復(fù)合耦合技術(shù)在低壓電力線載波通信接口電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要: 采用“電磁耦合”與“阻容耦合”相結(jié)合的“復(fù)合耦合技術(shù)”，建立了接口電路模型。分析并設(shè)計(jì)了基于ST7538 的低壓電力線載波通信的接口電路，對(duì)接口電路進(jìn)行仿真試驗(yàn)及結(jié)果分析。最后，對(duì)接口電路的主要性能:載波信號(hào)加載效率、幅頻特性、通頻帶、隔離電力網(wǎng)220 V/50 Hz 的工頻信號(hào)能力進(jìn)行分析。

　　0 引言

　　電力線通信( Power Line Communication，PLC
PLC

　　PLC是一種專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 [全文]

)是以電力網(wǎng)作為信道，進(jìn)行載波通信的一種有線通信方式。PLC 在歐洲( 德國(guó)、英國(guó)、瑞典等)發(fā)展得較快，最近，英國(guó)在電力線媒介開(kāi)發(fā)方面取得了突破性進(jìn)展，用戶可通過(guò)電力線進(jìn)入Internet網(wǎng)，從簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸提高到了網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。

　　中國(guó)電力系統(tǒng)也已組建國(guó)電通信中心，并向信息產(chǎn)業(yè)部正式申請(qǐng)了牌照。國(guó)家電力公司計(jì)劃在2015 年建成全國(guó)統(tǒng)一的聯(lián)合電力網(wǎng)通信系統(tǒng)。

　　但是，低壓電力線是一種通信環(huán)境非常惡劣的信道，許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。低壓電力線傳送著220 V/50 Hz 的電能，在低壓電力線上并接了許多不同阻抗的用電器。低壓電力線的這一固有特點(diǎn)，給低壓電力線通信帶來(lái)了很大的困難。因此，低壓電力線通信必須首先解決以下2 個(gè)難題:

　　(1) 電力網(wǎng)50 Hz 的工頻信號(hào)不能給載波通信系統(tǒng)帶來(lái)太大的干擾，同時(shí)，考慮到整個(gè)通信系統(tǒng)的安全，必須進(jìn)行強(qiáng)電隔離;(2) 低壓電力線上并接的所有用電器的“統(tǒng)計(jì)載波阻抗”要高，以確保較高的載波信號(hào)加載效率。

　　上述問(wèn)題，正是低壓電力線通信的接口技術(shù)問(wèn)題，以下從這兩方面介紹其設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。

　　1 接口電路的模型

　　根據(jù)低壓電力線通信接口技術(shù)的要求:① 必須進(jìn)行強(qiáng)電隔離;② 確保較高的載波信號(hào)加載效率。為此，就必須采用“電磁耦合”與“阻容耦合”相結(jié)合的“復(fù)合耦合技術(shù)”。接口電路模型如圖1所示。

圖1 接口電路模型。

　　該電路的關(guān)鍵物理量是2 個(gè)回路中的電流i1(t)和i2(t)。由基爾霍夫第二定律可得出該電路的數(shù)學(xué)模型:

　　式中，設(shè)i′ 、i″分別為i 的一、二階導(dǎo)數(shù)，則：

　　對(duì)于式(1)，通過(guò)不同的處理將得到不同的數(shù)學(xué)模型。對(duì)圖1 所示的雙RLC 耦合回路進(jìn)行去耦處理，得到2 個(gè)獨(dú)立的RLC 串聯(lián)回路。對(duì)式(1)求導(dǎo)，則可得到二元二階方程組：

　　式(2)同時(shí)含有2 個(gè)未知函數(shù)i1( t) 和i2( t)的二階導(dǎo)數(shù)，不便直接求解。