专利名称：Ac供电电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及AC 供电电路(AC power supply circuitry)。
背景技术：
使用固态电路的AC电力控制典型地通过采用基于固态半导体的电力开关设备 (例如触发三极管、背对背闸流晶体管以及绝缘栅双极晶体管(IGBT))来提供。通过在AC 供应的每个半周期处延迟该设备的接通来实现控制，使得只有AC供应波形的一部分被施加给负载。到触发三极管或者闸流晶体管的触发电极或者IGBT的栅极的电脉冲通过简单电子电路被延迟，且采用可变的延迟以提供可变的电力控制。这在图1中被图示成向简单电阻负载馈电的电力控制器。该电路包含AC电源1，其经由AC电力线路中的基于固态半导体的电力开关设备2(在这个例子中是触发三极管)与负载3相连。对从控制输入到触发三极管2的每个触发脉冲的可变延迟由简单电子模块4提供。图2示出电源1的AC电压波形5以及施加给触发三极管2的触发电极的电触发脉冲6，每个在时间上从电压波形5 的零交叉点延迟并且由电子模块4产生，导致跨负载3的被删节的正弦波电压波形7。如从波形图能看到，从电源波形的每个零交叉点到触发三极管2导通的点存在时间间隔，该时间间隔经由模块4可变化。在每个这样的间隔(当触发三极管2处于它不传输电力到其输出的状态中时)期间，供电有效地与负载断开连接。在某些供电应用中，触发三极管、闸流三极管以及IGBT被简单用作开关，但甚至在这些应用中这样的设备在跨该设备的电压波形已经上升少量伏特之前不能接通，因此存在供电与负载有效地断开连接时的时段，但它们比在被用于可变AC电力控制的设备的情况下要短。对某些系统，特别地对流体提取井复合体，电力线路还可通过将通信数据耦合在 AC电力线路上来被用作数据通信线路，这样的系统被认为是电力上通信(COP)系统。在这样的系统中，基于固态半导体的电力开关设备的“关断时段”导致通信数据的破坏。从而，特别是如果电力线路是非常高的电压时，当前COP系统在电力开关设备的上游从电力线路移除通信数据，并且以相当大的费用在电力开关设备的下游向电力线路再引入通信数据。该发明克服了在使用基于固态半导体的电力开关设备的COP系统中移除并且再引入通信数据的需要。
发明内容
根据本发明，提供了 AC供电电路，其包括AC 电源；在电源与输出之间的AC电力线路中的半导体开关设备；用于在第一状态(其中，其从源到输出传输电力)与第二状态(其中，其不传输电力到输出)之间切换半导体设备的装置；以及用于将通信数据耦合在电力线路上的装置，其中该电路进一步包括
用于仅如果所述半导体设备处于所述第一状态中则促使通信数据耦合在电力线路上的装置。在一个实施例中，所述促使装置被设置成监测在所述输 出处的电力用于确定所述半导体设备是否处于所述第一状态以控制所述耦合装置。典型地，该电路用于控制供应给负载的电力，所述开关装置被设置成在所述第一与第二状态之间交替切换所述半导体设备，所述半导体设备处在所述第一与第二状态中的时段典型地是可变化的。所述开关装置以及所述半导体设备是典型地使得所述设备通过来自所述开关装置的电脉冲在所述第一与第二状态之间被切换。在该例子中，其中该装置在所述第一与第二状态之间被交替切换，所述开关装置典型地提供一系列用于在所述状态之间切换所述半导体设备的电脉冲。典型地，所述半导体开关设备在所述耦合装置与所述源之间的所述电力线路中。 典型地，存在另一个基于半导体的开关设备，其与所述电力线路耦合以用于接收已耦合在电力线路上的通信数据与电力。根据本发明的电路可包括用于接收来自所述电力线路的电力以及通信数据、提取所接收的通信数据以及传送所供应的电力到负载的装置。在该例子中，这样的接收装置可被连接以从这样的另一个开关设备接收电力以及通信数据。根据本发明的电路可包括在海底流体提取井复合体中的电力与通信供应。典型地，所述源、第一次提到的开关设备以及所述耦合装置位于顶侧的装备中。在该例子中，这样的另一个基于半导体的开关设备可位于海底。
图1示意地示出AC电力控制电路的已知形式；图2示出在图1的电路中出现的波形；图3示意地示出根据本发明的AC电力控制电路的实施例；以及图4是用于在结合本发明的实施例的海底流体提取井复合体中供应以及传输AC 电力以及通信数据的系统的框图。
具体实施例方式在接下来的实施例中，在AC电力线路中采用对基于半导体的电力开关设备的可变控制的COP系统中，通过该设备传播的通信数据的破坏或者这样的数据的故障通过确保通信仅在电力周期(当电力开关设备的传导状态支持通信数据的传播时)内的时段期间被尝试(例如，通过将通信数据耦合在电力线路上)而避免。通过将这样的数据耦合在AC电力线路上的通信数据的传输因此与AC电力波形同步。图3图表地图示本发明的实施例。电源1向电力线路8馈电，电力线路8包括固态控制模块9，其包含基于半导体的开关设备以及触发器控制电路(例如，如图1的项目2 和4)。电子监测模块10通过连续取样或者别的方式监测在来自模块9的输出处的AC电力线路电压以及电流并且产生在正半周期与负半周期(当模块9中的开关设备被接通成其中它传输电力到输出的状态时)期间用于通信的窗口。来自模块10的输出是“门控”信号，其与调制解调器11相连，处于该门控信号的控制下的调制解调器11仅在这样的电力传导窗口期间在模块9之后将通信数据耦合在电力线路上。来自调制解调器11的通信数据经由双信号耦合器(DIP) 12耦合在电力线路8上，该双信号耦合器包括通信电力线路耦合器 (CPLC) 13以及通信闭塞滤波器(CBF) 14以防止通信数据被反馈至源1。来自双信号耦合器 12的COP数据典型地被施加以经由线路中基于固态半导体的电力开关15来使用。因而，通信传输在当模块9中的开关设备被接通时(例如，在正与负电力传导周期内)的状态期间被限制成“burst”运行。该技术因此避免试图在零电压与零电流交叉期间或者在部分传导状态期间通过随后的、下游的基于半导体的电力开关设备传播通信数据(这能导致传输故障或者数据破坏)。
由于通信数据与电力的同步，电力开关15能是简单的固态开关，且不需要在开关之前从COP数据移除通信数据以及在开关之后在电力线上再引入该数据。参考图4，这以框图形式示出海底流体提取井复合体的供电以及通信系统。在顶侧装备16中存在根据图3的电路的项目1、8、9、10、11、12、13以及14，来自DIP 12的COP数据沿脐带电缆向下传送至海底分配集线器17，其中存在处于线路中的基于固侧态半导体的电力开关15。依据整个系统，可存在不止一个这样的电力开关15，每个相应地与DIP 12 — 起在线路中。开关15经由连接19 (典型地在集线器17与装备18之间存在长的偏距)将 COP数据切换至海底装备18。在海底装备18中，存在双信号耦合器20，其接收COP数据并且其将线路21上的 AC电力传递至负载22，负载22典型地可包括AC到DC转换器23。从输入给双信号耦合器 20的COP数据中提取通信数据可通过调制解调器24来实现，调制解调器24经由其通信电力线路耦合器25从双信号耦合器20提取通信数据(这仅在线路21上的电力的正半周期与负半周期期间发生)。双信号耦合器20还包括通信闭塞滤波器26以防止通信数据被传递至线路21。在AC电力监测与同步模块27的控制下，调制解调器24能向上传送通信数据至顶侧装备用于由调制解调器11提取，模块27促使这样的数据传输与在线路21上的电力的正半周期与负半周期同步。使用本发明的优点连同通过使用基于固态半导体的电力控制技术的开关设备实现改良的在电力线路上的通信数据的耦合，实现了在COP系统中无需在另一个基于半导体的电力开关设备的之前从电力线路移除该数据以及在该设备之后再施加该数据。
权利要求
1.一种AC供电电路，包括AC电源；在所述电源与输出之间的AC电力线路中的半导体开关设备；用于在第一状态与第二状态之间切换半导体设备的装置，所述第一状态中所述半导体设备从所述源传输电力到所述输出，所述第二状态中，所述半导体设备不传输电力到所述输出；以及用于将通信数据耦合在电力线路上的装置，其中所述电路进一步包括用于仅如果所述半导体设备处于所述第一状态中则促使通信数据耦合在电力线路上的装置。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述促使装置被设置成监测在所述输出处的电力用于确定所述半导体设备是否处于所述第一状态以控制所述耦合装置。
3.如权利要求1或者2所述的电路，用于控制供应给负载的电力，其中所述开关装置被设置成在所述第一与第二状态之间交替切换所述半导体设备。
4.如权利要求3所述的电路，其中所述半导体设备处在所述第一与第二状态中的时段是可变化的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电路，其中所述开关装置以及所述半导体设备是使得所述设备通过来自所述开关装置的电脉冲在所述第一与第二状态之间被切换。
6.如权利要求5所述的电路，当权利要求5从属于权利要求3和4任一项时，其中所述开关装置提供一系列电脉冲以用于在所述状态之间切换所述半导体设备。
7.如权利要求1-6中任一项所述的电路，其中所述设备处于所述耦合装置与所述源之间的所述电力线路中。
8.如权利要求1-7中任一项所述的电路，其中存在另一个与所述电力线路耦合的基于半导体的开关设备以用于接收电力与已耦合在所述电力线路上的通信数据。
9.如权利要求1-8中任一项所述的电路，包括用于接收来自所述电力线路的通信数据以及电力、提取所接收的通信数据以及传送所供应的电力到负载的装置。
10.如权利要求9所述的电路，当权利要求9从属于权利要求8时，其中所述接收装置被连接以接收来自所述另一个开关设备的通信数据以及电力。
11.如权利要求1-10中任一项所述的电路，包括在海底流体提取井复合体中的电力与通信供应。
12.如权利要求11所述的电路，其中所述源、第一次提到的开关设备以及所述耦合装置位于顶侧的装备中。
13.如权利要求12所述的电路，当权利要求12从属于权利要求8或者10时，其中所述另一个基于半导体的开关设备位于海底。
全文摘要
公开了AC供电电路，其包括AC电源(1)；在电源与输出之间的电力线路(8)中的半导体开关设备(2)；用于在第一状态(其中，半导体设备从源传输电力到输出)与第二状态(其中，半导体设备不传输电力到输出)之间切换半导体设备的装置(4)；以及用于将通信数据耦合在电力线路上的装置(11、12)，该电路进一步包括用于仅如果所述半导体设备处于所述第一状态中则促使通信数据耦合在电力线路上的装置(10)。
文档编号H04B3/54GK102332938SQ20111017559
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者J·戴维斯 申请人:韦特柯格雷控制系统有限公司