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Network Tech/전력선 통신 PLC

2. 전력선통신 커플링 회로 - 커플링 기초



두번째 포스트로 커플링 회로의 기초에 대해 얘기해보려 합니다.



통신 신호를 전력선 회로에 주입(inject)하는 것은 일반적으로 트랜시버의 출력을 전력선에 커플링??하는 방법으로 이루어집니다. 커플링 캐패시터(coupling capacitor) 덧붙여, 인덕터(inductor) 또는 트랜스포머(transformer) 보통 존재하게 되고요. 통신 신호를 받을 , 커플링 캐패시터(coupling capacitor) 인덕터(inductor) 또는 트랜스포머(transformer) 함께 High-pass filter로써 동작하게 됩니다. High-pass filter 트랜시버의 통신 신호는 통과시키고, AC 전력의 신호(50Hz 또는 60Hz) 감쇠시키게 됩니다. 아래 그림은 기본적인 커플링 회로의 모형이라고 할 수 있습니다. 간단한 하이패스 필터죠... Capacitor 값은 통신 주파수에서의 임피던스가 낮도록 충분히 값을, 또한 동시에 AC 전력 주파수(50Hz 또는 60Hz)에서의 임피던스는 높도록 적당히 작은 값을 선택하게 됩니다. Capacitor 임피던스는 아래 그림에서의 트랜스미터의 출력 임피던스(Z0 Transmitter) 일부로 간주하게 되고 커플링 capacitor 임피던스를 낮게 유지함으로써, 증폭기의 출력 임피던스와 mains loading(ZLoad) 간에 형성된 분압기(voltage divider) 인해 생기는 signal injection loss 최소화할 있게 됩니다.

Inductor 값은 PL 스마트 트랜시버의 통신 주파수에 상대적으로 높은 임피던스를 있도록 선택하게 됩니다. 그리고 Inductor 임피던스는 아래그림에서의 리시버 입력 임피던스(Zi Receiver) 일부로 간주하게 됩니다. Inductor 임피던스를 높게 유지함으로써, 전선 임피던스(wiring impedance) 리시버 입력 임피던스간에 형성된 분압기로 인한 신호 손실을 최소화할 있게 됩니다.


Basic Mains Coupling Circuit

커플링 회로의 타입에 영향을 미치는 하나의 요인은, 커플링 회로가 연결될 전력 분배 시스템(power distribution system) 배선 형태입니다. 즉 분전함의 배선상태죠. 배선 topology 어플리케이션에 따라서, 또는 국가에 따라서도 여러 종류가 있는데 배선 형태는 가지의 범주로 나누게 됩니다: 별도의 earth contuctor 존재하며 접근 가능한 형태와 earth conductor 존재하지 않는 가지가 있습니다

 


Earth conductor 존재하는 형태에서는, line-to-earth 커플링 방식이 가장 나은 통신 성능을 보여줍니다. Line-to-earth 커플링에서는, 통신 신호는 line 선으로 커플링되고, earth 통신 신호의 return path 사용됩니다. 커플링 방법은 earth-return 커플링이라고 부르기도 합니다. Line-to-earth 커플링을 사용하는 데에는 지역에 따라 법적인 제한이 존재하는데 일반적으로, 법규상 earth safety ground 필요하며 associated 50/60Hz 누설 전류를 허용하는 북미 비유럽 국가들에서는 line-to-earth 커플링은 상업적 어플리케이션에서만 사용되게 됩니다. 아래그림은 line-to-earth 커플링 회로의 간단한 예를 보여주고 있습니다.


Line-to-Earth Coupling 회로

 

Line-to-earth 커플링의 이점을 이해하기 위해서는, 신호 감쇠의 요인이 line neutral 간의 연결된 다른 디바이스들로부터 비롯된 부하였다는 것을 떠올리면 간단합니다. 부하들은 line-to-earth 커플링을 사용할 경우에는 신호 감쇠에 아주 미약한 영향만을 끼치게 되는겁니다. 필드 측정에서 실제로 line-to-earth 커플링을 사용하지 않은 경우에 비해 사용한 경우에 받은 신호-노이즈 비율(received signal-to-noise ratio) 15dB 이상이나 향상되는게 일반적입니다. 이런 이유에서, 해당 배선 시스템에서의 안전한 ground 연결이 사용 가능한 경우에는, line-to-earth 회로가 많이 이용됩니다.

 안전한 ground 연결이 사용 가능하지 않은 경우에는, 혹은 line-to-earth 커플링이 법적으로 불가능한 경우에는, 커플링 회로는 line neutral 사이에 연결하게 됩니다. 일반적으로 우리나라의 경우죠. 이러한 커플링 방법을 line-to-neutral 또는 neutral-return 커플링이라고 부릅니다. Line-to-neutral 커플링은 주로 세계적으로 어플리케이션에 주로 사용되며, 아래 그림처럼 표현됩니다.


Line-to-Neutral Coupling

 

다음 포스트에서는 위 두 기본 회로가 실제 어플리케이션에서 사용되는 형태로 알아볼 예정입니다


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