CN106169939A - 一种中压宽带电力线载波通信电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中压宽带电力线载波通信电路，包括宽带载波芯片、载波放大单元、载波接收单元、耦合单元和电源单元，宽带载波芯片分别通过载波放大单元、载波接收单元和耦合单元相连，电源单元分别与宽带载波芯片、载波放大单元、载波接收单元相连，载波放大单元包括串联的载波电压放大模块和载波电流放大模块，载波电流放大模块包括并联的第一电流放大子模块和第二电流放大子模块，第一电流放大子模块和第二电流放大子模块的输出端分别和耦合单元相连。本发明能够以10kV中压配电网作为高速数据传输介质进行通信、能够对0~20MHz范围内的高频宽带载波信号进行功率放大，具有通信速率高、通信性能好、电路结构简单、实施成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波通信技术，具体涉及一种中压宽带电力线载波通信电路，用于智能电表等设施通过中压电力线进行数据通信。
背景技术
电力线载波通信电路利用电力线来进行数据通信，为了实现载波信号的承载，需要将载波信号进行放大，但是传统载波功率放大电路，由于电路结构和器件特性的限制，只能对0~1MHz范围内的低频窄带信号进行功率放大，不能够满足中压宽带电力线的传输速率和距离的要求，且大多存在通信速率低、通信性能差、电路结构复杂、成本高等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够以10kV中压配电网作为高速数据传输介质进行通信、能够对0~20MHz范围内的高频宽带载波信号进行功率放大、通信速率高、通信性能好、电路结构简单、实施成本低的中压宽带电力线载波通信电路。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种中压宽带电力线载波通信电路，包括宽带载波芯片、载波放大单元、载波接收单元、耦合单元和电源单元，所述宽带载波芯片分别通过载波放大单元、载波接收单元和耦合单元相连，所述电源单元分别与宽带载波芯片、载波放大单元、载波接收单元相连，所述载波放大单元包括串联的载波电压放大模块和载波电流放大模块，所述载波电流放大模块包括并联的第一电流放大子模块和第二电流放大子模块，所述第一电流放大子模块和第二电流放大子模块的输出端分别和耦合单元相连。
优选地，所述载波电压放大模块包括宽带PLC放大芯片、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C6和电容C7，所述宽带PLC放大芯片的一个输入端D1_IN+通过电容C1和宽带载波芯片的输出端AINP相连、另一个输入端D2_IN+通过电容C2和宽带载波芯片的输出端AINN相连，所述宽带PLC放大芯片包括两组差分输出端D1和D2，所述差分输出端D1的正极输出端D1_OUT串接电容C6后作为输出端AIN_P、负极输出端D1_IN-依次通过电阻R25、电容C3和差分输出端D2的负极输出端D2_IN-相连，所述电阻R23并联布置于差分输出端D1的正极输出端D1_OUT、负极输出端D1_IN-之间，所述差分输出端D2的正极输出端D2_OUT串接电容C7后作为输出端AIN_N，所述载波电压放大模块的输出端AIN_P、输出端AIN_N和载波电流放大模块相连。
优选地，所述第一电流放大子模块包括宽带PLC放大芯片N1、电阻R27、电阻R28、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R41、电阻R42、电阻R45、电阻R47、电阻R61、电阻R64、电阻R278、电阻R396、电容C12和电容C13，所述宽带PLC放大芯片N1的第一差分正极输入端1N+分别通过电阻R36和载波电压放大模块的输出端AIN_P相连、通过电阻R27接地，所述宽带PLC放大芯片N1的第一差分负极输入端1N-分别通过电阻R41接地、通过电阻R35和第一正极输出端1OUT相连，所述宽带PLC放大芯片N1的第二差分正极输入端2N+分别通过电阻R45和载波电压放大模块的输出端AIN_P相连、通过电阻R396和载波电压放大模块的输出端AIN_N相连、通过电阻R28接地，所述宽带PLC放大芯片N1的第二差分负极输入端2N-分别通过电阻R42接地、通过电阻R278和第一差分负极输入端1N-相连、通过电阻R37和第二正极输出端2OUT相连，电阻R64的一端分别通过电容C12、电阻R61和宽带PLC放大芯片N1的第一正极输出端1OUT相连，且通过电容C13、电阻R47和宽带PLC放大芯片N1的第二正极输出端2OUT相连，电阻R64的另一端连接有参考电压并作为第一电流放大子模块的输出端AOUT_P；所述第二电流放大子模块包括宽带PLC放大芯片N2、电阻R26、电阻R29、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R43、电阻R44、电阻R46、电阻R48、电阻R62、电阻R63、电阻R65、电阻R276和电阻R397，所述宽带PLC放大芯片N2的第一差分正极输入端1N+分别通过电阻R397和载波电压放大模块的输出端AIN_P相连、通过电阻R39和载波电压放大模块的输出端AIN_N相连、通过电阻R26接地，所述宽带PLC放大芯片N2的第一差分负极输入端1N-分别通过电阻R43接地、通过电阻R38和第一正极输出端1OUT相连，所述宽带PLC放大芯片N2的第二差分正极输入端2N+分别通过电阻R46和载波电压放大模块的输出端AIN_N相连、通过电阻R29接地，所述宽带PLC放大芯片N2的第二差分负极输入端2N-分别通过电阻R44接地、通过电阻R276和第一差分负极输入端1N-相连、通过电阻R40和第二正极输出端2OUT相连，电阻R65的一端分别通过电容C14、电阻R63和宽带PLC放大芯片N2的第一正极输出端1OUT相连，且通过电容C15、电阻R48和宽带PLC放大芯片N2的第二正极输出端2OUT相连，电阻R65的另一端连接有参考电压并作为第二电流放大子模块的输出端AOUT_N；所述耦合单元分别与第一电流放大子模块的输出端AOUT_P、第二电流放大子模块的输出端AOUT_N相连。
优选地，所述电阻R64的另一端设有续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4，所述续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4串联布置于+15V和-15V电源之间，所述电阻R64的另一端连接于续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4之间，所述电阻R65的另一端设有续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6，所述续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6串联布置于+15V和-15V电源之间，所述电阻R65的另一端连接于续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6之间。
优选地，所述电源单元的输出端和载波接收单元之间设有限流保护单元。
优选地，所述限流保护单元包括三极管V1、电阻R16、电阻R18、电阻R20、电容C60、电阻R6、电阻R7、电容C59、电阻R12、三极管V3、电阻R13、MOS管M1 SM4600CSK、电阻R19、电阻R13、电阻R10、二极管VD2、电阻R9、三极管V4、电阻R17、电阻R8、电阻R11以及二极管VD1，所述MOS管M1 SM4600CSK包括N-MOS管M1-1和P-MOS管M1-2，所述三极管V1为PNP型三极管，三极管V1的集电极依次串接电阻R16、电阻R18后作为过流信号输出端OVER_I和宽带载波芯片相连，所述电阻R16、电阻R18之间的中间连接点通过电阻R20接地，电容C60和电阻R20并联连接，电阻R6、电阻R7、电容C59三者并联后一端和三极管V1的发射极相连，且另一端通过电阻R12和三极管V1的基极相连，三极管V1的发射极作为限流保护单元的+12V电压输入端+12V_IN和电源单元的+12V输出端相连，三极管V3为NPN型三极管，三极管V3的基极串接电阻R19后作为控制端TXA_EN和宽带载波芯片相连，三极管V3的发射极接地，三极管V3的集电极通过电阻R13和P-MOS管M1-2的G极相连，P-MOS管M1-2的S极分别通过电阻R12和三极管V1的基极相连、通过电阻R10和P-MOS管M1-2的G极相连，二极管VD2和电阻R10并联，P-MOS管M1-2的D极D2作为限流保护单元的+12V电压输出端+12V_OUT，且+12V电压输出端+12V_OUT通过电阻R9和P-MOS管M1-2的S极相连；所述三极管V4为PNP型三极管，三极管V4的发射极串接电阻R17后作为控制端TXA_EN和宽带载波芯片相连、基极接地、集电极和N-MOS管M1-1的G极相连，N-MOS管M1-1的S极作为电源开关模块的-12V电压输入端-12V_IN和电源单元的-12V输出端相连，N-MOS管M1-1的S极通过电阻R11和N-MOS管M1-1的G极相连，二极管VD1和电阻R11并联，N-MOS管M1-1的D极D1作为电源开关模块的电压输出端-12V_OUT和载波放大单元的电源输入端相连，电源开关模块的电压输出端-12V_OUT通过电阻R8和电源开关模块的-12V电压输入端-12V_IN相连。
优选地，所述电源单元包括过零检测电路、AC-DC转换电路和DC-DC转换电路，所述宽带载波芯片通过过零检测电路和外部电源相连，所述AC-DC转换电路的输入端和外部电源相连，所述AC-DC转换电路的输出端通过DC-DC转换电路和宽带载波芯片的电源输入端相连，且所述AC-DC转换电路的输出端和载波接收单元相连。
优选地，所述宽带载波芯片还连接有存储模块、指示灯模块和数据传输接口模块，所述数据传输接口模块包括串口接口子模块和RJ45接口子模块。
本发明中压宽带电力线载波通信电路具有下述优点：本发明的载波放大单元包括串联的载波电压放大模块和载波电流放大模块，载波电流放大模块包括并联的第一电流放大子模块和第二电流放大子模块，第一电流放大子模块和第二电流放大子模块的输出端分别和耦合单元相连，根据10kV中压电力线传输距离较远和要求数据传输速率较高的特点，通过载波电压放大模块和并联的第一电流放大子模块和第二电流放大子模块对输入级先进行电压放大，输出级采用并联输出的电路拓宽结构进行电流放大，以10kV中压配电网作为高速数据传输介质，把中压电网转变为一个高性能的数据传输骨干网，然后高速数据经过宽带载波芯片调制成2~12MHz频率的宽带载波信号，经过本发明中的载波放大电路进行功率放大，然后通过耦合电路将2~12MHz的宽带载波信号耦合到10kV电力线上，实现高速抄表数据和控制信号传输，能够对0~20MHz范围内的高频宽带载波信号进行功率放大，具有通信速率高、通信性能好、电路结构简单、实施成本低的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的框架结构示意图。
图2为本发明实施例中宽带载波芯片及其外围电路的电路原理示意图。
图3为本发明实施例中载波电压放大模块的电路原理示意图。
图4为本发明实施例中载波电流放大模块的电路原理示意图。
图5为本发明实施例中载波接收单元的电路原理示意图。
图6为本发明实施例中限流保护单元的电路原理示意图。
图7为本发明实施例中过零检测电路的电路原理示意图。
图8为本发明实施例中AC-DC转换电路的电路原理示意图。
图9为本发明实施例中DC-DC转换电路3.3V部分的电路原理示意图。
图10为本发明实施例中DC-DC转换电路1.2V部分的电路原理示意图。
图11为本发明实施例中RS232接口模块的电路原理示意图。
图12为本发明实施例中RS485接口模块的电路原理示意图。
图13为本发明实施例中RJ45接口模块的电路原理示意图。
图例说明：1、宽带载波芯片；11、存储模块；12、指示灯模块；13、数据传输接口模块；2、载波放大单元；21、载波电压放大模块；22、载波电流放大模块；221、第一电流放大子模块；222、第二电流放大子模块；3、载波接收单元；4、耦合单元；5、电源单元；51、过零检测电路；52、AC-DC转换电路；53、DC-DC转换电路；6、限流保护单元。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的中压宽带电力线载波通信电路包括宽带载波芯片1、载波放大单元2、载波接收单元3、耦合单元4和电源单元5，宽带载波芯片1分别通过载波放大单元2、载波接收单元3和耦合单元4相连，电源单元5分别与宽带载波芯片1、载波放大单元2、载波接收单元3相连，载波放大单元2包括串联的载波电压放大模块21和载波电流放大模块22，载波电流放大模块22包括并联的第一电流放大子模块221和第二电流放大子模块222，第一电流放大子模块221和第二电流放大子模块222的输出端分别和耦合单元4相连。
参见图2，本实施例中宽带载波芯片1采用青岛东软的第6代SSC1664型载波芯片（以下简称SSC1664芯片），宽带载波芯片1用于产生输出到电力线上的载波信号，该载波信号通过载波放大单元2即可输出至10kV中压配电网的电力线上，同时宽带载波芯片1还可以通过载波接收单元3接收来自10kV中压配电网的电力线上的载波信号。SSC1664芯片将模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核及丰富的功能外设集于一体，提供物理层（PHY）、介质访问控制层（MAC）、适配层（ADP）、网络层（NET）、应用层（APP）等完整的电力线通信解决方案。相比传统的窄带芯片信号带宽更宽，传输速率更高。SSC1664芯片集成了处理器、本地RAM、2MB SDRAM、及UART、I2C、SPI、GPIO等接口，还增加了8MB SDRAM及标准的以太网RMII接口。
参见图1，宽带载波芯片1还连接有存储模块11、指示灯模块12（指示本系统工作状态）和数据传输接口模块13，数据传输接口模块13包括串口接口子模块和RJ45接口子模块。本实施例中，存储模块11采用16Mbit flash存储芯片，用于中压载波程序的存储。
载波电压放大模块21的功能是把从载波芯片输出的模拟信号进行放大，并经过简单的滤波之后，由信号耦合电路耦合到电力线上，满足电力线传输的要求，提高载波通信的距离。如图3所示，载波电压放大模块21包括宽带PLC放大芯片、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C6和电容C7，宽带PLC放大芯片的一个输入端D1_IN+通过电容C1和宽带载波芯片1的输出端AINP相连、另一个输入端D2_IN+通过电容C2和宽带载波芯片1的输出端AINN相连，宽带PLC放大芯片包括两组差分输出端D1和D2，差分输出端D1的正极输出端D1_OUT串接电容C6后作为输出端AIN_P、负极输出端D1_IN-依次通过电阻R25、电容C3和差分输出端D2的负极输出端D2_IN-相连，电阻R23并联布置于差分输出端D1的正极输出端D1_OUT、负极输出端D1_IN-之间，差分输出端D2的正极输出端D2_OUT串接电容C7后作为输出端AIN_N，载波电压放大模块21的输出端AIN_P、输出端AIN_N和载波电流放大模块22相连。本实施例中，载波电压放大模块21的宽带PLC放大芯片具体采用宽带PLC专用放大芯片THS6214（简称THS6214芯片）。THS6214芯片用于对载波信号进行电压放大，采用差分放大电路结构，载波芯片输出的差分载波信号经过电容C1和电容C2耦合到第一电流放大子模块221和第二电流放大子模块222。R23和R24为电阻，R25为电阻，电容C3、电容C6和电容C7为隔直电容，电阻R4、电阻R5为THS6214芯片的电阻，电阻R3为THS6214芯片的电流配置电阻，本实施例通过电容C6和电容C7的载波信号被放大8.27倍。
如图4所示，第一电流放大子模块221包括宽带PLC放大芯片N1、电阻R27、电阻R28、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R41、电阻R42、电阻R45、电阻R47、电阻R61、电阻R64、电阻R278、电阻R396、电容C12和电容C13，宽带PLC放大芯片N1的第一差分正极输入端1N+分别通过电阻R36和载波电压放大模块21的输出端AIN_P相连、通过电阻R27接地，宽带PLC放大芯片N1的第一差分负极输入端1N-分别通过电阻R41接地、通过电阻R35和第一正极输出端1OUT相连，宽带PLC放大芯片N1的第二差分正极输入端2N+分别通过电阻R45和载波电压放大模块21的输出端AIN_P相连、通过电阻R396和载波电压放大模块21的输出端AIN_N相连、通过电阻R28接地，宽带PLC放大芯片N1的第二差分负极输入端2N-分别通过电阻R42接地、通过电阻R278和第一差分负极输入端1N-相连、通过电阻R37和第二正极输出端2OUT相连，电阻R64的一端分别通过电容C12、电阻R61和宽带PLC放大芯片N1的第一正极输出端1OUT相连，且通过电容C13、电阻R47和宽带PLC放大芯片N1的第二正极输出端2OUT相连，电阻R64的另一端连接有参考电压并作为第一电流放大子模块221的输出端AOUT_P；第二电流放大子模块222包括宽带PLC放大芯片N2、电阻R26、电阻R29、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R43、电阻R44、电阻R46、电阻R48、电阻R62、电阻R63、电阻R65、电阻R276和电阻R397，宽带PLC放大芯片N2的第一差分正极输入端1N+分别通过电阻R397和载波电压放大模块21的输出端AIN_P相连、通过电阻R39和载波电压放大模块21的输出端AIN_N相连、通过电阻R26接地，宽带PLC放大芯片N2的第一差分负极输入端1N-分别通过电阻R43接地、通过电阻R38和第一正极输出端1OUT相连，宽带PLC放大芯片N2的第二差分正极输入端2N+分别通过电阻R46和载波电压放大模块21的输出端AIN_N相连、通过电阻R29接地，宽带PLC放大芯片N2的第二差分负极输入端2N-分别通过电阻R44接地、通过电阻R276和第一差分负极输入端1N-相连、通过电阻R40和第二正极输出端2OUT相连，电阻R65的一端分别通过电容C14、电阻R63和宽带PLC放大芯片N2的第一正极输出端1OUT相连，且通过电容C15、电阻R48和宽带PLC放大芯片N2的第二正极输出端2OUT相连，电阻R65的另一端连接有参考电压并作为第二电流放大子模块222的输出端AOUT_N；耦合单元4分别与第一电流放大子模块221的输出端AOUT_P、第二电流放大子模块222的输出端AOUT_N相连。本实施例中，宽带PLC放大芯片N1和宽带PLC放大芯片N2具体采用宽带PLC专用放大芯片THS6012（简称THS6012芯片）。电压放大后的信号输入到THS6012芯片进行载波信号的电流放大，使用两颗THS6012芯片,并采用比例放大和差分放大兼容设计，单颗THS6012芯片默认使用两路比例放大电路并联输出，先分别对单端信号进行电流放大，然后两颗THS6012芯片以差分电路拓扑结构输出，其中电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29为匹配电阻，电阻R36、电阻R396、电阻R45、电阻R397、电阻R397、电阻R39、电阻R46为比例放大和差分电路选择电阻，电阻R35、电阻R37、电阻R38、电阻R40为反馈电阻，电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44为增益电阻，电阻R61、电阻R47、电阻R62、电阻R48、电阻R64、电阻R65为限流电阻，电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C120、电容C122、电容C123为耦合电容。
如图4所示，电阻R64的另一端设有续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4，续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4串联布置于+15V和-15V电源之间，电阻R64的另一端连接于续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4之间，电阻R65的另一端设有续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6，续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6串联布置于+15V和-15V电源之间，电阻R65的另一端连接于续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6之间，二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6为续流保护二极管。
载波接收单元3用于滤除来自电力线上的杂波干扰，提高载波信号接收性能。如图5所示，载波接收单元3为由3阶低通切比雪夫滤波器和5阶高通切比雪夫滤波器组成的现有载波接收电路，载波接收单元3的用于滤除载波信号带外信号，提高接收信号的信噪比。图5中，电阻R49、电阻R52一方面为限流电阻，另一方面做阻抗匹配；电阻R50、电阻R51用于限制接收电路的整体直流电平；电容TS6、TS7电容用于接收信号幅度限制，防止存在干扰时，芯片接收引脚存在电压冲击，损坏芯片接收引脚；电感L17、电感L19、电容C83、电容C4构成低通电路，用于滤除12MHz以上高频干扰；电容C79、电容C80、电感L18、电容C81、电容C82、电感L21、电容C95、电容C96构成高通电路，因为电力线常见的大功率干扰基本都出现在1MHz以下的低频段，故需多阶高通滤波，滤除低频噪声。
如图1所示，电源单元5的输出端和载波接收单元3之间设有限流保护单元6。限流保护单元6的作用是限制载波接收单元3的±12V电源的电流消耗，符合国网标准的功耗要求，本实施例中最大电流消耗不会超过260mA，限流保护单元6具体用于对电流进行检测，如果超过260mA则关断载波接收单元3的供电电源，以达到限流保护的目的。
如图6所示，限流保护单元6包括三极管V1、电阻R16、电阻R18、电阻R20、电容C60、电阻R6、电阻R7、电容C59、电阻R12、三极管V3、电阻R13、MOS管M1 SM4600CSK、电阻R19、电阻R13、电阻R10、二极管VD2、电阻R9、三极管V4、电阻R17、电阻R8、电阻R11以及二极管VD1，MOS管M1 SM4600CSK包括N-MOS管M1-1和P-MOS管M1-2，三极管V1为PNP型三极管，三极管V1的集电极依次串接电阻R16、电阻R18后作为过流信号输出端OVER_I和宽带载波芯片1相连，电阻R16、电阻R18之间的中间连接点通过电阻R20接地，电容C60和电阻R20并联连接，电阻R6、电阻R7、电容C59三者并联后一端和三极管V1的发射极相连，且另一端通过电阻R12和三极管V1的基极相连，三极管V1的发射极作为限流保护单元6的+12V电压输入端+12V_IN和电源单元5的+12V输出端相连，三极管V3为NPN型三极管，三极管V3的基极串接电阻R19后作为控制端TXA_EN和宽带载波芯片1相连，三极管V3的发射极接地，三极管V3的集电极通过电阻R13和P-MOS管M1-2的G极相连，P-MOS管M1-2的S极分别通过电阻R12和三极管V1的基极相连、通过电阻R10和P-MOS管M1-2的G极相连，二极管VD2和电阻R10并联，P-MOS管M1-2的D极D2（MOS管M1 SM4600CSK的5号端子）作为限流保护单元6的+12V电压输出端+12V_OUT，且+12V电压输出端+12V_OUT通过电阻R9和P-MOS管M1-2的S极相连；三极管V4为PNP型三极管，三极管V4的发射极串接电阻R17后作为控制端TXA_EN和宽带载波芯片1相连、基极接地、集电极和N-MOS管M1-1的G极相连，N-MOS管M1-1的S极作为电源开关模块的-12V电压输入端-12V_IN和电源单元5的-12V输出端相连，N-MOS管M1-1的S极通过电阻R11和N-MOS管M1-1的G极相连，二极管VD1和电阻R11并联，N-MOS管M1-1的D极D1（MOS管M1 SM4600CSK的7号端子）作为电源开关模块的电压输出端-12V_OUT和载波放大单元2的电源输入端相连，电源开关模块的电压输出端-12V_OUT通过电阻R8和电源开关模块的-12V电压输入端-12V_IN相连。当超过260mA时，电阻R6//电阻R7//电感C59三者两端电压超过0.7V时，三极管V1导通，过流信号输出端OVER_I输出高电平给SSC1664芯片，此时SSC1664芯片的控制信号输出端TXA_EN输出高电平，关断载波接收单元3的+12V/-12V供电电源，以达到限流保护的目的。
如图1所示，电源单元5包括过零检测电路51、AC-DC转换电路52和DC-DC转换电路53，宽带载波芯片1通过过零检测电路51和外部电源相连，AC-DC转换电路52的输入端和外部电源相连，AC-DC转换电路52的输出端通过DC-DC转换电路53和宽带载波芯片1的电源输入端相连，且AC-DC转换电路52的输出端和载波接收单元3相连。
本实施例中，过零检测电路51的功能是把工频交流电的过零点时刻以脉冲的方式告知SSC1664芯片，从而为SSC1664芯片进行过零通信以及相位判别提供依据。
如图7所示，过零检测电路51主要基于K1010DS芯片实现，稳压管VD61和电阻R251、电阻R252的作用是在工频正半周时为电容C252充电，积聚为光耦E61导通的电能量；电阻R251、电阻R252和电容C251还组成RC滤波电路，可有效消除电力线上的干扰；电阻R251、电阻R252和电阻R254组成分压电路，为三极管V61提供合适的开启电压时刻。电阻R255和电容C253组成RC滤波电路，防止三极管V61因干扰而误开启。稳压管VD63是一颗5.1V的稳压管，用于钳位电容C252两端的电压为5.1V。三极管V61用于放大过零点产生的信号，驱动光耦E61导通。光耦E61起光电隔离作用，用于隔离强电与弱电。
本实施例中，AC-DC转换电路52用于为系统提供±12和+5V电源。
如图8所示，AC-DC转换电路52主要基于芯片VC1实现，芯片VC1采用ESSPS-A15S051612AC-DC转换芯片及其外围电路实现，芯片VC1输出±12V、+5V,为整个系统提供电源，其中±12V一部分提供给载波接收单元3，一部分﹢12V通过DC-DC转换电路53分别输出3.3V和1.2V为SSC1664芯片供电；+5V电源输出与其他电源输出隔离，给SSC1664芯片的外围接口电路（RS485串口）供电。
本实施例中，DC-DC转换电路53用于为系统提供3.3V和1.2V电源；DC-DC转换电路53包括3.3V转换电路部分和1.2V转换电路部分。如图9所示，3.3V转换电路部分主要基于DC-DC转换芯片TS4（MP2314芯片）实现，DC-DC转换芯片TS4用于将﹢12V电源转换为3.3V输出。如图10所示，1.2V转换电路部分主要基于DC-DC转换芯片TS5（MP2015DJ芯片）实现，DC-DC转换芯片TS4用于将﹢12V电源转换为1.2V输出。
本实施例中，数据传输接口模块13包括RS232接口模块、RS485接口模块、RJ45接口模块如图11所示，本实施例的RS232接口模块用分立元件实现串口通讯RS232电平转换；实现输出高电平＞2.4V，输出低电平＜0.4V。在室温下，输出高电平是3.3V，输出低电平时0.2V；最小输入高电平≥2.0V，输入低电平≤0.8V，噪声容限是0.4V。如图12所示，本实施例的RS485接口模块使用专用RS485芯片BL3085A，采用电气隔离设计，一方面在高压环境下，保证人身安全和设备的保护；另一方面，可以使通信在严重地扰动和其它系统级噪声存在的情况下不间断、无差错。如图13所示，本实施例的RJ45接口模块采用RMII 10/100的LAN8720网口。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：包括宽带载波芯片（1）、载波放大单元（2）、载波接收单元（3）、耦合单元（4）和电源单元（5），所述宽带载波芯片（1）分别通过载波放大单元（2）、载波接收单元（3）和耦合单元（4）相连，所述电源单元（5）分别与宽带载波芯片（1）、载波放大单元（2）、载波接收单元（3）相连，所述载波放大单元（2）包括串联的载波电压放大模块（21）和载波电流放大模块（22），所述载波电流放大模块（22）包括并联的第一电流放大子模块（221）和第二电流放大子模块（222），所述第一电流放大子模块（221）和第二电流放大子模块（222）的输出端分别和耦合单元（4）相连。
2.根据权利要求1所述的中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：所述载波电压放大模块（21）包括宽带PLC放大芯片、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C6和电容C7，所述宽带PLC放大芯片的一个输入端D1_IN+通过电容C1和宽带载波芯片（1）的输出端AINP相连、另一个输入端D2_IN+通过电容C2和宽带载波芯片（1）的输出端AINN相连，所述宽带PLC放大芯片包括两组差分输出端D1和D2，所述差分输出端D1的正极输出端D1_OUT串接电容C6后作为输出端AIN_P、负极输出端D1_IN-依次通过电阻R25、电容C3和差分输出端D2的负极输出端D2_IN-相连，所述电阻R23并联布置于差分输出端D1的正极输出端D1_OUT、负极输出端D1_IN-之间，所述差分输出端D2的正极输出端D2_OUT串接电容C7后作为输出端AIN_N，所述载波电压放大模块（21）的输出端AIN_P、输出端AIN_N和载波电流放大模块（22）相连。
3.根据权利要求2所述的中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：所述第一电流放大子模块（221）包括宽带PLC放大芯片N1、电阻R27、电阻R28、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R41、电阻R42、电阻R45、电阻R47、电阻R61、电阻R64、电阻R278、电阻R396、电容C12和电容C13，所述宽带PLC放大芯片N1的第一差分正极输入端1N+分别通过电阻R36和载波电压放大模块（21）的输出端AIN_P相连、通过电阻R27接地，所述宽带PLC放大芯片N1的第一差分负极输入端1N-分别通过电阻R41接地、通过电阻R35和第一正极输出端1OUT相连，所述宽带PLC放大芯片N1的第二差分正极输入端2N+分别通过电阻R45和载波电压放大模块（21）的输出端AIN_P相连、通过电阻R396和载波电压放大模块（21）的输出端AIN_N相连、通过电阻R28接地，所述宽带PLC放大芯片N1的第二差分负极输入端2N-分别通过电阻R42接地、通过电阻R278和第一差分负极输入端1N-相连、通过电阻R37和第二正极输出端2OUT相连，电阻R64的一端分别通过电容C12、电阻R61和宽带PLC放大芯片N1的第一正极输出端1OUT相连，且通过电容C13、电阻R47和宽带PLC放大芯片N1的第二正极输出端2OUT相连，电阻R64的另一端连接有参考电压并作为第一电流放大子模块（221）的输出端AOUT_P；所述第二电流放大子模块（222）包括宽带PLC放大芯片N2、电阻R26、电阻R29、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R43、电阻R44、电阻R46、电阻R48、电阻R62、电阻R63、电阻R65、电阻R276和电阻R397，所述宽带PLC放大芯片N2的第一差分正极输入端1N+分别通过电阻R397和载波电压放大模块（21）的输出端AIN_P相连、通过电阻R39和载波电压放大模块（21）的输出端AIN_N相连、通过电阻R26接地，所述宽带PLC放大芯片N2的第一差分负极输入端1N-分别通过电阻R43接地、通过电阻R38和第一正极输出端1OUT相连，所述宽带PLC放大芯片N2的第二差分正极输入端2N+分别通过电阻R46和载波电压放大模块（21）的输出端AIN_N相连、通过电阻R29接地，所述宽带PLC放大芯片N2的第二差分负极输入端2N-分别通过电阻R44接地、通过电阻R276和第一差分负极输入端1N-相连、通过电阻R40和第二正极输出端2OUT相连，电阻R65的一端分别通过电容C14、电阻R63和宽带PLC放大芯片N2的第一正极输出端1OUT相连，且通过电容C15、电阻R48和宽带PLC放大芯片N2的第二正极输出端2OUT相连，电阻R65的另一端连接有参考电压并作为第二电流放大子模块（222）的输出端AOUT_N；所述耦合单元（4）分别与第一电流放大子模块（221）的输出端AOUT_P、第二电流放大子模块（222）的输出端AOUT_N相连。
4.根据权利要求3所述的中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：所述电阻R64的另一端设有续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4，所述续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4串联布置于+15V和-15V电源之间，所述电阻R64的另一端连接于续流保护二极管VD3和续流保护二极管VD4之间，所述电阻R65的另一端设有续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6，所述续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6串联布置于+15V和-15V电源之间，所述电阻R65的另一端连接于续流保护二极管VD5和续流保护二极管VD6之间。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：所述电源单元（5）的输出端和载波接收单元（3）之间设有限流保护单元（6）。
6.根据权利要求5所述的中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：所述限流保护单元（6）包括三极管V1、电阻R16、电阻R18、电阻R20、电容C60、电阻R6、电阻R7、电容C59、电阻R12、三极管V3、电阻R13、MOS管M1 SM4600CSK、电阻R19、电阻R13、电阻R10、二极管VD2、电阻R9、三极管V4、电阻R17、电阻R8、电阻R11以及二极管VD1，所述MOS管M1 SM4600CSK包括N-MOS管M1-1和P-MOS管M1-2，所述三极管V1为PNP型三极管，三极管V1的集电极依次串接电阻R16、电阻R18后作为过流信号输出端OVER_I和宽带载波芯片（1）相连，所述电阻R16、电阻R18之间的中间连接点通过电阻R20接地，电容C60和电阻R20并联连接，电阻R6、电阻R7、电容C59三者并联后一端和三极管V1的发射极相连，且另一端通过电阻R12和三极管V1的基极相连，三极管V1的发射极作为限流保护单元（6）的+12V电压输入端+12V_IN和电源单元（5）的+12V输出端相连，三极管V3为NPN型三极管，三极管V3的基极串接电阻R19后作为控制端TXA_EN和宽带载波芯片（1）相连，三极管V3的发射极接地，三极管V3的集电极通过电阻R13和P-MOS管M1-2的G极相连，P-MOS管M1-2的S极分别通过电阻R12和三极管V1的基极相连、通过电阻R10和P-MOS管M1-2的G极相连，二极管VD2和电阻R10并联，P-MOS管M1-2的D极D2作为限流保护单元（6）的+12V电压输出端+12V_OUT，且+12V电压输出端+12V_OUT通过电阻R9和P-MOS管M1-2的S极相连；所述三极管V4为PNP型三极管，三极管V4的发射极串接电阻R17后作为控制端TXA_EN和宽带载波芯片（1）相连、基极接地、集电极和N-MOS管M1-1的G极相连，N-MOS管M1-1的S极作为电源开关模块的-12V电压输入端-12V_IN和电源单元（5）的-12V输出端相连，N-MOS管M1-1的S极通过电阻R11和N-MOS管M1-1的G极相连，二极管VD1和电阻R11并联，N-MOS管M1-1的D极D1作为电源开关模块的电压输出端-12V_OUT和载波放大单元（2）的电源输入端相连，电源开关模块的电压输出端-12V_OUT通过电阻R8和电源开关模块的-12V电压输入端-12V_IN相连。
7.根据权利要求1所述的中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：所述电源单元（5）包括过零检测电路（51）、AC-DC转换电路（52）和DC-DC转换电路（53），所述宽带载波芯片（1）通过过零检测电路（51）和外部电源相连，所述AC-DC转换电路（52）的输入端和外部电源相连，所述AC-DC转换电路（52）的输出端通过DC-DC转换电路（53）和宽带载波芯片（1）的电源输入端相连，且所述AC-DC转换电路（52）的输出端和载波接收单元（3）相连。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的中压宽带电力线载波通信电路，其特征在于：所述宽带载波芯片（1）还连接有存储模块（11）、指示灯模块（12）和数据传输接口模块（13），所述数据传输接口模块（13）包括串口接口子模块和RJ45接口子模块。
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