KR101594699B1 - 교류 전력선 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류 전원과 다수의 병렬 연결된 부하 사이에 직렬로 연결된 스위치 수단을 대체하며, 제로크로싱 시점 부근에서의 교류 전원의 기초 주파수의 파형의 변화에 정보를 맵핑하여 전송하는 교류 전력선을 이용한 제어 또는 통신을 수행하며, 통신의 송신부에서 필요한 전력을 송신부의 소자에서 효율적이고 간편하게 얻는 방법을 구현하였다. 일반적인 Triac을 이용하여 위상제어를 하지 않고 다양한 이익이 많은 MOSFET를 이용하여 통신하는 것이 특징이다.

Description

교류 전력선 통신 장치{AC Power Line Communication System}

본 발명은 제로크로싱 시점 부근에서의 교류 전원의 기초 주파수의 파형의 변화에 정보를 맵핑하여 전송하는 교류 전력선을 이용한 제어 또는 통신에 있어서 에너지 소모 면에서 효율적이며 발열이 적고 전기의 품질에 유리하게 개선된 것에 관한 것이다.

아울러 통신의 송신부를 기존의 옥내 벽 스위치나 외부 가로등의 스위치와 같이 임의의 곳에 분리하여 위치 시키는 경우에 송신부를 작동시키기 위한 전력 자체를 별도의 배선이나 부피가 큰 부품과 회로를 동원하지 않고 간단하고 경제적으로 교류 전원에서 쉽게 얻는 방법도 포함한다.

교류 전원의 기초 주파수 파형의 변화에 정보를 맵핑하여 전송하는 교류 전력선을 이용한 제어 또는 통신에 있어서 수신부와의 통신 성공 여부의 회신 또는 수신부 또는 그와 연결된 부하의 고장 유무 등 동작 검증을 위한 수신부에서 송신부로 정보를 전송하는 방법을 포함한다.

가.교류 전원의 위상 제어를 이용한 전력선 통신

본 발명과 관련이 있는 전력선 통신은 주로 교류 전원의 기초 주파수의 제로크로싱 시점 부근에서의 파형의 변화에 정보를 맵핑하여 정보를 전송하는 것으로서 종래 기술의 예는 다음과 같다.

특허 제 10-1222170 “조광 장치 및 이를 포함하는 조명 시스템”

이는 고전적인 Triac 위상제어방식을 동원하여 Triac이 Turn On되는 Trigger 시점을 정보로 맵핑하여 각 조명 부하에 정보를 전달하는 방식이다. 기존 설치된 전력선을 그대로 이용하여 정보 전송이 가능하다고 하지만 청구항 1에 명기된 바와 같이 송신부의 출력과 부하단의 수신부가 병렬로 연결되는 구조이므로 직렬로 스위치 회로가 연결되는 기존의 옥내 배선의 스위치 위치에 대체하여 설치할 수 없다.

대표도에서 보면 Triac 을 이용하여 전력을 전송하므로 Triac 소자는 다이오드나 MOSFET과 비교할 경우 Turn On시 소자 양단에 인가되는 전압이 높아 자체 소비전력이 크며 제로크로싱 시간부터 위상제어 신호가 발생하는 시점에 따라 전력 전송이 실제 이루어지지 않는 구간의 시간이 많아 전력전송 효율이 낮으며 발열이 크다. 항시 전압 강하가 일어나는 점을 고려할 때 누적 소비 전력은 에너지 효율 면에서 좋지 않다.

Triac이 항상 도통하는 경우에도 제로크로싱 시점에는 소자 자체의 전압 강하에 의한 Cross Over Distortion이 발생하는 것도 있지만 제로크로싱 시점에서 비교적 벗어난 높은 전압에서의 위상제어에 따른 스위칭으로 전압 변동이 크게 발생하므로 노이즈가 심하게 발생하며 원 교류 전원의 파형에서 왜곡이 항존하게 되므로 왜율 등 전기 품질과 효율이 항시 낮게 유지되는 점은 감수해야 한다.

당 특허는 송신부는 각 구성부에 필요한 전원을 AC/DC 전원부에서 공급받게 되어 있는데 이는 높은 AC 전원에서 낮은 DC 전원을 만들기 위하여 높은 내압을 가지는 부품들로 이루어진 상용 AC/DC 회로를 적용해야 하므로 상대적으로 복잡하고 비용이 소요된다.

특허 제 10-1194366 “단방향 전력선 통신장치”

청구항 1항의 스위치와 그 스위치에 병렬 연결된 위상제어회로를 포함하는 송신부로 구성되는 부분을 살펴보면 [0008] 문단에 MOSFET, 다이오드, 저항 및 커패시터를 포함하고 저항 및 커패시터의 값을 조절하여 위상의 범위를 결정해주는 것을 특징으로 하고 있다. 즉 스위치는 위상의 변경을 일으킬지 말지를 결정하고 위상 변경의 양태는 저항 및 커패시터의 값을 정해주면 하나의 값이 결정되어 위상 제어되는 시간이 결정된다고 명기되어 있으나 스위치의 실체적 구성이나 제어방법에 대하여 구체적이지 않아 정확한 비교가 어렵지만 위상 제어된 파형의 패턴이 고정적인 단점이 있다. 아울러 본 발명이 추구하는 전력선 통신 송신부가 필요로 하는 전원을 전원선에서 효율적으로 필요하다고 판단되는 경우에만 만들어내는 구체적 수단은 제공하고 있지 않다.

특허 10-1308894 “전원선을 이용한 조명등 제어장치”

청구항 1항에 반도체 스위칭 소자 와 그에 병렬로 연결되는 FET, 제너다이오드, 저항으로 구성되는 제어신호 발생부를 가지고 있다. 당 특허의 도면4의 100은 스위치 소자를 제어하는 마이컴을 포함하여 스위치 소자를 단속하여 부하에 걸리는 전압의 위상을 제어하는 구성을 취한다.

이 특허 역시 마찬가지로 스위치 소자가 ON으로 전류를 도통하면 정상적인 파형의 전력이 전달되고 OFF 하는 경우에만 제너다이오드와 저항 값으로 정해진 고정된 형태의 위상제어 시간이 결정되며 위상 제어된 파형의 패턴이 고정적인 단점이 있다.

본 발명이 추구하는 전력선 통신 송신부가 필요로 하는 전원을 전원선에서 효율적으로 필요하다고 판단되는 경우에만 만들어내는 수단을 제공하고 있지 않다.

나.전력선 통신 송신부가 사용하는 전원을 만드는 방법

전력선을 제어하는 일반적인 스위치의 경우 대부분 전기 접점 구성으로 사용자에 의한 물리적인 힘으로 단속하는 경우이며 접점이 도통이 된 경우 부하에 전원을 공급하며 미세한 접점 저항에 의한 전력 손실 외 모두 부하에 전력이 공급된다.

AC 상용 전원을 제어하는 직렬 스위치에 만약 부가적인 기능을 위한 마이컴 등의 부가회로를 추가하는 경우는 이를 구동하는 전원을 얻고자 할 경우 전기접점에 의한 전력선의 제어의 경우 스위치가 도통의 상태인 경우에는 스위치 양단에 걸리는 전압이 0V 에 가까우므로 전원을 전력선에서 직접 얻기가 구조적으로 어렵다.

전력을 사용하는 이들 부가회로를 위해서 별도로 전력선에 연결되며 낮은 직류전압전원으로 변환하는 AC/DC Convert를 사용하여야 하므로 비용뿐만 아니라 송신부 측의 부피와 설치의 문제를 낳는다. 송신부의 구동 전원을 얻는 방법의 예로는 다음과 같은 특허가 있다.

등록특허 10-1015649 “전등의 RF 스위치 콘트롤러 전원공급장치”

AC 전원과 부하 사이에 직렬로 연결되는 전원공급장치로서 전원이 On된 경우 스위칭소자에 인가되는 전압이 낮으므로 흐르는 전류를 고압의 전압으로 만들기 위한 전류부스터 (트랜스포머)를 사용하여 높은 전압으로 변환 후 직류로 변환하는 복잡한 과정을 거쳐 RF 스위치 콘트롤러 단의 전원전압으로 사용하는 내용이다. MCU에 전원을 공급하기 위해 전류부스터와 정류부, AC/DC 컨버터, DC/DC 컨버터의 복잡한 구성을 취하여 불리한 점이 있다.

등록실용신안 20-0246094 “원격스위치의 전원공급장치”

Triac을 이용하여 위상 제어를 하는 경우 이를 위한 전원 공급 방법에 관한 고안이다. 당 발명의 도면1의 Triac Q1의 소자에서 소자가 스위치 OFF되어 차단한 경우 소자 양단에 걸리는 전압을 끌어와서 제어회로에 필요한 전원을 획득한다. 당 발명의 도면3 과 도면 4에서 보이듯 전원을 끌어오기 위해서는 Triac이 차단하는 위상제어의 범위가 일정 이상이 되어야 하고 근본적으로 Triac(Q1)의 적용이 가지는 MOSFET에 대비되는 단점은 내포하고 있다.

(특허문헌 1) (특허문헌 1) KR10-1222170 B1 (특허문헌 2) (특허문헌 2) KR10-1194366 B1 (특허문헌 3) (특허문헌 3) KR10-1308894 B1 (특허문헌 4) (특허문헌 4) KR10-1015649 B1 (특허문헌 5) (특허문헌 5) KR20-0246094 Y1

없음

[발명의 배경이 되는 기술]에서 언급한 종래의 기술이 가지고 있는 문제점 또는 단점을 극복한 진일보한 교류 전력선통신을 구현하는 것이다.

교류 전원의 기초 주파수의 제로크로싱 시점 부근에서의 파형의 변화에 정보를 맵핑하여 정보를 전송하는 경우 Triac 소자를 이용함으로 인해서 교류 전기의 파형에 야기되는 부정적인 면을 줄이는 방법을 도출하는 것이다.

Triac 소자를 이용하는 경우에 비해 콘센트 등을 통하여 제어되는 어떠한 외부 장치와 연결 되더라도 파형의 모양으로 인한 문제를 최소화 하는 방법을 제시하는 것이다.

아울러 [선행기술문헌] 특허 문헌 2, 특허문헌 3의 기술과 같이 스위치 소자와 더불어 FET와 저항, 커패시터 또는 FET와 저항, 제너다이오드를 이용하여 위상 제어를 실시하는 기존 발명이 가지는 고정된 위상 제어 시간으로 인한 최적의 효율을 얻기 힘든 점을 개선하고자 한다.

[선행기술문헌] 상의 기술들에서는 스위치 회로에서 스위치가 On되어 도통하는 경우 MCU 등 콘트롤러 와 표시부등의 송신부 전원을 스위치 회로 주변에서 생성하기 어렵고 따라서 기존의 옥내 배선의 벽 스위치 위치나 가로등의 수동 스위치와 같은 임의의 위치에 송신부를 설치할 경우 송신부를 구동하기 위한 전원을 얻기 위해 별도의 시공을 하거나 복잡한 회로를 동원해야 했던 문제점을 해결하여 경제적으로 구현하는 것이다.

통신의 수신단에 연결되는 부하가 LED 조명인 경우를 보면 개별 통신에 의하여 각각의 밝기를 조절할 수 있고 밝기의 조절에 전류를 제어하는 수단인 Transistor를 사용하는 것이 보편화 되어 있다. Transistor 의 발열이나 용량 등을 고려할 때 On 과 Off를 번갈아 제어하는 PWM 제어가 일반적인데 이는 Transistor 의 부하곡선에서 On 과 Off 영역에서의 제어를 하므로 발열이 없고 작은 용량의 Transistor 로 제어가 가능한 장점 때문이다.

LED 조명의 경우 PWM 제어에 의하여 특정 주파수나 Duty 로 제어가 가능하며 그 비율을 적절히 조정하여 LED 조명을 작동시키면 조명에서 발광되는 광이 있고 이를 다시 송신부에서 정밀 검출하면 역으로 수신부에서 송신부로 특정한 정보를 전달할 수 있는 가시광통신이 가능하다. LED 조명이 부하가 아닌 경우에도 LED 조명을 부하에 같이 설치하여 그와 같은 가시광통신의 수단으로 이용할 수 있다.

이를 활용할 경우 교류 전원의 기초 주파수 파형의 변화에 정보를 맵핑하여 전송하는 교류 전력선을 이용한 제어 또는 통신에 있어서 수신부와의 통신 성공 여부의 회신 또는 수신부 또는 그와 연결된 부하의 고장 유무 등 동작 검증을 위한 수신부에서 송신부로 정보를 전송하는 방법으로 사용할 수 있다.

교류 전원의 기초 주파수의 제로크로싱 부근에서 파형의 위상제어를 위해 기존에 사용하던 Triac 대신에 MOSFET과 MOSFET의 역방향 직렬 또는 병렬 연결 조합 또는 MOSFET과 제너다이오드의 병렬 연결 조합의 ‘MOSFET스위치부’를 해결 수단으로 사용한다. 이 때 MOSFET 소자 내부에 기생다이오드(바디 다이오드)가 포함되거나 포함되지 않는 경우를 모두 포괄한다. 기생다이오드(바디 다이오드)가 포함된 단일 MOSFET으로 ‘MOSFET스위치부’를 구성할 수도 있다. 각 [도 2],[도 3],[도 4]는 그 예시를 포함하고 있다.

‘MOSFET스위치부’의 MOSFET을 On하는 경우 정상적인 파형의 전원이 수신부로 전달되고 OFF를 하는 경우 제너다이오드, 경우에 따라서는 기생 다이오드, 2개의 MOSFET을 역방향으로 연결한 경우는 MOSFET 소자 양단에 전압이 걸리며 그 전압을 이용하여 송신부에서 필요한 전원을 얻으며 소자 양단에 걸리는 전압으로 인해 파형의 변경이 생기고 그것을 수신부에서 해석하여 통신하는 것이다.

[선행기술문헌]의 [특허문헌] 특허문헌 2, 특허문헌 3의 특허에서도 FET을 이용한다. 특허문헌 2의 경우 다이오드, 저항 및 커패시터를 포함한 위상 제어 발생을 위한 회로부를 FET의 GATE에 연결하고 있고 실제 위상 제어의 작동은 별개의 스위치 소자를 동원하고 있다. 특허 문헌 3의 경우도 소자 구성이 다를 뿐 마찬가지이다.

이와 비교해보면 본 발명에서는 ‘MOSFET스위치부’의 GATE에 마이컴이나 기타 즉시 작동을 위한 조절 입력의 기능을 수행하는 회로 또는 소자를 연결하고 MOSFET의 GATE의 단속을 통해 필요한 시기에 소자 양단에 전압을 발생시켜 변형된 파형을 수신부로 전파하여 통신할 수도 있고 필요한 경우 일정시간 주기적으로 반복되는 정보를 송신하여 이 때 발생하는 소자 양단의 전압을 이용하여 송신부에서 필요로 하는 전원을 얻을 수 있다.

특히 MOSFET를 사용하는 큰 이유는 Gate 에 전류를 흘려서 제어하는 구조가 아닌 전압을 인가하여 제어하는 방식으로 스위칭 과정에서 소비전력이 극히 낮아 전원회로 구성을 간단해지고 전력효율이 좋아지는 장점이 있다.

수신부 부하가 LED 조명인 경우 조명의 광 신호를 직 간접으로 받을 수 있는 위치에 설치된 송신부의 경우 별도의 광 수신을 위한 포토다이오드 또는 포토트랜지스터를 두고 미약한 광 신호를 증폭하기 위한 증폭회로를 추가하여 LED 조명에서 발산하는 광신호의 교류성분을 검출할 수 있도록 구비하고 전력선 통신으로 특정 LED 부하의 수신부를 PWM 으로 제어하여 광을 출력하도록 하고 이를 송신부에서 검출하는 방법을 동원할 경우 정상적인 전력선 통신의 성공 여부의 회신으로 확인 또는 그 부하인 LED 조명 수신부의 정상 동작유무를 확인할 수 있다. 이와 같은 통신 성공 여부의 회신이나 부하의 정상 동작 유무는 LED 부하에 한정하지 않고 다른 종류의 부하에도 LED 발광을 위한 부분을 추가하여 확인할 수 있다.

기축 건물과 같이 건물 내부에 기존 전선이 포설 작업이 되어 있는 경우 기존의 전선 연결을 변경 없이 기존 스위치 기구부를 대체하여 간단한 작업으로 전력선을 통한 통신을 위한 송신부를 설치할 수 있다. 기존 설비를 가급적 변경하지 않고 송신부를 기존 스위치 설비 부위에 대체하려면 이 송신부를 작동시키기 위한 전원은 새로 전선을 포설하거나 트랜스포머로서 전압을 유도하는 AC/DC의 비교적 큰 부피의 부품을 적용하여야 하는 데 이는 기존 설치된 스위치 기구물에 적합한 크기여야 하므로 기 설비된 부위에 장착하는데 문제가 생길 수도 있다.

본 발명의 수단을 동원하면 ‘MOSFET스위치부’의 양단에 걸리는 전압을 그대로 이용하거나 승압하여 송신부를 구동하는 전원으로 만드는데 작은 크기이며 전류소모도 극히 작게 만들 수 있다. 실내 조명의 예를 들면 기존 벽에 매립된 스위치 Box를 대신하여 전력제어 송신부를 위치시키고 기존의 스위치 접점과 같이 연결을 하며 주로 천정에 달려있는 각 조명등의 위치에 밝기 제어가 가능한 본 발명의 교류 전력선 통신 제어 장치의 부하 측 수신부가 내장 또는 외장으로 구비된 LED 등을 장착하면 되기 때문에 설치가 쉬운 것이다.

송신 측에서 각각의 수신 측에 제어 정보를 전송하기 위하여 Triac을 이용하여 위상제어를 하는 경우 Triac 의 구동 시 On상태에서의 전원 Drop 이 본 발명에서와 같이 순방향 Diode 또는 On상태의 MOSFET 보다 크므로 본 발명의 전력손실 부분에서 Triac을 사용하는 기존 방식에 비해 우수하다. Triac의 On되는 시점의 위상제어 정보를 전송하는 경우는 차단되는 전원의 크기가 더 크기 때문에 상대적으로 본 발명이 전원 전송 효율이 우수하다.

송신 측에서 제너다이오드를 포함하는 다이오드 1개와 역방향으로 구동되는 MOSFET 1개로 전력과 정보를 수신 측에 공급하는 ‘MOSFET스위치부’의 구성을 예를 들면 다이오드 및 MOSFET 둘 중 하나가 항상 On되어 있거나 제너다이오드 항복전압 이하의 낮은 전압만 소자에 인가되므로 역 내압이 낮은 다이오드와 MOSFET을 포함하여 낮은 내압의 부품들을 사용할 수 있어 Triac과 비교하여 작고 경제적으로 구현할 수 있다.

Triac을 사용하는 경우와 비교하여 전송하는 전력 파형의 왜곡이 적고 소자 양단간에 항상 걸리는 전압강하를 따지면 누적되는 에너지 손실 면에서도 이익이 있다. Triac을 사용하는 경우는 일정시점까지의 사인파형을 모두 전압 0로 강하되는 파형을 보이나 MOSFET와 역방향으로 다이오드나 제너다이오드를 사용하는 본 발명에서는 사인파형 자체가 0으로 강하되는 것이 아니라 다이오드의 순방향 전압강하 또는 제너다이오드 역방향 항복전압만큼의 소자양단간의 전압 강하만이 발생하므로 전력 파형의 모양이 원 파형과 비슷하여 급격한 순간 전압 변동으로 인한 노이즈의 발생이 없다. 이와 같은 장점들은 전력 전송 효율뿐만 아니고 소자에 발생하는 열 문제에서도 이점이 있어 소형화 하거나 공기 대류 구조를 고려치 않고 밀폐구조의 제품도 만들 수 있는 장점이 있다.

Triac 대신에 다른 소자를 사용하고 스위치를 따로 두지만 스위치에 대한 명확한 내용이 없는 선행기술 상의 특허문헌 2 또는 특허문헌 3의 경우는 MOSFET의 GATE를 시기적으로 조절하는 것이 아니라 수동소자들로 연결하여 위상제어의 시각을 고정하고 있는 의미로 보이며 이는 효율성에 있어서 본 발명이 MOSFET의 GATE를 직접 제어하여 ‘MOSFET스위치부’ 등에 전압강하를 직접 시간적으로 조절하여 발생시킬 수 있는 것과 대비하여 불리하다. 원하는 시간에 송신부가 필요로 하는 전압을 얻는 신호를 발생할 수 있는 구성의 장점은 평시 항상 도통하는 구조로 전압강하가 없으므로 부하에 많은 전력을 공급할 수 있는 장점이며 이는 MOSFET처럼 전압으로 Gate를 구동하는 저전력으로 제어 가능한 소자를 적용하는 이유로 쉽게 가능하다.

‘MOSFET스위치부’에 제너다이오드 대신 역방향의 MOSFET을 적용하거나 또는 기생다이오드가 포함된 MOSFET 소자를 적용한 경우도 마찬가지의 장점이 있다. 다만 전원의 도출을 위해서나 또는 통신을 위하여 기초 주파수의 파형의 변형이 된 모습이 제너다이오드, 기생다이오드, MOSFET에 따라 약간 다르게 나타난다는 것이 다를 뿐이며 발명의 효과는 유사하다.

다이오드의 경우 주로 1V 이하의 순방향 바이어스가 걸리는 경우는 모두 같으며 비교적 낮은 전압이므로 이를 이용할 경우 가능한 승압회로를 사용하는 것이 바람직 하다. 제너다이오드를 적용하는 경우 순방향 바이어스가 걸리는 경우는 다이오드와 동일하며 역방향으로 항복전압을 이용하여 전원을 얻는 구조의 경우를 설명하면 병렬로 구성되는 MOSFET가 정상 동작이 되지 않을 경우에도 제너다이오드의 항복전압 이상 전압이 인가되지 않으므로 회로 보호기능이 기본적으로 구현되고 항복전압까지의 전압이 발생하므로 송신부의 필요한 전원전압을 생성하기 유리한 항복전압을 가진 제너다이오드를 활용하여 쉽게 전원을 얻을 수 있는 장점이 있으며 뒤 단에 승압회로가 불 필요한 장점이 있다.

MOSFET와 일반 다이오드가 병렬 연결되는 구조 또는 기생다이오드가 내장된 MOSFET의 경우 또는 MOSFET끼리 병렬 구성되는 경우 MOSFET의 전원을 제어하는 Gate에 신호를 인가하는 시점에 따라 스위칭부 양단에 걸리는 전압이 달라지므로 정밀하게 조절할 필요가 있으며 송신부에서 필요한 전원 전압 (예 3V )에 일치하는 시간으로 제어를 할 경우 뒤 단의 전원회로가 간단해진다.

따라서 송신을 위한 “0”의 신호는 MOSFET를 항시 On한 경우로 맵핑하며 “1” 신호를 송신하는 경우는 송신부의 전원을 만들기 적절한 전압이 스위칭부에 인가되는 정상보다 늦거나 빠른 시간에 On하는 것으로 맵핑하여 정보를 전송할 수 있으며 이를 수신 측에서 보면 정상적인 제로크로싱 시간이 “0”인 경우는 짧은데 “1”의 경우는 길게 보이며 이를 이용하여 간단한 회로로 통신을 할 수 있는 장점이 있다.

추가로 송신부에 광수신부와 증폭회로를 두어 부하가 LED조명인 수신부에 특정파형의 광을 송출하도록 개별 제어를 하고 이를 송신부에서 확인하는 기능을 둘 경우 전력선 통신의 수신부 동작의 성공 여부와 부하인 LED 조명의 이상유무를 동시에 검증하는 효과를 얻을 수 있어 여러 개의 LED 조명이 하나의 전력선에 연결되어 설치된 경우 각각의 고장유무를 원격에서 관리할 수 있는 장점이 있다. 부하가 LED 조명이 아닌 경우에도 LED 조명을 부가하여 동일한 기능을 수행하게 하면 통신시스템 자체의 관리와 유지 보수에 이익이 있다.

[도 1]
기축 건물의 조명용 옥내 배선에서 직렬로 연결되는 스위치 대신에 ‘스위치송신부’로 대체하였고 서로 병렬로 연결되는 각 부하에 ‘수신부’를 추가하여 기축 건물의 조명에 본 발명을 실시한 경우의 예시이다.
[도 2]
[도 1]의 ‘스위치송신부’의 세부 구성을 보여주는 하나의 예시이다. 외부 AC 전원과는 직렬로 연결되는 단자1, 단자2가 있고 D1 제너다이오드와 Q1 MOSFET가 역방향으로 병렬 연결되어 있는 ‘MOSFET스위치부’가 단자 1, 단자2와 연결되어 있다. MOSFET의 GATE는 통신을 위한 On/Off를 위해 ‘스위치송신부’의 구성요소인 ‘송신측제어부’의 출력포트와 연결되어 있고 ‘MOSFET스위치부’의 양단에 인가되는 전압은 역류방지 다이오드 (D2)를 거치며 평활용 콘덴서 C1을 거쳐 ‘송신측제어부’의 전원으로 사용된다.
[도 3]
[도 1]의 ‘스위치송신부’의 세부 구성을 보여주는 또 다른 예시이다. 역방향 다이오드가 내장된 Q1 MOSFET 의 다이오드에 걸리는 순방향 바이어스 전압을 L1 Inductor 와 Q2 MOSFET, D1 다이오드, C1 콘덴서, PWM 회로에 의하여 Q1 MOSFET에 포함된 다이오드에 낮은 순방향 바이어스 전압을 ‘송신측제어부’에서 필요한 전압으로 승압 하는 DC/DC 회로를 포함 하였으며 Q1 MOSFET를 구동하기 위한 Gate 전압을 만들기 위한 Charge Pump 회로 Block을 포함 시켰다.
[도 4]
[도 1]의 ‘스위치송신부’의 세부 구성을 보여주는 또 다른 예시이다. 통신에 소요되는 부가회로의 소비전력을 가장 최소로 하기 위한 회로이며 병렬로 MOSFET 가 구성되며 Q2는 앞에서의 다른 예의 스위칭과 같은 기능을 수행하나 도면에 표시된 두 개의 Q1의 경우 기존 [도 2]의 D1 다이오드 역할을 하는데 다이오드가 가지는 순방향 스위칭 특성보다 더 낮은 임피던스로 스위칭이 가능하며 그림에서와 같이 Q1은 N-Channel 또는 P-Channel MOSFET 중 선택하여 사용할 수 있으며 하나의 도면 사각형으로 표시한 부분 내부와 같이 표기 하였다.
[도 5]
[도 1]의 ‘수신부’의 예시이다. 부하 측 수신단의 Block도로 부하 측에 공급되는 교류전력에서 송신 측에서 보내는 정보를 복원하기 위한 수신부의 회로의 예로서 제로크로싱 기능을 수행하는 D3 브릿지다이오드와 R1 저항, PC1 포토커플러를 거치고 R2 풀업을 하여 제로크로싱 Pulse를 만드는 기능의 회로 예를 표시하였으며 ID저장부에 내장된 고유의 ID와 일치하는 제어 정보를 해석하여 On/Off 신호 또는 DA Convert를 거친 아날로그 신호 또는 PWM 제어출력신호를 발생 시킨다. 단순히 많이 사용하는 제로크로싱 회로의 예를 포함시켰다. 부하의 종류에 따라 전등과 같은 모듈의 경우 [도 4]의 수신부가 부하와 일체형이 될 수 있다.
[도 6]
부하와 직렬로 연결되는 송신 측에서 전송하는 교류 전력이 [도 2]의 D1 제너다이오드를 통하여 전달 될 경우의 정보와 반대로 Q1 MOSFET를 거쳐 전달되는 경우 파형이 다르며 상위 위상이라고 표기된 Q1과 D1의 각각 동작시간을 표기하였고 부하 측 수신부의 회로를 거쳐 [도 4]의 PC1 포토커플러를 거친 PC1 출력신호가 제로크로싱 출력이며 파형 모양을 표기 하였다. 제로크로싱 파형이 그림과 같이 짧은 경우는 “0” 긴 경우는 “1” 로 맵핑하는 것을 보여주며 지속적으로 신호를 누적하여 송신 측의 정보를 복원한다.

제로크로싱 시점 부근에서의 교류 전원의 기초 주파수의 파형의 변화를 위해 MOSFET과 제너다이오드를 병렬로 연결하던지 또는 2개의 MOSFET을 역방향으로 병렬 또는 직렬 연결하던지 또는 MOSFET 내부에 다이오드 성분으로 포함된 기생다이오드가 포함된 MOSFET으로 구성된 회로를 ‘MOSFET스위치부’라고 명칭 한다. 앞의 두 경우에서 각 MOSFET에 기생 다이오드가 있는 경우도 포함한다. ‘MOSFET스위치부’의 MOSFET의 GATE에 스위칭 On/Off 신호를 인가하여 ‘MOSFET스위치부’ 양단에 걸리는 전압을 활용하여 통신의 송신 측 제어를 위한 회로부인 ‘송신측제어부’의 전원을 얻기도 하고 ‘MOSFET스위치부’에 걸리는 전압 강하로 인해 직렬 연결된 수신 부 부하 측에 전달되는 전력의 파형에 변형이 오고 이 변형여부를 수신부에서 해석하여 통신이 이루어진다.

일반적인 옥내배선에서 부하와 스위치는 [도 1]와 같이 구성된다. 기계적인 스위치 위치에 [도 1]의‘스위치송신부’를 구성하고 ‘스위치송신부’는 누르는 Tact 스위치 또는 터치 스위치 등 다양한 스위치에 의하여 입력을 처리할 수도 있고 외부의 적외선 리모컨, 블루투스 리모컨, Wi-Fi, ZigBee, ISM Band를 포함하는 RF 통신, 기타 주파수 대역의 무선통신 또는 IR, 가시광통신 등의 광통신, 또는 UART, CAN, RS-485, RS-232, SPI, I2C, DALI 통신, Ethernet을 포함하는 유선 통신 수단

또는 음성 및 소리인식 수단을 포함하거나 연결될 수 있다. ‘스위치송신부’는 이들 통신수단으로 빠르게 전송되는 외부 정보를 빠짐없이 처리하기 위해 임시 저장공간을 두고 실시간으로 처리하지 못하는 정보를 일시 저장해두고 Asynchronous하게 순차적으로 전송 처리를 하는 수단을 덧붙일 수 있다.

[도 1]의 ‘스위치송신부’의 세부 구성은 [도 2], [도 3]로 예시할 수 있다. [도 4]은 [도 1]에서의 ‘수신부’를 예시한 것이다. [도 4]의 ‘수신부’ 내부 구성을 살펴보면 전송된 전원입력을 AC/DC로 변환하여 부하에 제어 출력 신호를 출력하고 경우에 따라서는 부하에 전원을 공급하는‘부하측제어부’에 전원을 공급하고 브릿지다이오드와 PC1의 포토커플러를 이용하여 제로크로싱 신호를 생성하는 예를 보였으나 다양한 방법으로 제로크로싱 신호를 만들 수 있으며 송신 측에서의 제로크로싱 신호의 폭으로 맵핑된 정보를 시간에 따라 누적시키고 분석하여 부하의 제어 출력을 만드는 구성을 하고 있다. [도 5]는 전원입력의 제로크로싱 부근의 파형의 변형에 비트 정보가 맵핑 되어 전송된 예를 나타낸 것이다.

[도 2], [도 3]의 ‘스위치송신부’를 더 자세히 살펴보면 AC 전원과 직렬로 연결되는 단자1, 단자2의 ‘단자부’또는 ‘연결부’가 있고, 상기한 ‘MOSFET스위치부’가 있고 ‘MOSFET스위치부’의 양단에 걸리는 전압을 도출하여 ‘스위치송신부’의 ‘송신측제어부’가 구동되기 위해 필요로 하는 전원을 만드는 ‘전원생성부’가 있다. ‘전원생성부’는 [도 2]의 경우 역류방지용 D2 다이오드와 C1 콘덴서로 구성된 부분 [도 3]의 경우 역류 방지용 D1 다이오드와 C1 콘덴서로 구성된 부분에 L1 인덕터와 Q2 MOSFET, PWM 부분이 추가되어 승압을 하는 경우에 해당한다.

‘MOSFET스위치부’의 GATE를 제어하기 위한 ‘송신측제어부’가 있다. ‘송신측제어부’는 마이컴을 포함하여 제로크로싱의 시점을 판단하여 정보를 전송할 경우

MOSFET의 GATE를 단속하는 기능을 수행하며 송신측제어부’자체의 구동전원의 부족한 경우를 판단하여 ‘MOSFET스위치부’의 MOSFET의 GATE를 단속하여 전원을 얻을 수 있지만 일반적으로 지속적인 정보가 주기적으로 전송되는 경우를 가정하면 구동전원이 항시 제공되며 단순히 전원을 얻기 위하여 MOSFET의 GATE를 단속하여 구동할 경우 발생하는 불필요한 정보가 발생하지 않는다.

스위칭 시점을 판단하여 그 신호를 출력할 수 있으면 마이컴에 한정하지 않고 다른 모든 Device가 가능하며 스위칭에 사용되는 MOSFET의 경우에도 낮은 저항 값으로 스위칭이 가능하며 Gate 제어에 작은 전력이 소요되는 Device인 경우 적용이 가능하다.

‘스위치송신부’는 그 외에 외부와의 통신을 위한 유선통신 I/F 모듈 부 또는 무선 통신 모듈을 둘 수 있고 특정 정보를 표시하기 위한 ‘표시부’, 손으로 일으키는 기계적인 조작 또는 터치 정보, 음성정보, 영상정보 기타 외부 정보나 제어 신호를 받아 해석하고 처리하는‘입력부’를 둘 수 있다.

본 발명을 정리하자면 AC 전원에 직렬 연결되는 ‘스위치송신부’, ‘서로는 병렬로 연결되며 ‘스위치송신부’와는 직렬로 연결되는 하나 이상의 ‘수신부’와 그 ‘부하’로 구성한다. ‘스위치송신부’는 다시 ‘단자부’또는‘연결부’,’MOSFET스위치부’,’전원생성부’,’송신측제어부’로 구성되며 필요한 경우‘입력부’,’표시부’, ‘무선통신모듈’,’유선통신 모듈’을 포함하거나 이들 기능을 수행하는 외부 회로와 연결할 수단을 갖는 것이 된다.

‘MOSFET스위치부’에서 제로크로싱 주변에서 통신을 위해 정보를 맵핑 할 수 있고 양단 전압으로 ‘스위치송신부’ 전원을 얻을 수 있는 파형의 변형을 야기하는 과정을 살펴본다. 반도체로 만들어진 다이오드나 MOSFET 등의 스위칭 소자를 사용할 경우 전원의 도통 상태에서도 소자에 양단에 인가되는 일정 전압이 존재하며 Off일 경우에는 부하의 임피던스와 양분되는 전압이 반도체 스위칭 소자에 인가되므로 이 전압을 이용하여 ‘스위치송신부’의 전원을 만들 수 있다.

MOSFET가 Off 상태에서 병렬 다이오드에 순방향으로 전류가 흐르는 상에서는 0.6V 주변의 순방향 바이어스 전압이 다이오드나 제너다이오드 양단에 인가되며 나머지는 모두 부하에 걸리게 되므로 0.5% 이하의 손실 이하로 전력이 부하로 전송이 된다. 제너다이오드에 역방향 전압이 인가되는 상에서 항복전압이 5V인 제너다이오드의 경우 2% 정도의 전력이 제너다이오드에서 소모된다. 이 경우 제너다이오드의 역방향 교류전력의 절반 파형에서 ‘스위치송신부’에서 필요한 안정된 5V 의 전압을 다이오드 양단에서 얻을 수 있다. 더불어 MOSFET가. 정상동작시점을 벗어나 동작을 하는 경우에도 제너다이오드가 장착된 경우 항복전압 이상으로 전압이 인가되지 않으므로 회로보호 기능을 수행 가능하다.

MOSFET 소자를 On시키는 경우 Rds On저항이 극히 낮은 MOSFET의 경우 0V 가까이 인가 전압이 발생하고 전력의 거의 대부분을 부하로 전달될 수 있다. 최근 기술의 발전에 따라 MCU의 경우 전력소비가 극히 낮으며 1V 이하의 전압에서도 구동이 되는 Model도 있으며 저전력 동작을 위한 Wake Up Interrupt 가 발생하기 까지 Sleep Mode 동작을 하는 등 소비전력이 극히 낮으므로 낮은 바이어스 전압의 경우에도 코일과 스위칭 소자의 제어로 높은 전압을 만드는 DC/DC Step Up 회로를 부가하여 전원을 얻을 수도 있고 Capacitor를 이용한 Charge Pumping 회로를 이용할 경우에도 MCU 기타 소자를 위한 높은 전압의 전원으로 변환할 수 있다.

최근 MOSFET의 경우 구조적인 이유로 내부에 기생 다이오드 (Body 다이오드)가 내장된 타입이 많은데 MOSFET 전류 도통의 역방향으로 다이오드가 있어 1V 이하의 낮은 바이어스 전압 이지만 승압 시키는 수단이 구비될 경우 제어회로의 전원으로 사용이 가능하다.

‘스위치송신부’ 전원을 얻으면서 에너지 손실을 최소로 하기 위해서는 송신 측 회로의 전원이 충분한 경우 앞에서 언급한 MOSFET는 교류전원의 반주기 동안 항상 On 시켜 부하에 많은 전력을 공급하는 것이 유리하며 송신 측 회로의 전원이 부족한 경우를 따로 감지하여 MOSFET를 Off 시키거나 일정주기로 정보를 지속적으로 전송하여 송신 측 전원이 항상 충분하도록 하는 것도 중요하다. 송신 측에서 MOSFET를 구동 여부에 따라서 부하 측에서의 제공받는 교류전력의 반파장의 진폭과 폭이 달라지며 이를 이용하여 송신 측에서 디지털 정보를 전송하고 수신 측에서 복원할 수 있다.

[선행기술문헌]의 발명들은 저항과 콘덴서 또는 제너다이오드를 이용하되 위상 제어 시간이 고정되어 있고 제어 시간 동안 전압이 0으로 파형의 왜곡이 심하지만 본 발명은 제로크로싱 시간 주변 MOSFET의 On/Off로 파형의 왜곡이 심하지 않다.

MOSFET의 On/Off의 여부에 따라 제로크로싱 기간 앞 뒤로 파형의 변화의 여부에 정보를 맵핑하여 통신하는 것으로서 [선행기술문헌]의 발명들이 위상제어를 통해 일정 시간 동안 전압을 0로 만들었는지의 여부에 정보를 맵핑하여 통신하는 것에 비해 장점을 얻는 것이다.

전원 상황에 따라 MOSFET의 동작을 번갈아 On과 Off를 할 수 있으며 이 경우 ‘수신부’에서 보면 MOSFET의 On과 Off 상태를 알 수 있는데 교류전력의 매번 변하는 상에 따라 절반은 다이오드 순방향에 의한 것이므로 항상 일정 폭의 사인 파형의 전력이 전달되고 MOSFET 의 도통 방향으로 전력이 전송되는 상에서는 MOSFET 가 On인 경우는 폭이 넓어지며 Off 인 경우 폭이 길어지는 사인 파형으로 전력이 전송이 된다. 따라서 ‘수신부’에서 ‘스위치송신부’ 신호의 제로크로싱 파형을 참고할 경우 송신 측 ‘MOSFET스위치부’의 MOSFET이 On된 경우는 짧은 폭의 신호가 생성이 되고 송신 측 MOSFET가 Off 상태에서는 상대적으로 긴 폭의 제로크로싱 신호가 생성되므로 송신 측의 MOSFET의 구동상태를 복원할 수 있다.

송신 측에서는 수신 측으로 보낼 정보를 시간에 따라 Shift Register 등을 이용하여 직렬화 시키고 상이 변하는 시점에 맞추어 “0”과 “1” 직렬화된 신호를 MOSFET를 일정시간 On/Off 단속하는 동작으로 대응시켜 정보를 전달하고 수신 측에서는 송신 측 전력정보의 제로크로싱 신호를 참고 하여 신호의 폭의 크기에 따라서 “0” 과 “1”을 구분하고 이를 Shift Register 등을 이용하여 직렬화 하는 과정을 거치면 송신 측에서의 전송 정보를 복원할 수 있다. ‘스위치송신부’에서 짧은 시간 부하 측으로 전력이 차단되는 Off 시간에 인가되는 전압을 이용하여 ‘스위치송신부’ 전원전압으로 사용하는데 많은 전력을 전송하기 위하여 낮은 전압을 승압 시키는 회로도 선택적으로 포함 가능하다.

기생다이오드(바디 다이오드)가 포함된 단일 MOSFET의 경우 낮은 다이오드의 순방향바이어스 전압에서 전원을 얻을 경우 승압회로가 필요하며 역방향 바이어스에서 전원을 얻을 경우 수십V 항복전압의 제너다이오드가 병렬로 달린 것과 등가회로이므로 높은 전압이 인가되는 상황에 대한 보호 대응으로 “1” 정보를 전송할 경우 수 V 미만의 전압만 인가되도록 제로크로싱 주변의 짧은 시간 정밀하게 제어하는 것이 바람직하다.

두 개의 MOSFET을 역방향으로 병렬로 연결한 ‘MOSFET스위치부’를 사용하는 경우를 설명한다. “0” 정보만 전송하는 경우 송신은 두 MOSFET이 모두 항시 On인 경우로 교류 전류의 반 파장은 첫 번째 MOSFET으로 온전히 흐르고 나머지는 두 번째 MOSFET으로 온전히 흘러 가장 많은 전력이 부하로 전달이 된다. “1” 정보를 간혹 전송할 경우 Off 시 인가되는 전압을 ‘스위치송신부’ 전원으로 사용 가능한 MOSFET 의 경우 반파장의 시작인 경우는 늦게 끝부분인 경우는 빠르게 MOSFET 를 On과 Off를 하여 Off인 경우 MOSFET에 인가되는 전압으로 ‘스위치송신부’ 전원을 충전하고 역방향으로 전류를 흘리는 MOSFET의 경우 해당 반 파장에서 온전히 On상태를 유지하여 최대의 전력을 전송한다. 이 경우 2개의 MOSFET는 Gate 구동이 편리하도록 N-Channel 과 P-Channel 2종의 MOSFET 일 수도 있으며 한종의 MOSFET으로 구성이 되나 GATE 구동에 필요한 전압을 만들기 위한 Charge Pumping 회로를 포함할 수도 있다. .

기생 다이오드가 내장된 두 개의 MOSFET를 직렬로 연결할 경우를 설명한다. 병렬로 기생다이오드가 존재 하므로 역방향으로 2개의 MOSFET를 직렬로 연결하는 구조도 같은 용도로 사용이 가능하며 병렬로 연결한 경우보다 순방향 바이어스가 걸리는 한쪽 기생 다이오드의 전압 Drop 분량 에너지 손실이 있어 전력 전송 효율이 MOSFET과 병렬로 다이오드를 연결한 간단한 경우와 같으므로 비용 대비 효과를 고려하면 바람직하지 않다.

앞에서 언급한 다양한 직렬 스위칭 수단에서 ‘스위치송신부’의 전원을 얻을 수 있는 큰 이유는 다수의 수신 제어기를 포함하는 부하의 병렬 연결에서 부하에 전원이 공급되지 않는 높은 임피던스의 대기상태에서도 각 수신부 동작을 하기 위한 일정수준 전류가 흐르기 때문이며 ‘스위치송신부’에서는 간단한 회로로 구동전원을 얻을 수 있다.

[도면]의 예로서 설명한다. [도 2]에서 보면 AC 전원을 제어하는 용도로 ‘MOSFET스위치부’에서 Q1 MOSFET과 역방향으로 도통하는 D1 다이오드를 병렬 연결하여 부하와 직렬 연결한다. 역방향으로 구성된 D1 다이오드가 도통하는 방향으로 AC 전기가 흐르는 경우 전류에 따른 다이오드의 순방향 바이어스 전압만 ‘MOSFET스위치부’ 양단에 걸리고 도통 상태가 된다. 반면 Q1 MOSFET의 DRAIN에서 SOURCE 방향으로 전류를 흘리는 방향의 상에서는 교류 전력의 특성에 따라 초기 Off 상태에서 순차적으로 전원 전압이 커지며 Q1 MOSFET이 On이 되지 않은 상태에서 전원 전압이 모두 DRAIN과 SOURCE 사이에 인가되고 Q1 MOSFET가 On 되기 전까지 점차 커지며 이 전압을 역류방지용 D2 다이오드와 C1 콘덴서로 구성된 ‘전원생성부’를 거쳐 안정된 전원으로 도출 할 수 있다.

‘MOSFET스위치부’의 다이오드 D1의 경우 제너다이오드를 사용하는 [도 2]의 경우 Q1을 동작시키지 않더라도 제너다이오드에 의하여 자동적으로 항복전압 이상이 전체회로에 인가되지 않으므로 모든 부품을 낮은 역 내압의 부품을 사용할 수 있으며 앞에서 언급한 “1” 출력인 경우 Q1를 구동시키지 않아도 되므로 제어가 편리하지만 많은 전력을 전송하기 위하여 항복전압 이상이 걸리는 구간에서 Q1을 On하는 것이 바람직하다.

[도 3]에서 보면 부하 측에 많은 전력을 전송하도록 하기 위하여 기생 다이오드가 내장된 MOSFET 의 경우를 적용하여 기생 다이오드가 순방향인 경우 바이어스 전압이 0.7V 주변 낮은 값이 되는데 이렇게 낮은 전압의 전원을 뒤 단에 L1 Inductor와 Q2 MOSFET2, D1 다이오드, C1 콘덴서와 Q2 MOSFET을 제어하는 PWM회로에 의하여 Step Up 승압회로를 구현하거나 도면으로 설명하지 않지만 다수의 콘덴서에 병렬로 전압을 인가한 후 각각의 콘덴서의 충전이 완료되면 병렬 연결된 콘덴서들을 직렬 연결로 바꾸어주는 Charge Pumping 회로 등을 사용하여 ‘송신측제어부’에서 필요한 충분한 전압으로 승압하여 전원으로 사용한다. 이 경우 주기적인 데이타의 송신이 없어도 교류전원의 반주기 마다 항상 ‘스위치송신부’의 전원을 공급할 수 있는 장점이 있으나 승압회로 적용에 따른 전원회로가 복잡한 단점아 있다.

[도 2]의 경우 뒤 단의 전원을 충전하는 ‘전원생성부’의 C1 콘덴서에 충전된 전원 전압이 내부 전원 수요가 많을 경우 빨리 방전하게 되므로 일정 전압 이하일 경우 ‘MOSFET스위치부’의 MOSFET를 On 시키는 시간을 줄여서 전원회로에 더 많은 전력을 공급할 수 있도록 피드백이 거는 구조로 실시하면 더욱 바람직하지만 주기적으로 일정 데이타를 전송하여 전원을 충당하게 하는 방법도 유용하다. .

[도 2]에서 ‘MOSFET스위치부’의 D1을 순방향으로 통과하는 반주기 전압의 사인파형의 Level은 변화가 없지만 ‘MOSFET스위치부’의 Q1 MOSFET를 거쳐 전류가 흐르는 반주기에 MOSFE가 Off 된 경우 시간에 따라 전압 레벨도 변화되고 시간 폭도 변하는 원래의 교류전압이 MOSFET 양단에 인가되는 형태가 된다.

전력전송이 많지 않는 제로크로싱 주변 시간에 ‘MOSFET스위치부’의 Q1 MOSFET를 On과 Off 하는 시간을 [도 4]과 같이 예시된 회로를 구성하면 부하 측의 수신부에서 제로크로싱 시간의 폭으로 송신 측 정보를 복원이 가능하므로 누적하고 이를 각각의 부하를 제어하는 정보의 전달 수단으로 사용한다.

[도 2]에서 ‘송신측제어부’의 경우 자체적으로 기계적인 스위치나 손의 터치를 센싱하는 ‘입력부’의 입력대로 부하를 제어할 수 도 있지만 유선통신 Interface에 의하여 전기적 절연이 보장된 유선통신수단이나 (DALI 규격 등) RS-485 통신이나 IR, 가시광통신, RF 등의 무선통신 수단 및 음성, 소리인식에 의하여 각각의 부하들을 제어하는 정보를 받아 부하 측으로 제어 정보를 전달 할 수 있음은 이미 설명하였다.

[도 5]에서 보면 ‘스위치송신부’에서 보내는 교류 전력신호를 D3 브리지 다이오드를 거치고 R1 저항을 거친 뒤 PC1 포토커플러를 거친 신호를 R2로 풀업하게 되면 일반적으로 통칭하는 AC전원의 제로크로싱회로 출력이 되며 포토커플러 내부의 LED를 포함한 다이오드 들의 순방향 바이어스 전압을 충분히 공급하지 못하는 제로크로싱 구간을 통하면 [도 6]의 PC1 출력과 같은 파형이 부하 측 제어부 MCU에 입력이 된다. PC1 출력의 펄스 폭을 보면 송신 측에서 주기적으로 [도 2]의 ‘MOSFET스위치부’의 Q1 MOSFET의 제어를 통하여 전송한 정보를 알 수 있으며 [도 5]에서 표기한 것과 같이 “0”과 “1” 신호를 생성할 수 있고 이를 누적시킬 경우 ‘스위치송신부’에서 보내는 정보를 복원할 수 있다. .

전술한 통신 방법으로 부하가 있는 ‘수신부’에 제어하고자 하는 부하의 ID 또는 Address 를 포함하고 제어하기 위한 Code를 연속하여 보낼 경우 ‘수신부’에서는 이를 재 조합하여 송신 측에서 의도하는 뒤 단의 부하를 On/Off 하거나 부하에 공급되는 전력을 미세조정 할 수 있으며 조명의 경우 밝기/색상 조절을 위한 Dimming 정보를 전송할 수 있다. 추가하여 ‘수신부’에서 주기적으로 발생하는 ‘스위치송신부’측 신호가 반영된 제로크로싱 출력신호를 PLL (Phase Locked Loop) 기술에 의하여 Locking 시킬 경우 더욱 안정되게 ‘스위치송신부’측 정보를 읽을 수 있는 장점이 있다.

결국 [도 1]에서와 같이 기존 AC 상용 전원과 부하 사이에 직렬로 ‘스위치송신부’를 연결하는 경우 기존의 스위치 박스나 공간의 제약이 없이 간단하게 설치 가능하며 소비전력이 작아 열과 Distortion 발생이 줄며 LED 전등 등으로 대표되는 교류 부하 측에 ‘수신부’를 통하여 각각의 부하의 전원제어 또는 LED의 밝기 조절이 가능하다.

전력선 제어를 통하여 LED등을 제어하는 경우 정상 통신 여부와 LED등의 정상 동작 유무를 확인하기 위하여 개별 LED등에 특정 Pattern 의 PWM 제어 동작이 일정시간 지속적으로 동작하게 하고 ‘스위치송신부’에서 미약하지만 해당 광 신호를 증폭하여 수신부 LED등의 특정 Pattern 동작을 확인하는 과정을 거치면 정상통신 여부의 확인과 수신부의 LED등의 정상 동작 여부를 동시에 확인 가능하며 이 과정을 여러 LED 등에 순차적으로 수행할 경우 각 LED 조명의 이상여부를 원격으로 확인 가능하다. 부하를 LED등에 한정하지 않고 다른 종류의 부하에도 통신의 정상 수신 여부 또는 부하의 정상 동작 여부를 ‘스위치송신부’에 확인시켜주기 위한 수단으로 LED등의 발광부를 부가하면 관리와 유지보수에 있어서 대단히 편리하다.

기존의 옥내 배선의 전력선 중 하나를 선택하여 그 부하에 새로‘수신부’를 부가하여 본 발명을 실시하거나 또는 새로 ‘수신부’가 부가되는 부하들을 위해 전력선을 설치하는 경우에 기존에 설치된 조명 기구들과 배선 중에는 ‘수신부’를 부가할 필요 없이 그대로 존치 시킬 필요가 있을 수 있다.

그러나 이 경우에도 새로 설치하는 ‘스위치송신부’를 통해 이들을 제어할 필요성이 있다. ‘수신부’가 연결되는 전력선 이외에 기존 부하가 연결된 ‘수신부’를 새로 부가하지 않는 전력선을 ‘제2전력선’이라 칭한다. ‘제2전력선’은 ‘수신부’를 부가하는 전력선과는 병렬로 연결되는 별도의 전력선이 되며 ‘스위치송신부’의 ‘송신측제어부’의 포트를 이용하여 이‘제2전력선’의 단속 까지도 제어할 수 있으면 매우 편리하다.

‘제2전력선’에 연결된 ‘수신부’가 없는 기존의 부하들 역시 터치나 기계적 스위치 외에 외부에서 전달된 음성, 유선 무선 기타 다양한 제어의 범위로 넣기 위해서는 제어 신호나 명령에 반응하기 위해 항상 전원이 공급되고 있는 제어 명령을 수행하는 장치가 필요하다. ‘제2전력선’의 단속만을 위한 릴레이 또는 Triac 또는 SSR 소자인 ‘제2전력선스위치소자’를 동원하고,‘스위치송신부’의 ‘MOSFET스위치부’와 ‘전원생성부’를 통해 항상 자기 기동 가능한 전원을 생성할 수 있는 ‘송신측제어부’를 활용하여 ‘제2전력선스위치 소자’의 단속 제어신호를 생성하도록 구성하면 ‘수신부’를 새로 설치할 필요가 없는 기존의 부하들을 일괄 제어하는 것도 가능하여 편리하다.

없음

Claims (4)

1. 교류 전원의 파형의 변화에 정보를 맵핑하여 정보를 전송하는 교류 전력선을 이용한 제어 또는 통신에 있어서;
   ‘MOSFET과 병렬 연결되는 다이오드, 또는 MOSFET과 병렬 연결되는 역방향의 제 2의 MOSFET, 또는 기생다이오드를 포함하는 MOSFET 단일 소자로 구성된 ‘MOSFET스위치부’;’MOSFET스위치부’의 양 단과 한쪽은 AC 전원 다른 쪽은 부하로 직렬 연결하는 ‘단자부’또는 ‘연결부’; ‘MOSFET스위치부’의 MOSFET GATE에 스위칭 On/Off 신호를 발생하여 통신용 파형을 생성하는 ‘송신측제어부’; 를 포함하는 ‘스위치송신부’를 가지며, ‘송신측제어부’가 전송할 정보에 따라 ‘MOSFET스위치부’의 MOSFET의 GATE에 제어 신호를 인가하여 교류 전력의 기초 주파수 파형을 변형시켜 ‘수신부’에 전송하며; ‘수신부’는 인입되는 AC 전원 기초 주파수 파형의 변형에 맵핑된 정보를 복원하는 것을 특징으로 하는 전력선 제어 또는 통신 장치
2. 1항에 있어서;
   MOSFET스위치부’양단에 발생하는 다이오드의 순방향 또는 역방향 바이어스 전압 또는 MOSFET가 Off 된 경우 인가되는 전압을 이용하여 ‘송신측제어부’의 전원으로 사용하기 위하여 역류 방지용 다이오드와 전원 안정화를 위한 평활용 콘덴서를 사용하여 직류 전원으로 직접 변환 하거나 Inductor 또는 콘덴서를 이용한 승압회로를 사용하여 직류 전원으로 변환하는 ‘전원생성부’가 추가된 것을 특징으로 하는 전력선 제어 또는 통신 장치
3. 1항에 있어서;
   '수신부'의 LED 조명의 특정한 단속 동작에 따른 발광을 감지하여 이를 수신부의 상태 또는 수신 여부의 정보로 해석하는 용도의 포토다이오드 또는 포토트랜지스터 소자와 증폭회로가 '스위치송신부'에 부가된 전력선 제어 또는 통신장치
4. 1항에 있어서;
   ‘수신부’들이 연결된 전력선과는 별도로 병렬로서 AC전원에 연결되며 하나 이상의 부하가 물리는 ‘제2전력선’을 가지며; ‘제2 전력선’의 단속을 위한 릴레이 또는 Triac 또는 SSR 소자인 ‘제2전력선스위치소자’를 가지며; ‘제2전력선스위치 소자’의 단속 제어신호는 ‘송신측제어부’의 포트에서 생성하는 것을 특징으로 하는 전력선 제어 또는 통신 장치

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