TWI552540B - 電力線通訊控制系統 - Google Patents

Description

電力線通訊控制系統

本發明係關於一種電力線控制系統，尤其是指一種可傳輸通訊訊號且相容於習知電力系統的電力線通訊控制系統。

電力線通訊(Power Line Communication，英文簡稱PLC)技術是指利用電力線傳輸數據和信號的一種通信方式。習知電力線通訊控制系統是目前較符合成本及效益的電力控制系統，其利用習知的電力線進行通訊訊號傳輸，雖然免除額外的傳輸電路建置成本並降低整體組件尺寸，但卻存在抗雜訊能力低及與對習知電力傳輸系統相容性差等問題。

鑒於上述內容，有必要提供一種抗雜訊能力強且與電力傳輸系統相容性好的電力線通訊控制系統。

一種電力線通訊控制系統，用於耦接一電力線及一負載之間，包括：一電感耦合輸入端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯；一電感耦合輸出端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯，該電感耦合輸入端與電感耦合輸出端相互並聯； 一電力線訊號輸入端，電連接至該電感耦合輸入端的相鄰兩個電感之間；一電力線訊號輸出端，電連接至該電感耦合輸出端的相鄰兩個電感之間；一通訊訊號輸入端，透過一第一電感耦合於該電感耦合輸入端的一側；一通訊訊號輸出端，透過一第二電感耦合於該電感耦合輸出端的一側。

一種電力線通訊控制系統，用於連接一直流電源及一負載之間，包括：一電感耦合輸入端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯；一電感耦合輸出端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯，該電感耦合輸入端與電感耦合輸出端相互並聯；一直流電源輸入端，電連接至該電感耦合輸入端的相鄰兩個電感之間；一直流電源輸出端，電連接至該電感耦合輸出端的相鄰兩個電感之間；一通訊訊號輸入端，透過一第一電感耦合於該電感耦合輸入端的一側；一通訊訊號輸出端，透過一第二電感耦合於該電感耦合輸出端的一側。

一種電力線通訊控制系統，包括至少一個子控制系統，該子控制系統包括：一電感耦合輸入端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯；一電感耦合輸出端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯，該電感耦合輸入端與電感耦合輸出端相互並聯；一控制單元，包含一控制訊號輸入端及一控制訊號輸出端，該控制訊號輸入端用以接收來自至電感耦合輸入端的電力線訊號及通訊訊號，該控制訊號輸出端用以輸出該電力線訊號及通訊訊號至電感耦合輸出端。

本發明電力線通訊控制系統藉由並聯形式連接該電感耦合輸入端與電感耦合輸出端，使通訊訊號以差模形式由電感耦合輸入端傳送至電感耦合輸出端，同時電力線訊號以共模模式由電感耦合輸入端傳送至電感耦合輸出端。從而，可以增強通訊訊號的傳輸能力並能減少雜訊。

10，20，30，40‧‧‧電力線通訊控制系統

41，42‧‧‧子控制系統

101，201，301‧‧‧通訊訊號輸入端

102，202，302‧‧‧電力線訊號輸入端

121，221，122，222‧‧‧單向訊號閥

321，322‧‧‧單向訊號傳遞器

131，231，331‧‧‧通訊訊號輸出端

132，232，332‧‧‧電力線訊號輸出端

L1‧‧‧第一電感

L2‧‧‧第二電感

L3‧‧‧第三電感

L4‧‧‧第四電感

L5‧‧‧第五電感

L6‧‧‧第六電感

L11，L21，L31，L41，L51，L61‧‧‧電感

圖1是本發明電力線通訊控制系統的第一種實施例的電路圖。

圖2是本發明電力線通訊控制系統的電力線訊號、通訊訊號及電力線訊號與通訊訊號結合的波形圖。

圖3是圖1中電力線訊號流動方向的電路示意圖。

圖4是圖1中通訊訊號流動方向的電路示意圖。

圖5是本發明電力線通訊控制系統的第二種實施例的電路圖。

圖6是本發明電力線通訊控制系統的第三種實施例的電路圖。

圖7是本發明電力線通訊控制系統的第四種實施例的電路圖。

請參閱圖1，本發明第一實施方式的電力線通訊控制系統10用於耦接一電力線及一負載之間，該電力線通訊控制系統10包括：電感L1,L2,L3,L4,L5,L6、一通訊信號輸入端101、電力線信號輸入端102、通訊信號輸出端131、一電力線信號輸出端132及單向信號閥121，122。該電力線信號輸入端102用於接收一市電之電力線訊號Vac(例如：電壓為110伏或220伏，頻率為60或50赫茲的交流電)。該通訊訊號輸入端101用於接收一通訊信號Vs(例如：電壓為5伏，頻率為1000~10M赫茲)。該通訊訊號輸出端131輸出一通訊訊號至一負載或下一級相同結構。該電力線訊號輸出端132輸出一電力線訊號至一負載或下一級相同結構。該單向訊號閥121連接在101與L5的第一端之間，使通訊訊號輸入端僅能輸入訊號，避免反方向訊號的傳遞。該單向訊號閥122連接在L6的第一端與131之間，使通訊訊號輸出端131僅能輸出訊號，避免反方向訊號的傳遞。

該電感L1及L2相互串聯並形成一電感耦合輸入端P-P`。該電感L3及L4相互串聯並形成電感耦合輸出端Y-Y`。當然，依據實際需要，也可採用兩個以上電感串聯亦可達成本實施方式。該電感耦合輸入端P-P`與電感耦合輸出端Y-Y`相互並聯連接，其中電感L1一端連接至電感L3一端，電感L2一端連接至電感L4一端。該電感耦合輸入端P-P`及該電感耦合輸出端Y-Y`電連接至電力線信號輸出端132，能分別與交流電一火線/或地線相連接。電感L5耦合於上 述電感耦合輸入端P-P`的一側。電感L6耦合於上述電感耦合輸出端Y-Y`的一側。

請參閱圖2，電力線訊號Vac通常是220伏或110伏，60或50赫茲的交流電連續訊號，通訊訊號Vs通常係0.1至20V，1000-10M赫茲交流訊號，該通訊訊號Vs不必然為連續的形式，可載入於電力線訊號Vac之上進行訊號傳遞，如此可以使用既有之電力線電路同時傳遞通訊訊號Vs及電流信號Vac，達成節省電路成本以及元件空間之優點。

下面將對上述電力線通訊控制系統的工作原理進行說明：請參閱圖3，電力線交流訊號傳輸時，電力線交流訊號Vac的電流I經電力線訊號輸入端102輸入至電感耦合輸入端P-P`的電感L1及L2之間的節點A，該電力線交流訊號產生的電流I即從A點輸入，在本實施方式中，電感L1與L2的電感值大小相同。在其他實施方式中，當電力線較長時，電感L1的電感值不小於電感L2的電感值的25%；當電力線較短時，電感L1的電感值不小於電感L2的電感值的35%。電流I形成兩個對等電流I1與I2進行傳輸，並且電流I1與I2分別經由電感L3與電感L4彙聚於節點B形成電流I，並經電力線信號輸出端132輸出至一負載或一相同下級輸入端，因此電力線訊號Vac以共模方式傳遞，是為振幅幅度相等，相位亦相同之訊號。

請參閱圖4，通訊訊號傳輸時，通訊訊號Vs的電流IS傳輸至電感L5並耦合至電感耦合輸入端L1及L2，然後傳輸至電感L3與電感L4，經L6耦合並在電感L3與電感L4的一側產生相對應的電流Is，並通過通訊信號輸出端131回饋至一負載或一相同下級輸入端，因 此通訊訊號以差模方式傳遞，系為振幅幅度相等，相位相反之訊號。通常而言，訊號若要濾除雜訊以差模方式傳遞為優選方式。

請參閱圖5，本發明的第二實施方式電力線通訊控制系統20與第一實施方式的電力線通訊控制系統10基本相同，包括：一通訊信號輸入端201、一電力線信號輸入端202、一通訊信號輸出端231、單向信號閥221，222、及一電力線信號輸出端232。電力線通訊控制系統20與電力線通訊控制系統10的不同之處在於：該通訊訊號可藉由無線通訊240方式接收外部訊號，經由一通訊訊號輸出端231產生一通訊訊號至一負載或下一級相同結構。

請參閱圖6，本發明的第三實施例方式電力線通訊控制系統30與第一實施方式的10基本相同，包括：一通訊信號輸入端301、一電力線信號輸入端302、一通訊信號輸出端331及一電力線信號輸出端332。該通訊信號輸入端301用於接收一通訊信號Vs(例如：電壓為5伏，頻率為1000~10M赫茲)，電力線信號輸入端302用於接收一電流信號Vac(例如：電壓為110伏，頻率為60赫茲的交流電)。該電力線通訊控制系統30與電力線通訊控制系統10的不同之處在於：該市電可藉由一交流/直流轉換器306將轉換成直流電訊號Vdc，用以搭配目前市面上一般傳統電器使用。通訊訊號輸出端331產生一通訊訊號至一負載或下一級相同結構；直流電信號Vdc經由一電力線訊號輸出端332產生一直流電訊號至一負載或下一級相同結構。該電力線通訊控制系統30還包括一單向訊號傳遞器321，使通訊訊號輸入端301僅能輸入訊號，避免反方向訊號的傳遞；該電力線通訊控制系統30還包括一單向訊號傳遞器322，使通訊訊號輸出端331僅能輸出訊號，避免反方向訊號的傳 遞。

請參閱圖7，本發明的第四實施方式的電力線通訊控制系統40包括兩個子控制系統41及42，每一子控制系統包括一組電池系統B1/B2，該電池系統B1及B2分別包含一控制單元C1及C2，該控制單元C1包括一控制信號輸入端C11和一控制信號輸出端C12，該控制單元C2包括一控制信號輸入端C21和一控制信號輸出端C22。該控制信號輸入端C11和控制信號輸入端C21為電池正極端；該控制信號輸出端C12及控制信號輸出端C22為電池負極端。該電力線通訊控制系統40還包括電感L11-L61、電力線信號輸入端401及電力線信號輸出端402。該子控制系統的個數依實際需要而定，該子控制系統41及42形成一電池串聯系統，可有效透過此電路結構設計，避免流經電池的電流過大，造成電池控制及通訊元件燒毀，達成電路保護的功能。

兩個電感L11與L21相互串聯並形式一電感耦合輸入端P-P`，用於接收外部電力線訊號，經由電感L51耦合該電感L11和L21得到對應的電力線訊號I4，並連接至一電池系統B1的一控制單元C1的控制訊號輸入端C11，經由該控制單元C1進行訊號處理，接著由該控制單元C1的訊號輸出端C12輸出一對應訊號I5至電感L61，經由該電感L61與另一側電感L31與L41耦合。當然，兩個以上電感串聯亦可達成本實施方式，可將訊號依序傳遞至下一級相同結構的元件，並且不斷重複進行上述訊號傳遞。

由於電感L61耦合至電感L31及電感L41，若電感L31與電感L41大小值相同，則由電感L61側感應得到的電流值兩者相同，同時方向相同。對於節點C而言，同時具有三個電流組成成分，分別是 流經電感L31與電感L41的電流，以及流向電池系統B1的電流Is1，由於流經電感L31及電感L41的電流大小相等且方向相同，根據大衛寧等效電路，同一節點電流淨輸入等效於淨輸出，因此流經電池系統B1的電流Is1為零，如此可預防訊號輸出端C12因過大電流而燒毀。電池系統B1可為一太陽能電池，藉由此方式，可以串聯多組太陽能電池系統，並將其接至一組電力線，方便將太陽能的電路反聵至常用交流電系統。

上述電感L11及L21電感值基本上相同；電感L31及L41電感值基本上相同。電力線訊號輸入端401電連接至電感耦合輸入端的兩個電感L11及L21的兩端，具體地，一端(火線或地線)可以連接至電感L11或L21之間，另一端點則接地。控制訊號輸入端C11，通過電感L51接收來自電力線訊號輸入端401的通訊訊號。控制訊號輸出端C12通過電感L61輸出通訊訊號至電感L31與L41串聯組成的電感耦合輸出端Y-Y`。該電池系統B1的正端電性連接至該電感耦合輸入端L11及L21之間，該電池系統B1的負端電性連結至該電感耦合輸出端Y-Y`的電感L31及L41之間。該電感耦合輸出端Y-Y`通過電感L31及電感L41兩端連接至下一級子控制系統42電感耦合輸入端P-P`，如此可以重複以個以上相同結構，藉此傳遞外部輸入的電源訊號。

綜上所述，本發明確已符合發明專利的要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明的較佳實施方式，本發明的範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝的人士爰依本發明的精神所作的等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧電力線通訊控制系統

101‧‧‧通訊訊號輸入端

102‧‧‧電力線訊號輸入端

121‧‧‧第一單向訊號閥

122‧‧‧第二單向訊號閥

131‧‧‧通訊訊號輸出端

132‧‧‧電力線訊號輸出端

L1‧‧‧第一電感

L2‧‧‧第二電感

L3‧‧‧第三電感

L4‧‧‧第四電感

L5‧‧‧第五電感

L6‧‧‧第六電感

Claims (15)

1. 一種電力線通訊控制系統，用於耦接一電力線及一負載之間，包括：一電感耦合輸入端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯；一電感耦合輸出端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯，該電感耦合輸入端與電感耦合輸出端相互並聯；一電力線訊號輸入端，電連接至該電感耦合輸入端的相鄰兩個電感之間；一電力線訊號輸出端，電連接至該電感耦合輸出端的相鄰兩個電感之間；一通訊訊號輸入端，透過一第一電感耦合於該電感耦合輸入端的一側；及一通訊訊號輸出端，透過一第二電感耦合於該電感耦合輸出端的一側。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電力線通訊控制系統，其中該電感耦合輸入端包括一第三電感及一第四電感，該第三電感的電感值不小於第四電感的電感值的25%。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電力線通訊控制系統，其中該電感耦合輸出端包括一第五電感及一第六電感，該第五電感的電感值不小於第六電感的電感值的25%。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電力線通訊控制系統，其中該電力線通訊控制系統還包括一第一單向訊號閥，該第一單向訊號閥連接於該通訊訊號輸入端與該第一電感之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電力線通訊控制系統，其中該電力線通訊控制系統還包括一第二單向訊號閥，該第二單向訊號閥連接於該通訊訊號 輸出端與該第二電感之間。
6. 一種電力線通訊控制系統，用於連接一直流電源及一負載之間，包括：一電感耦合輸入端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯；一電感耦合輸出端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯，該電感耦合輸入端與電感耦合輸出端相互並聯；一直流電源輸入端，電連接至該電感耦合輸入端的相鄰兩個電感之間；一直流電源輸出端，電連接至該電感耦合輸出端的相鄰兩個電感之間；一通訊訊號輸入端，透過一第一電感耦合於該電感耦合輸入端的一側；及一通訊訊號輸出端，透過一第二電感耦合於該電感耦合輸出端的一側。
7. 如申請專利範圍第6項所述的電力線通訊控制系統，其中該電感耦合輸入端包括一第三電感及一第四電感，該第三電感的電感值不小於第四電感的電感值的25%。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電力線通訊控制系統，其中該電感耦合輸出端包括一第五電感及一第六電感，該第五電感的電感值不小於第六電感的電感值的25%。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電力線通訊控制系統，其中該電力線通訊控制系統還包括一第一單向訊號閥，該第一單向訊號閥連接於該通訊訊號輸入端與該第一電感之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述的電力線通訊控制系統，其中該電力線通訊控制系統還包括一第二單向訊號閥，該第二單向訊號閥連接於該通訊訊號輸出端與該第二電感之間。
11. 一種電力線通訊控制系統，包括至少一個子控制系統，所述子控制系統包括：一電感耦合輸入端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯； 一電感耦合輸出端，包括至少兩個電感，該至少兩個電感相互串聯，該電感耦合輸入端與電感耦合輸出端相互並聯；及一控制單元，包含一控制訊號輸入端及一控制訊號輸出端，該控制訊號輸入端用以接收來自至電感耦合輸入端的電力線訊號及通訊訊號，該控制訊號輸出端用以輸出該電力線訊號及通訊訊號至電感耦合輸出端。
12. 如申請專利範圍第11項所述的電力線通訊控制系統，其中該電感耦合輸出端可電性連接至下一級子控制系統的電感耦合輸入端。
13. 如申請專利範圍第12項所述的電力線通訊控制系統，其中該電感耦合輸出端可電性連接至下一級子控制系統的電感耦合輸出端，以此傳遞外部輸入的通訊訊號。
14. 如申請專利範圍第11項所述的電力線通訊控制系統，其中該控制單元為電池系統。
15. 如申請專利範圍第14項所述的電力線通訊控制系統，其中該控制單元為太陽能電池系統。