復合耦合技術(shù)在低壓電力線(xiàn)通信設計中的應用

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

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

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(xiàn)通信接收端的接口電路如圖4 所示。電力線(xiàn)側的接口電路部分接收和發(fā)送信號共用，接收信號時(shí)，信號從交流220 V 的插座送入電力線(xiàn)，經(jīng)0. 5 A 熔斷器保護電路，由C10、CNR、R35、C11、變壓器線(xiàn)圈組成的降壓選頻電路( 中心頻率設計為82. 05 kHz) 及變壓器耦合后，經(jīng)由C12、C13及變壓器線(xiàn)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放進(jìn)行電壓放大及整形，放大整形后的信號輸入到電力線(xiàn)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及分析

根據接口電路的電壓轉移函數，對雙口網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行計算機仿真分析。在此，重點(diǎn)分析在不同低壓電力線(xiàn)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重要指標。仿真顯示，當電力線(xiàn)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50 Hz /220 V 強電的相對抑制力( dB)=

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

表2 不同電力線(xiàn)阻抗的上、下限截止頻率及通頻帶。

從表1 和表2 的分析結果可見(jiàn):電力線(xiàn)阻抗越大，接口電路的通頻帶就越寬，對信號的耦合性能也就越好，但選擇性差;反之，電力線(xiàn)阻抗越小，接口電路的通頻帶越窄，對信號的耦合性能就越差，但選擇性好。經(jīng)統計分析知，低壓電力線(xiàn)的統計阻抗一般在5 ～ 1 5 Ω之間[2]。因此，ST 7538電力線(xiàn)載波芯片所使用的60 ～ 132. 5 kHz 的載波信號均在通頻帶( 衰減小于3 dB) 范圍內。也就是說(shuō)，以82. 05 kHz 作為低壓電力線(xiàn)通信接口電路的中心頻率是合理的。用電力線(xiàn)載波芯片ST7538 其他載波頻率來(lái)收、發(fā)信號，也可用此接口電路。此接口電路有如下特性:① 滿(mǎn)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(mǎn)足信號的耦合性能的同時(shí)，還兼顧對頻率選擇性的要求，從而提高了系統的抗干擾能力。

在電路的具體安裝和調試過(guò)程中，通過(guò)調節電感磁來(lái)調節電感量，使通頻帶達到最佳。在基于電力線(xiàn)載波芯片ST 7538 低壓電力線(xiàn)載波通信實(shí)驗中，選用82. 05 kHz 作為低壓電力線(xiàn)通信的中心頻率，設負載阻抗為5 ～ 15 Ω。試驗結果表明，能準確地實(shí)現點(diǎn)控、群控燈組( 實(shí)現數據通信);能實(shí)現語(yǔ)音信號( 信號中心頻率1 kHz ，頻率范圍0. 02 ～ 10 kHz) 的傳輸( 實(shí)現模擬通信);能實(shí)現對正弦波形信號( 頻率范圍0. 01 ～100 kHz)的傳輸(實(shí)現模擬通信)。