CN113242057A - 一种用于电力线载波通信测试平台的电路模块及测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电力线载波通信测试平台的电路模块及对应的测试平台，所述电路模块包括一端接工频电源而另一端接测试机(3)或被测设备(4)的电源滤波模块(1)、连接在电源滤波模块(1)与测试机(3)或被测设备(4)之间的信号耦合模块(2)，所述信号耦合模块(2)包括在载波通信的频段范围内可提供低阻抗的高通滤波器(21)、与高通滤波器(21)相连并能通过自身隔离特性增加位于测试机(3)与电源滤波模块(1)间的第一电源线(31)跟大地、位于被测设备(4)与电源滤波模块(1)间的第二电源线(41)跟大地之间的共模阻抗来降低接地线上的共模电压的耦合变压器(22)。该申请提高了测试准确性。

Description

一种用于电力线载波通信测试平台的电路模块及测试平台

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种用于电力线载波通信测试平台的电路模块及对应的测试平台。

背景技术

电力线载波通信，是以输电线路为载波信号的传输媒介的通信方式，因无需另外铺设通信线路，经济可靠，已成为世上所有电力部门优先采用的通信手段。为了模拟电力线载波通信，同时检测被测设备的接收灵敏度，建立电力线载波通信测试平台是实验室常用的手段。

现有电力线载波通信测试平台主要结构如图1所示，测试机和被测设备各自连接到人工电源网络，人工电源网络从工频电压中分离出高频载波信号，通过弱电端口输出，两台人工电源网络通过一个可调衰减器连接，用于调整信号的强度，同时，人工电源网路和可调衰减器之间使用屏蔽线互连，人工电源网络的供电口前端放置电源滤波器，以削弱外部电源噪声对测试结果的影响。其中，人工电源网络是个标准化产品，其基本结构如图2所示，即通过L1/L2电感和前级电源实现阻抗隔离，通过C1/C2电容阻断工频信号，通过R1/R2电阻将高频信号分离出来，通过R1/R2电阻接大地。

电力线载波通信产品的接收灵敏度非常高(25dBuV～45dBuV)，使得对测试平台提出了非常高的要求。但由于现有测试平台中的所有器件并非理想，导致L1-C1-R1和L2-C2-R2这两路并非处于理想的平衡状态，交流信号也即高频载波信号运行过程中，会在图2所示的接地线上产生共模电流，同时，被测设备和测试机在工作时，也会产生和高频载波信号一致的共模电流，流过图2所示的接地线，而因共模电流引起的共模噪声会转化为差模信号被测试机或被测设备接收，从而无法测出设备真实的接收灵敏度，同时共模电流会导致载波信号没有按照既定的路径传输，使得载波信号跳过可调衰减器，导致设备被测得出的接收灵敏度远远优于实际的接收灵敏度。

为了解决该问题，人工电源网络需要以极低的阻抗接大地，避免共模电流流经较大的接地阻抗产生和载波信号一致的共模信号，这就要求办公室环境需提供一个低阻抗的接地桩，但通常的办公室环境无法满足该要求。

而且，由于办公室环境存在大量的电脑、打印机等电器设备，电源噪声比较大，导致电网的电源噪声非常大，现有的电源滤波器仅能提供使电气设备满足电磁兼容的要求，无法将电网噪声压到低于产品的载波通信灵敏度的水平。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能通过降低接地线上的共模电流来降低共模电压，确保测试准确性的用于电力线载波通信测试平台的电路模块。

本发明的目的还在于提供一种能确保将电网的噪声压制到极低的水平的用于电力线载波通信测试平台的电路模块。

本发明的目的还在于提供一种采用前述的电路模块的电力线载波通信测试平台。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于电力线载波通信测试平台的电路模块，所述模块包括一端接工频电源而另一端接测试机或被测设备的电源滤波模块、连接在电源滤波模块与测试机或被测设备之间的信号耦合模块，其特征在于：

所述信号耦合模块包括在载波通信的频段范围内可提供低阻抗的高通滤波器、与高通滤波器相连并能通过自身的隔离特性增加位于测试机与电源滤波模块间的第一电源线跟大地、位于被测设备与电源滤波模块间的第二电源线跟大地之间的共模阻抗来降低接地线上的共模电压的耦合变压器。

进一步的，所述高通滤波器由第一电容构成。

进一步的，所述第一电容的容值为1uF。

进一步的，所述耦合变压器的寄生电容容值在10pF-30pF之间。

进一步的，所述电源滤波模块为多级滤波器。

进一步的，所述电源滤波模块包括由第一电感、第二电容、第三电容、第二电感组成的一级滤波器和由第三电感、第四电容、第五电容、第四电感形成的二级滤波器；

所述第三电感连接在第二电容、第四电容之间，第四电感连接在第三电容和第五电容之间；

所述电源滤波模块还包括一端连接第四电容而另一端作为火线输出端且电感量与第一电感的电感量相等的第五电感以及一端连接第五电容而另一端作为零线输出端且电感量与第二电感的电感量相等的第六电感。

进一步的，所述第一电感至第六电感的电感量＞0.5mH，且一级滤波器和二级滤波器的频率≤1kHz。

进一步的，所述耦合变压器的副边连接可对高频信号作一级衰减的固定衰减模块，所述固定衰减模块的输出端连接分路器/合路器模块。

一种电力线载波通信测试平台，其特征在于：所述电力线载波通信测试平台采用如前所述的电路模块。

进一步的，所述电力线载波通信测试平台中的测试机与对应的电路模块设置在第一屏蔽箱内而被测设备与对应的电路模块设置在第二屏蔽箱内。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过耦合变压器传输载波信号，并利用耦合变压器的隔离特性来增加测试机/被测设备与电源滤波模块之间的电源线跟大地之间形成的共模阻抗，由此通过分压方式降低接地线上也即输出至后端电路的共模电压，确保了灵敏度测试的准确性；而多级电源滤波的设置以及更大电感和容值的选择，提升了衰减效果，更好的降低了外界噪声对测试效果的影响；固定衰减器的设置，确保信号的输出幅值在测试设备的接受范围内，而分路器/合路器模块则提升了测试平台的功能，该方案的设置降低了对使用环境的要求，使得整个测试可在普通办公室环境内完成，节约了成本，且实现了试验平台的小型化。

附图说明

图1为现有电力线载波通信测试平台结构框图。

图2为现有电力线载波通信测试平台中人工电源网络原理图。

图3为本申请用于电力线载波通信测试平台的电路模块原理图。

图4为本申请的电力线载波通信测试平台结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图3所述，本申请的用于电力线载波通信测试平台的电路模块包括一端接工频电源而另一端接测试机或被测设备的电源滤波模块1、连接在电源滤波模块1与测试机或被测设备之间的信号耦合模块2。工频电源通过L-IN和N-IN端口输入，测试机或被测试机通过L-OUT和N-OUT端口连接。

如前文所述，由于器件并非理想状态以及被测设备和测试机的工作环境所致，测试平台在工作过程中会产生共模电流，进而影响被测设备接收灵敏度的测试准确性。共模电流主要是经接地线输出至后端电路，显然，当接地线对应的接地阻抗越小时，产生的共模信号越小，则对测试结果影响越弱，故尽可能降低接地阻抗，能一定程度上解决共模信号问题，但这对测试场地具有极高的要求，而这在实际测试环境中又是不太可能实现的。

本申请通过对人工电源网络进行改进，在不改变接地阻抗的基础上，有效减小了共模信号的影响，具体而言，本申请将人工电源网络用信号耦合模块2代替，该信号耦合模块2包括在载波通信的频段范围内可提供低阻抗的高通滤波器21、与高通滤波器21相连并能通过自身的隔离特性增加位于测试机3与电源滤波模块1间的第一电源线31跟大地、位于被测设备4与电源滤波模块1间的第二电源线41跟大地之间的共模阻抗来降低接地线上的共模电压的耦合变压器。

也即，耦合变压器的寄生电容能增加第一电源线31与大地、第二电源线41与大地之间的共模阻抗，该共模阻抗和接地线上的接地阻抗共同分压，由于该共模阻抗很大，当共模阻抗越大时，加载在接地线上的共模电压越小，则形成的输出至后端电路的共模信号就越小，继而测试准确性就得到大大提升。

该改进在不改变接地阻抗的前提下，能有效削弱共模信号的影响，换言之，本申请的改进能降低对使用环境的要求，使得即使在普通办公场所即可完成实验，同时得到准确的测试结果，使得该设备的适用性得到大大提升。

在本实施例中，该高通滤波器21由第一电容C1构成，容值取值为1uF，当然，该容值也可以是其他取值，只要能满足在载波通信的频段范围内提供低阻抗和高通滤波作用即可。

形成耦合变压器T1的器件简单，避免了原人工电源网络需要多个器件构成，而每个器件又并非理想，导致存在较大共模电流的弊端，也就是说，得益于耦合变压器简单的构成，使得原人工电源网络由于器件的不平衡导致的共模电流不复存在。

同时，本申请中采用耦合变压器T1时，虽因为存在寄生电容，通常，寄生电容在10pF～30pF之间，会导致共模阻抗受到一定影响而变小，但即使共模阻抗变小，其阻值也远远大于人工电源网络的共模阻抗25Ω，从而通过分压作用分担更多由被测设备和测试机在工作时产生的和高频载波信号一致的原本会加载在接地线上的共模电压，使得接地线上的共模电压大大减小，进而有效确保了测量准确性。

电容的阻抗计算公式为Zc＝1/2πfC，其中，f为载波频率，C为寄生电容容值，在原先的人工电源网络中，人工电源网络的共模阻抗25Ω是由R1和R2并联形成。此外，需要提及的是，该耦合变压器T1在传输载波信号的同时能隔离强电。

为了满足在充分考虑载波通信频段范围内(低频部分至少要考虑到30kHz以内)的噪声抑制效果，降低外界噪声对测试的影响，同时，尽可能地增加第一电源线31和第二电源线41与大地之间的共模阻抗，避免对端的载波产品接收到共模电压信号，尽可能地增加第一电源线31和第二电源线41与输入电源220VAC之间的共模阻抗，避免载波信号通过共模电压的形式从外部的“220VAC”电源进入到对端的载波产品，本申请的电源滤波模块1在设计时采用多级滤波器。

具体而言，该电源滤波模块1包括由第一电感L1、第二电容C2、第三电容C3、第二电感L2形成的一级滤波器和由第三电感L3、第四电容C4、第五电容C5、第四电感L4形成的二级滤波器，第三电感L3连接在第二电容C2、第四电容C4之间，第四电感L4连接在第三电容C3和第五电容C5之间。

因为第一电源线31和第二电源线41与大地之间的共模阻抗、第一电源线31和第二电源线41与输入电源220VAC之间的共模阻抗均由电感的感量决定，电感量越大，阻抗越大，故而，为了进一步削弱共模信号的影响，该第一至第四电感的感量在0.5mH以上。

因为电感和电容的乘积决定了对外部输入电源220VAC的噪声抑制能力，乘积越大，对噪声的抑制能力越强，乘积决定了滤波器的转折频率，故而，为了取得更佳的滤波效果，电感与电容之间乘积形成的转折频率在1kHz以内。

而且，为了更好的实现滤波，电源滤波模块1还包括一端连接第四电容C4而另一端作为火线输出端LOUT且电感量与第一电感L1的电感量相等的第五电感L5以及一端连接第五电容C5而另一端作为零线输出端NOUT且电感量与第二电感L2的电感量相等的第六电感L6。这样，不论是从电源滤波器的左端侧输入信号，还是从电源滤波器的右端侧输入信号，均能起到滤波作用，能有效的将电网噪声压到低于产品的载波通信灵敏度的水平。

本申请还在信号耦合模块2后端设有分路器/合路器模块5，用于扩展信号的外部接口，便于接入频谱分析仪和示波器，观察各个接口处的载波信号幅值，也便于接入信号发生器注入噪声信号，用于评判噪声环境中产品的接收性能。

同时，为了避免设备输入信号的幅值过大，造成信号溢出或者损坏设备，用于保护外接设备如频谱分析仪、信号发生器、示波器等，本申请还在耦合变压器T1的副边连接可对高频信号作一级衰减的固定衰减模块6，分路器/合路器模块5连接在固定衰减模块6的输出端。

该固定衰减器模块6由第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3组成，由于该固定衰减器6的输入输出阻抗都是50Ω，因此，R1和R3的取值相同，该R1和R3阻值决定了衰减量。

分路器/合路器模块5由第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11组成，该模块的4个端口的输入输出阻抗都是50Ω，为了实现各端口可互换，即各端口有同样的插入损耗，要求第四电阻R4、第五电阻R5、第八电阻R8和第十电阻R10阻值相同，第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9和第十一电阻R11阻值相同。

为了使得结构简洁且便于操作管理，本申请的各个模块集成在一个电路板上。这样在组建测试平台时方便携带组装，同时，集成化设计也使得组建后的测试平台小型化，节省空间。

当共模信号的频率很高时，还可能存在共模信号通过辐射方式影响测试结果，使得载波信号没有按照既定的路径传输，而是跳过可调衰减器，使测得的接收灵敏度远远优于实际的接收灵敏度，为了解决该问题，采用本申请的电路模块组建的测试平台，其将测试机3与对应的电路模块设置在第一屏蔽箱7内而被测设备4与对应的电路模块设置在第二屏蔽箱8内。

采用本申请的方案，降低了对使用环境的要求，使得整个测试可以在普通的办公室环境内完成，免去了建造昂贵测试实验室的麻烦，且实现了试验平台的小型化。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于电力线载波通信测试平台的电路模块，所述模块包括一端接工频电源而另一端接测试机(3)或被测设备(4)的电源滤波模块(1)、连接在电源滤波模块(1)与测试机(3)或被测设备(4)之间的信号耦合模块(2)，其特征在于：

所述信号耦合模块(2)包括在载波通信的频段范围内可提供低阻抗的高通滤波器(21)、与高通滤波器(21)相连并能通过自身的隔离特性增加位于测试机(3)与电源滤波模块(1)间的第一电源线(31)跟大地、位于被测设备(4)与电源滤波模块(1)间的第二电源线(41)跟大地之间的共模阻抗来降低接地线上的共模电压的耦合变压器(22)。

2.根据权利要求1所述用于电力线载波通信测试平台的电路模块，其特征在于：

所述高通滤波器(21)由第一电容(C1)构成。

3.根据权利要求2所述用于电力线载波通信测试平台的电路模块，其特征在于：

所述第一电容(C1)的容值为1uF。

4.根据权利要求1所述用于电力线载波通信测试平台的电路模块，其特征在于：

所述耦合变压器(22)的寄生电容容值在10pF-30pF之间。

5.根据权利要求1所述用于电力线载波通信测试平台的电路模块，其特征在于：

所述电源滤波模块(1)为多级滤波器。

6.根据权利要求5所述用于电力线载波通信测试平台的电路模块，其特征在于：

所述电源滤波模块(1)包括由第一电感(L1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第二电感(L2)形成的一级滤波器和由第三电感(L3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第四电感(L4)形成的二级滤波器；

所述第三电感(L3)连接在第二电容(C2)、第四电容(C4)之间，第四电感(L4)连接在第三电容(C3)和第五电容(C5)之间；

所述电源滤波模块(1)还包括一端连接第四电容(C4)而另一端作为火线输出端(LOUT)且电感量与第一电感(L1)的电感量相等的第五电感(L5)以及一端连接第五电容(C5)而另一端作为零线输出端(NOUT)且电感量与第二电感(L2)的电感量相等的第六电感(L6)。

7.根据权利要求6所述用于电力线载波通信测试平台的电路模块，其特征在于：

所述第一电感至第六电感的电感量＞0.5mH，且一级滤波器和二级滤波器的频率≤1kHz。

8.根据权利要求1所述用于电力线载波通信测试平台的电路模块，其特征在于：

所述耦合变压器的副边连接可对高频信号作一级衰减的固定衰减模块(6)，所述固定衰减模块(6)的输出端连接分路器/合路器模块(5)。

9.一种电力线载波通信测试平台，其特征在于：所述电力线载波通信测试平台采用如前所述的电路模块。

10.根据权利要求9所述电力线载波通信测试平台，其特征在于：

所述电力线载波通信测试平台中的测试机(3)与对应的电路模块设置在第一屏蔽箱(7)内而被测设备(4)与对应的电路模块设置在第二屏蔽箱(8)内。

Images