CN110832763A - 电力传输系统、发送装置及接收装置 - Google Patents

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Abstract

发送装置(1)具有：脉冲变压器(14a)，其具有与PHY(13)连接的一次绕组以及与双绞线(31a)的一端连接的二次绕组；脉冲变压器(14b)，其具有与PHY(13)连接的一次绕组以及与双绞线(31b)的一端连接的二次绕组；以及绝缘DC/AC转换器(12)，其具有一对输出端子(125、126)，绝缘DC/AC转换器(12)将直流电压转换为脉冲电压而输出，该一对输出端子(125、126)的一个与脉冲变压器(14a)具有的二次绕组的中点连接，另一个与脉冲变压器(14b)具有的二次绕组的中点连接，接收装置(2)具有：脉冲变压器(22a)，其具有与双绞线(31a)的另一端连接的一次绕组以及与PHY(23)连接的二次绕组；脉冲变压器(22b)，其具有与双绞线(31b)的另一端连接的一次绕组以及与PHY(23)连接的二次绕组；以及绝缘AC/DC转换器(24)，其具有一对输入端子(241、242)，绝缘AC/DC转换器(24)将输入进来的脉冲电压转换为直流电压，该一对输入端子(241、242)的一个与脉冲变压器(22a)具有的一次绕组的中点连接，另一个与脉冲变压器(22b)具有的一次绕组的中点连接。

Description

电力传输系统、发送装置及接收装置
技术领域
本发明涉及使用通信线对电力进行传输的电力传输系统、发送装置及接收装置。
背景技术
使用通信线向远处的设备传输电力的技术是公知的，例如举出PoE(Power OverEthernet(注册商标)：使用以太网(注册商标；下面省略记载)电缆对电力进行传输的技术)(例如参照专利文献1)。在PoE中，直流电力从发送设备经由以太网电缆具有的两根双绞线以及接收设备被传输至设备。作为设备，例如举出VoIP电话、WLAN发射器或监控摄像头等。另外，在以太网电缆中，能够传输差分信号即通信信号。在IEEE802.3中制定了针对PoE的标准。
另一方面，在使用了以太网电缆的电力传输系统中，在发送装置中设置有脉冲变压器，该脉冲变压器用于在通信信号的传输中将发送装置的内部与以太网电缆电绝缘。因此，在电力传输系统中，对于电力传输也同样需要在发送装置中进行发送装置的内部与以太网电缆的绝缘。接收装置也与上述相同。因此，在现有的电力传输系统中，在发送装置中设置有绝缘DC/DC转换器以及PSE(Power SourcingEquipment)控制器，在接收装置中设置有PD(Powered Device)控制器以及绝缘DC/DC转换器。而且，PSE控制器进行PD控制器的检测、PD控制器的分类以及对PD控制器的电力供给的管理这样的复杂的控制。
专利文献1：日本特开2015-180046号公报
发明内容
如上所述，在现有的电力传输系统中，存在需要使用PSE控制器以及PD控制器的课题。
本发明是为了解决上述的课题而提出的，目的在于提供一种电力传输系统，电力传输系统无需使用PSE控制器以及PD控制器即可进行使用了通信线的电力传输。
本发明涉及的电力传输系统的特征在于，具有发送装置以及接收装置，发送装置具有：第1通信部，其输出通信信号；第1脉冲变压器，其具有与第1通信部连接的第1一次绕组，并且具有与第1通信线的一端连接的第1二次绕组；第2脉冲变压器，其具有与第1通信部连接的第2一次绕组，并且具有与第2通信线的一端连接的第2二次绕组；以及绝缘型的第1转换器，其具有一对输出端子，该第1转换器将直流电压转换为脉冲电压而输出，该一对输出端子的一个与第1二次绕组的中点连接，另一个与第2二次绕组的中点连接，接收装置具有：第3脉冲变压器，其具有与第1通信线的另一端连接的第3一次绕组，并且具有第3二次绕组；第4脉冲变压器，其具有与第2通信线的另一端连接的第4一次绕组，并且具有第4二次绕组；第2通信部，其与第3二次绕组以及第4二次绕组连接，通信信号被输入至该第2通信部；以及绝缘型的第2转换器，其具有一对输入端子，该第2转换器将输入进来的脉冲电压转换为直流电压，该一对输入端子的一个与第3一次绕组的中点连接，另一个与第4一次绕组的中点连接。
发明的效果
根据本发明，如上所述地构成，因此，无需使用PSE控制器以及PD控制器即可进行使用了通信线的电力传输。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的电力传输系统的结构例的示意性的电路图。
图2是表示本发明的实施方式2涉及的电力传输系统的结构例的示意性的电路图。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边对本发明的实施方式详细地进行说明。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1涉及的电力传输系统的结构例的示意性的电路图。下面，示出电力传输系统通过PoE进行电力传输的情况。
电力传输系统使用以太网电缆(通信电缆)3对电力进行传输。以太网电缆3具有多根双绞线(通信线)31。图1所示的以太网电缆3具有4根双绞线31a～31d。作为该以太网电缆3，例如能够使用标准CAT-5电缆。如图1所示，电力传输系统具有发送装置1以及接收装置2。
发送装置1使用以太网电缆3发送电力。如图1所示，发送装置1具有直流电源11、绝缘DC/AC转换器(第1转换器)12、PHY(第1通信部)13、连接器15以及多个脉冲变压器14。在图1所示的发送装置1中，使用了4个脉冲变压器14a～14d。
直流电源11输出直流电压(DC电压)。由直流电源11输出的直流电压Vin例如是44V～57V的范围内的值。直流电源11的正极端子与绝缘DC/AC转换器12具有的输入端子121连接，负极端子与GND以及绝缘DC/AC转换器12具有的输入端子122连接。
绝缘DC/AC转换器12是将输入进来的直流电压转换为脉冲电压(AC电压)而输出的绝缘型的转换器。此外，一般而言，AC电压根据波形的形状而被分类为正弦波形(sin波形)、三角波形或方形波形(脉冲波形)的电压等各种电压，但是在此，AC电压是指方形波形(脉冲波形)的电压。例如如图1所示，绝缘DC/AC转换器12具有一对输入端子121、122、脉冲变压器123、开关晶体管124以及一对输出端子125、126。
脉冲变压器123具有一次绕组和二次绕组。脉冲变压器123将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。一次绕组的一端与输入端子121连接，另一端与输入端子122连接。二次绕组的一端与输出端子(Vo+)125连接，另一端与输出端子(Vo-)126连接。
开关晶体管124与输入至栅极端子的脉冲信号相应地进行通断动作。开关晶体管124的发射极端子与脉冲变压器123具有的一次绕组的另一端连接，集电极端子与GND连接。通过该开关晶体管124将从直流电源11输出的直流电压转换为脉冲电压。
PHY 13是输出通信信号的通信接口。此外，通信信号是差分信号。
脉冲变压器(第2脉冲变压器)14a具有与PHY 13连接的一次绕组(第2一次绕组)以及与连接器15连接的二次绕组(第2二次绕组)。脉冲变压器14a将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。另外，脉冲变压器14a在二次绕组的中点(Vi-)连接有绝缘DC/AC转换器12具有的输出端子126。
脉冲变压器(第1脉冲变压器)14b具有与PHY 13连接的一次绕组(第1一次绕组)以及与连接器15连接的二次绕组(第1二次绕组)。脉冲变压器14b将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。另外，脉冲变压器14b在二次绕组的中点(Vi+)连接有绝缘DC/AC转换器12具有的输出端子125。
脉冲变压器14c具有与PHY 13连接的一次绕组以及与连接器15连接的二次绕组。脉冲变压器14c将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。
脉冲变压器14d具有与PHY 13连接的一次绕组以及与连接器15连接的二次绕组。脉冲变压器14d将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。
连接器15具有多个输出引脚，连接器15将与该输出引脚连接的以太网电缆3连接于脉冲变压器14。图1所示的连接器15具有8个输出引脚。在图1中，连接器15将脉冲变压器14a和双绞线(第2通信线)31a的一端连接，将脉冲变压器14b和双绞线(第1通信线)31b的一端连接，将脉冲变压器14c和双绞线31c的一端连接，将脉冲变压器14d和双绞线31d的一端连接。作为连接器15，例如能够使用RJ45连接器。
接收装置2使用以太网电缆3接收电力。如图1所示，接收装置2具有连接器21、PHY(第2通信部)23、绝缘AC/DC转换器24(整流电路、第2转换器)、串联稳压器25以及多个脉冲变压器22。在图1所示的接收装置2中，使用了4个脉冲变压器22a～22d。
连接器21具有多个输入引脚，该连接器21将与该输入引脚连接的以太网电缆3连接于脉冲变压器22。图1所示的连接器21具有8个输入引脚。在图1中，连接器21将脉冲变压器22a和双绞线31a的另一端连接，将脉冲变压器22b和双绞线31b的另一端连接，将脉冲变压器22c和双绞线31c的另一端连接，将脉冲变压器22d和双绞线31d的另一端连接。作为连接器21，例如能够使用RJ45连接器。
脉冲变压器(第4脉冲变压器)22a具有与连接器21连接的一次绕组(第4一次绕组)以及与PHY 23连接的二次绕组(第4二次绕组)。脉冲变压器22a将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。另外，脉冲变压器22a在一次绕组的中点(Vo-)连接有绝缘AC/DC转换器24具有的输入端子242。
脉冲变压器(第3脉冲变压器)22b具有与连接器21连接的一次绕组(第3一次绕组)以及与PHY 23连接的二次绕组(第3二次绕组)。脉冲变压器22b将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。另外，脉冲变压器22b在一次绕组的中点(Vo+)连接有绝缘AC/DC转换器24具有的输入端子241。
脉冲变压器22c具有与连接器21连接的一次绕组以及与PHY 23连接的二次绕组。脉冲变压器22c将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。
脉冲变压器22d具有与连接器21连接的一次绕组以及与PHY 23连接的二次绕组。脉冲变压器22d将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。
PHY 23是被输入通信信号的通信接口。
绝缘AC/DC转换器24是将输入进来的脉冲电压转换为直流电压而输出的绝缘型的转换器。例如，如图1所示，绝缘AC/DC转换器24具有一对输入端子241、242、回扫变压器243、整流二极管244、输出电容器245以及一对输出端子246、247。
回扫变压器243具有一次绕组和二次绕组。回扫变压器243将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。一次绕组的一端与输入端子241连接，另一端与输入端子242连接。二次绕组的一端与整流二极管244的阳极连接，另一端与输出端子247连接。
整流二极管244的阴极与输出端子246连接。
输出电容器245的一端与整流二极管244的阴极连接，另一端与该二次绕组的另一端连接。
通过该整流二极管244及输出电容器245，将由脉冲变压器22a、22b输出的脉冲电压转换为直流电压。
串联稳压器25与绝缘AC/DC转换器24的一对输出端子246、247连接，对输入进来的脉冲电压进行降压。通过该串联稳压器25，使得由绝缘AC/DC转换器24输出的脉冲电压稳定化。此外，串联稳压器25不是必须的结构，在不要求电压精度的情况下可以从电力传输系统去除。
接着，对本发明的实施方式1涉及的电力传输系统的动作例进行说明。
在发送装置1中，绝缘DC/AC转换器12基于从直流电源11输出的直流电压生成脉冲电压而输出。另外，在绝缘DC/AC转换器12具有的一对输出端子125、126中，输出端子125与脉冲变压器14b具有的二次绕组的中点连接，输出端子126与脉冲变压器14a具有的二次绕组的中点连接。由此，在2根双绞线31a、31b的中点电位间产生脉冲电位差，实现使用了以太网电缆3的电力传输。
另外，在接收装置2中，绝缘AC/DC转换器24经由脉冲变压器22a、22b接收由双绞线31a、31b传输的脉冲电压，转换为直流电压。然后，该直流电压在通过串联稳压器25稳定化后，供给至后级的电路。
另一方面，由PHY 13输出的通信信号也经由脉冲变压器14、22以及以太网电缆3被传输至PHY 23。在此，通信信号是差分信号，在差分信号的情况下，即使中点电位变动，原理上该变动也被抵消。因此，脉冲电压的传输不会影响通信信号的品质。
此外，如果在传输脉冲电压以及通信信号的线路间存在配线长度差，则因脉冲电压的传输引起的中点电位的变动被转换为共模噪声，可能对通信信号的品质造成不良影响。
因此，需要使由绝缘DC/AC转换器12输出的脉冲电压的频带宽度不与通信信号的频带宽度重叠。如果将脉冲电压的频带宽度设为Fw、将脉冲电压的上升时间设为Tr、将下降时间设为Tf，则在Tr≤Tf的情况下为Fw＝0.35/Tr，在Tr＞Tf的情况下为Fw＝0.35/Tf。因此，通过绝缘DC/AC转换器12将脉冲电压的上升时间以及下降时间某种程度地延长，从而避免脉冲电压的频带宽度与通信信号的频带宽度重复。这能够通过调整开关晶体管124的上升时间以及下降时间来实现。作为一个例子，通过向开关晶体管124附加电容成分，可以延迟上升时间以及下降时间。
此外，从接收装置2输出的直流电压的值由脉冲电压的频率(开关晶体管124的通断频率)以及占空比决定。在实施方式1涉及的电力传输系统中，不能将从接收装置2输出的直流电压的值反馈至发送装置1来控制开关晶体管124。另一方面，在要求电压精度的情况下，通过使用串联稳压器25，能够生成精度高的直流电压。
如上所述，根据本实施方式1，发送装置1具有：PHY 13，其输出通信信号；脉冲变压器14b，其具有与PHY 13连接的一次绕组，并且具有与双绞线31b的一端连接的二次绕组；脉冲变压器14a，其具有与PHY 13连接的一次绕组，并且具有与双绞线31a的一端连接的二次绕组；以及绝缘DC/AC转换器12，其具有一对输出端子125、126，该绝缘DC/AC转换器12将直流电压转换为脉冲电压而输出，该一对输出端子125、126的一个与脉冲变压器14b具有的二次绕组的中点连接，另一个与脉冲变压器14a具有的二次绕组的中点连接，接收装置2具有：脉冲变压器22b，其具有与双绞线31b的另一端连接的一次绕组，并且具有二次绕组；脉冲变压器22a，其具有与双绞线31a的另一端连接的一次绕组，并且具有二次绕组；PHY 23，其与脉冲变压器22b具有的二次绕组以及脉冲变压器22a具有的二次绕组连接，通信信号被输入至该PHY 23；以及绝缘AC/DC转换器24，其具有一对输入端子241、242，该绝缘AC/DC转换器24将输入进来的脉冲电压转换为直流电压，该一对输入端子241、242的一个与脉冲变压器22b具有的一次绕组的中点连接，另一个与脉冲变压器22a具有的一次绕组的中点连接。因此，无需进行基于PSE控制器实现的PD控制器的检测、PD控制器的分类以及对PD控制器的电力供给的管理这样复杂的控制，即，无需使用PSE控制器以及PD控制器，就能够进行使用了通信线的电力传输。因此，相对于以往的结构，能够以简单的电路结构构成电力传输系统，能够实现低成本化。
此外，在上述记载中，示出了使用在以往的PoE中使用的以太网电缆3作为通信电缆进行电力传输的情况。但是，不限于此，也可以使用通用的电缆或同轴电缆等作为通信电缆，会得到与上述同样的效果。
实施方式2.
图2是表示本发明的实施方式2涉及的电力传输系统的结构例的示意性的电路图。在该图2所示的实施方式2涉及的电力传输系统中，相对于图1所示的实施方式1涉及的电力传输系统，将串联稳压器25去除，将开关晶体管124变更为转换器电路127，将回扫变压器243变更为回扫变压器243b，设置多套系统的整流二极管244、输出电容器245以及输出端子246、247，追加了脉冲变压器128、一对输入端子129、130以及一对输出端子248、249。图2所示的实施方式2涉及的电力传输系统中的其他结构与图1所示的实施方式1涉及的电力传输系统相同，附加相同的标号而仅对不同的部分进行说明。在图2中，示出了两套系统的整流二极管244、输出电容器245以及输出端子246、247，附加与每套系统对应的后缀符号(-1，-2)来表示。
除了开关晶体管124具有的功能之外，转换器电路127还具有基于输入进来的参考电压对生成的脉冲电压的频率(通断频率)以及占空比进行控制的功能。作为该转换器电路127，能够使用市售品。
脉冲变压器128具有一次绕组以及二次绕组。脉冲变压器128将一次绕组侧即输入侧和二次绕组侧即输出侧电绝缘。一次绕组的一端经由输入端子129与脉冲变压器14d具有的二次绕组的中点连接，另一端经由输入端子130与脉冲变压器14c具有的二次绕组的中点连接。另外，二次绕组的一端与转换器电路127连接，另一端与GND连接。
回扫变压器243b具有一次绕组、多套系统的二次绕组以及三次绕组。回扫变压器243b将一次绕组侧即输入侧、二次绕组即输出侧和三次绕组侧即输出侧电绝缘。在图2所示的回扫变压器243b中，具有两套系统的二次绕组。一次绕组的一端与输入端子241连接，另一端与输入端子242连接。二次绕组的一端与对应的系统的整流二极管244的阳极连接，另一端与对应的系统的输出端子247连接。三次绕组的一端经由输出端子248与脉冲变压器22d的一次绕组的中点连接，另一端经由输出端子249与脉冲变压器22c的一次绕组的中点连接。
此外，各系统的整流二极管244以及输出电容器245将由脉冲变压器22a、22b输出的脉冲电压转换为相互不同的直流电压。
接着，对本发明的实施方式2涉及的电力传输系统的动作进行说明。
在发送装置1中，绝缘DC/AC转换器12基于由直流电源11输出的直流电压生成脉冲电压而输出。另外，在绝缘DC/AC转换器12具有的一对输出端子125、126中，输出端子125与脉冲变压器14b具有的二次绕组的中点连接，输出端子126与脉冲变压器14a具有的二次绕组的中点连接。由此，在2根双绞线31a、31b的中点电位间产生脉冲电位差，实现使用了以太网电缆3的电力传输。
另外，在接收装置2中，绝缘AC/DC转换器24经由脉冲变压器22a、22b接收由双绞线31a、31b传输的脉冲电压，转换为直流电压。
这里，回扫变压器243b的二次绕组是多个绕组，在图2中通过两套系统的二次绕组产生两种脉冲电压。这两种脉冲电压被转换为彼此不同的直流电压，向后级的电路供给。另外，通过追加二次绕组的绕组，能够增加可由接收装置2输出的直流电压的种类。
另外，回扫变压器243b具有三次绕组。该三次绕组的一端与脉冲变压器22d具有的一次绕组的中点连接，另一端与脉冲变压器22c具有的一次绕组的中点连接。由此，在2根双绞线31c、31d的中点电位间产生用于对施加于回扫变压器243b的脉冲电压的值进行监视的参考电位差，由双绞线31c、31d传输的参考电压经由脉冲变压器128被反馈至转换器电路127。
通过转换器电路127基于参考电压对脉冲电压的频率以及占空比进行调整，从而控制由绝缘AC/DC转换器24输出的直流电压的值。由此，能够从绝缘AC/DC转换器24输出精度高的直流电压。
如上所述，根据本实施方式2，绝缘DC/AC转换器12构成为基于输入至绝缘AC/DC转换器24的脉冲电压对输出的脉冲电压的频率以及占空比进行控制，因此，除了实施方式1的效果之外，进一步地，无需使用串联稳压器25即可输出精度高的直流电压。
此外，在上述记载中示出了如下的情况，即，设置了多套系统的回扫变压器243b的二次绕组，绝缘AC/DC转换器24将输入进来的脉冲电压转换为多个直流电压。但是，不限于此，回扫变压器243b的二次绕组也可以是单个的。
此外，本发明在其发明范围内能够进行各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意的结构要素的变形、或者在各实施方式中省略任意的结构要素。
工业实用性
本发明涉及的电力传输系统无需使用PSE控制器以及PD控制器即可进行使用了通信线的电力传输，适用于使用通信线对电力进行传输的电力传输系统等。
标号的说明
1发送装置，2接收装置，3以太网电缆，11直流电源，12绝缘DC/AC转换器(第1转换器)，13PHY(第1通信部)，14脉冲变压器，15连接器，21连接器，22脉冲变压器，23PHY(第2通信部)，24绝缘AC/DC转换器(整流电路、第1转换器)，25串联稳压器，31双绞线(通信线)，121、122输入端子，123脉冲变压器，124开关晶体管，125、126输出端子，127转换器电路，128脉冲变压器，241、242输入端子，243、243b回扫变压器，244整流二极管，245输出电容器，246、247输出端子。

Claims (6)

1.一种电力传输系统，其特征在于，
具有发送装置以及接收装置，
所述发送装置具有：
第1通信部，其输出通信信号；
第1脉冲变压器，其具有与所述第1通信部连接的第1一次绕组，并且具有与第1通信线的一端连接的第1二次绕组；
第2脉冲变压器，其具有与所述第1通信部连接的第2一次绕组，并且具有与第2通信线的一端连接的第2二次绕组；以及
绝缘型的第1转换器，其具有一对输出端子，该第1转换器将直流电压转换为脉冲电压而输出，该一对输出端子的一个与所述第1二次绕组的中点连接，另一个与所述第2二次绕组的中点连接，
所述接收装置具有：
第3脉冲变压器，其具有与所述第1通信线的另一端连接的第3一次绕组，并且具有第3二次绕组；
第4脉冲变压器，其具有与所述第2通信线的另一端连接的第4一次绕组，并且具有第4二次绕组；
第2通信部，其与所述第3二次绕组以及所述第4二次绕组连接，通信信号被输入至该第2通信部；以及
绝缘型的第2转换器，其具有一对输入端子，该第2转换器将输入进来的脉冲电压转换为直流电压，该一对输入端子的一个与所述第3一次绕组的中点连接，另一个与所述第4一次绕组的中点连接。
2.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，
所述第1转换器以输出的脉冲电压的频带宽度不与由所述第1通信部输出的通信信号的频带宽度重叠的方式，对该脉冲电压的上升时间以及下降时间进行了调整。
3.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，
所述第1转换器基于输入至所述第2转换器的脉冲电压，对输出的脉冲电压的频率以及占空比进行控制。
4.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，
所述第2转换器将输入进来的脉冲电压转换为多个直流电压。
5.一种发送装置，其具有：
第1通信部，其输出通信信号；
第1脉冲变压器，其具有与所述第1通信部连接的第1一次绕组，并且具有与第1通信线的一端连接的第1二次绕组；
第2脉冲变压器，其具有与所述第1通信部连接的第2一次绕组，并且具有与第2通信线的一端连接的第2二次绕组；以及
绝缘型的第1转换器，其具有一对输出端子，该第1转换器将直流电压转换为脉冲电压而输出，该一对输出端子的一个与所述第1二次绕组的中点连接，另一个与所述第2二次绕组的中点连接。
6.一种接收装置，其具有：
第3脉冲变压器，其具有与第1通信线的另一端连接的第3一次绕组，并且具有第3二次绕组；
第4脉冲变压器，其具有与第2通信线的另一端连接的第4一次绕组，并且具有第4二次绕组；
第2通信部，其与所述第3二次绕组以及所述第4二次绕组连接，通信信号被输入至该第2通信部；以及
绝缘型的第2转换器，其具有一对输入端子，该第2转换器将输入进来的脉冲电压转换为直流电压，该一对输入端子的一个与所述第3一次绕组的中点连接，另一个与所述第4一次绕组的中点连接。
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