專利名稱：一種控制通信系統(tǒng)變壓器中磁通量的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及將通信系統(tǒng)變壓器中因電能傳送而引起的飽和最小化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展引發(fā)了對連接到通信網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程設(shè)備的需求。這就需要給這些遠(yuǎn)程設(shè)備提供能源。給遠(yuǎn)程設(shè)備提供能源的一種方法是借助硬線通信網(wǎng)絡(luò)連接。典型遠(yuǎn)程設(shè)備是因特網(wǎng)協(xié)議電話和無線接入點(diǎn)。
圖1展示了用于通過典型通信系統(tǒng)連接向設(shè)置在電源設(shè)備100遠(yuǎn)端的受電設(shè)備(powered device)106供電的電路的示意圖.電源設(shè)備100通過第一通信導(dǎo)線對102和第二通信導(dǎo)線對104給受電設(shè)備106提供直流電(DC)。第一通信導(dǎo)線對102和第二通信導(dǎo)線對104一般是雙絞線，例如那些以太網(wǎng)電纜中的雙絞線。電源設(shè)備100具有第一變壓器108和第二變壓器110，它們將來自電源設(shè)備收發(fā)機(jī)112的通信信號傳送到第一通信導(dǎo)線對102和第二通信導(dǎo)線對104。第一變壓器108具有第一中心抽頭(center tap)114。第二變壓器110具有第二中心抽頭116。第一中心抽頭114和第二中心抽頭116連接到電源設(shè)備100中的DC電源118，DC電源118位于分別連接到第一通信導(dǎo)線對102和第二通信導(dǎo)線對104的第一變壓器108和第二變壓器110一側(cè)。
受電設(shè)備106具有第三變壓器120和第四變壓器122，它們將受電設(shè)備收發(fā)機(jī)124與第一通信導(dǎo)線對102和第二通信導(dǎo)線對104相連。第三變壓器120具有第三中心抽頭126。第四變壓器122具有第四中心抽頭128。受電設(shè)備106通過第三中心抽頭126和第四中心抽頭128從第一通信導(dǎo)線對102和第二通信導(dǎo)線對104接收DC電能。
在理想操作中，來自DC電源118的直流電(IDC)130流經(jīng)第一中心抽頭114，分成由第一通信導(dǎo)線對102承載的第一電流(I1)132和第二電流(I2)134。隨后第一電流(I1)132和第二電流(I2)134在第三中心抽頭126重新合并，重新形成直流電(IDC)130向受電設(shè)備106供電。反向地，直流電(IDC)130從受電設(shè)備106流經(jīng)第四中心抽頭128，分流入第二通信導(dǎo)線對104中的兩根導(dǎo)線。隨后在第二中心抽頭116重新合并，并返回到DC電源118。在提供電源的同時(shí)，第一通信信號136和/或第二通信信號138同時(shí)通過第一通信導(dǎo)線對102和/或第二通信導(dǎo)線對104進(jìn)行傳送。
圖2示出了在該系統(tǒng)在直流電(IDC)130供電路徑上的問題。盡管圖2中只示出了供電過程，但是直流電(IDC)130返回路徑也有同樣的問題。第一電流(I1)132和第二電流(I2)134以相反方向流入第三變壓器120。理想情況下，第三變壓器120中不會因第一電流(I1)132和第二電流(I2)134而產(chǎn)生磁通量失衡(magnetic flux imbalance)200，因?yàn)榈谝浑娏?I1)132等于第二電流(I2)134且因?yàn)榈谝浑娏?I1)132和第二電流(I2)134的流向相反。然而，第三變壓器120和第一通信導(dǎo)線對102并不是理想的，因?yàn)樗鼈兇嬖谝恍﹩栴}，諸如連接件觸點(diǎn)的阻抗差異、導(dǎo)體長度不等、導(dǎo)體阻抗不相同、第三變壓器120線圈的缺陷，以及其他制造缺陷等。這樣，第一電流(I1)132和第二電流(I2)134遇到的阻抗就不盡相同。因此，第一電流(I1)132和第二電流(I2)134在流經(jīng)第三變壓器120時(shí)的電流強(qiáng)度也不相等。
第一電流(I1)132和第二電流(I2)134不相等造成了第三變壓器120中的磁通量失衡200，因?yàn)榈谝浑娏?I1)132形成的第一磁通量不能完全抵消第二電流(I2)134形成的第二磁通量。當(dāng)?shù)谝浑娏?I1)132和第二電流(I2)134很小時(shí)，相對于第一通信信號136形成的磁通量，磁通量失衡200的強(qiáng)度較低。然而，隨著向受電設(shè)備106提供的電源的增大，第一電流(I1)132和第二電流(I2)134的電流強(qiáng)度的差異也增大。這樣，磁通量失衡200的強(qiáng)度也隨之增大。如果所提供的電源增大到足夠大，則磁通量失衡200的強(qiáng)度也增大，直到磁通量失衡200自身即可使第三變壓器120飽和。磁通量失衡200降低了通信系統(tǒng)連接中的信噪比。第三變壓器120的飽和(saturation)造成了第一通信信號136的損失。該飽和還限制了當(dāng)在保持通信系統(tǒng)連接傳送第一通信信號136時(shí)電源設(shè)備100和受電設(shè)備之間可傳送能量的大小。
設(shè)計(jì)具有足夠容差來消除磁通量失衡的變壓器組件因成本太高而受到限制。因此，需要一種能夠降低或消除磁通量失衡的以太網(wǎng)供電配置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種將通信系統(tǒng)變壓器中因電能傳送而引起的飽和降至最低的方法和裝置。檢測變壓器中的磁通量失衡而后將其最小化。檢測磁通量失衡的示范性裝置和方法利用第一測量電路生成的第一測試磁通量和第二測試電路生成的第二測試磁通量來改變并測量變壓器的磁通量。
與第一和第二開關(guān)相連的DC電源提供了第一和第二測試電流。啟動第一開關(guān)使第一測試電流以一個(gè)方向流經(jīng)一部分變壓器線圈。啟動第二開關(guān)使第二測試電流以與第一測試電流相反的方向流經(jīng)一部分所述變壓器線圈。第一和第二測試電流通過變壓器中心抽頭返回到DC電源。DC電源是固定DC電源陣列，用于提供具有不同強(qiáng)度的電流。陣列中的每個(gè)單獨(dú)的固定DC電源通過第一和第二開關(guān)連接到變壓器線圈。多個(gè)DC電源連接到線圈以提供不同的第一和第二測試電流。因此，DC電源是可變電源。
檢測過程是這樣進(jìn)行的將第一測試電流流入變壓器線圈的第一半部分，由此生成第一測試磁通量。在應(yīng)用第一測試磁通量期間，測量整個(gè)線圈兩端部的電壓、線圈端部和抽頭之間的電壓和/或流經(jīng)變壓器抽頭的電流。該第一測量判斷變壓器是否飽和。隨后停止第一測試電流。接著將第二測試電流流入變壓器線圈的第二半部分，由此生成與第一測試磁通量方向相反的第二測試磁通量。在應(yīng)用第二測試磁通量期間，測量整個(gè)線圈兩端部的電壓、線圈端部和抽頭之間的電壓和/或流經(jīng)變壓器抽頭的電流。與第一測量相同，第二測量判斷變壓器是否飽和。隨后停止第二測試電流。比較第一測量和第二測量看是否有差異。該差異指出了磁通量失衡的強(qiáng)度和極性。
檢測磁通量的第二種方法是測量流經(jīng)變壓器的通信信號的對稱性和幅度。當(dāng)變壓器因?yàn)榇磐渴Ш怙柡突蚪咏柡蜖顟B(tài)時(shí)，通信信號變成不對稱和/或幅度降低。
檢測磁通量的第三種方法是測量受電設(shè)備的能源需求。通過測量受電設(shè)備的供給電流來測量能源需求。如果動力設(shè)備的能源需求增加，則供給電流也相應(yīng)增加。供給電流的增加將增大磁通量失衡。
將補(bǔ)償電流輸入變壓器線圈，生成與磁通量失衡相反的補(bǔ)償磁通量，從而將磁通量失衡最小化。該補(bǔ)償電流由與第一和第二開關(guān)相連的DC電源提供。啟動第一開關(guān)將補(bǔ)償電流以一個(gè)方向傳送到變壓器線圈。啟動第二線圈將補(bǔ)償電流以相反方向傳送到變壓器線圈。補(bǔ)償電流通過變壓器中心抽頭返回到DC電源。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種收發(fā)機(jī)，用于在通信系統(tǒng)中降低由電能傳送引起的變壓器飽和，其中包括變壓器接口，包括第一導(dǎo)線，第二導(dǎo)線，和第三導(dǎo)線；飽和補(bǔ)償電路，包括連接在所述第一導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)，連接在所述第二導(dǎo)線和所述節(jié)點(diǎn)之間的第二開關(guān)，以及連接在所述節(jié)點(diǎn)和所述第三導(dǎo)線之間的直流電源；測量下述至少一項(xiàng)的測量裝置所述第一、第二和第三導(dǎo)線中任兩者之間的電壓，流經(jīng)所述第一導(dǎo)線的第一電流和流經(jīng)所述第二導(dǎo)線的第二電流；和連接到所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)和所述測量裝置的控制電路。
優(yōu)選地，所述直流電源是可變的。
優(yōu)選地，所述控制電路連接到所述直流電源。
優(yōu)選地，所述飽和補(bǔ)償電路，所述測量裝置和所述控制電路設(shè)置在同一基板上。
優(yōu)選地，所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)和所述直流電源中的至少一個(gè)包括晶體管。
優(yōu)選地，收發(fā)機(jī)進(jìn)一步包括
變壓器，包括第一線圈，其中有連接到所述第一導(dǎo)線的第一抽頭，連接到所述第二導(dǎo)線的第二抽頭，以及連接到所述第三導(dǎo)線的第三抽頭；和第二線圈，其中有第四抽頭；以及與所述第四抽頭相連的直流負(fù)載。
優(yōu)選地，所述第三抽頭和所述第四抽頭中的至少一個(gè)為中心抽頭。
優(yōu)選地，所述第一抽頭設(shè)在所述第一線圈的第一端部。
優(yōu)選地，所述第二抽頭設(shè)在所述第一線圈的第二端部。
優(yōu)選地，所述直流負(fù)載包括直流到直流變換器。
根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種控制變壓器中磁通量的方法，該變壓器有第一線圈和第二線圈，其中第二線圈有連接到直流負(fù)載的第二線圈抽頭，該方法包括將直流電流輸入到所述第一線圈的至少一部分；確定磁通量，所述磁通量來自所述直流電流和流經(jīng)所述第二線圈的第二電流；和改變所述磁通量。
優(yōu)選地，所述第一線圈的所述一部分包括第一線圈中心抽頭和所述第一線圈的端部。
優(yōu)選地，在信號在所述變壓器中進(jìn)行傳送的過程中輸入所述第一直流。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括判斷所述磁通量是否使所述變壓器飽和。
優(yōu)選地，通過測量所述第一線圈的所述第一部分和所述第一線圈的第二部分中至少一個(gè)的兩端電壓來確定所述磁通量。
優(yōu)選地，通過測量流經(jīng)所述第一線圈的所述第一部分和所述第一線圈的第二部分中的至少一個(gè)的第三電流來判斷所述磁通量。
優(yōu)選地，通過測量所述第一線圈的第一和第二端部之間的電壓來判斷所述磁通量。
優(yōu)選地，根據(jù)由來自所述第二線圈抽頭的電流確定的控制信號來改變所述磁通量。
優(yōu)選地，根據(jù)由流經(jīng)所述變壓器的信號的失真確定的控制信號來改變所述磁通量。
優(yōu)選地，所述失真是對稱性和幅度中至少一項(xiàng)中的失真。
根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種在通信系統(tǒng)變壓器中控制磁通量失衡的方法，其中包括檢測所述通信系統(tǒng)變壓器中的所述磁通量失衡；和在所述通信系統(tǒng)變壓器中生成補(bǔ)償磁通量，以最小化所述磁通量失衡。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括生成由所述磁通量失衡確定的控制信號，所述控制信號用于控制所述補(bǔ)償磁通量。
優(yōu)選地，所述控制信號控制補(bǔ)償電流來控制所述補(bǔ)償磁通量。
根據(jù)本發(fā)明一方面，提供一種通過通信鏈路接收DC能源和數(shù)據(jù)的受電設(shè)備，該受電設(shè)備包括變壓器，用于隔開所述通信鏈路和所述受電設(shè)備，所述變壓器帶有連接到所述通信鏈路的第一線圈和連接到數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)的第二線圈；磁通量檢測電路，其連接到所述變壓器的所述第二線圈，用于檢測與通過所述通信鏈路提供的所述DC能源相關(guān)的主磁通量；和補(bǔ)償電路，其連接到所述變壓器的所述第二線圈，用于在所述變壓器的所述第二線圈生成DC抵消電流，所述DC抵消電流在所述變壓器中產(chǎn)生次磁通量，其極性與所述主磁通量相反。
優(yōu)選地，所述補(bǔ)償電路包括可變電源，用于產(chǎn)生可變電流并輸入(steer)所述變壓器的所述第二線圈的第一抽頭和第二抽頭其中之一。
優(yōu)選地，調(diào)整所述可變電流，使所述次磁通量的強(qiáng)度與所述主磁通量基本相同；將所述可變電流輸入所述第二線圈的所述第一抽頭和所述第二抽頭其中之一，使所述次磁通量的極性與所述主磁通量相反。
優(yōu)選地，該設(shè)備進(jìn)一步包括控制電路，用于根據(jù)所述磁通量檢測電路的輸出控制所述可變電源。
本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)、目的和創(chuàng)新特征，及其實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)，將從下面的描述和附圖中得到更充分的理解。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖可進(jìn)一步解釋本發(fā)明的原則，并使本領(lǐng)域技術(shù)人員能更好的理解和使用本發(fā)明。
附圖中圖1是通信系統(tǒng)中現(xiàn)有電能傳送過程的示意圖；圖2是現(xiàn)有電能傳送配置中的問題的示意圖；圖3是檢測和補(bǔ)償電路一實(shí)施例的方框圖；圖4是飽和補(bǔ)償電路一實(shí)施例的示意圖；圖5是示范性控制電路的示意圖；圖6是檢測和最小化磁通量失衡的示范性方法的流程圖；圖7是檢測和最小化磁通量失衡的另一示范性方法的流程圖；圖8是檢測和最小化磁通量失衡的又一示范性方法的流程圖；圖9是檢測和最小化磁通量失衡的再一示范性方法的流程圖。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。在這些附圖中，同一參考編號表示相同或功能類似的元件。此外，參考編號的最左邊一位表示該參考編號在其中第一次出現(xiàn)的附圖。
具體實(shí)施例方式
如上所述，本發(fā)明提出了一種將通信系統(tǒng)變壓器中因電能傳送而引起的飽和度最小化的方案。下面將結(jié)合圖3-9具體說明該方案。
檢測和補(bǔ)償電路圖3是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的受電設(shè)備316的結(jié)構(gòu)示意圖。受電設(shè)備316檢測并最小化變壓器320的飽和度。變壓器320是以太網(wǎng)供電(power-over-ethernet)系統(tǒng)的一部分。作為選擇，變壓器320是在通信線路上傳送電能的通信系統(tǒng)的一部分。受電設(shè)備具有檢測電路300、補(bǔ)償電路302和受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324。線圈304是至少一個(gè)位于變壓器320的磁通量內(nèi)的設(shè)備。線圈304將電能和磁能相互轉(zhuǎn)換。作為變壓器320的一部分，線圈304是螺旋線圈和類似設(shè)備。
檢測電路300感應(yīng)變壓器320中的磁通量失衡322。磁通量失衡322是由第一電流(I1)332和第二電流(I2)334不相等引起的。檢測電路300連接到線圈304中的第一抽頭305、第二抽頭307和第三抽頭309。第一和第二抽頭305和307分別位于線圈304的兩端，而第三抽頭309是中心抽頭。作為選擇，第一、第二和第三抽頭305、307和309位于線圈304中的不同點(diǎn)上。檢測電路300測量線圈304中介于第一、第二和第三抽頭305、307和309之間的電壓。此外，檢測電路300還可測量流經(jīng)第一、第二和第三抽頭305、307和309的電流。在一實(shí)例中，檢測電路300是數(shù)字接收機(jī)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的一部分。
補(bǔ)償電路302最小化變壓器320中的磁通量失衡322。補(bǔ)償電路302也連接到第一抽頭305、第二抽頭307和第三抽頭309。補(bǔ)償電路302帶有由控制電路310控制的電源。補(bǔ)償電路302向線圈304輸入補(bǔ)償電流，以生成補(bǔ)償磁通量311，從而最小化磁通量失衡322。在一實(shí)例中，補(bǔ)償電路302是數(shù)字發(fā)射機(jī)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一部分。
受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324發(fā)射和/或接收流經(jīng)變壓器320的通信信號313。通信信號313是AC信號。受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324連接到第一抽頭305和第二抽頭307。在一實(shí)例中，檢測電路300、補(bǔ)償電路302和受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324連接到變壓器320的磁通量內(nèi)部的不同線圈。
包括第一導(dǎo)線306、第二導(dǎo)線309和第三導(dǎo)線344在內(nèi)的變壓器接口連接到受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324、檢測電路300和補(bǔ)償電路302。變壓器接口是導(dǎo)線元件陣列，將晶粒連接到集成電路封裝體外部的電路。變壓器接口實(shí)例包括但不限于球柵陣列(ball grid array，簡稱BGA)、針柵陣列(pin grid array，簡稱PGA)和小外型集成電路(small-outline integrated circuit，簡稱SOIC)。在一實(shí)例中，變壓器接口為集成電路封裝體中的并行或串行端口。換而言之，受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324、檢測電路300、補(bǔ)償電路302和控制電路310集成在單硅片基板上，而變壓器接口為該集成電路提供了片外物理接口。
變壓器320A為DC負(fù)載342提供能量。DC負(fù)載342連接到變壓器320的第二線圈345的中心抽頭343。在一實(shí)例中，DC負(fù)載342具有DC-DC變換器347。在一實(shí)例中，中心抽頭343不是中心抽頭，而是位于線圈304中其它點(diǎn)的抽頭。第一電流(I1)332和第二電流(I2)334為DC負(fù)載342提供能源。DC負(fù)載342至少在部分程度上是受電設(shè)備316，其中包括檢測電路300、補(bǔ)償電路302、受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324和控制電路310。在另一實(shí)例中，DC負(fù)載342為另一電路。
控制電路310檢測并最小化受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324、檢測電路300、補(bǔ)償電路302和能耗監(jiān)視電路314中的磁通量失衡322?？刂齐娐?10通過控制線312連接到受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324、檢測電路300、補(bǔ)償電路302和能耗監(jiān)視電路314。
受電設(shè)備316的能耗監(jiān)視電路314通過測量供應(yīng)給DC負(fù)載342的電流來測量DC負(fù)載342的能耗?？蛇x地，能耗監(jiān)視電路314連接到DC負(fù)載342。
受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324、檢測電路300和補(bǔ)償電路302放置在同一基板340上。檢測電路300、補(bǔ)償電路302、控制電路310和受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324共享相同的電路以節(jié)省空間。在一實(shí)例中，檢測電路300、補(bǔ)償電路302、控制電路310和/或受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324為分散電路。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，圖4進(jìn)一步示出了受電設(shè)備316。檢測電路300測量第一電壓(V1)424、第二電壓(V2)426和第三電壓(V3)402。檢測電路300根據(jù)第一電壓(V1)424、第二電壓(V2)426和/或第三電壓(V3)402的測量結(jié)果，給控制電路310生成信號。
受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324檢測流經(jīng)變壓器320的信號如通信信號313的失真。例如，受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324測量的失真類型為信號對稱性和幅度。根據(jù)信號失真，受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324給控制電路310生成信號。
通過生成補(bǔ)償磁通量311，補(bǔ)償電路302將變壓器320中的磁通量失衡的影響最小化。補(bǔ)償電路302向線圈304輸入第一補(bǔ)償電流(I3)404和第二補(bǔ)償電流(I4)406，以生成補(bǔ)償磁通量311。在一實(shí)例中，補(bǔ)償電路302與線圈304串連。補(bǔ)償磁通量311和磁通量失衡322并不限于圖4所示的方向。
補(bǔ)償電路302有幾級(stage)436A、…、N。示范級436A包括第一開關(guān)408A，其通過第一導(dǎo)線306連接在公共點(diǎn)(common node)410A和線圈304第一端部之間。第二開關(guān)412A通過第二導(dǎo)線308連接在公共點(diǎn)(common node)410A和線圈304第二端部之間。電源414A與公共點(diǎn)410A和第三抽頭309串連。第一開關(guān)408A和第二開關(guān)412A控制從電源414A到線圈304的第一補(bǔ)償電流(I3)404和第二補(bǔ)償電流(I4)406的應(yīng)用。第一開關(guān)408A和第二開關(guān)412A為晶體管。在一實(shí)例中，電源414包括梯形電阻(resistive ladder)或可變電源。
控制電路圖4和圖5示出了控制電路310的連接?？刂齐娐?10管理由受電設(shè)備316中的電路完成的功能。在一實(shí)例中，控制電路310為邏輯電路和/或處理器。在一實(shí)例中，控制電路310帶有計(jì)算機(jī)可讀媒介，其載有至少一個(gè)可由至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，用于執(zhí)行控制和管理受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324、檢測電路300和補(bǔ)償電路302中至少一個(gè)的方法。在另一實(shí)例中，控制電路310帶有計(jì)算機(jī)可讀媒介，其載有至少一個(gè)可由至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，用于執(zhí)行最小化變壓器320中飽和的方法。
控制電路310連接到檢測電路300、補(bǔ)償電路302和受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324?？刂齐娐?10還通過控制線312連接到第一開關(guān)408、第二開關(guān)412和電源414。在一實(shí)例中，控制電路310與受電設(shè)備中的其它電路相連。
磁通量失衡檢測和最小化概述圖6給出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁通量失衡檢測和最小化過程的大體流程圖。首先，在步驟600中，檢測到磁通量失衡。第二，在步驟602中，生成由該磁通量失衡確定的控制信號。步驟二是可選的。第三，在步驟604中，生成補(bǔ)償磁通量以最小化磁通量失衡。如果執(zhí)行了步驟二，則補(bǔ)償磁通量由控制信號控制。
檢測磁通量失衡檢測電路300檢測變壓器320中的磁通量失衡322。在傳送握手信號過程中進(jìn)行檢測。因此，檢測是在變壓器320中存在或不存在通信信號313期間進(jìn)行的。在一實(shí)例中，檢測電路300在通信鏈路中只檢測一次，或定期檢測、偶爾檢測或連續(xù)檢測變壓器320中的磁通量失衡322。
磁通量失衡322檢測的一種典型方法是利用測試磁通量改變變壓器的磁通量。通過向線圈304連續(xù)輸入第一測試電流(I5)420和第二測試電流(I6)422來生成測試磁通量。測試磁通量同時(shí)存在于線圈304中已輸入有第一測試電流(I5)420和第二測試電流(I6)422的部分以及其他未輸入電流的部分。線圈304同時(shí)暴露在測試磁通量和磁通量失衡322中。磁通量失衡322和測試磁通量的方向相同或相反，由此增強(qiáng)或減弱它們對線圈304的影響。通過測量第三電壓(V3)402來檢測變壓器320中的磁通量失衡322。作為選擇，還可測量第一電壓(V1)424和/或第二電壓(V2)426。當(dāng)?shù)谝粶y試電流(I5)420或第二測試電流(I6)422停止時(shí)，線圈304內(nèi)部或周圍的測試磁通量消失，從而生成第一電壓(V1)424、第二電壓(V2)426和第三電壓(V3)402。因此，當(dāng)測試磁通量消失時(shí)，線圈304兩端的第三電壓(V3)402的極性和強(qiáng)度不同于磁通量失衡322存在時(shí)的情形，其具體情況與磁通量失衡322的方向有關(guān)。
在另一實(shí)例中，在生成測試磁通量期間，通過測量第一測試電流(I5)420、第二測試電流(I6)422以及第一電壓(V1)424、第二電壓(V2)426和第三電壓(V3)402中的至少一個(gè)電壓來檢測磁通量失衡322。向線圈304連續(xù)輸入第一測試電流(I5)420和第二測試電流(I6)422來生成測試磁通量。在飽和狀態(tài)期間，第一測試電流(I5)420或第二測試電流(I6)422增加，第一電壓(V1)424、第二電壓(V2)426和第三電壓(V3)402沒有變化或者只是輕微變化。此外，如果變壓器320中有磁通量失衡322，很容易用第一測試電流(I5)420或第二測試電流(I6)422使變壓器320飽和。因此，在飽和開始出現(xiàn)時(shí)比較第一測試電流(I5)420和第二測試電流(I6)422的強(qiáng)度，同樣可說明磁通量失衡322的出現(xiàn)。
檢測磁通量失衡200的第二典型方法是測量流經(jīng)變壓器320的通信信號313。變壓器320中的磁通量失衡322將導(dǎo)致通信信號313的對稱性和/或幅度的變化。當(dāng)變壓器320在一個(gè)方向上出現(xiàn)飽和或接近飽和狀態(tài)時(shí)，將出現(xiàn)這些變化。檢測過程包括測量通信信號313在對稱性、波形形狀和/或幅度的下降。剪截檢測器(clipping detector)測試通信信號313的對稱性和幅度的變化。
磁通量失衡322檢測的第三典型方法是測量DC負(fù)載342的能源需求的變化。通過檢測來自第二線圈345的中心抽頭343的供給電流來測量能源需求。作為選擇，還可通過檢測在中心抽頭343感應(yīng)到的供給電壓來測量能源需求。如果DC負(fù)載342能源需求增加，則磁通量失衡322也隨之增大。如果DC負(fù)載342能源需求減小，則磁通量失衡322也隨之減小。
控制信號在磁通量失衡檢測和最小化期間，控制電路310給出控制信號來啟動第一開關(guān)408和/或第二開關(guān)412。在最小化期間，控制電路310根據(jù)磁通量失衡322的強(qiáng)度和方向來給出控制信號。
在一實(shí)例中，控制電路310執(zhí)行算法以控制檢測電路300、補(bǔ)償電路302和/或受電設(shè)備收發(fā)機(jī)324。算法同樣也對檢測電路300的輸出進(jìn)行處理以控制補(bǔ)償電路302。在補(bǔ)償電路302中，第一補(bǔ)償電流(I3)404和第二補(bǔ)償電流(I4)406的時(shí)長(timing)、幅度和方向都受控制電路310的控制?？刂齐娐?10也控制第一開關(guān)408和/或第二開關(guān)412的啟動。在DC電源414為可變電源時(shí)，控制電路310也控制DC電源414的變化。
磁通量失衡最小化補(bǔ)償電路302通過向線圈304輸入第一補(bǔ)償電流(I3)404和/或第二補(bǔ)償電流(I4)406來最小化磁通量322。第一補(bǔ)償電流(I3)404和/或第二補(bǔ)償電流(I4)406在變壓器320中生成補(bǔ)償磁通量311。第一補(bǔ)償電流(I3)404和第二補(bǔ)償電流(I4)406為可變強(qiáng)度的DC電流。在一實(shí)例中，第一補(bǔ)償電流(I3)404和/或第二補(bǔ)償電流(I4)406均具有固定強(qiáng)度。補(bǔ)償電路302的操作不考慮變壓器320中是否存在通信信號313。
在一方法中，控制信號啟動第一開關(guān)408和/或第二開關(guān)412，向線圈304輸入第一補(bǔ)償電流(I3)404或第二補(bǔ)償電流(I4)406以生成使磁通量失衡322最小化的補(bǔ)償磁通量311。第一開關(guān)408的啟動使第二補(bǔ)償電流(I4)406朝一個(gè)方向流入線圈304。第二開關(guān)412的啟動使第一補(bǔ)償電流(I3)404以與第二補(bǔ)償電流(I4)406相反的方向流入線圈304。
在另一方法中，控制電路310啟動多級電路436中的一些第一開關(guān)408和/或第二開關(guān)412。通過將一定數(shù)量的固定大小DC電源414選擇性的連接到線圈304，可改變輸入到線圈304中的第一補(bǔ)償電流(I3)404或第二補(bǔ)償電流(I4)406的強(qiáng)度。
在另一方法中，控制電路310調(diào)整可變DC電源414來選擇第一補(bǔ)償電流(I3)404或第二補(bǔ)償電流(I4)406的強(qiáng)度。
圖7示出了檢測和最小化磁通量失衡322的方法。在步驟700，啟動第一開關(guān)408，將第一測試電流(I5)420輸入到線圈304的第一部分，以使變壓器320飽和。在步驟702，停止第一測試電流(I5)420。在步驟704，在停止第一測試電流(I5)420的過程中，得到第三電壓(V3)402的第一測量值。在步驟706，啟動第二開關(guān)412，將第二測試電流(I6)422以與第一測試電流(I5)420相反的方向輸入到線圈304的第二部分，以使變壓器320飽和。在步驟708，停止第二測試電流(I6)422。在步驟710，在停止第二測試電流(I6)422的過程中，得到第三電壓(V3)402的第二測量值。在步驟712，將第三電壓(V3)402的第一測量值與第三電壓(V3)402的第二測量值比較，以確定差分電壓(differential voltage)。差分電壓的大小和極性說明了磁通量失衡322的方向和強(qiáng)度。在步驟714，根據(jù)該磁通量失衡322向補(bǔ)償電路302發(fā)出控制信號。步驟714是可選的。在步驟716，選擇啟動第一開關(guān)408和/或第二開關(guān)412，使第一補(bǔ)償電流(I3)404或第二補(bǔ)償電流(I4)406流入線圈304以生成使磁通量失衡322最小化的補(bǔ)償磁通量311。
圖8示出了檢測和最小化磁通量失衡322的方法。在步驟800，檢測電路300將第一測試電流(I5)420輸入到線圈304的第一部分。在步驟802，在增大第一測試電流(I5)420的同時(shí)測量線圈304兩端的第三電壓(V3)402。在步驟804，當(dāng)從第三電壓(V3)402檢測到變壓器320飽和時(shí)，記錄第一測試電流(I5)420的大小。在步驟806，停止第一測試電流(I5)420。在步驟808，檢測電路300將第二測試電流(I6)422輸入到線圈304的第二部分。在步驟810，在增大第二測試電流(I6)422的同時(shí)測量線圈304兩端的第三電壓(V3)402。在步驟812，當(dāng)從第三電壓(V3)402檢測到變壓器320飽和時(shí)，記錄第二測試電流(I6)422的大小。在步驟814，停止第二測試電流(I6)422。在步驟816，第一測試電流(I5)420測量值和第二測試電流(I6)422測量值之間的大小和極性差異說明了磁通量失衡322的方向和強(qiáng)度。在步驟818，啟動開關(guān)如第一開關(guān)408和/或第二開關(guān)412，使電流如第一補(bǔ)償電流(I3)404和/或第二補(bǔ)償電流(I4)406流入線圈304以生成使磁通量失衡322最小化的補(bǔ)償磁通量311。
圖9示出了檢測和最小化磁通量失衡322的又一方法。在步驟900，將直流輸入到變壓器第一線圈的至少一部分。在步驟902，確定由該直流和流經(jīng)第二線圈的第二電流引起的磁通量。在步驟904，判斷該磁通量是否將引起變壓器飽和。步驟904是可選的。步驟906，改變該磁通量。
結(jié)論應(yīng)理解，用于解釋權(quán)利要求的是詳細(xì)說明部分而不是概述和摘要部分。概述和摘要部分給出了一個(gè)或多個(gè)發(fā)明人所預(yù)期的本發(fā)明實(shí)施例但并未給出所有實(shí)施例，因此，概述和摘要部分無論如何不能用于限制本發(fā)明和權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種收發(fā)機(jī)，用于在通信系統(tǒng)中降低由電能傳送引起的變壓器飽和，其特征在于，其中包括變壓器接口，包括第一導(dǎo)線，第二導(dǎo)線，和第三導(dǎo)線；飽和補(bǔ)償電路，包括連接在所述第一導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)，連接在所述第二導(dǎo)線和所述節(jié)點(diǎn)之間的第二開關(guān)，以及連接在所述節(jié)點(diǎn)和所述第三導(dǎo)線之間的直流電源；測量下述至少一項(xiàng)的測量裝置所述第一、第二和第三導(dǎo)線中任兩者之間的電壓，流經(jīng)所述第一導(dǎo)線的第一電流和流經(jīng)所述第二導(dǎo)線的第二電流；和連接到所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)和所述測量裝置的控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機(jī)，其特征在于，所述直流電源是可變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機(jī)，其特征在于，所述控制電路連接到所述直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機(jī)，其特征在于，所述飽和補(bǔ)償電路，所述測量裝置和所述控制電路設(shè)置在同一基板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機(jī)，其特征在于，所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)和所述直流電源中的至少一個(gè)包括晶體管。
6.一種控制變壓器中磁通量的方法，該變壓器有第一線圈和第二線圈，其中第二線圈有連接到直流負(fù)載的第二線圈抽頭，其特征在于，該方法包括將直流電流輸入到所述第一線圈的至少一部分；確定磁通量，所述磁通量來自所述直流電流和流經(jīng)所述第二線圈的第二電流；和改變所述磁通量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一線圈的所述一部分包括第一線圈中心抽頭和所述第一線圈的端部。
8.一種在通信系統(tǒng)變壓器中控制磁通量失衡的方法，其特征在于，其中包括檢測所述通信系統(tǒng)變壓器中的所述磁通量失衡；和在所述通信系統(tǒng)變壓器中生成補(bǔ)償磁通量，以最小化所述磁通量失衡。
9.一種通過通信鏈路接收DC能源和數(shù)據(jù)的受電設(shè)備，其特征在于，該受電設(shè)備包括變壓器，用于隔開所述通信鏈路和所述受電設(shè)備，所述變壓器帶有連接到所述通信鏈路的第一線圈和連接到數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)的第二線圈；磁通量檢測電路，其連接到所述變壓器的所述第二線圈，用于檢測與通過所述通信鏈路提供的所述DC能源相關(guān)的主磁通量；和補(bǔ)償電路，其連接到所述變壓器的所述第二線圈，用于在所述變壓器的所述第二線圈生成DC抵消電流，所述DC抵消電流在所述變壓器中產(chǎn)生次磁通量，其極性與所述主磁通量相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的動力設(shè)備，其特征在于，所述補(bǔ)償電路包括可變電源，用于產(chǎn)生可變電流并輸入所述變壓器的所述第二線圈的第一抽頭和第二抽頭其中之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及在通信系統(tǒng)變壓器中將由電能傳送引起的飽和度最小化的方法和裝置，該變壓器諸如以太網(wǎng)供電系統(tǒng)中的變壓器。檢測變壓器中由飽和引起的磁通量失衡。將補(bǔ)償電流輸入線圈，以最小化磁通量失衡和飽和度。
文檔編號G05F1/565GK101093960SQ20071010920
公開日2007年12月26日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者沙瓦西·法拉希, 凱文·布朗 申請人:美國博通公司