低压电力线载波通信的接口电路设计

三、接口电路的实现

　　根据上述的理论分析与建立的数学模型，可设计出低压电力线通信发送端的接口电路，如图2所示。

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　　在发送电路中，三极管Q1和变压器T1组成调谐功率放大电路。这里谐振变压器T1有着双重作用：一方面，耦合载波信号；另一方面，使通信电路与220 V/50 Hz的强电隔离。在Q1和前级运放之间通过一个电路R1耦合载波信号，这个电阻还可避免后级电路产生自激振荡，此电阻的另一功能是增加放大器的负载阻抗。

　　前级运放输出的信号经R1输入到功率放大管Q1，再经Q1和谐振网络组成的单调谐放大器放大耦合到交流电力线上。其调谐回路的谐振频率应满足：

　　若将中心频率选在460 kHz［5］，电容取值为22　nF，经计算可得电感L的取值在5.3　μH左右，即通过调节变压器初级绕组电感量来调节中心频率。

　　变压器T1将电力线与接口电路的其余部分相隔离，将发送信号送至电力线；从电力线上取接收载波信号；滤除来自电力线上的干扰噪声。

　　信号经L1、L2、C1、C2耦合至电力线上，C1、C2、L1、L2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C1、C2、L1、L2和低压电力线阻抗R组成的双口网络的电压转移函数：

四、接口电路的仿真

　　根据该接口电路的电压转移函数，对此双口网络进行了计算机仿真分析。这里，着重分析了在不同的低压电力线阻抗条件下，此带通滤波器的通频带，即该接口电路的频率特性。其频率特性是评价该接口电路耦合性能的一项重要指标。仿真显示了当电力线电阻为2 Ω、5 Ω、10 Ω、15 Ω、30 Ω、50 Ω、100 Ω时，通频带的情况，其频率响应曲线如图3所示。

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　　从图3的分析结果可见：电力线阻抗越大，接口电路的通频带越宽，对信号的耦合性能就越好，但选择性差；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。经统计分析得知，低压电力线的统计阻抗一般在5～15 Ω之间［６］。因此，所使用的429～503　kHz的信号均在通频带（衰减小于3 dB）范围内，也就是说，以460kHz作为低压电力线通信接口电路的中心频率是合理的。一方面，满足了载波发射高阻抗的要求，提高了载波的加载效率；另一方面，在满足信号的耦合性能的同时，也兼顾了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，通过调节电感磁芯来调节电感量，使通频带达到最佳。电容选用22 nF/450 V，电感量在5～6 μH之间。

　　关于接收端接口电路的设计，其基本原理和分析方法是相同的，这里不再重述，而直接给出低压电力线接收端接口电路，如图4所示。图4中的二极管D1、D2起限幅作用，用来保护后续电路。

　　通过实验，发射端接口电路和接收端接口电路都达到了设计要求。应用该接口电路进行低压电力线通信实验，取得了很好的通信效果。

　　五、结论

　　基于“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”，从理论上分析并建立了低压电力线载波通信的接口电路”的数学模型，由此设计了“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。