УСТРОЙСТВО СВЯЗИ ПО ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, СОДЕРЖАЩЕЕ РОЗЕТКУ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2016 года по МПК H04B3/54 

Варианты осуществления изобретения относятся к устройству связи по линии электропередачи, содержащему розетку электропитания переменного тока (АС) и способ действия устройства связи по линии электропередачи.

Некоторые системы связи, такие как PLC (связь по линии электропередачи), используют для передачи данных электрические распределительные системы, в которых модулированная несущая накладывается на переменный ток с частотой 50 или 60 Гц линий электропередачи. Например, силовой кабель, содержащий два или более электрических проводника, используется для передачи электроэнергии переменного тока (АС), причем силовой кабель может быть проложен как постоянный монтаж внутри зданий или может быть закопан в землю. Модемы для связи по линиям передачи электроэнергии могут включаться в любую розетку электрической распределительной системы.

Задача изобретения заключается в упрощении использования системы связи по линии электропередачи. Задача решается посредством существа независимых пунктов формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления определяются, соответственно, в зависимых пунктах формулы изобретения. Подробности и преимущества изобретения станут более очевидными из последующего описания вариантов осуществления в сочетании с сопроводительными чертежами. Признаки различных вариантов осуществления могут объединяться, если они не являются исключающими друг друга.

Фиг.1 - блок-схема системы связи по линии электропередачи, содержащей устройство связи по линии электропередачи в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.2 - блок-схема, показывающая подробности устройства связи по линии электропередачи с сетевым фильтром в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3А - упрощенный вид в перспективе устройства связи по линии электропередачи в соответствии с вариантом осуществления, связанным со стенной розеткой.

Фиг.3В - упрощенный вид сбоку устройства связи по линии электропередачи, содержащего вилку сетевого электропитания в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг.4 - упрощенная блок-схема последовательности выполнения операций способа действия устройства связи по линии электропередачи, соответствующего дополнительному варианту осуществления.

На фиг.1 представлена система 100 связи, использующая электрическую распределительную систему 190 для передачи данных. В качестве примера, система 100 связи может быть системой связи по линии электропередачи (PLC), системой связи по магистральным сетям, системой передачи данных по линии электропередачи (PLT), широкополосной системой связи по линии электропередачи (BPL) или сетевой системой связи по линии электропередачи (PLN), использующими модулированную несущую, соответственно наложенную на переменный ток частотой 50 или 60 Гц линий электропередачи.

Система 100 связи действует как система MIMO (много входов, много выходов) или MISO (много входов, один выход), по меньшей мере с первым и вторым модемными устройствами 110а, 110b. Первое модемное устройство 110а обеспечивает на выходе сигналы данных на двух или более первых интерфейсных портах 101а. Второе модемное устройство 110b восстанавливает сигналы данных из сигналов, принятых на трех или более вторых интерфейсных портах 101b. Электрическая распределительная система 190 образует канал передачи, соединяющий первое и второе модемные устройства 110а, 110b. Электрическая распределительная система 190 представляет собой многопроводное соединение. Например, электрическая распределительная система 190 может содержать силовые кабели, имеющие два или более электрических проводников, используемых для передачи электроэнергии переменного тока (сети) и для обеспечения подключения заземления, в которой силовые кабели могут прокладываться как постоянный монтаж внутри зданий или могут закапываться в землю.

Например, первое модемное устройство 110а может обеспечивать на выходе два дифференциальных сигнала передачи, используя провод под напряжением или фазовый провод (L, Р), нулевой провод (N) и защитное заземление (РЕ), причем дифференциальные сигналы передачи модулируются на несущей частоте, накладываемой на частоту переменного тока сетевого напряжения. Второе модемное устройство 110b может принимать три дифференциальных приемных сигнала между проводом под напряжением и нулевым проводом, между нулевым проводом и защитным заземлением и между проводом под напряжением и защитным заземлением. В соответствии с другим вариантом осуществления второе модемное устройство 110b может принимать три дифференциальных приемных сигнала и синфазный сигнал, как результат утечки монтажа, в качестве четвертого приемного сигнала. Сигналы передачи в канале 190 передачи взаимодействуют друг с другом через емкостную связь между проводами, так что первый и второй модемы могут использовать многоканальные способы, такие как формирование диаграммы направленности, для улучшения передачи через них.

Первым или вторым модемным устройством 110а, 110b является устройство 200 связи по линии электропередачи, как показано на фиг.2. Другое модемное устройство 110а, 110b может также быть устройством типа устройства 200 связи по линии электропередачи, другим модемом PLC автономного типа или может быть интегрировано в электронное устройство для потребительских применений, например, в блок хранения данных, телевизионный приемник, аудиоприемник, видеомагнитофон или в сенсорные устройства.

Как показано на фиг.2, устройство 200 связи по линии электропередачи содержит сборочный узел 210 соединителей сетевого электропитания по меньшей мере с тремя первыми соединителями 211. Каждый из первых соединителей 211 выполнен с возможностью подключения устройства 200 линии электропередачи к одному из проводов LI, L2, L3, N, РЕ электрической распределительной системы. В соответствии с вариантом осуществления первыми соединителями 211 являются выводы, например, зажимы или клеммные колодки, в которых могут закрепляться провода L1, L2, L3, N, РЕ. В соответствии с другим вариантом осуществления сборочный узел 210 соединителей сетевого электропитания является вилкой сетевого электропитания, в котором по меньшей мере два из первых соединителей 211, предназначенных для подключения соединения под напряжением и нейтрали, являются контактными штырьками или штырьками. Вилка сетевого электропитания может быть стандартизированной, например вилкой сетевого электропитания, соответствующей, например, стандартам СЕЕ 7/4. 7/5, 7/7, NEMA5-nn или SЕV1011.

Устройство 200 связи по линии электропередачи дополнительно содержит сетевой фильтр 220 по меньшей мере с тремя первыми портами 221 и соответствующим количеством вторых портов 222. Каждый первый порт 221 электрически соединяется с одним из первых соединителей 211. В соответствии с вариантом осуществления каждый первый порт 221 напрямую соединяется с соответствующим первым соединителем 211 способом, обеспечивающим низкое сопротивление, через провода, проводники и/или зажимы. Сетевой фильтр 220 содержит цепь фильтрации нижних частот между каждым первым портом 221 и соответствующим одним из вторых портов 222.

Розетка (гнездо) 280 электропитания переменного тока содержит по меньшей мере три вторых соединителя 282, причем каждый второй соединитель 282 электрически соединен с одним из вторых портов 222 сетевого фильтра 220. По меньшей мере два из числа вторых соединителей 282, назначенных в качестве соединителей для подключений напряжения и нейтрали, являются гнездами. Розетка 280 электропитания переменного тока может быть стандартизованной и может соответствовать любому из стандартов, например СЕЕ 7/4, 7/5, 7/7, NEMA5-nn или SEV1011. В случае, когда сборочный узел 210 соединителей сетевого электропитания является стандартизированной вилкой сетевого электропитания, розетка 280 электропитания переменного тока может соответствовать тому же самому стандарту. Удлинитель или электрическое/электронное оборудование могут включаться в розетку электропитания переменного тока, чтобы подключать электрическое/электронное оборудование к сетевой электрической распределительной системе.

Блок 250 связи по линии электропередачи электрически соединяется с каждым из первых соединителей 211 и первых портов 221, причем блок 250 связи по линии электропередачи выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии со способом передачи, используя более одного проводного соединения или цепи передачи между двумя устройствами, соединенными через монтаж электрораспределительной сети. Блок 250 связи по линии электропередачи содержит модем связи по линии электропередачи, который может быть выполнен как приемное устройство, передающее устройство или как двунаправленное устройство связи, объединяющее функциональные возможности приемного и передающего устройства. Модем связи по линии электропередачи может быть модемом PLC, модемом связи по магистральной сети, модемом PLT, модемом BPL, или работающим в полосе модемом, или модемом PLN.

Устройство 200 связи по линии электропередачи с интегрированной розеткой 280 электропитания переменного тока и сетевым фильтром 220 позволяет пользователю легко устанавливать или включать модем линии электропередачи в любую розетку, которая удобна ему для доступа и без него нет розетки для подключения дополнительного электрического/электронного оборудования. Сигналы данных проходят напрямую прямо от интегрированного блока 250 связи по линии электропередачи к настенной розетке и к монтажу распределения электроэнергии. Эти сигналы не излучаются и не ослабляются за счет сопротивления кабеля разветвителя электропитания на многочисленные розетки, которые часто должны устанавливаться для подключения через розетки достаточного количества оборудования и модемов.

Кроме того, сетевой фильтр 220 подавляет помехи и шумы от оборудования, подключенного к розетке 280 электропитания переменного тока. Так как оборудование, подключенное к розетке 280 электропитания отфильтрованного переменного тока, не может вызывать асимметрию в сетевых линиях на соответствующей розетке, сигналы в дифференциальном режиме MIMO блока 250 связи по линии электропередачи не преобразуются в синфазные сигналы, которые могут излучаться сетевыми линиями. Следовательно, система излучает меньшее паразитное излучение.

В соответствии с вариантом осуществления по меньшей мере один из первых соединителей 211 сборочного узла 210 соединителей сетевого электропитания служит для подключения заземления (земли) и по меньшей мере один из вторых соединителей 282 розетки 280 электропитания переменного тока служит для подключения заземления. Цепи фильтрации могут различаться по своему действию на конкретное проводное соединение. В соответствии с вариантом осуществления каждая цепь фильтрации обеспечивает подавление интерференционных помех. Например, каждая цепь фильтрации обеспечивает подавление интерференционных помех приблизительно в одной и той же степени.

В соответствии с вариантом осуществления сетевой фильтр 220 содержит фильтр 224 нижних частот, который эффективно действует по меньшей мере на каждой из трех цепей фильтрации. Когда одна из цепей фильтрации обеспечивает подключение заземления, фильтр 224 нижних частот также эффективно действует по этой цепи фильтрации приблизительно в той же самой степени. Например, фильтр 224 нижних частот содержит элементы фильтра в каждый из цепей фильтрации, в том числе в цепи фильтрации, предназначенной для подключения заземления, причем соответствующие элементы фильтра для различных цепей фильтрации имеют одни и те же номинальные значения, так что все по меньшей мере три цепи фильтрации выполняются одним и тем же способом. В соответствии с вариантом осуществления фильтр 224 нижних частот подавляет сигналы на частотах выше 1 МГц, например в диапазоне между 2 и 30 МГц по меньшей мере на 3 дБ, например на 6 дБ, 10 дБ или 20 дБ. В соответствии с вариантом осуществления коэффициент подавления составляет по меньшей мере 50 дБ. Согласно другим вариантам осуществления сетевой фильтр 220 подавляет сигналы в другом частотном диапазоне для частот выше 2 МГц, чтобы соответствовать конкретному частотному диапазону блока 250 связи по линии электропередачи.

Фильтр нижних частот 224 может содержать последовательно соединенные элементы 224а фильтра в каждой цепи фильтрации. Последовательно соединенные элементы 224а фильтра могут отличаться друг от друга. В соответствии с вариантом осуществления последовательно соединенные элементы 224а фильтра по каждой цепи фильтрации могут быть элементами, приблизительно эквивалентными друг другу в отношении создаваемого ими эффекта. Например, каждый последовательно соединенный элемент 224а фильтра может действовать как низкочастотный фильтр, пропускающий сигнал переменного тока с частотой 60 Гц или 50 Гц и подавляющий HF (высокочастотный) и VHP (очень высокочастотный) сигналы. Фильтр 224 нижних частот может обеспечивать одну и ту же степень фильтрации и одни и те же частоты среза для каждой цепи фильтрации. Каждый последовательно соединенный элемент 224а фильтра может иметь одну или более катушек индуктивности, причем соответствующие катушки индуктивности в различных цепях фильтрации могут иметь одни и те же номинальные значения индуктивности и резисторов. Фильтр 224 нижних частот может также содержать несколько емкостных блоков 224b, причем каждый емкостной блок 224b электрически устанавливается между каждой парой цепей фильтрации. Каждый емкостной блок 224b может содержать параллельные цепи фильтрации с частотой среза, определяющей полосу пропускания, эффективно пропускающую сигналы с частотой по меньшей мере до 50 Гц или 60 Гц и подавляющую сигналы с HF- и VHF-частотами. Каждый емкостной блок 224b может содержать один или более конденсаторов. В соответствии с вариантом осуществления на частоте 1 МГц каждая цепь фильтрации может обеспечивать коэффициент подавления не менее 40 дБ. Каждый емкостной блок 224b может присоединяться к точке соединения двух идентичных катушек индуктивности одной и той же цепи фильтрации, соответственно.

В соответствии с вариантом осуществления сетевой фильтр 220 может также содержать блок 228 фильтра синфазного сигнала, чтобы подавлять синфазные сигналы. Блок 228 фильтра синфазного сигнала может содержать дроссель подавления синфазного сигнала в виде ферритовой шайбы или кольца. Блок 228 фильтра синфазного сигнала действует по каждой по меньшей мере из трех цепей фильтрации одинаковым образом и в одинаковой степени. Например, элементы с одинаковыми номинальными значениями для индуктивности, резистора и связи могут обеспечиваться по каждой цепи фильтрации, так что все по меньшей мере три цепи фильтрации выполняются одинаковым способом. Когда одна из цепей фильтрации обеспечивает подключение заземления, в этой цепи фильтрации также обеспечиваются упомянутые элементы.

Устройство 200 связи по линии электропередачи может иметь четыре первых соединителя 211 для двух подключений L1, L2, находящихся под напряжением, подключения N нейтрали и подключения заземления, или пять соединителей для трех подключений L1, L2, L3, находящихся под напряжением, подключения N нейтрали и подключения РЕ заземления. В соответствии с вариантом осуществления вилка сетевого электропитания содержит три первых соединителя 211 для трех подключений L, находящихся под напряжением, подключения нейтрали N и подключения РЕ заземления.

Устройство 200 связи по линии электропередачи может дополнительно содержать розетку 292 для передачи данных, подключенную к блоку 250 связи по линии электропередачи, причем блок 250 связи по линии электропередачи выводит данные, принятые через сборочный узел 210 соединителей сетевого электропитания, на розетку 292 передачи данных и/или выводит данные, принятые через розетку 292 передачи данных, на сборочный узел 210 соединителей сетевого электропитания. Розетка 292 передачи данных может быть стандартизированной, например соответствовать стандарту USB, Ethernet, Firewire или любому другому стандарту проводной связи.

Альтернативно или в дополнение, устройство 200 связи по линии электропередачи может содержать беспроводной модем 294, подключенный к блоку 250 связи по линии электропередачи, причем блок 250 связи по линии электропередачи выводит данные, принятые через сборочный узел 210 соединителей сетевого электропитания через беспроводной модем 294 и/или выводит данные, принятые через беспроводной модем 294, через сборочный узел 210 соединителей сетевого электропитания. Беспроводной модем может быть стандартизированным и может соответствовать, например, стандарту IEEE 802.11.

На фиг.3А показано настенное или стенное устройство 200 передачи по линии электропередачи с розеткой 280 электропитания переменного тока, которая может быть розеткой по стандарту СЕЕ 7/7, и с розеткой 292 передачи данных, которая может быть модульной соединительной розеткой, подобной 8Р8С Jack (розетка). Выводы на задней стороне, ориентированные в сторону стены, обеспечивают подключение к монтажу электрической распределительной сети.

На фиг.3В показано устройство 200 связи по линии электропередачи типа вилки с розеткой 280 электропитания переменного тока, розеткой 292 для передачи данных и вилкой 210а сетевого электропитания, которая может быть, например, вилкой по стандарту СЕЕ 7/7.

На фиг.4 представлен способ действия устройства связи по линии электропередачи. Переменный электрический ток подается к электрическому оборудованию, подключенному к розетке электропитания переменного тока, используя по меньшей мере три сетевых соединителя (402). По меньшей мере три сетевых соединителя могут обеспечивать два соединителя под напряжением и соединитель для подключения нейтрали. В соответствии с вариантом осуществления один из по меньшей мере трех сетевых соединителей обеспечивает подключение заземления. Шумы и помехи с выхода электрического оборудования на сетевых соединениях фильтруются фильтром нижних частот, используя сетевой фильтр, действующий на каждом по меньшей мере из трех сетевых соединений (404) таким же образом. В соответствии с вариантом осуществления каждая цепь фильтрации нижних частот сетевого фильтра обеспечивает подавление интерференционных помех. Сетевой фильтр имеет сетевую сторону, ориентированную в сторону сети, и сторону оборудования, ориентированную в сторону розетки электропитания переменного тока. Блок связи по линии электропередачи, подключенный к сетевой стороне сетевого фильтра, работает в режиме (406) MIMO или M1SO. Сетевой фильтр подавляет сигналы на частотах в диапазоне, используемом блоком связи по линии электропередачи, и может подавлять синфазные сигналы.

Использование: в области электротехники. Технический результат - упрощение системы связи. Устройство (200) связи по линии электропередачи содержит узел (210) соединителей сетевого электропитания с тремя или более первыми соединителями (211), присоединяемыми к электрической распределительной сети. Сетевой фильтр (220) обеспечивает цепь фильтрации между каждым из его первых портов (221) и соответствующим одним из вторых портов (222), причем каждый первый порт (221) соединен с одним из первых соединителей (211). Каждый второй порт (222) соединен с одним из трех или более вторых соединителей (282) розетки (280) электропитания переменного тока. Блок (250) связи по линии электропередачи соединен с каждым из первых портов (221) и передает и/или принимает данные в соответствии со способом передачи, в котором используется более одного канала передачи между двумя устройствами, соединенными через электрическую распределительную сеть. Фильтр (220) улучшает качество передачи PLC, подавляя помехи, создаваемые устройствами, и уменьшая паразитное излучение PLC. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство связи по линии электропередачи, содержащее:
узел соединителей сетевого электропитания, содержащий по меньшей мере три первых соединителя, причем один из указанных по меньшей мере трех первых соединителей служит для подключения заземления;
сетевой фильтр по меньшей мере с тремя первыми портами, по меньшей мере с тремя вторыми портами, по меньшей мере с тремя цепями фильтрации, одна из которых является цепью фильтрации заземления, и фильтром нижних частот, включающим в себя элемент фильтра в каждой из указанных по меньшей мере трех цепей фильтрации, при этом
каждый первый порт электрически соединен с одним из первых соединителей, каждая цепь фильтрации обеспечена между одним из первых и одним из вторых портов, и фильтр нижних частот включает в себя индуктивные и емкостные блоки, выполненные с возможностью осуществлять фильтрацию нижних частот на указанных по меньшей мере трех цепях фильтрации, и
индуктивные и емкостные блоки симметрично расположены среди указанных по меньшей мере трех цепей фильтрации, причем каждая из указанных по меньшей мере трех цепей фильтрации соединена емкостной связью с каждой другой из указанных по меньшей мере трех цепей фильтрации;
розетку электропитания переменного тока, содержащую по меньшей мере три вторых соединителя, при этом каждый второй соединитель электрически соединен с одним из вторых портов, причем один второй соединитель служит для подключения заземления;
блок связи по линии электропередачи, электрически соединенный с каждым из первых портов, при этом блок связи по линии электропередачи выполнен с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии со способом передачи, в котором используется более одного канала передачи между двумя устройствами, соединенными проводами линии электропередачи.

2. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, в котором
узел соединителей сетевого электропитания является вилкой сетевого электропитания.

3. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, в котором
фильтр нижних частот выполнен с возможностью обеспечения одинаковой степени подавления помех в каждой из указанных по меньшей мере трех цепей фильтрации.

4. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, в котором
фильтр нижних частот содержит последовательно соединенные индуктивные блоки в каждой цепи фильтрации, причем каждый последовательно соединенный индуктивный блок имеет значения индуктивности и сопротивления, равные значениям индуктивности и сопротивления каждого из других последовательных индуктивных блоков.

5. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, в котором
фильтр нижних частот содержит емкостной блок между каждой парой из указанных по меньшей мере трех цепей фильтрации.

6. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, в котором
на частоте 1 МГц каждая цепь фильтрации обеспечивает подавление по меньшей мере 50 дБ.

7. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, в котором
сетевой фильтр содержит блок фильтра синфазного режима, действующий на каждой из указанных по меньшей мере трех цепей фильтрации.

8. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, в котором
узел соединителей сетевого электропитания содержит не более трех первых соединителей.

9. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, дополнительно содержащее
розетку передачи данных, соединенную с блоком связи по линии электропередачи, причем блок связи по линии электропередачи выполнен с возможностью вывода данных, принимаемых через узел соединителей сетевого электропитания, на розетку передачи данных и/или вывода данных, принимаемых через розетку передачи данных, на узел соединителей сетевого электропитания.

10. Устройство связи по линии электропередачи по п. 1, дополнительно содержащее
беспроводной модем, соединенный с блоком связи по линии электропередачи, причем блок связи по линии электропередачи выполнен с возможностью вывода данных, принимаемых через узел соединителей сетевого электропитания, через беспроводной модем и/или вывода данных, принимаемых через беспроводной модем, на узел соединителей сетевого электропитания.

11. Способ функционирования устройства связи по линии электропередачи, содержащий этапы, на которых
подают переменный электрический ток на электрическое устройство, подключенное к розетке электропитания переменного тока с использованием по меньшей мере трех сетевых соединений, при этом одно из указанных по меньшей мере трех сетевых соединений служит для подключения заземления;
фильтруют шумы и помехи, выводимые электрическим устройством на указанные по меньшей мере три сетевых соединения, с помощью сетевого фильтра, действующего на цепях фильтрации указанных по меньшей мере трех сетевых соединений, причем сетевой фильтр имеет сетевую сторону, ориентированную в направлении указанных по меньшей мере трех сетевых соединений, и сторону устройства, ориентированную в направлении розетки электропитания переменного тока, при этом сетевой фильтр включает в себя фильтр нижних частот, содержащий индуктивные и емкостные блоки, симметрично расположенные среди цепей фильтрации для осуществления фильтрации нижних частот на цепях фильтрации указанных по меньшей мере трех сетевых соединений; причем в фильтре нижних частот каждая цепь фильтрации соединена емкостной связью с каждой другой цепью фильтрации указанных по меньшей мере трех сетевых соединений;
осуществляют функционирование в режиме множества входов, множества выходов (MIMO) или множества входов, одного выхода (MISO), блока связи по линии электропередачи, соединенного с сетевым фильтром с сетевой стороны.

12. Способ по п. 11, в котором
сетевой фильтр осуществляет фильтрацию на каждом из по меньшей мере трех соединений с подавлением, зависящим от частоты.

13. Устройство связи по линии электропередачи, содержащее:
средство сетевых соединителей, содержащее по меньшей мере три первых соединителя, при этом один из указанных по меньшей мере трех сетевых соединителей служит для подключения заземления;
средство фильтра по меньшей мере с тремя первыми портами, причем каждый первый порт соединен с одним из первых соединителей, и по меньшей мере с тремя вторыми портами, причем каждый второй порт соединен с одним из первых портов через цепь фильтрации нижних частот; при этом каждая цепь фильтрации нижних частот является симметричной относительно каждой другой цепи фильтрации и каждая цепь фильтрации нижних частот соединена емкостной связью с каждой из других цепей фильтрации нижних частот;
средство розетки, содержащее по меньшей мере три вторых соединителя, причем каждый второй соединитель электрически соединен с одним из вторых портов, при этом один из указанных по меньшей мере трех вторых соединителей служит для подключения заземления;
средство связи по линии электропередачи, электрически соединенное с каждым из первых соединителей и первых портов, при этом средство связи по линии электропередачи выполнено с возможностью передачи и/или приема данных в соответствии со способом передачи, в котором используется более одного канала передачи между двумя устройствами, соединенными проводами линии электропередачи.