基于復(fù)合耦合技術(shù)的低壓電力線載波通信接口電路設(shè)計(jì)

1、基于復(fù)合耦合技術(shù)的低壓電力線載波通信接口電路設(shè)計(jì)基于復(fù)合耦合技術(shù)的低壓電力線載波通信接口電路設(shè)計(jì)電力線通信(PowerLineCommunication，PLC)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Inter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。

2、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220V50Hz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)50Hz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

3、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

4、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：可以方便地與微處理器相連接，且只要通過(guò)耦合變壓器等少量外部器件，即可連接到電力網(wǎng)中。ST7538功能強(qiáng)大、集成度很高，采取了多種抗干擾技術(shù)，如果能夠很好地利用其多頻段性，就可以克服窄帶通信的缺點(diǎn)。ST7538作為很有代表性的窄帶通信芯片，在遠(yuǎn)程抄表、燈光控制、智能家電等領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。除此之外，該芯片還有以下主要特點(diǎn):(1)有8個(gè)可編程(載波)頻率，

5、即60、66、72、76、82.05、86、110、132.5kHz(2)內(nèi)部集成電力線驅(qū)動(dòng)接口，并且提供可編程電壓控制和電流控制(3)可編程通信速率高達(dá)4800bs(4)極低的功耗，在接收狀態(tài)下功耗只有5mW(5)接收靈敏度很高，接收靈敏度為1mVRMS。2.2接口電路框圖ST7538電力線收發(fā)信號(hào)通道框圖設(shè)計(jì)如圖2所示。接收信號(hào)通道由耦合電路、濾波電路、保護(hù)電路、電壓放大電路組成。發(fā)送信號(hào)通道由電壓放大電路、功率放大電路、濾波電路、

6、保護(hù)電路、耦合電路組成。電力線接口首先是一個(gè)耦合電路，用于FSK信號(hào)的傳輸與接收，同時(shí)也是一個(gè)濾波系統(tǒng)，能可靠地過(guò)濾掉220V50Hz的電力信號(hào)、噪聲信號(hào)和浪涌信號(hào)。圖2ST7538的電力線收發(fā)信號(hào)通道框圖。由于希望系統(tǒng)使用時(shí)有較遠(yuǎn)的通信距離，就必須要求模塊發(fā)送端有足夠大的功率輸出，而大輸出功率的放大電路不宜長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，否則容易過(guò)熱損壞若設(shè)計(jì)高要求的大輸出功放。功放是功率放大器的簡(jiǎn)稱，即是在以定的失真率范圍內(nèi)，能產(chǎn)生最大功率輸出來(lái)驅(qū)