低壓電力線載波通信的接口電路設(shè)計

一、前言

　　電力線通信，簡稱PLC（Power Line CommunicatiON），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。電力線載波通信與其他通信方式相比，能充分利用現(xiàn)有的電力線資源，即利用電力線進(jìn)行通信，實現(xiàn)信息的傳輸。因而，電力線通信具有很好的開發(fā)前景和應(yīng)用價值。

　　最近,英國在電力線媒介開發(fā)方面取得了突破性進(jìn)展,用戶可通過電力線進(jìn)入Internet網(wǎng),它從簡單的數(shù)據(jù)傳輸提高到了網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。法國已推出了電力線調(diào)制解調(diào)器集成電路,使住宅智能化產(chǎn)品向市場化方向進(jìn)一步推進(jìn)。電力線通信目前在歐洲（德國、英國、瑞典等）發(fā)展得較快。德國與英國是目前世界上唯一制定電力線通信規(guī)則的國家［２］。中國電力系統(tǒng)已組建國電通信中心，并向信息產(chǎn)業(yè)部正式申請了牌照。國家電力公司計劃在2015年建成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電力網(wǎng)通信系統(tǒng)，其前景極其可觀。

　　但是，低壓電力線是一種通信環(huán)境非常惡劣的信道，有許多問題有待進(jìn)一步研究［３］。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，給低壓電力線通信帶來了很大的困難［４］。因此，低壓電力線通信必須首先解決以下兩個難題：

　?。?SPAN lang=EN-US>1）電力網(wǎng)50　Hz的工頻信號不能給載波通信系統(tǒng)帶來太大的干擾；同時，考慮到整個通信系統(tǒng)的安全，必須進(jìn)行強(qiáng)電隔離；
　?。?SPAN lang=EN-US>2）低壓電力線上并接的所有用電器的“統(tǒng)計載波阻抗”要高，以確保較高的載波信號加載效率。

　　上述問題，正是低壓電力線通信的接口技術(shù)問題，下面從這兩方面介紹其設(shè)計原理和實現(xiàn)方法。

二、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：一方面，必須進(jìn)行強(qiáng)電隔離；另一方面，要確保較高的載波信號加載效率。為此，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)”，其接口電路模型如圖1所示。

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該電路的關(guān)鍵物理量是2個回路中的電流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：

　　對（1）式，通過不同的處理將得到不同的數(shù)學(xué)模型。對圖1所示的雙RLC耦合回路進(jìn)行去耦處理，得到２個獨立的RLC串聯(lián)回路。對（1）式求導(dǎo)，則可得到二元二階方程組：

　?。?SPAN lang=EN-US>2）式同時含有2個未知函數(shù)i１(t)和i２（t)的二階導(dǎo)數(shù)，不便直接求解。
　　若將RLC串聯(lián)回路表示成二元一階方程，則由２個RLC回路便可得到四元一階方程組：

　　該方程組含有４個未知數(shù)：i１(t)，i２（t)，，。其定解條件，直接由電路的初始儲能情況給出，當(dāng)無初始儲能時，為齊次初始條件，即：

設(shè)所有電路元件都是非時變性元件，則所對應(yīng)的常系數(shù)線性一階常微分方程組，可轉(zhuǎn)化成線性代數(shù)方程組進(jìn)行求解。