RU2488923C2 - Устройство типа передатчика и/или приемника электрических радиосигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области дистанционного управления с использованием радиочастот. Техническим результатом является обеспечение защиты от паразитного перенапряжения, передаваемого питающей сетью. Радиочастотное устройство, управляющее средством для питания, по меньшей мере, одной электрической нагрузки и содержащее радиочастотный блок типа передатчика и/или приемника радиочастотных сигналов и присоединенный первым проводом к питающей сети переменного тока, при этом радиочастотный блок содержит выход и/или вход радиочастотного сигнала, присоединенные ВЧ-соединением к первой клемме контура настройки радиочастотного устройства, этот контур настройки является: присоединенным второй клеммой к первому проводу, присоединенным третьей клеммой к электрической земле (GND) радиочастотного блока, оснащенным средством для блокировки проводимости радиочастотных сигналов по первому проводу между второй клеммой и третьей клеммой, и проходимым между второй клеммой и третьей клеммой переменным током (I-ACT), протекающим в первом проводе и питающим упомянутую электрическую нагрузку. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области дистанционного управления с использованием радиочастот, то есть, посредством электрических радиосигналов, исполнительными механизмами, управляющими электрической нагрузкой в зданиях, эта электрическая нагрузка является предназначенной для теплового, визуального или светового комфорта, для солнцезащиты, для закрывания или организации защиты здания или его окрестностей.

Такие исполнительные механизмы содержат радиочастотный приемник, снабженный приемной антенной, дающей возможность повышать его чувствительность, а потому, дальность передачи между радиочастотным приемником и не имеющим постоянного места или стационарным радиочастотным передатчиком.

Приемная антенна является чувствительным и непрочным элементом. Более того, исполнительный механизм часто размещается в металлическом кожухе, который делает обязательным располагать антенну снаружи кожуха для того, чтобы сохранять чувствительность.

В течение долгого времени предполагалось использование силового кабеля электропитания исполнительного механизма для размещения части антенны или для использования фазового провода и/или нейтрального провода в качестве антенны посредством прямой связи или посредством частичной связи.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Патенты US 2581983 и US 3290601 описывают такую связь, с точкой соединения на каждом из проводов сетевого кабеля, расположенной на предопределенном расстоянии (от 1/8 до 1/4 длины волны) от заземления установки приемопередатчика. Эти патенты также описывают контур настройки частоты и схему сетевого источника питания для приемопередатчика.

Две схемы, надстройки и источника питания, являются полностью раздельными.

Патент US 4507646 также описывает использование емкостной связи с питающей сетью, на этот раз, для радиочастотного передатчика. В этот раз, также, две схемы, настройки и источника питания, являются полностью раздельными.

Патент GB 702525 описывает индуктивную связь с сетевым кабелем электропитания телевизора, этот кабель является оснащенным витками на каждом конце, с тем чтобы строго ограничивать антенный эффект длиной кабеля.

Патент US 4194178 описывает способ отправки информации с использованием сетевого кабеля, посредством токов несущей, в случае контроля электродвигателя. Две схемы, силовой связи и сигнальной связи, являются полностью раздельными.

В патенте US 7151464 заявителя, выполнена негальваническая связь между антенной, предпочтительно, четвертьволновой антенной, и проводами питающей сети, с тем чтобы предоставить возможность одновременной передачи непосредственно и посредством сетевой связи. Предпочтительно, соединение происходит прямолинейным образом, тем самым, требуя длины приблизительно в 10 см на 433 МГц, и возможно, представляя собой проблемы громоздкости.

В патенте US 6104920, относящемся к портативному телефону с опорной подставкой, радиочастотный излучатель составлен не самим сетевым кабелем, а участком кабеля постоянного электропитания, лежащим между сетевым адаптером, содержащим трансформатор-выпрямитель, и опорной подставкой. Этот участок кабеля изолирован на каждой стороне кабеля постоянного электропитания двумя колебательными контурами или развязывающими схемами, которые дают возможность ограничивать распространение направляемых волн только на длине кабеля постоянного источника питания. Таким образом, высокочастотные (HF) ВЧ-сигналы не передаются по питающей сети (см. раздел 5, строки с 50 по 55). Непрерывный ток, протекающий в кабеле постоянного электропитания, проходит через эти развязывающие схемы, наряду с тем, что емкостная связь предоставляет возможность антенного соединения с кабелем постоянного электропитания.

Заявка EP 0718908 на патент описывает не имеющий постоянного места радиочастотный передатчик, в котором металлический корпус гальванического элемента источника питания используется в качестве антенны. Каждый электрод гальванического элемента присоединен к клемме источника питания передатчика проводом, снабженным блокирующей ВЧ-индуктивностью. Один из электродов гальванического элемента, кроме того, присоединен к ВЧ-выходу схемы передатчика схемой согласования полных сопротивлений, способствующей максимальной передаче мощности сигнала между ВЧ-выходом и антенной, состоящей из гальванического элемента. Ток источника питания передатчика не проходит через эту схему согласования. Устройство требует значительного количества блокирующих ВЧ-индуктивностей.

Устройства предшествующего уровня техники, поэтому, часто требуют вмешательства в кабель источника питания, с тем чтобы дать возможность изолировать его часть от ВЧ, или с тем чтобы предоставить возможность предопределенной связи в показателях длины (индуктивная связь) или положения (емкостная связь). Следовательно, это принуждает к использованию специального кабеля электропитания. Другие неописанные устройства предусматривают связь с подземным кабелем, когда он существует, но результаты являются весьма беспорядочными.

Несмотря на прогресс, достигнутый устройством заявителя, описанного в патенте US 7151464, было отмечено, что чувствительность остается зависимой от режима электроустановки, это является легко понятным, но к тому же, что чувствительность является зависящей от условий использования исполнительного механизма.

Например, хорошая чувствительность во время простого прослушивания приемника ухудшается, когда исполнительный механизм приводится в действие вслед за принятой командой.

Такие эффекты не являются приписываемыми попросту помехам, создаваемым электродвигателем исполнительного механизма, когда он работает. Из этого следует, что чувствительность приемника команд на выполнение движения ухудшается, когда приводится в действие исполнительный механизм: поэтому, есть риск приоритетных команд, таких как команда аварийного останова, принимаемых менее четко, чем команды для приведения в движение.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство радиочастотной передачи и/или приема, исправляющее эти недостатки и совершенствующее радиочастотные устройства, известные из предшествующего уровня техники. В частности, изобретение предлагает устройство, которое впечатляюще устраняет недостатки низкой чувствительности, особенно когда оно размещено в исполнительном механизме трубчатого типа, содержащего электродвигатель для привода мобильного элемента бытовой автоматизации, и особенно когда исполнительный механизм установлен в металлической трубе, окружающей его. Изобретение, в частности, предлагает радиочастотное устройство очень простой конструкции.

Радиочастотное устройство согласно изобретению определено пунктом 1 формулы изобретения.

Различные варианты осуществления радиочастотного устройства согласно изобретению определены пунктами со 2 по 10 формулы изобретения.

Устройство бытовой автоматизации согласно изобретению определено пунктом 11 формулы изобретения.

Еще один вариант осуществления устройства бытовой автоматизации согласно изобретению определен пунктом 12 формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет лучше понятно по прочтению описания, которое следует, приведенного только в качестве примера, наряду с обращением к прилагаемым чертежам, на которых:

- фиг.1 - схема установки бытовой автоматизации, содержащей радиочастотное устройство согласно изобретению;

- фиг.2 - схема исполнительного механизма бытовой автоматизации, содержащего первый вариант осуществления радиочастотного устройства согласно изобретению;

- фиг.3 - схема второго варианта осуществления радиочастотного устройства согласно изобретению;

- фиг.4 - схема, поясняющая, почему радиочастотное устройство согласно изобретению невосприимчиво к силе тока, втекающего из питающей сети;

- фиг.5 - частичный вид сверху основанной на печатной схеме компоновки второго варианта осуществления радиочастотного устройства согласно изобретению;

- фиг.6 - схема, демонстрирующая обобщенным образом конструкцию радиочастотного устройство согласно изобретению;

- фиг.7 - электрическая схема третьего варианта осуществления;

- фиг.8 - электрическая схема четвертого варианта осуществления;

- фиг.9 - частичный вид в разрезе компоновки по четвертому варианту осуществления, основанной на печатной схеме.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.1 изображает установку 10 бытовой автоматизации, содержащую передатчик 1 команд. Этот передатчик команд содержит клавишную панель 2 управления и радиочастотное устройство 3, такое как радиочастотный преобразователь, здесь изображенный символом антенны.

Передатчик команд поддерживает связь на радиочастотах с исполнительным механизмом 4, содержащим радиочастотное устройство 30, такое как основанный на радиочастоте приемник команд, и электродвигатель, представленный своей механической полезной мощностью 6, который также является выходным звеном исполнительного механизма. Радиочастотное устройство 30 принимает команды, передаваемые радиочастотным передатчиком, и преобразует их, если необходимо, в команды управления для электродвигателя. Как изображено на фиг.2, радиочастотное устройство содержит контур 17 настройки и радиочастотный блок 11. Выход исполнительного механизма присоединен к подвижному элементу 7, который может перемещаться в первом направлении DIR1 или во втором направлении DIR2 в зависимости от команды, поданной на электродвигатель. Подвижный элемент 7 установлен в здании или его окрестностях, например, на шторе на роликах, ставне террасы, подъемной двери или воротах, и перемещается в пространстве 8 здания, например перед пролетом.

Исполнительный механизм питается от питающей сети 9, то есть промышленной сети переменного тока (AC), например, 230 В, 50 Гц.

Клавишный пульт управления содержит клавиши управления. В зависимости от того, какая клавиша нажата пользователем, радиочастотный передатчик передает: команду перемещаться в первом направлении, команду перемещаться во втором направлении, команду останова.

Исполнительный механизм оснащен электромеханическими или электронными устройствами, не изображенными, которые дают возможность автоматически останавливать электродвигатель, когда подвижный элемент достигает конца своей траектории в пространстве 8, например, верхнего конечного выключателя и нижнего конечного выключателя, если имеют дело со шторой на роликах.

Передатчик, в качестве альтернативы, может быть предназначен для управления устройством для освещения, отопления/кондиционирования воздуха или вентиляции, сиреной предупредительной сигнализации, мультимедийным проекционным экраном или любым устройством, обеспечивающим комфорт, организацию электроснабжения и/или безопасность в здании или его окрестностях (воротами, парковым освещением, и т.д.). В этом случае, исполнительным механизмом является исполнительный механизм освещения, отопления/кондиционирования воздуха, аварийной сигнализации, и т.д.

Предпочтительно, передатчик команд и приемник команд принадлежат к двунаправленному типу для обмена информацией, относящейся к надлежащему приему или надлежащему выполнению принимаемых команд.

Установка может содержать несколько передатчиков команд и/или исполнительных механизмов, поддерживающих связь через одну и ту же радиочастотную сеть с использованием общего протокола и средства идентификации.

Метеорологические детектирующие датчики либо датчики наличия или качества воздуха, либо датчики аварийной сигнализации также являются устанавливаемыми в радиочастотной сети и здесь могут рассматриваться в качестве передатчиков команд, даже если они отправляют только данные измерений.

Изобретение будет описано в случае исполнительного механизма, питаемого питающей сетью, но оно также применяется к передатчику команд или к датчику, если последние получают электропитание от питающей сети, как изображено на фиг.1 пунктирной линией, соединяющей питающую сеть 9 с передатчиком 1 команд.

Фиг.2 изображает исполнительный механизм 4, присоединенный к питающей сети фазным проводом 9a и нейтральным проводом 9b, также указываемыми ссылкой как AC-H и AC-N. Кабель содержит защитный провод 9c, присоединенный к земле и к металлическому кожуху исполнительного механизма. Этот защитный провод неуместен в случае исполнительного механизма с двойной изоляцией.

Исполнительный механизм 4 оборудован первым вариантом осуществления радиочастотного устройства 30 согласно изобретению. Как будет описано позже, это радиочастотное устройство предоставляет возможность точечного соединения с питающей сетью, то есть, без какого бы то ни было ограничения на расположение вдоль сетевого кабеля электропитания в качестве функции длины волны и без какого бы то ни было ограничения на ВЧ-изоляцию части сетевого кабеля электропитания относительно оставшейся части питающей сети.

Радиочастотный блок 11 является чисто приемником или принадлежит к двунаправленному типу с антенным входом ANT и выходом OUT управляющих сигналов. Радиочастотный блок содержит элементы, не изображенные, известные специалисту в данной области техники, такие как устройство электропитания, ВЧ-схема усилителя-демодулятора, микроконтроллер. Поэтому, радиочастотный блок способен принимать, декодировать команды управления и, по выбору, передавать информацию о состоянии исполнительного механизма.

Команды управления вызывают управляющие сигналы, отправляемые по линии 12 управления с выхода OUT управляющих сигналов на вход IN блока 13 коммутации, присоединенного к электрической нагрузке 14, состоящей из электродвигателя MOT. Блок коммутации присоединен, с одной стороны, к электрической питающей сети внутренней фазной линией 15, обозначенной P0, и внутренней нейтральной линией 16, обозначенной N0, и присоединен, с другой стороны, к электродвигателю, чья выходная мощность 6 приводит в движение подвижный элемент, когда электродвигатель запитан.

В случае, когда электродвигатель принадлежит к однофазному индукционному типу, содержащему первую клемму P1 электродвигателя, вторую клемму P2 электродвигателя и третью N1 клемму электродвигателя, блок коммутации может состоять просто из реле, дающих возможность подключать внутреннюю фазную линию P0 к первой клемме P1 электродвигателя либо ко второй клемме P2 электродвигателя в зависимости от требуемого направления движения, наряду с подключением третьей клеммы N1 электродвигателя к внутренней нейтральной линии N0.

В случае, когда электродвигатель принадлежит к синхронному или щеточному типу с самовозбуждением, блок коммутации содержит выпрямитель, сопровождаемый, например, трехфазным инвертором, чьи три выхода присоединены к трем клеммам электродвигателя. Выпрямитель также может быть отделен от блока коммутации.

В случае, когда электродвигатель принадлежит к типу постоянного тока с коллектором и щетками, третьей клеммы электродвигателя не существует. Блок коммутации содержит выпрямитель, чьи две выходные клеммы присоединяются посредством реле к первой клемме P1 электродвигателя и ко второй клемме P2 электродвигателя, либо посредством обращения этих двух клемм, в зависимости от требуемого направления вращения.

Внутренняя фазная линия P0 присоединена непосредственно к фазному проводу 9a, наряду с тем, что внутренняя нейтральная линия N0 присоединена к нейтральному проводу 9b посредством контура 17 настройки. Радиочастотный блок 11 содержит заземление 18, обозначенное GND, которое присоединено, как можно ближе к контуру настройки, к внутренней нейтральной линии N0. Пример наиближайшего возможного присоединения приведен на фиг.5. Расстояние между точкой соединения и контуром настройки является по меньшей мере меньшим, а предпочтительно, гораздо меньшим, чем четверть длины волны.

Согласно первой конфигурации, обозначенной TUN, контур настройки 17 содержит по меньшей мере одну катушку L1 и один первый конденсатор C1, выполненные параллельно и настроенные на ВЧ-частоту несущей, используемой для радиочастотной передачи.

ВЧ-соединение 19, воплощенное вторым конденсатором C2, дает возможность присоединять антенный вход ANT радиочастотного блока 11 к некоторой точке катушки L1. Все происходит, как если бы катушка L1 была поделена на две связанные катушки, включенные последовательно, ВЧ-соединение является присоединенным к общей клемме двух обмоток.

Контур настройки содержит три клеммы, указываемые ссылкой 21-23, которые детализированы в описании фиг.6.

Радиочастотный блок питается от напряжения питающей сети входом PS электропитания, присоединенным к внутренней фазной линии P0, и заземлением GND. Устройство электропитания (не изображено), внутреннее по отношению к радиочастотному блоку, преобразует электрическое напряжение переменного тока 230 В, 50 Гц во внутреннее напряжение, например, 3 В постоянного тока, которое может использоваться в качестве электропитания для различных электронных компонентов, расположенных в радиочастотном блоке, и которое доступно между внутренней линией VCC электропитания и заземлением GND.

Поэтому, отмечено, что ток I-ACT, питающий исполнительный механизм, или ток исполнительного механизма, проходит через контур настройки. Это низкочастотный (например, 50 Гц) переменный ток, чья сила может меняться в зависимости от режима работы исполнительного механизма. Радиочастотная составляющая, распространяющаяся по сетевому кабелю, блокируется параллельным резонансным контуром L1, C1 (или «колебательным контуром»), содержащимся в контуре настройки. Наоборот, вследствие этой технологии, предоставляющей возможность электропитания переменного тока исполнительного механизма через колебательный контур и включающей заземление GND, как указано, радиочастотная составляющая ВЧ, отводимая из параллельного резонансного контура, не нарушается потреблением исполнительного механизма.

Фиг.3 описывает второй вариант осуществления изобретения радиочастотного устройства 30'. В этом втором варианте осуществления, контур 17' настройки (обозначенный TUN*) содержит третий конденсатор C3 и четвертый конденсатор C4, выполненные последовательно и заменяющие конденсатор C1. На этот раз, он является общей точкой этих двух конденсаторов, которая используется для ВЧ-соединения 19, воплощенного вторым конденсатором C2, с антенным входом ANT радиочастотного блока 11. Еще раз, радиочастотный блок 11 содержит заземление GND, которое присоединено, как можно ближе к контуру настройки, к внутренней нейтральной линии N0. Эта вторая конфигурация является более легкой для воплощения, поскольку индуктивность L2, состоящая из проволочной катушки, выполнена параллельно с конденсаторами C3 и C4, избегая необходимости вставлять промежуточный разъем.

Другие конфигурации контура настройки возможны в пределах рамок изобретения, при условии, если ток I-ACT исполнительного механизма может проходить непосредственно через него, и если он блокирует прохождение радиочастотных токов в токе исполнительного механизма.

Сила тока I-ACT может меняться в зависимости от режима работы исполнительного механизма. Предполагается, например, три режима работы, в зависимости от состояния радиочастотного блока и в зависимости от управляющих сигналов, которые он подает на блок коммутации.

Первый режим MOD1 соответствует ждущему режиму радиочастотного блока, в котором есть контроль уровня, улавливаемого на антенном входе, например, на выходе предварительного усилителя, содержащего индикатор уровня сигнала, с тем чтобы быть способным приводить в действие другие элементы радиочастотного блока, если превышается некоторое пороговое значение ВЧ-сигнала.

В этом первом ждущем режиме, всего лишь несколько компонентов физически присоединены к внутреннему фазному проводу и к внутреннему нейтральному проводу, а сила I1 тока I-ACT является низкой. Эквивалентная емкость, демонстрируемая компонентами, приведенными в действие в этом первом режиме работы, названа CP1.

Второй режим MOD2 соответствует режиму работы радиочастотного блока, при котором все его элементы приведены в действие для приема, декодирования или кодирования и интерпретации радиочастотного сигнала, детектированного в ждущем режиме. Все элементы радиочастотного блока физически присоединены к внутреннему фазному проводу и к внутреннему нейтральному проводу, или питаются посредством этих последних, а сила I2 тока I-ACT является большей, чем в предыдущем случае, например, в 5 раз более высокой. То же самое справедливо для значения CP2 эквивалентной емкости, демонстрируемой компонентами, приведенными в действие в этом втором режиме работы.

Третий режим MOD3 соответствует предыдущему режиму работы радиочастотного блока, к которому добавлено приведение в действие блока коммутации и электропитания электродвигателя, или любой другой электрической нагрузки, управляемой блоком коммутации. В это время сила I3 тока I-ACT находится в своем номинальном значении, например, в 1000 раз большем, чем в предыдущем случае. То же самое справедливо для значения CP3 эквивалентной емкости, демонстрируемой компонентами, приведенными в действие в этом третьем режиме работы.

На фиг.4 изображена упрощенная схема, эквивалентная действию изобретения согласно режиму работы. Эта схема может объяснить превосходное качество функционирования топологии, используемой в изобретении, что касается его устойчивости по отношению к очень значительным модификациям условий электропитания исполнительного механизма. Изображенный контур настройки находится в своей первой конфигурации TUN.

Отмечено, что, согласно режиму работы, конденсатор C1 нарушается параллельным включением емкостной сборки, составленной включением паразитной емкости питающей сети, CPM, наблюдаемой между фазным проводом AC-H и нейтральным проводом AC-N, последовательно с эквивалентной емкостью CP1, либо CP2 или CP3 рассматриваемого режима работы.

Паразитная емкость питающей сети, CPM, отчасти зависит от проводной конструкции кабеля, несущего провода AC-H и AC-N, но существенно зависит от компоновки дорожек AC-H и AC-N на печатной схеме, как изображено позже, на фиг.5.

Эта паразитная емкость питающей сети, CPM, иногда мала по сравнению с тремя эквивалентными емкостями CP1 либо CP2 или CP3. Емкостная сборка становится по существу эквивалентной одиночной емкости CPM. Поэтому, является достаточным, чтобы CPM также была мала по сравнению со значением емкости, выбранным проектировщиком для первого конденсатора C1, так что соединение с питающей сетью становится независимым от последней и от условий использования исполнительного механизма.

В качестве примера, выбираем C1 = 4,7 пФ (частично настраиваемый). Несмотря на то, что низка, емкость первого конденсатора C1 остается высокой по сравнению с паразитной емкостью сети, CPM. Проектировщик выводит из нее значение L1 индуктивности, предоставляющее контуру L1-C1 возможность входить в резонанс в выбранном частотном диапазоне, например, L1 = 47 нГн, для того чтобы работать в диапазоне 400 МГц. Значение емкости второго конденсатора C2 определяется не только чтобы обеспечивать ВЧ-соединение 19, но также с тем чтобы приводить полное сопротивление, наблюдаемое антенным входом, в соответствие рекомендованному значению, например, 50 Ом. Например, возьмем C2 = 100 пФ.

Должно быть отмечено, что роль второго конденсатора C2, в таком случае, состоит в том, чтобы предоставлять возможность согласования полных сопротивлений, а не развязки потенциалов точки связи и земли, поскольку точка связи всегда находится на потенциале земли. Некоторые варианты выбора сборки L1-C1 могут устранять второй конденсатор C2, ВЧ-соединение 19 обеспечивается просто токопроводящей шиной.

Выбор гораздо большей емкости для первого конденсатора C1 представлялся бы полезным по той причине, что он является даже лучшей гарантией невосприимчивости схемы по отношению к возможным изменениям паразитной емкости сети, CPM. Однако, он приводит к даже еще меньшему значению индуктивности L1 для определенной частоты. Поэтому, есть опасность, что будет трудно добиться влияния L1. Изобретателем было отмечено, что значения, указанные здесь, дают превосходные результаты дл частоты в 433 МГц. Для более высокой частоты, например, 868 МГц, значения, такие как 2 пФ и 22 нГн, также дают превосходные результаты.

Фиг.5 изображает, для иллюстрации, случай компоновки радиочастотного устройства на двухсторонней печатной плате PCB, верхнюю поверхность которой можно видеть.

Эта иллюстрация повторно использует условные знаки фиг.2, но со вторым вариантом осуществления радиочастотного блока 30', содержащим вторую конфигурацию TUN* контура настройки.

В этой упрощенной иллюстрации, было предположено, что исполнительный механизм предназначен для управления простой нагрузкой, например, электрической лампочкой. Поэтому, блок коммутации содержит только однополюсное реле REL и его транзистор TR возбуждения. Главные контакты реле находятся в верхней части, наряду с тем, что контакты электропитания его обмотки управления находятся в нижней части.

Выходной кабель, не изображенный, с одной стороны, присоединен к дорожке, присоединенной к главному выходному контакту реле, эквивалентному линии P1 по фиг.2, а с другой стороны, он присоединен непосредственно к внутренней нейтральной линии N0.

Радиочастотный блок содержит схему REG источника питания и радиочастотную схему RFX, например, двунаправленную, то есть, содержащую все элементы, необходимые для приема и передачи радиочастотных сигналов на антенном входе ANT. Как пояснено, эта схема также содержит микроконтроллер. Схема источника питания содержит внутреннюю линию VCC электропитания, которая питает радиочастотную схему, и которая также питает реле REL, когда транзистор TR является проводящим.

Контур настройки имеет вторую конфигурацию. Индуктивность L2 воплощена в виде катушки с печатными витками. На фиг.5, количество витков является относительно высоким и соответствует частоте порядка 100 МГц. Для частоты в 433 МГц было бы от двух до трех раз меньше витков.

Первый конец индуктивности L2 присоединен к нейтральному проводу AC-N кабеля питающей сети. Фазный провод AC-H сетевого кабеля связан с дорожкой, присоединенной к схеме источника питания и к главному контакту реле REL. Эта дорожка эквивалентна внутренней фазе P0 по фиг.2. Приняты меры предосторожности в отношении расстояний изоляции между дорожками, соответственно, с потенциалами двух проводов питающей сети.

Контур настройки содержит третий конденсатор C3 и четвертый конденсатор C4, скомпонованные последовательно с общей точкой, к которой присоединен второй конденсатор C2, также присоединенный к антенному входу радиочастотной схемы.

Индуктивность L2 определена между точками, соединяющими печатные витки с каждым свободным концом третьего и четвертого конденсаторов.

Заземление GND берется непосредственно в точке, соединяющей четвертый конденсатор C4 и индуктивность L2. Существенно, что заземление радиочастотной схемы и схемы источника питания также соединены в этой точке для получения наилучших результатов, по меньшей мере в этом типе упрощенной конфигурации, без земляной шины. Известно, что специалист в данной области техники прибегает к земляной шине для печатных схем, обычно содержащих более чем два слоя.

С другой стороны, по-прежнему в случае по фиг.5, другие компоненты, которые являются некритическими на радиочастотном уровне, могут быть присоединены в других точках к любой дорожке, присоединенной к заземлению GND. Например, транзистор TR, предоставляющий мощности возможность подаваться в обмотку управления реле, имеет свой коллектор (верхнюю клемму), присоединенный к реле, свою базу (среднюю клемму), присоединенную к выходу OUT радиочастотной схемы, и свой эмиттер (нижнюю клемму), присоединенный непосредственно к дорожке, эквивалентной внутренней нейтральной линии N0 по фиг.2. База транзистора TR эквивалентна входу IN блока коммутации по фиг.2.

Весьма очевидно, что ширине дорожек, составляющих индуктивность L2, размеры заданы таким образом, что номинальная интенсивность тока I-ACT исполнительного механизма, например, 2 ампера, могла протекать в них без каких бы то ни было проблем. Это ограничение задания размеров, однако, полезно, постольку поскольку оно приводит к очень низкому паразитному сопротивлению, а потому, очень хорошей добротности для резонансного контура. Если индуктивность L2 воплощена с использованием проводной катушки, подобным образом, берется диаметр провода, удовлетворяющий тем же самым требованиям.

Фиг.6 полностью описывает большую часть топологии линии связи между радиочастотным блоком 11 и контуром настройки 17, с одной стороны, через ВЧ-соединение 19, присоединяющее вход или выход 20 радиочастотного сигнала, составляющие его антенный вход ANT, к первой клемме 21 контура 17 настройки. Контур настройки присоединен посредством второй клеммы 22 к одному из проводов 9b питающей сети 9 переменного тока, присоединенному третьей клеммой 23 к заземлению (GND) радиочастотного блока, способному блокировать проводимость радиочастотных сигналов между второй клеммой и третьей клеммой, и подвергается прохождению между второй клеммой и третьей клеммой переменного тока (I-ACT), питающего устройство. Присоединение третьей клеммы 23 к заземлению должно быть действующим для радиочастотных сигналов, то есть, оно может быть достигнуто: непосредственным образом, через токопроводящую шину или через емкостную связь с нулевым или очень низким полным сопротивлением на рассматриваемой частоте.

Поэтому, различные варианты осуществления отличаются сущностью контура настройки и отведением сигналов в этом контуре настройки, и сущностью заземления упомянутой схемы, но все вместе обладают способностью к тому, что контур настройки подвергается прохождению электрического тока, питающего электрическую нагрузку, управляемую устройством.

Фиг.7, таким образом, описывает третий вариант осуществления изобретения в случае, где выпрямитель 25 с диодным мостом D1-D4 используется в схеме источника питания радиочастотного блока 11. Общие аноды диодов присоединены к первому концу фильтрующего конденсатора C6, присоединенного к земле своим вторым концом, и к входу стабилизатора, чей выход присоединен к положительной клемме VCC источника питания радиочастотного блока, наряду с тем, что общая клемма стабилизатора присоединена к земле GND. Контур 17'' настройки, идентичный контуру 17' настройки по фиг.3, содержит три клеммы 21''-23'', соответственно идентичные трем клеммам 21'-23' последней схемы.

В этом третьем варианте осуществления, пятый конденсатор C5 создает емкостную связь между третьей клеммой 23'' контура настройки и землей. Для радиочастотных сигналов, эта емкостная связь эквивалентна токопроводящей шине.

В качестве альтернативы, и тем более, при более высокой частоте сигналов, паразитная емкость диода D1 может обеспечивать емкостную связь без необходимости использовать реальный конденсатор.

Контур 17'' настройки подвергается прохождению, между второй клеммой и третьей клеммой, переменного тока, протекающего в первом проводе.

Выпрямитель 25 также используется для питания электрической нагрузки, такой как электродвигатель, если исполнительный механизм содержит в себе электрическую нагрузку 14', такую как электродвигатель щеточного типа или типа постоянного тока с коллектором. Ток нагрузки, в таком случае, протекает в контуре настройки.

Недостаток схемы по фиг.7 состоит в том, что амплитуда напряжения на третьей клемме достигает удвоенной амплитуды питающей сети переменного тока. Амплитуды напряжений на клеммах компонентов контура настройки являются очень небольшими, почти эта же самая амплитуда получается на первой клемме контура настройки. Следовательно, это требует использования второго конденсатора C2, способного выдерживать высокое напряжение, большее чем 600 В.

Это ограничение по напряжению является таким же для пятого конденсатора C5. Однако, есть значительная разница между вторым конденсатором C2 и пятым конденсатором C5.

Более точно, точное значение емкости имеет небольшое значение для последнего, при условии, если она достаточно велика, чтобы рассматриваться в качестве цепи короткого замыкания. Наоборот, значение емкости второго конденсатора C2 задано ограничением согласования полных сопротивлений и требует определенной точности. Однако, есть весьма небольшой стандартный выбор высоковольтных конденсаторов для очень небольших значений емкости (нескольких десятков пикофарад). Весьма ограниченный выбор существующих значений, в таком случае, препятствует хорошему согласованию при приемлемой себестоимости.

Четвертый вариант осуществления, изображенный на фиг.8, дает возможность исправить этот недостаток использованием контура 17''' настройки (обозначенного TUN**) и по-прежнему содержащим первую клемму 21''', присоединенную к выходу радиочастотного сигнала радиочастотного блока ВЧ-соединением, обеспечиваемым вторым конденсатором C2, вторую клемму 22''', присоединенную к первому проводу AC-N питающей сети переменного тока, и третью клемму, присоединенную, емкостной связью, с помощью пятого конденсатора C5, к земле GND радиочастотной схемы. Пятый конденсатор действует в качестве токопроводящей шины для радиочастотных сигналов.

Контур настройки содержит, между второй клеммой и третьей клеммой, седьмой конденсатор C7 параллельно с третьей индуктивностью L3. Он подвергается прохождению между этими клеммами переменного тока, протекающего в первом проводе, и он блокирует проводимость радиочастотных сигналов между этими двумя клеммами, для частоты настройки колебательного контура, состоящего из седьмого конденсатора C7 и третьей индуктивности L3.

Катушка третьей индуктивности L3 связана с катушкой четвертой индуктивности L4. Предпочтительно, эти две индуктивности сделаны противостоящими друг другу на двух поверхностях печатной схемы, согласно такому же принципу, как вторая индуктивность L2. Сборка этих двух катушек, поэтому, эквивалентна трансформатору. Цепь вторичной обмотки трансформатора содержит восьмой конденсатор C8 последовательно с девятым конденсатором C9, сборка, подобным образом, настраивается на частоту сигналов. Общая точка этих двух конденсаторов служит в качестве первой клеммы 21''' для контура настройки, эта клемма является присоединенной к входу радиочастотных сигналов радиочастотного блока.

Фиг.9 - частичный схематический вид в разрезе компоновки по четвертому варианту осуществления на печатной схеме PCB'.

Местоположение первой катушки (концентрических печатных витков), образующих индуктивность L3, скомпонованную на первой поверхности печатной схемы, и местоположение второй катушки, образующей индуктивность L4 и скомпонованной на противоположной поверхности печатной схемы, противоположной первой катушке, были изображены в заштрихованном виде. Предпочтительно, эти катушки являются концентрическими. Две катушки, таким образом, связаны, с тем чтобы формировать трансформатор.

Даже в этом варианте осуществления, изобретение остается по меньшей мере в два раза проще для изготовления, чем системы предшествующего уровня техники, особенно, благодаря минимизации количества индуктивностей, последние всегда являются сложными для изготовления и занимающими значительное пространство. В наихудшем случае по фиг.8, требуются только две индуктивности, но они занимают пространство только одной, так как они скомпонованы по обе стороны печатной схемы.

Как в случае по фиг.7, выпрямитель 25 также используется для питания электрической нагрузки, такой как электродвигатель, если исполнительный механизм содержит в себе электрическую нагрузку 14', такую как электродвигатель щеточного типа или типа постоянного тока с коллектором. Ток нагрузки, в таком случае, протекает в контуру настройки.

В случае, где паразитная емкость сети, CPM, относительно значима, однако, может быть полезным также компоновать дополнительную блокирующую цепь 40, типа параллельного резонансного LC-контура, на втором проводе AC-H питающей сети, как изображено на фиг.7 и 8.

Изобретение было представлено наряду с проведением различия между нейтральным проводом и фазным проводом. Перестановка этих двух проводов не оказывает влияния на надлежащую работу устройства. С другой стороны, принцип изобретения избегает и запрещает компоновку, как встречается в документах предшествующего уровня техники, конденсатора большого значения на рассматриваемых частотах (например, емкостью, большей чем 500 пФ) между двумя входными точками нейтрального и фазного проводов, с тем чтобы прикладывать к ним один и тот же потенциал для радиочастот. На фиг.2, положение такого конденсатора 24 (обозначенного С15) было изображено пунктирной линией. Более точно, такой выбор ведет к замещению CPM посредством C15 на фиг.4, тем самым, давая эквивалентную емкость, возвращаемую параллельно с C1 в строгой зависимости от режима работы и, возможно, большого значения по сравнению с C1, а потому, сильно влияющую на частоту настройки.

Изобретение, поэтому, направлено на случай, когда радиочастотные РЧ-сигналы принимаются или передаются между воздушной средой и радиочастотным блоком, запитанным от электрической питающей сети переменного тока, последняя играет роль приемной или передающей антенны средней длины. Она особенно полезна в диапазоне частот, большем чем 100 МГц. Для любого передатчика команд или приемника команд, присоединенного к питающей сети, она дает возможность принимать или передавать команды, отправленные по РЧ-волнам в эфирном виде, посредством использования в качестве передающей и приемной антенны средней части сетевого кабеля поблизости от точки присоединения к питающей сети, делая это без нарушения непостоянством режимов работы передатчика команд или приемника команд.

По сравнению со схемой сетевой связи, ранее используемой заявителем и описанной в предшествующем уровне техники, изобретение предоставляет возможность выигрыша в чувствительности от 30 до 50% и выше, все дает возможность получать совершенно изотропную диаграмму чувствительности, даже для различных конфигураций сетевого кабеля электропитания. Более того, экономия в пространстве для наибольшего размера печатной схемы (заданного требованиями индуктивной связи) является большей чем 5 см.

В заключение, изобретение демонстрирует значительное преимущество в показателях защиты от паразитного перенапряжения, передаваемого питающей сетью. Когда есть непосредственная емкостная связь антенного входа радиочастотного блока с проводом питающей сети, как в некоторых устройствах предшествующего уровня техники, эта связь передает на радиочастотный блок всю совокупность энергетических выбросов на высоких частотах. Это имеет следствием потребность в защитных компонентах.

Контур 17 настройки сам предоставляет возможность защиты на высоких частотах: конденсатор C1, закорачивающий весь контур настройки, следовательно, также, общую точку между ВЧ-соединением и контуром настройки в первой конфигурации TUN, конденсатор C4, непосредственно закорачивающий общую точку между ВЧ-соединением и контуром настройки во второй конфигурации TUN*, или подобным образом для конденсатора C9 в третьей конфигурации TUN**.

Изобретение применяется естественным образом в случае, когда радиочастотный блок питается питающей сетью переменного тока по входу PS электропитания. В качестве альтернативы, радиочастотный блок питается раздельным образом, гальваническим элементом или, иначе, аккумулятором или суперконденсатором, например, присоединенным к фотоэлектрической панели.

Этот тип отдельного источника питания, например, может быть полезным, когда запрещено любое потребление в режиме ожидания по питающей сети переменного тока.

Claims (12)

1. Радиочастотное устройство (30; 30'; 30''; 30'''), управляющее средством для питания, по меньшей мере, одной электрической нагрузки (14, 14') и содержащее радиочастотный блок (11) типа передатчика и/или приемника радиочастотных сигналов и присоединенный первым проводом (9b) к питающей сети (9) переменного тока, при этом радиочастотный блок содержит выход и/или вход (20) радиочастотного сигнала, присоединенные ВЧ-соединением (19) к первой клемме (21) контура (17; 17') настройки радиочастотного устройства, этот контур настройки является:
присоединенным второй клеммой (22) к первому проводу,
присоединенным третьей клеммой (23) к электрической земле (GND) радиочастотного блока,
оснащенным средством (L1, С1; L2, С3, С4) для блокировки проводимости радиочастотных сигналов по первому проводу между второй клеммой и третьей клеммой, и
проходимым между второй клеммой и третьей клеммой переменным током (I-ACT), протекающим в первом проводе и питающим упомянутую электрическую нагрузку.

2. Радиочастотное устройство по п.1, в котором контур настройки присоединен третьей клеммой к электрической земле (GND) непосредственным соединением (18).

3. Радиочастотное устройство по п.1, в котором контур настройки присоединен третьей клеммой к электрической земле (GND) посредством емкостного соединения (С5).

4. Радиочастотное устройство по одному из пп.2 или 3, в котором средство для блокировки проводимости радиочастотных сигналов содержит, между второй и третьей клеммами, первую катушку (L1, L3), установленную параллельно с конденсатором (C1, C7).

5. Радиочастотное устройство по п.4, в котором первая клемма присоединена: непосредственно между двумя концами первой катушки (L1) или к общей клемме двух конденсаторов (С8, С9), скомпонованных последовательно со второй катушкой (L4), связанной с первой катушкой (L3), с тем чтобы формировать трансформатор.

6. Радиочастотное устройство по одному из пп.2 или 3, в котором средство для блокировки проводимости радиочастотных сигналов содержит, между второй и третьей клеммами, катушку (L2), установленную параллельно с двумя последовательными конденсаторами (С3, С4), первая клемма является присоединенной к клемме, общей для двух конденсаторов.

7. Радиочастотное устройство по одному из пп.1-3, в котором контур настройки содержит катушку, выполненную в виде печатных витков.

8. Радиочастотное устройство по одному из пп.1-3, в котором радиочастотные сигналы имеют частоту, большую, чем 100 МГц.

9. Радиочастотное устройство по одному из пп.1-3, в котором радиочастотный блок присоединен ко второму проводу (9а) сети переменного тока и питается сетью переменного тока.

10. Радиочастотное устройство по п.9, в котором первый и/или второй провод питающей сети переменного тока составляют приемную или передающую антенну произвольной длины для радиочастотных сигналов, последние принадлежат к РЧ-типу и принимаются и/или передаются между воздушной средой и радиочастотным блоком через эту антенну.

11. Устройство (1; 4) бытовой автоматизации, содержащее, по меньшей мере, одну электрическую нагрузку (14, 14') и обеспечивающее функцию комфорта, организации энергоснабжения и/или обеспечения безопасности в здании или его окрестностях, такое устройство содержит радиочастотное устройство по одному из предыдущих пунктов, питаемое по первому и второму проводам, и при этом упомянутая нагрузка питается током электропитания, проходящим через контур настройки между второй и третьей клеммами.

12. Устройство (1; 4) бытовой автоматизации по п.11, содержащее несколько режимов работы (MOD1, MOD2, MOD3), причем ток электропитания, проходящий через контур настройки между второй и третьей клеммами, является зависящим от режима работы.

Images