适于在网络上的设备之间传输数据和电力的电气系统的制作方法

适于在网络上的设备之间传输数据和电力的电气系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电气系统，该电气系统使外围设备能够与其它AC和功率收发器进行专用通信，AC和功率收发器从电气系统接收电力和信号或将电力和信号提供给电气系统。本发明是电气系统，该电气系统包括由电路(100，200)连接的网络信道(1000，2000)。插入到网络信道中的外围设备彼此进行通信。连接到电路的AC和功率收发器通过网络信道彼此通信并进行配电。
【专利说明】适于在网络上的设备之间传输数据和电力的电气系统

【技术领域】
[0001]本发明通常涉及电气系统，并且更具体地但不排他地涉及适于在网络上的装置之间传递数据和电力的电气系统。

【背景技术】
[0002]现代电气和电子设备的结果是，现代家庭和办公室的布线经常包括用于连接这些设备的有线网络。不幸的是，这些内置的有线网络受限于到这些外围设备的数据传输和从这些外围设备的数据传输。已做出一些尝试，以允许通过相同的电缆提供适量的单向DC电源。
[0003]现有技术
[0004]通过在网络中使用原始线来升级有线网络已经取得增量进展。
[0005]由国际专利申请WO 2012/032293来展示这种增量进展中的一个例子，其中国际专利申请WO 2012/032293展示了组合的电和光信号和电力传输系统。
[0006]由美国5，148，144 (Sutterlin等人)展示了这种增量进展的另一个例子。它展示了为两个外围设备之间的AC通信提供的现有信道。
[0007]它也展示了信道如何可以被升级以传输DC电源。信道包含连接到变压器的平行导线。呈电池形式的DC电源提供电力。它被示出连接到在次级线圈中的一个次级线圈上的中心抽头。DC电力使用者被以DC/DC转换器的形式示出。它从另一个初级线圈的中心抽头汲取电力。这种方式传输DC功率是有用的，但不表示通过现有的信道传输附加的AC信号或电力。
[0008]美国2011/0055598讨论了 “通过以太网供电(POE) ”标准。这是用于通过现有的有线网络传输电力的另一种方法。它利用复杂的“Ρ0Ε”芯片和这个标准要求的芯片组，并且可认为是有源系统。德州仪器公司的技术文档SLVS885D显示了 “Ρ0Ε”是有用的；然而，可编程的POE芯片明显增加了复杂程度。
[0009]POE芯片需要电力来操作，这降低了网络的功率效率。POE芯片组使用不同的电阻值以呈现响应于施加电压的电流。该电阻测量协议允许传输芯片来识别连接到电缆的另一端的单元的电力需求。它也只是单向电力传输介质。它也只受限于标定48伏系统。POE系统的另一个主要缺点是，现有的8路5类8P8C连接器的暴露的管脚承载现有的100BASE-T和P0E48伏电力两者。不幸的是，暴露的管脚会不经意地短路，或8路5类8P8C连接器会不经意地连接到不能应付P0E48伏电力的外围设备。为了防止暴露的管脚上的电力可导致的不经意损害或损坏，POE系统采用精密的电路。
[0010]鉴于上述的现有技术，需要一种简单的和无源装置来升级提供用于两个外围设备之间的AC通信提的信道，使得当允许多个电子设备和电气设备的同时连接时，在任一方向上有效地分布大量电力现在成为可能。
[0011]本发明如在权利要求中进行了限定，权利要求由下文的说明进行阐明。


【发明内容】

[0012]根据本发明的第一方面，用于在连接到该系统的电气设备之间传输数据或电力的电气系统，包括:第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器具有通过第一信道连接的各自的次级线圈；第三变压器和第四变压器，第三变压器和第四变压器具有通过第二信道连接的各自的次级线圈，每个变压器具有包括端子的各自的初级线圈，端子用于与连接到系统的电气设备连接并接收来自设备的数据或将数据发送到设备；第一变压器次级线圈上的中心抽头通过第一电气电路连接到第三变压器次级线圈上的中心抽头；并且第二变压器次级线圈上的中心抽头通过第二电气电路连接到第四变压器次级线圈上的中心抽头，其中，第一电气电路和第二电气电路中的每一个都包括至少一个馈电器，馈电器用于通过变压器次级线圈的中心抽头将来自数据或电力源的数据或电力传输到系统中或接收来自系统的数据或电力。
[0013]变压器可配置为通过电气设备的发送或接收变压器从连接到系统的电气设备接收数据或将数据发送到连接到系统的电气设备。
[0014]第一电气电路和第二电气电路中的每一个可包括随所述至少一个馈电器设置的电感器或电容器，以允许通过第一变压器到第四变压器的中心抽头将电力或数据传输到系统中或从系统传输电力或数据。
[0015]可存在随所述至少一个馈电器设置的电感器或电容器，以允许通过第一变压器到第四变压器的中心抽头将电力或数据传输到系统中或从系统传输电力或数据。
[0016]电感器和电容器可串联设置，并且系统包括与电感器和电容器连接的、用于通过中心抽头传输数据和接收数据的第一馈电器和第二馈电器，以及与第二馈电器、电感器和电容器连接的用于通过中心抽头传输电力的第三馈电器。
[0017]可使用第一馈电器用于诸如恒温器、定时器、紧急按钮、照明控制、门铃、进门系统等的功能项目的低频单向或双向的数据通信，或者用于诸如婴儿监视器、对讲机和内部私人电话系统的功能项目的单向或双向直接音频传输。
[0018]可使用第二馈电器以从系统输入或输出电力，并因此经由48伏到5伏降频器将电力提供到例如旧8出口，以提供电力来操作插入到例如计算机、打印机和电视的系统中的外围设备。这样的双向电力分布允许系统中的电池或其它电源根据需要作为用于系统、其他的功率收发器和外围设备的电源。
[0019]一个和两个馈电器一起使用能够通过第一电路和第二电路同时供给和终止…信号和化和/或IX:电源。
[0020]使用第三馈电器以提供第二馈电器和第一馈电器两者的回路。或者，可将第二馈电器与第一馈电器结合使用用于供给和终止…馈电。
[0021〕 在一个实施例中，第一电路和第二电路还包括各自的连接到每个各自的电感器的输入端的高频电感器，以及连接到每个各自的电容器的输出端的相同的各自的高频电感器。这些高频电感器的优点在于，相对于施加在承载外围数据的电缆上的低频的第一馈电器和第二馈电器，提供了外围数据和内部数据之间的额外隔离。相对于外围数据，它们增强了所施加的第一馈电器和第二馈电器的共模抑制。
[0022]优选的，第一信号收发器连接到第一电路的第二馈电器和第一馈电器，并且第二信号收发器连接到第二电路的第二馈电器和第一馈电器。电气系统使第一信号收发器能够与第二信号收发器进行通信。有利的是，该通信不受第一变压器和第二变压器间的第一信道中的其他信号的阻碍。同样有利的是，该通信不受第三变压器和第四变压器之间的第二信道中的其它信号的阻碍。
[0023]优选地，第一信号收发器也连接到第三馈电器，从而提供电气回路。本领域的技术人员将理解，信号收发器提供和接收电力以及信号。
[0024]电气系统包括第一信号收发器，第一信号收发器通过到串联电容器的第一连接连接到第一电路，串联电容器转而连接到第一馈电器，并且第一信号收发器被到第三馈电器的第二连接所连接。有利的是，第一信号收发器可以是发送和/或接收音频信号、从而使音频通信称为可能的一个信号收发器。优选地，第一信号收发器也连接到第三馈电器，从而提供电气回路。在一个实施例中，第三馈电器连接到电气接地，从而提供电气安全。因此电气系统的优点在于，AC电力可以被在第一信号收发器和第二信号收发器之间收发。
[0025]在特别优选的实施例中，电气系统包括连接到第一电路的第三馈电器和连接到第一电路的第二馈电器和连接到第一电路的第一馈电器的信号调节模块；调节模块包括用于连接到电气设备的端子。
[0026]有利的是，信号调节模块将标准数据流输入改变成为适用于在系统内传输的数据流格式，例如曼彻斯特编码，使得其中该数据流被从以相反的模式运行的另一个信号调节模块再转换和输出，输出再次恢复到标准数据流格式以变成数据流输出。如所述的信号调节模块可根据要求在一个方向或两个方向上运行。因此信号调节模块具有比简单的电源或信号收发器更高水平的能力。
[0027]在另一个实施例中，电气系统包括连接到第一电路的第三馈电器和第一电路的第二馈电器的第一功率收发器以及连接到第二电路的第三馈电器和第二电路的第二馈电器的第二功率收发器。有利的是，该电气系统能够从用作电源的第一功率收发器将DC电源供应给使用者。本领域技术人员也理解，功率收发器也供应信号和电力。因此，术语信号收发器用于技术清楚的目的，使得本领域技术人员认识到，‘信号收发器’是与‘功率收发器’有区别的装置。然而，本领域技术人员知道，‘信号收发器’发送和接收电力，而‘功率收发器’可以供应和接收信号。
[0028]有利的是，第一功率收发器或第二功率收发器可以是电源供应器。有利的是，第一功率收发器或第二功率收发器可以是功率使用者。有利的是，第一或第二信号收发器可以是通过该电气系统从第一功率收发器或第二功率收发器汲取功率的功率使用者。
[0029]有利的是，电气系统实际上是模块化的。
[0030]在一个实施例中，存在包括第一电气系统和与之并联的第二电气系统的并行的电气系统，其中，第一电气系统和第二电气系统各自如上定义。第一电气系统的第一电路上的第三馈电器和第二电气系统的第一电路上的第三馈电器连接在一起，并且连接到功率收发器。第一电气系统的第二电路上的第二馈电器和第二电气系统的第二电路上的第二馈电器连接到该功率收发器。
[0031]与仅一个电气系统相比，两倍并联的电气系统是有利的，因为可以传输更多的电力，并且可以收发两个独立的控制信号。有利的是，从而除了从相同的功率收发器汲取功率的第一电气系统之外，第二电气系统实际上也是模块化的。有利的是，附加信号收发器可以连接到第二电气系统，因为信号收发器连接到第一电气系统。这些附加信号收发器可以设置成从相同的功率收发器汲取功率。
[0032]优选地，电气系统包括具有触点的第一电气接口端子块和第二电气接口端子块，触点为将其它设备电气地连接到电气系统提供途径。第一变压器的初级线圈的端子以及第三变压器的初级线圈的端子连接到第一电气接口端子块中的触点。第二变压器的初级线圈的端子以及第四变压器的初级线圈的端子连接到第二电气接口端子块中的触点。
[0033]这使连接到第一电气接口端子块的第一外围设备能够经由第一信道和第二信道与连接到第二电气接口块的第二外围设备进行通信。
[0034]有利的是，当第一外围设备与第二外围设备通信时，第一信号收发器也与第二信号收发器进行通信。外围设备通信信号与信号收发器通信信号耦合，因为这两个信号同时使用第一信道和第二信道。
[0035]尽管在第一信号收发器和第二信号收发器之间存在通信，但是外围设备信号不与信号收发器信号在初级线圈的端子处耦合。同样地，信号收发器信号不与外围设备信号在第一馈电器或者第二馈电器或第三馈电器处耦合。
[0036]因此，有利的是，信号收发器的运行不受外围信号干扰或外围设备的干扰。类似地并且有利的是，外围设备的运行不受通过它们连接第一馈电器和第二馈电器运行的信号收发器的干扰。由信号收发器供应的…信号在第一馈电器和第二馈电器处没有与由其中外围设备被连接到该电气系统的外围设备发送或接收的外围信号耦合。
[0037]有利的是，随着信号收发器彼此通信和外围设备相互通信，信号收发器从同时连接到第三馈电器和第二馈电器的IX:电源汲取功率。IX:电流和丨或电压与第一信道和第二信道上的仏信号和外围信号耦合。由功率收发器供应的％电流和/或电压不与外围信号在外围设备连接到该电气系统处耦合。
[0038]在一个实施例中，电气接口端子块包括具有触点的插座，触点设置成与插入式设备电气接合，从而使插入到第一插座的第一外围设备能够经由第一信道和第二信道与插入到第二插座的第二外围设备进行通信。
[0039]有利的是，构建包括电气系统的通信网络安装起来更加简单和便宜。现代建筑物具有设置于其中的信道使其中的外围设备能够连接到该信道并容易地通信。本发明展示的电气系统利用这些信道用于第一信道和第二信道。
[0040]有利的是，通过电气系统可以同时承载并通信在多个频率的信号。本领域技术人员将认识到，各种外围设备、信号和功率收发器的工作频率可以是不同的。因此可以利用宽的带宽与根据本发明描述的具有在相同频率或不同频率同时通信的各种外围设备、信号收发器或功率收发器的电气系统以满足多种应用的需要。
[0041]本发明还通过示例的方式、通过以下描述进行说明以结合附图进行理解，在附图中:

【专利附图】

【附图说明】
[0042]图1是根据本发明的电气系统的一个实施例的示例性视图；
[0043]图2是示出了根据本发明的包括提供…信号和％电源到彼此和从彼此提供八信号和IX:电源的⑷收发器和功率收发器的电气系统的示例性视图；
[0044]图3是示出了根据本发明的包括电气接口端子块的电气系统的示例性视图，其中外围设备连接到电气接口端子块；
[0045]图4是示出了根据本发明的包括具有串联电容器的信号收发器的电气系统的示例性视图；
[0046]图5是示出了包括信号调节模块的电气系统的示例性视图；
[0047]图6是示出了根据本发明的其中第一电路和第二电路包括高频电感器的电气系统的示例性视图；
[0048]图7是示出了包括电气接口端子块的电气系统示例性视图；
[0049]图8是示出了两个电气系统的并联布置和连接的示例性视图；
[0050]图9是示出了结合了电气电路以能够组合数据、控制和配电功能的总系统的示例性视图；
[0051]图1Oa是图解示出了将两组例如“ADSL”端口的第三方设备连接到计算机端子的电缆的典型系统；
[0052]图1Ob图解描绘了装配在第三方设备中的本发明的用途；
[0053]图1Oc描绘了使用4组变压器以连接系统(无L-C网络)以仅传输控制信号或仅传输电力的本发明的另一个实施例的用途；
[0054]图1Od描绘了使用L-C网络和4组变压器配置来传输控制数据和电力的本发明的另外的实施例的用途；以及
[0055]图11示出了与图9中特征811/812对应的中间电路。

【具体实施方式】
[0056]现在将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
[0057]参照图1的电气系统的示例图，该电气系统包括四个变压器10、20、30、40、两个电路100、200、以及两个信道1000、2000。
[0058]信道提供了用于在四个变压器之间传输电力的导管。通过信道1000、2000传输AC电和DC电两者。第一变压器10和第二变压器20的次级线圈12、22上的端子由第一信道1000连接。第三变压器30和第四变压器40的次级线圈32，42上的端子由第二信道2000连接。
[0059]电气系统使各种外围设备能够彼此通信。计算机、打印机、立体声系统、移动电话坞站、电子照相机等都是典型的。图3和图7中所示的是连接到变压器10和30的初级线圈的外围设备710。还示出了连接到变压器20和40的初级线圈的外围设备720。
[0060]如例如美国专利2011/0055598中所公开的，典型的是，电气设备包括:用于通过网络传输和接收数据或电力的收发器，并且该设备包括用于将收发器(在图1Oa至1d被称为“硅(silicon)”)与网络隔离的发送变压器和接收变压器。
[0061]在该种情况下并且如图1Oa中所示，信道连接到用于传输数据或电力的现有变压器。相反，在本发明的例子中，除了设备变压器之外还，提供了系统变压器10、20、30、40。
[0062]图1Oc是用于传输电力或数据中的一个的布置，其中，变压器10、20、30、40的初级线圈的端子连接到设备变压器的初级线圈的端子。这种设置允许提供无源系统(参考图1Oc和1d中用虚线表示)，其中使用者与信道隔离，这是特别有利的，其中信道以相对高的电流承载功率。在如图1Od中所示的其它例子中，L-C电路100、200 —起设置有用于能够传输功率和数据两者的附加变压器。
[0063]在图106中示出的另一种布置中，除了通过现有变压器的初级线圈传输的其它数据的传输之外，IX电路100、200还可以配置为连接到用于能够传输电力和控制数据的现有设备变压器的次级线圈的中心抽头。
[0064]在另外的设置中，除了通过现有变压器的初级线圈传输的其它数据的传输之外，IX电路100、200还可以配置为连接到用于能够传输电力和控制数据的现有设备变压器的次级线圈的中；11、抽头。
[0065]图3示出了如何将两个外围设备710和720连接到使它们能够进行通信的电气系统。第一外围设备710连接到在第一变压器和第三变压器10、30的初级线圈上的端子13、33。第二外围设备720连接到第三变压器和第四变压器的初级线圈上的端子上23、43。
[0066]第一信道是用于第一外围设备710的“发送”信道。第一外围设备传输710以电信号形式的信息。该电信号由第一变压器10耦合进入第一信道1000。该电信号由第二变压器20与第一信道解耦合。通过其到第二变压器20的连接，第二外围设备720接收所传输的信息。
[0067]第二信道2000是用于第一外围设备710的“接收”信道。第一外围设备通过它与第三变压器30的连接接收以电信号形式的信息。该信息通过第三变压器30与该信道2000解耦合。第三变压器接收该信息，因为该信息通过第二信道2000传输。信息通过第四变压器40耦合到第二信道2000中。第四变压器40通过它与第二外围设备720的连接接收以电信号形式的信息。
[0068]本领域的技术人员将理解电气系统的对称性。因此第一外围设备710也能够经由第一信道接收来自第二外围设备720的信息。第一外围设备710还能经由第二信道2000将信息传输到第二外围设备720。
[0069]由于电气系统的对称性，第二外围设备720也将信息传输到第一外围设备或从第一外围设备接收信息。
[0070]次级线圈中心抽头15、25、35、45将第一信道连接到第二信道。在第一变压器和第二变压器的中心抽头，通过第一变压器和第二变压器上的初级线圈耦合到第一信道中的八信号是不明显的。并且在第三和第四变压器的中心抽头，通过第三变压器和第四变压器的初级线圈，耦合到第二信道中的…信号是不明显的。第一电路100和第二电路200连接到中心抽头。因此，经由初级线圈耦合到第一信道中的…信号不会出现在第二信道中。经由第一变压器和第二变压器的初级线圈耦合到第一信道中的…信号不会出现在第三变压器和第四变压器的初级线圈上的端子处。
[0071]每个变压器10、20、30、40可以是包括中心抽头的单个单元，或它们可由两个变压器制成，两个变压器具有在它们之间的形成中心抽头的连接。
[0072]类似地，满足在本文描述的电感和电容的电感或电容要求的任何物理设备，可以用来建立根据本发明的电气系统。
[0073]由于电气系统的对称性，经由初级线圈，耦合到第二信道中的…信号不会出现在第一信道中。经由第三变压器和第四变压器的初级线圈，耦合到第二信道中的八信号不会出现在第一变压器和第二变压器的初级线圈上的端子处。
[0074]电气系统的优点是，第一变压器和第二变压器的初级线圈之间的通信不会出现在第三变压器和第四变压器的初级线圈上的端子上。
[0075]电气系统的优点是，是第三变压器和第四变压器的初级线圈之间的通信不会出现在第一变压器和第二变压器的初级线圈上的端子上。
[0076]由于该优点的结果，在第一信道上的第一外围设备和第二外围设备之间传输和接收的信息不同于在第二信道上的这些外围设备之间传输的信息。
[0077]同样由于此优点的结果，本发明的另一个实施例是可能的，其中第一外围设备仅连接到第一变压器的初级端子，并且第二外围设备仅连接到第二变压器的初级端子。第三外围设备(未示出)连接到第三变压器的初级端子，并且第四外围设备(未示出)连接到第四变压器的初级端子。通过第一信道在第一外围设备和第二外围设备之间传送的信号未与通过第二信道在第三外围设备和第四外围之间传送的信号混合。
[0078]第一信道和第二信道1000和2000可以通过包括两对导线的单一电缆物理地实现。包括四根双绞线的标准5类电缆是这样的电缆的例子。
[0079]有利的是，传统电话信号可以通过不用作电气系统的信道的任何对电缆承载。
[0080]图1所示的第一电路100的实施例中，它包括串联的电感器120和电容器110。第二电路200包括串联的电感器220和电容器210。在一个实施例中，两个电容器的电容是相等的。在一个实施例中，两个电感器的电感是相等的。
[0081]有利的是，诸如变压器10的附加变压器可以物理地连接在沿着物理地实施第一信道的线路的任何地方。类似地，另一个诸如变压器30的附加变压器，可以物理地连接在沿着物理地实施第二信道的线路的任何地方。有利的是，附加变压器和另一个附加变压器可以通过诸如第一电路100的另一个电路物理地连接。因此，另一个第一电路的所有优点的可以物理地添加到如本发明的电气系统。通过这种方式，DC电源可以在电缆运行中的那个时刻启动或中断。同样地，AC信号可类似地相互联系。在两种情况下，网络上的外围设备之间的数据通道不受影响。
[0082]有利的是，该系统也能够传输取代DC电力的AC电力或也传输DC电力。若要传输的是AC电力而不是DC电力，选择电容器110的值，以当具有对用于控制数据传输的AC信号频率非常低的阻抗的相同时刻时具有在AC电力频率的显著的阻抗。同样地，选择电感器120，以具有对AC电力传输的低阻抗和对AC控制数据传输的高阻抗。可选地，图8中的四对设置中，DC电力可以通过例如1000和2000传输，而AC电力可通过3000和4000发送。
[0083]第一电路100包括第一馈电器101、第二馈电器102、以及第三馈电器103。第二电路200包括第一馈电器201、第二馈电器202以及第三馈电器203。术语“馈电器(feed)”在这里表示一种将诸如AC信号发送器和/或接收器、或DC电源供应器和/或使用者的电气仪表连接到电气系统的装置。
[0084]在第一电路上，第一馈电器位于电感器120和第一变压器10上的中心抽头15之间；并且，第二馈电器位于电感器120和电容器110之间；并且，第三馈电器位于电容器110和第三变压器上的中心抽头30之间。
[0085]在第二电路上，在第一馈电器201位于电感器220和第一变压器20上的中心抽头25之间；并且，第二馈电器202位于电感器220和电容器210之间；并且第三馈电器203位于电容器210和第三变压器上的中心抽头30之间。
[0086]在一个实施例中，电容器110、210可以由空气分离的两个简单端子体现。在另一个实施例中，电容器110、210是电解电容器，在另一个实施例中，它是陶瓷电容器，在另一个实施例中，它是塑料膜电容器。
[0087]在电气系统的一个实施例中，参照图2，它包括连接到第一馈电器101和第二馈电器102的第一信号收发器310。在信号收发器的运行频率，第一电路的电感器120的阻抗是非常高的。阻抗如此之高以至于在第一馈电器101和第二馈电器102到第一信号收发器310提供或接收的…信号之间存在有效的开路。有利的是，高阻抗允许…信号由第一信号收发器有效地馈送到电气系统中或由第一电气设备有效地从电气系统馈送出。
[0088]在第一信号收发器310的工作频率，电感器120的阻抗优选地大于第一信号收发器310和馈电器端子101和102的输入阻抗的100倍。即比值大于100: 1。在另一个优选的实施例中，比值大于1000:1，在另一个实施例中比值大于1，000，000:1。
[0089]应当认识到，由第一信号收发器所提供的或接收的信号不能并且不出现在初级线圈 10、20、30、40 的端子 13、23、33、43 处。
[0090]然而，由第一信号收发器提供或接收的信号分别由连接馈电器端子201和202的第二信号收发器接收或提供，馈电器端子201和202连接到第二电路。第一馈电器端子201，第二馈电器端子202和第三馈电器端子203连接到第二电路，在相同的各自的位置，第一电路的馈电端子被连接。
[0091]在第二信号收发器320的运行频率，第二电路的电感器220的阻抗优选大于第二信号收发器的输入阻抗100倍。即比值大于100:1。在另一个优选的实施例中，比值大于1000:1，并且在另一个实施例中，其大于1，000，000:1。
[0092]有利的是，利用电气系统，^信号有效地从第一信号收发器310传输到第二信号收发器320或从第二信号收发器320接收。
[0093]由到第一电路100的第一信号收发器310提供的到电气系统的⑷信号分别通过在第一变压器上中心抽头和第三变压器上的中心抽头耦合到第一信道中和第二信道中。
[0094]由于中心抽头的连接，在变压器10、20、30和40的初级线圈端子13、23、33、43处不存在由第一信号收发器310提供和/或接收的…信号。
[0095]由于电气系统的对称性，第二信号收发器320提供和/或接收的…信号耦合到第一信道和第二信道中，并且在变压器10、20、30和40的初级线圈端子13、23、33、43处不存在。
[0096]在一个实施例中，电容器110、第一电路的阻抗比在信号收发器310的工作频率的电感器120的阻抗至少小100倍。即比值是1:100。在另一个实施例中，比例是1:1000，并且在另一个实施例中，它是1:1，000，000。与此相一致，第二电路的电容器210的阻抗比在信号收发器320的工作频率的电感器220的阻抗至少小100倍。即比值为1:100。在另一个实施例中，比例是1:1000，并且另一个实施例中，它是1:1，000，000。
[0097]优选地，第一电路310的信号收发器和第二电路320的信号收发器在相同的频率工作。
[0098]如图4中所示的电气系统的一个实施例，包括通过到第二馈电器102的第一连接和到串联电容器311的第二连接连接到第一电路100的信号收发器310。在本实施例中，信号收发器配置和设置成在音频频率发送/接收…信号。对于高保真度，这些音频频率范围介于25取和25狃2之间。对于电话会话，这些音频频率范围介于100取和2狃2之间。
[0099]优选地，电容使得在音频频率范围的最低频率，串联电容器的阻抗比信号收发器310的输出阻抗小100倍。优选地，在音频频率范围的最高频率，串联电容器的阻抗比在最高频率的电感器120的阻抗小100倍。
[0100]图4中所示的另一个实施例中，还存在连接到第二电路200和第二串联电容器321的另一个信号收发器320。信号收发器320和串联电容器321以信号收发器310和串联电容器311连接到第一电路100相同的布置连接到第二电路200。
[0101]优选地，电容器321的电容是这样的:在音频频率范围的最低频率，串联电容器321的阻抗的比信号收发器320的输出阻抗小100倍。优选地，在音频频率范围的最高频率，串联电容器321的阻抗比在最高频率的电感器220的阻抗小100倍。
[0102]在一个实施例中，电气系统包括在图5中描绘出的信号调节模块400。信号调节模块连接到第一电路的第一馈电器101、第二馈电器102，以及第三馈电器103。信号调节模块包括用于输入和输出信号的模块端子401和402，信号已经由连接到第二电路200的另一个信号调节模块420传输接收。有利的是，通过将它们的端子401和402上输入/输出的信号的数据格式转换成通过电气系统收发的易于由其他信号调节模块解释和转换的另一种格式，信号调节模块促进电子设备之间的通信。
[0103]图2中所示的功率收发器510连接到在一个实施例中的第一电路的第二馈电器102和第三馈电器103。在一个实施例中，功率收发器520连接到第二电路的第二馈电器202和第三馈电器203。
[0104]功率收发器510、520是电气装置，其促进用电池、太阳能电池板或电气系统中提供或要求电能的其它设备停止或提供(如果可能)功率能。
[0105]在某些实施例中，电源收发器510、520与信号收发器310、320组合成单个物理设备。
[0106]通过在第一电路上的第二馈电器和第三馈电器供应的DC电源通过第一变压器和第三变压器10和30上的中心抽头15、35耦合到第一信道和第二信道1000、2000中。DC电源通过在第二变压器和第四变压器20、40上的中心抽头25、45从第一信道和第二信道解耦入口 ο
[0107]因此通过连接到第一电路的功率收发器510供应的电力对连接到第一电路和/或第二电路的信号收发器310、320有效并由其使用。并且，此电力对连接到第二电路的功率收发器520有效并由其使用。
[0108]有利的是，因为电气系统是对称的，连接到第二电路的功率收发器520供应电力，电力对连接到第一和/或第二电路的信号收发器310、320有效并由其使用。并且，此电力对连接到第一电路的功率收发器510有效并由其使用。
[0109]电容器110与功率收发器510并联。在信号收发器310、320的工作频率的电容器110的阻抗远远低于功率收发器510的输入阻抗。因此，有利的是，功率收发器510将功率提供到第一电路，或从第一电路汲取功率，而不影响由信号收发器310、320提供或使用的AC信号。优选地，电容器110的输入阻抗比在信号收发器310、320的工作频率的功率收发器510的输入阻抗低100倍。即比值是1:100。在另一个实施例中，比值是1:1000，并且在另一种情况下其可以是1: 1，000，000。
[0110]有利的是，因为电气系统是对称的，与功率收发器520并联的电容器210具有与电容器110相同的各个优点。相对于在信号收发器310、320的通知频率的功率收发器220的输入阻抗，电容器210也具有相同的阻抗比。
[0111]如图6中所示，在一个实施例中，第一电路100和第二电路200包括高频电感器130、140、230、240。因此，第一电路包括:串联连接的高频电感器130、电感器120、电容器110、高频电感器140，高频电感器130连接到电感器120，电感器120连接到电容器110，电容器110连接到高频电感器140。第二电路包括:串联连接的高频电感器230、电感器220、电容器210、高频电感器240，高频电感器230连接到电感器220，电感器220连接到电容器210，电容器210连接到高频电感器240。
[0112]代替如图1中所示的连接到第一变压器10的中心抽头15的电感器120的输入端，电感器120的输入连接到高频电感器130的输出端。高频电感器130的输入端连接到在次级线圈12上的中心抽头15。代替如图1中所示的连接到变压器30的中心抽头的电容器110的输出端，电容器110的输出端连接到高频电感器140的输入端。高频电感器140的输出端连接到次级线圈32上的中心抽头35。在第二电路中的高频电感器230、240、电感器220，以及电容器210的布置和连接和如图6所示的第一电路的布置和连接相同。
[0113]高频电感器的优点是，第一馈送信号还与主信道信号的交互隔离，并且主信道信号还与第一馈送信号的交互隔离。在两种情况下，由这些电感器引入的额外电阻对通过第二馈电器的有效信道的电流是可以忽略的。
[0114]电感器130，140，230，240可在一个实施例中包括在变压器10、20、30、40的设计中。在另一个实施例中，它们可以是用作单匝电感器或在另一个实施例中用作常规缠绕式电感器的铁氧体磁珠。
[0115]在如图7中所示的一个实施例中，电气系统包括连接到初级变压器10和30的端子的电气接口端子块610。在一个实施例中，电气系统包括连接到初级变压器20和40的端子的电气接口端子块620。
[0116]外围设备710和720被示出分别连接到电气接口端子块610和620。优选地，电气接口端子块的设计和布置是这样的:外围设备简单地插入它们。
[0117]电气接口端子块610、620包括容易连接到外围设备的触点。这种触点的例子包括磁性触点、卡扣式连接触点，并且触点设置在图7所示的与行业标准插头兼容的插座615、625 中。
[0118]在图7中所示的一个实施例中，主变压器11的端子13连接到电气接口端子块610中的触点611。初级变压器31的端子33连接到电气接口端子块610中的触点612。
[0119]在一个实施例中，初级变压器21的端子23连接到电气接口端子块620中的触点621。初级变压器41的端子43连接到电气接口端子块620中的触点622。
[0120]优选地，电气接口端子块610与电气接口端子块620不同。因此，连接到电气接口端子块610的外围设备710可以与通过第一信道和第二信道连接到电气接口端子块620的外围设备720进行通信。
[0121]优选地，端子块610包括插座615，并且端子块620还包括插座625。触点611、612包含在插座615中，并且触点621、622包含在插座625中。
[0122]优选地，插座615、625接受外围设备的工业标准插头。有利的是，外围设备710可以插入到插座615中，并且另一个外围设备720可以插入到插座625中。
[0123]图8示出了并联设置和连接的两个电气系统。图8描绘了电气元件的网络的模块化元件的单个的电气系统。单个多线电缆可以提供用于第一信道和第二信道1000和2000的管道。该电缆也可以提供用于第三信道3000和第四信道4000的管道。更多电气系统和与更多信道可以模块化地加入到网络中。
[0124]通过本发明的电气系统，利用如图8中所示的两个并联连接的电气系统，可以实现沿着四个信道增加到高达例如I吉比特每秒的数据传输速率。也可以实现高数据传送速率，甚至当源于在第一电路和第二电路100和200上的馈电器101、102、103、201、202、203的电力和信号与源于外围设备710和720的数据通过信道同时传输时，可以实现高的数据传输速率。
[0125]可以通过馈电器101、102、103、201、202、和203来供应和接收AC电力和DC电力两者，并且通过根据本发明的电气系统的第一信道和第二信道1000、2000来传输AC电力和DC电力两者。
[0126]有利的是，利用在同一电缆护层中的电缆线对3000和4000，两个类似系统允许两个分离的AC控制路径和两个分离的DC电力路径。DC电力路径可以耦合在一起，以减小电缆电阻，从而允许更大的电力传输能力。DC电力路径可以是分离的，以允许在两个不同电压的传输。
[0127]参考图9，图中示出了包括能够组合数据、控制和配电功能的电气电路的总系统的示例性视图。
[0128]本系统的核心是含有包括在连接802和810之间的元件10、100和30的多个网络的多信道调节器809。在连接802上仅有数据，并且在连接810上有组合数据、控制信号和电源信号。连接810中的每个包括第一信道1000和第二信道2000。
[0129]连接802转到经由电缆803供电并经由电缆801连接到服务提供商的标准的路由器 800。
[0130]连接810转到壁端口 813和816。壁端口 813和816还包括包含元件10，100和30的网络，并且壁端口 813和816包括例如610的电气接口端子块。从而，在连接810上的组合数据、控制和电源信号在壁端口分离，使得数据分别提供给以太网连接814和817。
[0131]连接814被示出由电缆826连接到电视机824。在此，电视824是诸如720的外围设备。电缆826可以只发信号，或还具有由功率收发器510提供的48伏电源，也给电视824直接供电。
[0132]壁端口插座817被示出经由电缆825连接到计算机823。此处计算机是诸如720的外围设备。电缆825可以只发信号，或还具有由功率收发器510提供的48伏电源，也给计算机823直接供电。
[0133]为了说明系统的通用性，对讲机812和822被示出在连接810中的两个连接上，并含有使得对讲机运行所要求的控制信号和电力信号进行分离的元件10，100和30，而不影响从路由器800到壁端口 813和816的数据传输或与从路由器800到壁端口 813和816的数据传输交互。
[0134]也描绘了用于锅炉的控制系统。锅炉822经由控制信号电缆821连接到多信道调节器809。控制信号经过809将转到连接到在一个房间内的温度传感器的控制器811的连接810。有利的是，这可以使用如图8所示的其他可用的AC信道310进行传输。
[0135]也描绘了电话系统，其中，服务提供商连接820连接到电缆819，电缆819连接到壁端口 816上的电话插座818上。应当注意，该电缆可以可替换地是电缆810内隔离的对。
[0136]壁端口 813具有将电力提供给诸如移动电话的设备的USB出口端815，这类设备通过连接到来自USB插座的可用电源可以再充电。壁端口 813含有48伏到5伏转换器。
[0137]图9所描绘的用于总系统的电力从例如太阳能面板806、电池807和市电电源808以及分布在整个系统中的任何其他电源的多个源提供。DC电源控制单元805主要用作诸如510和520的功率收发器，功率收发器经由电缆804连接到多信道调节器809内的第一电路100。
[0138]DC电源控制单元805管理来自所有电源的电力并按要求将其转换为电缆804上的标定48伏并将电源经由电缆803供应给路由器800。DC电源控制单元805可以视情况接收或传输来自电缆804，电池807和市电电源808的电力。
[0139]图11示出了结合中心抽头变压器在中继数据和电力时以中间网络配置使用网络。
[0140]在一个实施例中，DC功率控制单元连接到接地处。因此，第三馈电器也连接到接地处。有利的是，电气接地连接使电气系统更安全。
[0141]仅通过示例的方式来描述本发明。可以对它们做出改变而不偏离本发明的范围。同样，应当理解，已经描述了具有修改和替换的若干实施例。对那些阅读并理解了本说明书的本领域技术人员而言，另外的实施例将是明显的。所有这些实施例和修改旨在落在如被所附权利要求限定的本发明的范围之内。
[0142]尽管已经参考建筑物和家用环境或办公环境描述了本发明，但是可以理解，通过结合诸如图9中所示的实施例，在车辆(诸如汽车、卡车或公交车)、船舶(诸如轮船或气垫船)或飞行器中的电力和数据网络中的，可以对本发明进行改变。类似地，本发明可以应用于例如公路和铁路网络和交通控制器中所使用的类型的分布式交换和信号系统。
[0143]本发明被解释清楚并且还被在所附权利要求中进行了说明。
【权利要求】
1.一种电气系统，用于在连接到所述系统的电气设备之间传输数据或电力，包括: 第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和第二变压器具有由第一信道连接的次级线圈；第三变压器和第四变压器，所述第三变压器和第四变压器具有由第二信道连接的各自的次级线圈，每个变压器具有包括端子的各自的初级线圈，所述端子用于与连接到所述系统的电气设备连接并从所述设备接收数据或将数据传输到所述设备； 在所述第一变压器的次级线圈上的中心抽头，其通过第一电气电路连接到所述第三变压器的次级线圈上的中心抽头；以及 在所述第二变压器的次级线圈上的中心抽头，其通过第二电气电路连接到所述第四变压器的次级线圈上的中心抽头， 其中，所述第一电气电路和第二电气电路中的每一个都包括至少一个馈电器，所述馈电器用于通过所述变压器的次级线圈的中心抽头将来自数据源或电源的数据或电力传输到所述系统中，或从所述系统接收数据或电力。
2.根据权利要求1所述的电气系统，其中所述变压器配置为通过所述电气设备的传输或接收变压器从连接到所述系统的电气设备接收数据或将数据传输到连接到所述系统的电气设备。
3.根据权利要求1或2所述的电气系统，其中，所述第一电气电路和第二电气电路中的每一个都包括随所述至少一个馈电器设置的电感器或电容器，以允许通过所述第一变压器到第四变压器的中心抽头将电力或数据传输到所述系统中或从所述系统传输电力或数据。
4.根据权利要求3所述的电气系统，包括随所述至少一个馈电器设置的电感器和电容器，以允许通过所述第一变压器到第四变压器的中心抽头将电力或数据传输到所述系统中或从所述系统传输电力或数据。
5.根据权利要求4所述的电气系统，其中，所述电感器和电容器串联设置，并且所述系统包括与所述电感器和电容器连接的第一馈电器和第二馈电器，用于通过所述中心抽头传输数据和接收数据；并且所述系统包括第三馈电器，所述第三馈电器与所述第二馈电器、所述电感器和电容器连接，用于通过所述中心抽头传输电力。
6.根据权利要求5所述的电气系统，其中，在所述第一电路中的所述第一馈电器和/或第二馈电器处的信号输入在第一中心抽头连接处和第三中心抽头连接处耦合到所述第一信道和第二信道中；并且在第二中心抽头连接处和第四中心抽头连接处从所述第一信道和第二信道解耦合，以及作为在所述第二电路的第一馈电器和/或第二馈电器输出。
7.根据权利要求6所述的电气系统，其中，所述电路包括连接到每个各自电感器的输入端的各自的高频电感器和连接到每个各自的电容器的输出端的各自的高频电感器。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的电气系统，其中，所述第一信号收发器和第二信号收发器连接到所述第一电路和第二电路的第一馈电器和第二馈电器。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的电气系统，其中，各自的第一功率收发器和第二功率收发器连接到所述第一电路和第二电路的第二馈电器和第三馈电器。
10.根据权利要求5-7中任一项所述的电气系统，其中，各自的第一信号调节单元和第二信号调节单元连接到所述第一电路和第二电路的第一馈电器、第二馈电器和第三馈电器。
11.一种电气系统，包括如前述权利要求中的任一项所述的彼此并联的第一电气系统和第二电气系统，并且所述第一电气系统和第二电气系统的第一电路上的第三馈电器连接在一起并连接到功率收发器，并且所述第一电气系统和第二电气系统的第二电路上的第二馈电器连接到所述功率收发器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电气系统，包括为将其它设备电连接到所述电气系统提供了途径的、具有触点的第一电气接口端子块和第二电气接口端子块， 其中，所述第一变压器的初级线圈的端子和所述第三变压器的初级线圈的端子连接到所述第一电气接口端子块中的触点，并且 其中，所述第二变压器的初级线圈的端子和所述第四变压器的初级线圈的端子连接到所述第二电气接口端子块中的触点， 从而使连接到所述第一电气接口端子块的第一外围设备能够经由所述第一信道和第二信道与连接到所述第二电气接口块的第二外围设备进行通信。
13.根据权利要求12所述的电气系统，其中，所述电气接口端子块包括具有触点的插座，所述插座的触点设置成与插入式设备电气接合，从而使插入到第一插座中的第一外围设备能够经由所述第一信道和第二信道与插入到第二插座中的第二外围设备进行通信。
14.一种通信网络，包括根据前述权利要求中任一项所述的电气系统。
15.根据权利要求14所述的通信网络，适于在车辆、船舶或飞行器中使用。
【文档编号】H04B3/54GK104488221SQ201380038415
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2012年5月22日
【发明者】雷蒙德·佩托 申请人:费伯普恩特有限公司