CN106160794B - 电力线通讯控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线通讯控制系统，所述电力线通讯控制系统耦接于一电力线及一负载之间，该系统除可承载一来自市电的交流讯号，亦能够同时传递一通讯讯号，并且减少两者间讯号互相干扰程度。该电力线通讯控制系统包括一电感耦合输入端、一电感耦合输出端、上述电感耦合输入端与输出端皆由两个电感值大小相同的电感串联组成，由此可将市电的交流讯号以共模方式传输，同时将该通讯讯号以差模方式传输，藉此提升传输讯号噪声比，该结构设计简单、无需使用占体积的其他组件，符合现今电子零件设计需要轻薄短小的趋势。

Description

电力线通讯控制系统

技术领域

本发明是有关于一种电力线通讯控制系统，特别是指一种可传输通讯讯号且兼容于现有电力系统的电力线通讯控制系统。

背景技术

电力线通讯(Power Line Communication，英文简称PLC)技术是指利用电力线传输数据和信号的一种通信方式。现有电力线通讯控制系统是目前较符合成本及效益的电力控制系统，其利用现有的电力线进行通讯讯号传输，虽然免除额外的传输电路建置成本并降低整体组件尺寸，但却存在抗噪声能力低及与对现有电力传输系统兼容性差等问题。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种抗噪声能力强且与电力传输系统兼容性好的电力线通讯控制系统。

一种电力线通讯控制系统，用于耦接一电力线及一负载之间，包含：

一电感耦合输入端，包括两个以上相互串联的电感；

一电感耦合输出端，包括两个以上相互串联的电感，所述电感耦合输入端与电感耦合输出端相互并联；

一电力线讯号输入端，电连接至该电感耦合输入端的相邻两个电感之间；

一电力线讯号输出端，电连接至电感耦合输出端的相邻两个电感之间；

一通讯讯号输入端，通过一第一电感单元耦合于所述电感耦合输入端的一侧；及

一通讯讯号输出端，通过一第二电感单元耦合于所述电感耦合输出端的一侧。

一种电力线通讯控制系统，用于耦接一直流电源及一负载之间，包含：

一电感耦合输入端，包括两个以上相互串联的电感；

一电感耦合输出端，包括两个以上相互串联的电感，所述电感耦合输入端与电感耦合输出端相互并联；

一直流电源讯号输入端，电连接至该电感耦合输入端的相邻两个电感之间；

一直流电源讯号输出端，电连接至电感耦合输出端的相邻两个电感之间；

一通讯讯号输入端，通过一第一电感单元耦合于所述电感耦合输入端的一侧；及

一通讯讯号输出端，通过一第二电感单元耦合于所述电感耦合输出端的一侧。

一种电力线通讯控制系统，包括至少一个子控制系统，所述子控制系统包括：

一电感耦合输入端，包括两个以上相互串联的电感；

一电感耦合输出端，包括两个以上相互串联的电感；及

一控制单元，包含一控制讯号输入端及一控制讯号输出端，该控制讯号输入端用以接收来自至电感耦合输入端的通讯讯号，该控制讯号输出端用以输出通讯讯号至电感耦合输出端。

综上所述，本发明电力线通讯控制系统藉由并联形式连接所述电感耦合输入端与电感耦合输出端，使通讯信号以差模形式由电感耦合输入端传送至电感耦合输出端，同时电力线信号以共模模式由电感耦合输入端传送至电感耦合输出端。从而，可以增强通讯讯号的传输能力并能减少噪声。

附图说明

图1是本发明电力线通讯控制系统的第一实施式的电路图；

图2是本发明电力线通讯控制系统的电力线讯号、通讯讯号及电力线讯号与通讯讯号结合的波形图；

图3是图1中的电力线讯号流动方向示意图；

图4是图1中通讯讯号流动方向示意图；

图5是本发明的电力线通讯控制系统的第二实施方式的电路图；

图6是本发明的电力线通信控制系统的第三实施方式的电路图；

图7是本发明的电力线通信控制系统的第四实施方式的电路图。

主要元件符号说明

电力线通讯控制系统 10

通讯信号输入端 101

电力线信号输入端 102

第一单向信号阀 121

第二单向信号阀 122

通讯信号输出端 131

电力线信号输出端 132

第一电感 L1

第二电感 L2

第三电感 L3

第四电感 L4

第五电感 L5

第六电感 L6

如下具体实施方式将结合所述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

请参阅图1，本发明第一实施方式的电力线通讯控制系统10用于耦接一电力线及一负载之间，该电力线通讯控制系统10包括：电感L1,L2,L3,L4,L5,L6、一通讯信号输入端101、电力线信号输入端102、通讯信号输出端131、一电力线信号输出端132及单向信号阀121，122。所述电力线信号输入端102用于接收一市电之电力线讯号Vac(例如：电压为110伏或220伏，频率为60或50赫兹的交流电)。所述通讯讯号输入端101用于接收一通讯信号Vs(例如：电压为5伏，频率为1000～10M赫兹)。所述通讯讯号输出端131输出一通讯讯号至一负载或下一级相同结构。所述电力线讯号输出端132输出一电力线讯号至一负载或下一级相同结构。该单向讯号阀121连接在101与L5的第一端之间，使通讯讯号输入端仅能输入讯号，避免反方向讯号的传递。该单向讯号阀122连接在L6的第一端与131之间，使通讯讯号输出端131仅能输出讯号，避免反方向讯号的传递。

所述电感L1及L2相互串联并形成一电感耦合输入端P-P`。所述电感L3及L4相互串联并形成电感耦合输出端Y-Y`。当然，依据实际需要，也可采用两个以上电感串联亦可达成本实施方式。该电感耦合输入端P-P`与电感耦合输出端Y-Y`相互并联连接，其中电感L1一端连接至电感L3一端，电感L2一端连接至电感L4一端。所述电感耦合输入端P-P`及所述电感耦合输出端Y-Y`电连接至电力线信号输出端132，能分别与交流电一火线/或地线相连接。电感L5耦合于上述电感耦合输入端P-P`的一侧。电感L6耦合于上述电感耦合输出端Y-Y`的一侧。

请参阅图2，电力线讯号Vac通常是220伏或110伏，60或50赫兹的交流电连续讯号，通讯讯号Vs通常系0.1至20V，1000-10M赫兹交流讯号，该通讯讯号Vs不必然为连续的形式，可加载于电力线讯号Vac之上进行讯号传递，如此可以使用既有之电力线电路同时传递通讯讯号Vs及电流信号Vac，达成节省电路成本以及组件空间之优点。

下面将对上述电力线通讯控制系统的工作原理进行说明：

请参阅图3，电力线交流讯号传输时，电力线交流讯号Vac的电流I经电力线讯号输入端102输入至电感耦合输入端P-P`的电感L1及L2之间的节点A，该电力线交流讯号产生的电流I即从A点输入，在本实施方式中，电感L1与L2的电感值大小相同。在其他实施方式中，当电力线较长时，电感L1的电感值不小于电感L2的电感值的25％；当电力线较短时，电感L1的电感值不小于电感L2的电感值的35％。电流I形成两个对等电流I1与I2进行传输，并且电流I1与I2分别经由电感L3与电感L4汇聚于节点B形成电流I，并经电力线信号输出端132输出至一负载或一相同下级输入端，因此电力线讯号Vac以共模方式传递，是为振幅幅度相等，相位亦相同之讯号。

请参阅图4，通讯讯号传输时，通讯讯号Vs的电流IS传输至电感L5并耦合至电感耦合输入端L1及L2，然后传输至电感L3与电感L4，经L6耦合并在电感L3与电感L4的一侧产生相对应的电流Is，并通过通讯信号输出端131反馈至一负载或一相同下级输入端，因此通讯讯号以差模方式传递，系为振幅幅度相等，相位相反之讯号。通常而言，讯号若要滤除噪声以差模方式传递为优选方式。

请参阅图5，本发明的第二实施方式电力线通讯控制系统20与第一实施方式的电力线通讯控制系统10基本相同，包括：一通讯信号输入端201、一电力线信号输入端202、一通讯信号输出端231、单向信号阀221，222、及一电力线信号输出端232。电力线通讯控制系统20与电力线通讯控制系统10的不同之处在于：该通讯讯号可藉由无线通信240方式接收外部讯号，经由一通讯讯号输出端231产生一通讯讯号至一负载或下一级相同结构。

请参阅图6，本发明的第三实施例方式电力线通讯控制系统30与第一实施方式的10基本相同，包括：一通讯信号输入端301、一电力线信号输入端302、一通讯信号输出端331及一电力线信号输出端332。所述通讯信号输入端301用于接收一通讯信号Vs(例如：电压为5伏，频率为1000～10M赫兹)，电力线信号输入端302用于接收一电流信号Vac(例如：电压为110伏，频率为60赫兹的交流电)。所述电力线通讯控制系统30与电力线通讯控制系统10的不同之处在于：该市电可藉由一交流/直流转换器306将转换成直流电讯号Vdc，用以搭配目前市面上一般传统电器使用。通讯讯号输出端331产生一通讯讯号至一负载或下一级相同结构；直流电信号Vdc经由一电力线讯号输出端332产生一直流电讯号至一负载或下一级相同结构。该电力线通讯控制系统30还包括一单向讯号传递器321，使通讯讯号输入端301仅能输入讯号，避免反方向讯号的传递；该电力线通讯控制系统30还包括一单向讯号传递器322，使通讯讯号输出端331仅能输出讯号，避免反方向讯号的传递。

请参阅图7，本发明的第四实施方式的电力线通讯控制系统40包括两个子控制系统41及42，每一子控制系统包括一组电池系统B1/B2，所述电池系统B1及B2分别包含一控制单元C1及C2，所述控制单元C1包括一控制信号输入端C11和一控制信号输出端C12，所述控制单元C2包括一控制信号输入端C21和一控制信号输出端C22。所述控制信号输入端C11和控制信号输入端C21经电感电性耦合到电池正极端；所述控制信号输出端C12及控制信号输出端C22经电感电性耦合到电池负极端。所述电力线通讯控制系统40还包括电感L11-L61、电力线信号输入端401及电力线信号输出端402。所述子控制系统的个数依实际需要而定，所述子控制系统41及42形成一电池串联系统，可有效透过此电路结构设计，避免流经电池的电流过大，造成电池控制及通讯组件烧毁，达成电路保护的功能。

两个电感组件L11与L21相互串联并形式一电感耦合输入端P-P`，用于接收外部电力线讯号，经由电感L51耦合该电感L11和L21得到对应的通讯讯号I4，并连接至一电池系统B1的一控制单元C1的控制讯号输入端C11，经由该控制单元C1进行讯号处理，接着由该控制单元C1的讯号输出端C12输出一对应讯号I5至电感L61，经由该电感L61与另一侧电感L31与L41耦合。当然，两个以上电感串联亦可达成本实施方式，可将讯号依序传递至下一级相同结构的组件，并且不断重复进行上述讯号传递。

由于电感L61耦合至电感L31及电感L41，若电感L31与电感L41大小值相同，则由电感L61侧感应得到的电流值两者相同，同时方向相同。对于节点C而言，同时具有三个电流组成成分，分别是流经电感L31与电感L41的电流，以及流向电池系统B1的电流Is1，由于流经电感L31及电感L41的电流大小相等且方向相同，根据戴维宁等效电路，同一节点电流净输入等效于净输出，因此流经电池系统B1的电流Is1为零，如此可预防讯号输出端C12因过大电流而烧毁。电池系统B1可为一太阳能电池，藉由此方式，可以串联多组太阳能电池系统，并将其接至一组电力线，方便将太阳能的电路反聩至常用交流电系统。

上述电感组件L11及L21电感值基本上相同；电感组件L31及L41电感值基本上相同。电力线讯号输入端401电连接至电感耦合输入端的两个电感L11及L12的两端，一端(火线或地线)可以连接至电感L11或L22之间，另一端点则接地。控制讯号输入端C11，通过电感L51接收来自电力线讯号输入端401的通讯讯号。控制讯号输出端C12通过电感L61输出通讯讯号至电感L31与L41串联组成的电感耦合输出端Y-Y`。该电池系统B1的正端电性连接至该电感耦合输入端L11及L21之间，该电池系统B1的负端电性连结至该电感耦合输出端Y-Y`的电感L31及L41之间。该电感耦合输出端Y-Y`通过电感L31及电感L41两端连接至下一级子控制系统42电感耦合输入端P-P`，如此可以重复以个以上相同结构，藉此传递外部输入的电源讯号。

如此，电力线通讯控制系统藉由连接所述电感耦合输入端与电感耦合输出端，使通讯信号以差模形式由电感耦合输入端传送至电感耦合输出端，同时电力线信号以共模模式由电感耦合输入端传送至电感耦合输出端。从而，可以增强通讯讯号的传输能力并能减少噪声。

Claims (14)

1.一种电力线通讯控制系统，用于耦接一电力线及一负载之间，包括：

一电感耦合输入端，包括两个以上相互串联的电感；

一电感耦合输出端，包括两个以上相互串联的电感，所述电感耦合输入端与电感耦合输出端相互并联；

一电力线讯号输入端，电连接至该电感耦合输入端的相邻两个电感之间；

一电力线讯号输出端，电连接至电感耦合输出端的相邻两个电感之间；

一通讯讯号输入端，通过一第一电感单元耦合于所述电感耦合输入端的一侧；及

一通讯讯号输出端，通过一第二电感单元耦合于所述电感耦合输出端的一侧。

2.如权利要求1所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述电感耦合输入端包括一第一电感及一第二电感，所述第一电感的电感值不小于第二电感的电感值的25％。

3.如权利要求1所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：上述电感耦合输出端包括一第三电感及一第四电感，所述第三电感的电感值不小于第四电感的电感值的25％。

4.如权利要求1所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述第一电感单元包括一第五电感，所述第五电感连接至一外部输入讯号端。

5.如权利要求4所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述第二电感单元包括一第六电感，所述第六电感连接至一负载。

6.一种电力线通讯控制系统，用于连接一直流电源及一负载之间，包括：

一电感耦合输入端，包括两个以上相互串联的电感；

一电感耦合输出端，包括两个以上相互串联的电感，所述电感耦合输入端与电感耦合输出端相互并联；

一直流电源讯号输入端，电连接至该电感耦合输入端的相邻两个电感之间；

一直流电源讯号输出端，电连接至电感耦合输出端的相邻两个电感之间；

一通讯讯号输入端，通过一第一电感单元耦合于所述电感耦合输入端的一侧；及

一通讯讯号输出端，通过一第二电感单元耦合于所述电感耦合输出端的一侧。

7.如权利要求6所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述电感耦合输入端包括一第一电感及一第二电感，所述第一电感的电感值不小于第二电感的电感值的25％。

8.如权利要求6所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：上述电感耦合输出端包括一第三电感及一第四电感，所述第三电感的电感值不小于第四电感的电感值的25％。

9.如权利要求6所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述第一电感单元包括一第五电感，所述第五电感连接至一外部输入讯号端。

10.如权利要求6所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述第二电感单元包括一第六电感，所述第六电感连接至一负载。

11.一种电力线通讯控制系统，包括至少一个子控制系统，所述子控制系统包括：

一电感耦合输入端，包括两个以上相互串联的电感；

一电感耦合输出端，包括两个以上相互串联的电感；及

一控制单元，包含一控制讯号输入端及一控制讯号输出端，该控制讯号输入端用以接收来自至电感耦合输入端的通讯讯号，该控制讯号输出端用以输出通讯讯号至电感耦合输出端。

12.如权利要求11所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述电感耦合输出端可电性连接至下一级子控制系统的电感耦合输入端。

13.如权利要求11所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述控制单元为电池系统。

14.如权利要求13所述的电力线通讯控制系统，其特征在于：所述控制单元为太阳能电池系统。