载波发送端与接收端接口电路

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Plantt|  楼主 | 2018-12-26 15:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
载波发送端与接收端接口电路

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,如图所示。
1_副本.jpg

    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:
20081013135412941_副本.jpg
  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:
20081013135412911_副本.jpg

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所示。

20081013135413607_副本.jpg
  从图的分析结果可见: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。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460 kHz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,如图所示。图中的二极管D1、D2起限幅作用,用来保护后续电路。
20081013135413496_副本.jpg

    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。


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