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低压电力线载波通信的接口电路设计

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:383

　　摘 要：为了利用低压电力线实现可靠的载波通信，接口电路的设计是问题的关键。其难点在于：一方面，要求载波信号的加载效率高；另一方面，要求电力网50 hz的工频信号不能给载波通信系统带来太大的干扰。为此，采用了“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”，很好地解决了这一难题。基于这种“复合耦合技术”，分析并设计了“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。
　　关键词：载波通信；低压电力线；接口电路；设计

一、前言
　　电力线通信，简称plc（power line communication），是以电力网作为信道进行载波通信的一种有线通信方式。电力线载波通信与其他通信方式相比，能充分利用现有的电力线资源，即利用电力线进行通信，实现信息的传输。因而，电力线通信具有很好的开发前景和应用价值［１］。
　　最近,英国在电力线媒介开发方面取得了突破性进展,用户可通过电力线进入internet网,它从简单的数据传输提高到了网络联接。法国已推出了电力线调制解调器集成电路,使住宅智能化产品向市场化方向进一步推进。电力线通信目前在欧洲（德国、英国、瑞典等）发展得较快。德国与英国是目前世界上唯一制定电力线通信规则的国家［２］。中国电力系统已组建国电通信中心，并向信息产业部正式申请了牌照。国家电力公司计划在2015年建成全国统一的联合电力网通信系统，其前景极其可观。
　　但是，低压电力线是一种通信环境非常恶劣的信道，有许多问题有待进一步研究［３］。低压电力线传送着220　v/50　hz的电能，在低压电力线上并接了许多不同阻抗的用电器。低压电力线的这一固有特点，给低压电力线通信带来了很大的困难［４］。因此，低压电力线通信必须首先解决以下两个难题：
　　（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。

该电路的关键物理量是2个回路中的电流i1(t)和i２（t)。由基尔霍夫第二定律可得出该电路的数学模型：

　　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

　　摘 要：为了利用低压电力线实现可靠的载波通信，接口电路的设计是问题的关键。其难点在于：一方面，要求载波信号的加载效率高；另一方面，要求电力网50 hz的工频信号不能给载波通信系统带来太大的干扰。为此，采用了“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”，很好地解决了这一难题。基于这种“复合耦合技术”，分析并设计了“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。
　　关键词：载波通信；低压电力线；接口电路；设计

一、前言
　　电力线通信，简称plc（power line communication），是以电力网作为信道进行载波通信的一种有线通信方式。电力线载波通信与其他通信方式相比，能充分利用现有的电力线资源，即利用电力线进行通信，实现信息的传输。因而，电力线通信具有很好的开发前景和应用价值［１］。
　　最近,英国在电力线媒介开发方面取得了突破性进展,用户可通过电力线进入internet网,它从简单的数据传输提高到了网络联接。法国已推出了电力线调制解调器集成电路,使住宅智能化产品向市场化方向进一步推进。电力线通信目前在欧洲（德国、英国、瑞典等）发展得较快。德国与英国是目前世界上唯一制定电力线通信规则的国家［２］。中国电力系统已组建国电通信中心，并向信息产业部正式申请了牌照。国家电力公司计划在2015年建成全国统一的联合电力网通信系统，其前景极其可观。
　　但是，低压电力线是一种通信环境非常恶劣的信道，有许多问题有待进一步研究［３］。低压电力线传送着220　v/50　hz的电能，在低压电力线上并接了许多不同阻抗的用电器。低压电力线的这一固有特点，给低压电力线通信带来了很大的困难［４］。因此，低压电力线通信必须首先解决以下两个难题：
　　（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。

该电路的关键物理量是2个回路中的电流i1(t)和i２（t)。由基尔霍夫第二定律可得出该电路的数学模型：

　　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

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