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[雷電計數(shù)器校驗儀]基于復(fù)合耦合技術(shù)的低壓電力線載波通信接口電路設(shè)計

2023-12-14 閱讀(1127)

       中國電力系統(tǒng)也已組建國電通信中心,并向信息產(chǎn)業(yè)部正式申請了牌照。國家電力公司計劃在2015年建成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電力網(wǎng)通信系統(tǒng)。

但是,低壓電力線是一種通信環(huán)境非常惡劣的信道,許多問題有待進(jìn)一步研究。低壓電力線傳送著220V/50Hz的電能,在低壓電力線上并接了許多不同阻抗的用電器。低壓電力線的這一固有特點,給低壓電力線通信帶來了很大的困難。因此,低壓電力線通信必須首先解決以下2個難題:

(1)電力網(wǎng)50Hz的工頻信號不能給載波通信系統(tǒng)帶來太大的干擾,同時,考慮到整個通信系統(tǒng)的安全,必須進(jìn)行強電隔離;(2)低壓電力線上并接的所有用電器的“統(tǒng)計載波阻抗"要高,以確保較高的載波信號加載效率。

上述問題,正是低壓電力線通信的接口技術(shù)問題,以下從這兩方面介紹其設(shè)計原理和實現(xiàn)方法。

1接口電路的模型

根據(jù)低壓電力線通信接口技術(shù)的要求:①必須進(jìn)行強電隔離;②確保較高的載波信號加載效率。為此,就必須采用“電磁耦合"與“阻容耦合"相結(jié)合的“復(fù)合耦合技術(shù)"。接口電路模型如圖1所示。


圖1接口電路模型。

該電路的關(guān)鍵物理量是2個回路中的電流i1(t)和i2(t)。由基爾霍夫第二定律可得出該電路的數(shù)學(xué)模型:式中,設(shè)i′、i″分別為i的一、二階導(dǎo)數(shù),則:


對于式(1),通過不同的處理將得到不同的數(shù)學(xué)模型。對圖1所示的雙RLC耦合回路進(jìn)行去耦處理,得到2個獨立的RLC串聯(lián)回路。對式(1)求導(dǎo),則可得到二元二階方程組:


式(2)同時含有2個未知函數(shù)i1(t)和i2(t)的二階導(dǎo)數(shù),不便直接求解。

若將RLC串聯(lián)回路表示成二元一階方程,則由2個RLC回路便可得到四元一階方程組:


該方程組含有4個未知數(shù):i1(t),i2(t),uc1(t),uc2(t),其定解條件直接由電路的初始儲能情況給出。當(dāng)無初始儲能時,為齊次初始條件,即:


設(shè)所有電路元件都是非時變性元件,則所對應(yīng)的常系數(shù)線性一階常微分方程組可轉(zhuǎn)化成線性代數(shù)方程組進(jìn)行求解。

通過對上述接口電路數(shù)學(xué)模型的分析、化簡可知,基于“復(fù)合耦合技術(shù)"的接口電路模型,電路的主要參數(shù)是可以通過線性代數(shù)方程組進(jìn)行求解,接口電路的原理清晰,計算復(fù)雜度較小,符合低壓電力線載波通信要求,是簡潔、可行的。

2ST7538電力線接口電路的設(shè)計

2.1ST7538調(diào)制解調(diào)芯片

ST7538載波芯片是一款為家庭和工業(yè)領(lǐng)域電力線網(wǎng)絡(luò)通信而設(shè)計的半雙工、同步/異步FSK調(diào)制解調(diào)器芯片。ST7538內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能,通過串行通信,可以方便地與微處理器相連接,且只要通過耦合變壓器等少量外部器件,即可連接到電力網(wǎng)中。ST7538功能強大、集成度很高,采取了多種抗干擾技術(shù),如果能夠很好地利用其多頻段性,就可以克服窄帶通信的缺點。ST7538作為很有代表性的窄帶通信芯片,在遠(yuǎn)程抄表、燈光控制、智能家電等領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。




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