專利名稱：電力載波通信耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電力載波通信耦合裝置絲艦本實(shí)用新型涉及一種用于電力載波通信的信號(hào)耦合電路，更具體的說(shuō)，是用于電力載波 的調(diào)制解調(diào)器中，可廣泛用于電力系統(tǒng)的自動(dòng)抄表和自動(dòng)化控制。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制、自動(dòng)抄表、需求側(cè)精細(xì)化管理是近年來(lái)興起的技術(shù)，其中最關(guān)鍵 的環(huán)節(jié)是各種計(jì)量裝置、監(jiān)控設(shè)備的自動(dòng)化抄讀。這就需要一個(gè)信道，將各種自動(dòng)化的監(jiān)控/ 計(jì)量/抄表裝置連接起來(lái)。目前主要通過(guò)電力載波通信實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的電力載波通信都采取窄帶調(diào)頻或者窄帶擴(kuò)頻的方式進(jìn)行通信，這些技術(shù)方案的耦 合線圈都是耦合電力線上的電壓信號(hào)，例如專利CN99230366. 4中公開(kāi)了一種電力載波的通信 控制箱，使用一個(gè)變壓器配合幾個(gè)電容耦合電壓信號(hào)；專利CN99230554. 3和00224432. 2分 別采用兩個(gè)變壓器， 一個(gè)耦合發(fā)送信號(hào)電壓， 一個(gè)耦合接收信號(hào)電壓；中國(guó)專利00245285. 5 中的電力載波通信在三相四線上采用了三個(gè)變壓器耦合電壓信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，這種只耦 合電壓信號(hào)的方式下，在某些位置的調(diào)制解調(diào)器總是無(wú)法正常通信，影響了抄讀的成功率。 其原因如下供電網(wǎng)絡(luò)的線路比較復(fù)雜，以一個(gè)居民小區(qū)為例， 一根總線上并聯(lián)著很多用戶，這些用 戶接通或者斷開(kāi)用電器的行為是隨機(jī)的，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷很輕時(shí)，用戶側(cè)相當(dāng)于開(kāi)路，開(kāi)路的傳 輸線上會(huì)出現(xiàn)駐波現(xiàn)象。即波節(jié)和波腹在四分之一波長(zhǎng)的間距上交替出現(xiàn)，如附圖1所示， 波腹的位置上，載波電壓幅度最大；在波節(jié)的位置上，載波電壓幅度為零。當(dāng)用電負(fù)荷很大 時(shí)，例如一棟居民樓總負(fù)荷達(dá)到40KW，此時(shí)等效于220V的入戶線上僅有1歐姆電阻，用戶 側(cè)相當(dāng)于短路，也會(huì)出現(xiàn)駐波現(xiàn)象，波腹和波節(jié)的位置和前述正好相反。對(duì)于50Hz的工頻來(lái) 說(shuō)，波長(zhǎng)達(dá)6000公里，對(duì)于一個(gè)供電區(qū)域來(lái)說(shuō)，駐波效應(yīng)可忽略不計(jì)；但是對(duì)于通信所使用 的載波來(lái)說(shuō)， 一般頻率120KHz—500KHz,波長(zhǎng)600m-2500m，在一個(gè)供電區(qū)域內(nèi)，就不得不考 慮駐波效應(yīng)的不利影響了。當(dāng)然，實(shí)際的駐波分布是比較復(fù)雜的，因?yàn)殡娏€上的負(fù)載輕重是動(dòng)態(tài)變化的，此外電 力線上的橋接點(diǎn)很多，分布參數(shù)比較復(fù)雜，這些都導(dǎo)致駐波分布并非嚴(yán)格的遵循"四分之一 波長(zhǎng)上交替出現(xiàn)波節(jié)和波腹"。位于波節(jié)位置的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)檩d波電壓幅度為零，因此總是無(wú)法 接收到正常的信號(hào)，自然通信的成功率就很低。在專利CN85109644中，提出了在三相四線制的線路上采取復(fù)合電壓信號(hào)和中線的H場(chǎng)耦合器進(jìn)行信號(hào)耦合，選擇幅度較大信號(hào)進(jìn)行通信。該發(fā)明不能完全解決駐波問(wèn)題1、三個(gè)相 線的負(fù)載往往不均衡，因此三個(gè)相線的駐波狀態(tài)不一致，把三個(gè)信號(hào)耦合到一點(diǎn)可能存在相 互抵消的情況，導(dǎo)致信噪比下降；2、在輸電線路中，往往不存在中線，那么復(fù)合電壓信號(hào)就 沒(méi)有了參考點(diǎn)，H場(chǎng)耦合器也無(wú)從安裝。
為了克服上述現(xiàn)有電力載波通信的缺陷，本實(shí)用新型目的是的提供一種信號(hào)耦合裝置， 在一對(duì)電力線電纜上不僅耦合電壓信號(hào)，同時(shí)耦合電流信號(hào)，提高通信成功率。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案-
一種電力載波通信耦合裝置，其包含有電壓耦合變壓器T1、電流耦合線圈T2、電壓信號(hào) 收發(fā)電路P1、電流信號(hào)收發(fā)電路P2和切換開(kāi)關(guān)K。電壓耦合變壓器通過(guò)電容C1跨接在電力 線的一對(duì)電纜之間，用于耦合電壓信號(hào)，線圈次級(jí)連接到電壓信號(hào)收發(fā)電路P1上；電力線的 其中一根電纜穿過(guò)電流耦合線圈T2的中心孔，電流耦合線圈的端子連接到電流信號(hào)收發(fā)電路 P2，因此具有了電流信號(hào)耦合能力； 一個(gè)切換開(kāi)關(guān)K用于選擇兩個(gè)耦合電路的信號(hào)并送到后 面的調(diào)制解調(diào)器中。
上述的電力載波通信耦合裝置的電壓耦合變壓器最好通過(guò)電容跨接在電力線的兩根電纜 之間。電流耦合線圈則可以安裝在兩根電纜中的任意一根上。這樣，本實(shí)用新型只依賴于兩 根電纜即可實(shí)現(xiàn)通信，避開(kāi)三根相線的負(fù)載不均衡引起的不利影響。
電流耦合線鬭雖然解決了電流耦合的問(wèn)題，但考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的條件下，讓承載很大電 流的導(dǎo)線穿過(guò)耦合變壓器的中心孔是比較難以操作的。因此，上述電流耦合線圈的磁芯采用 兩個(gè)半圓形磁芯扣合而成，線圈繞組纏繞在磁芯上。這樣施工過(guò)程中比較方便，如圖3所示。 兩個(gè)半環(huán)上都有一個(gè)繞組，兩個(gè)繞組的同名端相同， 一個(gè)繞組的同名端和另一個(gè)繞組的異名 端連接在一起并接到信號(hào)地上，另外兩個(gè)端子就構(gòu)成了差分的信號(hào)輸出，這種結(jié)構(gòu)具有很高 的共模抑制比，能夠提高系統(tǒng)的信噪比。同時(shí)，這等效于一個(gè)1:N的變壓器，發(fā)射機(jī)輸出的 較小電流經(jīng)過(guò)變壓器之后產(chǎn)生N倍的電流，從而具有阻抗匹配的作用，使得發(fā)射機(jī)較高的輸 出阻抗適應(yīng)了波節(jié)位置較低的阻抗。
上述電壓信號(hào)收發(fā)電路和電流信號(hào)收發(fā)電路各自包含一個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器，接收器 用于放大通過(guò)電壓變壓器或電流耦合線圈得到的電力線上的信號(hào)，并輸出給調(diào)制解調(diào)器；發(fā) 送器用于放大調(diào)制解調(diào)器輸出的信號(hào)，并通過(guò)電壓變壓器或電流耦合線圈向電力線輸送。
而且，上述的發(fā)送器具有一個(gè)使能控制端，使能控制端的高低電平可以使發(fā)送器的輸出 阻抗為高或者為低，發(fā)送器工作時(shí)，其輸出阻抗變低，發(fā)送器停止工作時(shí)、則其輸出阻抗變 高。這樣處理的好處在于發(fā)送器工作時(shí)往往處于低阻狀態(tài)，以便輸出較大的電壓或者電流， 從而產(chǎn)生足夠的輸出信號(hào)功率，在接收狀態(tài)時(shí)，這樣的低阻狀態(tài)則會(huì)把線路上耦合過(guò)來(lái)的信 號(hào)旁路掉，因此本實(shí)用新型中使用的發(fā)送器具有一個(gè)高阻狀態(tài)，當(dāng)接收器工作時(shí)，發(fā)送器的 高阻狀態(tài)不會(huì)影響接收器的工作。
采用本實(shí)用新型的耦合裝置，在電力載波通信中，當(dāng)在電壓駐波的波節(jié)上，電壓信號(hào)幅 度為零，但是電流駐波的幅度達(dá)到最大值，即耦合裝置可以通過(guò)耦合的電流信號(hào)進(jìn)行正常的 通信。因此，本實(shí)用新型在通信過(guò)程中，調(diào)制解調(diào)器還可以根據(jù)通信的成功率，選擇信噪比 較高的那種耦合方式來(lái)進(jìn)行通信。

圖1是電力線上載波的駐波分布示意圖；圖2是本實(shí)用新型的原理框圖，；圖3是本實(shí)用新型的電流耦合線圈的外形示意圖；圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明如下附圖4所示為本實(shí)用新型一具體實(shí)施例。圖4中的上半部分是實(shí)用新型的電壓耦合變壓 器Tl及電壓信號(hào)收發(fā)電路，圖4中的下半部分是實(shí)用新型的電流耦合線圈T2及電流信號(hào)收 發(fā)電路，電壓耦合變壓器通過(guò)電容C1跨接在電力線的一對(duì)電纜之間，用于耦合電壓信號(hào)，線 圈次級(jí)通過(guò)電容C2接到電壓信號(hào)收發(fā)電路上；電力線的其中一根電纜穿過(guò)電流耦合線圈T2 的中心孔，電流耦合線圈的端子通過(guò)C3、 C4連接到電流信號(hào)收發(fā)電路上，開(kāi)關(guān)K1和K2用 于選擇兩個(gè)耦合電路的信號(hào)之一送到后面的調(diào)制解調(diào)器中。當(dāng)需要電壓耦合變壓器及電壓信號(hào)收發(fā)電路工作時(shí)，開(kāi)關(guān)K1閉合，K2斷開(kāi)，這部分電 路的信號(hào)處理過(guò)程如下當(dāng)調(diào)制解調(diào)器電路需要發(fā)射信號(hào)時(shí)，將VTX—EN信號(hào)設(shè)置為高電平，通過(guò)R3使Q3導(dǎo)通， Ql、 Q2構(gòu)成的射極跟隨器就上電工作了。發(fā)射信號(hào)TX通過(guò)開(kāi)關(guān)K1進(jìn)入R4、 R5、 0P1構(gòu)成的 放大器，被放大的信號(hào)通過(guò)R1、 R2施加在Q1、 Q2構(gòu)成的射極跟隨器上，通過(guò)這個(gè)電路，發(fā) 射信號(hào)產(chǎn)生足夠的功率，通過(guò)RIO、 C2、 Tl、 Cl耦合到電力線上。R10用于調(diào)節(jié)發(fā)送電路的 輸出阻抗，以匹配線路阻抗。當(dāng)調(diào)制解調(diào)器電路需要接收數(shù)據(jù)時(shí)，就將VTX—EN信號(hào)設(shè)置為低電平，并且TX信號(hào)也設(shè) 置為低電平，這樣Q3晶體管截止，Ql、 Q2的射極跟隨器輸出端呈現(xiàn)髙阻態(tài)，不影響接收放 大器的工作。電力線上的信號(hào)經(jīng)過(guò)C1、 Tl、 C2耦合到濾波器F1上，選出調(diào)制解調(diào)器電路所 需頻段的信號(hào)，再輸出給R6、 R7、 R8、 R9、 0P2構(gòu)成的放大器，經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào)就可以通 過(guò)K1開(kāi)關(guān)輸出給調(diào)制解調(diào)器電路了。當(dāng)該調(diào)制解調(diào)器所處的位置是電壓波節(jié)時(shí)，則開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)K2閉合，此時(shí)電壓耦 合變壓器及電壓信號(hào)收發(fā)電路就不起作用了，而對(duì)應(yīng)電流耦合線圈及電流信號(hào)收發(fā)電路開(kāi)始 起作用，其信號(hào)處理過(guò)程如下當(dāng)調(diào)制解調(diào)器電路需要發(fā)射信號(hào)時(shí)，將CTX—EN信號(hào)設(shè)置為髙電平，通過(guò)R18使Q8導(dǎo)通， Q4/Q5、 Q6/Q7是兩組晶體管構(gòu)成的射極跟隨器，Q8的導(dǎo)通為這兩個(gè)射極跟隨器提供了電源，使其上電工作。發(fā)射信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)K2之后一路通過(guò)R16施加在Q6/Q7構(gòu)成的射極跟隨器上； 另一路通過(guò)反相放大器0P4之后，再通過(guò)R17施加在Q4/Q5構(gòu)成的射極跟隨器上。這樣的處 理使得TX信號(hào)變成了差分輸出，并被射極跟隨器放大到足夠的功率。被放大的差分信號(hào)經(jīng)過(guò)
R23、 R24、 C3、 C4施加在電流耦合線圈T2上，這樣TX信號(hào)就以電流的形式進(jìn)入電力線。
當(dāng)調(diào)制解調(diào)器電路需要接收信號(hào)時(shí)，將CTX一EN信號(hào)設(shè)置為低電平，Q8就會(huì)截止，同時(shí) 將TX信號(hào)也設(shè)置為低電平，經(jīng)過(guò)R16施加在Q6/Q7構(gòu)成的射極跟隨器上，TX經(jīng)過(guò)0P4反相 后的高電平又被二極管D1鉗位成低電平，施加在Q4/Q5構(gòu)成的射極跟隨器上。這樣兩個(gè)射極 跟隨器的輸出都成為高阻狀態(tài)，不會(huì)影響接收放大電路的工作。線路上的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)T2耦 合，成為一個(gè)差分信號(hào)，通過(guò)C3、 C4進(jìn)入一個(gè)濾波器F2，選出調(diào)制解調(diào)器電路所需頻段的 信號(hào)，再輸入到Rll、 R12、 R13、 R14、 R15和0P3構(gòu)成的差分放大電路，被放大的接收信號(hào) 經(jīng)過(guò)K2開(kāi)關(guān)就可以提供給后面的調(diào)制解調(diào)電路進(jìn)行處理了。
權(quán)利要求1、一種電力載波通信耦合裝置，該耦合裝置包含有電壓耦合變壓器、電流耦合線圈、電壓信號(hào)收發(fā)電路、電流信號(hào)收發(fā)電路和切換開(kāi)關(guān)，其特征為電流耦合變壓器初級(jí)跨接在一對(duì)電力線電纜之間，次級(jí)連接到電壓信號(hào)收發(fā)電路上；一對(duì)電力線的任意一根電纜穿過(guò)電流偶合線圈的中心孔，電流耦合線圈連接到電流信號(hào)收發(fā)電路；切換開(kāi)關(guān)用于選擇電壓信號(hào)收發(fā)電路和電流信號(hào)收發(fā)電路的其中之一的信號(hào)連接到調(diào)制解調(diào)器電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l,所述的電力載波通信耦合裝置的特征在于所述電壓耦合變壓器通過(guò)電 容跨接在電力線的兩根電纜之間，
3、 根據(jù)權(quán)利要求l，所述的電力載波通信耦合裝置的特征在于所述電流耦合線圉的磁芯是 由兩個(gè)半圓形磁芯扣合而成，線圉繞組纏繞在磁芯上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l,所述的電力載波通信耦合裝置的特征在于所述電壓信號(hào)收發(fā)電路和電 流信號(hào)收發(fā)電路各自包含一 個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器，接收器用于放大通過(guò)電壓變壓器或電 流耦合線園得到的電力線上的信號(hào)，并輸出給調(diào)制解調(diào)器；發(fā)送器用于放大調(diào)制解調(diào)器輸 出的信號(hào)，并通過(guò)電壓變壓器或電流耦合線圈向電力線輸送。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4，所述的電力載波通信耦合裝置的特征在于所述的發(fā)送器具有一個(gè)使能 控制端，使能控制端的高低電平可以使發(fā)送器的輸出阻抗為高或者為低，發(fā)送器工作時(shí)， 其輸出阻抗變低，發(fā)送器停止工作時(shí)、則其輸出阻抗變高。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電力載波通信耦合裝置，該耦合裝置安裝于電力載波調(diào)制解調(diào)器的前端，其包含有電壓耦合變壓器、電流耦合線圈、電壓信號(hào)收發(fā)電路、電流信號(hào)收發(fā)電路和切換開(kāi)關(guān)，電流耦合變壓器初級(jí)跨接在一對(duì)電力線電纜之間，次級(jí)連接到電壓信號(hào)收發(fā)電路上；一對(duì)電力線的任意一根電纜穿過(guò)電流偶合線圈的中心孔，電流耦合線圈連接到電流信號(hào)收發(fā)電路；切換開(kāi)關(guān)用于選擇電壓信號(hào)收發(fā)電路和電流信號(hào)收發(fā)電路的其中之一的信號(hào)連接到調(diào)制解調(diào)器電路。該耦合裝置可同時(shí)耦合載波電壓和載波電流，在電力載波的駐波波腹的位置上，耦合到的電壓信號(hào)最強(qiáng)；在波節(jié)的位置，耦合到的電流信號(hào)最強(qiáng)。該裝置不僅可以從電力線上接收信號(hào)，還能夠以電壓或者電流的形式向電力線輸出信號(hào)，并且在發(fā)送和接收狀態(tài)下具有不同的阻抗，因此不論電力載波的調(diào)制解調(diào)器位于電力線的哪個(gè)位置，都可以耦合到較強(qiáng)的通信信號(hào)，提高了通信的成功率。
文檔編號(hào)H04B3/56GK201015197SQ20072008341
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月1日
發(fā)明者郭春雨 申請(qǐng)人:精倫電子股份有限公司