УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИНФАЗНОГО СИГНАЛА В СЕТИ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВЯЗИ ПО ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2013 года по МПК H04B3/30 

Область техники

Изобретение относится к устройству определения синфазного сигнала в сети высокочастотной связи по линии электропередачи.

Уровень техники

Высокочастотная связь по линии электропередачи (PLC), также называемая связью по сети электроснабжения, передачей по линии электропередачи или телекоммуникацией по линии электропередачи (PLT), широкополосной линией электропередачи (BPL), широкополосной передачей данных по сети или передачей данных по сети с использованием линии электропередачи (PLN) - это термин, описывающий несколько различных систем, использующих провода распределения электрической энергии для одновременного распределения данных. Несущая частота может осуществлять передачу голоса и данных при наложении аналогового сигнала на стандартный переменный ток (АС) с частотой 50 или 60 Гц. Для применения внутри помещений оборудование PLC может использовать бытовую электрическую сеть в качестве среды передачи данных. Эта технология используется, например, в домашней компьютерной сети или в домашней автоматизации для дистанционного управления освещением и устройствами без размещения дополнительных проводов.

В стандартных системах PLC сигналы передаются и принимаются в режиме дифференциального сигнала (DM). Режим дифференциального сигнала является способом передачи информации по паре проводов. В этом режиме дифференциального сигнала один провод переносит сигнал, а другой провод переносит инверсный сигнал, так что сумма напряжений относительно земли на двух проводах всегда предполагается равной нулю. Поэтому модемы PLC вводят дифференциальный сигнал между нейтральной линией и фазовой линией розетки бытовой сети электропитания для целей коммуникации. Другой модем PLC может принимать такие дифференциальные сигналы на другой розетке, и использовать дифференциальный сигнал для управления устройством, связанным с принимающим модемом PLC.

В бытовых электрических сетях между фазовой линией и нейтральной линией существуют асимметричные элементы, подобные, например, разомкнутому выключателю света, токовой шине и электрошкафу с плавкими предохранителями, групповым цепям и т.д. На этих асимметричных элементах дифференциальные сигналы, введенные модемами PLC, преобразуются в синфазные сигналы. Модемы PLC с множеством входов и множеством выходов (MIMO) могут использовать различные каналы, в частности также синфазные сигналы, для того чтобы увеличить зону действия систем PLC.

Поэтому существует необходимость в усовершенствованном устройстве для определения синфазного сигнала в сети высокочастотной связи по линии электропередачи.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является обеспечение устройства определения синфазного сигнала в сети высокочастотной связи по линии электропередачи с улучшенной способностью определять синфазные сигналы.

Эта задача решается с помощью устройства согласно п.1 формулы изобретения.

Дополнительные детали изобретения станут более понятными при рассмотрении чертежей и последующего описания.

Краткое описание чертежей

Сопроводительные чертежи включены сюда, чтобы обеспечить дополнительное понимание вариантов осуществления изобретения, а также вставлены в описание и являются составной частью этого описания. Чертежи иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов действия вариантов осуществления изобретения. Другие варианты осуществления изобретения и многие предполагаемые преимущества вариантов осуществления изобретения будут легко оценены, поскольку они станут более понятными на основании последующего подробного описания. Элементы чертежей необязательно масштабированы по отношению друг к другу. Аналогичные цифровые ссылки обозначают соответствующие подобные части.

Фиг.1 показывает схематическую принципиальную схему варианта осуществления изобретения.

Фиг.2 показывает схематическую принципиальную схему дополнительного варианта осуществления изобретения.

Фиг.3 показывает схематическую принципиальную схему дополнительного варианта осуществления изобретения.

Фиг.4 показывает схематическую принципиальную схему дополнительного варианта осуществления изобретения.

Фиг.5 показывает схематическую диаграмму для объяснения приема сигналов с множеством входов и множеством выходов в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

В дальнейшем описываются варианты осуществления изобретения. Важно отметить, что все описанные варианты осуществления изобретения в дальнейшем могут быть скомбинированы любым способом, т.е. не существует ограничения на то, что определенные описанные варианты осуществления изобретения не могут быть скомбинированы с другими вариантами. Кроме того, следует заметить, что одинаковые цифровые обозначения на всех фигурах обозначают одинаковые или подобные элементы.

Должно быть понятно, что могут быть использованы другие варианты осуществления изобретения, при этом структурные или логические изменения могут быть сделаны, не выходя за рамки объема изобретения. Поэтому последующее подробное описание не должно рассматриваться в ограничивающем смысле, и объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.

Также должно быть понятно, что признаки различных вариантов осуществления изобретения, описанные здесь, могут комбинироваться друг с другом до тех пор, пока не отмечено противоположное.

На фиг.1 изображена упрощенная принципиальная схема устройства 100 для определения синфазного сигнала в сети высокочастотной связи по линии электропередачи. Устройство 100 может быть, например, пробником для определения входа синфазного сигнала в систему линии электропитания с дифференциальным сигналом. Устройство 100 также может быть частью модема линии электропитания, которая принимает сигналы линии электропитания.

Устройство 100 содержит первую линию 102, вторую линию 104 и третью линию 106, которые присоединяются, соответственно, к первому контакту 110, второму контакту 112 и третьему контакту 114. Линия Р фазы может быть присоединена к первому контакту 110, нейтральная линия может быть присоединена ко второму контакту 112, а защитная линия РЕ заземления может быть присоединена к третьему контакту 114.

Устройство 100 включает в себя дроссель 120 синфазного сигнала, конфигурация которого выбрана такой, чтобы выводить синфазный сигнал из первой линии 102, второй линии 104 и третьей линии 106.

Дроссель 120 синфазного сигнала присоединяется к выходному полному сопротивлению 122, которое выше полного сопротивления сети высокочастотной связи по линии электропередачи. Сеть высокочастотной связи по линии электропередачи включает в себя все линии, приборы и устройства, подключенные к фазовой линии Р, нейтральной линии N и защитной линии РЕ заземления.

При использовании входного сопротивления 122 с высоким полным сопротивлением, например выше полного сопротивления сети высокочастотной связи по линии электропередачи, дифференциальные сигналы, передаваемые по фазовой линии P, нейтральной линии N и защитной линии PE заземления, а также, соответственно, по первой линии 102, второй линии 104 и третьей линии 106, подвержены меньшему влиянию помех, чем при использовании выходного сопротивления со значительно более низким полным сопротивлением, например согласованным с полным сопротивлением сети высокочастотной связи по линии электропередачи, например, от 50 до 150 Ом.

На фиг.2 изображена принципиальная схема дополнительного устройства 200 для определения синфазного сигнала. Первая линия 102, вторая линия 104 и третья линия 106 присоединяются, соответственно, к первому контакту 110, второму контакту 112 и третьему контакту 114 с помощью разделительных конденсаторов С. Разделительный конденсатор С служит для изолирования устройства 200 от прямого токового сигнала на фазовой линии Р, нейтральной линии N и защитной линии РЕ заземления.

Дроссель 120 синфазного сигнала наматывается вокруг первой линии 102, второй линии 104 и третьей линии 106 и присоединяется к выходному сопротивлению 122, полное сопротивление которого более высокое, чем полное сопротивление сети высокочастотной связи по линии электропередачи.

Первая линия 102 соединяется через первый трансформатор 202 с землей, вторая линия 104 соединяется через второй трансформатор 204 с землей, третья линия 106 соединяется через третий трансформатор 206 с землей. Первый вывод 212 присоединяется к первому трансформатору 202 (полное сопротивление), второй вывод 214 присоединяется ко второму трансформатору 204 (полное сопротивление) и третий вывод 216 присоединяется к третьему трансформатору 206 (полное сопротивление). Первый вывод 212, второй вывод 214 и третий вывод 216 оканчиваются выходными сопротивлениями 222, 224, 226, полное сопротивление каждого из которых может быть согласованным с полным сопротивлением сети связи по линии электропередачи (например, 50 Ом). Первый вывод 212, второй вывод 214 и третий вывод 216 используются для того, чтобы вывести дифференциальные сигналы, которые передаются по первой линии 102, второй линии 104 и третьей линии 106.

Четвертый вывод 218 присоединяется к дросселю 120 синфазного сигнала. Четвертый вывод 218 конфигурирован таким образом, чтобы вывести синфазный сигнал, проходящий по первой линии 102, второй линии 104 и третьей линии 106.

Выходное сопротивление 122 может быть реализовано как входное сопротивление аналого-цифрового преобразователя, присоединенного к дросселю 120 синфазного сигнала. Входным сопротивлением аналого-цифрового преобразователя можно управлять с помощью затвора КМОП (комплементарный металлооксидный полупроводник) транзистора. Величина такого входного сопротивления должна быть максимальной и обычно может находиться в пределах между 1 кОм и 3 кОм.

Конфигурация, показанная на фиг.2, также известна как топология типа "звезда". Однако также возможно использовать топологию типа «треугольник».

На фиг.3 изображена следующая принципиальная схема устройства 300 для определения синфазного сигнала. В устройстве 300 определение дифференциальных сигналов осуществляется первым усилителем 302, вторым усилителем 304 и третьим усилителем 306.

Один из входов первого усилителя 302, второго усилителя 304 и третьего усилителя 306 соединяется с землей. Другой вход первого усилителя 302 присоединяется к первой линии 102 между дросселем 120 синфазного сигнала и первым полным сопротивлением 312. Второй вход второго усилителя 304 присоединяется ко второй линии 104 между дросселем 120 синфазного сигнала и вторым полным сопротивлением 314. Второй вход третьего усилителя 306 присоединяется к третьей линии 106 между дросселем 120 синфазного сигнала и третьим полным сопротивлением 316. Выходы первого усилителя 302, второго усилителя 304 и третьего усилителя 306 присоединяются, соответственно, к первому выходу 222, второму выходу 224 и к третьему выходу 226.

С помощью этих усилителей можно определять дифференциальные сигналы на первой линии 102, второй линии 104 и третьей линии 106 на первом выходе 222, втором выходе 224 и третьем выходе 226. Первый усилитель 302, второй усилитель 304 и третий усилитель 306 расположены как топология "звезда". Однако также возможно расположение в виде топологии «треугольник».

На фиг.4 изображена измерительная установка для определения влияния величины выходного полного сопротивления 122 на изоляцию или расхождение дифференциальных сигналов на первой линии 102, второй линии 104 и третьей линии 106. Генератор 400 с источником Е_с тока или напряжения и с внутренним полным сопротивлением 50 Ом дополнительно содержит четвертое полное сопротивление 402 в 75 Ом, являющееся общим для фазовой линии P, нейтральной линии N и защитной линии PE заземления, а также пятое полное сопротивление 404, шестое полное сопротивление 406 и седьмое полное сопротивление 407 по 50 Ом каждое, при этом пятое полное сопротивление 404 расположено на фазовой линии P, шестое полное сопротивление 406 расположено на нейтральной линии N и седьмое полное сопротивление 407 расположено на защитной линии PE заземления. Таким образом, генератор 400 имеет предполагаемое полное сопротивление 100 Ом для дифференциального режима, и полное сопротивление 150 Ом для синфазного сигнала составляет (если контакт защитной линии PE заземления остается незамкнутым).

Проверка с помощью сетевого анализатора показала, что в том случае, когда выходное полное сопротивление 122 составляет только 50 Ом, между сигналами на первой линии 102 и третьей линии 106 имеется лишь небольшая изоляция. Однако изоляция между дифференциальными сигналами на различных линиях 102, 104, 106 более высокая, и таким образом, связь более слабая, если выходное полное сопротивление является более высоким, например, 1 кОм или бесконечно большое.

На фиг.5 изображена схема, показывающая возможности подачи сигналов и возможности приема сигналов в схеме с множеством входов и множеством выходов. Первый модем 500 высокочастотной связи по линии электропередачи передает сигналы ко второму модему 502 высокочастотной связи по линии электропередачи по сети 504 высокочастотной связи по линии электропередачи. Существуют три возможности для сигналов питания в сети 504 высокочастотной связи по линии электропередачи.

Дифференциальный сигнал может быть подан между фазовой линией Р и нейтральной линией N, также дифференциальный сигнал может быть подан между фазовой линией P и защитной линией PE заземления, кроме того, дифференциальный сигнал может быть подан между нейтральной линией N и защитной линией PE заземления. В соответствии с законами Кирхгофа возможны только два независимых пути. Целесообразно использовать две наилучшие возможности в отношении, например помех, для того чтобы подавать сигналы в сеть 504 высокочастотной связи по линии электропередачи.

На стороне приема существуют четыре возможности для приема сигналов. Возможно определение дифференциального сигнала между фазовой линией P и нейтральной линией N, определение дифференциального сигнала между фазовой линией Р и защитной линией PE заземления, а также определение дифференциального сигнала между нейтральной линией N и защитной линией РЕ заземления. Кроме того, возможно определение синфазного сигнала СМ при использовании, например, дросселя 120 для синфазного сигнала.

При использовании предложенного устройства для определения синфазного сигнала и сети высокочастотной связи по линии электропередачи больше не существует потерянной изоляции между тремя сигналами при дифференциальном включении (сбалансированными или симметричными) между линиями.

Сигналы связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) подаются или принимаются симметрично или сбалансированными между фазовой линией P и нейтральной линией N, фазовой линией P и защитной линией PE заземления, и/или нейтральной линией N и защитной линией PE заземления. Технологии с системами с множеством входов и множеством выходов (MIMO) показывают максимальный коэффициент передачи по сравнению со схемами: входной сигнал - выходной сигнал, если отдельные сигналы обеспечивают максимальное расхождение.

При использовании предложенного устройства уменьшается взаимодействие между отдельными дифференциальными сигналами, таким образом увеличивается эффективность технологии MIMO.

Хотя здесь были проиллюстрированы и описаны отдельные варианты осуществления изобретения, специалисты в данной области техники оценят, что разнообразие альтернативных и/или эквивалентных применений может быть заменено для отдельных показанных и описанных вариантов осуществления изобретения, не выходя за рамки объема описанных вариантов осуществления изобретения. Предполагается, что объем притязаний охватывает любые переделки вариаций отдельных вариантов осуществления изобретения, обсуждаемых здесь. Поэтому предполагается, что это изобретение будет ограничено только пунктами формулы изобретения и их эквивалентом.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности. Предложено устройство (100, 200, 300) для определения синфазного сигнала в сети высокочастотной связи по линии электропередачи. Устройство (100, 200, 300) содержит первую линию (102), вторую линию (104) и третью линию (106), подключенные соответственно к первому контакту (110), второму контакту (112) и третьему контакту (114). Первый, второй и третий контакты (110, 112, 114) выполнены с возможностью соединения, соответственно, с фазовой линией (P), нейтральной линией (N) и защитной линией (PE) заземления сети высокочастотной связи по линии электропередачи. Устройство (100, 200, 300) дополнительно содержит дроссель (120) синфазного сигнала, выполненный с возможностью выводить синфазный сигнал из первой, второй и третьей линий (102, 104, 106), при этом дроссель (120) синфазного сигнала соединен с выходным полным сопротивлением (122), которое больше по величине полного сопротивления сети высокочастотной связи по линии электропередачи. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство определения синфазного сигнала в сети высокочастотной связи по линии электропередачи, содержащее: первую линию, вторую линию и третью линию, подключенные соответственно к первому контакту, второму контакту и третьему контакту, при этом первый, второй и третий контакты выполнены с возможностью соединения соответственно с фазовой линией, нейтральной линией и защитной линией заземления сети высокочастотной связи по линии электропередачи; дроссель синфазного сигнала, выполненный с возможностью выводить синфазный сигнал из первой, второй и третьей линий, причем дроссель синфазного сигнала соединен с выходным полным сопротивлением, которое больше полного сопротивления сети высокочастотной связи по линии электропередачи.

2. Устройство определения синфазного сигнала по п.1, в котором дроссель синфазного сигнала намотан вокруг первой линии, второй линии и третьей линии.

3. Устройство определения синфазного сигнала по п.1 или 2, в котором выходное полное сопротивление является входным полным сопротивлением аналого-цифрового преобразователя, соединенного с дросселем синфазного сигнала.

4. Устройство определения синфазного сигнала по п.1 или 2, в котором выходное полное сопротивление является максимальным.

5. Устройство определения синфазного сигнала по п.1 или 2, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью определять сигналы из синфазных сигналов и дифференциальных сигналов.

6. Устройство для определения синфазного сигнала по п.5, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью принимать дифференциальные сигналы и синфазные сигналы по схеме с множеством входов и множеством выходов (MIMO).

7. Устройство определения синфазного сигнала по п.5, дополнительно содержащее трансформаторы для вывода дифференциальных сигналов.

8. Устройство определения синфазного сигнала по п.7, в котором трансформаторы расположены по топологии «треугольник».

9. Устройство определения синфазного сигнала по п.7, в котором трансформаторы расположены по топологии «звезда».

10. Устройство определения синфазного сигнала по п.5, дополнительно содержащее усилители для вывода дифференциальных сигналов.

11. Устройство определения синфазного сигнала по п.7, в котором усилители расположены по топологии «треугольник».

12. Устройство определения синфазного сигнала по п.7, в котором усилители расположены по топологии «звезда».