复合耦合技术在低压电力线通信设计中的应用

变压器TRANS4 将电力线与接口电路的其余部分相隔离，发送信号送至电力线;然后，从电力线上取接收载波信号;最后，滤除来自电力线上的干扰噪声。

信号经变压器二次侧、L4、C11、C10、CNR、R35耦合至电力线上，变压器二次侧、L4、C11、C10、CNR、R35组成了带通滤波器，而低压电力线阻抗R 具有时变特性。由此，可计算出经变压器二次侧、L4、C11、C10、CNR、R35和低压电力线阻抗R 组成的双口网络的电压转移函数:

式中，R、C、L 分别为双口网络的等效电阻、电容、电感。

低压电力线通信接收端的接口电路如图4 所示。电力线侧的接口电路部分接收和发送信号共用，接收信号时，信号从交流220 V 的插座送入电力线，经0. 5 A 熔断器保护电路，由C10、CNR、R35、C11、变压器线圈组成的降压选频电路( 中心频率设计为82. 05 kHz) 及变压器耦合后，经由C12、C13及变压器线圈组成的并联谐振回路选频，再经L3、C9组成的滤波耦合到运放进行电压放大及整形，放大整形后的信号输入到电力线载波芯片。

图4 载波接收端接口电路。

3 接口电路的仿真试验及分析

根据接口电路的电压转移函数，对双口网络进行计算机仿真分析。在此，重点分析在不同低压电力线阻抗条件下带通滤波器的通频带，即该接口电路的频率特性。频率特性是*价该接口电路耦合性能的一项重要指标。仿真显示，当电力线电阻为2、10、20、50、70、100 Ω 时，幅频特性情况如表1 和表2 所示。

对50 Hz /220 V 强电的相对抑制力( dB)=

表1 不同电力线阻抗及不同中心频率下的输出幅度(Uop /V) 输入信号幅度= 1 V。

表2 不同电力线阻抗的上、下限截止频率及通频带。

从表1 和表2 的分析结果可见:电力线阻抗越大，接口电路的通频带就越宽，对信号的耦合性能也就越好，但选择性差;反之，电力线阻抗越小，接口电路的通频带越窄，对信号的耦合性能就越差，但选择性好。经统计分析知，低压电力线的统计阻抗一般在5 ～ 1 5 Ω之间[2]。因此，ST 7538电力线载波芯片所使用的60 ～ 132. 5 kHz 的载波信号均在通频带( 衰减小于3 dB) 范围内。也就是说，以82. 05 kHz 作为低压电力线通信接口电路的中心频率是合理的。用电力线载波芯片ST7538 其他载波频率来收、发信号，也可用此接口电路。此接口电路有如下特性:① 满足载波发射高阻抗的要求，提高了载波的加载效率;② 在满足信号的耦合性能的同时，还兼顾对频率选择性的要求，从而提高了系统的抗干扰能力。

在电路的具体安装和调试过程中，通过调节电感磁来调节电感量，使通频带达到最佳。在基于电力线载波芯片ST 7538 低压电力线载波通信实验中，选用82. 05 kHz 作为低压电力线通信的中心频率，设负载阻抗为5 ～ 15 Ω。试验结果表明，能准确地实现点控、群控灯组( 实现数据通信);能实现语音信号( 信号中心频率1 kHz ，频率范围0. 02 ～ 10 kHz) 的传输( 实现模拟通信);能实现对正弦波形信号( 频率范围0. 01 ～100 kHz)的传输(实现模拟通信)。