專利名稱：分割電力輸送區間傳輸數據信號的電力線通信方法
技術領域：
本發明涉及一種電力線通信方法，其分割電力輸送區間并傳輸數據信號。尤其涉及將輸送電力和數據信號的整個區間分割成電力輸送區間和數據傳輸區間，以分割區間傳輸電力或數據信號的電力線通信方法。
背景技術：
一般地，電力線是用于電力輸送的設施，其主要目的是用以提供電力。在這些電力線中的電壓上重疊數據信號進行傳輸的技術就是電力線通信。圖1是圖示現有的電力線通信方式的原理的波形圖。如圖1所示，現有的電力線通信采用在具有額定頻率(例如，有些國家用60Hz， 50Hz)的高交流電壓上重疊具有數KHz至數MHz的高頻率的、低電壓的數據信號進行傳輸的方式。利用交流電力線的電力線通信具有諸如以下弊端，即在交流電網內通過使電壓上升或下降的變壓器傳輸通信數據信號時引起數據信號的衰減。其中，最大的問題之一在于，連接于電力線的負載電氣裝置中發生的電氣雜音信號影響通信數據信號從而引發通信數據的誤差。最近，隨著電力用半導體技術的發展，快速地開/關(0N/0FF)切換電壓的電力電路得以廣泛地應用到電氣產品，而切換電壓的過程中發生的電氣雜音在電力線通信時影響具有低電壓的通信數據信號，加深了所述的弊端。在一定區域內設有直流電網時，通過直流電力線進行電力線通信，這與通過交流電力線的電力線通信方式類似，采用一種在直流電壓上重疊數KHz至數MHz的高頻率的、具有低電壓的通信數據信號進行傳輸的方式。與利用交流電力線相比，直流電力線通信不使用變壓器，因此不存在通過變壓器時通信數據信號衰減的問題，但是連接于直流電力線的負載電氣裝置所產生的電氣雜音對通信數據信號產生與如上所述相同的問題，因此無法有效得到應用。電氣雜音的電壓大小對低電壓的通信數據信號產生影響，因此如果將數據信號的電壓調整為大于電氣雜音以便減少電氣雜音的影響，就會改變供給的電力量，因此也受到限制。所以現有的電力線通信方式不管使用交流電力線還是直流電力線，負載電氣裝置中所產生的電氣雜音都會影響數據信號而導致傳輸數據的流失。
發明內容
本發明的目的在于，為了使電力線通信數據信號不受負載電氣裝置產生的電氣雜音的影響，提供一種以如下內容為特征的電力線通信方法。其特征在于從電源控制并提供電力給負載側的脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制方式中，將傳輸電力和數據的整個區間分割成向負載側輸送電力的電力輸送區間和切斷從電源提供給負載側的電力的數據傳輸區間，分割電力輸送區間并傳輸數據信號，使所述電力輸送區間在切斷電力或電壓為“低 (Low) ”的區間傳輸數據信號，以使電力輸送時產生的雜音的影響最小化。
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采用該方式既可以使從電源提供給負載側的電力不發生變化，同時也可以提高數據信號的電壓大小，使其不受電氣雜音的影響。根據本發明的一個特征，從電源控制并輸送電力給一個或多個負載側的脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制調制方式中，將電力線輸送區間分割成提供電力給負載側的電力輸送區間和切斷從電源輸送給負載側的電力的數據傳輸區間，在所述分割的區間中數據傳輸區間可以承載并傳輸1個或多個數據信號。另外，根據本發明的電力線通信方法，其另一特征在于，對傳輸到所述電力輸送區間的電力或傳輸到所述數據傳輸區間的數據信號的送信電力進行控制，使得從電源提供給負載側的平均電力在一個周期或多個周期內維持一定水準。另外，根據本發明的電力線通信方法，其另一特征在于，所述數據傳輸區間中傳輸的1個或多個數據信號的大小小于負載側的平滑化電壓的大小。另外，根據本發明的電力線通信方法，其另一特征在于，電源和負載的連接被切斷的電壓為低(Low)的區間中傳輸的1個或多個數據信號的大小大于負載側的平滑化電壓的大小時，控制送信電力，使得從包含數據信號的電源提供給負載側的平均電力在1個周期或多個周期內維持一定水準。另外，根據本發明的電力線通信方法，其另一特征在于，改變并控制從電源向負載側供給的平均電力的大小。另外，根據本發明的電力線通信方法，其另一特征在于，從電源控制并輸送電力給一個或多個負載側的脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制方式中，將電力線輸送區間分割成提供電力給負載側的電力輸送區間和切斷從電源提供給負載側的電力的數據傳輸區間，在所述分割的區間中數據傳輸區間承載1個或多個數據信號在負載側相互之間進行傳輸。本發明的實施例中，將對驅動負載而供給的電力和數據進行傳輸的整個電力輸送區間分割成電力輸送區間和數據傳輸區間，在切斷電力或電壓為“低(Low)，，的區間中承載并傳輸數據信號，以使向負載側供給的平均電力不發生變化，同時可以提高數據信號的電壓大小，并降低由電氣雜音產生的數據信號傳輸錯誤。另外，根據本發明的電力線通信方法不同于現有方式，采用的脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制方式，因此具有可以改變并控制供給到負載的電力的效果。另外，脈沖調制方式的切換頻率提高到數十KHz，與現有方式相比，數據傳輸區間可以更快地進行重復，從而可以擁有更快的數據傳輸周期，因此可適用于諸如馬達控制系統等的需要實時控制的領域。另外，可以利用脈沖寬度或脈沖周期調制方式傳輸電力及數據信號，因此在收發數據信號時，具有同步過程非常簡單的效果。
圖1示出了現有的電力線通信的波形圖；圖2示出了使用一般的脈沖寬度調制方式向負載側輸送電力的電路；圖3示出了一般的脈沖寬度調制方式的波形及輸送到負載側的電壓的波形；圖4示出了根據本發明的第一實施例的電路結構，其用于說明分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法；
圖5示出了包含根據本發明第一實施例的通信數據信號的電壓波形，所述第一實施例為分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法；圖6示出了根據本發明的第二實施例的電路結構，所述第二實施例用于說明分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法；圖7示出了包含根據本發明第二實施例的通信數據信號的電壓波形，所述第二實施例為分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法；圖8示出了根據本發明的第三實施例的電路結構，其用于說明分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法；圖9示出了根據本發明的第三實施例中不包含通信數據信號的電壓波形，所述第三實施例為分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法；圖10示出了根據本發明的第三實施例中包含通信數據信號的電壓波形，所述第三實施例為分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法；圖11示出了用于說明根據本發明的第二實施例中負載相互間電力線通信的電路結構，所述第二實施例為分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線傳輸方法。
具體實施例方式可以對本發明進行變更并可具有多種實施例，特定實施例如圖所示，以下將對其進行詳細的說明。但是，應該理解，這些不用于將本發明限定為特定實施形態，而本發明包括包含在本發明的思想及技術范圍的所有變形、均等物甚至替代物。下面參照附圖詳細說明根據本發明實施例，S卩，對分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法進行詳細說明，對于與附圖符號無關地相同或對應的組成要素賦予相同的參考號，并省略對此的重復說明。圖2示出了采用一般的脈沖寬度調制方式向負載側輸送電力的電路。圖3示出了一般的脈沖寬度調制方式的波形及向負載側傳達的電壓波形。如圖2及圖3所示，從直流電源200生成的直流電壓Vdc根據脈沖寬度調制控制部220的控制信號切換半導體切換組件210，并將脈沖電壓傳達到負載側。傳送到負載側的電壓八根據半導體切換組件210的開/關(0N/0FF)區間，在所述脈沖電壓的平均電壓Vavg上產生微小的增減，并向負載電阻270傳送。本發明中向負載側傳送的電力可使用一般的正弦波，也可以使用利用脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制方式生成的調幅波，還可以使用電源的電壓或電流為直流或交流或直流和交流混合的電壓或電流。圖4圖示了根據本發明的第一實施例的電路結構，其用于說明分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法。圖5圖示了根據本發明的第一實施例中包含通信數據信號的電壓波形，所述第一實施例為分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法。如圖4所示，根據本發明的第一實施例，用于說明分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法的電路包括電源側電路和負載側電路。電源側電路包括半導體切換組件401和控制及送信部402，所述半導體切換組件 401用于切換連接或切斷直流電源400和電力線420，所述控制及送信部402用于以脈沖寬度調制方式控制半導體切換組件401。負載側電路，包括二極管410，用于連接在電力線420以從直流電源400提供電流給負載側并防止逆向電流；低通濾波器，其包括連接二極管410陰極端以對電壓進行平滑的電感器412和電容器412 ；電源部414，其連接于低通濾波器輸出端的電氣裝置；續流二極管411，用于連接于二極管410的陰極端和負載電氣裝置的電源部414的接地之間，以使電流續流；電氣裝置控制部416，用于連接于二極管410的陽極端和負載電氣裝置的電源部的接地之間的收信部415及從收信部415接收通信數據信號以控制電氣裝置；負載側電路的收信部415從負載側傳達的電壓信號接收通信數據。如圖5所示的電壓波形是在未通過利用負載側的電感器412和電容器413的低通濾波器之前的、檢測Vout端的波形。根據本發明的第一實施例的、分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法是一種在脈沖電壓的周期T中，在脈沖電壓為“低(Low)，，的區間中，在“ton2”區間內，將半導體切換組件401切換成“開(ON) ”，以使傳達數據信號“1” 向負載側傳達的方法。所述情況下，數據信號為“0”時，在“toff3”區間內，半導體切換組件401保持“關 (OFF)” 狀態。根據本發明的電力線通信方法是一種如下的傳輸方法將從電源提供電力和數據信號給負載側的整個區間分割成電力輸送區間和數據傳輸區間，并在分割的區間中切斷電力的數據傳輸區間承載并傳輸1個或多個數據信號。所述方法中，向負載側供給的電力的平均值或實效值保持不變。向負載側供給的電力的平均值意味著一個周期內供給的電壓或電流積分并除以周期T的值。因此，在圖5中，進行控制使得tonl和ton2時間之和等于ton3，則面積Sl和面積S2之和將等于S3，由此不管承載數據信號為“1”期間還是承載數據信號為“0”的期間，向負載側平均傳達的平均電壓可以維持一定水準。根據本發明的第一實施例中，在一個周期內只傳輸一個數據信號，但是也可以在一個周期內承載并傳輸多個數據信號。并且，可以以相同的方法，在不為一個周期的多個周期內，可以進行控制使得對向負載側傳送的平均值或實效值保持一定水準，并進行電力線
ififn。圖6圖示了根據本發明的第二實施例的電路結構，其用于說明分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法。圖7圖示了根據本發明的第二實施例中包括通信數據信號的電壓波形，所述第二實施例為其分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法。如圖6所示，根據本發明的第二實施例的電路包括電源側電路和負載側電路，所述第二實施例用于說明分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法。電源側電路包括直流電源600 ；半導體切換組件601 ；控制部電源602 ；脈沖寬度調制控制部603及電力線通信部604。控制部電源602向電力線通信部604和脈沖寬度調制控制部603供給電源，脈沖寬度調制控制部603控制半導體切換組件601的開/關(0N/0FF)使得從直流電源600供給的電源或電流波形的幅度變化。電力線通信部604與脈沖寬度調制控制部603相連接，并在電力線620收發電力線通信信號。負載側電路包括二極管610 ；續流二極管611 ；電感器612 ；電容器613 ；電氣裝置電源部614 ；電力線通信部615及電氣裝置控制部616。二極管610與電力線620連接，并將從電源供給的電力向負載側傳達，并防止電流逆向流動，由包括電感器612和電容器613的低通濾波器連接于二極管610的陰極端，使得電壓平滑化。電氣裝置電源部614連接于低通濾波器的輸出端，續流二極管611連接于二極管 610的陰極端和負載電氣裝置電源部614的接地之間，使得電流環流。電力線通信部615連接于二極管610陽極端和負載電氣裝置的電源部614的接地之間，電氣裝置控制部616接收通過電力線通信部615發送的數據，以控制電氣裝置。在圖6的電路中，通過半導體切換組件601切換直流電源600時，一個周期T期間切斷電力的區間toff是電力線620與電源側直流電源600Vdc分離，為了在電力線620承載通信數據，電力線通信部604中將多個數據信號以如下方式承載比并傳輸在電力線620 上將toff時間分割成一定的間隔，在各區間中在數據信號為“1”時，施加Vsig電壓，為 “0”時不施加Vsig電壓。如圖7所示，切斷電力的數據傳輸區間toff分割成10個區間，第一個區間和最后一個區間留著用于防止雜音的冗余區間，通過在第2至第9區間施加Vsig電壓以傳輸數據信號“1”且切斷Vsig電壓以傳輸數據信號“0”的方式傳輸數據信號。可以以多種方法和周期分割數據傳輸區間toff，假如數據信號的大小Vsig小于負載側的平滑化電壓\，則根據數據信號的電流不會流到負載側。S卩，Vsig電壓在小于負載側的平滑化電壓的范圍內可以具備任意大的電壓值，由此可以減小來自電力線上的電氣雜音的影響，而且不會影響供給到負載側的電力量。并且，Vsig電壓大于平滑化電壓的情況下，可以進行控制，使得在一個周期中數據信號波形的面積之和與電力輸送電壓的ton期間的面積之和保持一定，則可使供給的電壓平均值或實效值保持不變的情況下進行電力線通信。傳輸的數據信號的波形出現在利用負載側電感器612和電容器613的低通濾波器之前的Vout端，因此可以將用于接收該數據的負載側的電力線通信部615連接到Vout端， 以接收數據信號。并且，電力線通信部615接收的通信數據是通過電氣裝置控制部616接收并控制電氣裝置。通過上面說明的方式，可以從電源側向負載側傳輸通信數據，也可以在切斷電源側供給電力(電壓或電流)的數據傳輸區間toff內，逆向從負載側向電源側傳輸數據，因此，可以利用電力線實現雙方向收發數據信號。S卩，可以利用切斷電力的數據傳輸區間，從負載側向電源側傳輸電氣裝置狀態信息等。并且，利用切斷電力的數據傳輸區間，連接于電力線上的多個負載之間也可以互相收
發信息。如上說明地，在圖4及圖6中，以脈沖周期調制方式替代脈沖寬度調制方式時，也存在電壓或電流為低(Low)的區間或切斷電力的區間，因此可以完全應用本發明的原理。并且，在應用于逆變器的正炫脈沖寬度調制方式中，也存在電壓或電流為低(Low) 的區間，因此也可以完全應用本發明的原理。
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并且，脈沖調制方式的切換頻率高到數十KHz，數據傳輸區間比現有方式更快地進行重復，具有較快的數據傳輸周期，因此也可以適用于像馬達控制系統等需要實時控制的領域。并且，由于采用脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制方式，因此本發明電力線通信方法具有可以改變并控制供給到負載的電力的效果。并且，根據本發明的電力線通信方法還可以在負載側相互之間收發數據。圖11圖示了根據本發明的第二實施例中用于說明負載間電力線通信的電路結構，所述第二實施例是分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線傳輸方法。圖11是圖6的電力線添加1個負載而并列連接的情況，并列連接的負載可以數量不限地添加到電力線。此時，負載之間也可以在所述電源向負載側切斷電力的數據傳輸區間中，負載1和負載2相互之間通過電力線以如上所述的方式收發數據信號。圖8圖示了根據本發明的第三實施例的電路結構，所述第三實施例用于說明分割電力并傳輸區間傳輸數據信號的電力線通信方法。圖9圖示了根據本發明的第三實施例中不包含通信數據信號的電壓波形，所述第三實施例是分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法。圖10圖示了根據本發明的第三實施例中包含通信數據信號的電壓波形， 所述第三實施例是分割電力輸送區間并傳輸數據信號的電力線通信方法。如圖8所示，根據本發明的第三實施例的電路結構與圖6所示的第二實施例的電路結構類似，所述第三實施例是分割電力輸送區間傳輸數據信號的電力線通信方法。兩種電路差異在于，控制交流電的半導體裝置801代替了電源側電路的半導體切換組件601，整流電路810代替了負載側電路的二極管610及續流二極管611。還具有差異，如控制交流電的半導體切換組件801將交流電源800連接或切斷于電力線820，整流電路810連接于電力線820，從交流電源800提供直流電壓給負載側的電
氣^^直ο如圖9所示，在數據傳輸區間的1個周期T內，在電壓為“低(Low) ”的區間toff， 切斷電力線與電源側交流電源800的連接。在數據傳輸區間toff內，為了在電力線上承載數據信號，電力線通信部804如圖 10所示將數據傳輸區間toff分割成一定間隔，通過在數據信號為“1”時施加Vsig電壓、數據信號為“0”時不施加Vsig電壓的方式，將多個數據信號承載并傳輸在電力線820上。如圖10所示，將數據傳輸區間toff等分為10個區間，第一個區間和最后一個區間留作防止雜音的冗余區間，在第二至第九區間傳輸數據信號。在此，數據傳輸區間toff 可分為多種數量和周期。數據信號的大小Vsig小于負載側的平滑化電壓\時，數據信號的電流不會流到負載側，因此數據信號的大小Vsig在小于負載側的平滑化電壓范圍內，可以具備任意大的電壓值，使得可以減小受到電力線上的電氣雜音的影響，而且還不會影響供給到負載側的電力量。因此，可以在現有電路上在維持以脈沖寬度調制方式供給的電壓平均值或實效值的情況下進行電力線通信。如圖8所示，負載側在傳輸的數據信號的波形通過負載側的整流電路810之前的 Vout端，通過用于接收該數據的電力線通信部813接收通信數據。
從電力線通信部813收信的通信數據接收于電氣裝置控制部814來控制電氣裝置。通過上面所述方式，可以從電源側向負載側傳輸通信數據，也可以以相同的方式在電壓為“低(Low) ”的區間toff從負載側向電源側傳輸數據，因此可以實現利用電力線雙向收發數據。并且，還可以利用切斷電力的數據傳輸區間，使得連接于電力線的多個負載之間也可以相互收發數據。雖然對本發明實施例進行了詳細說明，但本發明的權利范圍沒有局限于此，利用權利要求書中所定義的本發明基本概念的本領域技術人員進行的變形和改良均包含于本發明的權利范圍。
權利要求
1.一種電力線通信方法，其中從電源控制并提供電力給1個或多個負載側的脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制方式中，將電力線輸送區間分割成將電力提供給負載側的電力輸送區間和切斷從電源輸送給負載側的電力的數據傳輸區間，在所述分割的區間中數據傳輸區間承載并傳輸1個或多個數據信號。
2.根據權利要求1所述的電力線通信方法，其特征在于對傳輸到所述電力傳輸區間的電力或傳輸到所述數據傳輸區間的數據信號的送信電力進行控制，使得從電源供給到負載側的平均電力在一個周期或多個周期內維持一定水準。
3.根據權利要求1所述的電力線通信方法，其特征在于傳輸到所述數據傳輸區間的1個或多個數據信號的大小小于負載側的平滑化電壓的大小。
4.根據權利要求1所述的電力線通信方法，其特征在于在切斷電源和負載連接的電壓為‘低’的區間中傳輸的一個或多個數據信號的大小大于負載側平滑化電壓的大小時，控制送信電力，使得從包含數據信號的電源提供給負載側的平均電力在一個周期或多個周期內維持一定水準。
5.如權利要求1所述的電力線通信方法，其特征在于 從電源提供給負載側的平均電力的大小進行改變并進行控制。
6.一種電力線通信方法，其特征在于從電源控制并提供電力給1個或多個負載側的脈沖寬度調制方式或脈沖周期調制調制方式中，將電力線輸送區間分割成將電力向負載側供給的電力輸送區間和切斷從電源提供給負載側的電力的數據傳輸區間，在所述分割的區間中數據傳輸區間承載一個或多個數據信號并在負載側相互間進行傳輸。
全文摘要
本發明涉及一種電力線通信方法，其特征在于，將傳輸電力和數據信號的整個區間分割成電力輸送區間和數據傳輸區間，在所述分割的區間中承載并傳輸1個或多個數據信號。
文檔編號G08C19/02GK102194310SQ20101058269
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年3月10日
發明者崔仁淑, 李永揆, 金希修 申請人:崔仁淑, 李永揆, 金希修