CN1602590A - 电源线路通信电路 - Google Patents

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CN1602590A CNA018181740A CN01818174A CN1602590A CN 1602590 A CN1602590 A CN 1602590A CN A018181740 A CNA018181740 A CN A018181740A CN 01818174 A CN01818174 A CN 01818174A CN 1602590 A CN1602590 A CN 1602590A
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Abstract

电源线路通信电路包括连接于交流电源线路实用电源的整流器。该整流器从该交流电源拉取功率并在其正负输出端之间产生一个低频整流的直流电压信号，负端作为电路参考接地端。整流的直流电压信号被连接于整流器的正输出端的电压至电流转换器所接收。该电压至电流转换器还接收来自外部高频交流形通信信号发生器的高频交流形通信输入电压信号。响应于该两个输入电压信号，该电压至电流转换器生成输出电流，该输出电流包含来自整流的直流输入电压信号的低频直流部分和来自交流形高频通信输入电压信号的高频交流形部分。该高频交流形通信部分叠加于该低频直流部分上以将通信(数据)信号置于该交流电源线路上。

Description

电源线路通信电路
技术领域
一般来说，本发明涉及通信电路，更具体的是涉及用于在常规交流电源线路上传输用于进行线路负载控制的高频通信信号的电路。
背景技术
当需要遥控在不同地点的交流电源线路上的负载(此处负载可以是房屋照明系统、报警系统或类似物)分布的任何时候，就要使用电源线路通信电路。现有技术具有大量的相对复杂和在很大程度上低效的通信电路的参考，其通过常规的交流电源线路执行各种遥控功能。例如，Boggs等人的美国专利4,024,528教导了一种远程交换系统，其中负载的运行由在远程地点产生并沿着交流电源线路传输的信号控制。该电路包括由该交流电源线路电源供电并且操作以将瞬时的控制信号置于电源线路上的信号发射器。还包括电连接到该线路负载用于同样的远程控制的接收器。控制信号在噪音瞬时信号通常出现在半周期之前的电源线路电压的半周期的前段期间内被应用于该线路。这种类型的传输控制系统具有致使低效操作的非常复杂的电路构造。
其他电源线路通信系统利用电容器或变压器耦合来将载波信号耦合到电源线路，以及昂贵的推挽式的放大器来主动向/从电源线路供给电流。这种电源线路通信系统也需要相对贵以及大功率的电源供应，操作效率低并且不易于在通常的房屋或办公设施内实施。
因此，产生了对新的电源线路通信电路的需求，这种新的电源线路通信电路可从需要产生例如不高于100毫安的相对紧凑和低价的电源供应进行高效操作。这种通信电路应该具有简化的电路构造，其中最好是在不使用电容器、变压器或类似物的情况下可实现通信信号到交流电源线路的耦合。
发明内容
本发明致力于用于通过交流电流低频电源线路传输通信信号的电路，该电路包括可操作的耦合到交流电源线路的整流器，用于产生未滤波的整流的直流电压信号；以及可操作的耦合到该整流器的电压至电流转换器(VCC)用于接收未滤波的整流的直流电压信号，该VCC适于高频交流形通信电压信号和用于生成响应高频交流形通信电压信号以及未滤波的整流的直流电压信号的输出电流，该输出电流包括来自叠加到来自未滤波的整流的直流电压信号的低频直流部分的高频交流形通信电压信号的高频交流部分，该叠加的高频交流形信号部分通过该整流器将通信信号置于交流电源线路。
根据本发明的一方面，该电路还包括可操作的耦合到该整流器和该VCC之间的接收器，用于提供在求和节点与该高频交流形通信电压信号求和的闭环高频交流形通信电压反馈信号，以控制应用到该VCC的高频交流形通信信号的大小和形状。
根据本发明的另一方面，该整流器包括半波整流器。该半波整流器包括整流二极管，该整流二极管具有阴极和阳极，该阳极可操作的耦合到该交流电源线路，以便在该电源线路的正半周期从该交流电源线路拉取电流。
根据本发明的另一方面，该VCC包括N沟道场效应管(FET)，该场效应管具有源极、漏极和栅极，该漏极与该整流二极管的阴极串连连接，用于在交流电源线路的正半周期接收该未滤波的整流的直流电压信号，以及积分器，该积分器具有非反相输入端，该输入端可操作的耦合到该求和节点，用于接收该求和的高频交流形通信电压信号，反相输入端，被偏压电压源偏压，以及输出端，该输出端可操作的耦合到该场效应管的栅极，该积分器响应该高频交流型通信电压信号以及该偏压电压产生栅极控制电压，该栅极控制电压被应用于场效应管的栅极，用于调制来自场效应管的输出电流，该调制的输出电流包括来自叠加到来自未滤波的整流的直流电压信号上的高频交流形通信电压信号的高频交流部分，该叠加的高频交流形信号部分将通信信号置于该交流电源线路上。该VCC还包括可操作的耦合在该积分器和电流感应电阻器之间的反馈网络，用于稳定来自积分器的电压输出，该电流感应电阻器可操作的耦合到该场效应管的源极，该反馈网络包括可操作的耦合到该电流感应电阻器的分压器。该反馈网络还包括超前-滞后网络，该超前-滞后网络包括与电阻器并联耦合的RC滤波器，该电阻器是分压器的一部分。
根据本发明的另一方面，该接收器包括第一RC滤波器，可操作地耦合到整流二极管的阴极，用于接收输出电流和从高频交流形通信信号部分去耦低频直流部分，第二RC滤波器，可操作地耦合到第一RC滤波器，用于将该去耦的高频交流形通信信号部分滤波，非反相放大器，可操作的耦合到第二RC滤波器，用于放大滤波的高频交流形通信信号部分，以及反馈电阻器，可操作的耦合在非反相放大器和求和节点之间，用于闭合在高频交流形反馈通信电压信号上的反馈环路。
根据本发明的另一方面，该整流器包括全波整流器。该全波整流器包括四个二极管的电桥，该电桥具有可操作的耦合到该交流电源线路的第一和第二输入端，用于连续的从该交流电源线路拉取电流，正输出端，用于提供未滤波的整流的直流(d.c.)电压信号，以及负输出端，该负输出端作为电路的电路接地端。
根据本发明的另一方面，VCC包括具有源极、漏极和栅极的N沟道场效应管(FET)，该漏极与四个二极管的电桥的正输出端串连连接，用于连续的接收未滤波的整流的直流电压信号，以及一个积分器，该积分器具有非反相输入端，可操作的耦合到求和节点，用于接收求和的高频交流形通信电压信号，反相输入端，该反相输入端被偏置电压源偏置，以及一个输出端，可操作的耦合到FET的栅极，该积分器响应高频交流形通信电压信号和偏置电压生成一个栅极控制电压，该栅极控制电压被应用于FET的栅极，用于调制来自FET的输出电流，被调制的输出电流包括来自叠加到来自未滤波的整流的直流电压信号的低频直流部分的高频交流形通信电压信号的高频交流部分，该叠加的高频交流形信号部分通过四个二极管的电桥整流器将通信信号置于交流电源线路上。该VCC还包括反馈网络，该反馈网络可操作的耦合到该积分器和电流感应电阻器之间，用于稳定来自积分器的电压输出，该电流感应电阻器可操作的耦合到FET的源极，该反馈网络包括分压器，该分压器可操作的耦合到该电流感应电阻器。该反馈网络还包括超前-滞后网络，该超前-滞后网络包括与电阻器并联连接的RC滤波器，该电阻器为该分压器的一部分。
根据本发明的不同方面，接收器包括第一RC滤波器，可操作的耦合到四个二极管的电桥整流器的正输出端，用于接收输出电流和从高频交流形通信信号部分去耦低频直流部分，第二RC滤波器可操作的耦合到第一RC滤波器，用于将该去耦的高频交流形通信信号部分滤波，非反相放大器可操作的耦合到第二RC滤波器，用于放大滤波的高频交流形通信信号部分，以及反馈电阻器，可操作的耦合在该非反相放大器和该求和节点之间，用于闭合该高频交流形反馈通信电压信号上的该反馈回路。
本发明的这些和其他方面在参照附图和以下本发明的优选实施例的详细描述的情况下将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的电源线路通信电路的简化示意图；
图2是根据本发明的电源线路通信电路的示意图；
图3是图2的电源线路通信电路的简化的等同的电路图；
图4是本发明的另一实施例的简化的示意图；
图5a是施加到本发明的电源线路通信电路的场效应管的栅极的控制电压的典型的时间波形图；
图5b是本发明的电源线路通信电路的来自电压到电流转换器(VCC)的输出电流的典型的时间波形图；以及
图5c是根据本发明的交流线路电压的典型的时间波形图。
发明详述
此后，本发明的一些优选实施例将参照相关的附图1-5c被加以详细的描述。本发明的另外的实施例、特征、和/或优势将随着接下来的描述变得明显，或者可通过本发明的实施中学到。
在附图中，图未被定标并且参考标号表示本发明的各种特征，在全部图和说明书中同样的符号指同样的特征。
以下描述包括目前应该想到的用于实施本发明的最佳模式。该描述不应以限制的意义被理解，而只是用于描述本发明的普遍原理的目的。
本发明一般来说是致力于符合上述需求的电源线路通信电路，并通过预编程的开关的作用可用于控制房间中或办公建筑物中的各种地点的灯的操作。更具体的是，该通信电路包括一个与通常的交流电源线路实用源(120V，60Hz)串连连接的全波电桥整流器。该电桥整流器从交流电源拉取功率，并在其正负端之间产生全波整流的直流输出电压信号，其被施加于与电流感应电阻器串连连接的电压至电流转换器(VCC)。电压至电流转换器还接收来自外部通信(数据)信号发生器的高频输入电压。为了描述本发明的目的，术语“通信”和“数据”可互相交换使用。通信(或数据)输入信号具有类似于交流形电源线路波形的交流形波形，但其频率要高的多。响应该两个输入电压信号，电压至电流转换器产生电流输出，其具有来自整流的直流输入电压的低频直流部分和来自交流形的通信输入电压信号的高频交流部分。高频交流部分叠加到低频直流部分上以提供交流电源线路上的线路负载控制。
现在更具体的参照图1，示出了用于在交流电源线路上传输通信(数据)信号以便进行线路负载控制的电子电路，概括的以参考标号10指示。电路10具有交流电源线路电源12(120V，60Hz)，其与电阻器14串连连接，该电阻器具有与其中装有照明控制系统的房屋或办公建筑物的60Hz的线路的阻抗相对应的阻抗(ZLINE)。
根据本发明的一个优选实施例，电源线路通信电路10还包括一个全波整流器20，其优选的是标准的四个二极管的全波电桥整流器，其可在国内外的电子供货店买到。电桥整流器20电连接于引线路16和引线路18之间，并且在电源线路的交流电源12的连续的正负半周期间分别通过端34、36从电源线路拉取交流电流。电桥整流器20包括通过(正)输出端30连接的整流二极管22、28，以及分别通过为了本发明的目的而作为电路地端的(负)输出端32连接的整流二极管24和26。如果其落入本发明的范围内，也可使用其他类型的全波整流器。
电桥整流器20对输入的交流电源线路电压信号进行整流，在其输出端之间产生低频(60Hz)全波整流的直流电压信号。该低频全波整流的电压信号被电压至电流转换器(VCC)38接收，如图1所示，该转换器与电流感应电阻器40串连连接在电桥整流器20的端30和端32之间。为了本发明的目的，电流感应电阻器40优选的是选择低电阻值。
电压至电流转换器38具有两个输入电压端42、44和一个电流输出端46，如图1所示。输入电压端42接收来自整流器20的低频全波整流的直流电压信号VIN。输入电压端44接收高频(优选的是115kHz)通信(数据)输入电压信号VCOMM(图1)，其具有通常类似交流电源线路波形的交流形波形。一旦接收到两个输入电压信号(VCOMM和VIN)，电压至电流转换器38产生相应的输出电流IOUT(图1)。IOUT具有来自整流的直流输入电压信号的低频直流部分和来自交流形数据输入电压信号的高频交流部分。该高频交流数据部分叠加到该低频直流部分上，如将在以下描述的，以便允许灯在其各房屋/办公建筑物地点进行控制。由于IOUT在交流电源12的正负半周期间都流过电阻器40，因此存在通过系统传送负载控制数据的连续的电流。
用于实施本发明的优选的通信(数据)信号频率为115kHz，尽管本领域的技术人员会容易的理解，其他高频率也可被使用。例如，可使用任何在100kHz～400kHz范围内的频率。在这点上，应该注意挑选的数据信号的频率不应高于540kHz，其为联邦通信委员会(FCC)设定的AM无线电频带的起点。FCC禁止这个范围中的载波(传输信号)频率，以避免与AM无线电传输干扰。通常，传输数据信号频率越高，可通过交流电源线路通信的数据带宽就越大。此外，载波频率越高，在系统的接收器端所需的滤波阶段就越少，其中低频(60Hz)整流的直流部分从高频数据部分去耦(或被剥离)。
参照图2，电压至电流转换器38(如虚线所示)优选的是包括具有源极(S)52、漏极(D)50、和栅极(G)54的N沟道场效应管(FET)48。如图2所示，漏极50处的电势是VIN，且高频输入控制电压被施加到栅极54，导致来自FET 48的响应输出电流的调制。输出电流波形(见图5b)将具有叠加到低频(60Hz)直流部分(来自漏极50处的全波整流的直流输入电压VIN)的高频(115kHz)交流数据部分(来自施加到栅极54的高频输入控制电压)。通常，FET为优选的用于高频工作的电源装置。只要不偏离本发明的所需目的，也可以使用各种其他的电源装置。
电压至电流转换器38还包括积分器58，该积分器具有反相输入端60、非反相输入端62和输出端64。非反相输入端62接收由外部源(未示出)提供的高频(115kHz)数据输入电压信号VCOMM。积分器输出端64通过积分器输出电阻器66连接到FET 48的栅极54(图2)。偏置电压VCC(优选的是5V)由相对较小和有效的电源供应(未示出)通过电阻器72被施加到积分器58的反相输入端60。
积分器58包括传统的运算放大器68，该放大器可能是由California的Santa Clara的National Semiconductor Corporation制造的LM833运算放大器。只要是落入本发明的范围之内，也可以选择其他运算放大器。运算放大器68由供应电压Va和Vb(分别为+8.5V和-8.5V)供电，其由相对较小和有效的电源供应(未示出)来提供。运算放大器68具有作为积分器58的非反相输入端62的输入引脚5，连接于电阻器72的输入引脚6，以及作为积分器58的输出端的输出引脚7。积分器58还包括连接于引脚7和引脚6之间的负反馈电容器70，如图2所示。
如本领域的技术人员将容易的认识到的那样，如果积分器58的反相和非反相输入端的电势差是V1，那么响应的积分输出V2将与[常量∫V1dt]成比例，常量由-1/R72C70给出。这样，如果正电压被施加到引脚5，运算放大器68的输出不会立即上升到其供电干线，而是渐渐的摆动到新的位置。通常，栅极电势(在栅极54处)越大，耗尽沟道越宽且来自FET 48的电流越大。
电流感应电阻器40优选的是挑选具有低电阻值，例如，大约1欧姆。本发明的电路设计用于为通信(数据)输入(VCOMM)的每个伏特提供到VCC 38通过电阻器40的相应的2V压降。这样，VCC38的电压增益是VOUT/VCOMM＝2。
根据实施本发明的最佳模式，通信输入电压信号VCOMM由外部通信(数据)信号发生器(未示出)生成，其可能是连接到栅极阵列的处理器。该栅极阵列是复合逻辑电路，其可被用户编程，并且在从处理器给定适当的命令的情况下，可生成115kHz的交流电压信号，其被适当的滤波(未示出)直到它与正弦波形非常相似。
为了简化115kHz交流信号通过VCC 38的传输，大约0.5V(未示出)的偏置补偿电压可被施加到运算放大器68的引脚5。由于VCC 38的电压增益为2，0.5V的偏置输入将转换成在端46的1A的电流输出。因此，只要0.5V的补偿电压(±400mV-500mV)总是被保持在引脚5，任何在引脚5上另外的输入电压将以其整体由系统传送。该另外的输入电压实际上是115kHz交流形的通信(数据)输入电压信号VCOMM，该信号由上述应用于引脚5的外部通信信号发生器产生。积分器58使VCOMM积分并将相应的振荡控制电压VCONTROL应用于FET 48的栅极54(经过电阻器66)，由此改变FET的偏置并迫使FET沟道电流受VCONTROL(漏极50在VIN)控制。因此，输出电流IOUT包含来自叠加到来自VIN(图5b)的低频(60Hz)直流部分的VCOMM的高频(115kHz)部分。该IOUT波形与[VCONTROL+VIN]波形很相似，图5a-5b示出了相位中的该两个波形。叠加的交流部分传送在交流电源线路上控制线路负载(房屋中的灯，等等)所需的数据。结果的VLINE波形如图5c中所示，在交流电源12的正半周期74和负半周期76期间，高频交流数据部分叠加于低频直流部分上。由于通过从电源线路拉取电流可获得两个信号的耦合，在该两个周期的峰值VLINE信号的幅度如图5c中的虚线所示都被减小，但这不会影响本发明的目的。
根据实施本发明的最佳模式，只要在每个半周期期间至少有30V在线路上，在交流电源线路上传输高频数据信号就被启动。因此，如果传输要在正半周期开始，直到交流电源线路上升至30V传输才开始。在连续的负半周期期间，当交流电源线路上还留有30V时系统进行传输。这种操作模式避免了传统的过零传输，该过零传输需要利用相对较贵的推挽式放大器有效的向/从电源线路施加和拉取电流。此外，本发明的系统被设计成只要栅极电压VCONTROL下降到约2V时，FET 48就被关闭。任何时候只要在交流电源线路路上没有传输活动，FET 48就关闭以避免过热。因此，电源装置(FET48)只“开”很短的时间，并只在白天/夜晚的某些时间开，这有助于非常经济的操作。
为了更精确的控制增益和减少变形，VCC 38优选的是包括一个电连接于电流感应电阻器40和积分器58之间的反馈网络77(图2中虚线所示)。反馈网络77包括由与电阻器86串连连接的电阻器84代表的分压器，这些电阻器优选的是具有相等电阻值，以及一个RC滤波器，该RC滤波器包括与电阻器82串连连接的电容器80(图2)。与电流感应电阻器40连接的分压器确定在运算放大器68的引脚6处的反馈输入电压。例如，如果电阻器84、86和40每个都是阻值为1欧姆的电阻器，并且如果引脚5接收到1V的输入，为了使引脚6也接收到1V以便使运算放大器68的输出电压稳定，流过电阻器40的电流应该为2安培，即，对于应用于运算放大器68的输入引脚5的每一伏特，将从交流电源线路拉取2安培的电流。
反馈网络77实际上包括超前-滞后网络78(如图2中的虚线所示)，其包含与RC滤波器(电阻器82和电容器80)并联连接的电阻器84。在低频时，在引脚6处的反馈输入电压只由根据电容器80的电抗的分压器确定，X80＝1/2πfC，即，在低频时，电容器80的作用就像是断路。因此，在低频时在引脚6会有电压滞后。相反，在高频时电容器的作用就像是断路，在这种情况下在引脚6会有电压超前。
应该注意，可操作的是VCC 38可被看作跨导(transconductance)放大器，在这种情况下，增益是IOUT/VCOMM(以欧姆)。
根据本发明的另一优选实施例，通信电路10还包括连接于VCC 38(图2)的输入端44和电桥整流器38的正端30之间的接收器42(图1)。如图2所示，接收器42包括一个具有非反相输入端100，反相输入端98和输出端102的非反相放大器96，一对提供两极滤波的RC滤波器，以及一个经由求和节点56馈送入输入端44的反馈电阻器104。具体的是，非反相放大器96包括一个运算放大器106，优选的是其与运算放大器68一致，并且电阻器108、110每个都连接到运算放大器106的引脚2，这些电阻器优选的是都是等值的电阻器。运算放大器106由供应电压Va和Vb(分别是+8.5V和-8.5V)供电，其由相对较小和有效的电源供应(未示出)提供。引脚3作为非反相输入端100，引脚1连接于输出端102并且引脚2经由电阻器108连接于反相输入端98。由于电阻器110和108是等值电阻器，非反相运算放大器96的增益可从A96＝(R108+R110)/R108＝2R108/R108＝2计算。
由串连连接于全波电桥整流器20的正端30和电阻器90之间的电容器88代表的第一RC滤波器接收一个输入电压信号，该信号包括叠加于低频整流的直流部分(来自VIN)的高频交流数据部分(来自VCOMM)和出现在交流线路上的诸如来自调光开关等等的任何其他高频噪声。电容器88具有电抗X88＝1/2πfC，即，在低频处，电容器88作用像是断路，阻断低频(60Hz)直流部分的通道。在高频处，电容器88作用像是短路，通过高频(115kHz)交流数据部分和任何其他出现在线路上的高频噪声。这样，电容器88将低频整流的直流部分从高频交流数据部分剥离(去耦)并将去耦的高频信号通过电阻器90。在这点上，包含串连连接于电阻器90并且并联连接于电容器94的电阻器92的第二RC滤波器被采用以完成信号滤波过程。连接于反相和非反相输入端98、100之间的电容器94将滤波的高频交流数据输入电压提供给非反相放大器96。根据实施本发明的最佳模式，电容器88、94应该优选的是具有等值的容抗并且电阻器90、92应该优选的是具有等值的电阻。电容器94将滤波的高频交流数据电压馈送到非反相放大器96的输入端100、98，该放大器通过增益2放大该电压。然后被放大的高频交流数据输出信号VFB经过反馈电阻104被传送到求和节点56。应该是相对于生成的高频交流通信(数据)信号(VCOMM)相位差为180度的高频交流通信(数据)反馈信号然后在求和节点(交点)56被与该生成的高频交流通信(数据)信号(VCOMM)求和，在应用于运算放大器68的引脚5的高频交流输入信号部分上闭合了反馈控制回路。由VFB和VCOMM的求和产生的高频交流电压误差信号然后被馈送给运算放大器68的引脚5。需要闭环反馈以便准确的控制应用于运算放大器68的引脚5的高频交流数据信号的大小和形状。
本领域的技术人员应该理解的是本发明的配置可以被看作A类(Class A)放大器。图3示出了带有参考房屋中的布线阻抗的ZLINE的A类放大器200。A类放大器200不是非常有效的放大器，但其对于本发明的目的而言是可接受的折衷，这是因为电源装置只在一天的某些时间每次只“开”半个周期。A类放大器在其操作曲线的中间被偏置，以使输出电流在输入电压的整个周期期间流动。这导致输出信号的最小变形。通常，因为在偏置电阻和晶体管中的功率损失，A类放大器效率低，但是，对于本发明的目的而言这不是一个限制。
更应该可以理解的是，全波电桥整流器20的负输出端32也是其他上述的电路参考的电路接地端。
根据本发明的另一实施例，图4示出了用于在交流实用电源线路上传输通信(数据)信号用于线路负载控制的电路，概括的由参考标号300指示。电路300具有一个交流电源线路电源302(120V，60Hz)，串连连接于电阻器304，其具有对应于其中安装有灯控制系统的房屋(或办公建筑物)的60Hz布线阻抗的阻抗(ZLINE)。电源302具有跨越整个系统的线路导线306和中性线308。
电源线路通信电路300还包括一个整流器310，优选的是该整流器为半波整流器，即，传统的单个的整流二极管，具有阴极端326和阳极端328。阳极端328连接于线路导线306并在电源线路电源302的正半周期间从交流线路拉取交流电流。在实际上不偏离本发明的意图目的情况下，也可使用其他类型的半波整流器。整流器310在阴极端326产生低频(60Hz)半波整流的直流电压信号，优选的是该信号被电压至电流转换器(VCC)314接收。VCC 314具有两个输入电压端318、320以及一个连接于电流感应电阻316的电流输出端322。电阻器316连接于交流电源302的中性线308并且优选的是具有低电阻值。输入电压端318是用于接收来自经由阴极端326提供的低频(60Hz)半波整流的直流电压信号VIN。输入电压端320是用于接收高频(优选的是115kHz)通信(数据)输入电压信号VCOMM，其具有与交流电源线路波形相似的交流形的波形。一旦接收到两个输入电压(VCOMM和VIN)，VCC 314在输出端322生成一个输出电流IOUT。IOUT具有来自半波整流的直流输入电压信号的低频直流部分和来自交流形数据输入电压信号的高频交流部分。该高频交流形数据部分以上述用于全波电桥整流器实施例的方式叠加到低频直流部分上，并经由电流感应电阻器316到达交流电源线路以将通信(数据)信号置于交流电源线路上。由于IOUT只在交流电源302的正半周期期间流经电阻器316，通信(数据)只可在一半的时间被传输通过系统。VCC 314的结构和操作与图2中的VCC 38一致。
电路300还包括接收器324，连接于VCC 314的输入端320和整流二极管310的阴极端326之间。接收器324的结构和操作与图2中的接收器42一致。
上述的发明性的低频电路可从便宜的电子元件建构，并需要估计可产生只有100mA来满足上述的发明性的电路的需要的简单、紧密和便宜的电源供应。这样，该电路结构与传统的电源线路通信电路相比而言要简单的多，并且不采用电容器/变压器耦合来将载波(数据)信号耦合到交流电源线路。
本领域的技术人员应该可以理解，在其他的元件和/或配置不偏离本发明的意图的目的和范围的情况下，在上述的实施例中也可使用这样的元件和/或配置。
虽然根据优选实施例对本发明进行了详细的描述，但应该理解在不偏离本发明的范围或实质的情况下可在本发明中作出各种改变和变更。在这点上，重要的是应该注意实施本发明并不限于上述的应用。在不偏离本发明的意图的目的情况下，也可用于其他应用和/或变更。
本领域中的技术人员应该理解作为一个实施例的一部分而说明或描述的特征可用于其他实施例以便提供另一实施例，以使这些特征不限于上述的特定的实施例。因此，本发明意图涵盖这样的改变、实施例和变更，只要其在所附的权利要求和其等同物之内。

Claims (14)

1.一种用于在交流(a.c.)低频电源线路上传送通信信号的电路，所述电路包括：
(a)整流器，可操作的耦合到所述交流电源线路上，用于产生未滤波的整流的直流(d.c.)电压信号；以及
(b)电压至电流转换器(VCC)，可操作的耦合到所述整流器以便接收所述未滤波的整流的直流电压信号，所述VCC适合用于接收高频交流形通信电压信号和用于生成响应所述高频交流形通信电压信号和所述未滤波的整流的直流电压信号的输出电流，所述输出电流包括来自所述高频交流形通信电压信号的高频交流部分，所述高频交流部分叠加于来自所述未滤波的整流的直流电压信号的低频直流部分上，所述叠加的高频交流形信号部分通过所述整流器将通信信号置于所述交流电源线路上。
2.根据权利要求1所述的电路，还包括接收器，可操作的耦合在所述整流器和所述VCC之间，用于提供闭环高频交流形通信电压反馈信号，所述高频交流形通信电压反馈信号在求和节点与所述高频交流形通信电压信号求和，以控制应用于所述VCC的所述高频交流形通信信号的大小和形状。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述整流器包括半波整流器。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述半波整流器包括整流二极管，所述整流二极管具有阴极和阳极，所述阳极可操作的耦合到所述交流电源线路，以便在所述交流电源线路的正半周期期间从所述交流电源线路拉取电流。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述VCC包括一N沟道场效应管(FET)，所述场效应管具有源极、漏极和栅极，所述漏极与所述整流二极管的所述阴极串连连接，以便在交流电源线路的正半周期期间接收所述未滤波的整流的直流电压信号，以及积分器，所述积分器具有非反相输入端，可操作的耦合到所述求和节点，用于接收所述已求和的高频交流形通信电压信号，被偏置电压源偏置的反相输入端，及可操作的耦合到所述FET的所述栅极的输出端，所述积分器响应所述高频交流形通信电压信号和所述偏置电压生成栅极控制电压，所述栅极控制电压应用于所述FET的所述栅极，以便调制来自所述FET的所述输出电流，所述调制的输出电流包括来自所述高频交流形通信电压信号的高频交流部分，该高频交流部分叠加于来自所述未滤波的整流的直流电压信号的低频直流部分，所述叠加的高频交流形信号部分将通信信号置于所述交流电源线路上。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述VCC还包括反馈网络，所述反馈网络可操作的耦合在所述积分器和电流感应电阻器之间，以便稳定来自所述积分器的电压输出，所述电流感应电阻器可操作的耦合到所述FET的所述源极，所述反馈网络包括分压器，所述分压器可操作的耦合到所述电流感应电阻器。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述反馈网络还包括超前-滞后网络，所述超前-滞后网络包括与电阻器并联耦合的RC滤波器，所述电阻器是所述分压器的一部分。
8.根据权利要求4所述的电路，其中所述接收器包括第一RC滤波器，所述滤波器可操作的耦合到所述整流二极管的所述阴极，以便接收所述输出电流并将所述低频直流部分从所述高频交流形通信信号部分去耦，第二RC滤波器，所述第二RC滤波器可操作的耦合到所述第一RC滤波器，以便将所述去耦的高频交流形通信信号部分滤波，非反相放大器，所述非反相放大器可操作的耦合到所述第二RC滤波器，用于放大所述滤波的高频交流形通信信号部分，及反馈电阻器，所述反馈电阻器可操作的耦合在所述非反相放大器和所述求和节点之间，用于闭合所述高频交流形反馈通信电压信号上的所述反馈回路。
9.根据权利要求2所述的电路，其中所述整流器包括全波整流器。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述全波整流器包括四个二极管的电桥整流器，该电桥整流器具有第一和第二输入端，所述输入端可操作的耦合在交流电源线路，以便连续的从该交流电源线路拉取电流，正输出端，用于提供一未滤波的整流的直流(d.c.)电压信号，以及负输出端，所述负输出端作为所述电路的电路接地端。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述VCC包括N沟道场效应管(FET)，所述场效应管具有源极、漏极和栅极，所述漏极与所述四个二极管的电桥整流器的所述正输出端串连连接，以便连续的接收所述未滤波的整流的直流电压信号，以及积分器，所述积分器具有非反相输入端，可操作的耦合到所述求和节点，以便接收所述求和的高频交流形通信电压信号，反相输入端，所述反相输入端被偏置电压源偏置，以及输出端，该输出端可操作的耦合到所述FET的所述栅极，所述积分器响应所述高频交流形通信电压信号和所述偏置电压生成栅极控制电压，所述栅极控制电压应用与所述FET的所述栅极，以便调制来自所述FET的所述输出电流，所述调制的输出电流包括来自所述高频交流形通信电压信号的高频交流部分，所述高频交流部分叠加到来自所述未滤波的整流的直流电压信号的低频直流部分，所述叠加的高频交流形信号部分将通信信号通过所述四个二极管的电桥整流器置于交流电源线路上。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述VCC还包括反馈网络，所述反馈网络可操作的耦合在所述积分器和电流感应电阻器之间，以便稳定来自所述积分器的电压输出，所述电流感应电阻器可操作的耦合到所述FET的所述源极，所述反馈网络包括分压器，所述分压器可操作的耦合到所述电流感应电阻器。
13.根据权利要求12所述的电路，其中所述反馈网络还包括超前-滞后网络，所述超前-滞后网络包括与电阻器并联耦合的RC滤波器，所述电阻器是所述分压器的一部分。
14.根据权利要求10所述的电路，其中所述接收器包括第一RC滤波器，所述第一RC滤波器可操作的耦合到所述四个二极管的电桥整流器的所述正输出端，以便接收所述输出电流并从所述高频交流形通信信号部分去耦所述低频直流部分，第二RC滤波器，所述第二RC滤波器可操作的耦合到所述第一RC滤波器，以便将所述去耦的高频交流形通信信号部分滤波，非反相放大器，所述非反相放大器可操作的耦合到所述第二RC滤波器，以便放大所述滤波的高频交流形通信信号部分，以及反馈电阻器，所述反馈电阻器可操作的耦合在所述非反相放大器和所述求和节点之间，以便闭合所述高频交流形反馈通信电压信号上的所述反馈回路。
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