电力线载波通信的外围电路设计

作者：时间：2012-12-11来源：网络收藏

发送电路主要由功率放大器组成。功率放大器的作用是将PSK_OUT输出的方波信号进行功率放大。为提高发送功率，采用输出级为异型复合管单电源准互补乙类推挽电路。前级放大采用9014和9015对管，D5和D6两个5．1 V的稳压管起保护作用，防止三极管反向击穿。后级由于电流比较大，采用耐电流比较大的2SA1015和2SA1815对管；同样，来自线路上的载波信号经过线圈耦合到载波接收电路中，D4双向稳压二极管起保护作用，防止大电压损害器件，耦合线圈比较重要，要选择10：15的线圈。接插件高压和低压分开，高压部分时220 V构接口，低压按照管脚顺序分别是PSK_OUT、GND、VHH和PSK_IN。
耦合电路的设计目的是为了利用电力线实现可靠的载波通信，其分析与设计是问题的关键。其难点在于：(1)要求载波信号的加载效率高。(2)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。设计一个能有效减小低压电力线的低阻抗影响的功率匹配和增益平衡电路，用于将信号耦合到电力线上，其传输频带为0．1～30．0 MHz。为实现网络信号的最大功率传输，该电路设计时须考虑220 V线路侧的阻抗特性，T100为信号耦合变压器，220 V线路侧阻抗约取30 Ω。然后确定线圈初级的匝数比或阻抗比。最后设计功率放大器的输出匹配电阻。
为防止低压电力线上的雷电和开关瞬态作用，对电路元器件造成永久性损坏，需采用特殊的保护措施。如图2耦合部分所示，变压器对于100～400 kHz的扩频载波信号提供了一个线性的传输功能，电容的作用是阻止50 Hz的工频进入变压器T，限制了变压器电流，以避免变压器铁芯饱和。输入通道应接一个浪涌保护二极管5KP18C，经电阻隔离后接二极管箝位电路输出给前级滤波电路。由于电力线上负载发生变化时，电力线会产生较大噪声甚至幅值很大的尖峰脉冲，该脉冲经耦合后，会给后级电路带来较大危害。因此加入一个浪涌保护二极管后，可以很好地滤除这种噪声，保护后级电路。后面接两个二极管用于过压保护。

2 AGC电路设计
自动增益控制电路被称为AGC。对于接收机接收到的外来信号场强并非恒定不变，为保证接收机终端得到相同的电压，通常采用改变放大器增益来实现。AGC电路就能在信号场强变化情况下，保证接收机的输出电压基本不变。
设计为将滤波器输出的mV级信号放大约40 dB，需要特别注意小信号的不失真放大。AGC主要完成对小信号的放大，需额外注意电路本身的噪声干扰不宜过大。同时为保证输入信号幅值过大时，放大器不会饱和失真，此级应具有自动增益控制能力。AGC电路如图3所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/153687.htm

其中第二级三极管的E级为反馈端。当输入信号幅值过大时，该线路可以对输入的信号进行负反馈，起到增益控制的目的。同时为防止输入信号过大时AGC失控，其信号输出级(C端)加入了一个电容、两个二极管可完成对于输入信号幅值变化来进行输出信号幅值的控制，并且可用于过压限制。经实测，该AGE电路对10 mV的信号增益可达40 dB、100 mV信号的增益可达20 dB，而对于幅度达1 V的较强输入信号，只约有4 dB的增益。完成自动增益控制的作用。
接下来将实测的信号波形及幅值结果通过示波器显示，并对其数据进行分析。图4给出的是输入幅值为10 mV的信号波形(上方通道A所示的波形)，从示波器观察每一个方格代表10 mV／Div，可以看出输出信号的幅值约为450 mV(下方通道B所示的波形)示波器每一个方格代表10 mV／Div，并且波形未出现失真，利用增益公式D=20 lgVout／Vin，此时计算得放大增益约为40 dB。