СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДЕЙТАГРАММ ПО ЛИНИИ НАГРУЗКИ Российский патент 2015 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к системе передачи, предназначенной для передачи дейтаграмм по линии нагрузки между устройством управления и по меньшей мере одной лампой, причем устройство управления с другой стороны подсоединено к фазному проводу источника питающего напряжения, а по меньшей мере одна лампа с другой стороны соединена с нейтральным проводом источника питающего напряжения.

В системах управления яркостью ламп наряду с передачей обычной яркостной информации посредством фазового смещения и фазовой отсечки данные можно дополнительно передавать в цифровой форме по той же линии нагрузки. Такие системы находят применение в монтажной технике для выбора яркостной или цветовой температуры ламп. Передача основывается на переменном напряжении с фазовой отсечкой или фазовым смешением, обеспечиваемые посредством устройства управления. По этому сигналу напряжения передаваемая дейтаграмма модулируется, причем коммутацию осуществляют по амплитуде и/или отсекаемой фазе. При этом из-за сетевых помех могут возникать ошибки при передаче.

В основу изобретения положена задача создания надежной системы передачи, предназначенной для передачи дейтаграмм по линии нагрузки, в которой могут быть обнаружены сетевые помехи и в которой искаженная передача дейтаграмм может быть легко исправлена.

Эта задача согласно изобретению решается с помощью системы передачи, предназначенной для передачи дейтаграмм по линии нагрузки между устройством управления и по меньшей мере одной лампой, причем устройство управления с другой стороны подсоединено к фазному проводу источника питающего напряжения, а по меньшей мере одна лампа с другой стороны соединена с нейтральным проводом источника питающего напряжения, причем

- устройство управления содержит силовой элемент, блок управления, блок обслуживания, канальное кодирующее устройство/модулятор для генерирования дейтаграмм и защиту от коротких замыканий,

- лампа содержит нагрузку, регулируемую относительно своей мощности; регулятор обратной связи, переключатель обратной связи и токоизмерительный резистор,

- нагрузка содержит декодирующее устройство для анализа полученных дейтаграмм, схему управления, силовое звено и осветительное средство,

- контролирующая схема регулятора обратной связи непрерывно контролирует напряжение в линии нагрузки на предмет возникновения сетевых помех,

- после обнаружения сетевых помех регулятор обратной связи переключает переключатель обратной связи, вследствие чего ток, замыкающий накоротко нагрузку, устанавливается с помощью токоизмерительного резистора и переключателя обратной связи, вызывающего кратковременное импульсное увеличение тока в линии нагрузки, и

- это кратковременное импульсное увеличение тока обнаруживается защитой от коротких замыканий устройства управления, вследствие чего инициируется повторная передача ранее искаженной дейтаграммы.

Регулятор обратной связи, предпочтительно, генерирует кратковременное импульсное увеличение тока синхронно с прохождением напряжения линии нагрузки через нуль.

Кратковременное импульсное увеличение тока, генерируемое регулятором обратной связи, по временным характеристикам отличается от короткого замыкания в случае ошибки, при возникновении которой защита от короткого замыкания воздействует на блок управления устройства управления с целью отключения, чтобы тем самым предотвратить недопустимое повышение тока с помощью силового элемента устройства управления.

Предпочтительно, контролирующая схема регулятора обратной связи контролирует поток данных дейтаграмм с использованием общеизвестных способов обнаружения ошибок.

Преимущества, достигаемые с помощью изобретения, в частности, состоят в том, что создается система регулирования с обратной связью, в которой нагрузка в состоянии обнаруживать сетевые помехи во время отправки дейтаграммы, чтобы затем целенаправленно управлять устройством управления с целью повторной передачи дейтаграмм, отправленных во время сетевых помех. Для этого нет необходимости в дорогостоящей двунаправленной связи в прямом смысле.

Ниже изобретение поясняется на примерах выполнения со ссылкой на чертежи, на которых

на фиг. 1 изображена принципиальная схема цифровой передачи данных между устройством управления, или регулятором света, и лампой по линии нагрузки,

на фиг. 2 - примерные временные характеристики дейтаграмм, сетевой помехи, кратковременного импульсного увеличения тока и промежутка времени для повтора дейтаграммы.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема цифровой передачи данных между устройством управления, или регулятором света, и лампой по линии нагрузки. Изображено устройство 1 управления (регулятор света), соединенное линией L' нагрузки с первым выводом лампы 3. Лампа 3 содержит

- нагрузку 4, управляемую (с регулируемой яркостью)) относительно своей мощности, включая блок питания от сети, декодирующее устройство (в частности, микроконтроллер), схему управления (например, LED-контроль), силовое звено (например, LED-драйвер (схемы возбуждения светодиода) и осветительные средства, например, один или несколько светодиодов (LED),

- регулятор 7 обратной связи,

- переключатель 5 обратной связи,

- токоизмерительный резистор 6, последовательно подключенный к переключателю 5 обратной связи.

Линия L' нагрузки соединена с первым выводом нагрузки 4, с переключателем 5 обратной связи и с регулятором 7 обратной связи, воспринимающим напряжение линии L' нагрузки как сигнал S синхронизации (для синхронизации при прохождении напряжения через нуль). Устройство 1 управления своим другим выводом соединено с фазным проводом L источника 9 питающего напряжения. Второй вывод лампы 3 соединен с нейтральным (нулевым) проводом N источника 9 питающего напряжения. Со вторым выводом лампы 3 соединены второй вывод нагрузки 4, регулятор 7 обратной связи и токоизмерительный резистор 6. С другой стороны токоизмерительный резистор 6 соединен с переключателем 5 обратной связи. Регулятор 7 обратной связи через другой вывод соединен с общей точкой соединения переключателя 5 обратной связи и токоизмерительного резистора 6. Управление переключателем 5 обратной связи осуществляется посредством соответствующих управляющих сигналов А, генерируемых регулятором 7 обратной связи.

Между линией L' нагрузки и нейтральным проводом N может быть включена другая лампа 11, выполненная аналогично лампе 3.

Устройство 1 управления по существу выполняет две основные задачи:

- плавное уменьшение нагрузки 4 путем фазовой отсечки или фазового смещения питающего напряжения, подаваемого источником 9 напряжения питания,

- передача дополнительной цифровой информации (дейтаграмм) с устройства 1 управления на лампу 3 для целенаправленного дополнительного управления лампой 3, например, для задания устанавливаемого значения цветовой температуры осветительного средства.

Устройство 1 управления содержит силовой элемент (предпочтительно, по меньшей мере с одним полупроводниковым переключателем), блок управления (предпочтительно, микропроцессор) для управления силовым элементом, блок обслуживания для оказания воздействия на блок управления и канальное кодирующее устройство/модулятор для генерирования дейтаграмм DT, передаваемых по линии L' нагрузки по меньшей мере на одну лампу 3. Кроме того, устройство 1 управления содержит защиту от коротких замыканий, непрерывно контролирующую линию L' нагрузки на предмет возможного возникновения короткого замыкания. Как только обнаруженное короткое замыкание превысит заданное значение тока, защита от коротких замыканий воздействует на блок управления, чтобы тем самым воспрепятствовать возникновению недопустимо сильного тока короткого замыкания, питающего короткое замыкание с помощью силового элемента.

При этом, например, из ЕР 618 667 В1 известно, что фазовое смещение достигается задержкой подключения нагрузки (задержкой включения) и заканчивается при прохождении переменного напряжения (питающего напряжения) через нуль, т.е. в конце соответствующей полуволны переменного тока. При фазовой отсечке никакой задержки включения не происходит, так что разрывной промежуток управляющего полупроводника включается уже в начале полуволны, но отключается еще до ее окончания. Во избежание высоких напряжений отключения индуктивные нагрузки должны использоваться при фазовой отсечке, а чтобы избежать больших токов включения, фазовую отсечку следует использовать при емкостных нагрузках.

Как сказано выше, цифровая передача данных между устройством 1 управления и лампой 3, или лампами 3, 11 и подобным, происходит в виде дейтаграмм DT, передаваемых по линии L' нагрузки, причем декодирующее устройство нагрузки 4 нагружает схему управления в соответствии с информацией принимаемой дейтаграммы DT, что приводит к соответствующему включению силового элемента (например, LED-драйвера (схемы возбуждения светодиода)) и тем самым к желательной регулировке осветительного средства. При цифровой передаче по линии L' нагрузки, помимо всего прочего, могут возникнуть три различных типа сетевых помех ST, вызывающих искажение содержания информации дейтаграммы DT, вследствие чего передаваемая дейтаграмма оказывается искаженной и тем самым обесценивается:

- Возникновение скачкообразного импульса, вызванного, например, индуктивным процессом переключения.

- Возникновение импульса перенапряжения, вызванного, например, процессом переключения в системе электроснабжения.

- Посадка напряжения.

Эти сетевые помехи ST регистрируются контролирующей схемой регулятора 7 обратной связи с использованием общеизвестных способов обнаружения повреждений, причем напряжение линии L' нагрузки непрерывно контролируется - см. приложенное переменное напряжение, или производный от нее сигнал S синхронизации. Как только контролирующая схема обнаруживает сетевую помеху ST или дефектную дейтаграмму, регулятор 7 обратной связи генерирует управляющий сигнал А, замыкающий переключатель 5 обратной связи, так что с линии L' нагрузки через замкнутый переключатель 5 и токоизмерительный резистор 6 начинает протекать ток, который вызывает кратковременное импульсное увеличение KI тока в линии L' нагрузки. Поскольку при регулировании 7 обратной связи имеется сигнал S синхронизации, то, учитывая прохождение напряжения линии L' нагрузки через нуль, элементарно представляется возможным сформировать сигнал А управления синхронно с характеристикой переменного напряжения, так что сигнал А управления действует, например, в течение короткого промежутка времени после прохождения нуля полуволны переменного напряжения. Как схематично показано на фиг. 1, орган измерения напряжения регулятора 7 обратной связи регистрирует падение напряжения на токоизмерительном резисторе 6, откуда ток отводится через данный токоизмерительный резистор 6. Как только ток достигает заданного значения, переключатель 5 обратной связи под действием сигнала А управления снова размыкается.

Устройство 1 управления реагирует на это сформированное таким образом кратковременное импульсное увеличение KI тока в линии L' нагрузки с помощью своей встроенной защиты от короткого замыкания. Если дейтаграмма DT за промежуток времени Т посылается для повтора дейтаграммы до возникновения кратковременного импульсного увеличения тока, то устройство 1 управления интерпретирует это как случай обнаружения ошибки, т.е., как дейтаграмму DT, переданную с ошибкой, а затем отправляет эту дейтаграмму DT повторно.

Таким образом, с помощью этого предложенного канала обратной связи реализуется обратный канал между по меньшей мере одной лампой 3 и устройством 1 управления, благодаря чему очень простым образом создается ограниченная двунаправленная система передачи. Кратковременным коротким замыканием нагрузки 4 устройство 1 управления информируется об ошибочной передаче данных по сигналу «NACK», или «Not Acknowledged» (не подтверждено/не квитировано), вследствие чего передача данных с устройства 1 управления на лампу 3, 11 может быть повторена.

На фиг. 2 для этого в сводном порядке в качестве примера изображены временные характеристики дейтаграммы DT, сетевой помехи ST, кратковременного импульсного увеличения KI тока и промежутка времени Т для повтора дейтаграммы. В течение периода времени между моментами времени t2 и t4 по линии L' нагрузки передается дейтаграмма DT1. В период времени между моментами времени t3 и t5 в линии L' нагрузки происходит сетевая помеха ST1, искажающая дейтаграмму DT1 и тем самым обесценивающая ее. Регулятор 7 обратной связи обнаруживает эту сетевую помеху ST1 и генерирует после этого кратковременное импульсное увеличение KI1 тока в период времени между моментами времени t5 и t6. Защита от короткого замыкания устройства 1 управления обнаруживает это кратковременное импульсное увеличение KI1 тока и проверяет после этого все дейтаграммы, отправленные за промежуток времени Т1, для повтора дейтаграммы в период времени между моментами времени t1 и t5. Поскольку дейтаграма DT1, отправленная в период времени между моментами времени t2 и t4, приходится на этот контролируемый промежуток времени, то она в период между моментами времени t6 и t7 вновь отсылается устройством 1 управления в виде дейтаграммы DT2.

Если параллельно включены несколько ламп 3, 11, …, то устройство 1 управления оказывается больше не в состоянии идентифицировать лампу, относящуюся к искаженной дейтаграмме. Не представляется возможным распознать, какая из ламп сгенерировала возникшее кратковременное импульсное увеличение KI тока. Однако это ни в коей мере не является проблемой, поскольку вновь отправленные дейтаграммы всегда квазиавтоматически определяют нужную из нескольких ламп 3, 11 ….

Перечень ссылочных позиций

1 - устройство управления (регулятор света), включая защиту от короткого замыкания

2 -

3 - лампа

4 - нагрузка, включая осветительное средство

5 - переключатель обратной связи

6 - токоизмерительный резистор

7 - регулятор обратной связи (Feedback Control)

8 -

9 - источник питающего напряжения

10 -

11 - другие лампы

А - управляющий сигнал

DT - дейтаграмма

L - фазный провод источника питающего напряжения

L' линия нагрузки

KI - кратковременное импульсное увеличение тока

N - нейтральный (нулевой) провод источника питающего напряжения

S - переменное напряжение, или сигнал синхронизации

ST - сетевая помеха

Т - промежуток времени для повтора дейтаграммы

t - время, момент времени.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности передачи. Система передачи содержит: устройство (1) управления и по меньшей мере одну лампу (3, 11). Устройство (1) управления с другой стороны подсоединено к фазному проводу (L) источника (9) питающего напряжения, а по меньшей мере одна лампа (3, 11) с другой стороны соединена с нейтральным проводом (N) источника (9) питающего напряжения. Лампа (3, 11) содержит нагрузку (4), регулируемую относительно своей мощности, регулятор (7) обратной связи, переключатель (5) обратной связи и токоизмерительный резистор (6). Нагрузка (4) содержит декодирующее устройство для анализа полученной дейтаграммы(DT), схему управления, силовое звено и осветительное средство. Контролирующая схема регулятора (7) непрерывно контролирует напряжение в линии (L') нагрузки на предмет возникновения сетевых помех (ST), после их обнаружения регулятор (7) переключает переключатель (5) обратной связи, вследствие чего ток, замыкающий накоротко нагрузку (4), устанавливается посредством токоизмерительного резистора (6) и переключателя (5) обратной связи, вызывающего кратковременное импульсное увеличение (Kl) тока в линии нагрузки, которое обнаруживается защитой от коротких замыканий устройства (1) управления, вследствие чего инициируется повторная передача ранее искаженной дейтаграммы(DT). 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система передачи, предназначенная для передачи дейтаграммы(DT) по линии (L') нагрузки между устройством управления (1) и по меньшей мере одной лампой (3, 11), причем устройство (1) управления с другой стороны подсоединено к фазному проводу (L) источника (9) питающего напряжения, а по меньшей мере одна лампа (3, 11) с другой стороны соединена с нейтральным проводом (N) источника (9) питающего напряжения, причем
- устройство (1) управления содержит силовой элемент, блок управления, блок обслуживания, канальное кодирующее устройство/модулятор для генерирования дейтаграмм(DT) и защиту от коротких замыканий,
- лампа (3, 11) содержит нагрузку (4) с управляемой мощностью, регулятор (7) обратной связи, переключатель (5) обратной связи и токоизмерительный резистор (6),
- нагрузка (4) содержит декодирующее устройство для анализа полученной дейтаграммы(DT), схему управления, силовое звено и осветительное средство,
- контролирующая схема регулятора (7) обратной связи непрерывно контролирует напряжение в линии (L') нагрузки на предмет возникновения сетевых помех (ST),
- после обнаружения сетевых помех регулятор (7) обратной связи переключает переключатель (5) обратной связи, вследствие чего ток, замыкающий накоротко нагрузку (4), устанавливается посредством токоизмерительного резистора (6) и переключателя (5) обратной связи, вызывающего кратковременное импульсное увеличение (KI) тока в линии нагрузки, и
- это кратковременное импульсное увеличение (KI) тока обнаруживается защитой от коротких замыканий устройства (1) управления, вследствие чего инициируется повторная передача ранее искаженной дейтаграммы(DT).

2. Контролирующая система по п. 1, отличающаяся тем, что регулятор (7) обратной связи генерирует кратковременное импульсное увеличение тока синхронно с прохождением напряжения линии (L') нагрузки через нуль.

3. Контролирующая система по п. 1, отличающаяся тем, что кратковременное импульсное увеличение (KI) тока, генерируемое регулятором (7) обратной связи, меньше заданного значения тока, при превышении которого защита от короткого замыкания воздействует на блок управления устройства (1) управления, чтобы тем самым предотвратить недопустимое повышение тока с помощью силового элемента устройства (1) управления.

4. Контролирующая система по п. 1, отличающаяся тем, что контролирующая схема регулятора (7) обратной связи контролирует поток данных дейтаграмм(DT) с использованием обычных методов обнаружения ошибок.