本發(fā)明涉及電力線載波通信領(lǐng)域，特別是涉及一種電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路。

背景技術(shù)：

電力載波通訊(plc，powerlinecommunication)是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)，主要用于電力系統(tǒng)的調(diào)度通信、遠(yuǎn)動(dòng)、保護(hù)、生產(chǎn)指揮、行政業(yè)務(wù)通信及各種信息傳輸。電力線路是為輸送50hz強(qiáng)電設(shè)計(jì)的，線路衰減小，機(jī)械強(qiáng)度高，傳輸可靠，電力載波通信復(fù)用電力線路進(jìn)行通信，不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，減少了通信線路建設(shè)的基建投資和日常維護(hù)費(fèi)用，在電力系統(tǒng)中占有重要地位。

為了有效地在電力線信道上進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸，需要載波調(diào)制解調(diào)器具備高輸入阻抗和低輸出阻抗，一方面能夠使電力線上得到盡可能高的載波信號(hào)，另一方面能夠使得每個(gè)載波節(jié)點(diǎn)從線路上只吸收比較小的能量，從而減小信號(hào)在線路上傳輸過程中的衰減。

如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路，包括隔離變壓器103，其第一繞組通過電容104連接到電力線上、第二繞組通過電容102連接到功率放大器101的輸出端，功率放大器的內(nèi)阻為rs。在處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，為了有效地將載波信號(hào)加載到電力線上，需要功率放大器的內(nèi)阻rs足夠低；但是在處于接收狀態(tài)時(shí)，功率放大器101的低內(nèi)阻會(huì)對(duì)電力線上的載波信號(hào)(圖中105為接收狀態(tài)下載波信號(hào)的等效電路)造成非常大的吸收。為此，可將功率放大器設(shè)計(jì)為帶高阻輸出的功率放大器，以實(shí)現(xiàn)發(fā)送狀態(tài)時(shí)具備低輸出阻抗，接收狀態(tài)時(shí)具備高輸入阻抗；但是帶通濾波器的加入會(huì)破壞接收狀態(tài)時(shí)的高阻狀態(tài)。

申請(qǐng)?zhí)枮?00710047216.3的中國(guó)專利公開了一種用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路，如圖2所示，包括一隔離變壓器204，所述隔離變壓器204的第一繞組2041與一串聯(lián)諧振回路205相連后連接至功率放大器的差分輸出端p和n、第二繞組2042連接至電力線、第三繞組2043通過背靠背的場(chǎng)效應(yīng)晶體管202和203與一并聯(lián)諧振回路201相連。當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)送狀態(tài)的時(shí)候，狀態(tài)切換信號(hào)rx_txn輸出高電平，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管202和203導(dǎo)通，并聯(lián)諧振回路201和第二繞組2043并聯(lián)連接，信號(hào)通過串聯(lián)諧振回路205及并聯(lián)諧振回路201后從第二繞組2042輸出；當(dāng)系統(tǒng)處于接收狀態(tài)的時(shí)候，狀態(tài)切換信號(hào)rx_txn輸出低電平，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管202和203截止，信號(hào)從第二繞組2042輸入后通過第一繞組2041被讀取。通過狀態(tài)切換信號(hào)在接收狀態(tài)和發(fā)送狀態(tài)之間的切換，在加入帶通濾波器的情況下，仍能使濾波電路在發(fā)送狀態(tài)時(shí)呈低阻狀態(tài)，且在接收狀態(tài)時(shí)呈高阻狀態(tài)，不影響載波信號(hào)的吸收。

但是上述用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路需要采用三繞組的隔離變壓器，而三繞組的隔離變壓器為非通用器件，需要定制化生產(chǎn)因而成本大為提高；此外，作為開關(guān)器件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管需要具備極低的導(dǎo)通電阻和較高的耐壓，很難在芯片里集成，并且需要一路專用的狀態(tài)切換信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用三繞組隔離變壓器和場(chǎng)效應(yīng)晶體管帶來的系統(tǒng)復(fù)雜、制備工藝復(fù)雜、成本高等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路，所述用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路至少包括：

第一驅(qū)動(dòng)器、第二驅(qū)動(dòng)器、第三驅(qū)動(dòng)器、串聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路、以及隔離變壓器；

所述隔離變壓器包括第一繞組及第二繞組，所述第二繞組與電力線連接；

所述串聯(lián)諧振回路連接于所述第一驅(qū)動(dòng)器與所述第一繞組的第一端之間，諧振于載波信號(hào)的中心頻率，所述第一繞組的第二端與所述第三驅(qū)動(dòng)器相連；

所述并聯(lián)諧振回路的一端連接于所述串聯(lián)諧振回路與所述第一繞組之間，另一端與所述第二驅(qū)動(dòng)器相連，諧振于所述載波信號(hào)的中心頻率。

優(yōu)選地，所述第一驅(qū)動(dòng)器為正相驅(qū)動(dòng)器，所述第三驅(qū)動(dòng)器為反相驅(qū)動(dòng)器，所述第一驅(qū)動(dòng)器與所述第三驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)為差分信號(hào)；所述第二驅(qū)動(dòng)器為所述第三驅(qū)動(dòng)器的影子驅(qū)動(dòng)器，其輸出信號(hào)與所述第三驅(qū)動(dòng)器相同。

更優(yōu)選地，所述第一驅(qū)動(dòng)器、所述第二驅(qū)動(dòng)器及所述第三驅(qū)動(dòng)器為功率放大器。

更優(yōu)選地，所述功率放大器為線性功率放大器、非線性功率放大器、開關(guān)功率放大器或數(shù)字功率放大器。

優(yōu)選地，所述串聯(lián)諧振回路包括串聯(lián)的第一電感及第一電容。

優(yōu)選地，所述并聯(lián)諧振回路包括并聯(lián)的第二電感及第二電容。

優(yōu)選地，所述第二繞組與電力線之間還串聯(lián)第三電容。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種電力線載波通信方法，采用上述用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路，包括：

發(fā)送狀態(tài)：

通過第一驅(qū)動(dòng)器輸入載波信號(hào)的正相信號(hào)，通過第二驅(qū)動(dòng)器及第三驅(qū)動(dòng)器輸入載波信號(hào)的反相信號(hào)，所述載波信號(hào)經(jīng)過串聯(lián)諧振回路及并聯(lián)諧振回路濾波后通過第一繞組傳遞到第二繞組，再藉由所述第二繞組耦合到電力線上進(jìn)行信號(hào)傳輸；

接收狀態(tài)：

所述第一驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接一直流信號(hào)，所述第二驅(qū)動(dòng)器及所述第三驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，所述第二繞組將從電力線上獲取的信號(hào)傳遞到所述第一繞組，并從所述第一繞組讀出。

優(yōu)選地，所述直流信號(hào)為一固定電平的電壓。

如上所述，本發(fā)明的電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路，具有以下有益效果：

本發(fā)明的電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路通過三個(gè)驅(qū)動(dòng)器來控制輸出耦合及濾波電路各節(jié)點(diǎn)的電位，以此在加入帶通濾波器的情況下實(shí)現(xiàn)在發(fā)送狀態(tài)時(shí)具備低輸出阻抗，在接收狀態(tài)時(shí)具備高輸入阻抗；同時(shí)避免使用三繞組隔離變壓器和場(chǎng)效應(yīng)晶體管，大大降低系統(tǒng)和制造工藝的復(fù)雜度、降低成本。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的用于電力線載波通信的輸出耦合電路示意圖。

圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明的用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明的用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)的等效電路示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明的用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路處于接收狀態(tài)時(shí)的等效電路示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

101用于電力線載波通信的輸出耦合電路

102電容

103隔離變壓器

104電容

105接收狀態(tài)下載波信號(hào)的等效電路

201并聯(lián)諧振回路

202、203場(chǎng)效應(yīng)晶體管

204隔離變壓器

2041～2043第一～第三繞組

205串聯(lián)諧振回路

3用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路

301～303第一～第三驅(qū)動(dòng)器

304串聯(lián)諧振回路

305并聯(lián)諧振回路

306隔離變壓器

3061～3062第一～第二繞組

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖3～圖5。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

如圖3所示，本發(fā)明提供一種用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路3，所述用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路3至少包括：

第一驅(qū)動(dòng)器301、第二驅(qū)動(dòng)器302、第三驅(qū)動(dòng)器303、串聯(lián)諧振回路304、并聯(lián)諧振回路305、以及隔離變壓器306。

如圖3所示，所述隔離變壓器306包括第一繞組3061及第二繞組3062，所述第一繞組3061與濾波電路相連，所述第二繞組3062與電力線相連，用于對(duì)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)隔離。

具體地，如圖3所示，所述隔離變壓器306為二繞組隔離變壓器，為通用器件，不會(huì)增加生產(chǎn)成本。所述第二繞組3062的兩端分別連接至交流電壓相線進(jìn)線端ac-l和交流電壓零線進(jìn)線端ac-n，所述交流電壓相線進(jìn)線端ac-l與所述第二繞組3062之間還串聯(lián)第三電容c3。在本實(shí)施例中，所述交流電壓為220v的交流電源，其頻率為50hz，所述電力線傳輸?shù)男盘?hào)包括：220v、50hz的交流電壓信號(hào)以及帶有通訊信號(hào)信息的載波信號(hào)。在本實(shí)施例中，所述第三電容c3用于對(duì)所述交流電壓相線進(jìn)線端ac-l的信號(hào)進(jìn)行濾波，以濾除220v、50hz的交流電壓信號(hào)，保留高頻的通訊信號(hào)，所述通訊信號(hào)的頻率不小于10khz。

如圖3所示，所述串聯(lián)諧振回路304連接于所述第一驅(qū)動(dòng)器301與所述第一繞組3061的第一端之間，諧振于載波信號(hào)的中心頻率。

具體地，如圖3所示，所述串聯(lián)諧振回路304的一端與所述第一驅(qū)動(dòng)器301相連、另一端與所述第一繞組3061的第一端(即a點(diǎn))相連。在本實(shí)施例中，所述串聯(lián)諧振回路304包括串聯(lián)的第一電感l(wèi)1及第一電容c1。

如圖3所示，所述并聯(lián)諧振回路305的一端連接于所述串聯(lián)諧振回路304與所述隔離變壓器306的第一繞組3061之間，另一端與所述第二驅(qū)動(dòng)器302相連，諧振于所述載波信號(hào)的中心頻率。

具體地，如圖3所示，所述并聯(lián)諧振回路305的一端與所述第二驅(qū)動(dòng)器302相連、另一端與所述第一繞組3061的第一端(即a點(diǎn))相連。在本實(shí)施例中，所述并聯(lián)諧振回路305包括并聯(lián)的第二電感l(wèi)2及第二電容c2。

如圖3所示，所述第三驅(qū)動(dòng)器303與所述第一繞組3061的第二端(即c點(diǎn))相連。

如圖3所示，所述第一驅(qū)動(dòng)器301為正相驅(qū)動(dòng)器，所述第三驅(qū)動(dòng)器303為反相驅(qū)動(dòng)器，所述第一驅(qū)動(dòng)器301與所述第三驅(qū)動(dòng)器303的輸入信號(hào)為差分信號(hào)，輸入信號(hào)包括但不限于正弦信號(hào)或方波信號(hào)。所述第二驅(qū)動(dòng)器302為所述第三驅(qū)動(dòng)器303的影子驅(qū)動(dòng)器，其輸出信號(hào)與所述第三驅(qū)動(dòng)器303相同。在本實(shí)施例中，所述第一驅(qū)動(dòng)器301、所述第二驅(qū)動(dòng)器302及所述第三驅(qū)動(dòng)器303為功率放大器。所述功率放大器包括但不限于線性功率放大器、非線性功率放大器、開關(guān)功率放大器或數(shù)字功率放大器。

如圖3～圖5所示，本發(fā)明還提供一種電力線載波通信方法，采用所述用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路3，包括：

發(fā)送狀態(tài)：

如圖3所示，通過第一驅(qū)動(dòng)器301輸入載波信號(hào)的正相信號(hào)，通過第二驅(qū)動(dòng)器302及第三驅(qū)動(dòng)器303輸入載波信號(hào)的反相信號(hào)，此時(shí)，所述第二驅(qū)動(dòng)器302的輸出信號(hào)和所述第三驅(qū)動(dòng)器303的輸出信號(hào)完全相同，即b點(diǎn)和c點(diǎn)的電壓一致，等效于b點(diǎn)和c點(diǎn)連接在一起，如圖4所示為發(fā)送狀態(tài)時(shí)所述用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路33的等效電路，其中uin為輸入的載波信號(hào)，rout為等效輸出電阻。所述串聯(lián)諧振回路304及所述并聯(lián)諧振回路305構(gòu)成四階帶通濾波器，諧振于所述載波信號(hào)的中心頻率，對(duì)所述載波信號(hào)進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)通過第一繞組3061被轉(zhuǎn)化為磁信號(hào)；所述第二繞組3062感應(yīng)所述第一繞組3061上的磁信號(hào)，并將感應(yīng)到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)耦合到電力線上，以進(jìn)行信號(hào)傳輸。

接收狀態(tài)：

如圖3所示，所述第一驅(qū)動(dòng)器301的輸入端連接一直流信號(hào)，在本實(shí)施例中，所述直流信號(hào)為一固定電平的電壓，由于電容的存在，直流信號(hào)無法傳遞到所述第一繞組3061的第一端，即a點(diǎn)，相當(dāng)于a點(diǎn)交流接地；所述第二驅(qū)動(dòng)器302及所述第三驅(qū)動(dòng)器303處于高阻狀態(tài)，相當(dāng)于所述第二驅(qū)動(dòng)器302及所述第三驅(qū)動(dòng)器303的通路斷開，此時(shí)，所述并聯(lián)諧振回路305相當(dāng)于未接入電路，如圖5所示為接收狀態(tài)時(shí)所述用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路3的等效電路，其中，電力線上的載波信號(hào)等效為內(nèi)阻rs和信號(hào)源，uout為等效輸出電壓。電力線上傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)入所述交流電壓相線進(jìn)線端ac-l及所述交流電壓零線進(jìn)線端ac-n，并由所述第三電容c3將交流電源信號(hào)濾除，電力線上的載波信號(hào)通過第二繞組3062轉(zhuǎn)化為磁信號(hào)，所述第一繞組3061感應(yīng)到所述第二繞組3062上的磁信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，從所述第一繞組3061的第二端(即c點(diǎn))被讀出。

如上所述，本發(fā)明的電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路引入影子驅(qū)動(dòng)器的概念，通過輸入正相信號(hào)的第一驅(qū)動(dòng)器、輸入反相信號(hào)的第三驅(qū)動(dòng)器以及作為第三驅(qū)動(dòng)器的影子驅(qū)動(dòng)器的第二驅(qū)動(dòng)器，來實(shí)現(xiàn)發(fā)送狀態(tài)時(shí)具備低輸出阻抗，接收狀態(tài)時(shí)具備高輸入阻抗的傳輸特性。

2、本發(fā)明的電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路采用通用器件二繞組隔離變壓器實(shí)現(xiàn)，相較于三繞組隔離變壓器能大大節(jié)省生產(chǎn)成本。

3、本發(fā)明的電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路避免使用額外的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，大大降低系統(tǒng)和制造工藝的復(fù)雜度、降低成本。

綜上所述，本發(fā)明提供一種用于電力線載波通信的輸出耦合及濾波電路，包括：第一驅(qū)動(dòng)器、第二驅(qū)動(dòng)器、第三驅(qū)動(dòng)器、串聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路、以及隔離變壓器；所述隔離變壓器包括第一繞組及第二繞組，所述第二繞組與電力線連接；所述串聯(lián)諧振回路連接于所述第一驅(qū)動(dòng)器與所述第一繞組的第一端之間，諧振于載波信號(hào)的中心頻率，所述第一繞組的第二端與所述第三驅(qū)動(dòng)器相連；所述并聯(lián)諧振回路的一端連接于所述串聯(lián)諧振回路與所述隔離變壓器的第一繞組之間，另一端與所述第二驅(qū)動(dòng)器相連，諧振于所述載波信號(hào)的中心頻率。還提供一種電力線載波通信方法，包括：發(fā)送狀態(tài)：通過第一驅(qū)動(dòng)器輸入載波信號(hào)的正相信號(hào)，通過第二驅(qū)動(dòng)器及第三驅(qū)動(dòng)器輸入載波信號(hào)的反相信號(hào)，所述載波信號(hào)經(jīng)過串聯(lián)諧振回路及并聯(lián)諧振回路濾波后通過第一繞組傳遞到第二繞組，再藉由所述第二繞組耦合到電力線上進(jìn)行信號(hào)傳輸；接收狀態(tài)：所述第一驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接一直流信號(hào)，所述第二驅(qū)動(dòng)器及所述第三驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，所述第二繞組將從電力線上獲取的信號(hào)傳遞到所述第一繞組，并從所述第一繞組讀出。本發(fā)明的電力線載波通信方法及輸出耦合濾波電路通過三個(gè)驅(qū)動(dòng)器來控制輸出耦合及濾波電路各節(jié)點(diǎn)的電位，以此在加入帶通濾波器的情況下實(shí)現(xiàn)在發(fā)送狀態(tài)時(shí)具備低輸出阻抗，在接收狀態(tài)時(shí)具備高輸入阻抗；同時(shí)避免使用三繞組隔離變壓器和場(chǎng)效應(yīng)晶體管，大大降低系統(tǒng)和制造工藝的復(fù)雜度、降低成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。