專利名稱：用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，尤其涉及一種用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，該脈沖變壓器通過(guò)使用一個(gè)變壓器來(lái)減少傳輸線上的信號(hào)衰減和噪聲效應(yīng)，該變壓器在信號(hào)輸入/輸出部分具有電容器元件，并且獲得高阻抗。
背景技術(shù)：
電力線通信(PLC)技術(shù)是一種采用提供電力的電力線作為媒介，在幾百kHz到幾十MHz信號(hào)上加載聲音和數(shù)據(jù)的通信技術(shù)。當(dāng)應(yīng)用PLC技術(shù)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)、信息化家電、電力網(wǎng)絡(luò)管理等等，并且與其相關(guān)的一些工業(yè)還希望提供新服務(wù)和激發(fā)潛在的市場(chǎng)。特別是，應(yīng)用PLC的高速接入技術(shù)和使用家庭網(wǎng)絡(luò)的低速控制技術(shù)被國(guó)內(nèi)外通信公司或者電力服務(wù)公司認(rèn)為是下一代通信技術(shù)。
與使用通信電纜或光纖的數(shù)據(jù)傳輸相比，由于PLC使用電力線作為媒介，所以其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸就困難許多。特別是，PLC需要克服諸如高負(fù)載、干擾、噪聲、可變阻抗和信號(hào)衰減等獨(dú)特環(huán)境，并且通過(guò)有限的電力線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。如果使用電力線作為通信媒介，就應(yīng)該提供能夠移去各種噪聲的技術(shù)。
為此，在短距離和長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過(guò)程中，將一種用于發(fā)送和接收信號(hào)的變壓器作為中間轉(zhuǎn)發(fā)裝置使用。但是，當(dāng)該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器以幾十MHz或幾百M(fèi)Hz工作時(shí)，這種變壓器的典型結(jié)構(gòu)對(duì)于長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸具有局限性。也就是說(shuō)，在傳統(tǒng)脈沖變壓器中，由于其內(nèi)阻是通過(guò)初級(jí)和次級(jí)線圈的纏繞圈數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和限制，所以在幾百米的數(shù)據(jù)傳輸中就會(huì)發(fā)生上述技術(shù)困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，當(dāng)需要電子電路或者在部分電路中的絕緣結(jié)構(gòu)的阻抗匹配以及長(zhǎng)距離發(fā)送和接收一個(gè)電子信號(hào)時(shí)，通過(guò)使用在信號(hào)輸入/輸出部分上具有電容器元件的變壓器，來(lái)最小化線圈纏繞次數(shù)，并獲得高阻抗，從而用來(lái)減少傳輸線上的信號(hào)衰減和噪聲效應(yīng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，該變壓器包括一個(gè)用作輸入電源的線圈以及第一和第二電容器電極。其中，第一和第二電容器電極被放置在遠(yuǎn)離線圈的地方，并且被電磁感應(yīng)。第一和第二電容器電極都是單體的，但是其間利用電介質(zhì)或絕緣體彼此電氣分離，用來(lái)執(zhí)行電力線的功能以發(fā)送信號(hào)或者形成一個(gè)連接到電力線的引線。優(yōu)選地，第一和第二電容器電極都纏繞成線圈形狀。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供一種用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，該變壓器包括在初級(jí)線圈一側(cè)的初級(jí)線圈和在次級(jí)線圈一側(cè)的次級(jí)線圈，其中利用初級(jí)線圈來(lái)電磁感應(yīng)次級(jí)線圈。為了把次級(jí)線圈制造成一個(gè)包含電容性元件的線圈，次級(jí)線圈包括第一電容器電極；與第一電容器電極相對(duì)的第二電容器電極；一個(gè)電介質(zhì)或絕緣體，其放置在第一電容器電極和第二電容器電極之間并且連接到第一和第二電容器電極；以及第一和第二引線。第一和第二引線中每個(gè)分別連接到第一和第二電容器電極上，用于執(zhí)行電力線功能來(lái)發(fā)送信號(hào)或者與該電力線相連。
此時(shí)，第一和第二電容器電極是線形或者條形。
其中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙娙萜麟姌O都纏繞成線圈形狀時(shí)，將電介質(zhì)或絕緣體有選擇地放在第一電容器電極或者第二電容器電極的暴露側(cè)來(lái)防止第一和第二電容器電極短路。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)結(jié)合參考附圖對(duì)本發(fā)明作更加詳細(xì)地描述，以上目的、功能和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)都將變得更加明顯，其中

圖1是一個(gè)示意圖，描述了在電力線上的發(fā)送端和接收端包括的脈沖變壓器的示意圖，該脈沖變壓器用于發(fā)送和接收信號(hào)；圖2是在發(fā)送端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的等效電路圖；圖3是在接收端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的等效電路圖；圖4是A的等效串聯(lián)諧振電路圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)；圖7示出了第二實(shí)施例中B的結(jié)構(gòu)；圖8示出了第二實(shí)施例中B的另一結(jié)構(gòu)；圖9示出了一個(gè)描述本發(fā)明的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例的示意圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1是一個(gè)示意圖，描述了在電力線的發(fā)送端和接收端上包含的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器。如圖1中所示，一個(gè)用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器10被安置在發(fā)送端的預(yù)定區(qū)域，一個(gè)用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器20被安置在接收端的另一預(yù)定區(qū)域。其間使用220V、60Hz的常用交流電壓。當(dāng)然，從變電站變壓器提供給普通房屋和工廠的電壓可以更高。
圖2是在發(fā)送端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的等效電路圖。如圖2中所示，在發(fā)送端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器包括在初級(jí)線圈一側(cè)的初級(jí)線圈L1和在次級(jí)線圈一側(cè)的次級(jí)線圈L2和第三線圈L3。在次級(jí)線圈一側(cè)的次級(jí)線圈L2和第三線圈L3被放置得很接近但彼此分離，并相互耦合而成電容器C1。圖3是在接收端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的等效電路圖。如圖3中所示，在接收端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器包括在初級(jí)線圈一側(cè)的第六線圈L6和在次級(jí)線圈一側(cè)的第四線圈L4和第五線圈L5。在次級(jí)線圈一側(cè)的第四線圈L4和第五線圈L5被放置得很接近但彼此分離，并相互耦合而成電容器C2。
圖4是A的等效串聯(lián)諧振電路圖。如圖4中所示，可以通過(guò)從一個(gè)電壓感應(yīng)出一個(gè)混合串聯(lián)諧振值XL+XC而得到輸出端的Q值，即電壓增益，該電壓通過(guò)使得在次級(jí)線圈一側(cè)形成電容器，按照預(yù)定頻率從該電容器自身感應(yīng)得到。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)。如圖5中所示，電介質(zhì)104形成在第一電容器電極100和第二電容器電極之間。在第一和第二電容器電極100，102上分別形成第一引線106和第二引線108。將銅線110如同線圈一樣按照預(yù)定間隔纏繞在第一和第二電容器電極100，102上。因此，由銅線形成的、在變壓器上纏繞一次的線圈執(zhí)行與變壓器的初級(jí)和次級(jí)線圈一側(cè)相應(yīng)的動(dòng)作。
結(jié)合圖1到圖5對(duì)這些根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)作進(jìn)行描述。
當(dāng)在圖1中的發(fā)送端和接收端上的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器10和20之間發(fā)送一個(gè)模擬信號(hào)時(shí)，如果將一個(gè)信號(hào)電壓加在圖2中的初級(jí)線圈L1上，則在次級(jí)線圈一側(cè)的C1上會(huì)感應(yīng)出一個(gè)與線圈的纏繞圈數(shù)成正比的感應(yīng)電壓。此時(shí)，根據(jù)圖5的結(jié)構(gòu)，由于兩個(gè)電極端都示出了一個(gè)線圈效應(yīng)，因此，感應(yīng)出一個(gè)與該線圈對(duì)應(yīng)的電壓。電容器的電容小到只有100pF，而內(nèi)阻約為幾MΩ。在圖1中的接收端上的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器20接收的一個(gè)信號(hào)，在圖3中的第六線圈L6中會(huì)感應(yīng)出一個(gè)感應(yīng)電壓。如圖1中所示，發(fā)送端和接收端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器10和20之間的兩條線是電力線，該電力線使用常用的220V交流電壓。因此，當(dāng)在發(fā)送端和接收端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器10和20之間發(fā)送和接收一個(gè)高頻信號(hào)時(shí)，在發(fā)送端和接收端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器10和20上的電容器C1和C2，分別得到脈沖變壓器的耐久性，其基本上和內(nèi)壓以及絕緣體的容量相同。在電容器內(nèi)部直接產(chǎn)生的電壓與下式表述的一個(gè)阻抗成正比XC=12πfC---(1)]]>根據(jù)上式，當(dāng)頻率越高時(shí)，阻抗的輸出就越容易。因此，對(duì)于220V、60Hz的交流電壓，輸出為高阻抗。實(shí)際上，當(dāng)在220V交流電壓上攜帶高頻信號(hào)時(shí)，對(duì)于220V、60Hz的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，需要如下式所述的高阻抗XL＝2πfL(2)如果電抗相對(duì)較高，高頻信號(hào)的作用就變小，于是用于輸入和輸出信號(hào)的脈沖變壓器就失去作用。如果使用本發(fā)明的脈沖變壓器，在發(fā)送端和接收端上的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器10和20之間的內(nèi)阻變成幾MΩ。因此，以下一些典型的負(fù)面效應(yīng)就會(huì)得到改善。
也就是，最小化信號(hào)衰減。當(dāng)?shù)谝徊糠?，即發(fā)送端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器10的內(nèi)阻變大時(shí)，就更容易傳輸長(zhǎng)距離的信號(hào)。而且，將電壓發(fā)送到圖1中所示接收端的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器20，也就是圖3中的C2，該電壓的噪聲沿著長(zhǎng)距離有相當(dāng)大的降低。這就是電力線通信的關(guān)鍵點(diǎn)。也就是說(shuō)，通過(guò)維持長(zhǎng)距離傳送，可以維持強(qiáng)信號(hào)而沒(méi)有衰減，并且不受伴隨交流電線的噪聲的影響。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)。如圖6中所示，用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器包括在初級(jí)線圈一側(cè)的初級(jí)線圈和在次級(jí)線圈一側(cè)的次級(jí)線圈和第三線圈，所述線圈形成在一個(gè)層狀鐵芯的周圍。本發(fā)明第二實(shí)施例就是把圖5中的第一和第二電容器電極應(yīng)用在變壓器的典型結(jié)構(gòu)中，與圖5中的相比，就是將其作為一種線圈類型應(yīng)用在次級(jí)變壓器中。根據(jù)不同的應(yīng)用，按照合適地頻率來(lái)纏繞第一和第二電容器電極的耦合材料纏繞。它們也具有成對(duì)或者多個(gè)輸入輸出的形式。
圖7示出了第二實(shí)施例中B的結(jié)構(gòu)。參見圖7，能夠在圖6中次級(jí)線圈一側(cè)應(yīng)用的B結(jié)構(gòu)具有彼此面對(duì)的長(zhǎng)條形金屬，第一和第二金屬條200、202；電介質(zhì)204或絕緣體204，其形狀與兩個(gè)金屬條200、202相同并且插在它們之間；第一和第二引線206、208，其分別地連接到兩個(gè)金屬條200、202上。于是，形成了與圖6中纏繞在層狀鐵芯上的線圈一樣的形狀。當(dāng)按照線圈形狀纏繞成時(shí)，由于按照不同的纏繞方法，兩個(gè)金屬條200、202可能會(huì)短路，所以可以在兩個(gè)金屬條200，202的暴露面上附加上電介質(zhì)210或絕緣體210。
圖8示出了第二實(shí)施例中B的另一結(jié)構(gòu)。如圖8中所示，第一金屬條300、第二金屬條302、電介質(zhì)304或絕緣體304、第一引線306和第二引線308的形成與圖7中的每個(gè)相似或者相同。與圖7相比較，唯一的區(qū)別是第二實(shí)施例的單位長(zhǎng)度上的面積更大。也就是說(shuō)，它的長(zhǎng)度T足夠把層狀的鐵芯卷起來(lái)。如圖7中所示，由于按照不同的纏繞方法，兩個(gè)金屬條300、302可能會(huì)短路，所以可以在兩個(gè)金屬條300、302的暴露面上附加上電介質(zhì)310或絕緣體210。
結(jié)合圖6到圖8對(duì)根據(jù)實(shí)施例的動(dòng)作進(jìn)行描述。
本實(shí)施例具有使用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的內(nèi)阻無(wú)條件升高的結(jié)構(gòu)，而無(wú)論初級(jí)和次級(jí)線圈的纏繞圈數(shù)。例如，當(dāng)線圈在直徑10mm的多孔線軸纏繞40次僅能得到100mH的感應(yīng)值時(shí)，在幾十MHz的高頻可以得到6.2k1的感應(yīng)電抗。
相反，當(dāng)制造一個(gè)具有根據(jù)本發(fā)明在圖7或圖8中所示的結(jié)構(gòu)的變壓器時(shí)，在同等條件下該變壓器能夠獲得相對(duì)更高的阻抗。就是說(shuō)，如圖7和圖8中所示，當(dāng)在兩個(gè)平面導(dǎo)電薄膜之間形成由電介質(zhì)或絕緣體構(gòu)成的電容器時(shí)，如同線圈在直徑10mm的多孔線軸上纏繞40次一樣在電容器周圍纏繞次級(jí)線圈，然后在導(dǎo)電薄膜的兩端分別安裝電極，電容器就會(huì)反復(fù)地充電和放電，此電壓與纏繞圈數(shù)成正比。同時(shí)，在單一物體比如具有XL+XC的組合電路中實(shí)現(xiàn)與線圈纏繞圈數(shù)相對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電抗。此時(shí)，由于電容器放電的一個(gè)特征值和一個(gè)無(wú)限外部電阻(infinite external resistor)相等，可以實(shí)現(xiàn)具有幾個(gè)或更多MΩ內(nèi)阻的次級(jí)線圈一側(cè)的輸出結(jié)構(gòu)。其與圖4中等效的等效值N2和C1由下式來(lái)決定。
τr=12π×LC---(3)]]>如式(3)所示，可以計(jì)算出與預(yù)定頻率對(duì)應(yīng)的串聯(lián)諧振頻率，并且按照下式所述來(lái)放大電壓增益。
Q=VLV=VCV=WrR=1WrcR=1R×Lc---(4)]]>由于在次級(jí)線圈一側(cè)的信號(hào)可以大于在初級(jí)線圈一側(cè)的信號(hào)而且其值與線圈的纏繞圈數(shù)成正比，所以它就可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)在預(yù)定頻率下的放大器的功能。
圖9是一個(gè)示意圖，描述了本發(fā)明的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。如圖9中所示，通過(guò)在多孔線軸上纏繞初級(jí)線圈N1一側(cè)的初級(jí)線圈40次，和在多孔線軸上纏繞次級(jí)線圈N2一側(cè)的單體的次級(jí)和第三線圈40次，允許可以容忍在交流電壓1000V時(shí)的內(nèi)部電壓的內(nèi)部電流并且形成一個(gè)100pF的電容器，從而來(lái)構(gòu)成脈沖變壓器。如果在220V、60Hz交流電壓的電力線上的初級(jí)線圈N1一側(cè)應(yīng)用幾MHz的頻率，由于與P1和P2相連的次級(jí)線圈側(cè)N2的絕緣體的內(nèi)部電壓足夠，那么任何其它可以承受交流電壓的高頻信號(hào)都可以被應(yīng)用于交流電力線上。
雖然結(jié)合了具體優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明和描述，但是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不背離所附權(quán)利要求書規(guī)定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)與范圍的情況下，可以進(jìn)行各種不同形式和細(xì)節(jié)的修改。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器在變壓器的輸入和輸出部分使用了一個(gè)電容器元件，通過(guò)升高內(nèi)阻，使得在發(fā)送和接收一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，傳輸線上的信號(hào)衰減和噪聲效應(yīng)能夠大幅減小。另外，小于1V的信號(hào)，它能夠確保該信號(hào)的高可靠性，而且，通過(guò)把次級(jí)線圈處理成具有承受高電壓功能的電容器，它可以非常容易地安裝到電力線上。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，包括一個(gè)線圈，用于輸入功率；和第一和第二電容器電極，其被放置在遠(yuǎn)離線圈的地方并且和線圈發(fā)生電磁感應(yīng)，所述兩個(gè)電容器電極都是單體的，且利用一個(gè)電介質(zhì)或絕緣體來(lái)電氣分離，所述兩個(gè)電容器電極執(zhí)行電力線的功能，以發(fā)送信號(hào)或者形成一個(gè)與所述電力線相連的引線。
2.如權(quán)利要求1所述的脈沖變壓器，其中所述第一和第二電容器電極被纏繞成線圈形狀。
3.一個(gè)用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，包括在初級(jí)線圈一側(cè)的初級(jí)線圈，和在次級(jí)線圈一側(cè)的次級(jí)線圈，所述次級(jí)線圈由所述初級(jí)線圈來(lái)電磁感應(yīng)，為了把所述次級(jí)線圈加工成一個(gè)包含電容器元件的線圈，所述次級(jí)線圈包括第一電容器電極；第二電容器電極，其面對(duì)所述第一電容器電極；一個(gè)電介質(zhì)或絕緣體，其放置在所述第一電容器電極和所述第二電容器電極之間且連接到所述第一和所述第二電容器電極；以及第一和第二引線，每個(gè)分別連接到所述第一和第二電容器電極上，用于執(zhí)行電力線的功能，以發(fā)送信號(hào)或者連接到所述電力線上。
4.如權(quán)利要求1或3所述的脈沖變壓器，其中所述第一和所述第二電容器電極成線形。
5.如權(quán)利要求1或3所述的脈沖變壓器，其中所述第一和所述第二電容器電極成條形。
6.如權(quán)利要求2或3的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器，其中將所述電介質(zhì)或絕緣體有選擇地放在所述第一電容器電極或者所述第二電容器電極的暴露側(cè)，以防止在纏繞成線圈形狀時(shí)，所述第一和所述第二電容器電極短路。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器。為了把次級(jí)線圈加工成一個(gè)包含電容器元件的線圈，本發(fā)明的用于發(fā)送和接收信號(hào)的脈沖變壓器包括第一電容器電極，與第一電容器電極相對(duì)的第二電容器電極，一個(gè)放置在第一電容器電極和第二電容器電極之間并且與第一和第二電容器電極相連的電介質(zhì)或絕緣體，以及第一和第二引線。第一和第二引線中每個(gè)分別連接到第一和第二電容器電極上，用于執(zhí)行電力線的功能來(lái)發(fā)送信號(hào)或者連接到電力線上。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在變壓器的輸入和輸出部分使用一個(gè)電容器元件，在發(fā)送和接收一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，能夠通過(guò)升高內(nèi)部阻抗來(lái)大幅減小輸電線上的信號(hào)衰減和噪聲效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01F19/00GK1653565SQ02829063
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2002年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月29日
發(fā)明者盧文英, 盧青潤(rùn) 申請(qǐng)人:杜諾泰克電力線通信公司