使用电力线通讯的控制系统的制作方法
【专利摘要】一种控制系统，包含一个控制装置。该控制装置适用于连接到传送市电的一条火线及一条零线，适用于经由一条第一电力线及一条第二电力线连接到一个负载，且包括：一个第一开关，适用于连接在该火线及该第一电力线间；一个第二开关，适用于连接在该零线及该第二电力线间；一个耦合器，适用于连接到该第一电力线，接收一个通讯信号，且耦合该通讯信号到该第一电力线；及一个控制器，控制该第一开关及该第二开关在导通及不导通间同步交替，且在该第一开关及该第二开关不导通时输出该通讯信号到该耦合器，借此，该通讯信号在该第一电力线上感应出的一个信号中归因于该市电的干扰相对较低，且该控制系统的电力消耗相对较小。
【专利说明】
使用电力线通讯的控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种控制系统，特别是涉及一种使用电力线通讯的控制系统。
【背景技术】
[0002]一个现有的控制系统经由两条平行的电力线输出市电到一个负载。此外，电力线还被用于从现有的控制系统到负载的信号传送(也就是电力线通讯)。现有的控制系统有以下缺点:
[0003]1.信号中归因于市电的干扰相对较高。
[0004]2.现有的控制系统的电力消耗相对较大。
[0005]3.现有的控制系统与负载的相容性相对较差。
[0006]4.当电力线相对较长时，信号的失真相对较严重。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种控制系统，该控制系统可以改善【背景技术】的至少一个缺点。
[0008]本发明控制系统包含一个控制装置，该控制装置适用于连接到传送市电的一条火线及一条零线，且适用于经由一条第一电力线及一条第二电力线连接到一个负载。该控制装置包括一个第一开关、一个第二开关、一个耦合器及一个控制器。该第一开关适用于连接在该火线及该第一电力线间。该第二开关适用于连接在该零线及该第二电力线间。该耦合器适用于连接到该第一电力线，接收一个通讯信号，且耦合该通讯信号到该第一电力线。该控制器连接到该第一开关、该第二开关及该耦合器，控制该第一开关及该第二开关在导通及不导通间同步交替，且在该第一开关及该第二开关不导通时输出该通讯信号到该耦合器，以允许该市电在该第一开关及该第二开关导通时被传送到该负载，且允许该通讯信号在该第一开关及该第二开关不导通时被传送到该负载。
[0009]本发明控制系统还包含一个第一匹配装置，该第一匹配装置经由该第一电力线及该第二电力线连接到该控制装置，且其阻抗实质上等于该第一电力线及该第二电力线的特性阻抗。
[0010]该第一电力线及该第二电力线构成一条双绞线传输线。本发明控制系统中，该第一匹配装置包括在该第一电力线及该第二电力线间串联的一个第一电容及一个第一电阻。该第一电阻的电阻值为120Xln(2D/d)欧姆，在此处，D是该第一电力线及该第二电力线的中心点间的距离，且d是该第一电力线及该第二电力线中的每一个的直径。
[0011]本发明控制系统还包含一个第二匹配装置，该第二匹配装置连接到该控制装置及该第一电力线间的一个第一共同节点，且连接到该控制装置及该第二电力线间的一个第二共同节点。该第二匹配装置的阻抗实质上等于该第一电力线及该第二电力线的特性阻抗。
[0012]该第一电力线及该第二电力线构成一条双绞线传输线。本发明控制系统中，该第二匹配装置包括在该第一共同节点及该第二共同节点间串联的一个第二电容及一个第二电阻。该第二电阻的电阻值为120Xln(2D/d)欧姆，在此处，D是该第一电力线及该第二电力线的中心点间的距离，且d是该第一电力线及该第二电力线中的每一个的直径。
[0013]本发明控制系统中，该耦合器还连接到该第二电力线，且以一个方式耦合该通讯信号到该第一电力线及还到该第二电力线，使得该通讯信号在该第一电力线及该第二电力线上分别感应出的信号彼此互补。
[0014]本发明控制系统中，该控制装置还包括一个接收器，该接收器接收一个载有一个命令的输入信号。该控制器还连接到该接收器以接收该输入信号，且根据该输入信号产生载有该命令的该通讯信号。
[0015]本发明控制系统中，该接收器以无线方式接收该输入信号。
[0016]本发明控制系统中，该接收器以有线方式接收该输入信号。
[0017]本发明控制系统中，该控制器适用于连接到该火线及该零线，且在该市电的电压实质上等于零时，将该第一开关及该第二开关从导通切换为不导通。
[0018]本发明的有益效果在于:通过允许该通讯信号在该第一开关及该第二开关不导通时被传送到该负载，该通讯信号在该第一电力线上感应出的一个信号中归因于该市电的干扰相对较低，且该控制系统的电力消耗相对较小。
【附图说明】
[0019]图1是一个示意电路方块图，说明本发明控制系统的实施例适用于连接到传送市电的一条火线及一条零线，且适用于经由一条第一电力线及一条第二电力线连接到一个负载；
[0020]图2是一个范例性时序图，说明市电的电压，及实施例输出到负载的电压和电流；[0021 ]图3是一个示意图，说明第一电力线及第二电力线。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0023]参阅图1与图2，本发明控制系统100的实施例包括一个控制装置1、一个第一匹配装置5及一个第二匹配装置6。
[0024]控制装置I适用于连接到传送市电的一条火线101及一条零线102，且适用于经由一条第一电力线103及一条第二电力线104连接到一个负载3(例如一个发光装置或一个马达)。控制装置I包括一个第一开关111、一个第二开关112、一个耦合器12、一个控制器10及一个接收器13。
[0025]第一开关111适用于连接在火线101及第一电力线103间。
[0026]第二开关112适用于连接在零线102及第二电力线104间。
[0027]耦合器12适用于连接到第一电力线103及第二电力线104，接收一个通讯信号，且例如经由感应耦合及以一个方式耦合通讯信号到第一电力线103及第二电力线104，使得通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号彼此互补，例如大小相同且方向相反(也就是构成一个差动信号对)。换句话说，耦合器12使用差动信令技术。
[0028]接收器13以无线方式(例如使用W1-F1、Bluet00th、NFC或Zigbee)从一个发射器8接收一个载有一个命令的输入信号。
[0029]控制器10适用于连接到火线101及零线102，且连接到第一开关111、第二开关112、耦合器12及接收器13。控制器10控制第一开关111及第二开关112以可调的工作比在导通及不导通间同步交替，当第一开关111导通时，第二开关112亦同时导通，且在市电的电压Vin实质上等于(也就是接近或等于)零时，将第一开关111及第二开关112从导通切换为不导通。此外，控制器10从接收器13接收输入信号，根据输入信号产生载有命令且其频率(例如200kHz)高于市电频率(例如60Hz)的通讯信号，且在第一开关111及第二开关112不导通的每一个时段tl期间输出通讯信号到耦合器12。
[0030]因此，在第一开关111及第二开关112导通的每一个时段t2期间，市电经由第一开关111、第二开关112、第一电力线103及第二电力线104到负载3的传送被允许，通讯信号经由耦合器12、第一电力线103及第二电力线104到负载3的传送被阻止，且控制装置I输出到负载3的电压Vout及电流1ut中的每一个随着市电改变;且在第一开关111及第二开关112不导通的每一个时段tl期间，市电经由第一开关111、第二开关112、第一电力线103及第二电力线104到负载3的传送被阻止，通讯信号经由耦合器12、第一电力线103及第二电力线104到负载3的传送被允许，且电压Vout及电流1ut中的每一个随着通讯信号改变。此外，负载3的一个参数(例如发光装置所发出的光的亮度或马达的转速)随着为t2/(tl+t2)的工作比改变，且负载3可以根据在每一个时段tl期间的电压Vout得到命令。
[0031]第一匹配装置5经由第一电力线103及第二电力线104连接到控制装置I，且其阻抗实质上等于(也就是接近或等于)第一电力线103及第二电力线104的特性阻抗，以减少通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号的反射。
[0032]第二匹配装置6连接到控制装置I及第一电力线103间的一个第一共同节点nl，且连接到控制装置I及第二电力线104间的一个第二共同节点n2。第二匹配装置6的阻抗实质上等于(也就是接近或等于)第一电力线103及第二电力线104的特性阻抗，以减少通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号被第一电力线103、第二电力线104、负载3及第一匹配装置5反射而产生的信号的反射。
[0033]在本实施例中，第一电力线103及第二电力线104中的每一个具有一个连接到控制装置I及第二匹配装置6的第一终端、一个连接到第一匹配装置5的第二终端，及一个靠近第二终端且连接到负载3的中间端。
[0034]在本实施例中，如图3所示，第一电力线103及第二电力线104构成一条双绞线(two-wire)传输线。第一匹配装置5包括在第一电力线103及第二电力线104间串联的一个第一电容51及一个第一电阻52。第二匹配装置6包括在第一共同节点nl及第二共同节点n2间串联的一个第二电容61及一个第二电阻62。第一电阻52及第二电阻62中的每一个的电阻值为120 X ln(2D/d)欧姆(例如约150欧姆)，其中，D是第一电力线103及第二电力线104的中心点间的距离，且d是第一电力线103及第二电力线104中的每一个的直径。
[0035]归纳上述，本实施例的控制系统100具有以下优点:
[0036]1.由于在第一开关111及第二开关112不导通的每一个时段tl期间允许通讯信号被传送到负载3，因此通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号中归因于市电的干扰被避免了。所以，与第二开关112被省略且第二共同节点n2连接到零线102的组态相比，通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号中的每一个的电压振幅可以被降低，以减少控制系统100的电力消耗。
[0037]2.由于在第一开关111及第二开关112不导通的每一个时段tl期间允许通讯信号被传送到负载3，因此耦合器3在每一个时段tl期间分别看入第一共同节点nl及第二共同节点π2的阻抗相对较大，藉此减少在每一个时段tl期间的电流lout，且因此减少控制系统100的电力消耗。
[0038]3.由于控制器10在电压Vin实质上等于零时将第一开关111及第二开关112从导通切换为不导通，因此负载3的功率因数及操作几乎没被影响，且安全问题被避免了，借此提高控制系统100与负载3的相容性。
[0039]4.通过第一匹配装置5，通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号的反射相对较小，藉此在第一电力线103及第二电力线104相对较长时减少这些信号的失真。例如，当通讯信号的频率为200kHz时，纵使第一电力线103及第二电力线104中的每一个的长度大于通讯信号的波长的一半(也就是750公尺)，失真还是相对较低。
[0040]5.通过第二匹配装置6，当第一电力线103及第二电力线104相对较长时，通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号的失真可以进一步被减少。
[0041]6.由于耦合器12使用差动信令技术，因此通讯信号在第一电力线103及第二电力线104上分别感应出的信号的共模杂讯可以容易地被抑制。所以，这些信号中的每一个的电压振幅可以被降低，以减少控制系统100的电力消耗。
[0042]值得注意的是，在其它实施例中，可以对本实施例做出以下修改:
[0043]1.控制器10可以在市电的电压Vin不是实质上等于零时，将第一开关111及第二开关112从导通切换为不导通。此时，控制器10到火线101及零线102的连接可以被省略。
[0044]2.耦合器12到第二电力线104的连接可以被省略，且耦合器12可以只耦合通讯信号到第一电力线103。换句话说，耦合器12可以使用单端讯令技术。
[0045]3.接收器13可以有线地连接到发射器8，且以有线方式(例如使用Ethernet SRS-485)从发射器8接收输入信号。
[0046]4.第一匹配装置5及第二匹配装置6中的至少一个可以被省略。
【主权项】
1.一种控制系统，其特征在于其包含: 一个控制装置，适用于连接到传送市电的一条火线及一条零线，且适用于经由一条第一电力线及一条第二电力线连接到一个负载，该控制装置包括: 一个第一开关，适用于连接在该火线及该第一电力线间， 一个第二开关，适用于连接在该零线及该第二电力线间， 一个耦合器，适用于连接到该第一电力线，接收一个通讯信号，且耦合该通讯信号到该第一电力线，及 一个控制器，连接到该第一开关、该第二开关及该耦合器，控制该第一开关及该第二开关在导通及不导通间同步交替，且在该第一开关及该第二开关不导通时输出该通讯信号到该耦合器，以允许该市电在该第一开关及该第二开关导通时被传送到该负载，且允许该通讯信号在该第一开关及该第二开关不导通时被传送到该负载。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于:还包含一个第一匹配装置，该第一匹配装置经由该第一电力线及该第二电力线连接到该控制装置，且其阻抗实质上等于该第一电力线及该第二电力线的特性阻抗。3.根据权利要求2所述的控制系统，该控制系统的特征在于:该第一电力线及该第二电力线构成一条双绞线传输线，该第一匹配装置包括在该第一电力线及该第二电力线间串联的一个第一电容及一个第一电阻，该第一电阻的电阻值为120 X ln(2D/d)欧姆，在此处，D是该第一电力线及该第二电力线的中心点间的距离，且d是该第一电力线及该第二电力线中的每一个的直径。4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于:还包含一个第二匹配装置，该第二匹配装置连接到该控制装置及该第一电力线间的一个第一共同节点，且连接到该控制装置及该第二电力线间的一个第二共同节点，该第二匹配装置的阻抗实质上等于该第一电力线及该第二电力线的特性阻抗。5.根据权利要求4所述的控制系统，该控制系统的特征在于:该第一电力线及该第二电力线构成一条双绞线传输线，该第二匹配装置包括在该第一共同节点及该第二共同节点间串联的一个第二电容及一个第二电阻，该第二电阻的电阻值为120 X ln(2D/d)欧姆，在此处，D是该第一电力线及该第二电力线的中心点间的距离，且d是该第一电力线及该第二电力线中的每一个的直径。6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于:该耦合器还连接到该第二电力线，且以一个方式耦合该通讯信号到该第一电力线及还到该第二电力线，使得该通讯信号在该第一电力线及该第二电力线上分别感应出的信号彼此互补。7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于:该控制装置还包括一个接收器，该接收器接收一个载有一个命令的输入信号，该控制器还连接到该接收器以接收该输入信号，且根据该输入信号产生载有该命令的该通讯信号。8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于:该接收器以无线方式接收该输入信号。9.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于:该接收器以有线方式接收该输入信号。10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于:该控制器适用于连接到该火线及该零线，且在该市电的电压实质上等于零时，将该第一开关及该第二开关从导通切换为不导通。
【文档编号】H04L29/08GK105991162SQ201610139762
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】洪于程
【申请人】锭远科技有限公司