[发明专利]采用在交流线上脉冲传输的电力线通信系统

说明书

本发明涉及电力线通信系统的总课题，特别是采用在交流线上脉冲传输的电力线通信系统。

近年来电力线通信系统日益被认为是有吸引力的选择，其可取代包括了复杂和高费用的发送器及接收回路的，需要专用通信线及无线系统的常规硬导线通信系统。在电力线通信系统中，现有的交流电力线做为传输媒介，它将信息从一个发送器或控制站接续地送到从交流电源连接下去的一个或多个接收器或负载。由于不需要新的导线就可以完成通信功能，电力线通信系统极大地降低了安装的复杂性及工作量，特别是建设更新改造的应用中，非常希望安装一个能量控制系统，而只需很少的或不改变现有的电线。

现有电力线通信的方法主要可分为两种：基于载波的或基于脉冲的。在基于载波的系统中，高频载波波形迭加到交流线电压或交流电流的波形上。基于载波的系统提供高传输率的优点，由于在交流线电压或电流的每半波中可以对许多比特信息进行编码。但是这种系统的一个重要缺点是由一些形式的交流负载会产生足够水平的高频噪声破坏载波的波形而引起的兼容性问题。为了使基于载波的系统更加耐用于高频噪声，必须寻找广泛的办法，例如在现有交流系统中增加线路滤波器。

基于脉冲的系统可避免基于载波的系统中固有的频率兼容性问题，但是要付出由于非常低的传输率的费用。特别是当前的最好的基于脉冲的系统也只能在交流线电源的半周中传输一个脉冲。此外，由于与脉冲传输回路相关的限制，通常限制脉冲只发生在或接近交流线电压的过零点。这意味着每个线的周期中仅有两个比特的非常低的传输率，这对于要求在相对短的时间周期内将信息传输到相对大量的下游接入的负载或接收器的应用场合可能是不能接受的。另外，现有脉冲方法有一些缺点，包括复杂的发送器和接收回路，以及在做为脉冲传输回路的关键运行元件的电力开关上的高电压、电流及大功率的压力。

现有的脉冲传输方法可分为两类：串联方案和并联方案。在串联方案中，例如在美国专利No.5,264,823中叙述的，电力开关与交流电源的一条线串联，由短暂打开电力开关，使交流线的电流受到短暂地中断，而将脉冲引入交流线的电流中。在绝大部分的交流线的电压周期中，没有脉冲被引入到交流线的电流，这期间电力开关保持在接通状态，并且必须能可靠地将交流电源供出的全部电流送到后面接续连接的接收器或负载。因此，电力开关的容量必须考虑到可能的高的电流水平，特别是在后面有大量负载，并因此必须能承受在开关接通状态下的大量的电能损耗的情况。此外，电力开关的容量必须不但能承受在引入脉冲时在其两端出现的交流线的全电压，还必须能承受当电力开关在断开状态下任何交流线上的暂态电压，这样将要求采用体积大且非常昂贵的电力开关。

对于并联方案中电力开关容量也有类似高的要求，在该方案中电力开关是与交流线并联的，在美国专利No.4,348,582中所叙述的就是其中一个例子。取决于电力开关接通的时刻在交流线周期中的位置，可能会有高峰值的电流流过该开关，由此，为了避免对于开关特别高的电流及功率容量的要求，对现有的并联方案的运行均有限制，即只允许开关在交流线的电压过零点或过零点附近接通，以将经过电力开关的电流限制在合理的范围内。此外，由于电力开关在交流线的全电压作用下，并且对于经常发生在交流线电压中的暂态过程没有过电压保护，因此，电力开关必须能够承受非常高的电压。

因此，很显然，可以由简单的脉冲传输回路构成的，能够在相对宽的交流线的周期部分中传输比特的，并且在脉冲发送器中只要求中等容量的电力开关的脉冲传输系统相对于现有技术有明显地改进。

图1为根据本发明的电力线通信系统的框图。

图2为根据本发明的电力线通信系统图，其中脉冲发送器连接在交流电源的火线和中线之间。

图3为根据本发明的脉冲发送器的最佳实施例的原理图。

图4为根据本发明的一个比特分配方案的例子，其中，交流电压中每个脉冲表示一个比特，并且其中在周期的第一或第3个四分之一中的比特表示一个逻辑“0”，并且在第二或第四个四分之一中的脉冲表示一个逻辑“1”。

图5为根据本发明的第二个比特分配方案的例子，其中在交流电压中的每个脉冲表示两个比特。

图6为根据本发明的能量控制系统的最佳实施例图，它采用一个脉冲发送器来控制日光灯的电子镇流器。