摘要：低壓電力線(xiàn)傳輸特性的復(fù)雜性和傳輸過(guò)程中干擾信號(hào)的多變性，使其推廣受到限制。文中依據(jù)高低頻電路原理，結(jié)合現(xiàn)代通信與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了電力線(xiàn)載波通信的外圍專(zhuān)用電路，包括發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路、耦合接收和AGC系統(tǒng)等，較好地解決了載波信號(hào)的接收與發(fā)送問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：電力線(xiàn)載波通信；耦合；AGC系統(tǒng)

　　電力線(xiàn)載波通信由于其潛在的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景備受關(guān)注，但由于低壓電力線(xiàn)傳輸特性的復(fù)雜性和傳輸過(guò)程中干擾信號(hào)的多變性使其推廣受到限制。低壓電力線(xiàn)載波通信模塊包括發(fā)送放大電路、耦合接收和ACE系統(tǒng)、濾波單元、調(diào)制解調(diào)芯片等，如圖1所示。其中所設(shè)計(jì)的濾波單元、調(diào)制解調(diào)單元集成芯片。針對(duì)電力線(xiàn)通信中，可供選擇的通信頻率在60～150 kHz，載波頻帶帶寬為4kHz、傳輸信息量少、時(shí)延要求不高，而抗干擾要求較高等特點(diǎn)，依據(jù)高低頻電路原理和數(shù)字通信原理，設(shè)計(jì)了電力線(xiàn)載波通信模塊外圍專(zhuān)用電路、發(fā)送放大電路、耦合接收和ACE控制電路，較好地解決了載波信號(hào)的接收與發(fā)送問(wèn)題。

　　1 發(fā)送放大耦合電路的設(shè)計(jì)

　　本部分外圍電路完成調(diào)制信號(hào)發(fā)送前的調(diào)整放大和耦合功能。由于FPGA的管腳最高輸出電平為3．3 V，而信號(hào)在經(jīng)過(guò)發(fā)送和接收的耦合，在電力上傳輸后衰減較大，因此調(diào)制后的信號(hào)還需進(jìn)行適當(dāng)放大，然后才能耦合劐電力線(xiàn)上。發(fā)送放大及耦合電路如圖2所示。

　　測(cè)量表明，電力線(xiàn)的阻抗分布在0．5～80 Ω之間，其阻抗主要依賴(lài)于用電負(fù)荷的大小、線(xiàn)路結(jié)構(gòu)以及配電變壓器阻抗等多種因素。由于配電線(xiàn)路結(jié)構(gòu)和配電變壓器的阻抗特性相對(duì)較穩(wěn)定，因此，用電負(fù)荷的大小對(duì)電力線(xiàn)阻抗的變化影響較大。

　　由于甩電負(fù)荷具有隨機(jī)性，其主要表現(xiàn)為在不同的時(shí)間，用電負(fù)荷發(fā)生變化，即阻抗的時(shí)變性。研究電力線(xiàn)的輸入阻抗，對(duì)于提高信號(hào)的發(fā)送功率和有用信號(hào)的輸入功率，在分析發(fā)送電路中，設(shè)定電力線(xiàn)的輸入阻抗為5 Ω具有典型意義。

　　在與電力線(xiàn)的接口電路中，使用大功率穩(wěn)壓管和電阻組成限幅電路，起保護(hù)作用。它能避免系統(tǒng)受到 諸如強(qiáng)雷電脈沖等瞬時(shí)過(guò)電壓的干擾。

　　發(fā)送電路主要由功率放大器組成。功率放大器的作用是將PSK_OUT輸出的方波信號(hào)進(jìn)行功率放大。為提高發(fā)送功率，采用輸出級(jí)為異型復(fù)合管單電源準(zhǔn)互補(bǔ)乙類(lèi)推挽電路。前級(jí)放大采用9014和9015對(duì)管，D5和D6兩個(gè)5．1 V的穩(wěn)壓管起保護(hù)作用，防止三極管反向擊穿。后級(jí)由于電流比較大，采用耐電流比較大的2SA1015和2SA1815對(duì)管；同樣，來(lái)自線(xiàn)路上的載波信號(hào)經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈耦合到載波接收電路中，D4雙向穩(wěn)壓二極管起保護(hù)作用，防止大電壓損害器件，耦合線(xiàn)圈比較重要，要選擇10：15的線(xiàn)圈。接插件高壓和低壓分開(kāi)，高壓部分時(shí)220 V構(gòu)接口，低壓按照管腳順序分別是PSK_OUT、GND、VHH和PSK_IN。

　　耦合電路的設(shè)計(jì)目的是為了利用電力線(xiàn)實(shí)現(xiàn)可靠的載波通信，其分析與設(shè)計(jì)是問(wèn)題的關(guān)鍵。其難點(diǎn)在于：（1）要求載波信號(hào)的加載效率高。（2）要求電力網(wǎng)50 Hz的工頻信號(hào)不能給載波通信系統(tǒng)帶來(lái)太大的干擾。設(shè)計(jì)一個(gè)能有效減小低壓電力線(xiàn)的低阻抗影響的功率匹配和增益平衡電路，用于將信號(hào)耦合到電力線(xiàn)上，其傳輸頻帶為0．1～30．0 MHz。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的最大功率傳輸，該電路設(shè)計(jì)時(shí)須考慮220 V線(xiàn)路側(cè)的阻抗特性，T100為信號(hào)耦合變壓器，220 V線(xiàn)路側(cè)阻抗約取30 Ω。然后確定線(xiàn)圈初級(jí)的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計(jì)功率放大器的輸出匹配電阻。

　　為防止低壓電力線(xiàn)上的雷電和開(kāi)關(guān)瞬態(tài)作用，對(duì)電路元器件造成永久性損壞，需采用特殊的保護(hù)措施。如圖2耦合部分所示，變壓器對(duì)于100～400 kHz的擴(kuò)頻載波信號(hào)提供了一個(gè)線(xiàn)性的傳輸功能，電容的作用是阻止50 Hz的工頻進(jìn)入變壓器T，限制了變壓器電流，以避免變壓器鐵芯飽和。輸入通道應(yīng)接一個(gè)浪涌保護(hù)二極管5KP18C，經(jīng)電阻隔離后接二極管箝位電路輸出給前級(jí)濾波電路。由于電力線(xiàn)上負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電力線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生較大噪聲甚至幅值很大的尖峰脈沖，該脈沖經(jīng)耦合后，會(huì)給后級(jí)電路帶來(lái)較大危害。因此加入一個(gè)浪涌保護(hù)二極管后，可以很好地濾除這種噪聲，保護(hù)后級(jí)電路。后面接兩個(gè)二極管用于過(guò)壓保護(hù)。