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關(guān)于直流載波耦合電路設(shè)計的關(guān)鍵要點

電子設(shè)計 ? 來源:互聯(lián)網(wǎng) ? 作者:佚名 ? 2017-11-16 02:18 ? 次閱讀

所謂耦合電路就是低壓電力線路與載波信號發(fā)送、載波信號接收電路之間信號連接方式的電路,通過耦合電路來實現(xiàn)信號的交鏈。根據(jù)信號種類和電路環(huán)境,采用正確的耦合方式對信號的正常傳輸將起到至關(guān)重要的作用。

1.1載波發(fā)送端耦合電路

本系統(tǒng)的信號發(fā)送端電路見圖1,三極管V1、變壓器T1的原邊線圈(設(shè)為L2)和C3、C4組成單調(diào)諧功率放大電路。

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圖1載波發(fā)送端耦合電路

這里諧振變壓器T1有著雙重作用:一方面,通過變壓器耦合載波信號;另一方面,使通信電路與工頻交流強電隔離。T1采用帶有抽頭的變壓器,以減小由于V1的接入而使由C3、C4跟T1原邊線圈組成的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的Q值降低甚至停振。

前級輸出的高頻載波小信號經(jīng)由三極管V1及外圍元件組成的單調(diào)諧功率放大器進行選頻功率放大后,載波信號的輸出功率能夠提高近10倍左右。通過調(diào)整C4的大小可微調(diào)網(wǎng)絡(luò)振蕩頻率。本系統(tǒng)選取載波中心頻率為120kHz,當網(wǎng)絡(luò)回路的固有振蕩頻率

直流載波耦合電路的分析與設(shè)計

為120kHz時,回路諧振阻抗為最大且為純電阻Z=R0=1/g0;回路兩端的電壓值也為最大值U0=IS/g0。諧振電壓U0經(jīng)變壓器T1的副邊線圈將其耦合到低壓電力線上,同時變壓器T1將電力線與載波發(fā)送電路相隔離。為防止電路自激,在V1發(fā)射極接入電阻R2,此電阻不能太大否則將影響發(fā)送功率。本系統(tǒng)取值1Ω。

為了將載波信號以較高的效率傳輸?shù)降蛪弘娏€上。需要濾除摻雜在載波信號中的噪聲和偽信號。通常,發(fā)送信號的二次諧波和三次諧波(本系統(tǒng)的二次諧波和三次諧波分別為240kHz和360kHz)對電網(wǎng)的噪聲污染比較大,所以有必要對載波信號進行濾波整形。設(shè)置由L1、C1組成的串聯(lián)諧振式帶通濾波器,設(shè)定其振蕩頻率

直流載波耦合電路的分析與設(shè)計

也為120kHz。當發(fā)送的載波信號對L1、C1振蕩網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)諧振時,串聯(lián)回路阻抗Z最小且為Z=r,因為它串聯(lián)在電路中,頻率為120kHz的載波信號極易通過,而對其它頻率的信號或噪聲阻抗則很大。其阻抗為Z=r+j(2πfL-12πfC)。式中:r為L1的直流內(nèi)阻。可見,電容器C1和電感器L1組成的帶通濾波電路對發(fā)送的載波信號能進行濾波整形。此外,電容C1還能對50HZ工頻交流電起降壓的作用,以減小變壓器T1所承受的工頻交流電壓,同時也可以防止變壓器T1飽和。所以C1的選擇應(yīng)考慮具有足夠高的耐壓。

1.2載波接收端耦合電路

由發(fā)送機發(fā)送的載波信號經(jīng)由低壓電力線傳送到接收端,再由耦合電路交鏈到接收機。載波接收端耦合電路見圖2。

直流載波耦合電路的分析與設(shè)計

對于接收端的耦合電路,選用無源濾波器要優(yōu)于有源濾波器,這是因為有源濾波器會產(chǎn)生一個與接收信號相當?shù)陌自肼暋1鞠到y(tǒng)選用無源帶通濾波器(由C11、C12和L10組成),采用并聯(lián)諧振回路形式。并聯(lián)回路的中心頻率由電容器C11、C12和電感L10的數(shù)值決定,中心頻率

直流載波耦合電路的分析與設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計值為120kHz。經(jīng)計算當選取L10=68μH時,則對應(yīng)(C11+C12)=25.86nF,不過這里的C11須由幾個電容并聯(lián)組合后才能取得該值。

載波耦合部分由變壓器T2、電容器C10和電感器L9組成。變壓器T2選用1:1的隔離變壓器。電容C10將變壓器與工頻交流強電隔離,使通信電路能完全地隔離電力網(wǎng)工頻信號。這樣就會阻止低頻信號進入電路而能使某些高頻信號通過。萬一電容器C10因短路而失去過濾50Hz工頻信號的能力,接口電路就會被損壞。故C10要選用具有短路保護功能的X2型電容器。并聯(lián)在C10兩端的電阻R10是一個泄荷電阻,其作用是在設(shè)備離線時給電容C10放電提供通道,防止在設(shè)備輸入端出現(xiàn)高壓。此電阻取值可稍大些,本設(shè)計中取1MΩ。

電容器C10和電感器L9還組成帶通濾波器,其作用一方面可將來自電力線上的其它干擾噪聲、帶外雜波濾除,另一方面保證前后級之間的阻抗匹配,以達到順利傳遞載波信號的目的。

1.3接口保護電路

電力線上的所有設(shè)備接入或者是斷開,都有可能引起尖峰脈沖,并導(dǎo)致收發(fā)電路的永久性損壞。同時系統(tǒng)可能受到諸如強雷電脈沖等瞬時過電壓的干擾,所以無論在載波發(fā)送端還是載波接收端與電力線的接口耦合電路中,使用保護電路非常必要。

電路中,TVS是瞬變抑制二極管,起浪涌保護的作用,有效地避免后面電路被高壓擊穿。除電力線上會偶爾產(chǎn)生高壓脈沖破壞器件以外,當設(shè)備剛剛接上電源時,如果電力線剛好處于電壓的最大值,此時電容上的電壓為0V,則會有300V以上的高壓直接加在變壓器兩端,將引起很大的電流,從而在次級產(chǎn)生尖峰脈沖。這個脈沖的電流相當大,可達幾十安培到上百安培,采用一般的穩(wěn)壓管無法消除這個脈沖,壓敏電阻的響應(yīng)又比較緩慢,在出現(xiàn)脈沖的1μs之內(nèi)仍然有幾十伏的電壓,足以燒壞放大電路。實驗表明,這種剛剛接入電路時的瞬態(tài)脈沖所產(chǎn)生的破壞力相當大。不過雖然它的電流很大,但能量卻較小。選用的瞬變抑制二極管1.5KE6.8CA響應(yīng)時間是5ns,能夠吸收200A電流,瞬態(tài)功率可達1500W。

一般火線與零線間的干擾為差模干擾;火線與地線、零線與地線間的干擾為共模干擾。若采用一個雙向穩(wěn)壓管只對差模尖峰信號起作用而對共模尖峰信號不起作用,當出現(xiàn)共模尖峰信號時就會對電路造成損壞。本系統(tǒng)采用3個二極管D7、D8和D9連成星形結(jié)構(gòu),如圖2所示。對于差模尖峰信號,D7和D8構(gòu)成一個雙向穩(wěn)壓管;對于共模尖峰信號,這種星形結(jié)構(gòu)相當于2個雙向穩(wěn)壓管。

在圖2電路中,穩(wěn)壓二極管D10、D11組成了雙向限幅電路,當接收信號幅度等于或大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時,穩(wěn)壓管將接收信號的電位箝制在穩(wěn)壓值上,防止信號幅度太大而損壞后面的解碼集成電路。R11、R12是并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的隔離電阻,這里取27kΩ。

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