CN201966910U - 一种pl系列电力线载波芯片通信频率提升电路 - Google Patents
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Abstract
一种PL系列电力线载波芯片通信频率提升电路，从220V线路上的采取480kHz载波信号，经耦合电路E后进入480kHz放大电路C，经C放大后进入480kHz滤波器F，选择出480±15kHz的有用信号送入1脚，将信号送入480kHz放大器X，处理后经解调器Y得到数据RXD，经芯片处理后发送数据TXD经调制器U后从引脚4送出120kHz信号，流经引脚3后返回到芯片内部的混频器V，混频器V将120kHz频率和芯片内部W提供的本振600kHz频率进行混频，混频后将信号送入480kHz滤波器B，滤波器B只能让480±15kHz带宽的信号通过，从而选择出已调制的480kHz发射信号，送入放大器D最后通过耦合器E将载波发送到低压电力线。该电路可有效避开电力线上干扰频段，提高低压电力线载波通信能力。
Description
技术领域
本实用新型是一种PL系列电力线载波芯片通信频率提升电路，用以有效避开电力线上干扰频段，提高低压电力线载波通信能力。
背景技术
随着电网远程抄表系统的推广，低压电力线通信成为电能表到抄表集中器之间实现数据通信的最有效、低成本的首选，并得到广泛使用。对于目前使用广泛，市场占有率较高并已经上市的北京福星晓程公司的低压电力线载波通信系列芯片，如PL2101、PL3105、PL3106、PL3201等载波通信芯片，其使用的载波通信频率为120kHz，由于电力线上的用电器往往在150kHz以下的低频段内产生谐波干扰，导致通信成功率下降，根据国家对低压电力线载波通信使用频率为9kHz-500kHz的规定，其他后续的载波通信芯片厂家纷纷将通信频率提高，青岛东软使用270kHz、青岛鼎信使用421.1kHz、清华力合微使用390kHz；从对电网的深入研究可知，大多数用电设备产生的谐波大多集中在150kHz及以下频段，提高低压电力线载波通信使用的频率可以有效的避开用电器对电网的干扰频段。本实用新型充分的利用PL系列载波通信芯片的原理和芯片现有资源，在不改变芯片软件的基础上，增加极少的元件，实现了载波通信频率从120kHz向480kHz的迁移，从而实现载波通信避开低频段干扰，又不超过国家对低压电力线载波通信频率低于500kHz的标准要求。
正如实用新型CN201359615Y《隔离型整点冻结单相载波电能表》所描述，PL系列的载波芯片PL3201其工作频率为120kHz，使用更为广泛的PL3106芯片的载波通信工作频率也是120kHz，图1是其推荐设计的应用电路通信部分的原理。
图1中，A为PL系列载波通信芯片，1、2、3、4引脚对应不同的PL系列芯片有相应的标号，图1编号只是便于描述而标注。220V线路上的120kHz载波信号，经过载波耦合电路E感应耦合后进入120kHz接收选频放大电路C，经选频放大电路C放大后从引脚3送入芯片内部的混频器V，混频器V将接收的120kHz频率和芯片内部W提供的本振600kHz频率进行混频，混频后将产生和频720kHz以及差频480kHz的信号，连同120kHz的输入信号和600kHz的本振信号一并经2脚输出，送入480kHz陶瓷带通滤波器B，陶瓷带通滤波器B阻断其他信号，只能让480±15kHz带宽的信号通过，能通过的有用信号经1脚送回芯片内部经过480kHz的内部放大器X放大后经解调器Y解调得到数据RXD。
经芯片处理后发送数据TXD经调制器U调制后从引脚4送出120kHz的载波信号，经发射放大器D放大后由载波耦合器E送入220V低压电力线，完成发送过程。
由于陶瓷带通滤波器B具有很好的通带特性，能有效选出需要的信号，并阻止干扰信号进入接收芯片，但由于电力线干扰信号频谱宽阔，落入滤波器通带内的干扰信号无法滤除。选择频率较高的频段进行载波通信，将有助于减小干扰，提高通信的成功率。
发明内容
本实用新型的目的是在保留PL系列载波通信芯片的软件功能不变，硬件结构改变甚少的情况下，将芯片的通信频率从120kHz迁移到480kHz，从而避开电力线上干扰最强的20kHz-150kHz频段，以克服该系列芯片在现有120kHz频率下易受低压电器谐波干扰的不足。
一种PL系列电力线载波芯片通信频率提升电路，包括数据接收电路和数据发送电路，其特征在于：数据接收电路从220V线路上的采取480kHz载波信号，经过载波耦合电路E感应耦合后进入480kHz接收选频放大电路C，经选频放大电路C放大后进入480kHz陶瓷带通滤波器F，选择出480±15kHz的有用信号送入芯片的1脚，将信号送入480kHz内部放大器X放大器，放大后经解调器Y解调得到所需要的数据RXD。
经芯片处理后数据发送电路发送数据TXD经调制器U调制后从引脚4送出120kHz的载波信号，该载波信号再次从引脚3返回到芯片内部的混频器V，混频V将发射输出已调制的120kHz频率和芯片内部W提供的本振600kHz频率进行混频，混频后将产生和频720kHz以及差频480kHz的信号，连同120kHz的调制信号和600kHz的本振信号一并经2脚输出，送入480kHz陶瓷带通滤波器B，陶瓷带通滤波器B阻断其他信号，只能让480±15kHz带宽的信号通过，从而选择出已调制的480kHz发射信号，送入发射放大器D最后通过载波耦合器E将载波发送到低压电力线。
该电路适用的芯片型号为PL2101、PL3106、PL3201。
本实用新型的有益效果是：1、使PL系列芯片在保留原有的所有功能的前提下，将电力线载波通信频率从120kHz迁移到480kHz，从而避开电力线上干扰最强的20kHz-150kHz频段，以克服该系列芯片在现有120kHz频率下易受低压电器谐波干扰的不足。2、与推荐设计的应用电路相比，省去了120kHz变换到480kHz的混频过程，将接收的480kHz载波信号直接放大并通过带通滤波器选频后送入芯片内部再次放大并通过解调器解调出数据。3、与推荐设计的应用电路相比利用了PL系列的内部混频器和600kHz本振频率，方便的将120kHz的发射频率迁移到了480kHz的频率，并使用了480kHz陶瓷带通滤波器，陶瓷带通滤波器阻断其他信号，只能让480±15kHz带宽的信号通过，从而选择出调制方式与120kHz相同的差频480kHz信号。4、与推荐设计的应用电路相比还增加了交流电过零检测电路，用于载波信号的发射与电网保持同步，从而识别电能表所在的相序。
附图说明
图1是现有典型通信部分示意图。
图2是本实用新型改进后的原理示意图。
图3是本实用新型改进后应用于单相电能表通信模块的电路连接图。
具体实施方式
本实用新型所提出的电力线载波芯片通信频率提升方法，其特征在于它对PL系列载波通信芯片进行的电路改进，使该系列芯片在保留原有的所有功能的前提下，将电力线载波通信频率从120kHz迁移到480kHz，从而避开电力线上干扰最强的20kHz-150kHz频段，以克服该系列芯片在现有120kHz频率下易受低压电器谐波干扰的不足。该PL系列实用该方法的芯片型号是PL2101、PL3106、PL3201，本实例以PL3106作为参照。
图3所示，220V电力线通过接插件J1的L、N接口引入，通过电容器C1，电感L3组成的高通滤波器、耦合变压器T2、电阻R1进入由谐振电感L2、L3，谐振电容C2、C4耦合电容C3组成的双谐振回路选出480kHz的信号，经N1、N2、C11、R2、R3、R4共射共基极三极管放大电路放大后，通过增加的一只480kHz陶瓷带通滤波器BPF-R，对应于图2的F，选择出480±15kHz的有用信号送入PL3106芯片的44脚，对应于图2的引脚1，将480kHz信号送入内部放大器选频放大器，放大后经解调器解调得到数据。其与推荐设计的应用电路相比，省去了120kHz变换到480kHz的混频过程，将接收的480kHz载波信号直接放大并通过带通滤波器BPF-R选频后送入芯片内部再次放大并通过解调器解调出数据。
图3所示，本实用新型发射电路部分，将从PL3106芯片引脚14输出的已调制的120kHz载波信号经过R13、R7电平调整后，经C10耦合，再次从PL3106芯片的引脚45返回到芯片内部的混频器，混频器将发射输出已调制的120kHz频率和芯片内部提供的本振600kHz频率进行混频，混频后将产生和频720kHz以及差频480kHz的信号，连同120kHz的调制信号和600kHz的本振信号一并经PL3106芯片的引脚40脚输出，经电阻R14阻抗匹配，送入480kHz陶瓷带通滤波器BPF-T，对应于图2中的B，陶瓷带通滤波器BPF-T阻断其他信号，只能让480±15kHz带宽的信号通过，从而选择出调制方式与120kHz相同的差频480kHz信号，经电阻R12阻抗匹配，经C6耦合送入三极管N3、电阻R9、R10组成的第一级推动放大器，放大后的信号由C8、C9耦合到由三极管N4、N5、场效应对管U1及外围元件R8、R31、R32、R33、D3、D4组成的载波功率放大器，放大后的载波功率经C20、L4送到耦合变压器T2，经过T2隔离耦合，通过电容器C1，电感L3组成的高通滤波器、接插件J1的L、N接口送到220V电力线上。由于利用了PL3106的内部混频器和600kHz本振频率，方便的将120kHz的发射频率迁移到了480kHz的频率。
图3所示，本实用新型设有交流电过零检测电路，用于载波信号的发射与电网保持同步，从而识别电能表所在的相序，限流电阻R24、R25、R26、R29二极管D7，光电耦合器U4组成交流电过零取样电路，三极管N6，电阻R27、R30，电容C21、C13组成整形电路，N6的集电极在交流正半周输出10ms的高电平、负半周输出10ms的低电平，芯片软件根据电平的边沿进行同步即；发射数据报文时先等待同步信号到来时开始发送数据报文的帧同步头，接收到同步头时即时比对过零信号的时间来判断接受到的数据报文来源于三相电的哪相。
Claims (3)
1.一种PL系列电力线载波芯片通信频率提升电路，包括数据接收电路和数据发送电路，其特征在于：数据接收电路从220V线路上采取480kHz载波信号，经过载波耦合电路E感应耦合后进入480kHz接收选频放大电路C，经选频放大电路C放大后进入480kHz陶瓷带通滤波器F，选择出480±15kHz的有用信号送入芯片的1脚，将信号送入480kHz内部放大器X选频放大器，放大后经解调器Y解调得到数据RXD，经处理后进入数据发送电路。
2.根据权利要求1所述的一种PL系列电力线载波芯片通信频率提升电路，其特征在于：经芯片处理后数据发送电路发送数据TXD经调制器U调制后从引脚4送出120kHz的载波信号，该载波信号再次从引脚3返回到芯片内部的混频器V，混频V将发射输出已调制的120kHz频率和芯片内部W提供的本振600kHz频率进行混频，混频后将产生和频720kHz以及差频480kHz的信号，连同120kHz的调制信号和600kHz的本振信号一并经2脚输出，送入480kHz陶瓷带通滤波器B，陶瓷带通滤波器B阻断其他信号，只能让480±15kHz带宽的信号通过，从而选择出已调制的480kHz发射信号，送入发射放大器D最后通过载波耦合器E将载波发送到低压电力线。
3.根据权利要求1或2所述的一种PL系列电力线载波芯片通信频率提升电路，其特征在于：该电路适用的芯片型号为PL2101、PL3106、PL3201。
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