Контроллер для кодирования линии электропередачи и способ кодирования линии электропередачи
Изобретение относится к кодированию линии электропередачи для обеспечения передачи информации управления на устройство, питающееся от сети по сетевой линии электропередачи. Техническим результатом является обеспечение управления устройствами без необходимости в дополнительных управляющих проводах. Результат достигается тем, что контроллер обеспечивает кодирование линии электропередачи с помощью амплитудной модуляции колебательного сигнала выходного напряжения. Первая обмотка трансформатора последовательно соединена с выходом. Входное сетевое напряжение питания и/или выходное напряжение измеряют и вторую обмотку трансформатора конфигурируют в зависимости от измеренного входного сетевого напряжения питания, измеренного выходного напряжения и целевого выходного напряжения. В этом заключается подход, основанный на обратной связи, который позволяет использовать трансформатор для точной модуляции кодируемого двоичного бита. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к кодированию линии электропередачи для обеспечения передачи информации управления на устройство, питающееся от сети по сетевой линии электропередачи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Кодирование линии электропередачи стало интересным способом управления устройствами без необходимости в дополнительных управляющих проводах. Одним примером, в котором предлагалось кодировать линию электропередачи, является освещение, запитанное от сети электроснабжения.
Были разработаны осветительные приборы, которые способны принимать управляющие сигналы для управления одним или более аспектом их работы. Например, некоторые осветительные приборы принимают управляющие сигналы, которые могут по меньшей мере выборочно задавать уровни уменьшения силы света таких осветительных приборов.
В одном известном решении для передачи таких управляющих сигналов применяется один или более автономных управляющих проводов, которые проходят от контроллера до осветительных приборов. Пакеты данных посылают по управляющим проводам для управления осветительными приборами. Эти пакеты данных и способ связи могут соответствовать коммуникационным протоколам, таким как DMX или DALI. Реализация такого решения требует прокладки одного или более отдельного провода и связана с ограничениями на длину проводов и/или способом прокладки проводов, которые могут не подходить для конкретных ситуаций, например, для уличного освещения.
Другие известные решения позволяют передавать такие управляющие сигналы без прокладки новых проводов. Например, в некоторых решениях применяются беспроводные управляющие сигналы или коммуникации по проводам питания. Однако, реализация таких решений требует установки особых аппаратных модемов и/или радиосистем на каждом отдельном осветительном приборе. Такое особое оборудование часто бывает чрезмерно дорого и/или не может быть просто установлено на уже существующие осветительные приборы или мачты освещения, на которых установлены осветительные приборы.
В WO 2013/061206 раскрывается способ кодирования линии электропередачи, описанный в связи с применением с осветительными приборами, в котором трансформатор включают в цепь или выключают из цепи для обеспечения изменения напряжения (таким образом осуществляя амплитудную модуляцию), чем осуществляют кодирование управляющего сигнала. Это обеспечивает простой способ кодирования и делает возможным декодирование простыми декодирующими аппаратными и программными средствами.
Создание требуемых изменений напряжения приводит к потреблению дополнительной энергии, и интерес представляют меры по экономии энергии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение определено его формулой.
Согласно изобретению предлагается контроллер для обеспечения амплитудно-модулированного кодирования выходного напряжения линии электропередачи на выходе контроллера, при этом это выходное напряжение получено из сетевого входного напряжения питания и содержит периодический колебательный сигнал, при этом контроллер содержит:
трансформатор, имеющий первую обмотку, соединенную последовательно между сетевым входным напряжением питания и выходом;
цепь выборки и мониторинга для выборки и мониторинга напряжения источника сетевого напряжения перед трансформатором и/или для выборки и мониторинга выходного напряжения, при этом цепь выборки и мониторинга имеет частоту выборки более высокую, чем частота сети;
переключающее устройство для установки конфигурации цепи второй обмотки трансформатора;
контроллер переключения для управления переключающим устройством для создания изменений в выходном напряжении в зависимости от измеренного напряжения или напряжений и целевого выходного напряжения, которое содержит напряжение, которое кодирует двоичный бит цифровой информации так, что каждый полуцикл или каждый полный цикл выходного напряжения кодирует бит информации путем изменения выходного напряжения.
Контроллер по настоящему изобретению использует трансформатор для обеспечения управляемого изменения сетевого напряжения до подачи его на выходную нагрузку. При выборке сетевого напряжения до и/или после трансформатора используется подход на основе обратной связи или прямой связи, что позволяет подавать целевое напряжение.
Целевое напряжение содержит кодированный сигнал для связи по линии электропередачи.
Управление по настоящему изобретению означает, что выходное напряжение, включающее кодированный сигнал может быть ближе к среднему сетевому напряжению так, чтобы устройства, подключенные к той же сети, получали меньше сетевого шума. Это представляет особый интерес, когда кодирование применяется в сети общего пользования.
Изобретение также позволяет экономить энергию, поскольку трансформацию напряжения можно уменьшить, например, если начальное сетевое напряжение уже высокое, например, в результате шума. Таким образом, мощность, необходимая для функции трансформации, может быть скомпенсирована шумовой мощностью в сетевом источнике.
Целевое напряжение, например, может быть средней величиной для полупериода колебательного сигнала выходного напряжения. Изменение выходного напряжения также можно осуществлять так, чтобы величина среднего значения другого полупериода также становилась целевым выходным напряжением. Это позволяет избежать насыщения трансформатора, создавая сигнал, симметричный относительно нуля.
Подход на основе обратной связи или прямой связи означает, что целевое напряжение является более надежным представлением требуемого цифрового бита, который нужно закодировать, и экономия энергия возможна, например, если увеличение уровня напряжения уже вызвано увеличением шума. В этом случае контроллер не дает трансформатору добавлять дополнительные возмущения в сеть, если шумовые возмущения уже дают напряжение, которое будет декодировано как высокое.
Цепь выборки и мониторинга по существу отслеживает прогрессию величины сетевого напряжения и адаптирует управление трансформатором во время выходного периода (полупериода) периодического колебательного сигнала так, чтобы он приходил с требуемой величиной в конце периода (или полупериода) периодического колебательного сигнала. Мониторинг может осуществляться на выходе (для обратной связи) на сетевом входе (для прямой связи) или в обоих этих положениях (для комбинации обратной связи с прямой связью).
Трансформатор может обеспечивать:
ступенчатое повышение напряжение при активной конфигурации переключающего устройства и отсутствие изменения напряжения для пассивной конфигурации переключающего устройства;
ступенчатое понижение напряжение при активной конфигурации переключающего устройства и отсутствие изменения напряжения для пассивной конфигурации переключающего устройства;
ступенчатое повышение напряжения при первой активной конфигурации переключающего устройства, ступенчатое понижение напряжения для второй активной конфигурации переключающего устройства и отсутствие изменения напряжения для пассивной конфигурации переключающего устройства.
Таким образом, контроллер может повышать или понижать напряжение, когда это требуется, или может быть сконфигурирован для выполнения обеих этих операций.
Трансформатор может иметь одну обмотку, включенную последовательно с линией фазы, по которой получают выходное напряжение, и другую обмотку, которая выполнена с возможностью переключения переключающим устройством между линией фазы и линией нейтрали.
Контроллер может быть частью контроллера освещения, который также имеет систему кодирования для обеспечения целевых выходных напряжений, которые кодируют информацию управления освещением.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ управления периодическим выходным напряжением для обеспечения кодирования линии электропередачи, содержащий этапы, на которых:
получают сетевое напряжение питания;
включают первую обмотку трансформатора последовательно между входным напряжением питания сети и выходом;
осуществляют выборку и мониторинг сетевого напряжения питания перед трансформатором и/или осуществляют выборку и мониторинг выходного напряжения, при этом частота выборки выше частоты сети; и
устанавливают конфигурацию цепи второй обмотки трансформатора в зависимости от измеренного напряжения или напряжений и целевого выходного напряжения, которое содержит напряжение, кодирующее двоичный бит цифровой информации, причем в одной конфигурации цепи трансформатор обеспечивает изменение выходного напряжения так, что каждый полуцикл или каждый полный цикл сетевого напряжения кодирует бит информации путем изменения выходного напряжения.
В этом способе применяется подход на основе обратной связи или прямой связи для управления функцией трансформатора выдавать требуемое выходное напряжение.
Выборку и мониторинг можно выполнять для первой части периода выходного напряжения с первой установкой конфигурации цепи, а вторая установка конфигурации цепи выводится для второй части этого периода для получения целевого выходного напряжения.
Такой подход обеспечивает начальный мониторинг в течение начального периода, после чего осуществляется управление конфигурацией трансформатора для получения требуемого полного напряжения.
Первая часть и вторая часть совместно могут образовывать полупериод так, что каждый полупериод управляется для получения требуемого целевого выходного напряжения.
Выборку и мониторинг вместо этого можно осуществлять непрерывно и непрерывно менять установку конфигурации цепи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее следует описание примеров настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 – показывает как, в целом, кодирование линии сети осуществляется в известном способе;
Фиг. 2 – показывает первый пример известного устройства для кодирования линии сети;
Фиг. 3 - пример, как может работать кодирование линии сети;
Фиг. 4 - второй пример известного устройства для кодирования линии сети;
Фиг. 5 - третий пример известного устройства для кодирования линии сети;
Фиг. 6 - пример устройства для кодирования линии сети по настоящему изобретению, и
Фиг. 7 - поясняет возможный способ реализации способа по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению предлагается контроллер для обеспечения кодирования в линии электропередачи периодического колебательного сигнала выходного напряжения, в котором трансформатор имеет первую обмотку, соединенную последовательно с выходом. Входное сетевое напряжение питания и/или выходное напряжение измеряются, и вторая обмотка трансформатора конфигурируется в зависимости от измеренного напряжения, и целевого выходного напряжения, которое содержит напряжение, которое кодирует двоичный бит. Этим обеспечивается подход на основе обратной связи или прямой связи, который позволяет применять трансформатор для точной модуляции кодируемого двоичного бита.
Трансформатор может иметь разные конструкции. Первый пример приведен ниже и основан на WO 2013/061206.
На фиг. 1 показан общий принцип обеспечения кодирования линии электропередачи с помощью трансформатора, включенного последовательно с нагрузкой. Коммуникационный трансформатор 2 включен последовательно с линией сетевого электропитания. Линия 4 сетевого электропитания может быть линией фазы, но трансформатор можно подключать и к линии нейтрали.
Источник 4 сетевого электропитания может содержать трансформатор сетевого электропитания, который имеет размер, позволяющий запитывать одно или более подключенных устройств, потребляющих мощность, таких как осветительные приборы, которые соединены с групповым выходным напряжением 6.
Коммуникационный трансформатор 2 можно модулировать с помощью контроллера для модулирования напряжения, являющегося групповым выходным напряжением 6, на основе цифрового сигнала данных. Например, коммуникационный трансформатор 2 может модулировать части синусоидального цикла напряжения, подаваемого сетевым электропитанием 4, чтобы создать определенное повышение напряжения или падение напряжения на этих частях синусоидального цикла. Падения напряжения могут соответствовать пакету коммуникационных данных, который должен посылаться коммуникационным трансформатором 2 по групповому выходному напряжению 6. Коммуникационный трансформатор 2 нужен только для подачи питания, необходимого для повышения или понижения сетевого напряжения, имеющегося на сетевом электропитании 4.
Например, если коммуникационный трансформатор 2 осуществляет модуляцию в 1 В, а напряжение сетевого источника составляет 230 В, номинальная мощность коммуникационного трансформатора 2 должна быть равна лишь 1/230 от номинальной мощности сетевого трансформатора. Соответственно, коммуникационный трансформатор может иметь малые размеры относительно силового трансформатора.
На фиг. 2 приведен более подробный пример. Коммуникационный трансформатор 2 расположен после сетевого питающего трансформатора 1, который запитывает распределительную панель 20. Сетевой питающий трансформатор 1 и распределительная панель 20 обеспечивают защиту, маршрутизацию и коммутацию выходного напряжения 6, которое подается по линии L1 фазы и по линии N нейтрали на нагрузку, которая, которая может содержать, например, осветительные приборы 8.
Трансформатор 2 содержит первичную обмотку 22, соединенную последовательно с линией фазы L1 с выходом, и содержит вторичную обмотку 24. Вторичная обмотка 24 связана с множеством переключателей 25а, 25b с электронным управлением, которые могут выборочно активироваться для изменения конфигурации трансформатора 2.
Например, когда переключатель 25b замкнут, а переключатель 25а разомкнут, вторичная катушка включена в одной ориентации между линией фазы L1 т нейтральной линией N. Трансформатор 2 включен и к нормальному выходному напряжению добавляется напряжение. Добавленное напряжение может составлять приблизительно 1 В.
Трансформатор 2 дополнительно или альтернативно может быть сконфигурирован для снижения напряжения относительно нормального выходного напряжения путем изменения полярности подключения трансформатора 2. Когда переключатель 25а замкнут, трансформатор 2 закорочен и к нормальному выходному напряжение никакое напряжение не добавляется.
Также имеется возможность повышать и понижать напряжение, применяя переключатели в полномостовой конфигурации, как поясняется ниже со ссылками на фиг. 4.
На фиг. 2 также показан контроллер 28 переключения, который электрически соединен с переключателями 25а, 25b. Контроллер 28 выборочно активирует один или более из переключателей 25а, 25b для кодирования коммуникационного пакета данных в выходном напряжении 6. Например, для передачи пакета двоичных данных контроллер 28 может выборочно активировать переключатели во время определенных полусинусоидальных циклов входного напряжения для создания активной конфигурации трансформатора и повышения группового выходного напряжения на осветительных приборах, таким образом представляя двоичный "высокий" уровень. Во время других полусинусоидальных циклов трансформатор может быть деактивирован, таким образом представляя двоичный "низкий" уровень.
В альтернативных вариантах осуществления, когда активация трансформатора приводит к падению напряжения, для передачи пакета двоичных данных контроллер 28 моет выборочно активировать переключающее устройство во время определенных полусинусоидальных циклов для снижения выходного напряжения во время этих полусинусоидальных циклов, таким образом представляя двоичный "низкий" уровень, и не активировать один из переключателей во время других полусинусоидальных циклов, таким образом представляя двоичный "высокий" уровень.
Первичная обмотка и вторичная обмотка обычно имеют разное количество витков. Может предусматриваться одна или более ступень, например, для уменьшения и/или увеличения отношения витков обмоток с помощью электронного переключения ступеней и соответствующего увеличения и/или уменьшения нормального выходного напряжения, когда активируется коммуникационный трансформатор.
На фиг. 3 показан первый синусоидальный колебательный сигнал А и второй синусоидальный колебательный сигнал В на протяжении двух полных синусоидальных циклов. Синусоидальный колебательный сигнал А представляет выходное напряжение, которое не содержит никаких кодированных пакетов данных и поддерживает по существу постоянное среднеквадратичное напряжение. Синусоидальный колебательный сигнал В представляет колебательный сигнал, который содержит кодированные пакеты данных и падения напряжения в его полусинусоидальных циклах. Между двумя первыми переходами через ноль (обозначенными штриховыми линиями) колебательного сигнала В возникает падение AV1 напряжения относительно колебательного сигнала А.
Как указано выше, в некоторых вариантах осуществления падение AV1 напряжения может составлять приблизительно один вольт и может вызываться переключением одного переключателя. В других вариантах осуществления может возникать другое падение напряжения, и необязательно могут использоваться более чем один переключатель (т.е., можно использовать множество ступеней, связанных с одной или обеими обмотками трансформатора).
Между вторым и третьим переходом через ноль и третьим и четвертым переходом через ноль, как показано на чертеже, колебательный сигнал А и колебательный сигнал В по существу зеркальны. Между четвертым и пятым переходом через ноль возникает падение напряжения AV2 относительно колебательного сигнала А.
Таким образом, переданный колебательный сигнал В содержит "низкий" полусинусоидальный цикл, после которого следуют два "высоких" полусинусоидальных цикла, затем другой "низкий" полусинусоидальный цикл. Дополнительные кодированные полусинусоидальные циклы при желании можно продолжать передавать.
Вместо кодирования на основе полусинусоидальных колебательных сигналов для кодирования бита можно использовать полные синусоидальные сигналы, чтобы избежать насыщения трансформатора, посредством обеспечения симметричного сигнала. Поэтому предпочтительный пример имеет бит, закодированный как повышение или понижение полного синусоидального сигнала.
На фиг. 2 показано устройство для кодирования одной фазы.
На фиг. 4 показана альтернативная цепь, в которой единственный трансформатор, имеющий единственную первичную обмотку 122 и три вторичных обмотки 124а, 124b и 124с, обеспечивает кодирование всех трех фаз L1, L2, L3, каждая из которых передает мощность на соответствующую нагрузку в форме осветительных приборов 46, 47, 48.
В этом примере также показано полномостовое переключающее устройство. Это является предпочтительным улучшением более базового подхода с двумя переключателями по фиг. 2.
Это переключающее устройство имеет четыре переключателя 125a, 125b, 125c 125d, а это значит, что первичная обмотка 122 может быть подключена в любой ориентации между нейтральной линией N и одной из линий фаз L1. Когда замкнуты переключатели 125а и 125с первичная обмотка имеет одну ориентацию, а когда замкнуты переключатели 125b и 125d первичная обмотка имеет противоположную ориентацию. Это значит, что трансформатор может ступенчато повышать или понижать напряжение в зависимости от необходимости.
Альтернативой трем отдельным обмоткам на трех фазах является создание единственной обмотки на проводе нейтрали. Пример цепи, построенной таким способом, показан на фиг. 5.
Все эти примеры работают одним концептуальным способом, заключающимся в том, что трансформатор имеет первую обмотку, соединенную последовательно с выходом. Переключающее устройство применяется для установки конфигурации цепи второй обмотки трансформатора (которой в приведенном примере является первичная обмотка). Контроллер переключения управляет переключающим устройством для обеспечения изменения выходного напряжения для кодирования двоичного бита цифровой информации.
На фиг. 6 показан один пример контроллера по настоящему изобретению. Этот пример основан на предпочтительной полномостовой конфигурации переключателя, показанной на фиг. 4, но с единственной линией фазы L1. Переключающее устройство показано в общем виде позицией 50. В этом примере трансформатор изменяет напряжение на 2 В, хотя возможно изменение на 1 В или даже меньше.
Этот пример цепи имеет цепь выборки и мониторинга для выборки и мониторинга напряжения сетевого источника 4 перед трансформатором 2 и для выборки и мониторинга выходного напряжения. Выборка и мониторинг осуществляются контролером 28 переключения, который получает цифровые сигналы от аналого-цифрового преобразователя 52. Показан переключатель 54 выборки, который подает сетевое входное или выходное напряжение на преобразователь 52. Разумеется, вместо этого могут быть предусмотрены отдельные преобразователи для входного и выходного напряжений.
Аналого-цифровой преобразователь подает замеры входного сетевого напряжения и выходного напряжения на контроллер 28. Во время полуцикла контроллер приводит в действие переключающее устройство так, чтобы среднее выходное напряжение соответствовало требуемому коду бита. Когда для кодирования каждого кодированного бита используется полная синусоида, кодируются два последовательных полуцикла так, чтобы они имели одинаковую величину среднего выходного напряжения. Однако, поскольку каждая пара полуциклов кодирует одну и ту же информацию (чтобы сохранять нулевую среднюю величину) при операции декодирования потребуется проанализировать только один полуцикл.
Частота выборки и фильтр на входе аналого-цифрового преобразователя достаточно высоки так, что алгоритм в контроллере имеет достаточно времени, чтобы скорректировать колебательный сигнал.
Например, частота выборки аналого-цифрового преобразователя может быть 50 кГц по сравнению с частотой сети 50 Гц. Частота переключения трансформатора также выше частоты сети, чтобы на каждом полуцикле колебательного сигнала сети можно было осуществлять множество настроек трансформатора.
Частота выборки АЦП может, например, в 100 раз превышать частоту сети, и переключение трансформатора можно, например, осуществлять от двух до пяти раз на полусинусоиду сетевого частотного сигнала.
Когда осуществляется мониторинг входного сетевого напряжения, шум в сети можно измерять и компенсировать при кодировании сигнала.
Например, можно отслеживать среднее сетевое напряжение в течение прошедшего периода времени (например, 1-3 с) и использовать его как эталон для определения, имеет ли сетевой сигнал компонент шума. Протокол кодирования может обеспечить равное количество нулей и единиц для поддержания постоянной средней величины. Таким образом, изменения средней величины в сети вызваны шумом.
В одном примере кодирующая система использует методику декодирования, основанную на измерении среднего напряжения в полном полуцикле периодического выходного напряжения. Это значит, что можно регулировать напряжение во время этого полуцикла так, чтобы окончательное среднее напряжение приняло требуемую величину.
Для сетевого сигнала частотой 50 Гц полуцикл имеет длительность 10 мс. Если контроллер измерил -230 мВ сетевого шума в первые 5 мс полуцикла, он может затем закодировать дополнительные +230 мВ во время второй части полуцикла, чтобы выходное напряжение соответствовало сетевому выходу, свободному от шума. Таким способом, алгоритм может работать как непрерывный прогноз конца полуцикла.
На фиг. 7 приведено графическое представление одного примера того, как можно реализовать способ по настоящему изобретению.
Показано входное сетевое напряжение на контроллере кодирования линии электропередачи. Контроллер начинает кодирование сетевого полуцикла, показанного с периодами 1 и 2, повышением или понижением напряжения, что необходимо для кодирования бита.
После периода 1 (т.е., посередине, т.е., через 5 мс в 50 Гц системе сети) передатчик измеряет входной шум сети, усредненный за период 1. Контроллер, затем, регулирует повышение или понижение напряжения так, чтобы ожидаемое полное кодирование напряжения после полного полуцикла точно соответствовало требованиям протокола кодирования линии электропередачи.
Когда напряжение регулируется это можно считать активной конфигурацией цепи второй обмотки, а когда изменение напряжения не осуществляют, это можно считать пассивной конфигурацией цепи второй обмотки.
Для обеспечения кодирования с использованием полного синусоидального колебательного сигнала вторую половину цикла просто кодируют так, чтобы средняя величина соответствовала величине, примененной к первой половине цикла.
Альтернативным подходом является непрерывное измерение контроллером входного сетевого напряжения и непрерывное регулирование его модуляции на выходе так, чтобы полный интегрированный полуцикл (среднее напряжение) был точно таким, как предписано протоколом кодирования линии электропередачи.
В любом случае, модуляция для обеспечения кодирования линии электропередач адаптируется на основе шума в сетевом входе, поэтому модуляция (которая изменяет выходное напряжение) осуществляется в зависимости от измеренного сетевого напряжения и целевого выходного напряжения. Целевое выходное напряжение является желательным напряжением для кодирования конкретного бита данных.
Система по существу отфильтровывает входной шум и это повышает отношение сигнал/шум сигнала выходного напряжения. Среднеквадратичный шум сетевого электропитания в кодированном колебательном сигнале выходного напряжения может быть ниже, чем в исходном сетевом сигнале. Альтернативно, можно использовать меньшую амплитуду модуляции, достигая того же отношения сигнал/шум. Меньшая модуляция напряжения приводит к уменьшению передатчиков и уменьшению стоимости. Этого можно достичь, в частности, поскольку в случае, когда шум уже изменил сетевой колебательный сигнал до состояния, которое будет декодировано приемником как "1", никакой дополнительной модуляции трансформатором не требуется.
Способ по настоящему изобретению по существу реализуется контроллером 28 переключения с использованием измеренных напряжений и величины кодируемого бита.
Контроллер может быть реализован различными способами с помощью программных и/или аппаратных средств для выполнения разных функций, описанных выше. Процессор является одним примером контроллера, в котором применяется один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с помощью программных средств (например, микрокода) для выполнения требуемых функций. Однако контроллер может быть реализован с применением процессора или без него, а также может быть реализован как комбинация специализированных аппаратных средств для выполнения некоторых функций, и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных схем) для выполнения других функций.
Примерами компонентов контроллера, которые могут применяться в разных вариантах осуществления настоящего изобретения, описанных выше, являются, помимо прочего, известные микропроцессоры (например, недорогой 8-разрядный микропроцессор с встроенным АЦП), специализированные интегральные микросхемы (ASIC) и перепрограммируемые матрицы логических элементов (FPGA).
В различных вариантах процессор или контроллер может быть связан с одним или более запоминающим устройством, например, энергозависимым или энергонезависимым компьютерным запоминающим устройством, таким как ОЗУ, ППЗУ, ЭППЗУ и ЭСППЗУ, гибкие диски, компактные диски, оптические диски, магнитная лента и пр. В некоторых вариантах осуществления в запоминающем устройстве может храниться одна или более программа, которая при выполнении одним или более процессором и/или контроллером выполняет требуемые функции. Различные запоминающие устройства могут быть встроены в процессор или контроллер или могут быть транспортируемыми так, чтобы одна или более программа, хранящаяся в них, могли быть загружены в процессор или контроллер.
Изобретение относится в целом к системам электроснабжения переменного тока с амплитудной модуляцией. Освещение, приведенное выше в качестве примера, является лишь одним конкретным примером применения настоящего изобретения.
В осветительной системе, в которой используется котроллер по настоящему изобретению для кодирования данных, осветительный прибор может управляться для обеспечения уменьшения силы света или для других целей, например, для управления цветовой точкой.
Пример, описанный выше, основан на системе кодирования, в которой среднее напряжение за время полуцикла сетевого сигнала кодирует один бит данных.
Поэтому периоды цикла, во время которых применяется кодирование, могут содержать только положительные полуциклы, только отрицательные полуциклы или полный цикл. Можно также кодировать два независимых потока данных - один с помощью положительных полуциклов, и один с помощью отрицательных полуциклов.
Кодированные данные могут содержать шифрованный поток данных, которые могут формироваться в пакеты данных. Можно применять различные варианты, описанные в WO 2013/061206.
В вышеописанном примере осуществляется мониторинг входного сетевого напряжения и выходного напряжения после трансформатора. Это обеспечивает комбинированный подход на основе обратной связи и прямой связи.
Вместо этого может осуществляться мониторинг только выходного напряжения. При этом используется подход на основе обратной связи. В этом случае контроллер определяет настройку трансформатора на основе обратной связи, направленной на кодирование окончательного среднего напряжения полусинусоидального сигнала, где требуемая величина представляет закодированный бит.
Аналогично, система может осуществлять мониторинг только входного напряжения. Это позволяет определять шумы и последующее кодирование адаптируется с учетом этой информации о шумах.
Существует много способов увеличить надежность декодирования. Например, можно использовать кодирование с упреждающим исправлением ошибок (например 8-в-14 битное кодирование, применяемое в DVD) и повтор команд. Кодирование может быть основано на множестве синусоидальных колебательных сигналов, а не на отдельных полусинусоидальных сигналах, как описано выше, например, на среднеквадратичной величине множества циклов, чтобы повысить надежность.
Для требуемого изменения напряжения трансформатор просто включается на требуемый отрезок времени, чтобы реализовать управление на основе широтно-импульсной модуляции для получения требуемого выходного напряжения.
Выше были приведены два примера конфигурации обмоток трансформатора, но возможны и другие примеры. По существу, все, что требуется, это обмотка, включенная последовательно с выходом, чтобы выходное напряжение можно было модулировать, а также способ активации и деактивации обмотки.
Специалисты могут понять и реализовать другие модификации описанных вариантов, изучив чертежи, описание и приложенную формулу изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает наличия и других элементов или этапов, а единственное число на исключает множественного. Один только факт того, что некоторые признаки приведены в разных зависимых пунктах формулы, не означает, что невозможны полезные комбинации этих признаков. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие ее объем.
1. Контроллер для обеспечения амплитудно-модулированного кодирования выходного напряжения линии электропередачи на выходе контроллера, при этом это выходное напряжение получено из сетевого входного напряжения (4) питания и содержит периодический колебательный сигнал, при этом контроллер содержит:
трансформатор (2), имеющий первую обмотку (122), соединенную последовательно между сетевым входным напряжением (4) питания и выходом;
цепь (52) выборки и мониторинга для выборки и мониторинга напряжения сетевого источника (4) напряжения перед трансформатором и/или для выборки и мониторинга выходного напряжения, при этом частота выборки цепи выборки и мониторинга выше, чем частота сети;
переключающее устройство (50) для установки конфигурации цепи второй обмотки (124) трансформатора;
контроллер (28) переключения для управления переключающим устройством (50) для изменения выходного напряжения в зависимости от измеренного напряжения или напряжений и целевого выходного напряжения, которое содержит напряжение, которое кодирует двоичный бит цифровой информации так, что каждый полуцикл или каждый полный цикл выходного напряжения кодирует бит информации путем изменения выходного напряжения.
2. Контроллер по п. 1, в котором цепь (52) выборки и мониторинга выполнена с возможностью осуществлять выборку и мониторинг только выходного напряжения.
3. Контроллер по п. 1, в котором целевое выходное напряжение является средней величиной целевого напряжения за один полуцикл периодического выходного напряжения
4. Контроллер по п. 3, в котором контроллер (28) переключения предназначен для управления переключающим устройством (50) для обеспечения изменения выходного напряжения так, чтобы величина другого полуцикла также была целевым выходным напряжением.
5. Контроллер по п. 1, в котором трансформатор (2) предназначен для обеспечения:
ступенчатого повышения напряжения при активной конфигурации переключающего устройства и отсутствия изменения напряжения при пассивной конфигурации переключающего устройства; или
ступенчатого понижения напряжения при активной конфигурации переключающего устройства и отсутствия изменения напряжения при пассивной конфигурации переключающего устройства; или
ступенчатого повышения напряжения при первой активной конфигурации переключающего устройства, ступенчатого понижения напряжения при второй активной конфигурации переключающего устройства и отсутствия изменения напряжения при пассивной конфигурации переключающего устройства.
6. Контроллер по п. 1, в котором первая обмотка (122) трансформатора (2) включена последовательно с линией фазы (L1), от которой поступает выходное напряжение, а вторая обмотка (124) выполнена с возможностью переключения переключающим устройством между линией фазы (L1) и нейтральной линией (N).
7. Контроллер по п. 1, в котором первая обмотка (122) трансформатора (2) включена последовательно с нейтральной линией, а вторая обмотка (124) выполнена с возможностью переключения переключающим устройством между линией фазы (L1) и нейтральной линией (N).
8. Контроллер освещения, содержащий контроллер по п. 1 и кодирующую систему для обеспечения целевых выходных напряжений, которые кодируют информацию управления освещением.
9. Способ управления периодическим выходным напряжением на выходе для обеспечения амплитудно-модулированного кодирования линии электропередачи, содержащий этапы, на которых:
получают сетевое напряжение питания (4);
подключают первую обмотку (122) трансформатора (2) последовательно между сетевым входным напряжением (4) питания и выходом;
осуществляют выборку и мониторинг напряжения сетевого напряжения (4) питания перед трансформатором и/или осуществляют выборку и мониторинг выходного напряжения, при этом частота выборки выше, чем частота сети; и
устанавливают конфигурацию цепи второй обмотки (124) трансформатора (2) в зависимости от измеренного напряжения или напряжений и целевого выходного напряжения, которое содержит напряжение, которое кодирует двоичный бит цифровой информации, причем в одной конфигурации цепи трансформатор обеспечивает изменение входного напряжения так, что каждый полуцикл каждого полного цикла выходного напряжения кодирует бит информации путем изменения выходного напряжения.
10. Способ по п. 9, в котором целевое выходное напряжение является целевым средним напряжением полуцикла периодического выходного напряжения.
11. Способ по п. 9, при котором установка конфигурации цепи обеспечивает:
ступенчатое повышение напряжения при активной конфигурации переключающего устройства и отсутствие изменения напряжения при пассивной конфигурации переключающего устройства; или
ступенчатое понижение напряжения при активной конфигурации переключающего устройства и отсутствие изменения напряжения при пассивной конфигурации переключающего устройства; или
ступенчатое повышение напряжения при первой активной конфигурации переключающего устройства, ступенчатое понижение напряжения при второй активной конфигурации переключающего устройства и отсутствие изменения напряжения при пассивной конфигурации переключающего устройства.
12. Способ по любому из п. 9, при котором выборку и мониторинг осуществляют на первой части периода при первой установленной конфигурации цепи, а вторую конфигурацию цепи устанавливают для второй части этого периода для получения целевого выходного напряжения.
13. Способ по п. 12, при котором первая часть и вторая часть совместно образуют полупериод.
14. Способ по п. 9, при котором выборку и мониторинг осуществляют непрерывно, а конфигурацию цепи регулируют непрерывно.
15. Способ по п. 9, при котором установка конфигурации цепи включает выборочное переключение второй обмотки между линией фазы и нейтральной линией.
