CN218788765U - 一种单相宽带电力载波隔离电路及隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相宽带电力载波隔离电路及隔离器，所述隔离电路由若干级隔离电路单元串联而成，所述隔离电路单元由一个主电感和3个并联的LC串联支路构成，3个并联的所述LC串联支路的各自的谐振频率点分别对应电力载波信号通信频段的低频点、中频点、高频点。从而，能在整个载波频段实现更好的滤波效果，实现对载波信号的良好隔离，所述隔离器包含上述隔离电路。其中，隔离电路单元采用低感值差模电感和安规X1电容，因此，隔离器具有体积小，寄生电容小、发热小，电力线损耗低等优点。

Description

一种单相宽带电力载波隔离电路及隔离器

技术领域

本实用新型涉及PLC电力载波通信技术领域，尤其涉及一种单相宽带电力载波隔离电路及隔离器。

背景技术

近几年，各种物联网技术飞速发展，其中PLC技术已经广泛应用于智能路灯、智能家居、智慧停车、中央空调等各种PLC即时通讯应用场景。在上述应用场景中，都是通过PLC技术实现一主多从的局域网系统。

PLC技术应用的关键点就是电网中PLC通信频段的干扰信号不能超标。否则有可能影响电力载波通信质量；并且如果电网中有多个这样的PLC局域网系统，则各局域网之间有的信号也要通过技术手段予以隔离，便于PLC局域网自动组网，防止通信混乱。

虽然PLC利用电力线进行通信，有显著的缺点，但由于PLC是利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，是电力系统特有的通信方式，

但由于目前电力载波本质上是利用电力线上叠加的载波进行通信，而载波信号对于别的设备来说是一种干扰，因此PLC在运行过程中容易对其他设备的运行造成干扰，也容易被其他设备干扰。因此，解决“干扰”问题是PLC应用的一个现实问题。

已有电力载波隔离器产品大多采用大感量的共模电感+电容构成多级LC滤波电路实现，这类产品具有体积大，寄生电容大、发热高、隔离效果不好等缺点。因为大感量的共模电感绕线匝数多，绕线紧密，寄生电容大，等效直流电阻大。在宽带电力载波通讯中，通信频率在1～10MHZ之间，通信频率较高，因此寄生电容大会对隔离效果产生很大影响。此外，较大的直流电阻虽然会对隔离效果略有提升，但是会增加电力线损耗。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种单相宽带电力载波隔离电路及隔离器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种单相宽带电力载波隔离电路，所述单相宽带电力载波隔离电路由若干级隔离电路单元串联而成，所述隔离电路单元由一个主电感和3个并联的LC串联支路构成，3个并联的所述LC串联支路的各自的谐振频率点分别对应电力载波信号通信频段的低频点、中频点、高频点。

优选地，所述LC串联支路的电容为安规X1电容，取值范围为2.2nF～100nF。

优选地，所述主电感和LC串联支路的电感均为差模电感，取值范围为10nH～1000uH。

优选地，所述隔离电路由2级隔离电路单元串联而成。

本实用新型还提供了一种单相宽带电力载波隔离器，所述单相宽带电力载波隔离器包括上述的单相宽带电力载波隔离电路，所述单相宽带电力载波隔离器的一端连接本地PLC局域网，另一端接220V电网。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种单相宽带电力载波隔离器采用主电感+3个并联的LC串联支路构成的隔离电路单元，3个并联的所述LC串联支路的各自的谐振频率点分别对应电力载波信号通信频段的低频点、中频点、高频点，则在载波频率范围内不仅能实现在原有LC滤波电路的滤波效果，而且在上述三个点及其整个载波频段实现更好的滤波效果，从而实现对载波信号的良好隔离。

另外，由于隔离电路单元采用低感值差模电感和常规X1电容，因此，隔离器具有体积小，寄生电容小、发热小，电力线损耗低等优点。

附图说明

图1为本实用新型的提供的1级隔离电路单元的电路原理图；

图2为本实用新型的提供的2级隔离电路单元构成的隔离电路图；

图3为本实用新型的提供的2级隔离电路单元构成的隔离器实际应用图；

图4为本实用新型的提供的1级隔离电路和2级隔离电路的频域仿真图；

具体实施方式

在某变电站中，采用PLC对全站的照明设备进行控制，一共分为2个PLC局域网，分别为PLC局域网A、PLC局域网B、在没有加入本例所提出的单相电力载波隔离器之前时，外部电网中的各类设备对PLC信号的影响比较大，PLC通信成功率低。且PLC局域网之间彼此信号有干扰，导致不能按照既定目标进行控制，现增加了2个单相电力载波隔离器之后，很好的解决了上述问题，通信成功率在99.7％以上。其中，每个单相电力载波隔离器包括2级隔离电路单元，每个隔离电路单元由一个主电感+3个并联的LC串联支路构成，隔离电路单元本质上是一个改进型的LC二阶低通滤波器，主电感通过主电流，因此主电感量不宜太大，否则体积、寄生电容都会较大，导致不宜安装和滤波隔离效果差。该主电感的电感量通常在47uH～220uH之间，额定电流根据实际的电流大小来决定。隔离电路单元用三个并联的LC串联支路替换常规的LC滤波器的C，LC串联支路的电感量很小，且主要通过的是高频小信号，因此LC串联支路的电感体积可以非常小；电容为X1安规电容。

3个并联的LC串联支路包括第一LC串联支路、第二LC串联支路、第三LC串联支路，通过对第一LC串联支路、第二LC串联支路、第三LC串联支路的合适的参数选择，使得单相宽带电力载波隔离器的这3个并联的LC串联支路的各自的谐振频率点分别对应电力载波信号通信频段的低频点、中频点、高频点，这样就能实现对PLC载波信号的良好隔离，且隔离效果大于常规的LC低通滤波器10个DB以上。其中，通信频段的低频点和高频点分别是通信频段的上限值和下限值，中频点是指根据低频点和高频点计算出来的平均值，如电力载波信号通信频段1MHZ～10MHZ，显然1MHZ和10MHZ分别为通信频段的低频点、高频点，根据低频和高频的平均值算出中频点为(1MHZ+10MHZ)/2＝5.5MHZ。因此，该频段对应的低、中、高三个频率点分别为1MHZ、5.5MHZ、10MHZ。

考虑到目前市面上宽带载波通信模块使用OFDM(正交频分复用)技术，载波频率通常在1～10MHz，模块接收灵敏度为100dB，如果应用的PLC载波局域网设备的总电流小于20A，那么根据上述应用场景，选择主电感L1为100uH/20A，对载波信号进行初步的滤波。

第一LC串联支路的L2选择为1000nH，第一LC串联支路的C1滤波选择电容为22nF/X1，所以第一LC串联支路的L2和第一LC串联支路的C1组成的第一LC串联支路的谐振频率

1Mhz对应载波频率的低频点。

第二LC串联支路的L3选择为47nH，第二LC串联支路的C2滤波选择电容为22nF/X1，所以第二LC串联支路的L3和第二LC串联支路的C2组成的第二LC串联支路的谐振频率

对应载波频率的中频点。

第三LC串联支路的L4选择为10nH，第三LC串联支路的C3滤波选择电容为22nF/X1，所以第三LC串联支路的L4和第三LC串联支路的C3组成的第三LC串联支路的谐振频率谐振频率

对应载波频率的高频点。

第二级隔离电路单元分析同理。用电桥测得电感和电容的寄生参数之后，建立仿真电路如下，并进行频域仿真，参见图3，可以看出，1级隔离电路在1MHZ～10MHZ这个频率区间对于PLC载波信号的衰减超过60DB，2级隔离电路对于PLC载波信号的衰减则超过了120DB。考虑到PLC信号的接受灵敏度为100DB，在通常的应用中，2级隔离电路单元就够用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单相宽带电力载波隔离电路，其特征在于：单相宽带电力载波隔离电路由若干级隔离电路单元串联而成，所述隔离电路单元由一个主电感和3个并联的LC串联支路构成，3个并联的所述LC串联支路的各自的谐振频率点分别对应电力载波信号通信频段的低频点、中频点、高频点。

2.根据权利要求1所述的一种单相宽带电力载波隔离电路，其特征在于：所述LC串联支路的电容为安规X1电容，取值范围为2.2nF～100nF。

3.根据权利要求1所述的一种单相宽带电力载波隔离电路，其特征在于：所述主电感和所述LC串联支路的电感均为差模电感，取值范围为10nH～1000uH。

4.根据权利要求1所述的一种单相宽带电力载波隔离电路，其特征在于：所述隔离电路由2级隔离电路单元串联而成。

5.一种单相宽带电力载波隔离器，其特征在于：所述单相宽带电力载波隔离器包括如权利要求1至4任一项所述的一种单相宽带电力载波隔离电路，所述单相宽带电力载波隔离器的一端连接本地PLC局域网，另一端接220V电网。

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