Conjunto de aparato/bloque de alimentación con transmisión de datos mediante corrrientes portadoras en linea CPL.

Un conjunto que pone en práctica una técnica de transmisión de datos mediante corrientes portadoras en líneaCPL vehiculados en una línea de alimentación,

que comprende:

- un aparato (20, 26) apto para tratar datos digitales CPL recibidos o emitidos en la mencionada línea dealimentación;

- un bloque de alimentación (10) distinto del aparato, que comprende un convertidor de conmutación (32)apto para generar una tensión continua de alimentación a partir de la tensión de la línea dealimentación; y

- un conductor de alimentación de baja tensión (16) que une el bloque de alimentación al aparato, parasuministar a este último la tensión continua de alimentación generada por el bloque de alimentacióndistante, comprendiendo el mencionado conjunto:

- un circuito de modulación/desmodulación de corrientes CPL vehiculadas por la línea de alimentación; y

- un circuito de sincronización, que produce una señal a la frecuencia de la alimentación aplicada en laentrada del circuito de modulación/desmodulación,

este conjunto estando esencialmente desprovisto de conexión específica de transmisión de datosdigitales entre el bloque de alimentación y el aparato, siendo transmitidos estos datos digitales medianteel conductor de alimentación de baja tensión (16),

estando dispuestos el circuito de modulación/desmodulación CPL (46) y el circuito de sincronización(50) en el aparato (20, 26), y

comprendiendo el bloque de alimentación (10) un circuito de acoplamiento CPL (42) entre la línea dealimentación y el conductor de baja tensión, y comprendiendo el aparato (20, 26) un circuito deacoplamiento CPL (52) entre el conductor de baja tensión y el circuito de modulación/desmodulaciónCPL;

estando el mencionado conjunto caracterizado por que:

- está previsto en el bloque de alimentación (10):

- un circuito adicional (36), acoplado en entrada a la línea de alimentación y suministrando ensalida una señal de control (74) a la frecuencia de la alimentación; y

- un oscilador (38) que genera una onda sinusoidal a una frecuencia superior a la frecuencia de laalimentación y situada fuera de la banda de frecuencias de modulación/desmodulación de lasseñales CPL, estando esta onda modulada por la señal de control (74) suministrada por elcircuito adicional (36), y estando la salida del oscilador acoplada al conductor de baja tensión demanera que inyecta la mencionada onda modulada en superposición a la tensión continua dealimentación, y

- el circuito de sincronización en el aparato comprende un circuito extractor (50) de pulsos a lafrecuencia de la alimentación, acoplado en entrada al conductor de baja tensión.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11171184.

Solicitante: FREEBOX .

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 8, rue de la Ville L'Evêque 75008 Paris FRANCIA.

Inventor/es: CALLANQUIN,FRANÇOIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04B3/54 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04B TRANSMISION.H04B 3/00 Sistemas de líneas de transmisión (combinados con sistemas de transmisión de campo cercano H04B 5/00). › Sistemas de transmisión vía líneas de distribución de energía (en los sistemas de señales de alarma G08B 25/06).

PDF original: ES-2397092_T3.pdf

 

Conjunto de aparato/bloque de alimentación con transmisión de datos mediante corrrientes portadoras en linea CPL.

Fragmento de la descripción:

Conjunto de aparato/bloque de alimentación con transmisión de datos mediante corrientes portadoras en linea CPL

La invención se refiere a aparatos multimedia domésticos que ponen en práctica una técnica de transmisión de datos digitales mediante corrientes portadoras en línea, técnica denominada CPL o PLC (Power Line Communication) .

Se trata de intercambiar datos digitales entre varios aparatos de una misma habitación mediante una red de cables formada por las líneas preexistentes de alimentación eléctrica (típicamente 230 V – 50 Hz en Europa) , haciendo transitar las informaciones de un aparato al otro mediante la modulación de una o varias portadoras en una banda de frecuencias situada habitualmente situada en la banda 2-30 MHz.

Las EP 1 343 253 A1 y US 4 835 517 A son ejemplos de aparatos que utilizan estas técnicas de transmisión de datos.

La interconexión entre el aparato y la alimentación se asegura mediante un módulo CPL asociado a cada aparato.

Para asegurar la comunicación en los dos sentidos (full duplex) , el módulo CPL necesita recuperar en la entrada la portadora vehiculada en la red doméstica, y asimismo emitir esta portadora. Estas señales se vehiculan generalmente mediante un transformador que aísla la parte de baja tensión que comprende los circuitos digitales y los circuitos de modulación/desmodulación CPL de la parte de alta tensión, peligrosa, de la red eléctrica. La transmisión de estas señales necesita dos cables.

Asimismo, el módulo CPL necesita una información de sincronización llamada “detección de paso por cero” o ZC (Zero Crossing) que permite asegurar una correcta secuenciación del tratamiento de los datos a la frecuencia del sector alternativo (50 Hz) . Esta información de sincronización (“señal ZC”) necesita uno, incluso dos cables suplementarios.

Finalmente, en la salida, el módulo CPL utiliza un cable de transmisión de datos digitales, generalmente un cable del tipo Ethernet con un sistema de conexión apropiado, habitualmente una toma RJ45 de 8 hilos.

Asimismo, el módulo CPL puede incorporar una alimentación de baja tensión, típicamente de 12 V, para el aparato al cual se asociará. En este caso, el módulo está también provisto en la salida de un cable de alimentación terminado con una toma que debe conectarse al aparato a alimentar mediante la caja independiente que contiene el módulo CPL.

Un ejemplo de dicha caja CPL es el bloque combinado alimentación/módulo CPL denominado Freeplug, fabricado por el proveedor de acceso a Internet Free, París, Francia, que está destinado a alimentar los aparatos de tipo “box” de este proveedor de acceso, como Freebox (caja ADSL multifunción: televisión, teléfono, enrutador Wi-Fi) y Freebox HD (caja de televisión que incorpora descodificador, magnetoscopio digital con disco duro, servidor doméstico, etc.) .

Estas dos cajas distintas están dispuestas una a proximidad de la toma telefónica (para la interconexión ADSL) , la otra a proximidad del televisor, y pueden comunicarse entre ellas mediante corrientes CPL, así como con otros aparatos conectados al mismo circuito eléctrico de la habitación (ordenador) . El intercambio de datos mediante corrientes CPL es una alternativa interesante a las transmisiones inalámbricas (red Wi-Fi) , que no son siempre posibles debido a obstáculos en la transmisión por radio, o que no son deseadas por el usuario.

En concreto, un bloque combinado alimentación/módulo CPL se presenta en forma de una caja (“bloque de alimentación”) provista en la entrada de un cable de alimentación y en la salida de un cable doble, a saber un cable de alimentación de 12 V, doblado por un cable blindado del tipo Ethernet de 8 hilos para la transmisión de los datos desmodulados hacia/desde la “box” distante.

Este doble cableado hace que la instalación sea incómoda en la medida en que el cable Ethernet, más espeso, es voluminoso y menos flexible que el cable de alimentación de baja tensión. Además, el cable Ethernet y su sistema de conexión asociado generan un sobrecoste, así como riesgos de ruptura de la conexión, en particular al nivel de los conectores RJ45, relativamente frágiles.

Finalmente, la integración en un mismo bloque de la alimentación y del módulo CPL genera limitaciones térmicas relativamente severas.

En efecto, un módulo CPL produce una liberación de calor no despreciable (su potencia consumida es del orden de 3 vatios) , y es necesario integrarlo en un bloque lo más compacto posible, sobretodo a proximidad de una alimentación que genere por si misma una liberación de calor relativamente importante. Por lo tanto, conviene estudiar muy cuidadosamente el enfriamiento de los circuitos específicos del módulo CPL para preservarlos de las temperaturas excesivas que corren el riesgo de provocar un fallo o, por lo menos, un envejecimiento acelerado.

El objetivo de la invención es proponer un conjunto en el cual estos circuitos CPL específicos se trasladan al aparato distante en lugar de estar integrados en el bloque de alimentación, de manera que se pueda:

- prescindir del cable de transmisión de datos digitales entre el bloque de alimentación y el aparato;

- disminuir el tamaño del bloque de alimentación, debido a la ausencia de circuitos CPL específicos y sobre todo de las limitaciones térmicas menores;

- asegurar un enfriamiento eficaz de los circuitos CPL específicos almacenándolos en el aparato, donde la liberación de calor local es menor y el volumen disponible es más importante.

Pero, para ello, es necesario transferir al aparato:

- la modulación CPL en el espectro 2-30 MHz,

- la señal de detección de paso por cero (señal ZC) de la sinusoide de la red de alimentación, y

- la tensión continua (12 V) para la alimentación del aparato conectado. Teniendo en cuenta la potencia liberada por la alimentación, la corriente de alimentación alcanza generalmente varios amperios, lo que impone a la alimentación de baja tensión una línea de baja impedancia.

La transmisión directa de la señal ZC, cuya frecuencia es baja (50 Hz) , no es posible en una línea de baja impedancia ya que al estar concebida la alimentación para proporcionar una tensión de salida estable, se opondrá por naturaleza a toda modificación de la tensión proporcionada al aparato: en efecto, la señal ZC a 50 Hz sería interpretada como una ondulación residual, que sería inmediatamente borrada por la imposición de tensión de la alimentación.

Finalmente, la inyección directa de la señal CPL (en el espectro 2-30 MHz) en la línea de baja impedancia comportaría una rápida degradación de la señal entre la línea de alimentación y el aparato.

El simple traslado de los circuitos CPL del bloque de alimentación al aparato no permite pues alcanzar por si solo el objetivo buscado, salvo integrar el conjunto del bloque de alimentación al aparato.

Ahora bien, por supuesto se desea conservar todas las ventajas de un bloque de alimentación separada: reducción del tamaño del aparato y de la liberación de calor en el seno de este aparato, modularidad, seguridad debido a la ausencia de circuito bajo tensión de alimentación en el aparato, etc.

Para resolver este problema y alcanzar el objetivo buscado, la invención propone, esencialmente, generar en el bloque de alimentación una portadora a una frecuencia situada fuera del espectro de la señal CPL y modular esta portadora al ritmo de la frecuencia de la alimentación.

Esta portadora modulada está inyectada en superposición a la tensión continua de alimentación suministrada al aparato por el conductor de baja tensión de alimentación.

En el otro extremo de este conductor, del lado del aparato, se encuentra la portadora y su modulación que varían (con un desfase débil y aproximadamente constante) al mismo ritmo que la frecuencia de la alimentación. Esta modulación puede extraerse en el aparato para producir la señal ZC necesaria para la secuenciación del módulo CPL de modulación/desmodulación de las señales digitales.

Más precisamente, la invención tiene por objeto un conjunto que comprende los elementos conocidos, por ejemplo según la EP 1 343 253 A1 antes citada, indicados en el preámbulo de la reivindicación 1. Los elementos propios de la invención se enuncian en la parte caracterizadora de esta reivindicación 1, y las reivindicaciones dependientes se refieren a diversas características subsidiarias ventajosas.

La invención cubre asimismo, considerados aisladamente, el bloque de alimentación y el aparato adaptados a dicho conjunto.

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Reivindicaciones:

1. Un conjunto que pone en práctica una técnica de transmisión de datos mediante corrientes portadoras en línea CPL vehiculados en una línea de alimentación, que comprende: 5

- un aparato (20, 26) apto para tratar datos digitales CPL recibidos o emitidos en la mencionada línea de alimentación;

- un bloque de alimentación (10) distinto del aparato, que comprende un convertidor de conmutación (32) apto para generar una tensión continua de alimentación a partir de la tensión de la línea de alimentación; y

- un conductor de alimentación de baja tensión (16) que une el bloque de alimentación al aparato, para suministar a este último la tensión continua de alimentación generada por el bloque de alimentación distante, comprendiendo el mencionado conjunto:

- un circuito de modulación/desmodulación de corrientes CPL vehiculadas por la línea de alimentación; y

-un circuito de sincronización, que produce una señal a la frecuencia de la alimentación aplicada en la entrada del circuito de modulación/desmodulación, este conjunto estando esencialmente desprovisto de conexión específica de transmisión de datos digitales entre el bloque de alimentación y el aparato, siendo transmitidos estos datos digitales mediante el conductor de alimentación de baja tensión (16) , estando dispuestos el circuito de modulación/desmodulación CPL (46) y el circuito de sincronización (50) en el aparato (20, 26) , y comprendiendo el bloque de alimentación (10) un circuito de acoplamiento CPL (42) entre la línea de alimentación y el conductor de baja tensión, y comprendiendo el aparato (20, 26) un circuito de acoplamiento CPL (52) entre el conductor de baja tensión y el circuito de modulación/desmodulación CPL; estando el mencionado conjunto caracterizado por que:

- está previsto en el bloque de alimentación (10) :

- un circuito adicional (36) , acoplado en entrada a la línea de alimentación y suministrando en salida una señal de control (74) a la frecuencia de la alimentación; y

- un oscilador (38) que genera una onda sinusoidal a una frecuencia superior a la frecuencia de la alimentación y situada fuera de la banda de frecuencias de modulación/desmodulación de las señales CPL, estando esta onda modulada por la señal de control (74) suministrada por el circuito adicional (36) , y estando la salida del oscilador acoplada al conductor de baja tensión de

manera que inyecta la mencionada onda modulada en superposición a la tensión continua de alimentación, y

- el circuito de sincronización en el aparato comprende un circuito extractor (50) de pulsos a la frecuencia de la alimentación, acoplado en entrada al conductor de baja tensión.

2. El conjunto de la reivindicación 1, en el cual el circuito adicional (36) es un circuito de acoplamiento mediante un optoacoplador (66) interpuesto entre la línea de alimentación y una entrada de modulación del oscilador (38) .

3. El conjunto de la reivindicación 1, en el cual está previsto en el bloque de alimentación (10) un filtro paso bajo

(34) entre la salida del convertidor de conmutación y el conductor de baja tensión, y está previsto en el aparato (20, 26) un filtro paso bajo (48) entre el conductor de baja tensión y los circuitos del aparato que debe ser alimentado mediante la tensión continua generada por el convertidor de conmutación.

4. El conjunto de la reivindicación 1, en el cual el circuito extractor de pulsos (50) comprende un filtro paso bajo (84) centrado en la frecuencia de la onda sinusoidal, acoplado en la entrada al conductor de baja tensión, y cuya salida se aplica a la entrada de un comparador de umbral (88) que libera en la salida una señal de pulsos (ZC) a la frecuencia de la alimentación, aplicado en la entrada del circuito de modulación/desmodulación CPL (46) .

5. El conjunto de la reivindicación 1, en el cual el circuito de sincronización comprende además medios materiales o programas de ordenador de compensación del desfase de la señal a la frecuencia de la alimentación suministrada por el circuito extractor de pulsos (50) , en relación con la tensión alterna de la línea de alimentación.

6. El conjunto de la reivindicación 1, en el cual la frecuencia de la onda sinusoidal está comprendida en la banda de 500 kHz, estando comprendidas las frecuencias de modulación/desmodulación de las señales CPL en la banda de 2-30 MHz.

7. El conjunto de la reivindicación 1, que comprende además medios de transmisión de informaciones a bajo 65 rendimiento en la línea de baja tensión, en los cuales:

- el bloque de alimentación (10) comprende un circuito para modular en todo-o-nada la mencionada señal de control a la frecuencia de la alimentación, en función de las informaciones a transmitir; y

- el aparato (20, 26) comprende medios de descodificación, para extraer las mencionadas informaciones

a transmitir a partir de la señal suministrada en salida por el circuito extractor de pulsos acoplado en 5 entrada al conductor de baja tensión.

8. El conjunto de la reivindicación 7, en el que el bloque de alimentación (10) comprende además un botónpulsador (90) de activación del mencionado circuito de modulación en todo-o-nada, para iniciar la transmisión de las mencionadas informaciones, contenidas en una memoria (92) del bloque de alimentación.

9. Bloque de alimentación (10) adaptado a un conjunto según una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende:

- un convertidor de conmutación (32) apto para generar una tensión continua de alimentación a partir de la tensión de la línea de alimentación;

-un circuito de acoplamiento CPL (42) entre la línea de alimentación y el conductor de alimentación de baja tensión; y

- un circuito adicional (36) , acoplado en entrada a la línea de alimentación y suministrando en salida una señal de control (74) a la frecuencia de la alimentación; y

- un oscilador (38) que genera una onda sinusoidal a una frecuencia superior a la frecuencia de la

alimentación y situada fuera de la banda de frecuencias de modulación/desmodulación de las señales CPL, estando modulada esta onda por la señal de control (74) suministrada por el circuito adicional, y estando acoplada la salida del oscilador al conductor de baja tensión de manera que inyecta la mencionada onda modulada en superposición a la tensión continua de alimentación.

10. Aparato (20, 26) adaptado a un conjunto según una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende:

- un circuito (46) de modulación/desmodulación de corrientes CPL vehiculadas mediante la línea de alimentación;

-un circuito de acoplamiento CPL (52) entre el conductor de alimentación de baja tensión y el circuito de 30 modulación/desmodulación CPL; y

- un circuito de sincronización, que comprende un circuito extractor (50) de pulsos a la frecuencia de la alimentación, acoplado en entrada al conductor de baja tensión y que produce en salida una señal a la frecuencia de la alimentación aplicada en la entrada del circuito de modulación/desmodulación.


 

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