CN102651658A

CN102651658A - 电力线载波通信终端装置

Info

Publication number: CN102651658A
Application number: CN2011100429899A
Authority: CN
Inventors: 李晓东; 蔡震
Original assignee: SHANGHAI PROSPER TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI PROSPER TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-29

Abstract

本发明提出一种电力线载波通信终端装置，包括电力线载波电源适配器系统，用于将强电电源进行降压处理输出低压电源；信号调制解调系统，用于处理信号调制解调；信号传输装置，用于传输低压电源及电力线载波信号；其中电力线载波电源适配器系统的电源输出接口通过信号传输装置与信号调制解调系统的电源输入接口相连接，提供低压直流电源；电力线载波电源适配器系统的电力线载波信号传输接口通过信号传输装置与信号调制解调系统的电力线载波信号传输接口相连接，实现电力线载波信号通讯。该装置可有效解决电气安全性问题、减小装置的整体体积，便于集成。

Description

电力线载波通信终端装置

技术领域

本发明属于电力线载波通信终端装置。

背景技术

在电力线载波通信终端装置的设计中，通常的方法是把所有的电子电路包括电源处理电路和信号处理电路放置在同一个装置中，该装置直接接入220V或110V的强电电网，从而通过该装置把网络设备的以太网通信信号驳接到220V或110V强电电网上，达到通过强电电网实现宽带网络通信的目的。此类装置不仅从强电电网来加载通信信号，并且从强电电网上获取电源供电。如图1所示，强电电网经过强电保护电路后分二路，一路直接接入载波信号耦合变压器T1，使得强电电网上的载波信号通过变压器T1联接到调制解调电路，而强电电源则被隔离于变压器T1的初级线圈，另一路则为电源系统供电，通过电源系统，把强电电源变换成信号处理系统所需的低压弱电供电电源，上述信号处理系统为附图1中所示的U11、U6、U9、U5、指示灯、过零检测等所组成的完整装置系统。此类装置的优点是能够把电力线载波通信终端装置设计成为一个类似于电源适配器的形态，方便使用，而且，把强电网络直接用隔离变压器耦合到信号处理系统，避免了线路距离所带来的信号衰减损失。而此类装置的最主要的缺点是电气安全性问题，虽然有方法来增强此类装置的电气安全性，如本发明人向中华人民共和国国家知识产权局递交的发明专利申请《增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置》(申请号：2010105486231.9)的方法，但还没有从根本上解决电气安全性和与其他通信设备装置共用电源的问题。综合起来，此类装置的缺点是：

1、装置直接接入强电电网，电气安全性问题不易从根本上解决；

2、由于此类装置需要直接与强电电网耦合，无法直接与其他由低压弱电供电的通信设备集成，使得电力线载波通信的应用范围受到很大的限制；

3、由于电力线载波信号无法穿越常用的电源适配器，即便此类装置与其他的电压弱电通信设备集成在同一种装置里，无法共享同一电源系统，使得设备成本增加；

4、由于强电转换为弱电的电路与信号处理系统处于同一装置中，使得此类装置的体积不易做小，难以成为真正的便携式通信设备。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种解决电气安全性问题、减小装置的整体体积，便于集成的电力线载波通信终端装置。

为实现上述目的，本发明提出一种电力线载波通信终端装置，包括电力线载波电源适配器系统，用于将强电电源进行降压处理输出低压电源；信号调制解调系统，用于处理信号调制解调；信号传输装置，用于传输低压电源及电力线载波信号；其中电力线载波电源适配器系统的电源输出接口通过信号传输装置与信号调制解调系统的电源输入接口相连接，提供低压直流电源；电力线载波电源适配器系统的电力线载波信号传输接口通过信号传输装置与信号调制解调系统的电力线载波信号传输接口相连接，实现电力线载波信号通讯。

进一步地，电力线载波电源适配器系统包括强电保护电路，用于过电流和浪涌保护；低压直流隔离电源电路，用于输出稳定的低压直流电源；信号隔离变送电路，用于滤除低频噪声干扰，实现信号的隔离变送；噪声隔离电路，用于隔离低压直流电源和电力线网络信号的相互干扰；其中，强电保护电路的输出端通过电力线分别与信号隔离变送电路输入端和噪声隔离电路输入端相连接，信号隔离变送电路通过电力线载波信号传输接口发送和接收电力线载波信号，噪声隔离电路输出端与低压直流隔离电源电路的输入端相连接，低压直流隔离电源电路输出低压直流电源。

进一步地，低压直流隔离电源电路包括依次连接的强电共模噪声抑制器件、强电整流器件、强电滤波器件、主芯片、隔离变压器、稳压反馈回路、低压电源滤波电路，输出12V的低压直流电源。

进一步地，信号隔离变送电路由RC电路和信号耦合和强弱电隔离变压器组成。

进一步地，噪声隔离电路是共模扼流圈电路，或者是由电感与电容组成的LC滤波网络。

进一步地，信号调制解调系统包括主板电源电路、以太网系统、信号处理系统和信号耦合电路，其中主板电源电路包括第一直流电压电路、第二直流电压电路和第三直流电压电路，输入电压为低压直流电源，输出电压分别为第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压；信号耦合电路通过电力线载波信号传输接口发送和接收电力线载波信号，输入电压为第一直流电压；信号处理系统和信号耦合电路相连接，输入电压为第二直流电压和第三直流电压；以太网系统通过通信接口与信号处理系统相连接，输入电压为第二直流电压。

进一步地，第一直流电压电路主芯片为LM1117电路，输入电压为12V，输出第一直流电压为10.5V。

进一步地，第二直流电压电路主为芯片ZT7182电路，输入电压为12V，输出第二直流电压为3.3V。

进一步地，第三直流电压电路主为芯片ISL9106电路，输入电压为3.3V，输出第三直流电压为1.05V。

进一步地，信号调制解调系统中的过零检测电路可以删除，直接以高电平代替。

进一步地，信号传输装置为一根具有四条导体线的传输线缆，其中第一和第二导体线分别连接电力线载波电源适配器系统的电源输出接口和信号调制解调系统的电源输入接口，第三和第四导体线分别连接电力线载波电源适配器系统的电力线载波信号传输接口和信号调制解调系统的电力线载波信号传输接口。

进一步地，信号传输装置为一条四芯线缆，或者二条二芯线缆，或者分立的四条线缆。

改进后装置主要有以下优势：

1、电力线载波电源适配器系统装置既能提供一定功率的电源，又能够让电力线载波信号穿越的电源适配器；

2、调制解调系统装置与强电电源完全分离，电气安全性的问题得到彻底解决；

3、连接电源适配器和调制解调系统装置的“四芯传输线”为常用的USB线，信号衰减少，成本低；

4、调制解调系统装置已经不再局限于单纯的电力线载波通信装置，而是一个能够为任何一种双线导体传输线网络包括电力线、同轴电缆、电话线等进行通信的通用调制解调装置；

5、调制解调系统装置与其他应用系统集成时，共用一个电力线载波电源适配器，省去了其他应用系统原本所需的电源适配器，降低了集成成本；

6、调制解调系统装置体积更小，便于携带；

7、电力线载波电源适配器装置体积小，完全不占用其他插座，不增加使用成本；

8、调制解调系统装置能够设计成为一种模块式的主板，便于集成于网络摄像机、网络电视机、机顶盒、交换机、路由器以及智能家电等装置中，方便地实现物联网功能。

附图说明

图1是现有电力线载波通信终端装置的电路结构图；

图2是本发明电力线载波通信终端装置的原理结构框图；

图3是本发明电力线载波电源适配器系统的电路结构图；

图4是本发明低压直流隔离电源电路的电路结构图；

图5是本发明信号隔离变送电路的电路结构图；

图6是本发明噪声隔离电路的一个实施例；

图7是本发明噪声隔离电路的另一个实施例；

图8是本发明调制解调电路系统的结构框图；

图9是本发明主板电源电路的电路结构图。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图2所示，本发明提出一种电力线载波通信终端装置包括三部分，第一装置部分是电力线载波电源适配器系统，该部分装置提供二个功能：第一，把强电电源进行降压处理，提供输出24V及以下的低压电源，常用的输出电压为12V直流，输出功率可按不同需求进行设计；第二，提供强电电网与信号调制解调系统模块之间的电力线载波信号通道，如图2中的RTX+和RTX-接口。

第二装置部分是信号调制解调系统，负责信号的调制解调处理。该部分装置具有三个接口，第一接口为低压电源输入接口，第二接口为信号传输接口，如图2中的RTX+和RTX-接口，第三接口为与其他电路或系统的通信接口。

第三装置部分是信号传输装置，用于传输低压电源及电力线载波信号。该装置为“四芯传输线”装置，该装置通常为一根具有四条导体线的传输线缆，该装置的功能是把第一个装置部分中的电源用一对导体线对其他设备进行供电，如图2中的“电源传输线对”；另一对导体线则用于传输电力线载波信号，如图2中的RTX+和RTX-线对。该装置的具体形态可以为一条四芯线缆，也可以为分立的四条线缆或二条二芯线缆，安装方式不限。

如图2所示，本发明改进后的电力线载波电源适配器系统和信号调制解调系统，两部分之间通过四芯线缆联接，实现对电路系统的供电以及电力线载波通讯。

具体为：电力线载波电源适配器系统的电源输出接口通过信号传输装置的一对导体线与信号调制解调系统的电源输入接口相连接，提供低压直流电源；电力线载波电源适配器系统的电力线载波信号传输接口通过信号传输装置的另一对导体线与信号调制解调系统的电力线载波信号传输接口相连接，实现电力线载波信号通讯。

如图3所示，电力线载波电源适配器系统包括用于过电流和浪涌保护的强电保护电路、用于输出稳定的低压直流电源的低压直流隔离电源电路、用于滤除低频噪声干扰，实现信号的隔离变送的信号隔离变送电路、用于隔离低压直流电源和电力线网络信号的相互干扰的噪声隔离电路。

其中，强电保护电路的输出端通过电力线分别与信号隔离变送电路输入端和噪声隔离电路输入端相连接，信号隔离变送电路通过电力线载波信号传输接口发送和接收电力线载波信号，噪声隔离电路输出端与低压直流隔离电源电路的输入端相连接，低压直流隔离电源电路输出低压直流电源。

低压直流隔离电源电路如图4所示，T2为强电共模噪声抑制器件，U8强电整流器件，C71为强电滤波器件，U9为12V隔离电源的主芯片，T3为隔离变压器，U10、D74、R75、R79等构成稳压反馈回路，C74、C75、L72、C76、CB74等构成12V低压电源滤波电路。该电源能够提供12V、15瓦输出功率的直流电源，为PLC供电同时还能为网络摄像机、机顶盒、路由器、交换机等设备供电。

信号隔离变送电路如图5所示，由R81、C81、T2等组成，R81和C81组成的网络可以滤掉低频噪声干扰，而电力线网络信号能够通过，T2为信号耦合和强弱电隔离变压器，实现信号的隔离变送功能。

噪声隔离电路的第一实施例和第二实施例分别如图6和图7所示。第一实施例采用共模扼流圈电路抑制噪声，实现电网与电源装置的噪声隔离，避免电网与电源装置的相互干扰。第二实施例用电感与电容组成的LC滤波网络滤除高频干扰，实现电网与电源装置的噪声隔离，避免电网与电源装置的相互干扰。该噪声隔离电路也很好的解决了该电源装置对本电力线载波通信终端装置自身的噪声影响，提高的装置的通信性能。

如图8所示，信号调制解调系统包括主板电源电路、以太网系统、信号处理系统和信号耦合电路。

其中主板电源电路包括第一直流电压电路、第二直流电压电路和第三直流电压电路，输入电压为12V低压直流电源，输出电压分别为第一直流电压10.5V、第二直流电压3.3V和第三直流电压1.05V。

信号耦合电路是电力线载波电源适配器系统与信号处理系统的连接单元，传递电力线、同轴电缆接受和发送的网络信号。信号耦合电路通过电力线载波信号传输接口发送和接收电力线载波信号，输入电压为第一直流电压。

信号处理系统是电力线和同轴线以太网系统的核心，统筹信号处理、Qos、指示灯、按钮等部分的工作。信号处理系统和信号耦合电路相连接，输入电压为第二直流电压和第三直流电压。

以太网系统由网口芯片或网口交换芯片和网络接口组成，是信号处理系统与以太网络的信号协议处理单元。以太网系统通过通信接口与信号处理系统相连接，输入电压为第二直流电压。

原装置中的过零检测电路在新装置中加以简化，直接以高电平代替，实现了电力线、同轴电缆网络信号的共同传送。

主板电源电路如图9所示，主要由三部分组成：10.5V电路、3.3V电路、1.05V电路。

10.5V电路输入电压为12V，主要由U7(LM1117)及其周边元件组成，输出为10.5V，为电力线、同轴电缆网络信号的信号耦合电路供电。

3.3V电路输入电压为12V，主要由ZT7182及其周边电路组成的同步电源稳压电路。为信号处理系统和以太网系统供电。

1.05V电路输入电压为3.3V，由ISL9106及其周边电路构成，为信号处理系统供电。

但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims

1.一种电力线载波通信终端装置，其特征在于：包括

电力线载波电源适配器系统，用于将强电电源进行降压处理输出低压电源；

信号调制解调系统，用于处理信号调制解调；

信号传输装置，用于传输低压电源及电力线载波信号；其中

电力线载波电源适配器系统的电源输出接口通过信号传输装置与信号调制解调系统的电源输入接口相连接，提供低压直流电源；

电力线载波电源适配器系统的电力线载波信号传输接口通过信号传输装置与信号调制解调系统的电力线载波信号传输接口相连接，实现电力线载波信号通讯。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：电力线载波电源适配器系统包括

强电保护电路，用于过电流和浪涌保护；

低压直流隔离电源电路，用于输出稳定的低压直流电源；

信号隔离变送电路，用于滤除低频噪声干扰，实现信号的隔离变送；

噪声隔离电路，用于隔离低压直流电源和电力线网络信号的相互干扰；其中，强电保护电路的输出端通过电力线分别与信号隔离变送电路输入端和噪声隔离电路输入端相连接，信号隔离变送电路通过电力线载波信号传输接口发送和接收电力线载波信号，噪声隔离电路输出端与低压直流隔离电源电路的输入端相连接，低压直流隔离电源电路输出低压直流电源。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：低压直流隔离电源电路包括依次连接的强电共模噪声抑制器件、强电整流器件、强电滤波器件、主芯片、隔离变压器、稳压反馈回路、低压电源滤波电路，输出12V的低压直流电源。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：信号隔离变送电路由RC电路和信号耦合和强弱电隔离变压器组成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：噪声隔离电路是共模扼流圈电路，或者是由电感与电容组成的LC滤波网络。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：信号调制解调系统包括主板电源电路、以太网系统、信号处理系统和信号耦合电路，其中主板电源电路包括第一直流电压电路、第二直流电压电路和第三直流电压电路，输入电压为低压直流电源，输出电压分别为第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压；信号耦合电路通过电力线载波信号传输接口发送和接收电力线载波信号，输入电压为第一直流电压；信号处理系统和信号耦合电路相连接，输入电压为第二直流电压和第三直流电压；以太网系统通过通信接口与信号处理系统相连接，输入电压为第二直流电压。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：第一直流电压电路主芯片为LM1117电路，输入电压为12V，输出第一直流电压为10.5V。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：第二直流电压电路主为芯片ZT7182电路，输入电压为12V，输出第二直流电压为3.3V。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：第三直流电压电路主为芯片ISL9106电路，输入电压为3.3V，输出第三直流电压为1.05V。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：信号调制解调系统中的过零检测电路可以删除，直接以高电平代替。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：信号传输装置为一根具有四条导体线的传输线缆，其中第一和第二导体线分别连接电力线载波电源适配器系统的电源输出接口和信号调制解调系统的电源输入接口，第三和第四导体线分别连接电力线载波电源适配器系统的电力线载波信号传输接口和信号调制解调系统的电力线载波信号传输接口。

12.根据权利要求1或11所述的装置，其特征在于：信号传输装置为一条四芯线缆，或者二条二芯线缆，或者分立的四条线缆。