CN102006701A - 基于电力载波通信的智能led电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力载波通信的智能LED电源，该智能LED电源包括：耦合电路，电力载波通信模块，MCU模块，检测电路，滤波电路，可调光恒流模块等，与原来的LED电源相比，增加了电力载波通信模块并且电力载波通信模块与MCU模块进行双边通讯。本发明在LED电源上使用电力载波通信技术进行远程控制，利用现有的供电线路通信：无需另布线、易施工、成本低。有线通信不受天气和地形影响，保证了系统可靠性。

Description

基于电力载波通信的智能LED电源

技术领域

本发明涉及LED产品电源，具体涉及一种利用电力载波来远程控制的LED电源。

背景技术

随着智能系统这个话题的兴起，也给电力载波技术的发展带来了一个新的舞台。在目前的智能系统中，以PC机为核心的智能系统是最受人热捧的。该系统的观念就是，随着电脑的普及，可以将所有电器需要处理的数据都交给PC机来完成。这样就需要在电器与PC机间构建一个数据传送网络，现在大家都看好无线，但是在城市这个环境中，“高楼多”这一特征严重影响着无线传输的质量。如果架设专用有线网络会大大增加成本，这就给无须重新架线的电力载波通讯带来了机遇。

电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

但是电力线载波通讯因为有以下缺点，导致PLC主要应用——“电力上网”未能大规模应用：

1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送；

2、三相电力线间有很大信号损失(10dB-30dB)。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输；

3、不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用；

4、电力线存在本身固有自的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和60HZ，其周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用；

5、电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。

目前的LED电源主要包括以下功能

1.整流：把市电由交流变换为脉动直流

2.主动PFC：通过高频脉冲开关校正输入电压和电流的相位，使整个电源功率因数提高

3.功率变换：通过功率变压器把高电压的脉冲电流变换为低压大电流的交流，同时提供高低压的电气隔离。

4.整流滤波：把高频的交流变换为高频直流，同时进行滤波成为纹波非常小的直流电。

5.输出：负载LED

6.取样反馈/保护：对电源输出的电流电压进行检测，并反馈到前级，以保持额定的电流对LED进行驱动，同时对电源输出情况进行监控，在出现异常的时候关断电源的工作。

7.PWM控制器：接受反馈信号和控制信号，调整脉宽比，完成调整输出和延时启动关断等功能。

但是，还没有任何一个LED电源利用电力载波系统来完成远程控制。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种利用电力载波通信技术来控制的智能LED电源，使LED照明产品不需要增加其他的附属设施就能够实现对LED灯的远程控制。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于电力载波通信的智能LED电源，该智能LED电源包括：

耦合电路，与市电相连，将市电耦合到电力载波通信模块，为电力载波模块提供电源，电力载波通信模块通过耦合电路向电网传送与接收来计算机网络操作终端的消息；

电力载波通信模块，串接在耦合电路的输出回路上，接受来自计算机网络操作终端的控制软件的命令，包括灯具的(开关控制、调光控制、状态查询、定时控制、故障报警、系统检测等)这些数据可有控制器服务器通过远程操作进行读取，采用双载波通信频率可有效避免干扰；此模块采用了ISO/IEC14908、EN14908、GB/Z 20177等标准；模块采用BPSK的调制方式传输信号，通信频率在C波段的情况下为5.4Kbps.BPSK技术称为二进制相移键控调制技术，当工作在C波段时，有两个载波频率：第一载波频率为132KHZ，第二载波频率为115KHZ。第一载波频率具有更好的畸变纠正能力和更强大的数据包分析能力和抗噪声能力，第二载波频率比第一载波频率的误差校正能力强，这些性能使得电力载波通信模块可以纠正电力线信号中多种多样的干扰，包括脉冲干扰、连续噪声干扰、相位畸变等；

MCU模块，串接在电力载波通信模块的输出回路上，处理检测电路提供的数据，并与电力载波通信模块进行双边通信，将处理的LED灯具的信号(灯具亮度、温度、电压、电流、亮灯时间等)发送至电力载波通信模块，电力载波通信模块再将信号返回至计算机网络操作终端，MCU还将处理经由服务器发送至电力载波通信模块的命令如(开关灯、亮度调节、状态查询等)；

检测电路，与LED灯具相连，为LED灯具提供亮度检测、温度检测、电压、电流的数据采集，并将采集的数据返回至电力载波通信模块；

滤波电路，也与市电相连，将市电电流平滑，消除电流杂波和高次谐波；

PWM电源，串接在滤波电路的输出回路上，提供交流到直流的输出，并带有脉宽调制功能，电路带PFC电路，通过高频脉冲开关校正输入电压和电流的相位，使得PWM电源的效率与功率因数提高；

可调光恒流模块，串接在PWM电源的输出回路上，并且同时与MCU模块相连，为LED灯具提供恒流输出，同时附带调光功能。

更进一步的技术方案是：

所述的智能LED电源还包括控制系统电源，该控制系统电源经耦合电路为电力载波通信模块及MCU提供工作电流。

所述的可调光恒流模块还附带过流保护及短路保护功能。

所述的电力载波通信模块采用PL3120芯片及作为电力载波电源的主要通信芯片，利用此芯片的电力载波通信功能辅助设计外围电路，使其的干干扰能力加强。适应谐波比较严重情况下的电网。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在LED电源上使用电力载波通信技术进行远程控制，利用现有的供电线路通信：无需另布线、易施工、成本低。

2、有线通信不受天气和地形影响，保证了系统可靠性。

3、可对路灯进行分区、分线路、分组管理(如半/全夜灯分组)，按工作日、节假日、季节等设定自行开关时间。

4、及时远程操控应对突发情况如天气突变和事故灾害等。

5、特殊场所动态情景照明及照度调节，照明人性化。

6、定时调光降低能耗，节能减排，延长灯具寿命。

7、路灯故障自动上报，防范“黑灯”隐患，保障点亮率。

8、线路电缆防盗报警，保护国家财产及道路安全。

9、随时远程调整参数设置，方便管理，提高效率。

附图说明

图1为本发明电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，一种基于电力载波通信的智能LED电源，该智能LED电源包括：

耦合电路，与市电相连，将市电耦合到电力载波通信模块，为电力载波模块提供电源，电力载波通信模块通过耦合电路向电网传送与接收来计算机网络操作终端的消息；

电力载波通信模块，串接在耦合电路的输出回路上，接受来自控制计算机网络操作终端控制软件的命令，包括灯具的(开关控制、调光控制、状态查询、定时控制、故障报警、系统检测等)这些数据可有控制器服务器通过远程操作进行读取，采用双载波通信频率可有效避免干扰；此模块采用了ISO/IEC14908、EN14908、GB/Z 20177等标准；模块采用BPSK的调制方式传输信号，通信频率在C波段的情况下为5.4Kbps.BPSK技术称为二进制相移键控调制技术，当工作在C波段时，有两个载波频率：第一载波频率为132KHZ，第二载波频率为115KHZ。第一载波频率具有更好的畸变纠正能力和更强大的数据包分析能力和抗噪声能力，第二载波频率比第一载波频率的误差校正能力强，这些性能使得电力载波通信模块可以纠正电力线信号中多种多样的干扰，包括脉冲干扰、连续噪声干扰、相位畸变等；我们可以选择PL3120\PL3150等电力载波通信芯片作为此模块的主要芯片。

MCU模块，串接在电力载波通信模块的输出回路上，处理检测电路提供的数据，并与电力载波通信模块进行双边通信(通过I2C总线)，将处理的LED灯具的信号(灯具亮度、温度、电压、电流、亮灯时间等)发送至电力载波通信模块，电力载波通信模块再将信号返回至计算机网络操作终端，MCU还将处理经由服务器发送至电力载波通信模块的命令如(开关灯、亮度调节、状态查询等)；本模块可以使用FAN7328系列芯片来完成相应功能。

检测电路，与LED灯具相连，为LED灯具提供亮度检测、温度检测、电压、电流的数据采集，并将采集的数据返回至电力载波通信模块；

滤波电路，也与市电相连，将市电电流平滑，消除电流杂波和高次谐波；

PWM电源，串接在滤波电路的输出回路上，提供交流到直流的输出，并带有脉宽调制功能，电路带PFC电路，通过高频脉冲开关校正输入电压和电流的相位，使得PWM电源的效率与功率因数提高；(FAN4800芯片可实现)

可调光恒流模块，串接在PWM电源的输出回路上，并且同时与MCU模块相连，为LED灯具提供恒流输出，同时附带调光功能。可调光恒流模块还附带过流保护及短路保护功能。本模块可以采LM3421\MBI6602等带PWM控制的升降压的IC芯片实现相应功能。

LED电源还包括控制系统电源，该控制系统电源经耦合电路为电力载波通信模块及MCU提供工作电流。

所述的电力载波通信模块采用PL3120芯片及作为电力载波电源的主要通信芯片，利用此芯片的电力载波通信功能辅助设计外围电路(根据芯片厂商给出的参考设计进行)，使其的干干扰能力加强。适应谐波比较严重情况下的电网。

通过单片机对可调光模块进行0％～100％调节(DIM端输入)，实现LED亮度调节，且根据亮度传感器进行检测反馈，看是否实现调光，并提高调光精度。

灯的开关有两种主案：一是通过单片机继电器直接对24V开关电源与输入电源进行断开。二是通过将可调光恒流模块置为待机状态，此时此模块有45uA的待机电流。前者优点在于断开后后级电路无功率损耗，但若打开电源进行控制需要时延。后者断开后有功率损耗。

我们选择前一种方案。

测量供电电压，电流，功率，功率因数，消耗的电能。

单片机对输出电流电压进行测量，通过软件计算，然后将此值通过电力载波传到上级控制系统。

整流器运行时间及当前温度

当单片机测量有电流输出时进行计时(软件实现)。

温度传感器测量温度。

提供灯具损坏的报警信息

当单片机在一较长时间(超过调光PWM的周期)检测到电流值始终为0，且未进行0％的调光，同时结合亮度传感器传回的数值进行结合综合判断，得出灯具是否损坏。(可调光恒流模块具有短路保护)

Claims (5)

1.一种基于电力载波通信的智能LED电源，其特征在于：该智能LED电源包括：

耦合电路，与市电相连，将市电耦合到电力载波通信模块，为电力载波模块提供电源，电力载波通信模块通过耦合电路向电网传送与接收来计算机网络操作终端的消息；

电力载波通信模块，串接在耦合电路的输出回路上，接受来自计算机网络操作终端的服务器控制软件的命令，这些数据可有控制器服务器通过远程操作进行读取，与MCU模块采用双边通信频率，有效避免干扰；

MCU模块，串接在电力载波通信模块的输出回路上，处理检测电路提供的数据，并与电力载波通信模块进行双边通信，将处理的LED灯具的信号发送至电力载波通信模块，电力载波通信模块再将信号返回至计算机网络操作终端，MCU还要处理经由计算机网络操作终端的服务器发送至电力载波通信模块的命令；

检测电路，与LED灯具相连，为LED灯具提供亮度检测、温度检测、电压、电流的数据采集，并将采集的数据返回至电力载波通信模块；

滤波电路，也与市电相连，将市电电流平滑，消除电流杂波和高次谐波；

PWM电源，串接在滤波电路的输出回路上，提供交流到直流的输出，并带有脉宽调制功能，电路带PFC电路，通过高频脉冲开关校正输入电压和电流的相位，使得PWM电源的效率与功率因数提高；

可调光恒流模块，串接在PWM电源的输出回路上，并且同时与MCU模块相连，为LED灯具提供恒流输出，同时附带调光功能。

2.根据权利要求1所述的基于电力载波通信的智能LED电源，其特征在于：所述的智能LED电源还包括控制系统电源，该控制系统电源经耦合电路为电力载波通信模块及MCU提供工作电流。

3.根据权利要求1所述的基于电力载波通信的智能LED电源，其特征在于：所述的可调光恒流模块还附带过流保护及短路保护功能。

4.根据权利要求1所述的基于电力载波通信的智能LED电源，其特征在于：所述的电力载波通信模块采用PL3120芯片作为电力载波电源模块的主要通信芯片。

5.根据权利要求1所述的基于电力载波通信的智能LED电源，其特征在于：所述的电力载波通信模块接受来自计算机网络操作终端控制软件的命令包括灯具的开关控制、调光控制、状态查询、定时控制、故障报警、系统检测的命令。