DE102006015712A1 - AC/DC-Power Line Communication-Modem - Google Patents

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Abstract

Ein AC/DC-Leistungsgerät für AC/DC-Power Line Communication wird bereitgestellt. Eine AC/DC-Schutzschaltung, die mit einem AC/DC-Stromnetz gekoppelt ist, kann einen Wechselstrom oder einen Gleichstrom empfangen. Eine AC/DC-Konfigurationsschaltung, die mit der AC/DC-Schutzschaltung gekoppelt ist, wird verwendet, um zwischen einem Wechselstrommodus und einem Gleichstrommodus der PLC zu schalten. Eine AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung, die mit der AC/DC-Konfigurationsschaltung gekoppelt ist, dient dazu, den empfangenen Strom zu koppeln und zu filtern und koppelt anschließend eine Wechselspannung oder eine erste Gleichspannung. Ein AC/DC-Umrichter, der mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung gekoppelt ist, wird für das Umrichten der Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung verwendet. Ein DC/DC-Umrichter, der mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung und dem AC/DC-Umrichter gekoppelt ist, dient dazu, die erste Gleichspannung (Gleichstrommodus) umzuwandeln und die zweite Gleichspannung (Wechselstrommodus) umzuwandeln, um Gleichspannungen jeweils an die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems auszugeben.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik eines Power Line Communication (PLC)-Modems und insbesondere auf ein Modem, das für Wechselstrom-(AC, alternating current)/Gleichstrom-(DC, direct current) Power Line Communication verwendet wird.
  • Beschreibung der zugehörigen Technik
  • Das Heimnetzwerk ist eine notwendige Infrastruktur für eine digitalisierte Familie, Geräte bei digitalen Familien der Zukunft werden mit der Funktion eines Netzanschlusses bereitgestellt werden. Power Line Communication (PLC) ist eines der Verfahren für das Implementieren des Familiennetzwerks. In einem normalen Stromversorgungsnetz wird eine Spannung, die von einem Kraftwerk erzeugt wurde, über eine Hochspannungsleitung an eine Umspannstation und dann über eine Mittelspannungsleitung an einen sich im Freien befindenden Transformator übertragen, so dass die Spannung in eine Niederspannung umgewandelt wird. Die Niederspannung wird dann über eine Niederspannungsleitung zu jeder Familie übertragen. Das PLC-Netzwerk verwendet somit eine vorhandene Hardware-Ausstattung ohne zusätzliche Verkabelung.
  • Ein PLC-Netzwerk kann über die vorher erwähnten Mittelspannungs- oder Niederspannungsleitungen mit dem externen Internet verbunden werden, und ein normaler Anwender kann durch Verwenden der Niederspannungsübertragungsleitung auf die Netzwerkdaten zugreifen. Derzeit ist das interne PLC-Heimnetzwerk ein Niederspannungs-Wechselstrom (AC)-PLC-Netzwerk (110V/220V). 1 ist eine schematische Ansicht der Architektur eines PLC-Systems. Der obere Abschnitt von 1 zeigt schematisch ein internes PLC-Heimnetzwerk. Der Anwender kann durch das Anschließen eines Niederspannungs-PLC-Modems an das Stromnetz auf Netzwerkressourcen zugreifen. Ein derartiges Modem weist auf einer Seite eine Steckerstruktur auf sowie mehrere verfügbare digitale Schnittstellen auf der anderen Seite, die geeignet sind, an den Computer angeschlossen zu werden, zum Beispiel Ethernet, USB, RS-232, und ähnliches. Das PLC-Modem kann einen Koppler 20, eine interne Heimschaltung eines PLC-Modems 12 und eine digitale Schnittstelle 14 einschließen. Der Koppler 20 kann verwendet werden, um ein Signal mit einem Wechselstromnetz 10 zu koppeln, oder um Daten zu erhalten, die über das Stromsignal von dem Wechselstromnetz 10 für die Übertragung geführt werden. Über die digitale Schnittstelle 14 kann der Anwender auf Daten zugreifen. Der untere Abschnitt der 1 zeigt schematisch ein externes Mittelspannungs- oder Niederspannungs-PLC-Netzwerk, das einen Koppler 20, eine Schaltung 18 eines PLC-Modems für den Zugriff auf ein externes Netzwerk sowie eine Schnittstelle eines Backbone-Netzwerks 22 einschließt. Dieser Teil verwendet hauptsächlich die Verbindung zwischen dem externen Mittelspannungs- oder Niederspannungsnetzwerk und dem Internet, um Daten zu übertragen.
  • 2 ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Niederspannungs-PLC-Modems. 2 zeigt eine Schaltung, die für die Signalverarbeitung in dem Modem zuständig ist. Das in einem Heimnetzwerk verwendete PLC ist ein Niederspannungs-Wechselstrom-PLC-Modem, in dem das hochfrequente Signal mit der Information in dem Stromnetz transportiert wird und Daten über das Stromnetz übertragen werden. Mit dem herkömmlichen Niederspannungs-Wechselspannungs-PLC-Modem wird das hochfrequente Signal von dem Stromnetz getrennt. Das Funktionsprinzip des Niederspannungs-Wechselstroms-PLCs ist es, Signale zu übertragen, indem die Bandbreite in dem Bereich von 4 MHz bis 21 MHz (z.B. HomePlug 1.0) oder von 2 MHz bis 28 MHz (z.B. HomePlug AV) verwendet wird. Der obere Abschnitt von 2 zeigt einen Empfänger und der untere Abschnitt zeigt einen Sender. Der Sender moduliert und kanalkodiert die Datensignale des Anwenders über eine digitale Schnittstelle 44, eine Medienzugriffssteuerungsebene 42 (MAC, media access control) und eine physikalische (PHY) Ebene 40 durch das Verwenden einer Modulationstechnik durch orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) und einer Kanalkodierungstechnik mit Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC, Forward Error Correction). Der Sender ist mit dem Stromnetz 10 über einen Digital-zu-Analog-Umrichter (DAC, digital to analog converter), einen analogen Eingang (AFE, analog front end) 38 und eine Signalkoppler- und Schutzschaltung 30 gekoppelt, um Daten zu übertragen. In dem Empfängerabschnitt wird das Datensignal zunächst über eine Signalkoppler- und Schutzschaltung 30 und den AFE/ADC 32 übertragen. Dann wird mit der OFDM-Demodulierung und der FEC-Kanaldecodierung 34 der physikalischen Ebene (PHY) 34 das Datensignal des Anwenders demoduliert und kanaldekodiert. Anschließend werden die empfangenen Signaldaten über eine MAC-Ebene 36 wiederhergestellt.
  • 3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines stromverarbeitenden Teils und eines signalverarbeitenden Teils eines herkömmlichen Wechselstrom-PLC-Modems. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Wechselstrom-PLC-Modem hauptsächlich zwei Teile: einer ist ein signalverarbeitender Teil des PLC-Modems, und der andere ist ein wechselspannungsverarbeitender Teil des Stromnetzes. Die bidirektionalen gestrichelten Linien in dem unteren Abschnitt der Figur zeigen den signalverarbeitenden Teil des PLC-Modems, und die unidirektionalen durchgehenden Linien in dem oberen Abschnitt zeigen den spannungsverarbeitenden Teil des PLC. Der signalverarbeitende Teil umfasst eine Signalkoppler- und Schutzschaltung 56, eine Schaltung des PLC-Modems 58 und eine digitale Schnittstelle 60. Die Funktionsweise im Detail ist dieselbe wie in 2 und wird deswegen hier nicht redundant beschrieben.
  • Der wechselstromverarbeitende Teil umfasst eine Wechselspannungskoppler- und Schutzschaltung 50, einen AC/DC-Umrichter 52 und einen DC/DC-Umrichter 54. Die Wechselspannungskoppler- und Schutzschaltung 50 koppelt die Wechselspannung aus dem Stromnetz und ist in der Lage, die Störungen/Rauschen des AC/DC-Stroms zu unterdrücken und den AC/DC-Strom zu sichern. Der AC/DC-Umrichter 51 wandelt die gekoppelten Wechselspannungen in Gleichspannungen um. Die von dem DC/DC-Umrichter 54 ausgegebenen Gleichspannungen werden jeweils an die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems geliefert.
  • Jedoch werden in der Zukunft mobile externe Plattformen, wie etwa Fahrzeuge, Transportbusse, Hochgeschwindigkeitszüge, Flugzeuge und schnelle Transportsysteme zunehmend denkbare Erweiterungen eines mobilen Büros und Wohnzimmers zu Hause werden. Aus diesem Grunde erfordern Konstruktionen einer herkömmlichen Infrastruktur sowohl das Netzwerk der mobilen externen Plattform als aus das interne Heimnetzwerk. Das externe PLC-Netzwerk der mobilen Plattform ist ein Gleichspannungs-PLC-Netzwerk (12V/24V/42V), aber die Entwicklung der gängigen PLC-Technik konzentriert sich nach wie vor auf das Wechselspannungs-PLC-Netzwerk. Zudem sind die derzeitige interne Netzwerkplattform und die zukünftige mobile Neztwerkplattform nicht kompatibel, da das vorhandene Wechselspannungs-PLC-Modem nicht direkt in dem Gleichspannungs-PLC der zukünftigen externen mobilen Netzwerkplattform angewendet werden kann.
  • Aus diesem Grund ist es eine dringende Aufgabe, nach einem PLC-Modem zu forschen und dieses zu entwickeln, das jeweils sowohl in dem Niederspannungs-Wechselstrom-PLC des internen Familiennetzwerks als auch in dem im Fahrzeug eingebauten Gleichspannungs-PLC des Netzwerks der externen mobilen Plattform angewendet werden kann. In dem AC/DC-PLC-System mit dualem Modus ist der AC/DC-Strom der entscheidende Teil in dem Modem.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Hinblick auf die obigen Probleme ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsgerät für ein AC/DC-Power Line Communication (PLC)-Modem bereitzustellen, das von dem AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus verwendet wird. Aus diesem Grund ist das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus mit der Fähigkeit zur Übertragung für den Zugriff auf ein Netzwerk über ein Wechselstrom- oder ein Gleichstromnetz ausgestattet, und des weiteren kann das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus in einer normalen internen Niederspannungs-Wechselstrom-PLC-Heimnetzwerkumgebung und in einer Gleichstrom-PLC-Netzwerkumgebung einer externen mobilen Plattform eingesetzt werden.
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein AC/DC-Leistungsgerät für ein AC/DC-PLC-Modem bereit. Das AC/DC-Leistungsgerät umfasst eine AC/DC-Schutzschaltung, eine AC/DC-Konfigurationsschaltung, eine AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung, einen AC/DC-Umrichter und einen DC/DC-Umrichter. Die AC/DC-Schutzschaltung ist mit dem AC/DC-Stromnetz gekoppelt, und empfängt einen Wechselstrom oder einen Gleichstrom aus dem AC/DC-Stromnetz. Die AC/DC-Konfigurationsschaltung ist mit der AC/DC-Schutzschaltung gekoppelt und wird für das Konfigurieren des PLC-Modems als ein Wechselstrom- oder ein Gleichstrommodus verwendet, abhängig davon, ob das Stromnetz ein Wechselstromnetz oder ein Gleichstromnetz ist. Die mit der AC/DC-Konfigurationsschaltung gekoppelte AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung wird verwendet, um den empfangenen Wechselstrom oder Gleichstrom zu koppeln und zu filtern, sowie für das Koppeln einer Wechselspannung oder einer ersten Gleichspannung. Der mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung gekoppelte AC/DC-Umrichter wird für das Umrichten der Wechselspannung, die mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung gekoppelt ist, und für das Ausgeben einer zweiten Gleichspannung verwendet. Der DC/DC-Umrichter ist mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung oder dem AC/DC-Umrichter gekoppelt. Im Gleichstrommodus wandelt der DC/DC-Umrichter die erste, von der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung ausgegebene Gleichspannung um und im Wechselstrommodus wandelt der DC/DC-Umrichter die zweite, von dem AC/DC-Umrichter ausgegebene Gleichspannung um, um eine Vielzahl von Gleichspannungen auszugeben, die jeweils an die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems geliefert werden sollen.
  • In dem obigen AC/DC-Leistungsgerät für ein AC/DC-Dual Mode PLC-Modem kann die AC/DC-Schutzschaltung ferner eine Sicherung und einen Metalloxidvaristor (MOV, metal oxide varistor) umfassen. Die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung kann eine Wechselstrom-Kopplungs/Filterschaltung und eine Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung umfassen. Die Wechselstrom-Kopplungs-/Filterschaltung und die Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung können jeweils wenigstens einen oder mehrere parallel geschaltete Kondensatoren und eine Gleichtaktdrossel umfassen.
  • Der Ausgang der Gleichtaktdrossel der Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung kann ferner mit einer Ferritperle (FB, ferrite bead) gekoppelt sein.
  • In dem obigen AC/DC-Leistungsgerät für ein AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus kann die AC/DC-Konfigurationsschaltung den Wechselstrommodus oder den Gleichstrommodus über einen einfachen Schalter einstellen. Der AC/DC-Umrichter kann eine Schaltung sein, die wenigstens einen Transformator und einen Brückengleichrichter umfasst. Der AC/DC-Umrichter kann eine FB umfassen, die mit dem Ausgang des Brückengleichrichters gekoppelt ist.
  • In dem obigen AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus kann der DC/DC-Umrichter einen DC/DC-Umrichter für das Ausgeben der mehreren Gleichspannungen, die jeweils an die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems geliefert werden sollen, umfassen. Die Eingänge des DC/DC-Umrichters können ferner jeweils mit der FB gekoppelt werden.
  • Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ferner ein AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus bereit. Der stromverarbeitende Teil verwendet das obige AC/DC-Leistungsgerät. Der signalverarbeitende Teil des PLC-Modems kann zum Beispiel eine digitale Schnittstelle für das Ausgeben oder Eingeben von Kommunikationsdaten, eine Schaltung eines PLC-Modems, das mit der digitalen Schnittstelle gekoppelt ist, für das Verarbeiten der Kommunikationsdaten und einen Signalkoppler, der mit dem AC/DC-Stromnetz und der Schaltung des PLC-Modems gekoppelt ist, für das Empfangen oder Übertragen der Kommunikationsdaten, umfassen. Im Allgemeinen ist die innere Struktur des signalverarbeitenden Teils nicht in besonderer Weise beschränkt, und jede Ausgestaltung der Schaltung des PLC-Modems kann mit dem AC/DC-Leistungsgerät der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
  • Zusammengefasst lässt sich sagen, dass durch das obige AC/DC-Leistungsgerät oder durch das AC/DC-PLC-Modem mit dem Leistungsgerät ein AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus bereitgestellt wird, das sowohl für das Wechselstrom-PLC des internen Heimnetzwerkes und das zukünftig im Fahrzeug eingebaute Gleichstrom-PLC für das Netzwerk der externen mobilen Plattform geeignet ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein genaueres Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und sind in diese Spezifikation inkorporiert und stellen einen Teil von ihr dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Architektur des Wechselstrom-PLC-Systems zeigt.
  • 2 ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Wechselstrom-PLC-Modems.
  • 3 ist ein schematisches Blockschaltbild, das den stromverarbeitenden Teil und den signalverarbeitenden Teil gemäß dem herkömmlichen Wechselstrom-PLC-Modem zeigt.
  • 4 ist ein Blockschaltbild eines AC/DC-Leistungsgeräts für ein AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Schaltbild, das eine exemplarische Schaltung des AC/DC-Leistungsgeräts von 4 zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung besteht darin, ein AC/DC-Power Line Communication (PLC)-Modem mit dualem Modus bereit zu stellen. Die Technologie des AC/DC-PLC-Modems mit dualem Modus schließt hauptsächlich zwei Teile ein: der eine ist die Technologie für das Verarbeiten des Signals des PLC-Modems und der andere ist die Technologie für das Verarbeiten von AC/DC-Spannungen aus dem Stromnetz. Das Verfahren, über das die Technologie für das Verarbeiten von Signalen für das PLC-Modem erreicht werden kann, ist in der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, und jede beliebige Signalverarbeitungstechnologie kann in der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Die folgende detaillierte Beschreibung konzentriert sich lediglich auf die Technologie für das Verarbeiten von Wechsel-und Gleichspannungen in Stromnetzen.
  • 4 ist ein Blockschaltbild eines AC/DC-Leistungsgeräts für ein AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt, zeigen die bidirektionalen gestrichelten Linien in dem unteren Abschnitt der Figur eine zu der Signalverarbeitung des PLC-Modems gehörige Schaltung, die im Allgemeinen z.B. eine Signalkoppler- und Schutzschaltung 102, eine Schaltung des PLC-Modems 104 und eine digitale Schnittstelle 106 einschließt. Die unidirektionalen durchgehenden Linien in dem gestrichelten Block des oberen Bereichs von 4 zeigen eine zu der Wechsel-/Gleichspannungsverarbeitung für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus gehörige Schaltung 200, die eine AC/DC-Schutzschaltung 204, eine AC/DC-Konfigurationsschaltung 202, eine AC/DC-Kopplung-/Filterschaltung 206, einen AC/DC-Umrichter 208 und einen DC/DC-Umrichter 210 einschließt.
  • Wie in 4 gezeigt, ist die AC/DC-Schutzschaltung 204 mit dem AC/DC-Stromnetz 100 gekoppelt. Das Stromnetz kann ein Wechselstromnetz oder ein Gleichstromnetz sein. Wechselstrom oder Gleichstrom kann von dem AC/DC-Stromnetz 100 gekoppelt sein, und Wirkungen wie das Unterdrücken von Störungen/Rauschen und das Sichern des AC/DC-Stroms können erreicht werden. Die AC/DC-Konfigurationsschaltung 202 ist mit der AC/DC-Schutzschaltung 204 für das Konfigurieren des PLC-Modems in einen Wechselstrom- oder Gleichstrommodus gekoppelt, abhängig davon, ob das AC/DC-Stromnetz 100 ein Wechselstromnetz oder ein Gleichstromnetz ist. Anders gesagt kann das AC/DC-Leistungsgerät der vorliegenden Erfindung einen Mechanismus für das Verarbeiten von Wechselstrom oder Gleichstrom bereitstellen, je nachdem, welche Stromart in der Umgebung vorliegt. Das AC/DC-Leistungsgerät kann über die AC/DC-Konfigurationsschaltung 202 im Falle, dass es sich um Gleichstrom handelt, dahingegen konfiguriert werden, dass es im Gleichstrommodus arbeitet, und wenn es sich um Wechselstrom handelt, dann kann das AC/DC-Leistungsgerät dahingegen konfiguriert werden, dass es im Wechselstrommodus arbeitet.
  • Im Allgemeinen wird der Wechselstrommodus oftmals für die Niederwechselspannung verwendet, die Zuhause oder im Büro verwendet wird, d.h. die Innenraumsteckdosen des Netzstroms. Der Gleichstrommodus wird oftmals für die Gleichspannung verwendet, die in der Umgebung von so genannten mobilen Plattformen bereitgestellt wird, wie etwa Fahrzeuge, Transportbusse, Züge, Hochgeschwindigkeitszüge oder Flugzeuge, etc.
  • Die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 ist mit der AC/DC-Konfigurationsschaltung 202 gekoppelt, um den empfangenen Wechselstrom oder Gleichstrom zu koppeln und zu filtern, und für das Koppeln einer Wechselspannung VAC oder einer ersten Gleichspannung VDC1. Die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 wird hauptsächlich für das Koppeln und Filtern des Wechselstroms oder des Gleichstroms verwendet. Das bedeutet, die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 umfasst eine Wechselstrom-Kopplungs/Filterschaltung und eine Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung. Wenn das AC/DC-Stromnetz 100 ein Gleichstromnetz ist, dann wird die AC/DC-Konfigurationsschaltung 202 in den Gleichstrommodus geschaltet, und die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 koppelt und filtert den Gleichstrom, und koppelt die erste Gleichspannung VDC1 des Gleichstrommodus. Wenn das AC/DC-Stromnetz 100 ein Wechselstromnetz ist, dann wird die AC/DC-Konfigurationsschaltung 202 in den Wechselstrommodus geschaltet, und die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 koppelt und filtert den Wechselstrom und koppelt die Wechselspannung VAC des Wechselstrommodus mit dem AC/DC-Umrichter 208.
  • Der AC/DC-Umrichter 208 ist mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 gekoppelt, um die Spannung des Wechselstrommodus, die mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 gekoppelt ist, umzuwandeln und um dann eine zweite Gleichspannung VDC2 auszugeben. Der AC/DC-Umrichter 208 ist nur im Wechselstrommodus in Betrieb. Nach dem Koppeln und Filtern wird die empfangene Wechselspannung VAC dann durch den AC/DC-Umrichter 208 in die zweite Gleichspannung VDC2 umgewandelt.
  • Der DC/DC-Umrichter 210 ist mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 oder dem AC/DC-Umrichter 208 gekoppelt. Im Gleichstrommodus wandelt der DC/DC-Umrichter 210 die erste, von der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 ausgegebene Gleichspannung VDC1 um. Im Wechselstrommodus wandelt der DC/DC-Umrichter 210 die zweite, von dem AC/DC-Umrichter ausgegebene Gleichspannung VDC2 um. Im Gleichstrommodus, nachdem die von dem AC/DC-Stromnetz 100 empfangene Gleichspannung von der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 verarbeitet wurde, wird die erhaltene erste Gleichspannung VDC1 an den DC/DC-Umrichter 210 übertragen. Im Wechselstrommodus, nachdem die von dem AC/DC-Stromnetz 100 empfangene Wechselspannung von der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 und dem AC/DC-Umrichter 208 verarbeitet wurde, wird die erhaltene zweite Gleichspannung VDC2 an den DC/DC-Umrichter 210 geliefert.
  • Im Allgemeinen können die erhaltene erste Gleichspannung VDC1 und die zweite Gleichspannung VDC2 oftmals nicht direkt von dem Modem verwendet werden. Aus diesem Grund sollten die Gleichspannungen VDC1 und VDC2 durch das Verwenden des DC/DC-Umrichters 210 in Gleichspannungen einer anderen Höhe umgewandelt werden. Zudem hat der signalverarbeitende Teil des PLC-Modems verschiedene Schaltungseinheiten, so dass eine und mehr Gleichspannungen erforderlich sein können. Somit kann der DC/DC-Umrichter 210 hier ein DC/DC-Umrichter sein, der eine Spannung in mehrere Spannungen umrichtet (one-to-multiple DC/DC converter). Zusätzlich muss der DC/DC-Umrichter 210, wie oben erwähnt, ferner mit einem Gleichspannungssignal VA, das an die analoge Schaltung des PLC-Modems 104 geliefert werden soll, und einem Gleichspannungssignal VD ausgestattet werden, welches an die digitalen Schaltungen des PLC-Modems 104 und die digitale Schnittstelle 106 geliefert werden soll, da das PLC-Modem ferner mit einer digitalen Schnittstelle 106 ausgestattet ist und die Schaltung des PLC-Modems 104 ebenfalls eine analoge und eine digitale Schaltung hat. Dadurch werden die für die analogen und digitalen Schaltungen bereitgestellten Gleichspannungen getrennt, so dass verhindert werden kann, dass Störungen sich miteinander überlagern, und dadurch wird die Stabilität des PLC-Systems erhöht.
  • In der obigen Beschreibung wird jeder Schaltungsfunktionsblock des AC/DC-Leistungsgerätes 200 einfach veranschaulicht. Eine detaillierte Beschreibung folgt nachstehend mit Bezug auf eine beispielhafte, in die Praxis umgesetzte Schaltung.
  • Danach wird der signalverarbeitende Teil des AC/DC-PLC-Modems mit dualem Modus veranschaulicht. Die zu dem signalverarbeitenden Teil gehörenden Schaltungen sind nicht speziell durch die vorliegende Erfindung beschränkt, und die herkömmlichen Technologien zur Signalverarbeitung von Niederspannungs-Wechselspannungen durch PLC-Modems, wie etwa HomePlug 1.0 oder HomePlug AV können ebenso verwendet werden. Unter Bezug auf 4 umfasst die Schaltung des signalverarbeitenden Teils eine Signalkoppler- und Schutzschaltung 102, eine Schaltung eines PLC-Modems 104 und eine digitale Schnittstelle 106.
  • Die digitale Schnittstelle 106 wird für das Bereitstellen von Information verwendet, die durch das Computernetzwerk bidirektional an den Anwender übertragen wird. Die Information kann Stimm-, Video-, Audio-, und Dateninformation etc. sein. Der Anwender kann die Daten über die digitale Schnittstelle 106 auch in das PLC-Netzwerk, sogar in das Internet, uploaden. Die Schaltung des PLC-Modems 104 ist mit der digitalen Schnittstelle 106 gekoppelt, um die oben erwähnten Daten zu verarbeiten. Da der signalverarbeitende Teil nicht der entscheidende Punkt der vorliegenden Erfindung ist, wird der Teil seiner Kernschaltung nicht im Detail beschrieben werden. Fachleute können beliebige Änderungen an der Ausgestaltung vornehmen.
  • Die Signalkoppler- und Schutzschaltung 102 ist für das Koppeln der obigen Signaldaten mit dem AC/DC-Stromnetz 100 und der Schaltung des PLC-Modems gekoppelt. Eine Funktion der Signalkoppler- und Schutzschaltung 102 ist es, die upgeloadeten Daten auf dem Stromsignal des Stromnetzes zu führen, d.h., das Koppeln der Daten in das Stromsignal, so dass die Daten über das Stromsignal an das Netzwerk übertragen werden können. Andererseits, was das Empfängerteil angeht, stellt die Signalkoppler- und Schutzschaltung 102 die mittels des Stromsignals transportierten Daten wieder her. Außerdem stellt die Signalkoppler- und Schutzschaltung 102 auch die Wirkungen des Sicherns und der Unterdrückung von Störungen/Rauschen bereit.
  • Die Struktur und Funktionsweise des obigen AC/DC-Leistungsgeräts 200 werden von einer exemplarischen, in die Praxis umgesetzten Schaltung als Beispiel weiter veranschaulicht. 5 ist ein Beispiel, das eine in die Praxis umgesetzte Schaltung des AC/DC-Leistungsgeräts von 4 zeigt. Wie in 5 gezeigt, sichert die AC/DC-Schutzschaltung 204 das AC/DC-PLC-Modem gegen Störungen/Rauschen aufgrund von Überspannung ab. Insbesondere können eine Sicherung und ein Metalloxidvaristor (MOV), die an den Eingängen des AC/DC-Stromnetzes angebracht sind, als ein Beispiel für die AC/DC-Schutzschaltung zur Absicherung gegen Störungen/Rauschen aufgrund von Überspannung verwendet werden. Wenn Störungen/Rauschen aufgrund von Überspannung auftritt, können die Sicherung und der MOV verwendet werden, um Störungen/Rauschen aufgrund von Überspannung zu unterdrücken und zu beseitigen, so dass Störungen/Rauschen unterdrückt werden und das AC/DC-Leistungsgerät geschützt wird.
  • Die AC/DC-Konfigurationsschaltung 202 kann verwendet werden, um das AC/DC-Stromsystem auszuwählen. Insbesondere kann sie durch einen einfachen Schalter SW, der in 5 gezeigt wird, implementiert werden. Wenn er in einem herkömmlichen internen Wechselstrom-PLC-Netzwerk verwendet wird, dann kann der Schalter SW geschaltet werden (zum Beispiel, nach unten unter Bezug auf 5), um eine Schaltung für das Verarbeiten einer Wechselspannung auszuwählen. Im Gegensatz dazu wird der Schalter SW nach oben geschaltet, um eine Schaltung für das Verarbeiten einer Gleichspannung auszuwählen, wenn er in dem Gleichstrom-PLC-Netzwerk eines externen Netzwerkes einer in einem Fahrzeug eingebauten mobilen Plattform verwendet wird.
  • Die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 wird hauptsächlich verwendet, um das AC/DC-Stromsignal zu koppeln und zu filtern, und kann zum Beispiel durch das Verwenden eines Transformators, einer Gleichtaktdrossel, einer Ferritperle (FB) oder mit Hilfe von parallel geschalteten Kondensatoren mit verschiedenen Größen für das Koppeln und Filtern implementiert werden. Die Gleichtaktdrossel kann auch verwendet werden, um die elektromagnetische Interferenz (EMI) zu verringern. Wie oben beschrieben, hat die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung 206 eine Wechselstrom-Kopplungs-/Filterschaltung und eine Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung, d.h. sie stellt zwei verschiedene Wege jeweils für den Wechselstrommodus und den Gleichstrommodus bereit. In dem Beispiel für eine Schaltung von 5 umfasst die Schaltung für den Gleichspannungsmodus Kondensatoren C1, C2 und C3, die parallel geschaltet sind, und eine Gleichtaktdrossel L1, die mit den Kondensatoren C1, C2 und C3 in Reihe geschaltet ist. Die Kondensatoren C1, C2 und C3 werden jeweils für das Filtern von Rauschen der Gleichspannungen auf den Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzbändern verwendet. L1 ist eine Gleichstrom-Gleichtaktdrossel und wird als ein EMI-Filter verwendet. Der Ausgang der Gleichtaktdrossel L1 kann ferner mit einer Ferritperle FB1 für das Filtern der Gleichspannung gekoppelt sein. Des Weiteren umfasst die Schaltung des Wechselspannungsmodus einen Kondensator C13 und eine Gleichtaktdrossel L2, die mit dem Kondensator C13 in Reihe geschaltet ist. Der Kondensator C13 wird verwendet, um das Rauschen der Wechselspannung zu filtern. L2 ist eine Wechselspannungs-Gleichtaktdrossel und wird auch als ein EMI-Filter verwendet.
  • Der AC/DC-Umrichter 208 ist ein Umrichter, der Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt, der aus einem Transformator T1 und einem Brückengleichrichter BR1 in 5 besteht und Gleichspannung bereitstellt, die an die Umrichter U1 und U2 des DC/DC-Umrichters 210 eingegeben wird. Der Ausgang des Brückengleichrichters BR1 kann mit einer Ferritperle FB2 für das Filtern der Gleichspannung gekoppelt sein. Die Kondensatoren C4-C6 in 5 und werden auch jeweils für das Filtern von Rauschen der Gleichspannungen auf den Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzbändern verwendet.
  • Der DC/DC-Umrichter 210 kann zwei DC/DC-Umrichter umfassen, in welchen ein Umrichter U1 verwendet wird, um die Gleichspannung an die digitale Schaltung des PLC-Modems zu liefern, d.h., den digitalen Teil der Schaltung des PLC-Modems 104 und die digitale Schnittstelle 106 in 4, der andere Umrichter U2 wird verwendet, um die Gleichspannung an die analoge Schaltung des PLC-Modems zu liefern, z.B. die Gleichspannung für die analoge Schaltung der Schaltung des PLC-Modems 104 in 4. Die Eingänge der Umrichter U1, U2 können ferner jeweils mit Ferritperlen FB3, FB4 gekoppelt werden, um die Eingabesignale der Gleichspannung weiter zu filtern. Die Ausgänge der Umrichter U1, U2 können ferner jeweils mit parallel geschalteten Kondensatoren C7-C9, C10-C12 gekoppelt werden, um Rauschen der Gleichspannungen auf den Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzbändern, die von den Umrichtern U1, U2 ausgegeben werden, zu filtern.
  • Der DC/DC Umrichter 210 wird verwendet, um DC-Spannungen in jeweils zwei Teile zu teilen, die jeweils von der analogen und der digitalen Schaltung verwendet werden. Auf diese Weise können die digitale Schaltung und die analoge Schaltung jeweils reine Gleichspannungen erhalten und somit ferner verhindern, dass Rauschen des PLC-Modems sich gegenseitig überlagert. Diese Konfiguration kann bewirken, dass das PLC-Modem stabiler ist. Zudem kann das Erden des Netzspannungssignals durch das Verbinden von FB5 und FB6 jeweils mit der Signalerdung der digitalen Schaltung und der Signalerdung der analogen Schaltung des PLC-Modems erreicht werden, so dass hochfrequentes Erdungsrauschen verringert werden kann.
  • Zusammengefasst lässt sich sagen, dass durch das obige AC/DC-Leistungsgerät oder durch das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus mit dem Leistungsgerät, ein AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus bereitgestellt wird, das sowohl für das Wechselstrom-PLC des internen Heimnetzwerkes als auch das Gleichstrom-PLC für das zukünftige externe im Fahrzeug eingebaute Netzwerk der externen mobilen Plattform geeignet ist.
  • Außerdem kann die vorliegende Erfindung zukünftig in dem DC-PLC-Netzwerk des im Fahrzeug eingebauten Netzwerks der mobilen Plattform verwendet werden, wenn das sich im Fahrzeug befindliche Gleichstromnetz für die mobile externe Plattform als ein im Fahrzeug eingebautes Netzwerk verwendet wird und durch die DC-PLC-Technologie als ein DC-PLC-Netzwerk ausgebildet wird. In diesem Fall hat die vorliegende Erfindung wenigstens die folgenden Vorteile: (1) Es ist nicht erforderlich, dass besondere Netzwerkdatenübertragungskabel angeordnet werden, da das sich im Fahrzeug befindende PLC direkt verwendet wird, und die sich im Fahrzeug befindenden Kabel, Anschlüsse, und ähnliches in der mobilen Plattform können reduziert werden; (2) da Kabel und Anschlüsse nicht verwendet werden, können die Kosten der mobilen Plattform verringert werden; (3) gleichermaßen kann aus demselben Grund selbstverständlich das Gewicht der mobilen Plattform verringert werden, wodurch Kraftstoff gespart wird; (4) verschiedene Gleichspannungswerte, 12V/24V/42V-Gleichspannung können alternativ verwendet werden, somit muss man sich über die Stromwerte keine Gedanken machen; und (5) sie ist flexibel und komfortabel in der Verwendung.
  • Fachleuten ist klar ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Varianten and der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang oder dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Im Hinblick auf das Vorangehende ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Varianten dieser Erfindung abdeckt, soweit diese unter den Schutzumfang der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.

Claims (19)

  1. Ein AC/DC-Leistungsgerät für ein AC/DC-Power Line Communication (PLC) -Modem mit dualem Modus, das folgendes umfasst: eine AC/DC-Schutzschaltung, die mit einem AC/DC-Stromnetz gekoppelt ist, für das Empfangen eines Wechselstroms oder eines Gleichstroms von dem AC/DC-Stromnetz; eine AC/DC-Konfigurationsschaltung, die mit der AC/DC-Schutzschaltung gekoppelt ist, für das Einstellen eines Wechselstrommodus oder Gleichstrommodus, abhängig davon, ob das Stromnetz ein Wechselstromnetz oder ein Gleichstromnetz ist; eine AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung, die mit der AC/DC-Konfigurationsschaltung gekoppelt ist, für das Koppeln und Filtern des empfangenen Wechselstroms oder Gleichstroms, und für das Koppeln einer Wechselspannung (in dem Wechselstrommodus) oder einer ersten Gleichspannung (in dem Gleichstrommodus); einen AC/DC-Umrichter, der mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung gekoppelt ist, für das Umrichten der durch die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung gekoppelten Wechselspannung, und für das Ausgeben einer zweiten Gleichspannung; und einen DC/DC-Umrichter, der mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung und dem AC/DC-Umrichter gekoppelt ist, für das Umrichten der ersten, von der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung im Gleichspannungsmodus ausgegebenen Gleichspannung, und für das Umrichten der zweiten, von dem AC/DC-Umrichter im Wechselstrommodus ausgegebenen Gleichspannung, so dass eine Vielzahl von Gleichspannungen ausgegeben wird, um sie jeweils an analoge und digitale Schaltungen des PLC-Modems zu liefern.
  2. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die AC/DC-Schutzschaltung eine Sicherung ist.
  3. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die AC/DC-Schutzschaltung ferner einen Metalloxidvaristor (MOV) umfasst.
  4. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung ferner eine Wechselstrom-Kopplungs-/Filterschaltung und eine Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung umfasst, wobei die Wechselstrom-Kopplungs-/Filterschaltung und die Gleichstrom-Kopplungs/Filterschaltung jeweils wenigstens einen Kondensator und eine Gleichtaktdrossel umfasst, die mit mehreren Kondensatoren parallel geschaltet sind.
  5. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei ein Ausgang der Gleichtaktdrossel der Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung mit einer Ferritperle (FB) gekoppelt ist.
  6. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die AC/DC-Konfigurationsschaltung ein Schalter ist.
  7. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der AC/DC-Umrichter eine Schaltung ist, die wenigstens einen Transformator und einen Brückengleichrichter umfasst.
  8. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei der AC/DC-Umrichter ferner eine FB umfasst, die mit einem Ausgang des Brückengleichrichters gekoppelt ist.
  9. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der DC/DC-Umrichter ferner DC/DC-Umrichter jeweils für die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems für das Ausgeben der mehreren Gleichspannungen umfasst, um sie jeweils an die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems zu liefern.
  10. Das AC/DC-Leistungsgerät für das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei die Eingänge der DC/DC-Umrichter für die analogen und digitalen Schaltungen jeweils mit einer FB gekoppelt sind.
  11. Ein AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus, das folgendes umfasst: eine digitale Schnittstelle, für das Ausgeben oder das Eingeben von Kommunikationsdaten; eine mit der digitalen Schnittstelle gekoppelte Schaltung eines PLC-Modems für das Verarbeiten der Kommunikationsdaten; einen Signalkoppler, der mit einem AC/DC-Stromnetz und der Schaltung des PLC-Modems gekoppelt ist, für das Empfangen oder Übertragen der Kommunikationsdaten; eine AC/DC-Schutzschaltung, die mit dem AC/DC-Stromnetz gekoppelt ist, um einen Wechselstrom oder einen Gleichstrom von dem AC/DC-Stromnetz zu empfangen; eine AC/DC-Konfigurationsschaltung, die mit der AC/DC-Schutzschaltung gekoppelt ist, für das Konfigurieren als ein Wechselstrommodus oder als ein Gleichstrommodus, abhängig davon, ob das AC/DC-Stromnetz ein Wechselstromnetz oder ein Gleichstromnetz ist; eine AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung, die mit der AC/DC-Konfigurationsschaltung gekoppelt ist, für das Koppeln und Filtern des empfangenen Wechselstroms oder Gleichstroms und für das Koppeln einer Wechselspannung oder einer ersten Gleichspannung; einen AC/DC-Umrichter, der mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung gekoppelt ist, für das Umrichten der von der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung ausgegebenen Wechselspannung, und für das Ausgeben einer zweiten Gleichspannung; und einen DC/DC-Umrichter, der mit der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung und dem AC/DC-Umrichter gekoppelt ist, für das Umrichten der ersten von der AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung im Gleichstrommodus ausgegebenen Gleichspannung, und das Umrichten der zweiten von dem AC/DC-Umrichter im Wechselstrommodus ausgegebenen Gleichspannung, so dass eine Vielzahl von Gleichspannungen ausgegeben wird, um sie jeweils an analoge und digitale Schaltungen des PLC-Modems zu liefern.
  12. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei die AC/DC-Schutzschaltung wenigstens eine Sicherung und einen Metalloxidvaristor (MOV) umfasst.
  13. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei die AC/DC-Kopplungs-/Filterschaltung ferner eine Wechselstrom-Kopplungs-/Filterschaltung und eine Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung umfasst, und die Wechselstrom-Kopplungs-/Filterschaltung und die Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung jeweils wenigstens einen Kondensator und eine Gleichtaktdrossel umfassen, die mit mehreren Kondensatoren parallel geschaltet sind.
  14. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 13 beansprucht, wobei ein Ausgang der Gleichtaktdrossel der Gleichstrom-Kopplungs-/Filterschaltung mit einer FB gekoppelt ist.
  15. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei die AC/DC-Konfigurationsschaltung ein Schalter ist.
  16. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei der AC/DC-Umrichter eine Schaltung ist, die wenigstens einen Transformator und einen Brückengleichrichter umfasst.
  17. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 16 beansprucht, wobei der AC/DC-Umrichter ferner eine FB umfasst, die mit einem Ausgang des Brückengleichrichters gekoppelt ist.
  18. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei der DC/DC-Umrichter ferner DC/DC-Umrichter umfasst, die jeweils für die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems für das Ausgeben der mehreren Gleichspannungen verwendet werden, um sie jeweils an die analogen und digitalen Schaltungen des PLC-Modems zu liefern, wobei Eingänge der DC/DC-Umrichter für die analogen und digitalen Schaltungen jeweils mit einer FB gekoppelt sind.
  19. Das AC/DC-PLC-Modem mit dualem Modus wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei der Signalkoppler ferner eine Schutzschaltung umfasst.
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