CN103457634A

CN103457634A - 电力线通讯控制系统

Info

Publication number: CN103457634A
Application number: CN2012101803484A
Authority: CN
Inventors: 陈俊宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-18
Also published as: TW201351903A; TWI477100B

Abstract

一种电力线通讯控制系统电力线载有一个来自市电的交流电信号，该电力线通讯控制系统具有一个基本控制器，该基本控制器包括：一个开关元件，电性连接于该电力线及该负载之间；及一个控制模块，控制该开关元件交替于一个截止期间关闭及一个导通期间开启，而使得该交流电信号于该导通期间导通输出一个交流电压载波予该负载，并于该截止期间不导通该交流电信号且传输一个电力线通讯载波予该负载。电力线通讯控制系统接收电力线的交流电信号，并利用交流电信号在截止期间传输电力线通讯载波，且电力线通讯载波用于控制负载；由于在截止期间的阻抗升高而使得传输电力线通讯载波的功耗得以降低，兼具节省功耗及相容于现有电器负载控制技术的优点。

Description

电力线通讯控制系统

技术领域

本发明涉及一种电力线通讯控制系统，特别是涉及一种兼具节省功耗及相容于现有电器负载的电力线通讯(Power Line Communication)控制系统。

背景技术

参阅图1，现有的一种发光装置的调光电路91包含一个开关元件911及一个控制电路912，发光装置具有一个负载913，开关元件911是采用三端双向可控开关，三端双向可控开关的栅极（或基极）G为控制端点，且开关元件911的第一端点T₁及控制端点G分别连接于白炽灯泡的负载913及控制电路912，而开关元件911的第二端点T₂则用以接收输入电压V_in的电能，且通过控制电路912的可变电阻R_var的阻值变化来调整控制开关元件911导通的相位或时间，进一步控制传送到发光装置的负载913的电量大小，进而达到调整发光装置的发光亮度强弱的目的。

参阅图1的调光电路91的输入电压V_in、调光电压V_dim及调光电流I_dim并对照图2的波形，调光电路91是利用一个截止期间t₁及一个导通期间t₂的比例对应调光的弱强，截止期间t₁越小则光线越强，反之则光线越弱。一般电器常用的升压(Boost)或降压(Buck)的功率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)器，其电流波形在零交越点附近趋近于零也有类似图2的截止期间t₁的空窗期。

电力线通讯控制系统是近年来热门的控制技术，优点是利用现有的电力线就可进行控制，但是用来控制发光装置或一般电器时，会有下述问题：

1.与现有电器设备相容性差：若是同时传输市电及电力线通讯载波，对于电器设备的整体功率因数会有很大的影响，现有的电器设备，如图1的调光电路91的设计必须大幅修改以克服此问题。

2.抗干扰能力弱：若是同时传输市电及电力线通讯载波，电力线通讯载波容易受到其他电器设备产生的噪声干扰。

3.节能效果差：一般室内电力线系统的等效阻抗约2至10欧姆，传统的电力线通讯数据机(PLC modem)在这样的低阻抗环境中传输信号的输出电流相当大，整体功耗很高。

因此，如何实现电力线通讯控制系统与现有电器设备的相容性、提高抗干扰能力及提高节能效果，是一个重要的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具节省功耗及相容于现有电器负载的电力线通讯控制系统。

本发明的第一实施例的电力线通讯控制系统耦接于电力线及负载之间，该电力线载有一个来自市电的交流电信号，其特点是：该电力线通讯控制系统具有一个基本控制器，该基本控制器包括：一个开关元件，电性连接于该电力线及该负载之间；及一个控制模块，控制该开关元件交替于一个截止期间关闭及一个导通期间开启，而使得该交流电信号于该导通期间导通输出一个交流电压载波予该负载，并于该截止期间不导通该交流电信号且传输一个电力线通讯载波予该负载。

较佳的，该开关元件是一个三端双向可控开关。该控制模块还可包括一个无线传输单元、一个控制单元及一个耦合单元，该无线传输单元电性连接该控制单元并接收一个载有一个控制指令的无线信号予该控制单元，令该控制单元依据该控制指令形成该电力线通讯载波，且由该耦合单元传输该电力线通讯载波予该负载。

较佳的，所述电力线通讯控制系统还包括多个基本控制器及一个总控制器，该总控制器通过该电力线连接连接各该基本控制器，令各该开关元件受该总控制器控制。

较佳的，所述电力线通讯控制系统还包括多个基本控制器、一电力测量仪表及一主开关，该电力测量仪表配合该主开关的切换电力以监控各个负载的用电量。

本发明的第二实施例的电力线通讯控制系统耦接于电力线及负载之间，该电力线载有一个来自市电的交流电信号，该电力线通讯控制系统包含一个主控制模块及一个副控制模块。该主控制模块具有一个开关元件、一个第一控制单元及一个第一耦合单元，该开关元件电性连接于该电力线及该负载之间；该第一控制单元控制该开关元件交替于一个截止期间关闭及一个导通期间开启，使得该交流电信号于该导通期间导通输出，以及于该截止期间不导通该交流电信号但输出一个电力线通讯载波，通过该第一耦合单元输出给该副控制模块。该副控制模块包括一个分歧线路、一个第二耦合电路、一个转换电路及一个第二控制单元；该第二耦合电路及该转换电路分别接收该整合信号；该转换电路利用该整合信号的交流电压载波转换出该负载所需的转换电压并供应给该负载；该第二耦合电路自该整合信号耦合出该电力线通讯载波予该第二控制单元以控制该负载的相关运作。

较佳的，该主控制模块还包括一个无线传输单元，该无线传输单元电性连接该第一控制单元并接收一个载有一个控制指令的无线信号予该第一控制单元，令该第一控制单元依据该控制指令形成该电力线通讯载波。该转换电路是一整流电路。

本发明的电力线通讯控制系统的功效在于：

1.与现有电器设备相容性佳：一般由开关元件控制电源的电器设备，利用本发明的电力线通讯控制系统可在市电交流电的零交越点的附近断开的瞬间传输电力线通讯载波，对于电器设备的整体功率因数也不会有太大的影响，因此对于现有的电器设备的控制电路有很好的相容性。

2.抗干扰能力强：本发明的电力线通讯控制系统是在市电交流电断开的截止期间传送电力线通讯载波，因此电力线通讯载波只被局限在开关元件跟电器负载之间，电磁干扰可以降到最低。

3.节能效果佳：本发明的电力线通讯控制系统是在传输电力线通讯载波之前先与电力系统断开，在传输瞬间的导体阻抗相当高，因此可以降低整体功耗，对于节能系统是一大助益。

附图说明

图1是现有的一种发光装置的调光电路的系统方块图；

图2是图1的输入电压、调光电压及调光电流的波形图；

图3是本发明第一实施例的电力线通讯控制系统的电路方块图；

图4是图3的交流电信号、交流电压载波及电力线通讯载波的整合信号，及输出电流的波形图；

图5是本发明第二实施例的电力线通讯控制系统的电路方块图；

图6是图5的交流电压载波及电力线通讯载波的整合信号的波形图；

图7是本发明第三实施例的电力线通讯控制系统的电路方块图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

下面结合附图及三个实施例对本发明进行详细说明：

参阅图3，本发明的第一实施例中，电力线通讯控制系统100耦接于电力线101及负载3之间，且可接收一个遥控器8的一个无线信号控制负载3的开关动作。

电力线101包括一根火线(L)及一根地线(N)，且火线载有一个来自市电的交流电信号201，负载3是一个可受电力线通讯载波控制的电子式发光装置，或其他例如电表、电力模块等电子设备。

电力线通讯控制系统100具有一个基本控制器，该基本控制器包括一个开关元件11及一个控制模块1；控制模块1包括一个无线传输单元13、一个控制单元10及一个耦合单元12，各元件动作原理介绍如下。

开关元件11电性连接于电力线101及负载3之间，本实施例是一个三端双向可控开关，可受控制模块1的调控产生一个交流电压载波202。

无线传输单元13电性连接控制单元10，可接收来自遥控器8的无线信号予控制单元10，无线信号内载有一个控制指令，控制单元10就是依据该控制指令形成一个电力线通讯载波203，且由耦合单元12耦合及传输该电力线通讯载波203予负载3。

参阅图4，并配合图3，控制单元10可控制开关元件11交替于一个截止期间t₁关闭及一个导通期间t₂开启，而使得交流电信号201于导通期间t₂导通形成交流电压载波202而输出予负载3，并于截止期间t₁使得交流电信号201不导通且传输电力线通讯载波203予负载3；因此，负载3可收到交流电压载波202及电力线通讯载波203的整合信号，且整合信号中的电力线通讯载波203的传输时间是在交流电压载波202的零交越(zero crossing)点附近；此外，负载3收到的输出电流204大小可对应调控其光线强弱，或其他不同于灯类的电子设备的调整功能。

参阅图5，本发明的第二实施例中，电力线通讯控制系统500耦接于电力线501及负载7之间，且可接收一个遥控器8的一个无线信号以调控负载7的开关动作。电力线501包括一根火线(L)及一根地线(N)，且火线载有一个来自市电的交流电信号，负载3是一个可受电力线通讯载波控制的电器装置。电力线通讯控制系统500包含一个主控制模块5及一个副控制模块6，介绍各元件原理如下。

主控制模块5具有一个第一控制单元50、一个开关元件51、一个第一耦合单元52及一个无线传输单元53；开关元件51电性连接于电力线501及副控制模块6之间，交流电信号可受第一控制单元50的调控而产生一个交流电压载波401；无线传输单元53电性连接第一控制单元50并接收含有控制指令的无线信号予第一控制单元50，令第一控制单元50依据控制指令形成一个电力线通讯载波402；因此，副控制模块6可收到一个含有该交流电压载波401及电力线通讯载波402的整合信号400。

副控制模块6包括一个第二控制单元60、一个第二耦合电路61及一个转换电路62；第二耦合电路61及转换电路62分别接收整合信号400；转换电路62是一个整流电路，利用该整合信号的交流电压载波401转换出负载7所需的转换电压403(如：将交流电源整流为直流电源)并供应给负载7；第二耦合电路61自整合信号400耦合出电力线通讯载波402予第二控制单元60以控制负载7的相关运作；例如：自动定时开启或自动定时关闭。

参阅图6，并配合图5，第一控制单元50可控制开关元件51交替于一个截止期间t₁关闭及一个导通期间t₂开启，使得交流电信号于导通期间t₂导通输出交流电压载波401，以及于该截止期间t₁不导通交流电信号但输出电力线通讯载波402，然后，通过第一耦合单元52输出一个包含交流电压载波401及电力线通讯载波402的整合信号400给副控制模块6。

参阅图7，本发明的第三实施例的电力线通讯控制系统700包括一个主控制电路4及受该主控制电路4控制的一个副控制电路81，该副控制电路81用来调控一个受控装置82的开关功能，且副控制电路81及受控装置82的数量可以是多个。

电力线101的火线载有来自市电的交流电信号以供电给主控制电路4、副控制电路81及受控装置82，受控装置82是可受电力线通讯载波控制的灯类或非灯类的电器。

主控制电路4包括一个主控制器41及一个耦合电路42，主控制器41依据一个控制指令形成一个电力线通讯载波，且由耦合单元42耦合及传输该电力线通讯载波予电力线101；副控制电路81包括一个副控制器811、一个输入侧耦合电路812、一个输出侧耦合电路813及一个开关元件814，副控制器811通过输入侧耦合电路812及输出侧耦合电路813电性连接于电力线101及受控装置82之间，且开关元件814电性连接于电力线101及受控装置82之间，副控制器811控制开关元件814交替于一个截止期间关闭及一个导通期间开启，而使得交流电信号于导通期间导通形成交流电压载波而输出予受控装置82，并于截止期间使得交流电信号不导通且传输电力线通讯载波予受控装置82。

另外，电力控制设备700还可包含一个主开关电路5及一个电性连接该主开关电路5的电力测量仪表6，电力测量仪表6配合主开关电力5的切换电力，如果电力线101电连接多个受控装置81，电力测量仪表6可通过本发明的电力线通讯控制方式监控各个受控装置81的用电量，并转换为数据给用户参考，所以也能达到监控用电量的效用。

综上所述，本发明的电力线通讯控制系统100、500、700具有下列优点：

1.与现有电器设备相容性佳：一般由开关元件控制电源的电器设备，利用本发明的电力线通讯控制系统100、500、700可在市电交流电的零交越点的附近断开的瞬间传输电力线通讯载波，对于电器设备的负载3、7或受控装置82的整体功率因数也不会有太大的影响，因此对于现有的电器设备的控制电路有很好的相容性。

2.抗干扰能力强：本发明的电力线通讯控制系统100、500、700是在市电交流电断开的截止期间传送电力线通讯载波，因此电力线通讯载波只被局限在开关元件11、51、814跟电器的负载3、7或受控装置82的之间，电磁干扰可以降到最低。

3.节能效果佳：本发明的电力线通讯控制系统100、500、700是在传输电力线通讯载波之前先与电力系统断开，在传输瞬间的导体阻抗相当高，因此可以降低整体功耗，对于节省能源是一大助益，故确实能达到本发明的目的。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种电力线通讯控制系统，耦接于电力线及负载之间，该电力线载有一个来自市电的交流电信号，其特征在于，该电力线通讯控制系统具有一个基本控制器，该基本控制器包括：

一个开关元件，电性连接于该电力线及该负载之间；及

一个控制模块，控制该开关元件交替于一个截止期间关闭及一个导通期间开启，而使得该交流电信号于该导通期间导通输出一个交流电压载波予该负载，并于该截止期间不导通该交流电信号且传输一个电力线通讯载波予该负载。

2.如权利要求1所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：该开关元件是一个三端双向可控开关。

3.如权利要求2所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：

该控制模块还包括一个无线传输单元、一个控制单元及一个耦合单元，该无线传输单元电性连接该控制单元并接收一个载有一个控制指令的无线信号予该控制单元，令该控制单元依据该控制指令形成该电力线通讯载波，且由该耦合单元传输该电力线通讯载波予该负载。

4.一种电力线通讯控制系统，耦接于电力线及受控装置之间，该电力线载有一个来自市电的交流电信号，该电力线通讯控制系统包含一个主控制电路及一个及受该主控制电路控制的副控制电路；其特征在于：

所述主控制电路包括一个主控制器及一个耦合电路，该主控制器依据一个控制指令形成电力线通讯载波，且由该耦合单元耦合及传输该电力线通讯载波予该电力线；该副控制电路包括一个副控制器、一个输入侧耦合电路、一个输出侧耦合电路及一个开关元件；该副控制器通过该输入侧耦合电路及该输出侧耦合电路电性连接于该电力线及该受控装置之间，且该开关元件电性连接于该电力线及该受控装置之间；该副控制器控制该开关元件交替于一个截止期间关闭及一个导通期间开启，而使得该交流电信号于该导通期间导通形成交流电压载波而输出予该受控装置，并于该截止期间使得该交流电信号不导通且传输电该力线通讯载波予该受控装置。

5.如权利要求4所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：

所述受控装置的数量为多个，该电力线通讯控制系统还包括一个电力测量仪表及一个主开关电路，该电力测量仪表配合该主开关电路的切换电力以电力线通讯控制方式监控各个受控装置的用电量。

6.一种电力线通讯控制系统，耦接于电力线及负载之间，该电力线载有来自市电的交流电信号，该电力线通讯控制系统包含一个主控制模块及一个副控制模块；其特征在于：

该主控制模块具有一个开关元件、一个第一控制单元及一个第一耦合单元，该开关元件电性连接于该电力线及该负载之间；该第一控制单元控制该开关元件交替于一个截止期间关闭及一个导通期间开启，使得该交流电信号于该导通期间导通输出一个交流电压载波，以及于该截止期间不导通该交流电信号但输出一个电力线通讯载波，通过该第一耦合单元输出一个包含该交流电压载波及该电力线通讯载波的整合信号给该副控制模块；及

该副控制模块包括一个第二耦合电路、一个转换电路及一个第二控制单元；该第二耦合电路及该转换电路分别接收该整合信号；该转换电路利用该整合信号的交流电压载波转换出该负载所需的转换电压并供应给该负载；该第二耦合电路自该整合信号耦合出该电力线通讯载波予该第二控制单元以控制该负载的相关运作。

7.如权利要求6所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：该主控制模块还包括一个无线传输单元，该无线传输单元电性连接该第一控制单元并接收一个载有一控制指令的无线信号予该第一控制单元，令该第一控制单元依据该控制指令形成该电力线通讯载波。

8.如权利要求6或7所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：该转换电路是一个整流电路。