专利名称：供电线路上的通讯的装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及有线通讯连接与控制单元间的联接系统，有线通讯连接具有线路特性阻抗并适于传送一同时包括供电和数据的信号，控制单元包括一供电端子和一数据端子， 所述系统具有输入阻抗。本发明还涉及控制至少一电子开关的控制器，该控制器包括控制该或每个电子开关的控制单元，所述控制单元包括一供电端子和一数据端子，本发明还涉及适于传输同时包括供电和数据的信号的有线通讯连接与所述控制单元之间的联接系统。
背景技术：
已知上述类型的联接系统。这种系统用于回收来自在有线连接上输送的单一信号的供电和数据，以便一方面把供电输送给控制单元的供电端子，另一方面把数据输送给控制单元的数据端子。但是，通过联接系统传输给控制单元的某些数据变坏，因此不能被控制单元利用。 实际上，对于联接系统，供电与数据的区分证实是很难实现的。
发明内容
因此，本发明的一目的是通过减小被联接系统破坏的数据的比率来改进数据到控制单元的传输。为此，本发明的目标是上述类型的联接系统，其特征在于包括使输入阻抗与线路特性阻抗相匹配的匹配部件。本发明人已发现，联接系统造成的数据变坏与回收供电所导致的系统输入阻抗与线路特性阻抗之间的不匹配有关。根据其它实施方式，联接系统包括以下一个或多个单独考虑或以任何可能的技术组合考虑的特征一匹配部件能对于称为匹配带的预定频率范围使输入阻抗与线路特性阻抗相匹配，并且信号频谱被包含在所述匹配带中；一匹配部件包括其值随在所述系统输出端处所述控制单元所消耗的输出电流变化的可变负荷；一系统具有为恒定值的输入电压，并且所述负荷能够保证系统消耗恒定的输入电流；一系统具有为可变值的输入电压，并且所述负荷能够保证系统消耗可变化的输入电流，并且该输入电流基本等于输入电压的值除以线路特性阻抗的值；一系统包括用于连接在有线连接与供电端子之间并包括所述可变负荷的能量回收装置、和用于连接在有线连接与数据端子之间并包括能大大减少在传输装置输入端处消耗的第二电流的衰减器的数据传输装置；一所述可变负荷包括位于电流发生器输出端的电流储存器；
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一电流储存器包括齐纳二极管；一所述传输装置的衰减器是至少30dB的衰减器，使得第二电流的强度小于或等于第一电流的强度的1/20;一数据传输装置包括低通滤波器；一电流发生器具有的效率大于或等于80% ；一系统具有的效率大于或等于60% ；一系统能够接收同时包括供电和数据的信号，供电和数据具有同一频谱；一匹配带等于在联接系统输入端接收的信号的频谱；一匹配带为基本在OMHz到20MHz之间、优选在OMHz到15MHz之间的频率范围；一数据传输装置能够只传输包含在称为传输频带的预定频程内的数据；一传输频带包含在匹配带中；一传输频带为基本在OMHz到5MHz、优选在OMHz到3MHz之间的频程。本发明的目标还在于至少一个上述类型电子开关的控制器，其特征在于，联接系统为如上定义的联接系统。
通过阅读下面仅作为示例给出并参照以下附图进行的描述，本发明的这些特征和优点将体现出来，附图中一图1是符合本发明的电子开关控制器的示意图；一图2是图1控制器的联接系统的能量回收装置的电路图；一图3是符合本发明第一实施方式的联接系统的数据传输装置的示意图； 一图4是示出图1控制器的联接系统的输入阻抗匹配的代表参数随频率变化的曲线.
一入 ，一图5是符合本发明第二实施方式的与图3类似的图；一图6是符合本发明第三实施方式的与图2类似的图；一图7是一组曲线，其表示在联接系统输入端接收到的第一信息信号和在数据传输装置的滤波器输出端的对应信号的相应的标准化频谱；一图8是对于在联接系统输入端接收到的第二信息信号的一组曲线，其与图7的相类似。
具体实施例方式在图1中，控制电子开关4的控制器2包括开关控制单元6和有线通讯连接10与控制单元6之间的联接系统8。例如，电子开关4是适于给运输工具、尤其是铁路运输车辆的电马达供电的电压逆变器的开关，电压逆变器利用直流输入电压输送三相输出电压。例如，电子开关4是绝缘栅双极晶体管，也称为IGBT晶体管(英文术语hsulated Gate Bipolar Transistor)，或者闸流晶体管。控制单元6包括两个输入端子即一供电端子12和一数据端子14、和两个输出端子 16、17。输入端子12、14与联接系统8连接，第一输出端子16与开关4连接，第二输出端子17与联接系统8连接。控制单元6包括信息处理单元，信息处理单元例如由与存储器20相关联的数据处理器18形成。存储器20能够储存计算软件，该软件计算根据选择的脉宽调制控制开关4 的控制信号22。储存器20还能储存将控制信号22应用于开关4的软件。联接系统8包括能量回收装置M和数据传输装置沈，从而形成自有线通讯连接 10接收信息信号的接收装置。联接系统8能够回收来自在有线连接10上输送的单一信号的供电和数据。联接系统8包括将另一信息信号发射在有线通讯连接10上的发射极27。 联接系统8具有等于vy Ie的输入阻抗&，其中V。Ie分别为联接系统8的输入电流的电压和电流强度。有线通讯连接10能够传送信息信号，每个信息信号同时包括一供电和一些数据。 有线连接10具有线路特性阻抗4。例如，通讯连接10是串联连接RS485、串联连接RS482 又或肚hernet(以太网)连接。能量回收装置M在输入端通过两个输入端子28与有线通讯连接10连接，而在输出端通过一个输出端子30与控制单元的供电端子12连接。能量回收装置M包括整流器 32、电流发生器；34和可变负荷36。数据传输装置沈包括与有线通讯连接10连接的两个输入端子38、和一个与数据端子14连接的输出端子40。数据传输装置沈包括依次串联布置的衰减器42、滤波器44 和比较器45。发射器27包括与控制单元的第二输出端子17连接的一个输入端子46A、和与有线通讯连接10连接的两个输出端子46B。整流器32在输入端与输入端子观连接，在输出端与电流发生器34连接。整流器 32能够把交流输入电转换为直流输出电。电流发生器34在输出端与输出端子30连接。可变负荷36连接在输出端子30与电力地线47之间，相对于串联设置的整流器32 和电流发生器34成分路。负荷36的值是根据在系统8的输出端控制单元6所消耗的输出电流Is可变化的。可变负荷36能够保证消耗在电流能量装置M输入端的恒定的第一电流I”整流器32在输入端连接到能量回收装置的两个输入端子28，并且包括一个输出端子48，如图2所示。例如，整流器32以二极管D1、D2、D3、D4桥的形式实现。例如，二极管Dl至D4是大约IpF (皮法)的非常小电容的khottky 二极管(肖特基二极管)，以便使能量损失最小。二极管Dl至D4桥的输入电压为电压1，该二极管桥的输出电压在一方面二极管Dl和D2间的连接点、与另一方面二极管D3、D4间的、并与电力地线47相连的连接点之间测量。二极管Dl与D2之间的连接点与输出端子48连接。滤波电容器Cl位于整流器32与电流发生器34之间。滤波电容器Cl连接在输出端子48与电力地线47之间。它的值经过选择，以便稳定电流发生器，同时保证接收到的信息信号的频谱被包含在能量回收装置M的通带中。电流发生器34包括一输入端子50、一控制端子52和一输出端子M。例如，电流发生器34包括相同的第一和第二双极晶体管Q1、Q2，第一和第二双极晶体管在它们之间通过其基板连接。两个基板之间的连接点通过第一电阻Rl与电力地线47连接。第一双极晶体管Ql的发射极通过第二电阻R2与输入端子50连接。第二双极晶体管Q2的发射极与输入端子50直接连接，并且第二双极晶体管Q2的集电极与电流发生器的输出端子M直接连接。双极晶体管Q1、Q2为PNP晶体管。例如，双极晶体管Q1、Q2为大约IpF的极小电容的
晶体管。电流发生器34包括控制第一晶体管Ql的第三双极晶体管Q3。第三晶体管Q3为 NPN晶体管。第三晶体管Q3的基板一方面与控制端子52连接，另一方面通过第三电阻R3 与输入端子50连接。第三晶体管Q3的集电极通过第四电阻R4与第一晶体管Ql的集电极连接，并且第三晶体管Q3的发射极与电力地线47连接。位于电流发生器34输出端的可变负荷36包括一个电流储存器56、两个稳定电容 C2、C3和一个保护二极管D6。电流储存器56包括一个齐纳(kner) 二级管D5。第一稳定电容C2在齐纳二极管D5的上游连接在电流发生器的输出端子M与电力地线47之间。齐纳二级管D5连接在电流发生器的输出端子M与电力地线47之间。保护二极管D6位于能量回收装置的输出端子30与电流发生器的输出端子M之间。第二稳定电容C3在保护二极管D6的下游连接在能量回收装置的输出端子30与电力地线47之间。衰减器42能够极大地降低在数据传输装置沈的输入端处被消耗的第二电流12。 衰减器42是至少30分贝的衰减器，使得第二电流I2的强度小于或等于第一电流I1的强度的1/20。因而负荷36能够保证系统8所消耗的输入电流Ie的强度的恒定值，输入电流Ie 的强度等于第一电流I1的强度与第二电流I2的强度之和，因此基本等于第一电流I1的强度。在图3的实施例中，借助数字元件形成数据传输装置26。衰减器42包括降压器58和位于降压器58输出端的模拟数字转换器60。降压器 58的输入电压等于电压Ve，降压器58的输出电压基本等于输入电压Ve的1/25，使得在降压器58输出端的信号的幅度与模拟数字转换器60的动态范围相兼容。模拟数字转换器60 通过频率例如等于25MHz的第一时钟Hl调控。滤波器44为低通滤波器。例如，低通滤波器44为具有20个系数的滤波器，其在 IdB的截止频率等于2. 5MHz。对于大于6MHz的频率，低通滤波器44的衰减大于30分贝。 通过频率等于25MHz的第二时钟H2调控滤波器44。作为变型，低通滤波器44在IdB的截止频率等于3MHz，或等于5MHz。比较器45为数字比较器。现在描述符合本发明的联接系统8的运行。当联接系统8以接收信息信号运行时，使发射器27置于高阻抗，以便在输入端消耗强度基本为零的电流。因而所述联接系统的输入电流Ie在能量回收装置M所消耗的第一电流I1与数据传输装置26所消耗的第二电流I2之间分流，发射器27所消耗的电流基本为零。由于衰减器42，第二电流I2的强度明显小于第一电流I1的强度，优选小于或等于第一电流I1的强度的1/20。因此，第一电流I1的强度基本输入电流Ie的强度。整流器32不改变穿过它的电流强度，以致穿过它的输出端子48流动的电流的强度等于穿过它的输入端子观流动的第一电流I1的强度。穿过电流发生器的输入端子50流动的电流的强度基本等于穿过整流器的输出端子48流动的电流的强度，在电容Cl中流动的电流的强度可忽略不计。输送给控制端子52的控制信号被发送，使得电流发生器34以电流“反射镜”的方式运行，晶体管Ql和Q2相同。由于第二电阻R2，晶体管Q1、Q2以非对称的方式使用，以便提高电流发生器；34的效率。继而第一电流I1分为三个中间电流1+13]1、1中13]2、1_3。第一中间电流ΙΦ1 ]1、第二中间电流ΙΦ1 ]2、第三中间电流ΙΦ1 ]3分别穿过第三电阻R3、第二电阻 R2和第二双极晶体管Q2的发射极流动。穿过电流发生器的输出端子M流动的发生器电流 Ig的强度等于第三中间电流ΙΦ1 ]3的强度，由于电流发生器的电流的“反射镜”运行，第三中间电流的强度与穿过电流发生器的输入端子50流动的第一电流I1的强度成比例。电流发生器所输送的发生器电流Ie分为两个电流，即流经过能量回收装置的输出端子30并被控制单元6消耗的输出电流Is、和流经过可变负荷36的齐纳二极管D5的负荷电流I。。根据控制单元6所使用的电压确定齐纳二极管D5尺寸。由于齐纳二极管D5，负荷 36具有随输出电流Is可变化的值，使得等于输出电流Is和负荷电流Ic之和的发生器电流 Ie具有为恒定值的强度。发生器电流Ie的强度与在能量回收装置M输入端流动的第一电流I1的强度成比例，而第一电流I1的强度具有恒定的值。稳定电容C2、C3可以缓冲输出电流Is的振荡，因此稳定输出电流Is。换句话说， 稳定电容C2、C3过滤输出电流Is的高频。因此，能量回收装置M在输入端子观消耗强度恒定的电流，同时输送根据控制单元6消耗的能量而强度可变化的输出电流Is。另外，相对第一电流I1的强度，第二电流I2 的强度可忽略不计，因此，联接系统的输入电流Ie的强度是基本恒定的，从而输入阻抗4同样是恒定的。另外调整(dimensiormer)电流发生器的电阻R2、R3和R4的值，使得第一电流I1 具有的值基本等于输入电压\除以有线连接 ο的线路特性阻抗&的值。由于第二电流I2的衰减，联接系统的输入阻抗L基本等于电压Ve除以第一电流 I1的强度。换句话说，输入阻抗Ze基本等于有线连接10的线路特性阻抗4。因此，电流发生器34、可变负荷36和衰减器42使输入阻抗\匹配于有线连接10 的线路特性阻抗4。对于被称为匹配带的预定频率范围进行该匹配。特别地，匹配带取决于滤波电容器Cl的值。滤波电容器Cl的值经过选择，使得信号的频谱包含在所述匹配带中。匹配带还取决于二极管Dl至D4与双极晶体管Ql和Q2的电容值。具有大约IpF的非常小电容值的所述二极管Dl至D4与双极晶体管Ql和Q2对匹配带没有影响。通过联接系统8在小于300ns的时延中实现使输入阻抗\与线路特性阻抗&的匹配。该匹配时延主要源于整流器32的二极管桥、电流发生器34的双极晶体管Q1、Q2、Q3 以及电容C1、C2、C3的电荷。该匹配时延明显小于所接收信号的半周期，因此不会干扰所述信号的接收。在小于8μ s的不可用时延后，电能在能量回收装置M的输出端是可用的。该不可用时延主要是由于稳定电容C2、C3。该时延非常短暂，因此可以使控制单元6额定运行。图4表示量值SlldB随频率的变化，量值Slltffi写为以下的形式Slltffi = 20xlog|Sll(1)其中，Sll是表示当输出被匹配时在输入端的反射系数的参数S，并写为以下形式
权利要求
1.有线通讯连接(10)与控制单元(6)之间的联接系统(8)，所述有线通讯连接具有线路特性阻抗(Ztl)并且适于输送一同时包括供电和数据的信号，所述控制单元包括一供电端子(1 和一数据端子(14)，所述联接系统(8)具有输入阻抗(Ze)，其特征在于，所述联接系统包括使所述输入阻抗(Ze)与所述线路特性阻抗(Ztl)相匹配的匹配部件(34、36、42)。
2.如权利要求1所述的联接系统(8)，其特征在于，所述联接系统适于接收同时包括供电和数据的所述信号，供电和数据具有相同频谱。
3.如权利要求1或2所述的联接系统(8)，其特征在于，所述匹配部件(34、36、42)适于对于被称为匹配带的预定频率范围使所述输入阻抗(Ze)与所述线路特性阻抗(Ztl)相匹配；并且，所述信号的频谱至少部分地包含在所述匹配带中。
4.如权利要求3所述的联接系统(8)，其特征在于，所述匹配带等于在所述联接系统的输入端接收到的信号的频谱。
5.如权利要求3所述的联接系统(8)，其特征在于，所述匹配带为基本介于OMHz到 20MHz之间、优选介于OMHz到15MHz之间的频率范围。
6.如上述权利要求中任一项所述的联接系统(8)，其特征在于，所述匹配部件(34、36、 42)包括可变负荷(36)，所述可变负荷的值随在所述联接系统(8)的输出端所述控制单元 (6)所消耗的输出电流(Is)变化。
7.如权利要求6所述的联接系统(8)，其特征在于，所述联接系统具有为恒定值的输入电压(Ve)；并且，所述可变负荷(36)适于保证所述联接系统(8)消耗恒定的输入电流(Ie)。
8.如权利要求6所述的联接系统(8)，其特征在于，所述联接系统具有为可变值的输入电压(Ve)；并且，所述可变负荷(36)适于保证所述联接系统(8)消耗可变输入电流(Ie)，该输入电流基本等于所述输入电压( 的值除以所述线路特性阻抗(Ztl)的值。
9.如权利要求6至8中任一项所述的联接系统(8)，其特征在于，所述联接系统包括 能量回收装置(M)，所述能量回收装置用于连接在所述有线通讯连接(10)与所述供电端子(1 之间，并包括所述可变负荷(36)；和数据传输装置( )，所述数据传输装置用于连接在所述有线通讯连接(10)与所述数据端子(14)之间，并包括适于极大地减小在所述数据传输装置06)的输入端被消耗的第二电流(I2)的衰减器02)。
10.如权利要求6至9中任一项所述的联接系统(8)，其特征在于，所述可变负荷(36) 包括位于电流发生器(34)输出端的电流储存器(56)。
11.如权利要求9或10所述的联接系统(8)，其特征在于，所述数据传输装置06)包括低通滤波器G4)。
12.如权利要求9至11中任一项所述的联接系统(8)，其特征在于，所述数据传输装置 (26)适于只传输包含在称为传输频带的预定频程中的数据。
13.如权利要求3和12共同所述的联接系统(8)，其特征在于，传输频带包含在所述匹配带中。
14.如权利要求12或13所述的联接系统(8)，其特征在于，所述传输频带是基本介于 OMHz到5MHz之间、优选介于OMHz到3MHz之间的频程。
15.控制器0)，用于控制至少一电子开关G)，所述控制器包括控制所述电子开关 (4)的控制单元(6)，所述控制单元(6)包括一供电端子(1 和一数据端子(14)；以及有线通讯连接(10)与所述控制单元(6)之间的联接系统(8)，所述有线通讯连接适于输送一同时包括供电和数据的信号，其特征在于，所述联接系统(8)是符合权利要求1至14中任一项所述的联接系统。
全文摘要
有线通讯连接(10)与控制单元(6)之间的联接系统(8)，有线通讯连接(10)具有线路特性阻抗并能够输送一同时包括供电和数据的单一信号，控制单元(6)包括供电端子(12)和数据端子(14)，所述系统(8)具有输入阻抗。系统(8)包括使输入阻抗与线路特性阻抗相匹配的部件(34、36、42)。
文档编号H04B3/54GK102449922SQ201080022647
公开日2012年5月9日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者雅克·奥里翁 申请人:阿尔斯通运输股份有限公司