TWI427945B - 用於電源線通信設備的共模電流之減少方法 - Google Patents

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Description

用於電源線通信設備的共模電流之減少方法
如此說明性說明書之標題所述，本發明係關於用於電源線通信設備的共模電流之減少方法，其目的係減少共模信號之位準以滿足不同國家相關電源線通信設備的標準，而所有通信設備無須減少注入功率，因為其將損失通信系統之覆蓋範圍及效率。
一般而言，本發明可應用於任何需減少共模電流之電路，且更特定言之，應用於使用電源網路(mains network)作為傳輸媒體之電信設備中所使用之電路。
以下定義係在此文檔中使用的一些術語。信號源係形成於一電產生器，產生電流所流經之一電路，以及適於通過來自該產生器之電流並以某種方式連接至該電路之一附加電路。共模電流係定義為流過導體並經由電路或來源返回之此電流。
而且，共模抗流圈係說明為可衰減或減少電路中共模電流之位準之此器件。
電源線通信設備同樣地係定義為藉由使用低壓、中壓或高壓電氣電源網路作為通信道之電信號進行通信之類型。
在多數電系統中，共模電流由於其實際作用而需將其衰減，目的係減少與其他器件的電磁干擾。
此項技術之現狀已包含用於減少共模電流之器件，作為其一範例，可引用切換式電源供應源(switched power supply source)，其使用共模濾波器來減少其傳導的及輻射的電磁發射[其可於很多不同文檔中找到，例如POWER INTEGRATIONS公司的AN 15]。另一範例係藉由安裝用於減少對應頻帶中其傳導及輻射之發射位準之共模抗流圈的乙太網路電纜之通信。
目前還不存在器件可用來以任何有效方式減少電源線通信系統中之共模位準，且其他應用中現存及使用的器件由於其差模之工作電壓及衰減之限制，對於此類型之通信不具有作用。而且，為了共模電流之減少可有效實施，在以上兩種方法中，建構共模抗流圈，並且其在通信電路中之位置係最為重要。
為了達到目的並避免上述部分中表述之缺點，本發明包含用於電源線通信設備的共模電流之減少方法，其中使用電源網路作為通信媒體，並且其至少包含應用藉由通信設備經由一共模抗流電路所發射之信號；其特徵在於將該信號(藉由通信設備經由一共模抗流電路發射)應用至屬於共模抗流電路(安裝於一環形磁芯周圍)之織編信號電纜上。在此方式中，差模電感得以最小化。
該共模抗流圈可定位於通信設備內部或外部。若其係定位於內部，其位置係作為來自電源線通信設備之一輸出元件。若其係定位於外部，其位置將係位於通信設備與進入電源網路之注入點之間。
一特定例係將專用共模抗流圈定位於至電源網路之通信 信號之注入點處，其具有增加共模迴路之阻抗之額外優點。
以下為利於更佳地瞭解此說明書並形成其一整體部分，附上某些圖式，其中以說明而非限制為基礎來表示本發明目的。
以下給出本發明之一範例之說明，其參考圖式中所使用的編號。
為了在市場中引進PLC(電源線通信)產品，必須滿足關於PLC器件之電磁發射之相關規定。最重要之需求之一係共模電流之限制，可在一標準基礎上，使用已知為T形阻抗穩定網路(T-shaped Impedance Stabilisation Network)或T-ISN之一器件在一控制環境中對該共模電流加以測量。使用此測量，可從被測設備(DUT)獲得共模。在此測量中，由於縱向轉換損失或LCL，來自該DUT的差分信號之部分轉換成共模信號。
電源線通信設備通常具有一切換模式電源供應或SMPS源，其在與注入通信信號之相同點處連接至電源網路。此SMPS表示與PLC信號源並聯連接的一不平衡負載，使用該SMPS，當開始發射時，由於寄生電容而使一定量的差分信號轉換為共模，且使用T-ISN進行測量之結果將係大於所期盼之一較大之共模。
此問題之一解決方案係減少由PLC設備所發射之功率，但此會帶來各種缺點，例如較差之覆蓋範圍以及較低之傳 輸能力(輸出)。
甚至在注入PLC信號將被完全平衡(換言之，純差分)之情況下，使用T-ISN進行之測量在探針上施加一定量之共模電流，該共模電流僅可藉由減少該信號之功率來加以減少。若該注入信號具有一定量之共模電流，則此共模電流將在電流探針之該電流上另外加以測量，其使得維持來自PLC設備之信號輸出並使其盡可能的平衡顯得非常重要。
本發明之目的係，使用無須突然減少注入功率之方式(注入功率之突然降低會損失通信系統之覆蓋範圍及效率)成功減少共模信號之位準以滿足不同國家之規定。
針對此目的之使用方法包含在來自PLC設備之輸出處使用一專用的共模抗流圈，該PLC設備將盡可能地減少共模發射。取決於所期望開發之設備之類型，此抗流圈可係定位於通信設備內部及外部。
在此項技術之現狀中，傳統共模抗流圈係用於抑制切換式來源中之電磁干擾(或EMI)。此等抗流圈係設計成用於獲得共模信號之有力衰減而不飽和其磁芯，以及理想地係，針對共模信號其可表現為高阻抗，而針對差分信號其表現為短路。
在圖1中，可見此等傳統抗流圈之一，其中(1)表示輸入，(2)表示輸出，(3)表示電流之路徑以及(4)表示抗流圈中場之方向。此類型之抗流圈對於創建其之目的係有效，即，使來自電源供應源之共模雜訊衰減，並允許50Hz電流通過而不飽和磁芯，但是由於其阻抗特徵而不適用於PLC 技術。
在此項技術之現狀中，存在針對EMI目的之兩種類型的共模(CM)抗流圈。一方面，存在以高頻率執行較好之環形CM抗流圈，換言之，具有高自共振頻率或SRF，但其對共模呈現低阻抗。另一方面，存在以低頻率執行較好之繞管式(spool wound)共模抗流圈，即其對低頻率共模具有高阻抗，但以高頻率執行較差(由於具有低SRF)。兩種類型之商業抗流圈對共模及差模呈現阻抗。
對於PLC設備，阻抗必須僅係針對於共模模式，由於剩餘電感之存在，無論是環形CM抗流圈還是繞管式抗流圈皆無法使用。
為了獲得所表述之目的，建議之方法包含通過一專用的共模抗流圈來注入信號，該共模抗流圈包含安裝於一環形磁芯周圍的織編信號電纜，其可使分散電感最小化。在圖2中可見此專用抗流圈，其中(5)指示信號輸入(PLC設備之輸出)，(6)指示信號輸出(至電源網路)以及(7)指示磁環。
在多數情況下，為了減少來自信號源之共模電流，此專用共模抗流圈需包含於來自PLC設備之輸出處。在桌面通信設備之情況下，藉由將該抗流圈放置於PLC設備與至電源網路之注入點之間可進一步減少共模信號。關於該專用共模抗流圈之最佳位置點係至電源網路之通信信號之注入點處，其可在相關該設備(可見圖3中(8))之電源供應電纜之端處獲得專用抗流圈。
1‧‧‧輸入
2‧‧‧輸出
3‧‧‧電流之路徑
4‧‧‧抗流圈中場之方向
5‧‧‧信號輸入
6‧‧‧信號輸出
7‧‧‧磁環
8‧‧‧設備
圖1說明此等傳統已知之抗流電路之一類型，其對共模及差模呈現阻抗。
圖2顯示本發明所使用之用於減少共模信號的抗流圈。
圖3顯示關於電源線通信設備之電源供應電纜中本發明之抗流圈之位置之一範例，其中該抗流圈係定位於至電源網路之信號之注入點處。
5‧‧‧信號輸入
6‧‧‧信號輸出
7‧‧‧磁環

Claims (2)

  1. 一種用於電源線通信設備的共模電流之減少方法，其中使用電源網路作為通信媒體，並且該方法包含：應用藉由該電源線通信設備經由一共模抗流電路發射之一信號，該共模抗流電路包含安裝於一環形磁芯周圍的一織編信號電纜；其中該信號是應用於該織編信號電纜；以及其中該共模抗流電路是鄰近從一電力出口供應電力到該電源線通信設備之一電源供應電纜的連結器。
  2. 一種電源線通信系統，使用電源線作為通信媒體，該電源線通信系統包含：一電源線通信設備，經由該電源線傳送一信號；一電源供應電纜，連接該電源線通信設備至該電源線；以及一共模抗流圈，其中藉由該電源線通信設備發射之該信號通過該共模抗流圈，且其中該共模抗流圈包含：一環形磁芯；以及複數織編信號電纜，纏繞於該環形磁芯，其中該共模抗流圈是鄰近插入一電力出口之該電源供應電纜的連結器。
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