WO2022197131A1 - 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템 - Google Patents

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WO2022197131A1
WO2022197131A1 PCT/KR2022/003777 KR2022003777W WO2022197131A1 WO 2022197131 A1 WO2022197131 A1 WO 2022197131A1 KR 2022003777 W KR2022003777 W KR 2022003777W WO 2022197131 A1 WO2022197131 A1 WO 2022197131A1
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WO
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switch
unit
power
zero
phase
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PCT/KR2022/003777
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English (en)
French (fr)
Inventor
김정호
Original Assignee
주식회사 유니룩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines

Definitions

  • the present invention relates to a power line communication system that performs power line communication by controlling the phase of a power waveform, and more particularly, a phase control in which transmitted data can be accurately transmitted to the receiving side by reducing the influence of the load side circuit. It relates to a power line communication system used.
  • Power line communication using phase control controls the phase of the power waveform supplied from the transmitting side to the receiving side (load), and the receiving side recognizes the phase-controlled state to determine the presence or absence of phase control and the length of phase control, etc. It is a system that recognizes and communicates information.
  • the communication signal that controls the phase of the power waveform has information (binary data) meaning whether there is a section turned off by turning it off on both sides around or near the zero cross of the power waveform, or the length of the section off
  • information binary data
  • the power line communication system controls the phase of the power (AC) waveform to generate a communication signal and transmits it to the lighting unit 200 through the power line. It detects and extracts a communication signal and includes at least one or more lighting unit 200 for controlling the lighting so as to correspond thereto.
  • the power line communication system controls the phase of the power waveform in order to send certain information from the transmitter 100 to the lighting unit 200. For example, binary information (communication signal) of "1011" as shown in FIG.
  • the transmission control unit 120 controls the phase of the power waveform so that the power waveform including the information 1011 is formed.
  • the transmission control unit 120 calculates the timing so as to be synchronized with the zero-crossing signal ZC1 input from the zero-crossing detection unit 110 or to enable phase control to both sides around the zero-voltage point, so that the power waveform is near or on both sides of the zero-crossing.
  • the switching signal S2 which is a phase control signal, is output to the first switch 131 so as to have a phase-controlled power waveform that is turned OFF.
  • the switching signal S2 intercepts the first switch 131 of the switch unit 130, and the power waveform S1 is a phase-controlled power waveform S3 that maintains an on or off near zero crossing or both sides. ) is supplied to the load side.
  • the phase-controlled power waveform S3 is '1011' binary information. becomes a communication signal.
  • the phase control power waveform S3 having such information is applied to the lighting unit 200 through the power (AC) power line.
  • the phase-controlled power waveform S3 applied to the lighting unit 200 outputs a pulsed output signal S4 through the signal detection unit 211 of the receiving unit 210, and the receiving control unit 212 outputs this signal.
  • the information included in the communication signal may include various information, such as address information of the lighting unit 200 or the lighting or turning off of the corresponding lighting lamp 222 or dimming/toning signal.
  • an off period according to the phase control at a voltage higher than the threshold voltage of the photocoupler 211a of the signal detection unit 211 When this starts, the lighting unit 200 may not be able to recognize the off-section near the zero-cross of the power waveform transmitted from the transmitter 100 side.
  • the reason is that even when the power is turned off by the phase control, the charge charged in the capacitor C of the input terminal of the off-load unit 220 is not immediately discharged, but is gradually discharged, and the length of the off section of the power waveform transmitted from the transmitter 100 is not properly identified, and the reception control unit 212 of the reception unit 210 cannot determine that the phase control has started.
  • the voltage is gradually lowered, and when it is below the threshold voltage of the photocoupler 211a of the signal detecting unit 211, it is recognized as OFF, but it is different from the time when the phase control is already started by the transmitting unit 100, so that the correct information is obtained. There is a problem that transmission becomes impossible.
  • the signal to be recognized as shown in (B) of FIG. 3 is recognized as shown in (C), making it difficult to transmit accurate information.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a power line communication system using phase control so that the transmitted data can be accurately transmitted to the receiving side by reducing the influence of the load side circuit. it is in
  • Another object of the present invention is to provide a power line communication system using phase control so that the power-off section of the phase control waveform transmitted from the transmitting side can be recognized very accurately regardless of the charging of the capacitor at the receiving side input terminal at the receiving side. it is in
  • the present invention for achieving the above object is a transmitter for generating a communication signal having information by controlling the phase of the power waveform and transmitting it to the load unit through a power line; and at least one lighting lamp unit for extracting the communication signal by detecting the phase of the power waveform transmitted from the transmitter and controlling the lighting lamp to correspond thereto,
  • the power waveform When the power waveform is turned off, it is characterized in that the voltage charged in the load input terminal capacitor of the lighting unit is configured to be rapidly discharged through the discharge switch within this off period.
  • the transmitting unit the transmitting unit
  • a zero-crossing detection unit for detecting a zero-crossing of the power supply waveform
  • a transmission control unit for outputting predetermined switching signals to the switch unit so that the power waveform has a phase-controlled power waveform that is turned off near or at both sides of the zero-crossing unit in synchronization with the zero-crossing signal input from the zero-crossing detecting unit;
  • It is composed of a switch unit including a first switch interrupted by a switching signal of the transmission control unit, and a discharge switch for discharging the capacitor charging voltage of the load unit,
  • the first switch is connected to be interposed between one end of the power source and one end of the lighting unit,
  • the discharge switch is interposed between the other end of the power source to which the first switch is connected, which is both ends of the power supplied to the lighting unit, and one end of the lighting unit (at the same position where the first switch is connected to the lighting unit side), and the voltage charged in the capacitor of the lighting unit. It is characterized in that it is configured to be discharged.
  • the first switching signal of the transmission control unit is output so that the length of the off section of the power waveform can be varied, and information is given so that the off section of the variable power waveform corresponds to the variable length of the off section.
  • the switch unit is further configured with a second switch connected in parallel with the first switch and maintaining an off state when both a communication operation is performed and the lighting unit is in an off state, and the second switch is a relay switch. characterized in that
  • the first switch and the discharge switch are composed of a semiconductor switch
  • It is characterized in that it has a structure in which a plurality of semiconductor devices are connected in parallel or a structure in which a plurality of semiconductor devices are connected in series.
  • a temperature sensor is installed in the first switch of the switch unit, and when the temperature of the first switch becomes an overheating state of a certain temperature or more, the communication operation is stopped and the second switch is turned on to transfer the current to the first switch. It prevents the flow, and when the temperature becomes normal, it is characterized in that it is configured to resume the communication operation.
  • the present invention provides an effect that the transmitted data can be accurately transmitted to the receiving side by reducing the influence of the load side circuit.
  • the present invention provides the advantage of improving product quality because the power-off section of the phase control waveform transmitted from the transmitting side can be recognized very accurately by the receiving side regardless of the charging of the capacitor at the receiving side input terminal.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a power line communication system using a conventional phase control
  • Figure 2 is a main part of the output waveform diagram of Figure 1;
  • FIG. 3 is a waveform diagram when a capacitor is present at the input terminal of the load unit in FIG. 1;
  • FIG. 4 is a block diagram of a power line communication system using phase control according to the present invention.
  • Figure 5 (a) (b) is a circuit diagram of the first switch and the discharge switch according to the present invention.
  • FIG. 6 is a switching signal timing diagram of the first switch and the discharge switch according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a power line communication system using phase control according to the present invention.
  • It includes a transmitter 100 and at least one lighting unit 200 .
  • the lighting unit 200 may be equally applied to driving loads in other fields other than the lighting field.
  • the transmitter 100 controls the phase of the power waveform to generate a communication signal and transmits it to the load unit 200 through the power line.
  • the zero-crossing detection unit 110 detects the zero-cross of the power waveform and inputs it to the transmission control unit 120 .
  • the zero-crossing detection unit 110 may include a first photocoupler 111 , and is configured to recognize a zero-crossing by an output of the first photocoupler 111 .
  • the transmission control unit 120 calculates timing to synchronize with the zero-crossing signal input from the zero-crossing detection unit 110 or to enable phase control on both sides around the zero-voltage point, so that the power waveform is turned off (in the vicinity of or on both sides of the zero-crossing). OFF) and outputting predetermined switching signals to the switch unit 130A so as to have a phase-controlled power waveform.
  • the switching signal includes a first switching signal that is a phase control signal for generating a communication signal by turning off near zero cross of the power waveform, a second switching signal for turning off the second switch 132 only during communication, and , the third switching that is turned on immediately after the power off signal of the first switching signal is output and is turned off immediately before cutoff to quickly discharge the voltage charged in the capacitor C of the lighting unit 200 through the discharge switch 133 contains signals.
  • the power waveform off section by the first switching signal is output to have a variable length, and the variable off section may be configured to match information corresponding to the variable length of the off section.
  • the switch unit 130A is a means for generating a phase-controlled power waveform having information (communication signal) by turning off the vicinity of the zero-cross of the power waveform, and is a first switch controlled by the switching signal of the transmission control unit 120 .
  • a second switch 132 and a discharge switch 133 may be included.
  • the first switch 131 is connected to be interposed between one end L of the power source (AC) and one end (a) of the lighting unit 200 , and the second switch 132 is the first switch 131 . connected in parallel to
  • the discharge switch 133 has both ends of the power AC supplied to the lighting unit 200, that is, the other end N of the power source AC to which the first switch 131 is connected and one end of the lighting unit 200 ( The first switch 131 is interposed between the same position (a)) connected to the side of the lighting unit 200 so that the voltage charged in the capacitor of the lighting unit 200 can be discharged.
  • the first switch 131 is turned off by the first switching signal of the transmission control unit 120 to turn off the zero-cross vicinity of the power waveform.
  • the second switch 132 is turned off by the second switching signal of the transmission control unit 120, and maintains an off state when the first switch 131 performs a communication operation and cuts off standby power.
  • the discharge switch 133 is turned on by the third switching signal of the transmission control unit 120, and is turned on immediately after the first switch 131 is turned off by the first switching signal, and the first switch 131 is turned on. It is configured to be turned off just before it is turned on.
  • the first switch 131 and the discharge switch 133 are composed of a semiconductor switch and may be one of a triac, an FET, an IGBT, and a thyristor.
  • the second switch 132 is configured as a relay switch, and the relay switch may be one of an electric or mechanical relay and a semiconductor relay (SSR).
  • SSR semiconductor relay
  • the second switch 132 maintains an on state when the first switch 131 does not perform a communication operation, so that power is supplied through the second switch 132 with much less resistance than the first switch 131 . flow to prevent heat generation of the first switch 131, which is a semiconductor switch.
  • the second switch 132 is configured to maintain an off state to cut off standby power when all the loads of the lighting unit 200 are off.
  • the first switch 131 and the discharge switch 133 have a structure in which two semiconductor devices are connected in parallel as shown in FIG. 5A, or two semiconductor devices are connected in series as shown in FIG. It can be configured to have a structure connected to
  • the output of the transmission control unit 120 is connected to the gates of the first IGBT (Q1) and the second IGBT (Q2) of the IGBT drivers ID1 and ID2.
  • the emitter end of the first IGBT and the collector end of the second IGBT are connected to one end (L) of a power source (AC)
  • the collector end of the first IGBT and the emitter end of the second IGBT are a lighting unit It is configured to be connected to one end (a) of (200).
  • the output of the transmission control unit 120 is connected to the IGBT driver ID3 connected to the gates of the third IGBT (Q3) and the fourth IGBT (Q4), and the third The collector terminal of the IGBT (Q3) is connected to one end (L) of the power line, the emitter terminal of the third IGBT (Q3) is connected to the emitter terminal of the fourth IGBT (Q4), and the collector of the fourth IGBT (Q4) is connected.
  • the end is configured to be connected to one end (a) of the lighting unit 200 .
  • the discharging switch 133 can configure switching elements in series or in parallel in the same way as the first switch 131, and one side of the discharging switch 133 is one side (N) of the power supply and the other side is a lighting unit ( 200) is configured to be connected to one side (a).
  • Such a series and parallel structure has a characteristic that the driving circuit is simplified in the case of series and the amount of heat generated is reduced by 1/4 in the case of parallel.
  • the first switch 131 of the switch unit 130A turns on the discharging switch 133 for a period T2 smaller than the period T1 when the power is cut off near the zero-cross of the power waveform in order to transmit information.
  • the voltage charged in the capacitor C of the lighting lamp 200 is discharged through the discharge switch 133 during the period T2 without short circuit of the main power source AC.
  • a temperature sensor 134 is installed in the first switch 131 of the switch unit 130A to stop the communication operation when the temperature of the first switch 131 is over a certain temperature or higher, and the second switch 132 ) to prevent the current from flowing to the first switch 131, and when the temperature becomes normal, it can be configured to resume the communication operation.
  • the interface unit 140 receives a signal for controlling a lighting lamp from an external input device via wired/wireless input and transmits it to the transmission control unit 120 .
  • the input device may be a wall switch, a short-range infrared receiving sensor, a control system through a network or other communication means, or a PC.
  • the lighting unit 200 detects the phase of the power waveform transmitted from the transmitter 100, extracts a communication signal, and controls the lighting to correspond thereto, and includes a receiver 210 and a load unit 220 .
  • the receiver 210 includes a signal detector 211 that detects a zero-crossing and phase-controlled signal of the power waveform, and a signal detector 211 that detects an off section of the phase-controlled power waveform, and a signal output from the signal detector 211, After extracting the communication signal (information), a reception control unit 212 for controlling the lighting lamp 222 with the extracted communication signal is included.
  • the signal detection unit 211 includes a second photocoupler 211a, and in the case of a power waveform whose phase is controlled with a zero voltage detection signal as an output of the second photocoupler 211a, detects a phase control section to the reception control unit. print it out
  • the reception control unit 212 includes a data extraction unit for extracting only data from a signal in which a zero voltage detection signal and a phase control signal input from the signal detection unit 211 are mixed, and a command by analyzing the data input through the data extraction unit. It may include a protocol interpretation unit for recognizing
  • the load unit 220 includes a lighting lamp 222 and a power supply unit 221 for supplying a driving voltage to the lighting lamp 222.
  • the load unit 220 includes a capacitor C at the input terminal due to the circuit configuration. and the capacitor C is charged with a voltage according to the phase of the power supply voltage.
  • the communication signal '1011' is an exemplary signal, and is actually composed of more information.
  • the transmission control unit 120 When a lighting lamp lighting signal is input to the transmission control unit 120 through the interface unit 140 of the transmission unit 100, the transmission control unit 120 is a switch unit ( 130A) to output a predetermined switching signal.
  • the transmission control unit 120 first outputs a second switching signal for turning off the second switch 132 of the switch unit 130 .
  • the second switch 132 is turned off and the power AC flows only through the first switch 131 .
  • the second of the switch unit 130 is controlled so that the phase of the power waveform corresponding to the communication signal '1011' is controlled in synchronization with the zero-cross of the power waveform S1 input from the zero-crossing detection unit 110.
  • a first switching signal S2 for intermittent control of one switch 131 is output.
  • the first switch 131 is turned off or maintained in an on state near the zero-cross of the power waveform S1 so that the phase-controlled power waveform S3 is applied to the lighting unit 200 .
  • the transmission control unit 120 transmits the third switching signal ( S6) is output.
  • the third switching signal S6 is output immediately after the signal is output to turn on the discharge switch 133, and the second switching signal S6 is output. Immediately before the first switching signal S2 is cut off to turn on the first switch, the third switching signal S6 is cut off to turn off the discharge switch to turn the discharge switch 133 off again.
  • the voltage charged in the capacitor (C) of the lighting lamp 200 is rapidly discharged through the discharge switch 133 without short circuit of the power source (AC).
  • the switch unit 130A transmits the normal phase-controlled power waveform S3 to the load unit 200 as shown in FIG. 2 .
  • the lighting unit 200 pulses the zero-crossing signal of the power waveform transmitted from the signal detecting unit 211 of the receiving unit 210 through the transmitting unit 100 and the off-section near the zero crossing of the phase-controlled power waveform S3. It outputs as a form signal S4.
  • the reception control unit 212 normalizes the output pulse signal S4 of the signal detection unit 211 to extract the communication signal S5 '1011', and then interprets the extracted signal to control the lighting lamp 222 .
  • the present invention provides the effect that the power-off section of the phase control waveform transmitted from the transmitting side can be recognized very accurately regardless of the charge of the capacitor at the receiving side input terminal at the receiving side.

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Abstract

본 발명은 송신측에서 제어한 위상제어파형의 전원 오프구간이 수신측에서 수신측 입력단에 있는 커패시터의 충전과 관계없이 매우 정확하게 인식될 수 있도록 한 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템에 관한 것으로, 전원파형의 위상을 제어하여 정보를 가지는 통신신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 부하부로 전송하는 송신부; 및 상기 송신부로부터 전송된 전원파형의 위상을 검출하여 상기 통신신호를 추출하고 이에 대응하도록 조명등을 제어하는 적어도 하나 이상의 조명등부를 포함하고, 상기 통신신호는 위상제어를 이용하여 전원파형의 제로크로스 근방을 오프하거나 온상태로 유지하는 것에 정보를 부여하되, 상기 제로크로스 근방 오프 시, 이 오프 기간 내에 부하부의 부하 입력단 커패시터에 충전된 전압이 방전스위치를 통해 신속히 방전될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

위상제어를 이용한 전력선 통신시스템
본 발명은 전원파형의 위상을 제어하여 전력선 통신을 수행하는 전력선 통신시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하측 회로의 영향을 적게 받도록 하여 송신한 데이터가 수신측에 정확하게 전달 될 수 있도록 한 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템에 관한 것이다.
주지한 바와 같은 위상제어를 이용한 전력선 통신은 송신 측에서 수신측(부하)으로 공급되는 전원파형의 위상을 제어하고 수신 측에서는 그 위상 제어한 상태를 인식하여 위상제어의 유무 및 위상제어한 길이 등을 정보로 인식하여 통신하는 시스템이다.
상기 전원파형의 위상을 제어한 통신신호는 전원파형의 제로크로스 근방 또는 제로크로스를 중심으로 양측으로 오프하여 오프한 구간의 유무, 또는 오프한 구간의 길이에 정보(2진수 데이터)의 의미를 부여한 것으로, 본 발명자에 의해 선 출원된 한국특허공보 10-0446188, 한국특허공보 10-1206386 및 한국특허공보 10-1848314에 개시된 바 있다.
이와 같은 전력선 통신시스템을 도 1을 참조하여 설명한다.
이하 전력선 통신시스템은 일례로 조명제어분야에 적용된 것으로 설명한다.
상기 전력선 통신시스템은 전원(AC) 파형의 위상을 제어하여 통신신호를 생성하고 전력선을 통해 조명등부(200)로 전송하는 송신부(100)와, 상기 송신부(100)로부터 전송된 전원 파형의 위상을 검출하여 통신신호를 추출하고 이에 대응하도록 조명등을 제어하는 적어도 하나 이상의 조명등부(200)를 포함한다.
상기 전력선 통신 시스템은 송신부(100)에서 조명등부(200)로 어떤 정보를 보내기 위해서는 전원 파형의 위상을 제어하게 되는데, 예를 들어 도 2에서와 같이 "1011"이라는 2진수 정보(통신신호)를 전송하는 경우 송신제어부(120)는 상기 정보(1011)를 포함하는 전원파형이 성형되도록 전원파형의 위상을 제어하여 주게 된다.
즉 상기 송신제어부(120)는 제로크로싱 검출부(110)로부터 입력되는 제로크로싱 신호(ZC1)와 동기하거나 영전압점을 중심으로 양측으로 위상제어가 가능하도록 타이밍을 계산하여 전원파형이 제로크로스 근방 또는 양측으로 오프(OFF) 되는 위상 제어된 전원파형을 가지도록 제1스위치(131)로 위상제어신호인 스위칭신호(S2)를 출력하여 준다.
상기 스위칭신호(S2)는 스위치부(130)의 제1스위치(131)를 단속하며, 상기 전원파형(S1)은 제로크로싱 근방 또는 양측으로 오프되거나 온상태를 유지하는 위상 제어된 전원파형(S3)을 부하측에 공급하게 된다.
여기서 전원파형의 제로크로싱 근방 또는 양측이 오프된 상태를 이진수 '1'로, 온상태를 유지하는 상태를 이진수'0'로 설정하면, 위상 제어된 전원파형(S3)는 '1011'이진수 정보를 가지는 통신신호가 된다.
이와 같이 정보를 가지는 위상제어 전원파형(S3)은 전원(AC) 전력선을 통해 조명등부(200)에 인가된다.
상기 조명등부(200)에 인가된 위상 제어된 전원파형(S3)은 수신부(210)의 신호검출부(211)를 통해 펄스형태의 출력신호(S4)를 출력하게 되고 수신제어부(212)에서 이 신호를 정형화하여 실제 정보인 2진수 정보신호(S5)로 추출한 후, 프로토콜을 해석하여 부하부(220)의 조명등(222)을 제어하게 된다.
상기 통신신호에 포함되는 정보는 조명등부(200)의 어드레스정보나 해당 조명등(222)의 점등이나 소등 또는 조광/조색신호 등 다양한 정보를 포함할 수 있다.
그런데 부하부(220)의 입력단에 커패시터(C)가 있을 경우에 도 3에서와 같이 신호검출부(211)의 포토커플러(211a)의 문턱(threshold) 전압보다 높은 전압 위치에서 위상제어에 따른 오프구간이 시작되면 송신부(100) 측에서 전송한 전원 파형의 제로크로스 근방의 오프구간을 조명등부(200)에서 잘 인식하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
그 이유는 위상제어에 의해 전원이 오프 되었음에도 오프 부하부(220) 입력단의 커패시터(C)에 충전된 전하가 바로 방전되지 않고 서서히 방전되어 상기 송신부(100)에서 송신한 전원 파형의 오프 구간의 길이가 제대로 식별되지 않기 때문이며 수신부(210)의 수신제어부(212)에서는 위상제어를 시작하였다고 판단할 수 없게 된다.
상기 방전이 진행되어 점차 그 전압 낮아져서 신호검출부(211)의 포토커플러(211a)의 문턱전압 이하가 되면 오프로 인식은 하지만 이미 송신부(100)에서 위상제어를 시작한 시간과는 차이가 나서 정확한 정보의 전달이 불가능해지는 문제가 발생한다.
즉 도 3의 (B)와 같이 인식되어야할 신호가 (C)와 같이 인식되어 정확한 정보의 전송이 어려워진다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 부하측 회로의 영향을 적게 받도록 하여 송신한 데이터가 수신측에 정확하게 전달 될 수 있도록 한 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 송신측에서 전송한 위상제어파형의 전원 오프구간이 수신측에서 수신측 입력단에 있는 커패시터의 충전과 관계없이 매우 정확하게 인식될 수 있도록 한 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템을 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전원파형의 위상을 제어하여 정보를 가지는 통신신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 부하부로 전송하는 송신부; 및 상기 송신부로부터 전송된 전원파형의 위상을 검출하여 상기 통신신호를 추출하고 이에 대응하도록 조명등을 제어하는 적어도 하나 이상의 조명등부를 포함하고,
상기 통신신호는 전원파형의 제로크로스 근방 또는 제로크로스를 중심으로 양측으로 오프하여 오프한 구간의 유무, 또는 오프한 구간의 길이에 정보를 부여하되,
상기 전원파형의 오프 시, 이 오프 기간 내에 조명등부의 부하 입력단 커패시터에 충전된 전압이 방전스위치를 통해 신속히 방전될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 송신부는,
전원파형의 제로크로스를 검출하는 제로크로싱 검출부와,
상기 제로크로싱 검출부로부터 입력되는 제로크로싱 신호와 동기하여 전원파형이 제로크로스 근방 또는 그 양측에서 오프되는 위상 제어된 전원파형을 가지도록 스위치부로 소정의 스위칭신호들을 출력하는 송신제어부; 및
상기 송신제어부의 스위칭신호에 의해 단속되는 제1스위치와, 부하부의 커패시터 충전 전압을 방전시켜 주는 방전스위치를 포함하는 스위치부로 구성되되,
상기 송신제어부의 스위칭신호는 전원파형의 제로크로스 근방 또는 그 양측을 오프하여 통신신호를 생성하도록 하여주는 제1스위칭신호와, 상기 제1스위칭신호의 전원 오프신호 출력 직후에 온되고 차단 직전에 오프되어 부하부의 커패시터에 충전된 전압을 방전스위치를 통해 신속하게 방전시켜주는 제3스위칭신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 제1스위치는 전원의 일단과 조명등부의 일단에 개재되도록 연결 구성되고,
상기 방전스위치는 조명등부에 공급되는 전원의 양단인 상기 제1스위치가 연결된 전원의 타단과 조명등부의 일단(제1스위치가 조명등부측과 연결된 같은 위치) 사이에 개재되어 조명부등의 커패시터에 충전된 전압이 방전될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 송신제어부의 제1스위칭신호는 전원파형의 오프 구간의 길이가 가변될 수 있도록 출력되고, 가변된 전원파형의 오프 구간은 가변된 오프 구간의 길이에 대응되도록 정보가 부여되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 스위치부에는 제1스위치와 병렬 연결되며 통신동작을 할 때와 조명등부가 모두 오프 상태일 때에 오프상태를 유지하는 제2스위치가 더 구성되고, 상기 제2스위치는 릴레이 스위치인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 제1스위치 및 방전스위치는 반도체 스위치로 구성되며,
복수개의 반도체소자가 병렬 연결되는 구조를 가지거나, 복수개의 반도체소자가 직렬로 연결되는 구조를 가지도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 스위치부의 제1스위치에는 온도센서가 설치되고, 상기 제1스위치의 온도가 일정 온도 이상의 과열상태가 되면 통신동작을 중단하고 제2스위치를 온하여 전류가 상기 제1스위치로 흐르는 것을 방지하며, 온도가 정상이 된 경우에는 다시 통신 동작을 재개할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 부하측 회로의 영향을 적게 받도록 하여 송신한 데이터가 수신측에 정확하게 전달 될 수 있는 효과를 제공한다.
또한 본 발명은 송신측에서 전송한 위상제어파형의 전원 오프구간이 수신측에서 수신측 입력단에 있는 커패시터의 충전과 관계없이 매우 정확하게 인식될 수 있어 제품 퀼리티를 향상시킨 장점을 제공한다.
도 1은 종래의 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템의 구성도,
도 2는 상기 도 1의 주요 부분 출력 파형도,
도 3은 상기 도 1에서 부하부의 입력단에 커패시터가 있는 경우의 파형도,
도 4는 본 발명에 따른 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템의 구성도,
도 5의 (a)(b)은 본 발명에 따른 제1스위치 및 방전스위치의 회로도,
도 6은 본 발명에 따른 제1스위치 및 방전스위치의 스위칭신호 타이밍도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.
우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템은,
송신부(100)와 적어도 하나 이상의 조명등부(200)를 포함한다.
상기 조명등부(200)는 조명분야 이외에 다른 분야의 구동 부하에서도 동일하게 적용될 수 있다.
송신부(100)는 전원파형의 위상을 제어하여 통신신호를 생성하고 전력선을 통해 부하부(200)로 전송하는 수단으로, 제로크로싱 검출부(110), 송신제어부(120), 스위치부(130A) 및 인터페이스부(140)를 포함한다.
상기 제로크로싱 검출부(110)는 전원파형의 제로크로스를 검출하여 송신제어부(120)로 입력하여 준다.
상기 제로크로싱 검출부(110)는 제1포토커플러(111)를 포함할 수 있으며, 상기 제1포토커플러(111)의 출력으로 제로크로싱을 인식하도록 구성된다.
상기 송신제어부(120)는 상기 제로크로싱 검출부(110)로부터 입력되는 제로크로싱 신호와 동기하거나 영전압점을 중심으로 양측으로 위상제어가 가능하도록 타이밍을 계산하여 전원파형이 제로크로스 근방 또는 양측으로 오프(OFF) 되는 위상 제어된 전원파형을 가지도록 스위치부(130A)로 소정의 스위칭신호들을 출력한다.
상기 스위칭신호는 전원파형의 제로크로스 근방을 오프하여 통신신호를 생성하도록 하여주는 위상제어신호인 제1스위칭신호와, 통신을 할 때에만 제2스위치(132)를 오프하여 주는 제2스위칭신호와, 상기 제1스위칭신호의 전원 오프신호 출력 직후에 온되고 차단 직전에 오프되어 조명등부(200)의 커패시터(C)에 충전된 전압을 방전스위치(133)를 통해 신속하게 방전시켜주는 제3스위칭신호를 포함한다.
상기 제1스위칭신호에 의한 전원파형 오프구간은 그 길이가 가변될 수 있도록 출력되며, 가변된 오프 구간은 가변된 오프 구간의 길이에 대응되는 정보가 매칭되도록 구성할 수 도 있다.
상기 스위치부(130A)는 전원파형의 제로크로스 근방을 오프하여 정보(통신신호)를 가지는 위상 제어된 전원파형을 생성하는 수단으로, 상기 송신제어부(120)의 스위칭신호에 의해 단속되는 제1스위치(131), 제2스위치(132) 및 방전스위치(133)를 포함할 수 있다.
상기 제1스위치(131)는 전원(AC)의 일단(L)과 조명등부(200)의 일단(a)에 개재되도록 연결 구성되고, 상기 제2스위치(132)는 상기 제1스위치(131)에 병렬 연결된다.
상기 방전스위치(133)는 조명등부(200)에 공급되는 전원(AC)의 양단, 즉 상기 제1스위치(131)가 연결된 전원(AC)의 타단(N)과 조명등부(200)의 일단(제1스위치(131)가 조명등부(200)측과 연결된 같은 위치(a)) 사이에 개재되어 조명부등(200)의 커패시터에 충전된 전압이 방전될 수 있도록 구성된다.
상기 제1스위치(131)는 상기 송신제어부(120)의 제1스위칭신호에 의해 오프되어 전원파형의 제로크로스 근방을 오프시킨다.
상기 제2스위치(132)는 상기 송신제어부(120)의 제2스위칭신호에 의해 오프되는 것으로, 상기 제1스위치(131)가 통신동작을 할 때와 대기전력을 차단할 때 오프상태를 유지한다.
상기 방전스위치(133)는 상기 송신제어부(120)의 제3스위칭신호에 의해 온 되는 것으로, 상기 제1스위칭신호에 의해 제1스위치(131)가 오프된 직후에 온되고 제1스위치(131)이 온되기 직전에 오프되도록 구성된다.
상기 제1스위치(131) 및 방전스위치(133)는 반도체 스위치로 구성되며 트라이악(Triac), FET, IGBT, 사이리스터 중의 하나가 될 수 있다.
상기 제2스위치(132)는 릴레이 스위치로 구성되며 상기 릴레이 스위치는 전기 또는 기계식 릴레이, 반도체 릴레이(SSR) 중의 하나가 될 수 있다.
상기 제2스위치(132)는 상기 제1스위치(131)가 통신 동작을 하지 않을 때에는 온 상태를 유지하여 전원이 상기 제1스위치(131)에 비하여 저항분이 훨씬 적은 제2스위치(132)를 통해 흐르도록 하여 반도체 스위치인 제1스위치(131)의 발열을 방지하여 준다.
또한 상기 제2스위치(132)는 조명등부(200)의 부하가 모두 오프일 때, 대기전력을 차단하기 위하여 오프상태를 유지하도록 구성된다.
상기 제1스위치(131) 및 방전스위치(133)는 도 5의 (a)와 같이 2개의 반도체소자가 병렬 연결되는 구조를 가지거나, 도 5의 (b)에서와 같이 2개의 반도체소자가 직렬로 연결되는 구조를 가지도록 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1스위치(131)가 병렬로 연결되는 구조는 송신제어부(120)의 출력이 제1 IGBT(Q1) 및 제2 IGBT(Q2)의 게이트에 접속된 IGBT드라이버(ID1, ID2)에 연결되고, 상기 제1 IGBT의 에미터단 및 제2 IGBT의 컬렉터단이 전원(AC)의 일단(L)에 연결되고, 상기 제1 IGBT의 컬렉터단 및 제2 IGBT의 에미터단이 조명등부(200)의 일단(a)에 연결되도록 구성된다.
또한 상기 제1스위치(131)의 직렬연결은 송신제어부(120)의 출력이 제3 IGBT(Q3) 및 제4 IGBT(Q4)의 게이트에 접속된 IGBT드라이버(ID3)에 연결되고, 상기 제3 IGBT(Q3)의 컬렉터단이 전원선의 일단(L)에 연결되고, 제3 IGBT(Q3)의 에미터단이 제4 IGBT(Q4)의 에미터단에 연결되고, 상기 제4 IGBT(Q4)의 컬렉터단이 조명등부(200)의 일단(a)에 연결되도록 구성된다.
상기 방전스위치(133)은 제1스위치(131)와 동일하게 스위칭 소자를 직렬 또는 병렬로 구성이 가능하며 방전스위치(133)의 한 측은 전원의 한 측(N)에 또 다른 한 측은 조명등부(200)의 한 측(a)에 연결되도록 구성된다.
이와 같은 직렬 및 병렬구조는 직렬의 경우는 구동회로가 간단해지고, 병렬의 경우는 발열량이 1/4로 줄어드는 특징을 갖는다.
상기 제1스위칭신호 및 제3스위칭신호의 출력을 도 6의 타이밍도를 참조하여 설명하면, 통신을 위하여 제1스위치(131)를 오프하기 위한 제1스위칭신호(S2)가 출력되면 이 신호 출력 직후에 제3스위칭신호(S6)를 출력하여 방전스위치(133)를 온(ON)하여 주고 상기 제1스위칭신호(S2)가 차단되기 직전에 상기 제3스위칭신호(S6)를 차단하여 방전스위치(133)를 오프하도록 구성된다.
즉 스위치부(130A)의 제1스위치(131)가 정보를 송신하기 위하여 전원파형의 제로크로스 근방의 전원을 차단하는 기간(T1) 보다 작은 기간(T2) 동안 상기 방전스위치(133)를 온하여 주어 전원(AC)의 합선 발생 없이 상기 기간(T2) 동안 조명부등(200)의 커패시터(C)에 충전된 전압이 방전스위치(133)를 통해 방전되도록 한 것이다.
또한 상기 스위치부(130A)의 제1스위치(131)에는 온도센서(134)를 설치하여 상기 제1스위치(131)의 온도가 일정 온도 이상의 과열상태가 되면 통신동작을 중단하고 제2스위치(132)를 온하여 전류가 상기 제1스위치(131)로 흐르는 것을 방지하여 주며, 온도가 정상이 된 경우에는 다시 통신 동작을 재개할 수 있도록 구성할 수 있다.
상기 인터페이스부(140)는 외부 입력장치로부터 조명등 제어용 신호를 유무선 입력받아 상기 송신제어부(120)로 전송하여 준다.
상기 입력장치로는 벽면스위치, 근거리 적외선 수신센서, 네트워크 또는 다른 통신 수단을 통한 관제 시스템이나 PC가 될 수 있다.
한편 조명등부(200)는 상기 송신부(100)로부터 전송된 전원 파형의 위상을 검출하여 통신신호를 추출하고 이에 대응하도록 조명등을 제어하는 수단으로, 수신부(210) 및 부하부(220)를 포함한다.
상기 수신부(210)는 전원파형의 제로크로싱 및 위상 제어된 신호를 검출하고 위상 제어된 전원파형의 오프구간을 검출하는 신호검출부(211)와, 상기 신호검출부(211)에서 출력된 신호를 정형화하여 통신신호(정보)를 추출한 후, 추출된 통신신호로 조명등(222)을 제어하는 수신제어부(212)를 포함한다.
상기 신호검출부(211)는 제2포토커플러(211a)를 포함하며 상기 제2포토커플러(211a)의 출력으로 영전압 검출 신호와 함께 위상 제어된 전원파형의 경우 위상제어 구간을 검출하여 수신제어부에 출력하여 준다.
상기 수신제어부(212)는 상기 신호검출부(211)로부터 입력되는 영전압 검출 신호 및 위상제어 신호가 혼재된 신호에서 데이터만을 추출하는 데이터추출부와, 상기 데이터 추출부를 통해 입력된 데이터를 해석하여 명령을 인식하는 프로토콜 해석부를 포함할 수 있다.
상기 부하부(220)는 조명등(222)과, 상기 조명등(222)에 구동전압을 공급하는 전원부(221)를 포함하며, 통상 부하부(220)는 회로 구성상 입력단에는 커패시터(C)가 구성되고 상기 커패시터(C)에는 전원 전압의 위상에 따른 전압이 충전되어 진다.
이와 같이 구성된 본 발명 전력선 통신 시스템의 작동 및 작용에 대하여 이하 설명한다.
일례로, 도 3에서와 같이'1011'의 이진수 정보를 가지는 통신신호를 송신부(100)에서 해당 조명등부(200)로 전송하는 과정을 설명한다.
참고적으로 상기 통신신호 '1011'은 일례의 신호이며, 실제로는 보다 많은 정보로 구성된다.
송신부(100)의 인터페이스부(140)를 통해 송신제어부(120)로 조명등 점등신호가 입력되면, 상기 송신제어부(120)는 상기 통신신호가 포함되도록 위상 제어된 전원파형을 생성하기 위하여 스위치부(130A)로 소정의 스위칭신호를 출력한다.
상기 송신제어부(120)는 먼저 스위치부(130)의 제2스위치(132)를 오프하여주는 제2스위칭신호를 출력한다.
따라서 상기 제2스위치(132)는 오프되고 전원(AC)은 제1스위치(131)로만 흐르게 된다.
그런 다음, 도 2에서와 같이 제로크로싱 검출부(110)로부터 입력되는 전원파형(S1)의 제로크로스와 동기하여 통신신호 '1011'에 해당하는 전원파형의 위상이 제어되도록 스위치부(130)의 제1스위치(131)를 단속하는 제1스위칭신호(S2)를 출력한다.
따라서 상기 제1스위치(131)는 전원파형(S1)의 제로크로스 근방에서 오프되거나 온상태를 유지하여 위상 제어된 전원파형(S3)이 조명등부(200)에 인가된다.
이와 같은 제1스위칭신호(S2)를 출력할 때 상기 송신제어부(120)는 제1스위칭신호(S2)에 의해 전원파형의 제로크로스 근방이 오프되는 경우에만 도 6에서와 같이 제3스위칭신호(S6)를 출력한다.
즉 제1스위치(131)를 오프하기 위한 제1스위칭신호(S2)가 출력되면 이 신호 출력 직후에 제3스위칭신호(S6)를 출력하여 방전스위치(133)를 온(ON)하여 주고 상기 제1스위치를 온하기 위해 제1스위칭신호(S2)가 차단되기 직전에 상기 방전스위치를 오프하기 위해 제3스위칭신호(S6)를 차단하여 방전스위치(133)를 다시 오프하여 준다.
즉 제1스위칭 신호가 출력되면 제1스위치는 오프 되도록 동작하고 제3스위치신호가 출력되면 방전스위치는 온 되도록 동작한다. 이 온, 오프 동작은 스위치를 제어하는 로직 회로 구성에 따라 반대가 되도록 구성할 수도 있다.
따라서 스위치부(130A)의 제1스위치(131)가 위상제어를 이용한 송신 정보를 생성하기 위하여 전원파형의 제로크로스 근방의 전원을 차단하는 순간, 상기 전원 차단의 기간(T1) 보다 짧은 기간(T2) 동안 조명부등(200)의 커패시터(C)에 충전된 전압이 전원(AC)의 합선 발생 없이 방전스위치(133)를 통해 신속하게 방전되도록 한 것이다.
이러한 커패시터(C)의 방전동작으로, 상기 스위치부(130A)는 도 2에서와 같이 정상적인 위상 제어된 전원파형(S3)을 부하부(200)로 전송하게 된다.
한편 조명등부(200)는, 수신부(210)의 신호검출부(211)에서 송신부(100)를 통해 전송되어온 전원파형의 제로크로싱 신호와 위상 제어된 전원파형(S3)의 제로크로스 근방 오프구간을 펄스형태 신호(S4)로 출력한다.
수신제어부(212)는 상기 신호검출부(211)의 출력 펄스신호(S4)를 정형화하여 통신신호(S5) '1011'을 추출한 후, 추출된 신호를 해석하여 조명등(222)을 제어하는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 송신측에서 전송한 위상제어파형의 전원 오프구간이 수신측에서 수신측 입력단에 있는 커패시터의 충전과 관계없이 매우 정확하게 인식될 수 있는 효과를 제공한다.
이상에서는 본 발명에 대한 한정된 실시예들을 설명한 것이나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 실시예가 예상됨을 당업자는 주의해야 한다.

Claims (7)

  1. 전원파형의 위상을 제어하여 정보를 가지는 통신신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 부하부로 전송하는 송신부; 및
    상기 송신부로부터 전송된 전원파형의 위상을 검출하여 상기 통신신호를 추출하고 이에 대응하도록 조명등을 제어하는 적어도 하나 이상의 조명등부를 포함하고,
    상기 통신신호는 전원파형의 제로크로스 근방 또는 제로크로스를 중심으로 양측으로 오프하여 오프한 구간의 유무, 또는 오프한 구간의 길이에 정보를 부여하되,
    상기 전원파형의 오프 시, 이 오프 기간 내에 조명등부의 부하 입력단 커패시터에 충전된 전압이 방전스위치를 통해 신속히 방전될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신부는,
    전원파형의 제로크로스를 검출하는 제로크로싱 검출부와,
    상기 제로크로싱 검출부로부터 입력되는 제로크로싱 신호와 동기하여 전원파형이 제로크로스 근방 또는 그 양측에서 오프되는 위상 제어된 전원파형을 가지도록 스위치부로 소정의 스위칭신호들을 출력하는 송신제어부; 및
    상기 송신제어부의 스위칭신호에 의해 단속되는 제1스위치와, 부하부의 커패시터 충전 전압을 방전시켜 주는 방전스위치를 포함하는 스위치부로 구성되되,
    상기 송신제어부의 스위칭신호는 전원파형의 제로크로스 근방 또는 그 양측을 오프하여 통신신호를 생성하도록 하여주는 제1스위칭신호와, 상기 제1스위칭신호의 전원 오프신호 출력 직후에 온되고 차단 직전에 오프되어 부하부의 커패시터에 충전된 전압을 방전스위치를 통해 신속하게 방전시켜주는 제3스위칭신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1스위치는 전원의 일단과 조명등부의 일단에 개재되도록 연결 구성되고,
    상기 방전스위치는 조명등부에 공급되는 전원의 양단인 상기 제1스위치가 연결된 전원의 타단과 조명등부의 일단(제1스위치가 조명등부측과 연결된 같은 위치) 사이에 개재되어 조명부등의 커패시터에 충전된 전압이 방전될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 송신제어부의 제1스위칭신호는 전원파형의 오프 구간의 길이가 가변될 수 있도록 출력되고, 가변된 전원파형의 오프 구간은 가변된 오프 구간의 길이에 대응되도록 정보가 부여되는 것을 특징으로 하는 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위치부에는 제1스위치와 병렬 연결되며 통신동작을 할 때와 조명등부가 모두 오프 상태일 때에 오프상태를 유지하는 제2스위치가 더 구성되고,
    상기 제2스위치는 릴레이 스위치인 것을 특징으로 하는 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1스위치 및 방전스위치는 반도체 스위치로 구성되며,
    복수개의 반도체소자가 병렬 연결되는 구조를 가지거나, 복수개의 반도체소자가 직렬로 연결되는 구조를 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위치부의 제1스위치에는 온도센서가 설치되고,
    상기 제1스위치의 온도가 일정 온도 이상의 과열상태가 되면 통신동작을 중단하고 제2스위치를 온하여 전류가 상기 제1스위치로 흐르는 것을 방지하며, 온도가 정상이 된 경우에는 다시 통신 동작을 재개할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 위상제어를 이용한 전력선 통신시스템.
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