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基于直流电源世界杯买球的电力线载波通信耦合电路设计
发布时间:2022-08-30 17:21 浏览:[]次

世界杯买球电子设计工程ElectronicDsignEnginring第24No.12016Jul2016收稿日期:2015-7-4件编号:57162作者简介:刘恒光(1992—)直流电力载波,男,河南焦作人,硕士。研究方向:CAN总线数据传输。PLC的应用和发展已有几十年的历史,其中低压配电网中使用载波频率高达Mbps,主要用于互联网最后一公里的介入、数字家庭网络等目前国内发展较为成熟的智能抄表技术、电力负荷监控、智能家居等都是在交流网络中而我们要研究是直流网络,且其中DC/DC电源变换器包含有MI滤器,DC/DC模块等,对传输信号频带选择起重要影响此外,就通信距离而言,地面上配电线路的长度可数十千米,但直流电源与负载间连线较短,长度一般在数十米这些均呈现出与交流网络不同信道特性,是我们在设计耦合电路时必须考虑因素直流源信道特性线路通道特性直接影响到信号的输质量,例如,阻抗特性影响设备电平匹配,噪声的频率特性影响通信频率的选择,衰减特性决定功放的功率等所以,无论以何种方式进行通信,必须了解线路通道特性1.1低压电力线上信号衰减特性和干扰性非常复杂,而且随机性时变性大,难以找到一个较为准确的解析式或数学模型加以描述而直流电源的信道特性就较为干净,主要噪声就是电源纹1.2阻抗特性理想情况下,当没有负载时,电力线相当于一根均匀分布的传输线由于分布电感和分布电容影响,输入阻抗会随着频率增大而减小当电力线上有负载时,所有频率输入阻抗都会减小一般负载类型各不相同,便使得不同频率阻抗变化也不相同,所以实际情况较为复杂1.3电力线一般由良导体加工而成,其本身阻抗很小,对不同频率信号,其阻抗略有变化且相对稳定因此电力线本身阻抗不是产生衰减主要原因而并联在电力线上负载对信号衰减影响很大就负载而言,其包含一些大电容,很容易将信号短路此外,当负载阻抗很小时,发送耦合电路内阻也不可忽视,它会分去相当一部分功率通过上述分析,直流电源线上信号衰减特性和干扰特性复杂,难以通过一个准确数学模型加以描述,这就对我们耦合电路设计提出了较高要求,要求有很好自适应能力基于直流电源世界杯买球的电力线载波通信耦合电路设计中国科学院国家空间科学中心北京摘要:试图通过电力线载波通信(以下简称PLC)技术在直流电源线上传递控制信号直流电力载波,从而实现减少信号线,简化控制系统的目的。

目前较为成熟的PLC技术,主要应用在交流环境下,在直流环境下应用并未出现,这就导致耦合电路成为本课题研究的关键技术。本文研究了直流电源的信道特性、提出了相应的频带需求,分析了DC/DC电源变换器和耦合电路的结构,成功设计出了耦合电路,并对其传输特性进行了测试分析。关键词:电力线载波通信;耦合;直流电源;电源变换器中图分类:TN958文献标识码:文章:67-636(6)-86-CouplingcircuitdesignpowerlinecommunicationbasedDCpowerLIUHngguang,JIANGXiuji直流电力载波,XIONGWimingNationalSpaceScienceCenterChineseAcademyScience,Beijing9,China;ChinesecademySciences,Beijing9直流电力载波,China)Abstract:artryingtransmitcontrolsignalsDCpowrlinPowrLinCommunication(hrinaftrrfrrdPLC)tchnology,whichrducthquntitysignllinessimplifythorrsponingontrolsystm.PLCthnologisurrntlyusACnvironment,utrrelyimplementeDCenvironment,whihmkesouplingmoulekeytehnologypperstuiehnnelhrteristisDCpowerline,ouplingmouleDC/DCpoweronverterlstweesigneouplingmoulesuessfullytesteitstrnsmissionhrteristisKeywords:powerlineommunition;oupling;stelliteontrolsystem;poweronverter-186-频带需求所选信号的频带随着电力线载波通应用的不同而同,相应的耦合电路也有差异。

传统的基于点对点的数据传输,使用的号频率范在我国相关标准规定为40~500kHz,数据传输速率在100kbps以内,属于窄带传输。基于点对多网络的高速数据传输,原有的kHz以内的号频带已能满足MHz的频率范围,应用先进的调制解调和编码技术科实现百Mbps级的传码率,属于宽带传输。相应的耦合电路要与选频带相匹配。DC/DC电源变换器DC/DC电源变换器是直流电源系重要组成部分,它是各个电子设备安全、可靠工作的基础。DC/DC变换器是将输入的一次电源母直流电压变换成一种或几种具有一定稳压精度和品质的直流电源电压直流电力载波,为一般电子设备供电。典型电源变换器的组成详见图DC/DC变换器后的负载,选载的频率须在EMI器的阻带中,以EMI滤器的滤性能对于我们整个系的频带选择至关重要。常用的EMI滤器主要有两种,一是DVMC28,其滤性能如图2,一是FMCE-528-F,其滤性能如图MHz的频带内,对噪声的抑制能力相当强。FMCE-528-F的滤性能DVMC28的滤性能DC/DC电源变换器组成框耦合电路设计耦合电路(图4)主要由变压器和电容组成,载号过变压器、电容耦合到电力线上,同时从电力线上接收载波T1仅具有隔离作用,又可实现阻抗变换。

世界杯买球电容变压器T1的初级线圈组成高滤电路,减少了电源纹及低频噪声的干扰,而对高频载号提供尽可能小的衰减及性幅频、相频特性提供放电道。由于要实现MHz范围内宽带号的耦合,耦合变T1的设计和制作十分关键。普的电子变压器只能实现几十HzHz量级的号耦合,限制变压器工作带宽的主要因素在于线圈绕组间的漏感和分布电容。同时我们还要考虑到变压器的尺寸,要尽可能的小。最终,我们选取型号T1-6-KK81的变压器,该变压器的变比为1:1,MHz的频带内,插入损耗不到dB,性能相当好。其插入损5)如下。且其长、宽、高分别为762mm、46mm、684mm,尺足够小,完全满足需求。性能测试为了测试数据更加真实、有效,我们要尽量构建真实的直流电源环境。基于直流电源的力线载波通信耦合路设计-87-《电子设计工程》2016年第14电路的性能以及整个系统的传输特性。该环境主要由耦合电DC/DC电源变换器组成,其中DC/DC 电源变换器与直 流电源中的 DC/DC 电源变换器完全一致。由于传输的数据是 以正弦信号为载波,为交流信号。 而直流电源的内阻很小,为防 止交流信号被直流电源短路,需在直流电源端串联共轭电感。 感抗应在千欧以上,才能有效地防止交流信号进入直流电源。

考虑到所选频带为 =2πfL,确定所选共轭电感的值应在mH级别。 我们所选的电感为32mH, MHz产生的感抗为 200 960~2 009 600 完全满足需求。 本次测试共有 个节点除EMI 滤波器不同外,其 余皆相同,具体型号如表 所示。每次测试前,均要检测 DC-DC 端的输出电压是否正常。 若正常方可进行下面的测试,否则就要检测线路的连接。 所示。测试分两部分: 第一步:节点 作接收端,连接示波器,同时将节点 3、节点 接入到电路中,等效于负载。 信号源产生的正弦信号幅值为 .22 V,频率从 MHz。信号源产生的信号通过节点 发送到电源线上,节点 通过示波器将接收到的信号呈现出来。 为接收信号在不同频率下的幅值,总体呈抛物线状,其最大值、最小值分别为(5 MHz,348 mV),( MHz,28 mV)。 我们选取接收端这两点的波形,如图 所示。观察可知, MHz处的波形略有重影,5 MHz 处的波形清晰,整体来看, 两处的波形虽各有衰减,但都无畸变,无失真,证明系统良好 的传输性能,体现出耦合电路设计的优越性。 T1-6-KK81的插入损耗 各节点主要元件节点 变压器(变比) EMI 滤波器 DC/DC T2.5-6(:)DVMC28 WKI283R3S T2.5-6(:)FMCE-528-F WKI283R3S T2.5-6(:)DVMC28 WKI283R3S T2.5-6(:)DVMC28 WKI283R3S -88- 输出电压准确度为: 1.817518 1%597%通过计算,输压准确度和纹波系数均在 1%之内,符 合设计的要求,压稳定性较好。

输电流波形如图5 所示,取点可得输出流为96254 =1811396.254174.34 所以源效率为:η=174.34 180 96.86 综上分析可知,源转换效率达到了 η9,说明开关 源各个参数选择符合设计要求。 结束语对适于低压大流并联交错 Buck 拓扑作了详细的说 明,并在分析的基础上,给了相应的实验结果。 证明了这种 并联交 Buck 拓扑在低压流 DC/DC 变换器中的合理性。 随着对源性能要求提高,这种拓扑将被越来越广泛采用。 参考文献: 蔡宣三,龚绍文高频功率电子学直流变换部分[M]北京:科 学出版社,1993 Rxu,Wei J,Lee active-clampcouple-Buck converter-A novel high efficiency voltage regulator modules[J] IEEE APEC,21:252-257 practicalconsiderations currentmode power Supplies UnitrodeApplication 1999(3):17-18 隔离式低压大电流输DC/DC变换器拓扑析[J]通信电源技术,26:362-367 SevernsR,Bloom ModernDC/DC Switch Mode Power Coverter Circuits[M]Van Nostrand Reinhold Company,1985 范俊杰等LED驱动电源的现状与展望[J] 中国科技信息, 29:187-193 第二步:用矢量网分析仪器连接节点 1、节点 个节点、3个节点、4 个节点时, 其传输系数 S21 中由上到下虚线、黑线和灰线。

世界杯买球观察可知,三 条曲线形状相似,均呈抛物线状,最高点依次递减,分别为 (595 MHz, -6421 dB)、 (595 MHz, -722 dB)、 (5275 MHz,-7918 dB)。 观察得知,在1~1 MHz 频带内,系统传输系数在 MHz附近取得。 并随着接入路中节点数增加,传输系数逐渐 减小。 这是因为随着接入路节点数增加,对于发送信号 的节点 来说,相当于并联的负载数增加,导致总负载阻抗减小,从而负载分压减小,那么节点 接收到信号功率必随之减少。 由两部分测试可知,在 MHz频带范围内,信号通过 耦合路能过在源线上无失真传输,并在 MHz附近传输 效率最高,衰减可达-6421 dB。且随着接入路负载增加, 传输系数逐渐减小。 本文针对直流源信道特性,设计适用于直流环境宽带载通信耦合路。 该耦合路能使一定带宽交流 信号在源线上无失真传输,且能较好地满足传输特性要 求,对多点网络传输特性研究有借鉴意义。 参考文献: 低压电力线载波通信宽带耦合技术及其装置[J] 电力系统通信,24(4):7-1 BertuolS,et al Numerical Assessment PropagationChannel Characteristics FutureApplication PowerLine Communication 1thInt Symp EMC,211:56-511 etal Theoretical approach powerlinecommunication IEEETrans VT, 213,623:1362-1366 中压电力线通信关键技术研究[D]保定:华北电 力大学,214 etal Impulsive noise generated pulsewidth modulation inverter:modeling powerlinecommunication[C]// ISPLC,213:75-79 coupletechnology distributionhigh-speed carrier communication PowerSystem Commu- nication,222:13121315 传输系数上接第 185 于直流电源的电力线载波通信耦合电路设计189

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