함침된 나노결정립 리본을 이용한 광대역 유도형 결합기 연구

A Study on Broadband Inductive Coupler using Impregnated Nanocrystalline Ribbon

Abstract

페라이트 코어는 연자성 재료로서 유도형 전력선 통신을 위한 결합기 제작에 사용되고 있다. 그러나 전력선 통신환경에 따라 크기를 자유롭게 조절하기 어려운 재료이다. 본 논문에서는 페라이트 보다 투자율이 높은 나노 결정립합금을 이용하여 광대역 전력선 통신용 유도형 결합기 재료로 적용할 수 있음을 보고한다. 나노결정립은 얇은 리본 형태로 제조되므로 토로이달 코어에 감긴 리본의 횟수로 결합기의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다. 함침법으로 만든 코어를 이용하여 유도형 결합기를 제작하였고, 이를 비접촉식 전력선 통신용에 적용할 수 있음을 보여주었다. 실험결과 100 A 이하의 선로 전류변동 조건에서 통신거리 100 m 까지는 45 Mbps, 200 m 까지는 8 Mbps의 대역폭을 보였으며 수신율은 100 %이였다.

Ferrite cores are used as a soft magnetic material in the fabrication of couplers for inductive powerline communication (PLC). However, it is difficult to adjust the size freely according to the power-line and power-grid environment. In this paper, we report that a nano-crystalline alloy with higher permeability than ferrite can be used as an inductive coupler for non-contact PLC. Since nano-crystalline are produced in the form of a thin ribbon, the size of the coupler can be freely controlled by the number of ribbons wound on the toroidal core. It was fabricated with induction type coupler and showed to be suitable for non-contact power line communication. Experimental results show that the communication bandwidth is 45 Mbps for 100 m and 8 Mbps for 200 m under the current fluctuation of less than 100 A, and the reception ratio is 100%.

Fig. 1. The permeability of the samples. 그림 1. 자심재료의 투자율

Fig. 2. The insertion loss of core. 그림 2. 자심재료의 삽입손실

Fig. 3. Characteristics of Fe-based magnetic core according to annealing temperature. (a) magnetic flux density, (b) permeability. 그림 3. Fe계 자심의 열처리 온도에 따른 특성. (a) 자속밀도, (b) 투자율

Fig. 4. Inductive coupler. (a) Cross sectional view, (b) insertion loss for the number of cores. 그림 4. 유도형 결합기. (a) 단면사진, (b) 코어의 개수에 의한 삽입손실

Fig. 5. Vacuum impregnation device. 그림 5. 진공함침장치

Fig. 6. Impregnation time of core and insertion loss of coupler. 그림 6. 자심의 함침시간과 결합기의 삽입손실

Fig. 7. Experimental setup for inductive PLC test under current change. 그림 7. 전류 변화에 대한 유도형 전력선 통신 실험도

Fig. 8. Insertion loss of coupler due to current change. 그림 8. 전류변화에 의한 결합기의 삽입손실

Fig. 9. Measurement of transmission bandwidth using Jperf. 그림 9. 통신 대역폭을 측정하는 Jperf

Table 1. Type of sample magnetic cores. 표 1. 샘플 자심의 유형

Table 2. PLC performance according to current change and distance. 표 2. 전류와 통신거리에 따른 전력선통신 성능