专利名称：用于控制电气负载的通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制电气负载的通信系统，在所述通信系统中数据和能量经由同一根负载导线进行传输，简称为负载导线通信系统。这种系统例如应用在用于灯或者灯具的亮度调节或颜色选择的安装技术中。
背景技术：
传统的用于灯亮度控制的系统通常基于供电电压的相位的起始截止(Anschnitt) 或结束截止(Abschnitt)。取决于构造，根据控制设备和所连接的负载的实施方式在控制设备中能够出现电气耗损，所述电气耗损能够伴随强放热。为了仍能控制大的负载，因此典型地以ー个或多个负载扩展模块对所述系统进行补充。之前単独通过控制设备提供的电流和由此积累的耗损功率然后在控制设备和至少ー个负载扩展模块之间划分。发明目的本发明所基于的任务是，给出ー种对于较大的负载也合适的用于控制电气负载的通信系统。按照本发明该任务通过用于控制电气负载或者负载模块的通信系统得到解決， 带有控制设备，所述控制设备ー侧连接在供电电压源的相线上并且其输出端构成用于连接至少ー个负载模块的负载导线，所述控制设备另ー侧与供电电压源的零线相连； 其中所述控制设备仅在相对于供电电压周期性出现的能量传输时间窗ロ期间允许供电电流从供电电压源到至少ー个负载模块上并且在与能量传输时间窗ロ不重叠的通信时间窗ロ期间通过检测和/或调制经由控制设备和至少ー个负载模块之间的负载导线的通信电流而出现双向通信； 其中设置至少ー个负载扩展模块，其ー侧与相线相连并且另一侧与负载导线相连； 并且其中至少ー个负载扩展模块经由控制线与控制设备相连并且被操控成使得在能量传输时间窗ロ期间-然而不是在通信时间窗ロ期间-允许供电电流从供电电压源到至少ー个负载模块上。利用本发明可获得的优点尤其是在干，以同步的方式驱动较大的负载，其中所述数据传输和能量传输在时间上是彼此隔开的并且经由共同的负载导线在控制设备和多个负载模块之间利用任意信息的传输进行双向通信是可能的。出于经济原因，例如控制设备的布置能够限制到比较小的负载，例如限制到500W，而通过至少ー个负载扩展模块提供附加所需的功率。本发明的适宜的拓展方案在从属权利要求中表征。
以下根据在附图中示出的实施例阐述本发明。其中
图1示出了由控制设备、多个负载模块和多个负载扩展模块组成的、用于控制电气负载的通信系统；图2示出了控制设备的示意构造；图3示出了负载模块的示意构造；图4示出了负载扩展模块的示意构造；图5示出了在同样的构造形式的控制设备和负载扩展模块情况下供电电压和负载电流的时间曲线的实施例。參考记号列表
1控制设备
2. 1、2· 2、2· η第一负载模块，第二负载模块，第Π负载模块
3. 1、3· 2、3· m第一负载扩展模块，第二负载扩展模块，第m负载扩展模块
4供电电压源
5功率开关
6微处理器
7电网部件
8微处理器
9电流调制解调器
10功率开关
11供电块
12微处理器
13电流调制解调器
14功率块
15负载
EF能量传输时间窗ロ
'Imax在正极电网半波情况下的最大电流值
:min在正极电网半波情况下的最小电流值
Imax在负极电网半波情况下的最大电流值
:min在负极电网半波情况下的最小电流值
Il负载电流(总电流)
Ils流经控制设备的负载电流
Ille流经负载扩展模块的负载电流
KF通信时间窗ロ
L供电电压源的相线
L'负载导线
N电网导线的中性线(零线)
S控制线
SYN同步时间窗ロ
U供电电压，电网电压
具体实施例方式在图1示出了由控制设备、多个负载模块和多个负载扩展模块组成的、用于控制电气负载的通信系统。该通信系统包括控制设备1，控制设备1与η个彼此并联的负载模块 2. 1,2.2,……2.n串联在相线L和供电电压源4的中性线(零线)N之间。负载导线L' 表示控制设备1和负载模块2. 1,2. 2、……2. η之间的连接导线。负载模块2. 1,2. 2、…… 2. η的相应其它端子位于中性线N上。附加地，在相线L和负载导线L'之间有多个负载扩展模块3.1,3. 2、……3. m与控制设备1并联。该负载扩展模块3.1,3. 2、……3. m经由控制线S与控制设备1相连。能够不同地选择所述控制线S的实施， 其能够是多芯的； 其能够是单向的或双向的； 其能够实施成为串联的数据总线。从供电电压源4中获取的负载电流レ被划分成流经控制设备1的电流分量Iじ和流经至少ー个负载扩展模块3. 1,3. 2、……3. m的电流分量Illeo不仅控制设备1、而且负载扩展模块3. 1、3. 2、……3. m优选构成为使得它们能够装到市场上常见的暗装设备插座(直径60mm，深度40mm)中。在图2中示出了控制设备的示意构造。该控制设备1包括微处理器8，微处理器8 与电流调制解调器9、功率开关10和供电块11相连。该电流调制解调器9、功率开关10和供电块11彼此并联在电网导线的相线L和负载导线L'之间。该供电块11用于在需要时从相线L中获取电能等等，以便驱动微处理器8、电流调制解调器9和功率开关10。该供电块11由微处理器8进行操控，使得仅当从相线L中获取电能通过微处理器8预先规定时，才从相线L中获取电能。否则，该供电块11至少在控制设备1和负载模块2. 1,2. 2、……2. η之间的通信期间保持在高阻抗状态。该电流调制解调器9用于在电流通路中监测负载电流或者电流分量Iじ以及用于调节所期望的阻抗(控制和监测电流水平)，使得经由负载导线L'的通信成为可能。该功率开关10由微处理器8控制，使得所述功率开关10在经由负载导线L'发生通信期间断开并且为了传输电能到负载模块2. 1、2.2、……2. η上在通信窗ロ之外在能量传输时间窗ロ EF期间闭合。为了传递信息，数据位借助微处理器8通过电流调制解调器9的阻抗的匹配得到调制，其中在通信时间窗ロ KF期间的负载电流通过电流信号的合适切換、通过预规定的调制法而在最小电流值Imin和最大电流值Imax范围内改变。此外，该电流调制解调器9能够借助微处理器8通过在电流通路中測量负载电流来接收数据或者信息。另外重要的是控制线 S连接在微处理器8上。在图3中示出了负载模块的示意构造。该负载模块2. 1、2.2、……2. η包括微处理器12、电流调制解调器13、功率块14和负载15。该电流调制解调器13和功率块14并联在负载导线L'和电网导线的零线N之间。该负载15例如能够以灯或其它耗电设备形式构成。该功率块14用于从负载导线L'中获取电能，以便一方面给微处理器12和电流调制解调器13供电并且另一方面驱动负载15。如上面对于供电块11所述，该功率块14在微处理器12的控制下获取电能。在灯作为负载15的情况下，在単色灯情况下的亮度或在彩色灯情况下的亮度和颜色能够改变并且能够从灯获得关于灯状态的反馈(例如关于灯中故障的信息，所述灯的功率消耗等等)。在图4中示出了负载扩展模块的示意构造。该负载扩展模块3. 1、3. 2、……3. m 的内部构造与控制设备1的构造相似。负载扩展模块3. 1、3.2、……3.m具有功率开关5、 电网部件7以及微处理器6，却没有调制解调器。该功率开关5和电网部件7与相线L和负载导线L'相连。该微处理器6连接在控制线S上并且操控功率开关5和电网部件7。该功率开关5在能量传输窗ロ EF期间闭合。因此，此刻负载电流I皿流经至少一个负载扩展模块3. 1、3. 2、……3.m。该功率开关5在每个其它时间上断开。该电网部件7 用于给微处理器6供电。该微处理器6分析控制设备1的控制信号，使得至少ー个负载扩展模块经由所述ー个或多个专用的控制线S与控制设备1同歩。在图5中示出了在同样的构造形式的控制设备和负载扩展模块情况下的供电电压(电网电压)和负载电流或者电流分量的时间曲线的实施例。在所观察的通信系统中， 供电电压U的每个周期在时间上被划分成 通信时间窗ロ KF 能量传输时间窗ロ(能量传输相位.·)EF。另外，为供电电压U的每个极性切換预规定同步时间窗ロ SYN。在通信时间窗ロ KF期间，数据从控制设备1发送到ー个负载模块(单播)或多个负载模块2. 1、2.2、……2. n(组播)上或从至少ー个负载模块2. 1、2. 2、……2. η发送到控制设备1上，也就是说双向通信是可能的。在通信时间窗ロ KF内，按照预规定的调制法， 数据位通过在正极电网半波情况下的最大电流值+Imax和在正极电网半波情况下的最小电流值+Imin之间以及在负极电网半波情况下的最大电流值-Imax和在负极电网半波情况下的最小电流值-Imax之间的电流信号的合适的切換来表示。在能量传输时间窗ロ EF期间给负载模块2. 1、2.2、……2. η供给电能，所述电能通常缓存在能量存储器内。经由控制线S与控制设备1同步的负载扩展模块3. 1,3. 2、…… 3. m在能量传输时间窗ロ EF期间是活动的。对于通信时间窗ロ KF的持续时间，所述负载扩展模块3. 1、3.2、……3. m在相线L和负载导线L'之间表现为高阻杭。因此，所述负载扩展模块3. 1、3.2、……3. m根本不会影响控制设备1和负载模块2. 1,2.2,……2. η之间的
通イロ‘。在能量传输窗ロ EF期间，负载电流也就是流经所有负载的总电流被划分成流经控制设备1的电流分量、和流经至少ー个负载扩展模块3. 1、3.2、…….3.m的电流分量I皿。控制设备和负载扩展模块3. 1、3.2、……3. m之间的负载分配能够以不同的方式进行，以下阐述其中三种方式A)如果所有功率开关10、5不仅在控制设备1中、而且在负载扩展模块3. 1、 3. 2、……3. m中理想地布置，那么所述负载电流ら被划分成平均的分量。然而这根据实施形式不是一直适宜的。B)负载电流レ的不平均的划分能够通过在功率开关中的不同体积电阻实现。如果流经负载扩展模块3. 1,3. 2、……3. m的电流分量I皿略大于流经控制设备1的电流分量I⑸那么为此选择带有如下体积电阻的功率开关5，所述体积电阻小于在控制设备1中的功率开关10的体积电阻。
C)代替将负载电流ら在控制设备1和负载扩展模块3. 1、3. 2、……3.m之间划分，该控制设备1在能量传输时间窗ロ EF期间也能够保持高阻杭。在这种情况下负载电流込专门分给负载扩展模块3. 1、3. 2、……3. m，也就是込=Le并且、=0成立。这根据实施形式能够是有利的。在图5中示出的被划分成流经控制设备1的电流分量Iじ和流经与其并联的负载扩展模块3. 1的电流分量I皿的负载电流ら的曲线是以情况A)为前提，在所述情况A)中， 控制设备1和负载扩展模块3. 1的体积电阻是ー样的并且因此I皿=Ils成立。
权利要求
1.用于控制电气负载或者负载模块(2.1,2. 1,2. η)的通信系统， 带有控制设备(1)，所述控制设备(1) 一侧连接在供电电压源(4)的相线(L)上并且其输出端构成用于连接至少ー个负载模块(2. 1,2. 1,2. η)的负载导线(L')，所述控制设备(1)另ー侧与所述供电电压源的零线(N)相连； 其中所述控制设备(1)仅在相对于供电电压(U)周期性出现的能量传输时间窗ロ (EF)期间允许供电电流从所述供电电压源(4)到所述至少ー个负载模块(2. 1,2. 1,2. η)上并且在与所述能量传输时间窗ロ(EF)不重叠的通信时间窗ロ(KF)期间通过检测和/或调制经由所述控制设备(1)和所述至少ー个负载模块(2. 1,2. 1,2. η)之间的负载导线(L') 的通信电流而出现双向通信； 其中设置至少ー个负载扩展模块(3. l、3.2、3.m)，其一侧与所述相线(L)相连并且另ー侧与所述负载导线(L')相连； 并且其中所述至少ー个负载扩展模块(3. 1,3. 2、3.m)经由控制线(S)与所述控制设备(1)相连并且被操控成使得在所述能量传输时间窗ロ(EF)期间-然而不是在所述通信时间窗ロ(KF)期间-允许供电电流从所述供电电压源⑷到所述至少ー个负载模块(2. 1、 2. 1,2. η)上。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在干，所述控制设备(1)包括与所述控制线 (S)相连的微处理器(8)，所述微处理器(8)与用于检测通信电流的电流调制解调器(9)、用于调制通信电流的功率开关(10)和接通供电电流的供电块(11)相连。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在干，负载扩展模块(3.1,3. 2、3.m)具有接通供电电流的功率开关(5)和与所述控制线(S)相连的、用于操控所述功率开关(5)的微处理器(6)。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在干，所述负载模块(2.l、2.2、2.n)包括微处理器(12)、用于检测通信电流的电流调制解调器(13)和用于为优选构成为灯的负载 (15)馈电的功率块(14)。
全文摘要
本发明名称是用于控制电气负载的通信系统，提出控制电气负载或负载模块的通信系统，带有控制设备，其一侧连接到供电电压源的相线且其输出端构成连接至少一个负载模块的负载导线，其另一侧与供电电压源的零线相连；控制设备仅在对于供电电压周期性出现的能量传输时间窗口期间允许供电电流从供电电压源到至少一个负载模块且在与能量传输时间窗口不重叠的通信时间窗口期间通过检测和/或调制经由控制设备和至少一个负载模块之间的负载导线的通信电流出现双向通信；设置至少一个负载扩展模块，其一侧与相线且另一侧与负载导线相连；其经由控制线与控制设备相连且操控成使能量传输时间窗口期间允许供电电流从供电电压源到至少一个负载模块。
文档编号H04B3/54GK102548133SQ20111041657
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月25日 优先权日2010年11月26日
发明者A·埃克勒贝, D·戈迪恩, F·钦梅克, G-L·马多纳, H·林德, M·西米诺, P·吕梅纳普夫, R·布洛赫, T·鲁希瓦尔 申请人:Abb股份公司