CN106936474A - 电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路，包括：第一～第三驱动器，串、并联谐振回路，隔离变压器；隔离变压器的第一绕组通过串联谐振回路后连接第一驱动器、另一端连接第三驱动器；并联谐振回路的一端连接于串联谐振回路与第一绕组之间、另一端连接第二驱动器；隔离变压器的第二绕组连接电力线。发送时，第一驱动器输入正相载波信号，第二～第三驱动器输入反相载波信号，载波信号滤波后耦合到电力线上；接收时，第一驱动器接直流信号，第二～第三驱动器为高阻状态，电力线上的信号从第一绕组读出。本发明在发送状态时具备低输出阻抗，接收状态时具备高输入阻抗；避免使用三绕组隔离变压器和场效应晶体管，大大降低复杂度和成本。

Description

电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路

技术领域

本发明涉及电力线载波通信领域，特别是涉及一种电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路。

背景技术

电力载波通讯(PLC，Power line Communication)是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，主要用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输。电力线路是为输送50Hz强电设计的，线路衰减小，机械强度高，传输可靠，电力载波通信复用电力线路进行通信，不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，减少了通信线路建设的基建投资和日常维护费用，在电力系统中占有重要地位。

为了有效地在电力线信道上进行可靠的数据传输，需要载波调制解调器具备高输入阻抗和低输出阻抗，一方面能够使电力线上得到尽可能高的载波信号，另一方面能够使得每个载波节点从线路上只吸收比较小的能量，从而减小信号在线路上传输过程中的衰减。

如图1所示为现有技术中一种典型的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，包括隔离变压器103，其第一绕组通过电容104连接到电力线上、第二绕组通过电容102连接到功率放大器101的输出端，功率放大器的内阻为Rs。在处于发送状态时，为了有效地将载波信号加载到电力线上，需要功率放大器的内阻Rs足够低；但是在处于接收状态时，功率放大器101的低内阻会对电力线上的载波信号(图中105为接收状态下载波信号的等效电路)造成非常大的吸收。为此，可将功率放大器设计为带高阻输出的功率放大器，以实现发送状态时具备低输出阻抗，接收状态时具备高输入阻抗；但是带通滤波器的加入会破坏接收状态时的高阻状态。

申请号为200710047216.3的中国专利公开了一种用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，如图2所示，包括一隔离变压器204，所述隔离变压器204的第一绕组2041与一串联谐振回路205相连后连接至功率放大器的差分输出端P和N、第二绕组2042连接至电力线、第三绕组2043通过背靠背的场效应晶体管202和203与一并联谐振回路201相连。当系统处于发送状态的时候，状态切换信号RX_TXn输出高电平，两个场效应晶体管202和203导通，并联谐振回路201和第二绕组2043并联连接，信号通过串联谐振回路205及并联谐振回路201后从第二绕组2042输出；当系统处于接收状态的时候，状态切换信号RX_TXn输出低电平，两个场效应晶体管202和203截止，信号从第二绕组2042输入后通过第一绕组2041被读取。通过状态切换信号在接收状态和发送状态之间的切换，在加入带通滤波器的情况下，仍能使滤波电路在发送状态时呈低阻状态，且在接收状态时呈高阻状态，不影响载波信号的吸收。

但是上述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路需要采用三绕组的隔离变压器，而三绕组的隔离变压器为非通用器件，需要定制化生产因而成本大为提高；此外，作为开关器件的场效应晶体管需要具备极低的导通电阻和较高的耐压，很难在芯片里集成，并且需要一路专用的状态切换信号。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路，用于解决现有技术中采用三绕组隔离变压器和场效应晶体管带来的系统复杂、制备工艺复杂、成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，所述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路至少包括：

第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、串联谐振回路、并联谐振回路、以及隔离变压器；

所述隔离变压器包括第一绕组及第二绕组，所述第二绕组与电力线连接；

所述串联谐振回路连接于所述第一驱动器与所述第一绕组的第一端之间，谐振于载波信号的中心频率，所述第一绕组的第二端与所述第三驱动器相连；

所述并联谐振回路的一端连接于所述串联谐振回路与所述第一绕组之间，另一端与所述第二驱动器相连，谐振于所述载波信号的中心频率。

优选地，所述第一驱动器为正相驱动器，所述第三驱动器为反相驱动器，所述第一驱动器与所述第三驱动器的输入信号为差分信号；所述第二驱动器为所述第三驱动器的影子驱动器，其输出信号与所述第三驱动器相同。

更优选地，所述第一驱动器、所述第二驱动器及所述第三驱动器为功率放大器。

更优选地，所述功率放大器为线性功率放大器、非线性功率放大器、开关功率放大器或数字功率放大器。

优选地，所述串联谐振回路包括串联的第一电感及第一电容。

优选地，所述并联谐振回路包括并联的第二电感及第二电容。

优选地，所述第二绕组与电力线之间还串联第三电容。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电力线载波通信方法，采用上述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，包括：

发送状态：

通过第一驱动器输入载波信号的正相信号，通过第二驱动器及第三驱动器输入载波信号的反相信号，所述载波信号经过串联谐振回路及并联谐振回路滤波后通过第一绕组传递到第二绕组，再藉由所述第二绕组耦合到电力线上进行信号传输；

接收状态：

所述第一驱动器的输入端连接一直流信号，所述第二驱动器及所述第三驱动器处于高阻状态，所述第二绕组将从电力线上获取的信号传递到所述第一绕组，并从所述第一绕组读出。

优选地，所述直流信号为一固定电平的电压。

如上所述，本发明的电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路，具有以下有益效果：

本发明的电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路通过三个驱动器来控制输出耦合及滤波电路各节点的电位，以此在加入带通滤波器的情况下实现在发送状态时具备低输出阻抗，在接收状态时具备高输入阻抗；同时避免使用三绕组隔离变压器和场效应晶体管，大大降低系统和制造工艺的复杂度、降低成本。

附图说明

图1显示为现有技术中的用于电力线载波通信的输出耦合电路示意图。

图2显示为现有技术中的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路示意图。

图3显示为本发明的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路示意图。

图4显示为本发明的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路处于发送状态时的等效电路示意图。

图5显示为本发明的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路处于接收状态时的等效电路示意图。

元件标号说明

101 用于电力线载波通信的输出耦合电路

102 电容

103 隔离变压器

104 电容

105 接收状态下载波信号的等效电路

201 并联谐振回路

202、203 场效应晶体管

204 隔离变压器

2041～2043 第一～第三绕组

205 串联谐振回路

3 用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路

301～303 第一～第三驱动器

304 串联谐振回路

305 并联谐振回路

306 隔离变压器

3061～3062 第一～第二绕组

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图3所示，本发明提供一种用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路3，所述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路3至少包括：

第一驱动器301、第二驱动器302、第三驱动器303、串联谐振回路304、并联谐振回路305、以及隔离变压器306。

如图3所示，所述隔离变压器306包括第一绕组3061及第二绕组3062，所述第一绕组3061与滤波电路相连，所述第二绕组3062与电力线相连，用于对输入信号与输出信号实现隔离。

具体地，如图3所示，所述隔离变压器306为二绕组隔离变压器，为通用器件，不会增加生产成本。所述第二绕组3062的两端分别连接至交流电压相线进线端AC-L和交流电压零线进线端AC-N，所述交流电压相线进线端AC-L与所述第二绕组3062之间还串联第三电容C3。在本实施例中，所述交流电压为220V的交流电源，其频率为50Hz，所述电力线传输的信号包括：220V、50Hz的交流电压信号以及带有通讯信号信息的载波信号。在本实施例中，所述第三电容C3用于对所述交流电压相线进线端AC-L的信号进行滤波，以滤除220V、50Hz的交流电压信号，保留高频的通讯信号，所述通讯信号的频率不小于10KHz。

如图3所示，所述串联谐振回路304连接于所述第一驱动器301与所述第一绕组3061的第一端之间，谐振于载波信号的中心频率。

具体地，如图3所示，所述串联谐振回路304的一端与所述第一驱动器301相连、另一端与所述第一绕组3061的第一端(即A点)相连。在本实施例中，所述串联谐振回路304包括串联的第一电感L1及第一电容C1。

如图3所示，所述并联谐振回路305的一端连接于所述串联谐振回路304与所述隔离变压器306的第一绕组3061之间，另一端与所述第二驱动器302相连，谐振于所述载波信号的中心频率。

具体地，如图3所示，所述并联谐振回路305的一端与所述第二驱动器302相连、另一端与所述第一绕组3061的第一端(即A点)相连。在本实施例中，所述并联谐振回路305包括并联的第二电感L2及第二电容C2。

如图3所示，所述第三驱动器303与所述第一绕组3061的第二端(即C点)相连。

如图3所示，所述第一驱动器301为正相驱动器，所述第三驱动器303为反相驱动器，所述第一驱动器301与所述第三驱动器303的输入信号为差分信号，输入信号包括但不限于正弦信号或方波信号。所述第二驱动器302为所述第三驱动器303的影子驱动器，其输出信号与所述第三驱动器303相同。在本实施例中，所述第一驱动器301、所述第二驱动器302及所述第三驱动器303为功率放大器。所述功率放大器包括但不限于线性功率放大器、非线性功率放大器、开关功率放大器或数字功率放大器。

如图3～图5所示，本发明还提供一种电力线载波通信方法，采用所述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路3，包括：

发送状态：

如图3所示，通过第一驱动器301输入载波信号的正相信号，通过第二驱动器302及第三驱动器303输入载波信号的反相信号，此时，所述第二驱动器302的输出信号和所述第三驱动器303的输出信号完全相同，即B点和C点的电压一致，等效于B点和C点连接在一起，如图4所示为发送状态时所述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路33的等效电路，其中Uin为输入的载波信号，Rout为等效输出电阻。所述串联谐振回路304及所述并联谐振回路305构成四阶带通滤波器，谐振于所述载波信号的中心频率，对所述载波信号进行滤波，滤波后的信号通过第一绕组3061被转化为磁信号；所述第二绕组3062感应所述第一绕组3061上的磁信号，并将感应到的磁信号转化为相应的电信号耦合到电力线上，以进行信号传输。

接收状态：

如图3所示，所述第一驱动器301的输入端连接一直流信号，在本实施例中，所述直流信号为一固定电平的电压，由于电容的存在，直流信号无法传递到所述第一绕组3061的第一端，即A点，相当于A点交流接地；所述第二驱动器302及所述第三驱动器303处于高阻状态，相当于所述第二驱动器302及所述第三驱动器303的通路断开，此时，所述并联谐振回路305相当于未接入电路，如图5所示为接收状态时所述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路3的等效电路，其中，电力线上的载波信号等效为内阻Rs和信号源，Uout为等效输出电压。电力线上传输的信号进入所述交流电压相线进线端AC-L及所述交流电压零线进线端AC-N，并由所述第三电容C3将交流电源信号滤除，电力线上的载波信号通过第二绕组3062转化为磁信号，所述第一绕组3061感应到所述第二绕组3062上的磁信号，并转化为相应的电信号，从所述第一绕组3061的第二端(即C点)被读出。

如上所述，本发明的电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路，具有以下有益效果：

1、本发明的电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路引入影子驱动器的概念，通过输入正相信号的第一驱动器、输入反相信号的第三驱动器以及作为第三驱动器的影子驱动器的第二驱动器，来实现发送状态时具备低输出阻抗，接收状态时具备高输入阻抗的传输特性。

2、本发明的电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路采用通用器件二绕组隔离变压器实现，相较于三绕组隔离变压器能大大节省生产成本。

3、本发明的电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路避免使用额外的场效应晶体管，大大降低系统和制造工艺的复杂度、降低成本。

综上所述，本发明提供一种用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，包括：第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、串联谐振回路、并联谐振回路、以及隔离变压器；所述隔离变压器包括第一绕组及第二绕组，所述第二绕组与电力线连接；所述串联谐振回路连接于所述第一驱动器与所述第一绕组的第一端之间，谐振于载波信号的中心频率，所述第一绕组的第二端与所述第三驱动器相连；所述并联谐振回路的一端连接于所述串联谐振回路与所述隔离变压器的第一绕组之间，另一端与所述第二驱动器相连，谐振于所述载波信号的中心频率。还提供一种电力线载波通信方法，包括：发送状态：通过第一驱动器输入载波信号的正相信号，通过第二驱动器及第三驱动器输入载波信号的反相信号，所述载波信号经过串联谐振回路及并联谐振回路滤波后通过第一绕组传递到第二绕组，再藉由所述第二绕组耦合到电力线上进行信号传输；接收状态：所述第一驱动器的输入端连接一直流信号，所述第二驱动器及所述第三驱动器处于高阻状态，所述第二绕组将从电力线上获取的信号传递到所述第一绕组，并从所述第一绕组读出。本发明的电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路通过三个驱动器来控制输出耦合及滤波电路各节点的电位，以此在加入带通滤波器的情况下实现在发送状态时具备低输出阻抗，在接收状态时具备高输入阻抗；同时避免使用三绕组隔离变压器和场效应晶体管，大大降低系统和制造工艺的复杂度、降低成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，其特征在于，所述用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路至少包括：

第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、串联谐振回路、并联谐振回路、以及隔离变压器；

所述隔离变压器包括第一绕组及第二绕组，所述第二绕组与电力线连接；

所述串联谐振回路连接于所述第一驱动器与所述第一绕组的第一端之间，谐振于载波信号的中心频率，所述第一绕组的第二端与所述第三驱动器相连；

所述并联谐振回路的一端连接于所述串联谐振回路与所述第一绕组之间，另一端与所述第二驱动器相连，谐振于所述载波信号的中心频率。

2.根据权利要求1所述的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，其特征在于：所述第一驱动器为正相驱动器，所述第三驱动器为反相驱动器，所述第一驱动器与所述第三驱动器的输入信号为差分信号；所述第二驱动器为所述第三驱动器的影子驱动器，其输出信号与所述第三驱动器相同。

3.根据权利要求1或2所述的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，其特征在于：所述第一驱动器、所述第二驱动器及所述第三驱动器为功率放大器。

4.根据权利要求3所述的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，其特征在于：所述功率放大器为线性功率放大器、非线性功率放大器、开关功率放大器或数字功率放大器。

5.根据权利要求1所述的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，其特征在于：所述串联谐振回路包括串联的第一电感及第一电容。

6.根据权利要求1所述的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，其特征在于：所述并联谐振回路包括并联的第二电感及第二电容。

7.根据权利要求1所述的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，其特征在于：所述第二绕组与电力线之间还串联第三电容。

8.一种电力线载波通信方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任意一项所述的用于电力线载波通信的输出耦合及滤波电路，包括：

发送状态：

通过第一驱动器输入载波信号的正相信号，通过第二驱动器及第三驱动器输入载波信号的反相信号，所述载波信号经过串联谐振回路及并联谐振回路滤波后通过第一绕组传递到第二绕组，再藉由所述第二绕组耦合到电力线上进行信号传输；

接收状态：

所述第一驱动器的输入端连接一直流信号，所述第二驱动器及所述第三驱动器处于高阻状态，所述第二绕组将从电力线上获取的信号传递到所述第一绕组，并从所述第一绕组读出。

9.根据权利要求8所述的电力线载波通信方法，其特征在于：所述直流信号为一固定电平的电压。