雙向開關切換式單相及三相供電及通信裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信控制領域，尤其涉及一種雙向開關切換式單相及三相供電及通信裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]在戶外電源應用領域及需要簡單傳遞控制信息的供電系統應用領域，如LED路燈、隧道燈或其他傳統燈具等應用領域，由于供電線路較遠且存在諸多不確定因素，一般通過市電交流電對燈具中的電源進行供電，而通過單獨的通信裝置或線路進行通信及控制。例如LED路燈應用時，需要每隔幾個小時對路燈的亮度進行調節，即所謂的調光，該方式由于可以實現二次節能，具有重大的經濟及社會意義。調光控制方式主要有四類:通過單獨的調光線進行模擬或數字的控制方式(如:0-10V模擬電壓控制/PWM數字量控制/RS-485數字通信控制)；通過無線通信進行調光及控制方式，如Zigbee通信及控制；不需要單獨線路而通過電力線進行通信的方式，如PLC電力載波通信；通過燈具內部的定時器進行定時控制；這些通信實質上都是對燈具里面的電源進行通信及控制。
[0003]通過單獨的調光線的控制方式技術實現簡單，可實現對某一組燈一起控制，即分組控制，比如一條0-10V的調光線可以控制多達200盞以上的燈，但在工程應用的時候尤其是舊線路改造的時候存在施工布線難，布線距離遠，線材成本高的弊端，并且調光線路抗感應雷干擾的能力很差，可靠性不高。PLC電力載波通信方式:目前通過在每個電源上(即每桿燈上)加裝電力載波通信模塊即單燈控制器實現通信及控制功能，優點是可傳遞的信號量非常大，信號雙向傳遞，傳輸速度快，信號通過交流供電線傳遞，無需重新施工布線，無多余的線材成本；但單燈控制器成本高而復雜，信號幅值太小，易受干擾，通信可靠性低，當燈具數量較多，單燈控制器數量也同樣多，總成本非常高。若將電力載波通信集成到電源里面，不但存在電力載波芯片及耦合解碼電路成本高的問題，還會存在電力載波通信頻率跟開關電源內部工作頻率高度重合而會被干擾的問題，帶來的EMI電磁兼容問題很難處理，設計難度高，至今尚未有實際產品批量應用。無線通信(如Zigbee)存在成本高、通信不穩定、通信距離短的問題，也需要在燈上附加無線通信裝置及天線。若將無線通信集成到電源內，因為戶外電源帶有防水型鋁殼，必須從鋁殼伸出一根天線，防水及結構方面難度大、成本也高。三者的共同特點是都需要附加成本比較高的物料或裝置。定時調光:定時器在電源上電的時候開始工作，經過設定的時間段后，即調整電源內部的電流以達到所需的亮度，優點是成本非常低，不需外接線材、控制器等，但由于無法跟外部通信，一旦設定定時策略，不能變更，因此不適合冬季夏季夜間時間長度差異較大的路燈應用，也不適合隧道燈等應用。工程應用最核心的需求是基于調光的二次節能，該需求只需對某些路段或者某組燈進行統一調整(分組控制)，并不需要對單燈進行逐個控制；調光時信號量很小，只需發出簡單的調光百分比信號；調光間隔長，一般每隔幾個小時調整一次；因此調光應用的需求是:信號量極小，信號傳遞次數少，需要調整的時候才需要通信，可預先定制調光定時控制策略而在通信的時候一次寫入到電源內部存儲器，不需要單燈控制而只需分組控制，盡量避免重新布線；上述四種方式中，通過調光線進行控制的方式比較符合調光需求，PLC通信及無線通信大大超過了實際需求，而定時調光不能滿足通信調整的需求，應用不多。
【發明內容】
[0004]針對上述方案的缺點，本發明提出一種可通過雙向開關控制的交流AC線進行通信的裝置及控制方法，特點是能夠通過電力線進行通信，信號幅度大進而通信穩定，無多余線材成本，適合傳遞較少數據量，適合低頻次通信，適合分組控制，實現簡單可靠，成本低，適合單相，甚至三相供電的舊線路改造并實現二次節能等應用。
[0005]本發明技術方案是:一種雙向開關切換式單相及三相供電及通信裝置，包括交流電源Va，連接在交流電源Va輸出端的開關控制電路、連接在開關控制電路輸出端的多個電源以及連接在電源輸出端的負載，所述開關控制電路包括第一開關裝置和開關控制裝置，所述第一開關裝置包括雙向開關SI，雙向開關SI串接交流電源Va輸出端，雙向開關SI的控制端連接開關控制裝置，所述電源內部連接有數字芯片。
[0006]優選的，所述第一開關裝置還包括雙向開關S2，雙向開關S2控制端連接開關控制裝置，雙向開關S2的一端連接開關控制電路輸出端，剩余端接地。
[0007]優選的，還包括交流電源Vb、交流電源Vc，在交流電源Vb的輸出端串接有第二開關裝置，在交流電源Vc的輸出端串接有第三開關裝置，第二開關裝置、第三開關裝置的控制端均連接開關控制裝置，第二開關裝置、第三開關裝置的輸出端連接電源。
[0008]優選的，所述雙向開關S1、S2分別包括兩個或兩個以上反向連接的或者構成雙向導通形式的M0SFET，或IGBT、或場效應管、或二極管，或三極管，或晶體管，或晶閘管，或繼電器，或接觸器，或空氣開關。
[0009]一種雙向開關切換式單相及三相供電及通信裝置控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0010]I)開關控制裝置控制雙向開關SI或S2的導通，使雙向開關SI或S2在工頻周期內切相角工作或部分周期導通配合部分周期不導通工作；
[0011]2)調節切相角方式的不同，導通周期時間長度不同；
[0012]3) SI或S2導通、關斷或者配套通斷產生的與正常供電顯著區別的特殊波形的引導碼加上一段時間正常供電(市電交流電)波形，并以特殊波形結束碼為結束，在此基礎上定義通信協議；
[0013]4)對開關控制電路輸出端輸出的不同波形進行定義；
[0014]5)負載電源接收交流電電壓波形后，其內部的數字芯片將波形解碼或存儲，然后控制負載的工作。
[0015]本發明的有益效果是:本發明中通過將交流供電線路控制端加入以雙向開關為基礎的通信裝置來達到簡單通信的目的。供電控制端加入雙向開關為基礎的通信裝置后，可以通過供電控制終端對雙向開關為基礎的通信裝置進行控制以傳遞模擬或數字信息，電源側(或者進一步說燈具側)可以通過內置的單片機、MCU、DSP等數字芯片進行采樣及解碼或存儲，響應控制指令。同時各個電源可設置分組或單獨設定地址，實現點對點的控制及分組控制。電源內部的數字芯片實現簡單，成本低；同時由于是大信號傳遞信息，抗干擾能力強，通信可靠性高。系統實現的是單向通信，控制方式及功能與通過調光線進行控制類似，最大限度的滿足了實際工程需要。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0017]圖1是本發明實施例一的電路原理圖；
[0018]圖2是本發明實施例一的第一種輸出波形圖；
[0019]圖3是本發明實施例一的第二種輸出波形圖；
[0020]圖4是本發明實施例二的電路原理圖；
[0021]圖5是本發明實施例三的電路原理圖；
[0022]圖6是本發明中的雙向開關的替換形式；
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。
[0024]一種雙向開關切換式單相及三相供電及通信裝置，包括交流電源Va，連接在交流電源Va輸出端的開關控制電路、連接在開關控制電路輸出端的多個電源以及連接在電源輸出端的負載，所述開關控制電路包括第一開關裝置和開關控制裝置，所述第一開關裝置包括雙向開關S1，雙向開關S1串接交流電源Va輸出端，雙向開關S1的控制端連接開關控制裝置，所述電源內部連接有數字芯片。
[0025]優選的，所述第一開關裝置還包括雙向開關S2，雙向開關S2控制端連接開關控制裝置，雙向開關S2的一端連接開關控制電路輸出端，剩余端接地。
[0026]優選的，還包括交流電源Vb、交流電源Vc，在交流電源Vb的輸出端串接有第二開關裝置，在交流電源Vc的輸出端串接有第三開關裝置，第二開關裝置、第三開關裝置的控制端均連接開關控制裝置，第二開關裝置、第三開關裝置的輸出端連接電源。
[0027]優選的，所述雙向開關Sl、S2分別包括兩個或兩個以上反向連接的或者構成雙向導通形式的M0SFET，或IGBT、或場效應管、或二極管，或三極管，或晶體管，或晶閘管，或繼電器，或接觸器，或空氣開關。
[0028]一種雙向開關切換式單相及三相供電及通信裝置控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0029]1)開關控制裝置控制雙向開關S1或S2的導通，使雙向開關S1或S2在工頻周期內切相角工作或部分周期導通配合部分周期不導通工作；
[0030]2)調節切相角方式的不同，導通周期時間長度不同；
[0031]3)S1或S2導通、關斷或者配套通斷產生的與正常供電顯著區別的特殊波形的引導碼加上一段時間正常供電(市電交流電)波形，并以特殊波形結束碼為結束，在此基礎上定義通信協議；
[0032]4)對開關控制電路輸出端輸出的不同波形進行定義；
[0033]5)負載電源接收交流電電壓波形后，其內部的數字芯片將波形解碼或存儲，然后控制負載