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低压电力线载波通信的接口电路设计

作者:时间:2012-02-11来源:网络收藏

一、前言

  电力线通信,简称PLCPower Line CommunicatiON),是以电力网作为信道进行的一种有线通信方式。电力线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。

  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,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,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]。传送着220 V/50 Hz的电能,在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、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)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)i2(t)的二阶导数,不便直接求解。
  若将RLC串联回路表示成二元一阶方程,则由2个RLC回路便可得到四元一阶方程组:

  该方程组含有4个未知数:i(t)i2(t)。其定解条件,直接由电路的初始储能情况给出,当无初始储能时,为齐次初始条件,即:

设所有电路元件都是非时变性元件,则所对应的常系数线性一阶常微分方程组,可转化成线性代数方程组进行求解。

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