復(fù)合耦合技術(shù)在低壓電力線通信設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

變壓器TRANS4 將電力線與接口電路的其余部分相隔離，發(fā)送信號(hào)送至電力線;然后，從電力線上取接收載波信號(hào);最后，濾除來(lái)自電力線上的干擾噪聲。

信號(hào)經(jīng)變壓器二次側(cè)、L4、C11、C10、CNR、R35耦合至電力線上，變壓器二次側(cè)、L4、C11、C10、CNR、R35組成了帶通濾波器，而低壓電力線阻抗R 具有時(shí)變特性。由此，可計(jì)算出經(jīng)變壓器二次側(cè)、L4、C11、C10、CNR、R35和低壓電力線阻抗R 組成的雙口網(wǎng)絡(luò)的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù):

式中，R、C、L 分別為雙口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻、電容、電感。

低壓電力線通信接收端的接口電路如圖4 所示。電力線側(cè)的接口電路部分接收和發(fā)送信號(hào)共用，接收信號(hào)時(shí)，信號(hào)從交流220 V 的插座送入電力線，經(jīng)0. 5 A 熔斷器保護(hù)電路，由C10、CNR、R35、C11、變壓器線圈組成的降壓選頻電路( 中心頻率設(shè)計(jì)為82. 05 kHz) 及變壓器耦合后，經(jīng)由C12、C13及變壓器線圈組成的并聯(lián)諧振回路選頻，再經(jīng)L3、C9組成的濾波耦合到運(yùn)放進(jìn)行電壓放大及整形，放大整形后的信號(hào)輸入到電力線載波芯片。

圖4 載波接收端接口電路。

3 接口電路的仿真試驗(yàn)及分析

根據(jù)接口電路的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)，對(duì)雙口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。在此，重點(diǎn)分析在不同低壓電力線阻抗條件下帶通濾波器的通頻帶，即該接口電路的頻率特性。頻率特性是*價(jià)該接口電路耦合性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。仿真顯示，當(dāng)電力線電阻為2、10、20、50、70、100 Ω 時(shí)，幅頻特性情況如表1 和表2 所示。

對(duì)50 Hz /220 V 強(qiáng)電的相對(duì)抑制力( dB)=

表1 不同電力線阻抗及不同中心頻率下的輸出幅度(Uop /V) 輸入信號(hào)幅度= 1 V。

表2 不同電力線阻抗的上、下限截止頻率及通頻帶。

從表1 和表2 的分析結(jié)果可見:電力線阻抗越大，接口電路的通頻帶就越寬，對(duì)信號(hào)的耦合性能也就越好，但選擇性差;反之，電力線阻抗越小，接口電路的通頻帶越窄，對(duì)信號(hào)的耦合性能就越差，但選擇性好。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析知，低壓電力線的統(tǒng)計(jì)阻抗一般在5 ～ 1 5 Ω之間[2]。因此，ST 7538電力線載波芯片所使用的60 ～ 132. 5 kHz 的載波信號(hào)均在通頻帶( 衰減小于3 dB) 范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，以82. 05 kHz 作為低壓電力線通信接口電路的中心頻率是合理的。用電力線載波芯片ST7538 其他載波頻率來(lái)收、發(fā)信號(hào)，也可用此接口電路。此接口電路有如下特性:① 滿足載波發(fā)射高阻抗的要求，提高了載波的加載效率;② 在滿足信號(hào)的耦合性能的同時(shí)，還兼顧對(duì)頻率選擇性的要求，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

在電路的具體安裝和調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)電感磁來(lái)調(diào)節(jié)電感量，使通頻帶達(dá)到最佳。在基于電力線載波芯片ST 7538 低壓電力線載波通信實(shí)驗(yàn)中，選用82. 05 kHz 作為低壓電力線通信的中心頻率，設(shè)負(fù)載阻抗為5 ～ 15 Ω。試驗(yàn)結(jié)果表明，能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)控、群控?zé)艚M( 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信);能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)( 信號(hào)中心頻率1 kHz ，頻率范圍0. 02 ～ 10 kHz) 的傳輸( 實(shí)現(xiàn)模擬通信);能實(shí)現(xiàn)對(duì)正弦波形信號(hào)( 頻率范圍0. 01 ～100 kHz)的傳輸(實(shí)現(xiàn)模擬通信)。