되, 그 연산증폭기의 출력은 전력선의 제 1 점과 제 2 점 사이에서 접속가능하며, 그들 사이의 전압전위를 가지게 한 직선 증폭기 ; 상기 연산 증폭기에 전압궤환을 제공하는 수단 ; 상기 연산 증폭기에 전류궤환을 제공하는 수단 ; 상기 제 1 점에서 전기 접속되며, 상기 연산 증폭기의 출력에 전기 접속 가능한 캐패시터와 상기 제 2 점에 전기접속되는 인덕터를 구비하는 필터 회로망 ; 상기 캐패시터와 상기 인덕터 사이에서 전기접속 가능한 부하 ; 상기 부하를 외부장치에 접속시키며, 상기 부하에 전기적으로 접속되는 제 1 접속수단을 구비하는데, 상기 부하는 제 1 접속수단과 상기 캐패시터 사이에 전기적으로 배치되며 ; 상기 직선 증폭기를 외부장치에 접속시키며, 상기 연산증폭기의 비반전 입력단자와 전기 통신적으로 접속되는 제 2 접속수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반송신호 송수신기.

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