低压电力线载波通信的接口电路设计

低压电力线载波通信的接口电路设计

关键词：载波通信；低压电力线；接口电路；设计？

一、前言

（1）电力网50　Hz的工频信号不能给载波通信系统带来太大的干扰；同时，考虑到整个通信系统的安全，必须进行强电隔离；

（2）低压电力线上并接的所有用电器的“统计载波阻抗”要高，以确保较高的载波信号加载效率。

上述问题，正是低压电力线通信的接口技术问题，下面从这两方面介绍其设计原理和实现方法。

二、接口电路的模型

根据低压电力线通信接口技术的要求：一方面，必须进行强电隔离；另一方面，要确保较高的载波信号加载效率。为此，必须采用“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”，其接口电路模型如图1所示。

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对（1）式，通过不同的处理将得到不同的数学模型。对图1所示的双RLC耦合回路进行去耦处理，得到２个独立的RLC串联回路。对（1）式求导，则可得到二元二阶方程组：

（2）式同时含有2个未知函数i？１（t）和i？２（t）的二阶导数，不便直接求解。

若将RLC串联回路表示成二元一阶方程，则由２个RLC回路便可得到四元一阶方程组：

设所有电路元件都是非时变性元件，则所对应的常系数线性一阶常微分方程组，可转化成线性代数方程组进行求解。？

三、接口电路的实现

根据上述的理论分析与建立的数学模型，可设计出低压电力线通信发送端的接口电路，如图2所示。？

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变压器T1将电力线与接口电路的其余部分相隔离，将发送信号送至电力线；从电力线上取接收载波信号；滤除来自电力线上的干扰噪声。

四、接口电路的仿真

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从图3的分析结果可见：电力线阻抗越大，接口电路的通频带越宽，对信号的耦合性能就越好，但选择性差；电力线阻抗越小，接口电路的通频带越窄，对信号的耦合性能就越差，但选择性好。经统计分析得知，低压电力线的统计阻抗一般在5～15 Ω之间［６］。因此，所使用的429～503　kHz的信号均在通频带（衰减小于3 dB）范围内，也就是说，以460 kHz作为低压电力线通信接口电路的中心频率是合理的。一方面，满足了载波发射高阻抗的要求，提高了载波的加载效率；另一方面，在满足信号的耦合性能的同时，也兼顾了对频率选择性的要求，从而提高了系统的抗干扰能力。

通过实验，发射端接口电路和接收端接口电路都达到了设计要求。应用该接口电路进行低压电力线通信实验，取得了很好的通信效果。？

五、结论

基于“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”，从理论上分析并建立了低压电力线载波通信的接口电路”的数学模型，由此设计了“低压电力线载波通信的接口电路”。仿真结果和实验结果表明，该接口电路既有较高的载波信号加载效率，又能完全地隔离电力网50 Hz的工频信号。因此，该接口电路可广泛应用于低压电力线通信系统。

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