CN114401029B - 一种大功率载波信号发送电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及载波通信领域，公开一种大功率载波信号发送电路，用于提升载波信号的发送强度，保证电网环境恶劣情况进行大功率发送。所述大功率载波信号发送电路包括超级电容充电电路，基于超级电容供电的升压电路、滞回比较器电路、主控芯片电路等。由于电表提供的驱动带载能力无法满足载波模块大功率发送要求，因此设计超级电容充电和放电电路，用于在载波模块空闲时，为超级电容充电，将电表提供的能量进行储存，当载波模块处于大功率发送状态时，将超级电容储存的能量进行释放，满足模块大功率发送时所需能量。本发明可以实现在电表提供的12V，125mA条件下进行载波模块大功率发送，不仅提高了模块在恶劣电网环境下的通信可靠性，且降低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种大功率载波信号发送电路。
背景技术
电力线载波通信技术是指利用电力供应网络进行数据传输的通信方式，其传输媒介包括低压配电网络（220V/380V电压等级）、中压供电网络（10kV电压等级）及高压供电网络（35kV及以上电压等级），该通信方式能够在传输能量的同时传输信号，免除了再次架设通信网络带来的投资及维护费用，提高了电网资源的利用率。由于电力网络在运行过程中存在大量消耗有功及无功负载，用电设备在消耗电网能量的同时会向电力通信网络发送大量的谐波干扰，使电网通信环境呈现出噪声干扰大、信号衰减大、信道时延长等特点，恶劣的电网通信环境使载波通信的传输距离变短，通信可靠性变差，当两个电力通信模块距离较远时，其通信成功率将大大降低。针对上述问题，在实际应用中可通过加装大功率载波中继器来提升通信距离及通信可靠性。相对于传统的中继器电路必须单独供电、无法兼容电表通信模块的问题做出改进，此大功率载波信号发送电路采用超级电容进行分时供电，保留原先载波通信结构不变的同时提升了复杂电网环境下载波通信信号强度，通信成功率及可靠性大幅提升。
发明内容
本发明旨在提供一种能进行大功率载波信号发送的通信电路。所述的大功率载波信号发送电路包括超级电容充电电路，基于超级电容供电的升压电路、滞回比较器电路、主控芯片电路、载波信号发送电路，以满足载波模块大功率发送需要。其中，主控芯片电路与超级电容充电电路连接，主控芯片电路与基于超级电容供电的升压电路连接，主控芯片电路与滞回比较器电路连接，主控芯片电路与载波信号发送电路连接，超级电容充电电路与基于超级电容供电的升压电路连接，基于超级电容供电的升压电路与滞回比较器电路连接。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
作为优选，所述超级电容充电电路如图1所示，由三极管VT1、电阻R5和R6、防反二极管VD1及超级电容E1组成。三极管VT1的发射极连接至输入电源5V，三极管VT1的集电极连接电阻R6，电阻R6的另一端连接至地。三极管VT1的基极连接至防反二极管VD1阳极，防反二极管VD1阳极连接至电阻R5，电阻R5连接至输入电源5V，防反二极管VD1阴极连接至需要充电的超级电容E1正极，超级电容E1的负极连接至地。
作为优选，所述基于超级电容供电的升压电路如图2所示，由电感L1、二极管VD2、电阻R8、电阻R9、升压电源芯片D2组成。电感L1一端连接至提供电源的超级电容E1，另一端连接至升压电源芯片D2的SW管脚；二极管VD2阳极连接至电感L1，二极管VD2阴极连接至需要的升压电源；电阻R8及电阻R9串联连接，其中间节点连接至升压电源芯片D2的FB管脚，电阻R8的另一端连接至需要的升压电源，电阻R9的另一端连接至地；升压电源芯片D2的EN管脚连接至图4中主控芯片的EN-BOOST管脚，由主控芯片对其进行开关控制；升压电源芯片D2的VOUT管脚连接至3.3V电源。
作为优选，所述滞回比较器电路如图3所示，由比较器D1，电阻R1、R2、R3、R4及R7组成，电阻R1一端连接至3.3V电源，另一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+；电阻R3的一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+，另一端连接至比较器D1的输出管脚OUT，电阻R2的一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+ ，另一端连接地。电阻R4与R7串联连接，用于对超级电容两端电压进行分压，其中间节点连接至比较器D1的反向输入端IN-，电阻R4的另一端连接至提供电源的超级电容E1，电阻R7的另一端接地。比较器D1的5管脚连接至3.3V电源，比较器D1的2管脚连接至地，比较器D1的1管脚输出管脚OUT连接至图4中主控芯片的BATDECT管脚。
作为优选，所述主控芯片电路如图4所示，其EN-BOOST管脚连接升压电源芯片D2的EN管脚，其BATDECT管脚连接至比较器D1的输出管脚OUT，其TXP管脚和TXN管脚作为差分信号输出管脚连接至图5中载波信号发送电路的变压器T1管脚。
作为优选，所述载波信号发送电路如图5所示，由变压器T1，安规电容C58组成。安规电容C58一端连接至AC220V交流电的火线，另一端连接至变压器T1的5管脚；变压器T1的6管脚连接至AC220V交流电的零线，变压器T1的4管脚连接至主控芯片的TXN管脚，变压器T1的1管脚连接至主控芯片的TXP管脚，变压器T1的2管脚与变压器T1的3管脚直接相连。
本发明专利的有益效果是提供一种基于冲击电容分时供电的大功率载波信号发送电路，用于解决载波信号在电力线传输过程中衰减幅度较大导致成功率降低的问题。采用电表及超级电容分时供电的方式进行大功率与小功率模式之间的切换，能够同时满足单个电表的通信及大功率发送功能。本发明相对于现有载波信号发送电路专利技术具有功耗降低，功能可靠等明显优势。
附图说明
图1为超级电容充电电路；
图2为基于超级电容供电的升压电路；
图3为滞回比较器电路；
图4为主控芯片电路；
图5为载波信号发送电路；
图6为大功率载波信号发送电路框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
大功率载波信号发送电路包括超级电容充电电路，基于超级电容供电的升压电路、滞回比较器电路、主控芯片电路、载波信号发送电路如图6所示，以满足载波模块大功率发送需求。其中，主控芯片电路与超级电容充电电路连接，控制超级电容充电电路充电；主控芯片电路与基于超级电容供电的升压电路连接，控制基于超级电容供电的升压电路工作；滞回比较器电路与主控芯片电路连接，输出电压检测信号给主控芯片电路；主控芯片电路与载波信号发送电路连接，输出使能控制信号和载波调制信号给载波信号发送电路；超级电容充电电路与基于超级电容供电的升压电路连接，给整个载波信号发送电路供电；滞回比较器电路与基于超级电容供电的升压电路连接，检测超级电容电压。
图1中超级电容充电电路基于三极管限流原理，由三极管VT1，电阻R5、R6，防反二极管VD1及超级电容E1组成。三极管VT1的发射极连接至输入电源5V，VT1的集电极连接电阻R6，电阻R6的另一端连接至地，三极管VT1的基极连接至防反二极管VD1阳极；防反二极管VD1阳极连接至电阻R5，电阻R5连接至输入电源5V，防反二极管VD1阴极连接至需要充电的超级电容E1正极，超级电容E1的负极连接至地。如图1所示的超级电容充电电路，当超级电容E1由0V充电至4V过程中，由于PNP三极管VT1的发射级与基极电压恒定为0.7V，故流经电阻R5的电流等于0.7V与电阻R5的比值，保证超级电容E1的充电电流恒定；当超级电容E1电压高于4V后，变为5V供电的恒压充电。在空闲状态下，超级电容处于充电状态，当需要发送大功率载波信号时，超级电容E1开始放电。
图2中基于超级电容供电的升压电路由电感L1，二极管VD2，电阻R8、R9，升压电源芯片D2组成。电感L1一端连接至提供电源的超级电容E1，另一端连接至升压电源芯片D2的SW管脚；二极管VD2阳极连接至电感L1，二极管VD2阴极连接至需要的升压电源；电阻R8及R9串联连接，其中间节点连接至电源芯片D2的反馈管脚FB管脚，电阻R8的另一端连接至需要的升压电源，电阻R9的另一端连接至地；升压电源芯片D2的使能管脚EN管脚连接至图4中主控芯片TCC091的EN-BOOST管脚，由主控芯片对其进行开关控制。基于超级电容供电的升压电路，载波信号发送幅值与输入电压成正比，输入电压越高，输出信号幅值越高，载波信号功率越大。
图3滞回比较器电路，由比较器D1，电阻R1、R2、R3、R4及R7组成，电阻R1一端连接至3.3V电源，另一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+；电阻R3的一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+，另一端连接至比较器D1的输出管脚OUT，电阻R2的一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+，另一端连接地。电阻R4与R7串联连接，用于对超级电容E1两端电压进行分压，其中间节点连接至比较器D1的反向输入管脚IN-，电阻R4的另一端连接至提供电源的超级电容E1，电阻R7的另一端接地。比较器D1的5管脚连接至3.3V电源，比较器D1的2管脚连接至地，比较器D1的1管脚输出管脚OUT连接至图4中主控芯片TCC091的BATDECT管脚。当超级电容处于充电状态且电压小于5V时，滞回比较器电路输出高电平，载波模块处于普通功率发送模式；当超级电容两端电压大于等于5V后，滞回比较器电路输出低电平；载波模块由普通发送模式转换为大功率发送模式，基于超级电容供电的升压电路开始工作，超级电容E1电压开始下降，当超级电容E1电压下降到2.5V以下时，滞回比较器电路输出低电平。
图4主控芯片电路的主控芯片型号为TCC091，滞回比较器电路的输出端与主控芯片的端口直接相连，主控芯片根据滞回比较器电路输出电平判断超级电容充电状态并切换大小功率模式。其EN-BOOST管脚连接升压电源芯片D2的使能管脚EN管脚，其BATDECT管脚连接至比较器D1的输出管脚OUT，其TXP管脚和TXN管脚作为差分信号输出管脚连接至图5中载波信号发送电路的变压器T1管脚。
图5基于变压器串联的载波信号发送电路。由变压器T1、安规电容C58组成。安规电容C58一端连接至220V交流电的火线AC220V-L，另一端连接至变压器T1的5管脚；变压器T1的6管脚连接至220V交流电的零线AC220V-N，变压器T1的4管脚连接至主控芯片的TXN管脚，变压器T1的1管脚连接至主控芯片的TXP管脚，变压器T1的2管脚与变压器T1的3管脚直接相连。变压器T1的5、6管脚与3、4管脚为1:1变比，5、6管脚与1、2管脚为1:1变比，当变压器T1的3管脚与2管脚相串联时，1、4管脚与5、6管脚变比为2:1，即将载波信号的输出幅值增大为2倍，从而提升了载波信号的输出功率。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (1)
1.一种大功率载波信号发送电路，其特征在于所述的大功率载波信号发送电路包括超级电容充电电路、基于超级电容供电的升压电路、滞回比较器电路、主控芯片电路、载波信号发送电路，以满足载波通信模块大功率发送需求；
主控芯片电路与超级电容充电电路连接，主控芯片电路与基于超级电容供电的升压电路连接，主控芯片电路与滞回比较器电路连接，主控芯片电路与载波信号发送电路连接，超级电容充电电路与基于超级电容供电的升压电路连接，基于超级电容供电的升压电路与滞回比较器电路连接；
所述超级电容充电电路，由三极管VT1、电阻R5和R6、防反二极管VD1及超级电容E1组成；三极管VT1的发射极连接至输入电源5V，三极管VT1的集电极连接电阻R6，电阻R6的另一端连接至地，三极管VT1的基极连接至防反二极管VD1阳极；防反二极管VD1阳极连接至电阻R5，电阻R5连接至输入电源5V，防反二极管VD1阴极连接至需要充电的超级电容E1正极，超级电容E1的负极连接至地；
所述基于超级电容供电的升压电路由电感L1、二极管VD2、电阻R8、电阻R9、升压电源芯片D2组成；电感L1一端连接至提供电源的超级电容E1，另一端连接至升压电源芯片D2的SW管脚；二极管VD2阳极连接至电感L1，二极管VD2阴极连接至需要的升压电源；电阻R8及电阻R9串联连接，其中间节点连接至升压电源芯片D2的FB管脚，电阻R8的另一端连接至需要的升压电源，电阻R9的另一端连接至地；升压电源芯片D2的EN管脚连接至主控芯片的EN-BOOST管脚，由主控芯片对其进行开关控制；升压电源芯片D2的VOUT管脚连接至3.3V电源；
所述滞回比较器电路由比较器D1，电阻R1、R2、R3、R4及R7组成，电阻R1一端连接至3.3V电源，另一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+；电阻R3的一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+，另一端连接至比较器D1的输出管脚OUT；电阻R2的一端连接至比较器D1的正向输入管脚IN+，另一端连接地；电阻R4与R7串联连接，其中间节点连接至比较器D1的反向输入管脚IN-，电阻R4的另一端连接至提供电源的超级电容E1，电阻R7的另一端接地；比较器D1的5管脚连接至3.3V电源，比较器D1的2管脚连接至地，比较器D1的输出管脚OUT连接主控芯片的BATDECT管脚；
所述主控芯片电路的EN-BOOST管脚连接升压电源芯片D2的EN管脚，其BATDECT管脚连接至比较器D1的输出管脚OUT，其TXP管脚和TXN管脚作为差分信号输出管脚连接载波信号发送电路的变压器T1管脚；
所述载波信号发送电路由变压器T1、安规电容C58组成，安规电容C58一端连接至AC220V交流电的火线，另一端连接至变压器T1的5管脚；变压器T1的6管脚连接至AC220V交流电的零线，变压器T1的4管脚连接至主控芯片的TXN管脚，变压器T1的1管脚连接至主控芯片的TXP管脚，变压器T1的2管脚与变压器T1的3管脚直接相连。
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