KR101206386B1 - 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송신수단에 반도체소자로 이루어진 제1스위치와 릴레이소자로 이루어진 제2스위치를 병렬로 접속하여 된 스위치부를 구성하고, 이 스위치들을 선택적으로 이용하여 통신 신호를 생성 및 전송함으로써, 용량이 큰 부하에 대해서도 통신 신호의 인식률과 정확성을 크게 향상시킨 대용량 부하에 대한 전력선 통신 시스템에 관한 것으로, 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되어 통신 신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 송신하는 송신수단과, 상기 전력선의 양단에 병렬로 연결되어 상기 전력선을 통해 전송되어온 통신 신호를 수신 및 검출하여 해당 부하를 제어하는 적어도 하나 이상의 수신 및 부하수단을 포함하고; 상기 송신수단은 적어도 전력선 통신 신호를 발생하기 위하여 제1스위치부 및 제2스위치부로 스위칭 제어신호를 발생하는 스위칭 제어부와, 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되며 상기 스위칭 제어부에 의해 스위칭 동작되는 제1스위치부와, 상기 제1스위치부에 병렬 연결되며 상기 스위칭 제어부에 의해 스위칭 동작되는 제2스위치부를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템{Closed Circuit PLC system for large capacity load}
본 발명은 폐회로 전력선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신수단에 반도체소자로 이루어진 제1스위치와 릴레이소자로 이루어진 제2스위치를 병렬로 접속하여 스위치부를 구성하고, 이 스위치들을 선택적으로 이용하여 통신 신호를 생성 및 전송함으로써, 용량이 큰 부하에 대해서도 통신 신호의 인식률과 정확성을 크게 향상시킨 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전력선통신은 통신하고자 하는 신호(통신 신호)를 변조시켜 해당 기기가 접속되어 있는 전력선에 상기 변조된 신호를 중첩시키는 방법이 대부분이다.
그러나 상기 전력선통신 방법에 의한 통신용 변조신호는 같은 전력 계통에 연결되어 있는 통신을 원하는 않는 일반기기에는 노이즈로 작용하게 된다.
뿐만 아니라 계통에 연결된 어떤 기기가 노이즈를 많이 발생하는 경우 통신의 장애가 발생하여 통신 속도가 떨어진다. 또한 변조된 신호는 일반적으로 높은 주파수인데 입력부에 콘덴서가 있는 주변 기기가 계통에 존재하는 경우 해당 변조 신호에 대해서는 임피던스가 매우 낮아져 거의 단락 시키는 역할을 하게 되고 신호가 멀리 전달 될 수 없게 된다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인에 의해 제안된 전력선 통신 관련 선행기술이 있다.
이 전력선 통신 방법은 기존의 전력선 통신과는 전혀 다른 새로운 형태의 통신방법으로, 특히 고속을 필요로 하지 않고, 전송하고자하는 데이터의 양이 적은 조명 제어 분야 등에 적합한 기술이다.
이를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 폐회로 전력선 통신 시스템은,
전력선(P)의 일측라인에 직렬 연결되어 통신 신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 송신하는 송신수단(10)과, 상기 전력선(P)의 양단에 병렬로 연결되어 상기 전력선을 통해 전송되어온 통신 신호를 수신하여 해당 부하를 제어하는 다수개의 수신 및 부하수단(20)을 포함한다.
상기 송신수단(10)은 적어도 전력선 통신 신호를 발생하기 위한 제어신호를 발생하는 제어신호 발생부(12)와, 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되며 상기 제어신호 발생부(12)에 의해 스위칭 동작되는 스위칭소자(13)를 포함한다.
이를 상세히 살펴본다.
상기 제어신호발생부(12)는 상기 스위칭소자(13)로 소정의 스위칭신호를 출력한다.
즉 도 2의 (a)와 같이 상기 스위칭소자(13)를 흐르는 전원(AC)의 파형과 동기하여 도 2의 (b)와 같이 상기 전원 파형의 제로크로스(Zero cross) 직후의 짧은 시간 동안 상기 스위칭소자(13)가 오프(off) 되도록 하는 스위칭신호를 출력한다.
상기 도 2의 (b)와 같은 형태의 스위칭신호는 후술하겠지만 통신 신호(데이터)의 의미를 가진다.
따라서 상기 스위칭소자(13)를 통해 출력되는 전원 파형은 도 2의 (c)와 같이 제로크로스 직후의 짧은 시점(t△)에서는 출력이 차단되는 것을 알 수 있다.
여기서 상기 전원 파형이 제로크로스 직후 다음 반 사이클이 시작되는 일정시간 동안(t△) 오프(OFF) 상태가 되면 이를 '1'로, 상기 전원 파형이 제로크로스 직후 다음 반 사이클이 시작되는 순간에 바로 온(ON) 되면 이를 '0'이라고 약속한다.
따라서 도 2의 (b)는 '1011'이란 정보를 가진 스위칭 신호이며, 이 스위칭 신호에 의해 도 2의 (c)와 같이 변형된 전원파형이 전력선을 통해 다수개의 수신 및 부하수단(20)으로 동시에 인가되게 된다.
여기서 상기 통신 정보'1011'은 일례로 다양하게 변경될 수 있으며, 이러한 통신정보의 내용은 해당 부하인 조명등의 점등, 소등 및 조광제어 정보는 물론 해당 조명등의 ID 정보를 포함한다.
또한 상기 도 2의 (c)와 같이 통신 정보가 포함된 변형된 전원파형은 시점(t△)에서 전원이 오프되는 구간이 있으나, 이 시점(t△)은 매우 짧은 시간으로 전체적으로 정격 전원공급에 차질을 주지 않게 된다.
상기 송신수단(10)의 키입력부(11)는 상기 제어신호발생부(12)로 '1011'이란 정보를 가진 제어신호, 즉 스위칭 신호를 발생하기 위한 키 신호를 입력하여주는 스위치회로다.
한편, 상기 수신 및 부하수단(20)은 폐회로 전력선(P)에 병렬 연결되는 다수개의 부하장치로, 전원공급부(21), 부하제어부(22), 조명등(23), 신호검출부(24) 및 신호처리부(25)를 포함한다.
상기 전원공급부(21)는 전력선(P)으로부터 입력되는 전원(AC)을 공급받아 조명등(23)의 구동전원 및 각 회로부의 직류 구동전원을 제공한다.
상기 부하제어부(22)는 신호처리부(25)로부터 제공받은 통신 신호를 입력받아 이를 분석하여 이에 대응되도록 해당 조명등(23)을 점등 및 소등, 또는 조광(Dimming) 제어한다.
상기 신호검출부(24)는 전력선을 통해 입력되는 통신 신호를 검출하고, 상기 신호처리부(25)는 상기 신호검출부(24)에서 입력된 통신신호를 신호 처리하여 상기 부하제어부(22)로 입력하여 준다.
이와 같이 구성된 상기 수신 및 부하수단(20)의 동작을 살펴본다.
상기 송신수단(10)에 의해 정보 "1011"을 가지게 된 도 2의 (c)와 같은 변형된 전원파형이 전력선(P)을 통해 전원공급부(21) 및 신호검출부(24)에 입력된다.
상기 신호검출부(24)로 유입된 변형된 전원파형은 포토커플러(PC)의 발광소자(24a)로 인가된다.
따라서 상기 발광소자(24a)는 도 2의 (c)와 같이 인가되는 전원파형이 제로크로스 근방에 이르거나 또는 전원이 차단된 상태의 시점(t△)에서는 오프되고, 나머지 부위의 전원 파형에서는 온된다.
상기 발광소자(24a)의 온, 오프에 따라 수광소자(24b)도 턴온 및 턴오프된다.
참고적으로, 상기 발광소자(24a)는 최소한의 정격전압이 공급되어야만 점등되는 소자이기 때문에, 전원파형이 제로크로스 지점의 부근에서는 전압부족으로 오프되어진다.
상기 수광소자(24b)의 온, 오프 동작으로 그 출력단에는 도 2의 (d)와 같은 펄스파형이 출력된다.
상기 포토커플러(24)의 출력은 신호처리부(25)를 통해 신호 처리되어 부하제어부(22)에 입력된다.
상기 부하제어부(22)는 상기 신호처리부(25)로부터 입력된 값을 검출하여, 일정한 펄스폭을 가지는 펄스(P1,P3,P4)는 신호 '1'로 인식하고, 일정한 펄스폭을 가지지 않는 펄스(P2)는 '0'으로 인식하여, 상기 입력된 값이 '1011'이란 통신정보를 가진 신호임을 판단하게 된다.
상기 부하제어부(22)는 검출된 상기 통신 정보가 자신의 조명등(23)을 제어하기 위한 신호(ID 확인) 인지를 판단하고, 자신의 조명등(23)을 제어하기 신호가 맞는다고 판단되면, 그 통신신호에 해당되는 제어신호, 즉 점소등 및/또는 조광제어신호를 출력하여, 전원공급부(21)로부터 조명등(230)에 공급되는 전원공급의 형태가 달라지도록 하여준다.
이와 같은 본 출원인에 의해 발명된 전력선 통신 시스템은 종래의 전원선 변조방식에 비하여 통신의 정확성 등 많은 장점을 제공하게 되었다.
그러나 이러한 전력선 통신 시스템은 다음과 같은 문제점이 발견되었다.
첫째, 전원을 이용하여 통신 신호를 생성함에 있어서, 통신 신호의 인식률을 더 높이고 또 확실하고 정확하게 전송하기 위해서는 도 2의 (c)와 같은 전원 차단 구간(t△)이 길어야 한다.
그런데 상기 전원 차단 시간(t△)을 길게 하면, 송신수단(10)의 스위칭소자(13)가 턴온되는 시점에서 전압(Vs)이 높아지게 되는 것을 알 수 있다.
이와 같이 상기 스위칭소자(13)의 턴온 시점의 전압(Vs)이 높아지면 스위칭 노이즈가 발생된다.
둘째, 항상 부하에 흐르는 전류가 송신수단(10)의 스위칭소자(13)를 통해 흐르므로, 전류가 증가하게 되고 특히 스위칭소자(13)의 턴온 시에는 RDSon 저항값에 따라 많은 열이 발생하게 된다.
이와 같은 현상 때문에 큰 전류용량을 가지는 반도체 스위칭소자와 대용량의 방열판을 사용해야 되는 비용과 공간에 대한 문제점이 있었다.
또한 상기 발생된 열에 따라 많은 전기에너지가 열로 손실되는 문제점으로 지적되었다.
셋째, 콘덴서 성분이 커서 돌입전류(Inrush current)가 큰 부하의 경우에는, 이를 여러 대를 병렬로 접속하면 매우 큰 돌입전류가 흐르게 되어 반도체 스위칭소자(13)가 파손되는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 송신수단에 반도체 스위칭 소자로 이루어진 제1스위치와 기계식 릴레이 스위칭 소자로 이루어진 제2스위치를 병렬로 구성하여 통신을 할 경우에는 제2스위치를 차단하고 제1스위치를 통하여 통신동작을 수행하며, 통신을 하지 않을 때에는 제2스위치를 단락시켜 제2스위치를 통해 전류가 흐르도록 하여 반도체 스위칭 소자에서 발생되는 발열량을 최소화하도록 한 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 통신 신호를 생성하기 위하여 전원파형의 제로크로스 전후 근방에서 전원을 차단함으로써 비교적 큰 펄스폭을 가지는 통신 신호용 펄스신호를 생성함으로써, 통신 신호의 인식률과 정확성을 크게 향상시킨 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 송신수단의 반도체 스위칭소자에 직렬로 서미스터를 더 연결하여, 초기 전원 공급 시 돌입전류에 의한 제 1 및 제 2 스위치의 소손을 방지하도록 한 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 수신 및 부하수단에 어드레스 설정부를 추가하여 제어대상 조명등에 대한 개별 ID를 자유롭게 설정할 수 있도록 한 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템을 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되어 통신 신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 송신하는 송신수단과, 상기 전력선의 양단에 병렬로 연결되어 상기 전력선을 통해 전송되어온 통신 신호를 수신 및 검출하여 해당 부하를 제어하는 적어도 하나이상의 수신 및 부하수단을 포함하고;
상기 송신수단은 적어도 전력선 통신 신호를 발생하기 위하여 제1스위치부 및 제2스위치부로 스위칭 제어신호를 발생하는 스위칭 제어부와, 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되며 상기 스위칭 제어부에 의해 스위칭 동작되는 제1스위치부와, 상기 제1스위치부에 병렬 연결되며 상기 스위칭 제어부에 의해 스위칭 동작되는 제2스위치부를 포함하며;
상기 스위치 제어부는, 통신을 하지 않는 기간에는 상기 제2스위치부를 단락시키는 제어출력을 수행하며, 전력선 통신을 수행할 경우에는 제2스위치부를 단선시키고, 전원파형에 동기하여 상기 제1스위치부로 소정의 통신 신호용 스위칭신호를 출력하되, 상기 제1스위치부를 흐르는 전원 파형의 제로크로스 전 또는 후, 또는 전후 근방의 짧은 시간 동안 제1스위치부가 단선되도록 하는 스위칭신호를 포함하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 제1스위치부는 반도체 스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 제2스위치부는 릴레이 스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 제1스위치부에는 서미스터가 반도체 스위칭소자에 직렬 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
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또한 본 발명에 따른 상기 스위치 제어부는 초기 전원 투입 시에 일정시간 동안 제2스위치부는 단선하고, 제1스위치부는 단락시켜, 전류가 상기 제1스위치부의 반도체 스위칭소자 및 써미스터를 통해 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 수신 및 부하수단은 전력선으로부터 입력되는 전원을 공급받아 조명등의 구동전원 및 각 회로부의 직류 구동전원을 제공하는 전원공급부와, 신호처리부로부터 제공받은 통신 신호를 입력받아 이를 분석하여 이에 대응되도록 해당 조명등을 점등 및 소등, 또는 조광 제어하는 부하제어부와, 전력선을 통해 입력되는 통신 신호를 검출하는 신호검출부와, 상기 신호검출부로부터 입력된 통신 신호를 신호 처리하여 부하제어부로 제공하는 신호처리부를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 부하제어부에는 제어대상 조명등에 대한 ID를 설정할 수 있는 어드레스설정부가 더 구성되는 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 송신수단에 반도체 스위칭 소자로 이루어진 제1스위치와 기계식 릴레이 스위칭 소자로 이루어진 제2스위치를 병렬로 구성하여 통신을 할 경우에는 제2스위치를 차단하고 제1스위치를 통하여 통신동작을 수행하며, 통신을 하지 않을 때에는 제2스위치를 단락하고 제2스위치를 통해 전류가 흐르도록 하여 반도체 스위칭 소자에서 발생되는 발열량을 최소화하여, 대형의 반도체 스위칭소자와 용량이 큰 방열판이 필요 없어, 비용을 절감하고 공간을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.
또한 본 발명은 통신 신호를 생성하기 위하여 전원파형의 제로크로스 전후 근방에서 전원을 차단함으로써 비교적 큰 펄스폭을 가지는 통신 신호용 펄스신호를 생성함으로써, 통신 신호의 인식률과 정확성을 크게 향상시킨 장점을 제공한다.
또한 본 발명은 송신수단의 반도체 스위칭소자에 직렬로 서미스터를 더 연결하여, 초기 전원 공급 시 돌입전류에 의한 제 1 및 제 2 스위치의 소손을 원천적으로 방지한다.
또한 본 발명은 수신 및 부하수단에 어드레스 설정부를 추가하여 제어대상 조명등에 대한 개별 ID를 자유롭게 설정할 수 있는 정점을 제공한다.
도 1은 종래의 개량된 전력선 통신 시스템의 구성도,
도 2는 상기 도 1의 출력 파형도,
도 3은 본 발명에 따른 대용량 부하에 대한 전력선 통신 시스템의 구성도,
도 4는 상기 도 3의 출력 파형도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 대용량 부하에 대한 전력선 통신 시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명 대용량 부하에 대한 전력선 통신 시스템은,
전력선(P)의 일측 라인에 직렬 연결되어 통신 신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 송신하는 송신수단(100)과, 상기 전력선(P)의 양단에 병렬로 연결되어 상기 전력선을 통해 전송되어온 통신 신호를 수신하여 해당 부하를 제어하는 다수개의 수신 및 부하수단(200)을 포함한다.
상기 송신수단(100)은 적어도 전력선 통신 신호를 발생하기 위하여 제1스위치부(130) 및 제2스위치부(140)로 스위칭 제어신호를 발생하는 스위칭 제어부(120)와, 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되며 상기 스위칭 제어부(120)에 의해 스위칭 동작되는 제1스위치부(130)와, 상기 제1스위치부(130)에 병렬 연결되며 상기 스위칭 제어부(120)에 의해 스위칭 동작되는 제2스위치부(140)를 포함한다.
또한 상기 제1스위치부(130)는 반도체 스위칭소자(131)로 구성되며, 상기 반도체 스위칭소자(131)는 트라이악(Triac), FET, IGBT, 사이리스터 중의 하나가 될 수 있다.
또한 상기 제2스위치부(140)는 릴레이 스위칭소자(141)로 구성되며, 상기 릴레이 스위칭소자(141)는 전기 또는 기계식 릴레이(Relay), 반도체 릴레이(SSR) 중의 하나가 될 수 있다.
그러나 상기 반도체 스위칭소자(131) 및 릴레이 스위칭소자(141)는 이 들에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
또한 상기 제1스위치부(130)에는 서미스터(132)가 반도체 스위칭소자(131)에 직렬 연결되도록 구성된다.
또한 상기 송신수단(100)에는 상기 스위치제어부(120)로 스위칭 신호를 발생하기 위한 키 신호를 입력하는 키입력부(110)와, 네트워크 또는 다른 통신 수단을 통한 관제 시스템, 외장형 프로그램 스위치, 디밍스위치 등의 제어장치로부터 제어신호를 수신할 수 있는 통신부(111)가 더 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 송신수단(100)의 동작을 살펴본다.
먼저, 상기 스위치 제어부(120)는 전력선 통신을 수행하지 않을 경우에는 제2스위치부(140)로 릴레이 스위칭소자(141) 온(on) 신호를 출력하여 준다.
즉 제2스위치부(140)로 하이신호를 출력하여 트랜지스터(Q3)를 턴 온 시킨다.
그러면 릴레이구동용 코일에 전류가 흘러 릴레이의 접점이 단락되고, 제1스위치부(130)가 온 상태이든 오프상태이든 릴레이의 접점을 통한 저항분이 훨씬 적으므로 부하에의 전류는 릴레이의 접점을 통해 흐르게 된다. 따라서 제1스위치부(130)에 전류가 흐를 경우 발생하는 열이 발생하지 않게 된다.
이 상태에서 부하에 인가되는 전압파형은 도4의 (a)와 같다.
스위치의 조작 또는 외부의 명령에 의해 통신의 필요성이 발생한 경우, 스위치 제어부(120)는 먼저 제1스위치부(130)가 온 되도록 하이신호로 출력한다. 상기 제1스위치부(130)가 온 되면, 곧이어 제2스위치부(140)를 오프하여 전류가 제1스위치부(130)의 반도체 스위칭소자(131)를 통해서만 흐르도록 하여준다.
그리고 상기 스위치 제어부(120)는 전원파형에 동기하여 상기 제1스위치부(130)로 소정의 통신 신호용 스위칭신호를 출력한다.
즉 도 4의 (a)와 같이 상기 제1스위치부(130)를 흐르는 전원(AC) 파형과 동기하여 도 4의 (b)와 같이 상기 전원 파형의 제로크로스(Zero cross) 전후 근방의 짧은 시간 동안 반도체 스위칭소자(131)가 오프(off) 되도록 하는 스위칭신호를 출력한다.
상기 도 4의 (b)와 같은 형태의 스위칭신호는 전술한 바와 같이 통신 신호(데이터)의 의미를 가진다.
따라서 상기 반도체 스위칭소자(131)를 통해 출력되는 전원 파형은 도 4의 (c)와 같이 제로크로스 전후 근방의 짧은 시점(t△1)에서는 출력이 차단되는 것을 알 수 있다.
여기서 상기 전원 파형의 전압이 제로크로스 전후 근방의 일정시간 동안(t△1) OV 상태가 되면 이를 '1'로, 상기 전원 파형의 전압이 제로크로스 전후 근방에서 일정기간 차단되는 구간이 없으면 이를 '0'이라고 약속한다.
따라서 도 4의 (b)는 '1011'이란 정보를 가진 스위칭 신호이며, 이 스위칭 신호에 의해 도 4의 (c)와 같이 변형된 전원파형이 전력선을 통해 다수개의 수신 및 부하수단(200)으로 동시에 인가되게 된다.
여기서 상기 통신 정보'1011'은 일례로 다양하게 변경될 수 있으며, 이러한 통신정보의 내용은 해당 부하인 조명등의 점등, 소등 및 조광제어 정보는 물론 해당 조명등의 ID 정보를 포함한다.
또한 본 발명에 따르자면 도 4의 (c)와 같은 통신 정보('1011')가 포함된 변형된 전원파형을 생성함에 있어서, 전원파형을 차단하는 시점이 제로크로스 전후에 걸쳐 짧은 시간(t△1) 동안 이루어짐으로써, 반도체 스위칭 소자(131)가 턴온, 또는 턴 오프되는 시점의 전압(VS1, VS2)이 낮아 스위칭 노이즈가 발생되지 않고, 동시에 상기 시점(t△1)은 종래의 펄스폭 시점(t△: 도 2의 (c)) 보다 크게 되어 통신 신호용 펄스신호의 펄스폭은 넓어지게 된다.
따라서 본 발명은 비교적 큰 펄스폭을 가지는 통신 신호용 펄스신호를 생성함으로써, 통신 신호의 인식률과 정확성을 크게 향상시키게 된다.
이 때 반도체 스위칭 소자(131)가 턴온, 또는 턴 오프되는 시점은 통신의 특성에 따라 변화가 가능하다.
즉 제로크로스에 이르기 전에 스위칭 소자(131)가 턴 오프 되어 제로크로스에 이르기까지의 시간을 t△before라고 하고, 제로크로스에서 스위칭 소자(131)가 턴 온 되기까지의 시간을 t△after라고 한다면 t△before 및 t△after는 0~일정시간 사이에서 임의로 조정될 수 있다. 결과적으로 VS1, VS2 는 0V에서부터 일정 전압 사이에서 조정될 수 있다. 이 조정은 사용하는 소자에 따라 선택적으로 결정될 수도 있다.
또한 송신수단(100)의 스위치 제어부(120)는 상기와 같은 전력선 통신 신호의 출력이 완료되면, 제2스위치부(140)로 릴레이 스위칭소자(141) 온(on) 신호를 출력하고, 제1스위치부(130)로 반도체 스위칭소자(131) 오프(off) 신호를 출력한다.
따라서 도 4의 (a)와 같은 정현파 전원파형이 릴레이 스위칭소자(141)를 통해 수신 및 부하수단(200)으로 흐르게 된다.
또한, 본 발명에서는 시스템에 초기 전원 투입 시 발생되는 돌입전류에 의한 부품의 손상을 방지하는 기능을 구비한다.
즉 상기 스위치 제어부(120)는 초기 전원 투입 시에 상기 제2스위치부(140)는 오프하고, 제1스위치부(130)는 온하여 주어, 전류가 상기 제1스위치부(131)의 반도체 스위칭소자(131)를 통해 흐르도록 하여준다.
따라서 전원 투입 시 발생되는 돌입전류는 상기 제1스위치부(131)의 반도체 스위칭소자(131)에 직렬 연결된 서미스터(132)를 통해 흐르게 됨으로써, 상기 돌입전류에 의한 반도체 스위칭소자(131) 또는 릴레이 스위칭 소자(141)의 소손을 방지하게 된다.
상기 전원 투입 후 일정시간이 경과되면, 다시 상기 제2스위치부(140)는 온하고, 제1스위치부(130)는 오프하여 주어, 전류가 상기 제2스위치부(141)의 릴레이 스위칭소자(141)를 통해 흐르도록 하는 통상의 운전을 수행함으로써, 통상 운전 중에는 써미스터(132)로 인한 발열 및 그로 인한 에너지의 손실을 원천 차단하게 된다.
또한 상기 송신수단(100)의 키입력부(110) 및 통신부(111)는 상기 스위치 제어부(120)로 '1011'이란 정보를 가진 제어신호, 즉 스위칭 신호를 발생하기 위한 키 신호를 입력하거나 통신에 의해 타 장치로부터 제어신호를 수신 및 입력하여 주게 된다.
한편, 상기 수신 및 부하수단(200)은 폐회로 전력선(P)에 병렬 연결되는 다수개의 부하장치로, 전원공급부(210), 신호처리부(220), 부하제어부(230), 조명등(240), 신호검출부(250), 제로크로스검출부(260) 및 비트신호검출부(270)를 포함한다.
상기 전원공급부(210)는 전력선(P)으로부터 입력되는 전원(AC)을 공급받아 조명등(230)의 구동전원 및 각 회로부의 구동전원을 제공한다.
상기 신호처리부(220)는 제로크로스검출부(260) 및 비트신호검출부(270)로부터 제공된 신호를 이용하여 통신 신호를 추출하고 이를 신호 처리하여 부하제어부(230)로 전송한다.
또한 상기 신호처리부(220)에는 어드레스설정부(221)가 더 구성되어, 제어대상 조명등에 대한 개별 ID를 자유롭게 설정할 수 있도록 구성된다.
여기서 상기 어드레스설정부(221)는 딥(Dip)스위치에 의한 설정, 소프트웨어적 설정, 통신에 의한 설정 등 다양한 구성이 될 수 있다.
상기 부하제어부(230)는 상기 신호처리부(220)로부터 제공받은 통신 신호를 분석하여 이에 대응되도록 해당 조명등(240)을 제어한다.
상기 신호검출부(250)는 전력선을 통해 입력되는 통신 신호를 검출하는 회로로, 전력선 양단에 연결되는 포토커플러(251)를 포함한다.
상기 제로크로스검출부(260)는 트랜지스터(Q5), 저항(R1) 및 커패시터(C1)로 이루어져 상기 신호검출부(250)를 통해 출력되는 신호를 정형하여 신호처리부(220)로 제공함으로써, 상기 신호처리부(220)가 파형의 제로크로스 시점을 인식할 수 있도록 하여준다.
상기 비트신호검출부(270)는 트랜지스터(Q6,Q7), 저항(R2,R3) 및 커패시터(C2,C3)로 이루어져 상기 신호검출부(250)를 통해 출력되는 신호를 정형하여 신호처리부(220)로 제공함으로써, 상기 신호처리부(220)가 통신 신호의 정확한 비트정보를 인식할 수 있도록 하여준다.
이와 같이 구성된 상기 수신 및 부하수단(200)의 동작을 살펴본다.
상기 송신수단(100)에 의해 통신 정보 "1011"을 가지게 된 도 4의 (c)와 같은 변형된 전원파형이 전력선(P)을 통해 입력되면,
상기 도 4의 (c)와 같은 변형된 전원파형은 전원공급부(210) 및 신호검출부(250)에 입력된다.
상기 신호검출부(250)로 유입된 변형된 전원파형은 포토커플러(251)의 발광소자(T1)로 인가된다.
따라서 상기 발광소자(T1)는 도 4의 (c)와 같이 인가되는 전원파형이 제로크로스 전후 근방에 이르거나 전원이 차단된 상태의 시점(t△1)에서는 발광하지 않고, 나머지 부위의 전원 파형에서는 발광한다.
상기 발광소자(T1)의 발광여부에 따라 수광소자(Q4)도 턴온 및 턴오프된다.
참고적으로, 상기 발광소자(T1)는 최소한의 정격전압이 공급되어야만 점등되는 소자이기 때문에, 전원파형이 제로크로스 지점의 부근에서는 전압부족으로 발광하지 않는다.
상기 수광소자(Q4)의 온, 오프 동작으로 그 출력단에는 도 4의 (d)와 같은 펄스파형이 출력된다.
상기 포토커플러(251)의 출력은 제로크로스검출부(260) 및 비트신호처리부(270)로 각각 입력된다.
상기 비트신호처리부(270)로 입력된 도 4의 (d)와 같은 펄스 파형은 커패시터(C2, C3)로 구성되는 시정수에 의해 도 4의 (e)와 같이 출력된다.
또한 도 4의 (e)에서와 같이 짧은 구간의 펄스(P2)는 소멸되어 신호처리부(220)로 인가될 수도 있다. 그러면 신호'1'과 '0'의 식별은 더욱 용이하게 되지만, 짧은 구간이 소멸되지 않고 나타난다고 하더라도 '1'의 경우와 그 폭에 차이가 있으므로 '0'과 '1'을 식별하는 것은 어렵지 않게 된다.
이와 같이 상기 신호처리부(220)는 제로크로스검출부(260)로부터 입력되는 신호에 동기하여 상기 비트신호처리부(260)로부터 입력된 값을 검출하여, 일정한 펄스폭을 가지는 펄스(P1,P3,P4)는 신호 '1'로 인식하고, 짧은 펄스폭(또는 소멸된 펄스)을 가지는 펄스(P2)는 신호'0'으로 인식하여, 이를 신호 처리하여 도 4의 (f)와 같은 '1011'이란 통신정보를 가진 펄스신호를 생성하여 부하제어부(230)로 출력하여 준다.
상기 부하제어부(230)는 상기 신호처리부(220)로부터 입력된 신호를 분석하여, 상기 통신정보가 자신의 조명등(240)을 제어하기 위한 신호(ID 확인) 인지를 판단하고, 자신의 조명등(240)을 제어하기 신호가 맞는다고 판단되면, 그 통신신호에 해당되는 제어신호, 즉 점소등 및/또는 조광제어신호를 출력하여, 전원공급부(210)로부터 조명등(240)에 공급되는 전류를 제어하는 등의 방법을 이용하여 점소등 및 조광이 가능하도록 한다.
따라서 통상의 폐회로 전력선에 통신이 필요한 경우, 상기 송신수단(100)으로 부터 제공된 통신 정보는 해당 수신 및 부하수단(200)에서 검출되어, 해당 조명등(240)을 사용자가 원하는 형태로 자동 제어하게 되는 것이다.
100: 송신수단 110: 키입력부
111: 통신부 120: 스위치제어부
130: 제1스위치부 131: 반도체 스위칭소자
132: 써미스터 140: 제2스위치부
141: 릴레이 스위칭소자 200: 수신 및 부하수단
210: 전원공급부 220: 신호처리부
230: 부하제어부 221: 어드레스설정부
240: 조명등 250: 신호검출부
260: 제로크로스검출부 270: 비트신호검출부

Claims (9)

  1. 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되어 통신 신호를 생성하고 이를 전력선을 통해 송신하는 송신수단과, 상기 전력선의 양단에 병렬로 연결되어 상기 전력선을 통해 전송되어온 통신 신호를 수신 및 검출하여 해당 부하를 제어하는 적어도 하나이상의 수신 및 부하수단을 포함하고;
    상기 송신수단은 적어도 전력선 통신 신호를 발생하기 위하여 제1스위치부 및 제2스위치부로 스위칭 제어신호를 발생하는 스위칭 제어부와, 전력선의 일측 라인에 직렬 연결되며 상기 스위칭 제어부에 의해 스위칭 동작되는 제1스위치부와, 상기 제1스위치부에 병렬 연결되며 상기 스위칭 제어부에 의해 스위칭 동작되는 제2스위치부를 포함하며;
    상기 스위치 제어부는, 통신을 하지 않는 기간에는 상기 제2스위치부를 단락시키는 제어출력을 수행하며, 전력선 통신을 수행할 경우에는 제2스위치부를 단선시키고, 전원파형에 동기하여 상기 제1스위치부로 소정의 통신 신호용 스위칭신호를 출력하되, 상기 제1스위치부를 흐르는 전원 파형의 제로크로스 전 또는 후, 또는 전후 근방의 짧은 시간 동안 제1스위치부가 단선되도록 하는 스위칭신호를 포함하여 출력하는 것을 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1스위치부는 반도체 스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2스위치부는 릴레이 스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1스위치부에는 서미스터가 반도체 스위칭소자에 직렬 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 초기 전원 투입 시에 일정시간 동안 제2스위치부는 단선하고, 제1스위치부는 단락시켜, 전류가 상기 제1스위치부의 반도체 스위칭소자 및 써미스터를 통해 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신수단에는 스위치제어부로 스위칭 신호를 발생하기 위한 키 신호를 입력하는 키입력부와, 네트워크 또는 다른 통신 수단을 통한 관제 시스템, 외장형 프로그램 스위치, 디밍스위치의 제어장치로부터 제어신호를 수신할 수 있는 통신부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 및 부하수단은 전력선으로부터 입력되는 전원을 공급받아 조명등의 구동전원 및 각 회로부의 구동전원을 제공하는 전원공급부와, 제로크로스검출부 및 비트신호검출부로부터 제공된 신호를 이용하여 통신 신호를 추출하고 이를 신호 처리하여 부하제어부로 전송하는 신호처리부와, 상기 신호처리부로부터 제공받은 통신 신호를 분석하여 이에 대응되도록 해당 부하를 제어하는 부하제어부와, 전력선을 통해 입력되는 통신 신호를 검출하는 신호검출부와, 상기 신호검출부를 통해 출력되는 신호를 정형하여 신호처리부로 제공함으로써 상기 신호처리부가 파형의 제로크로스 시점을 인식할 수 있도록 하여주는 제로크로스검출부와, 상기 신호검출부를 통해 출력되는 신호를 정형하여 신호처리부로 제공함으로써 상기 신호처리부가 통신 신호의 정확한 비트정보를 인식할 수 있도록 하여주는 비트신호검출부를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호처리부에는 제어대상 부하에 대해 딥스위치나 소프트웨어 또는 통신 프로토콜에 의해 ID를 설정할 수 있는 어드레스설정부가 더 구성되는 특징으로 하는 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템.
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