CN205070806U - 整流式直接变频三相供电及通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及通信控制领域，提供了一种整流式直接变频三相供电及通信装置，包括三相电源、开关控制模块以及多个负载电源,开关控制模块包括一个或多个开关控制电路，开关控制电路包括开关控制装置以及一个或多个开关模块，开关模块包括第一整流电路、双向开关S1、S2，第一整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S2串接在第一整流电路输出端，双向开关S2的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的剩余两端分别连接三相电源输出端以及开关控制电路输出端。本实用新型中通过将交流供电线路控制端加入以整流电路和双向开关为基础的通信装置来达到简单通信的目的，成本低，抗干扰能力强。

Description

整流式直接变频三相供电及通信装置

技术领域

本实用新型涉及通信控制领域，尤其涉及分布式电源供电领域，特别的是一种整流式直接变频三相供电及通信装置。

背景技术

在户外电源应用领域及需要简单传递控制信息的供电系统应用领域，如LED路灯、隧道灯或其他传统灯具等应用领域，由于供电线路较远且存在诸多不确定因素，一般通过市电交流电对灯具中的电源进行供电，而通过单独的通信装置或线路进行通信及控制。例如LED路灯应用时，需要每隔几个小时对路灯的亮度进行调节，即所谓的调光，该方式由于可以实现二次节能，具有重大的经济及社会意义。调光控制方式主要有四类：通过单独的调光线进行模拟或数字的控制方式(如：0-10V模拟电压控制/PWM数字量控制/RS-485数字通信控制)；通过无线通信进行调光及控制方式，如Zigbee通信及控制；不需要单独线路而通过电力线进行通信的方式，如PLC电力载波通信；通过灯具内部的定时器进行定时控制；这些通信实质上都是对灯具里面的电源进行通信及控制。

通过单独的调光线的控制方式技术实现简单，可实现对某一组灯一起控制，即分组控制，比如一条0-10V的调光线可以控制多达200盏以上的灯，但在工程应用的时候尤其是旧线路改造的时候存在施工布线难，布线距离远，线材成本高的弊端，并且调光线路抗感应雷干扰的能力很差，可靠性不高。PLC电力载波通信方式：目前通过在每个电源上(即每杆灯上)加装电力载波通信模块即单灯控制器实现通信及控制功能，优点是可传递的信号量非常大，信号双向传递，传输速度快，信号通过交流供电线传递，无需重新施工布线，无多余的线材成本；但单灯控制器成本高而复杂，信号幅值太小，易受干扰，通信可靠性低，当灯具数量较多，单灯控制器数量也同样多，总成本非常高。若将电力载波通信集成到电源里面，不但存在电力载波芯片及耦合解码电路成本高的问题，还会存在电力载波通信频率跟开关电源内部工作频率高度重合而会被干扰的问题，带来的EMI电磁兼容问题很难处理，设计难度高，至今尚未有实际产品批量应用。无线通信(如Zigbee)存在成本高、通信不稳定、通信距离短的问题，也需要在灯上附加无线通信装置及天线。若将无线通信集成到电源内，因为户外电源带有防水型铝壳，必须从铝壳伸出一根天线，防水及结构方面难度大、成本也高。三者的共同特点是都需要附加成本比较高的物料或装置。定时调光：定时器在电源上电的时候开始工作，经过设定的时间段后，即调整电源内部的电流以达到所需的亮度，优点是成本非常低，不需外接线材、控制器等，但由于无法跟外部通信，一旦设定定时策略，不能变更，因此不适合冬季夏季夜间时间长度差异较大的路灯应用，也不适合隧道灯等应用。工程应用最核心的需求是基于调光的二次节能，该需求只需对某些路段或者某组灯进行统一调整(分组控制)，并不需要对单灯进行逐个控制；调光时信号量很小，只需发出简单的调光百分比信号；调光间隔长，一般每隔几个小时调整一次；因此调光应用的需求是：信号量极小，信号传递次数少，需要调整的时候才需要通信，可预先定制调光定时控制策略而在通信的时候一次写入到电源内部存储器，不需要单灯控制而只需分组控制；上述四种方式中，通过调光线进行控制的方式比较符合调光需求，PLC通信及无线通信大大超过了实际需求，而定时调光不能满足通信调整的需求。

实用新型内容

针对上述方案的缺点，本实用新型提出整流式直接变频三相供电及通信装置，特点是能够通过电力线进行通信，信号幅度大进而通信稳定，无多余线材成本，适合传递较少数据量，适合低频次通信，适合分组控制，灯具侧的电源只需拓展内部的单片机的功能即可实现，简单可靠，成本低，适合三相供电的户外照明改造及改造之后的二次节能，也适合新项目二次节能应用及其他领域应用，总体成本最低，经济效益非常显著。

本实用新型技术方案是：一种整流式直接变频三相供电及通信装置，包括三相电源、连接在三相电源输出端的开关控制电路以及连接在开关控制电路输出端的多个负载电源,所述开关控制电路包括开关控制装置以及一个或多个开关模块，所述开关模块包括第一整流电路、双向开关S1、S2，所述第一整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S2串接在第一整流电路输出端，双向开关S2的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的剩余两端分别连接三相电源输出端以及开关控制电路输出端，所述负载电源内部连接有数字芯片。

优选的，所述开关模块还包括第二整流电路、双向开关S3，所述第二整流电路与第一整流电路整流方向相反，第二整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S3的控制端连接开关控制装置，双向开关S3剩余两端分别连接第二整流电路输出端以及开关控制电路输出端。

优选的，所述第一整流电路包括1个或2个或3个整流器，整流器的输入端分别连接三相电源输出端，整流器的输出端连接双向开关S2输入端。

优选的，所述第二整流电路包括1个或2个或3个整流器，整流器的输入端分别连接三相电源输出端，整流器的输出端连接双向开关S3输入端。

优选的，所述开关控制电路还包括双向开关S4，双向开关S4的控制端连接开关控制装置，双向开关S4的剩余两端，一端连接开关控制电路输出端，一端接地。

优选的，所述开关控制电路还包括双向开关S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12，双向开关S5、S6、S7的控制端连接开关控制装置，双向开关S5、S6、S7的一公共端连接双向开关S2、S3的公共端，双向开关S5、S6、S7的剩余一端连接负载电源，双向开关S8、S9的控制端连接开关控制装置，双向开关S8、S9的一端分别连接三相电源输出端，双向开关S8、S9的剩余一端分别连接开关控制电路输出端，双向开关S10、S11、S12分别串接在三相电源输出端，双向开关S10、S11、S12的控制端连接开关控制装置。

一种整流式直接变频三相供电及通信装置的控制方法，所述方法包括以下步骤：

1)开关控制装置控制双向开关S1、S2的导通，使双向开关S1、S2以一定的周期交替工作，或互补导通工作，或部分周期导通配合部分周期不导通工作，有控制地将整流电路的电压输出给负载电源；

2)切换周期不同，切换电压的相位不同，导通周期时间长度不同，两个开关切换模式不同；

3)对开关控制电路输出端输出的不同波形进行定义；

4)负载电源接收交流电电压波形后，其内部的数字芯片将波形解码或存储，然后控制负载的工作。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中通过将交流供电线路控制端加入以整流电路和双向开关为基础的通信装置来达到简单通信的目的。供电控制端加入整流电路和双向开关为基础的通信装置后，可以通过供电控制终端对双向开关为基础的通信装置进行控制以传递模拟或数字信息，电源侧(或者进一步说灯具侧)可以通过内置的单片机、MCU、DSP等数字芯片进行采样及解码或储存，响应控制指令。采用上述方法，各个电源可设置分组或单独设定地址，实现分组控制甚至点对点的控制。电源内部的数字芯片实现简单，成本低；同时由于本实用新型采用大信号传递信息，抗干扰能力强，通信可靠性高。本实用新型属于单向通信，在LED电源领域，控制方式及功能与通过模拟调光线进行调光控制的方式类似，但无多余的工程施工成本及线材成本，几乎不会增加电源的成本，无雷击干扰隐患，实现了分组控制，并吸收了定时调光的优点，最大限度的满足了实际工程需要。采用该种方式进行数字信号传递，一方面保证了任一电源的供电维持为交流的形式进而电源仍可正常工作，另一方面由于传递的信息量较小(如调光百分比信号)，通信速度可以满足使用要求，并且通信可靠性很高，同时供电线路提供的是短时对称波形，持续时间很短，几个工频周期内即可完成，经过滤波后，对电网的干扰可忽略。对于路灯调光应用，一次通信可以设定未来几个月的定时调光策略，通信频次更低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例一的电路原理图；

图2是本实用新型实施例一的第一种输出波形图；

图3是本实用新型实施例一的第二种输出波形图；

图4是本实用新型第一整流电路、第二整流电路不同组合的电路原理图；

图5是本实用新型中的双向开关及二极管的替换形式；

图6是本实用新型实施例一优选的电路原理图；

图7是本实用新型实施例二的电路原理图；

图8是本实用新型实施例三的电路原理图；

图9是本实用新型中双向开关替换为晶闸管的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

一种整流式直接变频三相供电及通信装置，包括三相电源、连接在三相电源输出端的开关控制电路以及连接在开关控制电路输出端的多个负载电源,所述开关控制电路包括开关控制装置以及一个或多个开关模块，所述开关模块包括第一整流电路、双向开关S1、S2，所述第一整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S2串接在第一整流电路输出端，双向开关S2的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的剩余两端分别连接三相电源输出端以及开关控制电路输出端，所述负载电源内部连接有数字芯片。

优选的，所述开关模块还包括第二整流电路、双向开关S3，所述第二整流电路与第一整流电路整流方向相反，第二整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S3的控制端连接开关控制装置，双向开关S3剩余两端分别连接第二整流电路输出端以及开关控制电路输出端。

优选的，所述第一整流电路包括1个或2个或3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S2输入端。

优选的，所述第二整流电路包括1个或2个或3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S3输入端。

优选的，所述开关控制电路还包括双向开关S4，双向开关S4的控制端连接开关控制装置，双向开关S4的剩余两端，一端连接开关控制电路输出端，一端接地。

优选的，所述开关控制电路还包括双向开关S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12，双向开关S5、S6、S7的控制端连接开关控制装置，双向开关S5、S6、S7的一公共端连接双向开关S2、S3的公共端，双向开关S5、S6、S7的剩余一端连接负载电源，双向开关S8、S9的控制端连接开关控制装置，双向开关S8、S9的一端分别连接三相电源输出端，双向开关S8、S9的剩余一端分别连接开关控制电路输出端，双向开关S10、S11、S12分别串接在三相电源输出端，双向开关S10、S11、S12的控制端连接开关控制装置。

一种整流式直接变频三相供电及通信装置的控制方法，所述方法包括以下步骤：

1)开关控制装置控制双向开关S1、S2的导通，使双向开关S1、S2以一定的周期交替工作，或互补导通工作，或部分周期导通配合部分周期不导通工作，有控制地将整流电路的电压输出给负载电源；

2)切换周期不同，切换电压的相位不同，导通周期时间长度不同，两个开关切换模式不同；

3)对开关控制电路输出端输出的不同波形进行定义；

4)负载电源接收交流电电压波形后，其内部的数字芯片将波形解码或存储，然后控制负载的工作。

以下就实施例一对本实用新型做进一步阐述，仅用以说明但不限制为此种形式。

实施例一

结合附图1，一种整流式直接变频三相供电及通信装置，包括三相电源、连接在三相电源输出端的开关控制电路以及连接在开关控制电路输出端的多个负载电源,所述开关控制电路包括开关控制装置以及开关模块，所述开关模块包括第一整流电路、第二整流电路、双向开关S1、S2、S3，所述第一整流电路输入端连接在三相电源输出端，所述第二整流电路与第一整流电路整流方向相反，第二整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S2串接在第一整流电路输出端，双向开关S2的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的剩余两端分别连接三相电源输出端以及开关控制电路输出端，双向开关S3的控制端连接开关控制装置，双向开关S3剩余两端分别连接第二整流电路输出端以及开关控制电路输出端，所述负载电源内部连接有数字芯片。

结合附图4，所述第一整流电路包括1个或2个或3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S2输入端；所述第二整流电路包括1个或2个或3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S3输入端。

结合附图6，优选的，所述开关控制电路还包括双向开关S4，双向开关S4的控制端连接开关控制装置，双向开关S4的剩余两端，一端连接开关控制电路输出端，一端接地。

实施例一的控制方法为：

当不需要通信即负载电源正常工作的时候，导通双向开关S1，而双向开关S2与S3不导通，从而切断通信控制模块与电源供电的连接。当需要通信时，将双向开关S1关断，而根据一定的控制策略交替导通双向开关S2、S3，形成通信信号。双向开关S2、S3不能同时导通而是有一个切换过程。三相电源提供的电压为间隔120度的正弦交流电，而经过第一整流电路整流之后的电压为正向部分；经过第二整流电路整流之后的电压为负向部分。下面以一种切换方式举例说明通信切换逻辑：若对整流后的三相电压进行划分，则结合双向开关S2，S3交替导通的控制，可以得到图2的电压(该电压波形是图1中负载电源的输入电压，标为“A相”的线上电压)。图2中，定义6个120度正弦波峰为一个数字位，正负各3个正弦波峰(对应三相电一个工频周期)，其中电压为从正向负定义为数字1，由负向正定义为数字0(反之亦可)，则通信的数字量即可按照一定的通信协议一位一位的传递，在负载电源内部设有解码器，通过对输入线的编码进行解码，就可以知道传递的信号。图3显示的是另外一种数字位定义方式。所述定义方式并不局限于上述定义方式。由于电源内部有整流电路或者功率因数校正电路，这些电源在上述供电方式下仍可正常工作，另一方面保证了供电线路三相正常供电，同时达到了传递信息的目的。

以下就实施例二对本实用新型做进一步阐述，仅用以说明但不限制为此种形式。

实施例二

结合附图7一种整流式直接变频三相供电及通信装置，包括三相电源、连接在三相电源输出端的开关控制电路以及连接在开关控制电路输出端的多个负载电源,所述开关控制电路包括开关控制装置以及开关模块，所述开关模块包括第一整流电路、第二整流电路、双向开关S1、S2、S3，所述第一整流电路输入端连接在三相电源输出端，所述第二整流电路与第一整流电路整流方向相反，第二整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S2串接在第一整流电路输出端，双向开关S2的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的剩余两端分别连接三相电源输出端以及开关控制电路输出端，双向开关S3的控制端连接开关控制装置，双向开关S3剩余两端分别连接第二整流电路输出端以及开关控制电路输出端，所述负载电源内部连接有数字芯片。

所述第一整流电路包括3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S2输入端；所述第二整流电路包括3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S3输入端。

所述开关控制电路还包括双向开关S4，双向开关S4的控制端连接开关控制装置，双向开关S4的剩余两端，一端连接开关控制电路输出端，一端接地。S4用于在S1、S2切换的时候对感性负载续流，避免其他器件出现过电压失效。

所述开关控制电路还包括双向开关S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12，双向开关S5、S6、S7的控制端连接开关控制装置，双向开关S5、S6、S7的一公共端连接双向开关S2、S3的公共端，双向开关S5、S6、S7的剩余一端连接负载电源，双向开关S8、S9的控制端连接开关控制装置，双向开关S8、S9的一端分别连接三相电源输出端，双向开关S8、S9的剩余一端分别连接开关控制电路输出端，双向开关S10、S11、S12分别串接在三相电源输出端，双向开关S10、S11、S12的控制端连接开关控制装置。

实施例二为实施例一的一种三相扩展形式，实施例二的控制方法与实施例一相同。图6中，开关S5、S6、S7用于在该装置工作的时候选择接入三相电源输出端的A相，B相还是C相，三相也可同时接入。S9，S10，S11用于在不需要通信的时候将该装置从电网中切掉，并且当不需通信时，可使双向开关S5、S6、S7、S9、S10、S11全部断开以提高可靠性；双向开关S1、S8、S9用于在电源需要正常工作即不需要通信时接入市电。

以下就实施例三对本实用新型做进一步阐述，仅用以说明但不限制为此种形式。

实施例三

结合附图8，一种整流式直接变频三相供电及通信装置，包括三相电源、连接在三相电源输出端的开关控制电路以及连接在开关控制电路输出端的多个负载电源,所述开关控制电路包括开关控制装置以及三个开关模块，所述开关模块包括第一整流电路、第二整流电路、双向开关S1、S2、S3，所述第一整流电路输入端连接在三相电源输出端，所述第二整流电路与第一整流电路整流方向相反，第二整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S2串接在第一整流电路输出端，双向开关S2的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的剩余两端分别连接三相电源输出端以及开关控制电路输出端，双向开关S3的控制端连接开关控制装置，双向开关S3剩余两端分别连接第二整流电路输出端以及开关控制电路输出端，所述负载电源内部连接有数字芯片。

所述第一整流电路包括1个或2个或3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S2输入端。

所述第二整流电路包括1个或2个或3个二极管，二极管的输入端分别连接三相电源输出端，二极管的输出端连接双向开关S3输入端。

优选的，所述开关控制电路还包括双向开关S4，双向开关S4的控制端连接开关控制装置，双向开关S4的剩余两端，一端连接开关控制电路输出端，一端接地。S4用于在S1、S2切换的时候对感性负载续流，避免其他器件出现过电压失效。

实施例三为实施例一的另一种三相扩展形式，其中开关控制电路在一起整体控制。其控制方法与实施例一相同。

以下就实施例三对本实用新型做进一步阐述，仅用以说明但不限制为此种形式。

结合附图1、4、6、7，第一整流电路、第二整流电路中整流器为二极管，二极管可以用图5中的开关管及组合形式进行替代，以及其串联、并联等形式替代，结合附图9，用晶闸管代替二极管为其中的一种表现形式。二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以双向开关形式的器件替代时，双向开关S2、S3可省略，也可保留；上述双向开关分别包括至少两个反向连接的或者构成双向导通形式的MOSFET管，或IGBT、或二极管，或三极管，或晶体管，或晶闸管，或继电器，或接触器，或空气开关。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种整流式直接变频三相供电及通信装置，包括三相电源、连接在三相电源输出端的开关控制电路以及连接在开关控制电路输出端的多个负载电源,其特征在于：所述开关控制电路包括开关控制装置以及一个或多个开关模块，所述开关模块包括第一整流电路、双向开关S1、S2，所述第一整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S2串接在第一整流电路输出端，双向开关S2的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的控制端连接开关控制装置，双向开关S1的剩余两端分别连接三相电源输出端以及开关控制电路输出端，所述负载电源内部连接有数字芯片。

2.根据权利要求1所述的整流式直接变频三相供电及通信装置，其特征在于：所述开关模块还包括第二整流电路、双向开关S3，所述第二整流电路与第一整流电路整流方向相反，第二整流电路输入端连接在三相电源输出端，双向开关S3的控制端连接开关控制装置，双向开关S3剩余两端分别连接第二整流电路输出端以及开关控制电路输出端。

3.根据权利要求1所述的整流式直接变频三相供电及通信装置，其特征在于：所述第一整流电路包括1个或2个或3个整流器，整流器的输入端分别连接三相电源输出端，整流器的输出端连接双向开关S2输入端。

4.根据权利要求2所述的整流式直接变频三相供电及通信装置，其特征在于：所述第二整流电路包括1个或2个或3个整流器，整流器的输入端分别连接三相电源输出端，整流器的输出端连接双向开关S3输入端。

5.根据权利要求1或2所述的整流式直接变频三相供电及通信装置，其特征在于：所述开关控制电路还包括双向开关S4，双向开关S4的控制端连接开关控制装置，双向开关S4的剩余两端，一端连接开关控制电路输出端，一端接地。

6.根据权利要求3所述的整流式直接变频三相供电及通信装置，其特征在于：所述开关控制电路还包括双向开关S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12，双向开关S5、S6、S7的控制端连接开关控制装置，双向开关S5、S6、S7的一公共端连接双向开关S2、S3的公共端，双向开关S5、S6、S7的剩余一端连接负载电源，双向开关S8、S9的控制端连接开关控制装置，双向开关S8、S9的一端分别连接三相电源输出端，双向开关S8、S9的剩余一端分别连接开关控制电路输出端，双向开关S10、S11、S12分别串接在三相电源输出端，双向开关S10、S11、S12的控制端连接开关控制装置。

7.根据权利要求2所述的整流式直接变频三相供电及通信装置，其特征在于：所述开关控制电路还包括双向开关S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12，双向开关S5、S6、S7的控制端连接开关控制装置，双向开关S5、S6、S7的一公共端连接双向开关S2、S3的公共端，双向开关S5、S6、S7的剩余一端连接负载电源，双向开关S8、S9的控制端连接开关控制装置，双向开关S8、S9的一端分别连接三相电源输出端，双向开关S8、S9的剩余一端分别连接开关控制电路输出端，双向开关S10、S11、S12分别串接在三相电源输出端，双向开关S10、S11、S12的控制端连接开关控制装置。