复合耦合技术在低压电力线载波通信接口电路设计中的应用

摘要: 采用“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”，建立了接口电路模型。分析并设计了基于ST7538 的低压电力线载波通信的接口电路，对接口电路进行仿真试验及结果分析。最后，对接口电路的主要性能:载波信号加载效率、幅频特性、通频带、隔离电力网220 V/50 Hz 的工频信号能力进行分析。

　　0 引言

　　电力线通信( Power Line Communication，PLC
PLC

　　PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 [全文]

)是以电力网作为信道，进行载波通信的一种有线通信方式。PLC 在欧洲( 德国、英国、瑞典等)发展得较快，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，从简单的数据传输提高到了网络联接。

　　中国电力系统也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。

　　但是，低压电力线是一种通信环境非常恶劣的信道，许多问题有待进一步研究。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。因此，低压电力线通信必须首先解决以下2 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，以下从这两方面介绍其设计原理和实现方法。

　　1 接口电路的模型

　　根据低压电力线通信接口技术的要求:① 必须进行强电隔离;② 确保较高的载波信号加载效率。为此，就必须采用“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”。接口电路模型如图1所示。

图1 接口电路模型。

　　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:

　　式中，设i′ 、i″分别为i 的一、二阶导数，则：

　　对于式(1)，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。对式(1)求导，则可得到二元二阶方程组：

　　式(2)同时含有2 个未知函数i1( t) 和i2( t)的二阶导数，不便直接求解。