CN202750087U - 一种电力线载波通信系统线路驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电力线载波通信系统线路驱动电路，包括：滤波放大单元、耦合变压器；其中，滤波放大单元分别电连接原始数据信号线路和耦合变压器，用于从原始数据信号线路接收原始数据信号，并对所述原始数据信号进行低通滤波和功率放大后发送给耦合变压器；耦合变压器的初级端的线圈两端分别电连接滤波放大单元和接地端，次级端的线圈两端电连接电力线，耦合变压器用于将所述滤波放大单元发送来的数据信号耦合到电力线上。本实用新型能够将对电力线造成污染的高次谐波滤除，极大改善了PLC系统的电磁兼容性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种电力线载波通信系统线路驱动电路。
背景技术
PLC（Power Line Carrier Communication，电力线载波通信）是一种以输电线路为载波信号传输媒介的通信系统。在PLC系统中，发送端将调制好的数据信号经过线路驱动电路放大并耦合到电力线上进行发送。
由于电力线是依据电能传输的要求来规划设计的，并未考虑数据通信的需要，且电力线具有不确定的阻抗特性、衰减特性和噪声特性，现有PLC系统中的通信设备通常采用线路驱动电路增大数据信号发送功率的方式，以期望得到较好的通信效果，然而通信设备增大信号发送功率会对电力线传输的交流电产生干扰，严重时会影响用户正常用电的情况。
为了避免通信设备随意增大发送功率的现象，PLC系统规定了通信设备的接入必须满足相应的电磁兼容标准，例如，EN 50065-1是欧洲电工标准化委员会（CENELEC）专门为PLC系统制定的电磁兼容标准，它对PLC系统的载波频带、信号发送电平、骚扰值、以及测试方法都进行了详细的规定。
EN50065规定了PLC系统中载波可以使用的频率为3KHz～148.5KHz。其中3KHz～95KHz为电力配电公司专用及授权使用；95KHz～148.5KHz用于其它PLC通信。
表1为EN50065对数据信号发送电平和传导骚扰电平的规定。
表1
*随频率的对数线性减小
迄今为止，除欧洲外，世界上许多地区，比如南部非洲、中东地区等纷纷引入欧洲EN50065标准对PLC系统的电磁兼容性能进行严格规定。我国电力部门也参照该标准出台了类似的电力线载波标准（我国的国家电网企业标准规定频率范围为3KHz～500KHz，优先选用9～95KHz），在这些标准的限制下，在设计PLC系统的线路驱动电路时就必须仔细考虑电磁兼容的问题。
图1所示为目前PLC系统中常用的线路驱动电路的电路图，该电路中，功率较小的数据信号经过三个晶体管组成的2级推挽放大电路后，功率被放大，再通过电容和耦合变压器后，功率放大后的数据信号被耦合到电力线上发送出去。
图1所示的线路驱动电路采用分立器件构成，电路结构简单、成本低，虽然实现了数据信号的功率放大，但是却存在以下缺点：一方面，受该线路驱动电路中多个晶体管具有不一致的器件特性影响，经过该电路后获得的功率放大的数据信号与原数据信号相比，失真严重；另一方面，该线路驱动电路对有害于电力线网络电磁环境的高次谐波几乎没有滤除作用，不能满足针对PLC系统制定的电磁兼容标准。
实用新型内容
本实用新型提供一种电力线载波通信系统线路驱动电路，用以解决现有的电力线载波通信系统线路驱动电路不能滤除对电力线网络造成损害的高次谐波的问题。
本实用新型包括：
一种电力线载波通信系统线路驱动电路，包括：滤波放大单元、耦合变压器；其中，
滤波放大单元分别电连接原始数据信号线路和耦合变压器，用于从原始数据信号线路接收原始数据信号，并对所述原始数据信号进行低通滤波和功率放大后发送给耦合变压器；
耦合变压器的初级端的线圈两端分别电连接滤波放大单元和接地端，次级端的线圈两端电连接电力线，耦合变压器用于将所述滤波放大单元发送来的数据信号耦合到电力线上。
优选的，所述滤波放大单元包括至少一个有源低通滤波器。
优选的，所述有源低通滤波器为巴特沃斯型多重反馈滤波器。
优选的，所述滤波放大单元包括：电连接于原始数据信号线路和耦合变压器之间的第一有源低通滤波器；所述第一有源低通滤波器包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第一电容和第二电容；其中，
第一电阻电连接原始数据信号线路；
第二电阻电连接于第一电阻和第一运算放大器的反相输入端之间；
第三电阻电连接于第一电阻和第一运算放大器的输出端之间；
第一电容电连接于第一电阻和接地端之间；
第二电容电连接于第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；
第一运算放大器的同相输入端电连接参考电压端，输出端电连接耦合变压器的初级端；
第一运算放大器为功率放大型。
优选的，所述滤波放大单元还包括：电连接于原始数据信号线路和第一有源低通滤波器之间的第二有源低通滤波器；所述第二有源低通滤波器包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二运算放大器、第三电容和第四电容；则
所述第一电阻电连接第二运算放大器的输出端；并且
第四电阻电连接原始数据信号线路；
第五电阻电连接于第四电阻和第二运算放大器的反相输入端之间；
第六电阻电连接于第四电阻和第二运算放大器的输出端之间；
第三电容电连接于第四电阻和接地端之间；
第四电容电连接于第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；
第二运算放大器的同相输入端电连接参考电压端。
优选的，所述线路驱动电路还包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；其中，
第一钳位二极管的阴极电连接电源电压Vcc，阳极电连接滤波放大单元和耦合变压器的初级端；
第二钳位二极管的阴极电连接滤波放大单元和耦合变压器的初级端，阳极电连接接地端。
优选的，所述线路驱动电路还包括：电连接于耦合变压器的初级端和次级端之间的双向瞬态抑制二极管。
优选的，所述线路驱动电路还包括：第五电容和第六电容；其中，
第五电容电连接于原始数据信号线路和滤波放大单元之间；
第六电容电连接于滤波放大单元和耦合变压器的初级端之间。
本实用新型提供的电力线载波通信系统线路驱动电路，通过滤波放大单元将PLC系统中的原始数据信号进行低通滤波和功率放大后，再通过耦合变压器耦合到电力线上进行发送，该电路不仅将PLC系统的原始数据信号放大后耦合到电力线上，而且能够将对电力线网络造成损害的高次谐波滤除，实现了PLC系统数据信号的传输与电力线网络之间的电磁兼容性。
附图说明
图1为目前PLC系统中常用的线路驱动电路的电路图；
图2为本实施例提供的一种PLC系统线路驱动电路的电路图；
图3为本实施例一提供的PLC系统线路驱动电路的电路图；
图4为本实施例二提供的PLC系统线路驱动电路的电路图。
具体实施方式
为了解决现有的电力线载波通信系统线路驱动电路不能滤除对电力线网络造成损害的高次谐波的问题，本实用新型实施例提供了一种电力线载波通信系统线路驱动电路，以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实用新型提供一种电力线载波通信系统线路驱动电路，如图2所示，该线路驱动电路包括：滤波放大单元F、耦合变压器D；其中，
滤波放大单元F分别电连接原始数据信号线路和耦合变压器D，用于从原始数据信号线路接收原始数据信号，并对所述原始数据信号进行低通滤波和功率放大后发送给耦合变压器D；
耦合变压器D的初级端的线圈两端分别电连接滤波放大单元F和接地端，次级端的线圈两端电连接电力线，耦合变压器D用于将所述滤波放大单元F发送来的数据信号耦合到电力线上。
本实用新型提供的电力线载波通信系统线路驱动电路，通过滤波放大单元F将PLC系统中的原始数据信号进行低通滤波和功率放大后，再通过耦合变压器D耦合到电力线上进行发送，该电路不仅将PLC系统的原始数据信号放大后耦合到电力线上，而且能够将对电力线网络造成污染的高次谐波滤除，极大改善了PLC系统的电磁兼容性。
优选的，所述滤波放大单元F包括至少一个有源低通滤波器。
具体的，采用有源低通滤波器可以滤除对电力线造成污染的高次谐波，并实现对原始数据信号的功率放大作用，当滤波放大单元F包括多个串联的有源低通滤波器时，能够更好地滤除对电力线网络造成干扰的高次谐波，获得更好的滤波效果。
优选的，所述有源低通滤波器为巴特沃斯型多重反馈滤波器。
具体的，所述有源低通滤波器选用巴特沃斯型多重反馈滤波器时，由于巴特沃斯型多重反馈滤波器对整个通频带具有相当平直的响应，对于外围元器件的误差相对不敏感，器件一致性好，经这种滤波器放大后的数据信号不容易失真，可避免数据信号经线路驱动电路后失真严重的问题。
优选的，所述滤波放大单元F包括：电连接于原始数据信号线路和耦合变压器之间的第一有源低通滤波器；所述第一有源低通滤波器包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第一电容和第二电容；其中，
第一电阻电连接原始数据信号线路；
第二电阻电连接于第一电阻和第一运算放大器的反相输入端之间；
第三电阻电连接于第一电阻和第一运算放大器的输出端之间；
第一电容电连接于第一电阻和接地端之间；
第二电容电连接于第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；
第一运算放大器的同相输入端电连接参考电压端，输出端电连接耦合变压器的初级端；
第一运算放大器为功率放大型。
具体的，所述第一运算放大器为功率放大型是指功率带宽乘积高、压摆率大、且具有高频电流放大能力，所述第一有源低通滤波器采用功率放大型的第一运算放大器时，除了能够完成低通滤波功能以外，还能较好地实现对PLC系统原始数据信号的功率放大作用，此外，具有上述结构的第一有源低通滤波器可采用现有的集成运算放大器实现，经集成运算放大器作用后的数据信号很容易保持极低的失真特性。
优选的，所述滤波放大单元还包括：电连接于原始数据信号线路和第一有源低通滤波器之间的第二有源低通滤波器；所述第二有源低通滤波器包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二运算放大器、第三电容和第四电容；则
所述第一电阻电连接第二运算放大器的输出端；并且
第四电阻电连接原始数据信号线路；
第五电阻电连接于第四电阻和第二运算放大器的反相输入端之间；
第六电阻电连接于第四电阻和第二运算放大器的输出端之间；
第三电容电连接于第四电阻和接地端之间；
第四电容电连接于第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；
第二运算放大器的同相输入端电连接参考电压端。
具体的，所述第二运算放大器为通用型运算放大器，主要起到滤波作用，在所述第一有源低通滤波器和第二有源低通滤波器级联组成滤波单元F的情况下，所述线路驱动电路能够获得更好的滤波效果。
优选的，所述线路驱动电路还包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；其中，
第一钳位二极管的阴极电连接电源电压Vcc，阳极电连接滤波放大单元和耦合变压器的初级端；
第二钳位二极管的阴极电连接滤波放大单元和耦合变压器的初级端，阳极电连接接地端。
具体的，第一钳位二极管和第二钳位二极管将滤波放大单元F输出给耦合变压器D数据信号钳位于一合适的电压，使得数据信号的电压大于接地电压而小于电源电压Vcc。
优选的，所述线路驱动电路还包括：电连接于耦合变压器的初级端和次级端之间的双向瞬态抑制二极管。
具体的，所述双向瞬态抑制二极管用于保护线路驱动电路免受电力线的浪涌脉冲损坏。
优选的，所述线路驱动电路还包括：第五电容和第六电容；其中，
第五电容电连接于原始数据信号线路和滤波放大单元之间；
第六电容电连接于滤波放大单元和耦合变压器的初级端之间。
具体的，第五电容和第六电容在线路驱动电路中起到隔直流通交流的作用。
实施例一
本实施例提供一种具体的电力线载波通信系统线路驱动电路，如图3所示，该电路包括：第一有源低通滤波器L1、耦合变压器D、第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、双向瞬态抑制二极管TVS、第五电容C5、第六电容C6；
第一有源低通滤波器L1进一步包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器OP1、第一电容C1和第二电容C2；
其中，各元件的连接关系如下：
第一电阻R1电连接原始数据信号线路；
第二电阻R2电连接于第一电阻R1和第一运算放大器OP1的反相输入端之间；
第三电阻R3电连接于第一电阻R1和第一运算放大器OP1的输出端之间；
第一电容C1电连接于第一电阻R1和接地端之间；
第二电容C2电连接于第一运算放大器OP1的反相输入端和输出端之间；
第一运算放大器OP1的同相输入端电连接参考电压端，输出端电连接耦合变压器D的初级端；
第一钳位二极管D1的阴极电连接电源电压Vcc，阳极电连接第一运算放大器OP1的输出端和耦合变压器D的初级端，
第二钳位二极管D2的阴极电连接第一运算放大器OP1的输出端和耦合变压器D的初级端，阳极电连接接地端；
第六电容C6的两电极分别电连接第一运算放大器OP1的输出端的耦合变压器D的初级端；
双向瞬态抑制二极管TVS电连接于耦合变压器D的初级端和次级端之间；
耦合变压器D的初级端的线圈两端分别电连接第六电容C6和接地端，次级端的线圈两端分别电连接火线和零线。
本实施例可以根据实际情况，通过调整第一有源低通滤波器L1中各电阻和电容的值来配置滤波特性，以满足不同地区的PLC系统对滤波特性的要求。
本实施例提供的线路驱动电路采用以运算放大器为核心的第一有源低通滤波器L1，其中，第一运算放大器OP1为功率带宽乘积高、压摆率大、具有高频电流放大驱动能力的运算放大器，不仅能够完成对原始数据信号的放大作用，还能较好地滤除对电力线造成污染的高次谐波；由于第一有源低通滤波器L1为巴特沃斯型多重反馈滤波器，对整个通频带具有相当平直的响应，对于外围元器件的误差相对不敏感，器件一致性好，因此经该线路驱动电路放大后的数据信号失真性极低。
此外，本实施例采用的第一运算放大器OP1为集成运算放大器，具有过流限制、过热关断等保护功能，使得整个线路驱动电路更加安全可靠。
实施例二
本实施例提供一种具体的电力线载波通信系统线路驱动电路，如图4所示，该电路包括：第一有源低通滤波器L1、第二有源低通滤波器L2、耦合变压器D、第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、双向瞬态抑制二极管TVS、第五电容C5、第六电容C6；
第一有源低通滤波器L1进一步包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器OP1、第一电容C1和第二电容C2；
第二有源低通滤波器L2包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二运算放大器OP2、第三电容C3和第四电容C4；
其中，各元件的连接关系如下：
第五电容C5的两电极分别电连接原始数据信号线路和第四电阻R4；
第五电阻R5电连接于第四电阻R4和第二运算放大器OP2的反相输入端之间；
第六电阻R6电连接于第四电阻R4和第二运算放大器OP2的输出端之间；
第三电容C3电连接于第四电阻R4和接地端之间；
第四电容C4电连接于第二运算放大器OP2的反相输入端和输出端之间；
第二运算放大器OP2的同相输入端电连接参考电压端，输出端电连接第一电阻R1；
第二电阻R2电连接于第一电阻R1和第一运算放大器OP1的反相输入端之间；
第三电阻R3电连接于第一电阻R1和第一运算放大器OP1的输出端之间；
第一电容C1电连接于第一电阻R1和接地端之间；
第二电容C2电连接于第一运算放大器OP1的反相输入端和输出端之间；
第一运算放大器OP1的同相输入端电连接参考电压端，输出端电连接耦合变压器D的初级端；
第一钳位二极管D1的阴极电连接电源电压Vcc，阳极电连接第一运算放大器OP1的输出端和耦合变压器D的初级端，
第二钳位二极管D2的阴极电连接第一运算放大器OP1的输出端和耦合变压器D的初级端，阳极电连接接地端；
第六电容C6的两电极分别电连接第一运算放大器OP1的输出端的耦合变压器D的初级端；
双向瞬态抑制二极管TVS电连接于耦合变压器D的初级端和次级端之间；
耦合变压器D的初级端的线圈两端分别电连接第六电容C6和接地端，次级端的线圈两端分别电连接火线和零线。
本实施例提供的线路驱动电路，可以根据实际情况，通过调整第一有源低通滤波器L1和第二有源低通滤波器L2中各电阻和电容的值来配置滤波特性，以满足不同地区的PLC系统对滤波特性的要求。
本实施例提供的线路驱动电路，采用以运算放大器为核心的第一有源低通滤波器L1和第二有源低通滤波器L2；其中，第一运算放大器OP1为功率带宽乘积高、压摆率大、具有高频电流放大驱动能力的运算放大器，能够完成对信号的功率放大作用；第一有源低通滤波器L1和第二有源低通滤波器L2都为2阶有源滤波器，级联起来形成4阶滤波器，衰减特性比较陡峭，具有宽而平坦的通频带，能够较好地滤除对电力线网络造成干扰的高次谐波；由于第一有源低通滤波器L1和第二有源低通滤波器L2都为巴特沃斯型多重反馈滤波器，对整个通频带具有相当平直的响应，对于外围元器件的误差相对不敏感，器件一致性好，因此经该线路驱动电路放大后的数据信号失真性极低。
此外，本实施例采用的第一运算放大器OP1为集成运算放大器，具有过流限制、过热关断等保护功能，使得整个线路驱动电路更加安全可靠。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种电力线载波通信系统线路驱动电路，其特征在于，包括：滤波放大单元、耦合变压器；其中，
滤波放大单元电连接于原始数据信号线路和耦合变压器之间，用于从原始数据信号线路接收原始数据信号，并对所述原始数据信号进行低通滤波和功率放大后发送给耦合变压器；
耦合变压器的初级端的线圈两端分别电连接滤波放大单元和接地端，次级端的线圈两端电连接电力线，耦合变压器用于将所述滤波放大单元发送来的数据信号耦合到电力线上。
2.如权利要求1所述的线路驱动电路，其特征在于，所述滤波放大单元包括至少一个有源低通滤波器。
3.如权利要求2所述的线路驱动电路，其特征在于，所述有源低通滤波器为巴特沃斯型多重反馈滤波器。
4.如权利要求3所述的线路驱动电路，其特征在于，所述滤波放大单元包括：电连接于原始数据信号线路和耦合变压器之间的第一有源低通滤波器；所述第一有源低通滤波器包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第一电容和第二电容；其中，
第一电阻电连接原始数据信号线路；
第二电阻电连接于第一电阻和第一运算放大器的反相输入端之间；
第三电阻电连接于第一电阻和第一运算放大器的输出端之间；
第一电容电连接于第一电阻和接地端之间；
第二电容电连接于第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；
第一运算放大器的同相输入端电连接参考电压端，输出端电连接耦合变压器的初级端；
第一运算放大器为功率放大型。
5.如权利要求4所述的线路驱动电路，其特征在于，所述滤波放大单元还包括：电连接于原始数据信号线路和第一有源低通滤波器之间的第二有源低通滤波器；所述第二有源低通滤波器包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二运算放大器、第三电容和第四电容；则
所述第一电阻电连接第二运算放大器的输出端；并且
第四电阻电连接原始数据信号线路；
第五电阻电连接于第四电阻和第二运算放大器的反相输入端之间；
第六电阻电连接于第四电阻和第二运算放大器的输出端之间；
第三电容电连接于第四电阻和接地端之间；
第四电容电连接于第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；
第二运算放大器的同相输入端电连接参考电压端。
6.如权利要求1所述的线路驱动电路，其特征在于，还包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；其中，
第一钳位二极管的阴极电连接电源电压Vcc，阳极电连接滤波放大单元和耦合变压器的初级端；
第二钳位二极管的阴极电连接滤波放大单元和耦合变压器的初级端，阳极电连接接地端。
7.如权利要求1所述的线路驱动电路，其特征在于，还包括：电连接于耦合变压器的初级端和次级端之间的双向瞬态抑制二极管。
8.如权利要求1所述的线路驱动电路，其特征在于，还包括：第五电容和第六电容；其中，
第五电容电连接于原始数据信号线路和滤波放大单元之间；
第六电容电连接于滤波放大单元和耦合变压器的初级端之间。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130220 Termination date: 20150903 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |