CN107124207A - 一种基于电磁偏置技术的直流载波通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流载波通信装置及方法，包括四绕组互感器、第一开关驱动模块、第二开关驱动模块、第三开关驱动模块以及处理器，所述的第一开关驱动模块为载波信号发送模块，第二开关驱动模块为载波信号接收模块，第三开关驱动模块为电磁偏置模块；处理器产生第一控制信号，通过四绕组互感器的第二绕组耦合到直流线，在直流线上产生载波电流信号，本发明提供的直流载波通信装置采用四绕组互感器，相比于现有技术，增加了互感器电磁偏置线圈及电磁偏置模块，在直流电力线传输电流小的情况下，实现了载波收发装置的稳定通信。

Description

一种基于电磁偏置技术的直流载波通信装置及方法
技术领域
本发明涉及电力线直流载波通信技术领域，更具体的说是涉及一种直流载波通信装置及方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，电力线载波通信凭借其通信距离长、成本低、信号传输可靠性高等优势，在电力系统中得到了广泛的应用。
目前，直流载波通信是通过直流载波传送装置将载波信号耦合到电力线上，再通过直流载波接收装置在电力线上提取上述载波信号，实现了电力线直流载波通信。
现有技术能实现直流载波双向通信，实现方法如图1，由串接在电力线上的若干个载波收发装置组成，载波收发装置详见图2。但是，上述载波收发装置存在如下问题：在直流电力线传输电流小的情况下，该载波收发装置无法通信或通信很不稳定的问题。
传统的直流载波通信装置工作时，磁芯的最大磁化曲线如图6所示，互感器的磁芯具有磁滞特性(如图5所示的是磁芯磁滞回线)，受制于现今磁性材料的制造水平，所制磁芯在磁化和退磁时都有产生剩余磁感应强度(以下简称剩磁，用字母Br代表)的特点；所述互感器的第一绕组串接在直流电力线上，当直流电力线的直流电流小，在磁芯中产生的磁感线强度B小于磁芯剩磁Br，所述互感器的磁芯就不能感应出直流线上的载波信号，磁芯磁化曲线如图9过程1到2所示，不能把互感器第一绕组的直流电力线的载波信号耦合到第三绕组，导致该载波收发装置无法通信或通信很不稳定的问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种基于电磁偏置技术的直流载波通信装置及方法，针对现有技术的不足，本发明在传统的直流载波通信装置基础上增加了一个电磁偏置绕组和电磁偏置模块(如图3中的四绕组互感器的第四绕组和第三开关驱动模块)；在所述互感器磁芯中产生偏置磁感应强度，且该偏置磁感应强度大于磁芯剩磁Br，磁芯就能感应出直流电力线上的载波信号(如图7所示)，解决了在直流电力线传输电流小的情况下，传统载波收发装置无法通信或通信很不稳定的问题；
为实现上述目的，本发明提供如下具体技术方案：
一种直流载波通信装置，其特征在于：包括四绕组互感器、第一开关驱动模块、第二开关驱动模块、第三开关驱动模块以及处理器，所述的第一开关驱动模块为载波信号发送模块，第二开关驱动模块为载波信号接收模块，第三开关驱动模块为电磁偏置模块；
所述的四绕组互感器的第一绕组用于串接在直流电力线上，进行信号的耦合；
所述的第一开关驱动模块与所述的四绕组互感器的第二绕组相串接，用于根据处理器生成第一控制信号，通过第一驱动模块产生第一电流脉冲信号，并通过所述的第二绕组将所述的第一电流脉冲信号耦合到所述的直流电力线上；
所述的第二开关驱动模块与所述的四绕组互感器的第三绕组相串接，用于接收来自互感器的第二电流脉冲信号，并产生第二数字脉冲信号至所述的处理器；
所述的第三开关驱动模块与所述的四绕组互感器的第四绕组相串接，用于根据处理器生成第三控制信号，通过第三驱动模块产生第一电流直流偏置信号，并通过所述的第四绕组将所述的第一电流直流偏置信号转化成磁场能量耦合到所述的四绕组互感器的磁芯上，在磁芯中产生了一个偏置磁场；
所述的处理器产生第一控制信号至第一开关驱动模块，产生第三控制信号至第三开关驱动模块，接收来至第二开关驱动模块产生的所述第二数字脉冲信号。
一种直流载波通信方法，该方法包括：
处理器产生第一控制信号，通过发送电路生成第一电流脉冲信号，并将第一电流脉冲信号通过四绕组互感器的第二绕组耦合到直流线，在直流电力线上产生载波电流信号，如图13 所示；
处理器按照预设规则产生第三控制信号，通过电磁偏置电路生成第一电流直流偏置信号，并通过所述的第四绕组将所述的第一电流直流偏置信号转化成磁场能量耦合到所述的四绕组互感器的磁芯上，在磁芯中产生了一个偏置磁场，如图14所示；
直流电力线上的载波信号通过互感器第三绕组耦合生成第二电流脉冲信号，并通过接收电路产生第二数字脉冲信号至处理器，如图15所示；
所述预设规则为：
在检测到直流电力线电流小的情况下，闭合电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中产生偏置磁场；在检测到直流电力线电流大的情况下，断开电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中无偏置磁场。
本发明相比现有技术具有以下优点：
(1)增加了一个电磁偏置模块和互感器的电磁偏置绕组，实现了在直流电力线传输电流小的情况下，该载波收发装置能够进行稳定通信；
(2)上述互感器电磁偏置模块由处理器控制，当直流电力线传输电流小的情况下导通电磁偏置模块，当直流电力线传输电流大的情况下关断电磁偏置模块，减小了电磁偏置模块的能量消耗。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1现有技术的直流载波通信装置的系统示意图；
图2现有技术的直流载波通信装置的结构示意图；
图3本发明的直流载波通信装置的结构示意图；
图4本发明的实施例一提供的一种直流载波通信装置的结构示意图；
图5本发明所用互感器磁芯的磁滞回线；
图6本发明所用互感器磁芯工作时允许的最大磁化曲线；
图7本发明的直流载波通信装置当直流电力线传输电流适中的情况下，互感器磁芯的磁化曲线；
图8本发明的直流载波通信装置当直流电力线传输电流太大的情况下，互感器磁芯的磁化曲线；
图9本发明的直流载波通信装置当直流电力线传输电流太小的情况下，互感器磁芯的磁化曲线；
图10本发明的实施例二提供的一种直流载波通信装置的结构示意图；
图11本发明的直流载波通信装置当直流电力线传输电流太小的情况下的波形图；
图12本发明的直流载波通信装置当直流电力线传输电流适中的情况下的波形图；
图13本发明的直流载波通信方法的发送信号相位图；
图14本发明的直流载波通信方法的接收信号相位图；
图15本发明的直流载波通信方法的电磁偏置信号相位图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供了一种直流载波通信装置，包括：四绕组互感器、第一开关驱动模块、第二开关驱动模块、第三开关驱动模块以及处理器；其中四绕组互感器用于进行信号的耦合，第一开关驱动模块用于根据接收到的处理器产生的第一控制信号生成第一电流脉冲信号，并将该第一电流脉冲信号通过四绕组互感器耦合到直流电力线上，第二开关驱动模块用于从四绕组互感器接收第二电流脉冲信号，并产生第二电流脉冲信号至处理器，第三开关驱动模块用于根据接收到的处理器产生的第三控制信号产生电流直流偏置信号，并通过所述的第四绕组将所述的第一电流直流偏置信号转化成磁场能量耦合到所述的四绕组互感器的磁芯上，在磁芯中产生了一个偏置磁场，处理器产生第一控制信号至第一开关驱动模块，产生第三控制信号至第三开关驱动模块，接收来至第二开关驱动模块产生的所述第二数字脉冲信号。
实施例一
本实施例请参阅附图4，包括：四绕组互感器2、第一开关驱动模块6、第二开关驱动模块7、第三开关驱动模块8以及处理器5。在本实施例中，定义第一开关驱动模块6与电阻构成的电路为发送单元1，定义第二开关驱动模块7与电阻构成的电路为接收单元4，定义第三开关驱动模块8与电阻构成的电路为电磁偏置单元3。
具体的，上述的四绕组互感器的第一绕组用于串接在直流电力线上，进行信号的耦合；上述的第一开关驱动模块与上述的四绕组互感器的第二绕组相串接，接收来自处理器生成的第一控制信号，通过第一开关驱动模块生成第一电流脉冲信号，并通过上述的第二绕组将所述的第一电流脉冲信号耦合到上述的直流电力线上；上述的第二开关驱动模块与上述的四绕组互感器的第三绕组相串接，用于接收第三绕组产生的第二电流脉冲信号，并通过第二开关驱动模块生成第二数字脉冲信号至上述的处理器；上述的第三开关驱动模块与上述的四绕组互感器的第四绕组相串接，用于根据处理器生成第三控制信号，通过第三开关驱动模块生成第一电流直流偏置信号，并通过上述的第四绕组将上述的第一电流直流偏置信号转化成磁场能量耦合到上述的四绕组互感器的磁芯上，在磁芯中产生了一个偏置磁场；上述的处理器产生第一控制信号至第一开关驱动模块，按照预设规则产生第三控制信号至第三开关驱动模块，接收来至第二开关驱动模块产生的上述第二数字脉冲信号。
上述所述预设规则为：
如图9所示，在检测到直流线电流小的情况下，闭合电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中产生偏置磁场；
如图8所示，在检测到直流线电流大的情况下，断开电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中无偏置磁场；
可见，本发明提供的直流载波通信装置采用四绕组互感器，相比于现有技术，增加了互感器电磁偏置线圈及电磁偏置模块，在直流电力线传输电流小的情况下，该载波收发装置能够稳定通信。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种具体的直流载波通信装置，其结构图见附图10，包括：四绕组互感器2、第一三极管6、第二三极管7、第三三极管8以及处理器5。在本实施例中，定义第一三极管6与电阻构成的电路为发送单元1，定义第二三极管7与电阻构成的电路为接收单元4，定义第三三极管8与电阻构成的电路为电磁偏置单元3。
具体的，上述的四绕组互感器2的第一绕组用于串接在直流电力线上，进行信号的耦合；上述的发送单元1与上述的四绕组互感器2的第二绕组相串接，用于根据处理器5生成第一控制信号，通过发送单元1将第一控制信号产生第一电流脉冲信号，并通过上述的第二绕组将所述的第一电流脉冲信号耦合到上述的直流电力线上；上述的接收单元4与上述的四绕组互感器2的第三绕组相串接，用于接收第二电流脉冲信号，并通过接收单元4产生第二数字脉冲信号至上述的处理器5；上述的电磁偏置单元3与上述的四绕组互感器2的第四绕组相串接，用于根据处理器5按照预设规则生成第三控制信号，通过电磁偏置单元3产生第一电流直流偏置信号，并通过上述的第四绕组将上述的第一电流直流偏置信号转化成磁场能量耦合到上述的四绕组互感器2的磁芯上，在磁芯中产生了一个偏置磁场；上述的处理器5产生第一控制信号至发送单元1，产生第三控制信号至电磁偏置单元3，接收来至接收单元4产生的上述第二数字脉冲信号；
上述所述预设规则为：
在检测到直流线电流小的情况下，闭合电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中产生偏置磁场；在检测到直流线电流大的情况下，断开电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中无偏置磁场；
图11是一个传统的直流载波通信装置的一个具体实施例，在直流电力线传输电流小的情况下的通信波形，其中CH1通道波形是互感器第三绕组的波形，CH2通道波形是信号经接收电路后至处理器的波形，可见传统的直流载波通信装置在直流电力线传输电流小的情况下确实存在通信中断的现象；
图12是本发明提供的直流载波通信装置的一个具体实施例，在直流电力线传输电流小的情况下的通信波形，其中CH1通道波形是互感器第三绕组的波形，CH2通道波形是信号经接收电路后至处理器的波形，可见本发明的直流载波通信装置在直流电力线传输电流小的情况下仍能进行稳定的通信；
可见，本发明提供的直流载波通信装置采用四绕组互感器，相比于现有技术，增加了互感器电磁偏置线圈及电磁偏置模块，在直流电力线传输电流小的情况下，实现了载波收发装置的稳定通信。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种直流载波通信装置，其特征在于：包括四绕组互感器、第一开关驱动模块、第二开关驱动模块、第三开关驱动模块以及处理器，所述的第一开关驱动模块为载波信号发送模块，第二开关驱动模块为载波信号接收模块，第三开关驱动模块为电磁偏置模块；
所述的四绕组互感器的第一绕组用于串接在直流电力线上，进行信号的耦合；
所述的第一开关驱动模块与所述的四绕组互感器的第二绕组相串接，用于根据处理器生成第一控制信号，通过第一驱动模块产生第一电流脉冲信号，并通过所述的第二绕组将所述的第一电流脉冲信号耦合到所述的直流电力线上；
所述的第二开关驱动模块与所述的四绕组互感器的第三绕组相串接，用于接收来自互感器的第二电流脉冲信号，并产生第二数字脉冲信号至所述的处理器；
所述的第三开关驱动模块与所述的四绕组互感器的第四绕组相串接，用于根据处理器生成第三控制信号，通过第三驱动模块产生第一电流直流偏置信号，并通过所述的第四绕组将所述的第一电流直流偏置信号转化成磁场能量耦合到所述的四绕组互感器的磁芯上，在磁芯中产生了一个偏置磁场；
所述的处理器产生第一控制信号至第一开关驱动模块，产生第三控制信号至第三开关驱动模块，接收来至第二开关驱动模块产生的所述第二数字脉冲信号。
2.一种直流载波通信方法，该方法包括：
处理器产生第一控制信号，通过发送电路生成第一电流脉冲信号，并将第一电流脉冲信号通过四绕组互感器的第二绕组耦合到直流电力线，在直流电力线上产生载波电流信号；
处理器按照预设规则产生第三控制信号，通过电磁偏置电路生成第一电流直流偏置信号，并通过所述的第四绕组将所述的第一电流直流偏置信号转化成磁场能量耦合到所述的四绕组互感器的磁芯上，在磁芯中产生了一个偏置磁场；
直流电力线上的载波信号通过互感器第三绕组耦合生成第二电流脉冲信号，并通过接收电路产生第二数字脉冲信号至处理器。
3.根据权利要求2所述的一种直流载波通信方法，其特征在于：
所述预设规则为：
在检测到直流电力线电流小的情况下，闭合电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中产生偏置磁场；
在检测到直流电力线电流大的情况下，断开电磁偏置电路单元，在互感器磁芯中无偏置磁场。
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