低壓電力線載波通信的接口電路設(shè)計(jì)

三、接口電路的實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)上述的理論分析與建立的數(shù)學(xué)模型，可設(shè)計(jì)出低壓電力線通信發(fā)送端的接口電路，如圖2所示。

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　　在發(fā)送電路中，三極管Q1和變壓器T1組成調(diào)諧功率放大電路。這里諧振變壓器T1有著雙重作用：一方面，耦合載波信號(hào)；另一方面，使通信電路與220 V/50 Hz的強(qiáng)電隔離。在Q1和前級(jí)運(yùn)放之間通過(guò)一個(gè)電路R1耦合載波信號(hào)，這個(gè)電阻還可避免后級(jí)電路產(chǎn)生自激振蕩，此電阻的另一功能是增加放大器的負(fù)載阻抗。

　　前級(jí)運(yùn)放輸出的信號(hào)經(jīng)R1輸入到功率放大管Q1，再經(jīng)Q1和諧振網(wǎng)絡(luò)組成的單調(diào)諧放大器放大耦合到交流電力線上。其調(diào)諧回路的諧振頻率應(yīng)滿足：

　　若將中心頻率選在460 kHz［5］，電容取值為22　nF，經(jīng)計(jì)算可得電感L的取值在5.3　μH左右，即通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器初級(jí)繞組電感量來(lái)調(diào)節(jié)中心頻率。

　　變壓器T1將電力線與接口電路的其余部分相隔離，將發(fā)送信號(hào)送至電力線；從電力線上取接收載波信號(hào)；濾除來(lái)自電力線上的干擾噪聲。

　　信號(hào)經(jīng)L1、L2、C1、C2耦合至電力線上，C1、C2、L1、L2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C1、C2、L1、L2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)：

四、接口電路的仿真

　　根據(jù)該接口電路的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)，對(duì)此雙口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真分析。這里，著重分析了在不同的低壓電力線阻抗條件下，此帶通濾波器的通頻帶，即該接口電路的頻率特性。其頻率特性是評(píng)價(jià)該接口電路耦合性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。仿真顯示了當(dāng)電力線電阻為2 Ω、5 Ω、10 Ω、15 Ω、30 Ω、50 Ω、100 Ω時(shí)，通頻帶的情況，其頻率響應(yīng)曲線如圖3所示。

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　　從圖3的分析結(jié)果可見(jiàn)：電力線阻抗越大，接口電路的通頻帶越寬，對(duì)信號(hào)的耦合性能就越好，但選擇性差；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)分析得知，低壓電力線的統(tǒng)計(jì)阻抗一般在5～15 Ω之間［６］。因此，所使用的429～503　kHz的信號(hào)均在通頻帶（衰減小于3 dB）范圍內(nèi)，也就是說(shuō)，以460kHz作為低壓電力線通信接口電路的中心頻率是合理的。一方面，滿足了載波發(fā)射高阻抗的要求，提高了載波的加載效率；另一方面，在滿足信號(hào)的耦合性能的同時(shí)，也兼顧了對(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)電感磁芯來(lái)調(diào)節(jié)電感量，使通頻帶達(dá)到最佳。電容選用22 nF/450 V，電感量在5～6 μH之間。

　　關(guān)于接收端接口電路的設(shè)計(jì)，其基本原理和分析方法是相同的，這里不再重述，而直接給出低壓電力線接收端接口電路，如圖4所示。圖4中的二極管D1、D2起限幅作用，用來(lái)保護(hù)后續(xù)電路。

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)射端接口電路和接收端接口電路都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用該接口電路進(jìn)行低壓電力線通信實(shí)驗(yàn)，取得了很好的通信效果。

　　五、結(jié)論

　　基于“電磁耦合”與“阻容耦合”相結(jié)合的“復(fù)合耦合技術(shù)”，從理論上分析并建立了低壓電力線載波通信的接口電路”的數(shù)學(xué)模型，由此設(shè)計(jì)了“低壓電力線載波通信的接口電路”。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該接口電路既有較高的載波信號(hào)加載效率，又能完全地隔離電力網(wǎng)50 Hz的工頻信號(hào)。因此，該接口電路可廣泛應(yīng)用于低壓電力線通信系統(tǒng)。