CN103701427A - 用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，包括泄放电阻R，共模扼流圈Lf1和Lf2，X电容C1、C2、C3和C4，差模电感L1和L2，以及高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8；泄放电阻R以及X电容C1、C2、C3和C4依次并联在零线与火线之间，共模扼流圈Lf1的两个线圈分别串联在电容C1和C2之间的零线和火线上，共模扼流圈Lf2的两个线圈分别串联在电容C2和C3之间的零线和火线上，差模电感L1和L2分别串联在X电容C3和C4之间的零线和火线上，高压脉冲吸收电容C5和C6串联，高压脉冲吸收电容C7和C8串联。本发明能够抑制家用电器传导入电网的EMI干扰信号，同时也阻挡了电力线载波信号损失在家用电器中，提高了电力猫的功率谱密度。

Description

用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器
技术领域
本发明涉及电力线载波通信技术领域，尤其是涉及一种用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器。
背景技术
电力猫又被称为PLC（Power Line Communication，PLC）。PLC产业在国外已经发展多年，现在国外发达国家已经基本普及使用电力载波设备（即“电力猫”），国内真正将电力载波技术应用到民用上源于2008年前后，当时国内网络运营商为迎接奥运会而推出的数字网络电视（IPTV），为电力载波设备的发展提供了生长温床，2010年以后随着家庭宽带的普及，网络的应用也越来越多，国内的PLC厂商也如雨后春笋发展。
电力猫在应用过程中面临的一个难题是：电力猫通信信号强度（功率谱密度）随着电磁干扰严重的家用电器的使用会变弱，使得通信不畅，严重情况下会中断。目前家用电器倾向用高频开关电源供电，如：笔记本电脑、台式计算机、LED电视机、空调、LED灯具等，这些家用电器由于使用高频开关技术，其电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI）问题比较严重，虽然设备内部前端设计有EMI滤波器，但是这个滤波器设计一般在30MHz之内，超过30MHz会有较大的差模、共模噪声传导入电网环境，这些超高频的EMI信号会使得电力猫信号强度减小，即功率谱密度变弱，使得以太网通信变慢，甚至中断。大功率开关电源电器产品的影响尤为严重，为了保证电力猫通信信号的功率谱密度，有必要设计一种家用电器外部前端与电力线相连的滤波器，用于提高电力猫的功率普密度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其结构简单，设计合理，使用操作便捷，能够抑制家用电器传导入电网的EMI干扰信号，同时也阻挡了电力线载波信号损失在家用电器中，保证了电力猫通信信号的流畅性及稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：包括泄放电阻R，共模扼流圈Lf1和Lf2，X电容C1、C2、C3和C4，差模电感L1和L2，以及高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8；所述共模扼流圈Lf1和Lf2均具有环形磁芯和绕制在所述环形磁芯上的两个线圈，所述泄放电阻R、X电容C1、X电容C2、X电容C3和X电容C4依次并联在电源输入线的零线L与火线N之间，所述共模扼流圈Lf1的两个线圈分别串联在所述X电容C1和X电容C2之间的零线L和火线N上，所述共模扼流圈Lf2的两个线圈分别串联在所述X电容C2和X电容C3之间的零线L和火线N上，所述差模电感L1串联在所述X电容C3和X电容C4之间的零线L上，所述差模电感L2串联在所述X电容C3和X电容C4之间的火线N上，所述高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6串联后的一端与所述X电容C2的一端相接，所述高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6串联后的另一端与所述X电容C4的一端相接，所述高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8串联后的一端与所述X电容C2的另一端相接，所述高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8串联后的另一端与所述X电容C4的另一端相接。
上述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述泄放电阻R的阻值为1MΩ～4MΩ，功率为1W～5W。
上述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述环形磁芯为由镍锌铁氧体材料制成的圆环形的镍锌铁氧体磁环磁芯，绕制在所述环形磁芯上的两个线圈的匝数相同且绕向相反。
上述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述镍锌铁氧体磁环磁芯的工作频率为230KHz～100MHz，所述镍锌铁氧体磁环磁芯的电感量为3mH～6mH。
上述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述X电容C1、C2、C3和C4均为贴片安规电容。
上述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述差模电感L1和L2为由高频磁棒制成的差模电感，所述高频磁棒的工作频率为1MHz～90MHz。
上述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8均为耐2KV～10KV高压的插件高压瓷片电容。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明电路结构简单，设计合理，接线方便。
2、本发明在各个家用电器与电力线相连的前端的连接方便，一次安装，能够长期使用，使用操作便捷。
3、本发明使用时安装在各个家用电器与电力线相连的前端，能够抑制家用电器传导入电网的EMI干扰信号，同时也阻挡了电力线载波信号损失在家用电器中，解决了家用电器的EMI干扰信号对电力猫通信信号功率谱密度的削弱问题，保证了电力猫通信信号的流畅性及稳定性。
4、本发明的工作可靠性和稳定性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明结构简单，设计合理，使用操作便捷，能够抑制家用电器传导入电网的EMI干扰信号，同时也阻挡了电力线载波信号损失在家用电器中，保证了电力猫通信信号的流畅性及稳定性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明在电力线载波系统中的使用状态示意图。
附图标记说明:
1—Internet广域网； 2—服务器；            3—第一电力猫；
4—第二电力猫；     5—第三电力猫；        6—第四电力猫；
7—第一摄像头；     8—第二摄像头；        9—电冰箱；
10—微波炉；        11—电饭煲；           12—洗衣机；
13—计算机；        14—家用电器外部前端滤波器。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括泄放电阻R，共模扼流圈Lf1和Lf2，X电容C1、C2、C3和C4，差模电感L1和L2，以及高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8；所述共模扼流圈Lf1和Lf2均具有环形磁芯和绕制在所述环形磁芯上的两个线圈，所述泄放电阻R、X电容C1、X电容C2、X电容C3和X电容C4依次并联在电源输入线的零线L与火线N之间，所述共模扼流圈Lf1的两个线圈分别串联在所述X电容C1和X电容C2之间的零线L和火线N上，所述共模扼流圈Lf2的两个线圈分别串联在所述X电容C2和X电容C3之间的零线L和火线N上，所述差模电感L1串联在所述X电容C3和X电容C4之间的零线L上，所述差模电感L2串联在所述X电容C3和X电容C4之间的火线N上，所述高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6串联后的一端与所述X电容C2的一端相接，所述高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6串联后的另一端与所述X电容C4的一端相接，所述高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8串联后的一端与所述X电容C2的另一端相接，所述高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8串联后的另一端与所述X电容C4的另一端相接。
本实施例中，所述泄放电阻R的阻值为1MΩ～4MΩ，功率为1W～5W。所述泄放电阻R用于泄放X电容C1、C2、C3和C4掉电后存储的能量，所述泄放电阻R的功率WR依据公式
Figure BDA0000451108050000051
选择，其中，Cz的容值为X电容C1、C2、C3和C4的容值之和，即Cz=C1+C2+C3+C4；Up为最大尖峰电压，通常按照单相市电220V峰值311V的2倍选取，即取622V；所述泄放电阻R的阻值依据公式
Figure BDA0000451108050000052
选择，其中，Ip为冲击电流；本实例中，优化选择所述泄放电阻R的阻值为1.5MΩ，功率为2W。
本实施例中，所述环形磁芯为由镍锌铁氧体材料制成的圆环形的镍锌铁氧体磁环磁芯，绕制在所述环形磁芯上的两个线圈的匝数相同且绕向相反。所述镍锌铁氧体磁环磁芯的工作频率为230KHz～100MHz，所述镍锌铁氧体磁环磁芯的电感量为3mH～6mH。具体实施时，根据家用电器的功率不同选用不同体积的镍锌铁氧体磁环磁芯，功率与体积成正比，对于圆环形的镍锌铁氧体磁环磁芯主要表现为内径和外径；例如要实现功率为2KW的家用电器外部前端滤波器，可选用内径为45mm、外径为48mm的镍锌铁氧体磁环磁芯。
本实施例中，所述X电容C1、C2、C3和C4均为贴片安规电容。所述X电容C1、C2、C3和C4用于消除差模干扰，具体实施时，所述X电容C1、C2、C3和C4的容值均为0.40uF，所述X电容C1、C2、C3和C4的额定电压均为400V。
本实施例中，所述差模电感L1和L2为由高频磁棒制成的差模电感，所述高频磁棒的工作频率为1MHz～90MHz。具体实施时，所述高频磁棒的直径由家用电器的功率决定，直径与功率成正比，功率为2KW以内的一般家用电器可选高频磁棒的直径为4mm，功率为2KW～10KW的家用电器可选高频磁棒的直径为6.5mm，功率为10KW～30KW的家用电器可选高频磁棒的直径为8mm，功率为30KW以上的家用电器可选高频磁棒的直径为10mm；所述高频磁棒的长度由家用电器产生的干扰频谱特性决定，对于常用的家用电器可选高频磁棒的长度为10mm～50mm，当家用电器采用高频开关电源供电时，可选高频磁棒的长度为50mm，当家用电器采用一般开关电源供电时，可选高频磁棒的长度为30mm，当家用电器采用线性电源供电时，可选高频磁棒的长度为10mm，电感量为6uH～10uH。
本实施例中，所述高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8均为耐2KV～10KV高压的插件高压瓷片电容。具体实施时，所述高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8的容值均为390pF。
本发明高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6串联后为共模扼流圈Lf2的一个线圈和差模电感L1提供了一个旁路，高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8串联后为共模扼流圈的另一个线圈和差模电感L2提供了一个旁路，使得家用电器中不能被共模扼流圈Lf1和Lf2以及差模电感L1和L2消耗的干扰，旁路到高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6的串联支路以及高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8的串联支路中得到吸收式抑制；本发明采用了镍锌铁氧体磁环磁芯的共模扼流圈Lf1和Lf2，能够滤除家用电器产生的230kHz～100MHz之间的共模干扰；由于共模扼流圈Lf1和Lf2的环形磁芯采用了圆环形的镍锌铁氧体磁环磁芯，工作频率为230KHz～100MHz，能够滤除30MHz以上的共模干扰信号；本发明差模电感L1和L2采用由高频磁棒制成的差模电感，能够滤除30M以上的差模干扰信号；基于以上三种措施，使得家用电器产生的高频电磁干扰不至于影响电力猫的传输，从而提高了电力猫的功率谱密度，加强了电力猫的传输信号强度。
本发明所述的家用电器外部前端滤波器14在电力线载波系统中的使用状态示意图如图2所示，服务器2与Internet广域网1相连，服务器2通过广域网与第一电力猫3相连，这样就可以在Internet广域网1上访问第一电力猫3所在电力线上的第一摄像头7、第二摄像头8或计算机13；第一电力猫3负责把Internet广域网1的信号加载在电力线的零线L和火线N上，也负责把电力线的零线L和火线N上的信号检波出来送广域网；第二电力猫4用于第一摄像头7的信息传输，第三电力猫5用于第二摄像头8的信息传输，第四电力猫6用于计算机13的网络信号的传输；本发明所述的家用电器外部前端滤波器14分别加载在电冰箱9、微波炉10、电饭煲11、洗衣机12等家电与电力线的零线L和火线N相连的前端，第一电力猫3与第二电力猫4、第一电力猫3与第三电力猫5以及第一电力猫3与第四电力猫6之间需要信息传输，第二电力猫4、第三电力猫5和第四电力猫6两两之间也需要信息传输，这些信息都是基于电力线的零线L和火线N上的载波信号，通常家用电器在接受供电的同时，也会向电力线的零线L和火线N发出EMI干扰信号，信号严重会造成各个电力猫之间通信不畅，甚至使其通信彻底截断，本发明所述的家用电器外部前端滤波器14就是把各个家用电器发送的EMI干扰有效的截止在电力线的零线L和火线N之外，同时阻挡电力线的零线L和火线N上的电力线载波信号传输到家用电器中去，主要针对开关电源产生的30M以上的EMI干扰信号进行滤波，同时也对30M以下的信号起到有效的二次衰减作用，解决了家用电器的EMI干扰信号对电力猫通信信号功率谱密度的削弱问题，提高了电力猫功率普密度，保证了电力猫通信信号的流畅性及稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：包括泄放电阻R，共模扼流圈Lf1和Lf2，X电容C1、C2、C3和C4，差模电感L1和L2，以及高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8；所述共模扼流圈Lf1和Lf2均具有环形磁芯和绕制在所述环形磁芯上的两个线圈，所述泄放电阻R、X电容C1、X电容C2、X电容C3和X电容C4依次并联在电源输入线的零线L与火线N之间，所述共模扼流圈Lf1的两个线圈分别串联在所述X电容C1和X电容C2之间的零线L和火线N上，所述共模扼流圈Lf2的两个线圈分别串联在所述X电容C2和X电容C3之间的零线L和火线N上，所述差模电感L1串联在所述X电容C3和X电容C4之间的零线L上，所述差模电感L2串联在所述X电容C3和X电容C4之间的火线N上，所述高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6串联后的一端与所述X电容C2的一端相接，所述高压脉冲吸收电容C5和高压脉冲吸收电容C6串联后的另一端与所述X电容C4的一端相接，所述高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8串联后的一端与所述X电容C2的另一端相接，所述高压脉冲吸收电容C7和高压脉冲吸收电容C8串联后的另一端与所述X电容C4的另一端相接。
2.按照权利要求1所述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述泄放电阻R的阻值为1MΩ～4MΩ，功率为1W～5W。
3.按照权利要求1所述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述环形磁芯为由镍锌铁氧体材料制成的圆环形的镍锌铁氧体磁环磁芯，绕制在所述环形磁芯上的两个线圈的匝数相同且绕向相反。
4.按照权利要求3所述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述镍锌铁氧体磁环磁芯的工作频率为230KHz～100MHz，所述镍锌铁氧体磁环磁芯的电感量为3mH～6mH。
5.按照权利要求1所述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述X电容C1、C2、C3和C4均为贴片安规电容。
6.按照权利要求1所述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述差模电感L1和L2为由高频磁棒制成的差模电感，所述高频磁棒的工作频率为1MHz～90MHz。
7.按照权利要求1所述的用于提高电力猫功率谱密度的家用电器外部前端滤波器，其特征在于：所述高压脉冲吸收电容C5、C6、C7和C8均为耐2KV～10KV高压的插件高压瓷片电容。
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