用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路，该传导干扰隔离电路包括：第一隔离电路，包括：依次连接的断路器、用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离变压器、用于抑制测试频段同频干扰的第一线性阻抗稳定网络、漏电保护器以及空气开关，第二隔离电路，包括：依次连接的第二隔离变压器、用于滤除电源噪声的第一EMI滤波器、以及用于抑制空间耦合噪声和测试仪器传导噪声的感性磁环，第三隔离电路，包括：依次设置在被测发射机端的第三隔离变压器、第二EMI滤波器、与被测发射机连接的第二线性阻抗稳定网络，以及依次设置在被测接收机端的第四隔离变压器、第三EMI滤波器、与被测接收机连接的第三线性阻抗稳定网络。
【专利说明】用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信系统，具体地，涉及一种用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路。
【背景技术】
[0002]随着低压电力线载波通信技术的广泛应用，与之相伴的通信性能检测技术也得到了快速的发展。由于低压电力线载波通信借用了低压配用电网络作为信息传输的媒介，在信号特征和信道环境上与其他通信方式存在较大的区别，因此对相应的通信检测技术也提出了更高的要求。相对于无线通信检测技术和传统的专线通信检测技术而言，低压电力线载波通信的检测过程中需要更加注意电源隔离、信号串扰、传输损耗和信道环境模拟等方面的问题。
[0003]在低压电力线载波通信检测环境的搭建过程中，传导性电磁干扰的抑制是其中十分重要的方面。良好的传导干扰抑制能力能够防止外界噪声干扰，为测试设备和被测品提供干净的工作环境，是检测试验结果准确可信的基础。
[0004]由于在低压电力线载波通信的检测过程中，低压电力线既是供电线路，又是通信介质，测试设备和被测通信产品的供电都依靠低压电力线供电，而且被测通信产品所收发的载波通信信号也以低压电力线作为通信信道，外界的噪声干扰和被测载波信号很容易沿着电源线路传导到接收端，这对于电磁干扰的屏蔽提出了挑战。
[0005]随着PLC技术的发展和载波集抄产品的应用，国外主要的科研机构也开始研究相应的电力线载波通信设备检测技术。但是目前的检测系统并没有进行完备的电源设计，只利用隔离变压器和线性阻抗稳定网络等设备对外界噪声进行了简单隔离，对外界噪声影响隔离效果有限。
[0006]也就是说，目前电力线载波通信设备检测技术中的低压电路线由于其特有性质，导致了噪声问题，如何隔离低压电路线产生的噪声是电力线载波通信设备检测技术中亟待需要解决的问题。
实用新型内容
[0007]本实用新型实施例的主要目的在于提供一种用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路，以解决现有的电力线载波通信设备检测技术无法有效地隔离噪声的问题。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路，所述传导干扰隔离电路包括:第一隔离电路、第二隔离电路以及第三隔离电路，其中，所述第一隔离电路设置在外界供电网络与通信系统之间，所述第二隔离电路设置在所述通信系统与测试设备之间，所述第三隔离电路设置在所述测试设备的被测发射机与被测接收机之间的通信信道中，所述第一隔离电路，包括:依次连接的断路器、用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离变压器、用于抑制测试频段同频干扰的第一线性阻抗稳定网络、漏电保护器以及空气开关，所述第二隔离电路，包括:依次连接的第二隔离变压器、用于滤除电源噪声的第一 EMI滤波器、以及用于抑制空间耦合噪声和测试仪器传导噪声的感性磁环，所述第三隔离电路，包括:依次设置在所述被测发射机端的第三隔离变压器、第二EMI滤波器、与所述被测发射机连接的第二线性阻抗稳定网络，以及依次设置在所述被测接收机端的第四隔离变压器、第三EMI滤波器、与所述被测接收机连接的第三线性阻抗稳定网络，或者，依次设置在所述被测接收机端的用于将交流工频电源转换为直流电源AC-DC转换器、用于将直流电源转换回交流电源的DC-AC逆变器、以及与所述被测接收机连接的第四线性阻抗稳定网络。
[0009]所述第三隔离电路还包括:解耦单元，连接与所述被测发射机与所述第二线性阻抗稳定网络之间，用于滤除工频电源信号；PLC信道模拟器，与所述解耦单元连接，用于模拟信道；耦合器，与所述的PLC信道模拟器、及所述被测接收端的供电回路连接。
[0010]所述第一 EMI滤波器包含:
[0011]差模抑制电容Cl和差模抑制电容C2，C1、C2分别连接在L线与N线之间，
[0012]共模抑制电容C3和共模抑制电容C4，C3连接在L线与GND之间，C4连接在N线与GND之间，
[0013]共模电感LI和共模电感L2，LI串联在L线中，L2串联在N线中。
[0014]所述第一隔离变压器、第二隔离变压器、第三隔离变压器、第四隔离变压器为相同的隔离变压器。
[0015]所述第一线性阻抗稳定网络、第二线性阻抗稳定网络、第三线性阻抗稳定网络、第四线性阻抗稳定网络为相同的线性阻抗稳定网络。
[0016]所述第一 EMI滤波器、第二 EMI滤波器、第三EMI滤波器为相同的EMI滤波器。
[0017]借助于上述技术方案，通过三层隔离电路可以有效地隔离噪声，从而保持有效信号的正常通信。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是根据本实用新型实施例的传导干扰隔离电路的结构框图；
[0020]图2是第一隔离电路的结构示意图；
[0021]图3是第二隔离电路的结构示意图；
[0022]图4是EMI滤波器的电路图；
[0023]图5是供电回路净化法的隔离电路的结构示意图；
[0024]图6是再生电源法的隔离电路的结构示意图；
[0025]图7是隔离电路的性能测试曲线图；
[0026]图8是通过三个隔离电路后的信道基底噪声强度曲线示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0028]本实用新型实施例提供一种用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路，如图1所示，该传导干扰隔离电路包括:第一隔离电路1、第二隔离电路2以及第三隔离电路3，其中，第一隔离电路I设置在外界供电网络与通信系统之间，第二隔离电路2设置在通信系统与测试设备之间，第三隔离电路3设置在测试设备的被测发射机与被测接收机之间的通信信道中。
[0029]第一隔离电路1，包括:依次连接的断路器、用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离变压器、用于抑制测试频段同频干扰的第一线性阻抗稳定网络、漏电保护器以及空气开关，
[0030]第二隔离电路2，包括:依次连接的第二隔离变压器、用于滤除电源噪声的第一EMI滤波器、以及用于抑制空间耦合噪声和测试仪器传导噪声的感性磁环，
[0031]第三隔离电路3，包括:依次设置在被测发射机端的第三隔离变压器、第二 EMI滤波器、与被测发射机连接的第二线性阻抗稳定网络；以及
[0032]依次设置在被测接收机端的第四隔离变压器、第三EMI滤波器、与被测接收机连接的第三线性阻抗稳定网络，或者，依次设置在被测接收机端的用于将交流工频电源转换为直流电源AC-DC转换器、用于将直流电源转换回交流电源的DC-AC逆变器、以及与被测接收机连接的第四线性阻抗稳定网络。
[0033]由以上描述可知，通过三层隔离电路可以有效地隔离噪声，从而保持有效信号的正常通信。
[0034]在具体实施时，第三隔离电路3还包括:
[0035]解耦单元，连接与被测发射机与第二线性阻抗稳定网络之间，用于滤除工频电源信号;
[0036]PLC信道模拟器，与解耦单元连接，用于模拟信道；
[0037]耦合器，与PLC信道模拟器、及被测接收端的供电回路连接。
[0038]为了更好的理解本实用新型实施例，以下分别详细描述上述三个隔离电路。
[0039](一)第一隔离电路I
[0040]该隔离电路主要用于测试环境与外界供电网络的隔离，为了防止外界低压电力线上的各种噪声干扰和阻抗变化对测试环境(Testing Power)的影响，需要在测试环境与外界供电网络之间进行隔离设计，消除各种不利信号的传导耦合影响，对电源通路和通信信道进行分离，将通信信号引入受控的专用测试信道，将经过净化的工频电源提供给测试仪器。该隔离电路共包括高频噪声净化、阻抗稳定和安全防护三部分。
[0041]图2是该隔离电路的结构示意图，如图2所示，该隔离电路包括:与外部供电网络(External Power Supplier)连接的断路器(Breaker),以及依次连接的隔离变压器(Isolating Transformer, IF)、线性阻抗稳定网络(LISN)、漏电保护器(RO))以及空气开关(Air Switch, AS)。其中:
[0042]隔离变压器(IF)与线性阻抗稳定网络(LISN)共同起到噪声净化的作用，能够对高频噪声、脉冲噪声和测试频段的同频干扰起到良好的抑制作用。以IOOkHz?500kHz的通信频段为例，其信号抑制能力大于80dB。线性阻抗稳定网络(LISN)还能起到稳定测试环境阻抗特性的作用，能够将测试频段的阻抗特征稳定在50ohm左右，提高信号的耦合效率，防止阻抗变化所引起的信号衰减。
[0043]隔离变压器(IF)与断路器、漏电保护器(RCD)、空气开关(AS)共同组成了安全防护机构，起到对雷击、过电压、过电流、对地漏电等安全隐患的保护作用。
[0044](二)第二隔离电路2
[0045]该隔离电路是测试设备供电与通信回路的隔离，为了保证通信测试精度，测试设备的供电应当是纯净的工频电源，而不能被载波通信信号所污染，因此需要设计完备的高频信号抑制措施。
[0046]图3是该隔离电路的结构示意图，如图3所示，该隔离电路包括:与测试系统连接的隔离变压器、以及依次连接的EMI滤波器、感性磁环。其中，隔离变压器作为初级隔离装置，能够对高频信号和脉冲干扰起到明显的抑制作用；EMI滤波器实现对电源侧噪声的滤除，对于IOkHz以上的噪声干扰具有很强的滤波作用；另外还在仪器设备的电源接线端加装感性磁环(Inductance Core),实现对空间稱合骚扰的抑制,并防止测试仪器所产生的传导骚扰影响测试精度。
[0047]图4是该EMI滤波器的电路图，如图4所示，该EMI滤波器包含:差模抑制电容为Cl和C2，共模抑制电容为C3和C4，共模电感为LI和L2。共模电感对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。
[0048]该EMI滤波器基本原理为:
[0049](I)利用电容通高频隔低频的特性，将电源正极，电源负极高频干扰电流导入地线(共模)，或将电源正极高频干扰电流导入电源负极(差模)。
[0050](2)利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源。
[0051](三)第三隔离电路3
[0052]该隔离电路主要用于被测发射机与被测接收机之间通信信道的隔离，由于低压电力线载波通信技术的特有性质，通信信号会通过供电回路在被测发射端和接收端之间传播，影响测试准确性。为了解决这一问题，需要在被测发射机与被测接收机之间的供电回路上进行载波信号的隔离。根据隔离技术的区别，可以分为供电回路净化法和再生电源法两种方式。
[0053]以下分别描述供电回路净化法和再生电源法。
[0054]供电回路净化法的隔离电路如图5所示，该隔离电路包括:发射机和接收机的供电回路分别应用一组隔离变压器、EMI滤波器和LISN，对于IOkHz?IOMHz的测试频段，滤波效果优于IOOdB,能够实现对载波通信频段内信号的有效滤除。如果发射机的泄露信号需要通过两组滤波网络的隔离，使得其在接收机一侧的信号强度大大低于接收灵敏度，无法被正确识别。在此条件下，发射机所发出的载波信号智能通过解耦单元，滤除工频电源信号，传输到测试所用的低压电力线通信信道模拟装置中，再由耦合器传输到接收端的供电回路上，实现对通信性能的测试。
[0055]再生电源法的隔离电路如图6所示，在发射机一侧，与供电回路净化法的布置相同，而在接收机一侧，使用了 AC-DC转换器将交流工频电源转换为直流电源，再用DC-AC逆变器将其转换回交流供电。在交-直-交转换过程中，需要利用频率/相位同步器实现对交流电源的频率和相位的同步，同步精度应当优于50uS，以确保使用相位过零通信技术的通信产品能够正常工作。这种方式依靠在接收机一侧布置一套交-直-交供电电源，将工频供电电源变为直流供电，再转换回交流供电，从而实现对电源输入侧所有干扰信号的完全滤除。
[0056]相比于供电回路净化法，再生电源法通过将交流信号变为直流信号的方式，能够达到更好的隔离效果，但是逆变电源造价很高，而且逆变电源本身也会引入很强的谐波干扰，对测试准确性也会产生不良的影响，适用于对隔离效果要求很高的场合。
[0057]在实际操作中，上述三个隔离电路中的隔离变压器可以为相同的隔离变压器，线性阻抗稳定网络为相同的线性阻抗稳定网络，EMI滤波器为相同的EMI滤波器。
[0058]以下给出本实用新型实施例的传导干扰隔离电路的测试性能效果。
[0059]对上述三部分隔离电路的性能进行测试，测试频段范围选取低压窄带电力线载波通信频段，9kHz?500kHz。以任意波形发生器作为信号发射机，发射信号功率为20mW。在接收端以频谱分析仪观察信号衰减情况。具体隔离效果如图7所示:曲线I显示的是采用图2所示的测试环境与外界供电网络隔离电路后从外部供电网络到测试电源回路的高频信号衰减情况。曲线2显示的是采用如图3所示的测试设备供电与通信回路的隔离电路后从测试电源回路到设备供电电源的高频信号衰减情况。曲线3显示的是采用如图5所示的发射机与接收机之间通信信道隔离电路后从发射机一侧到接收机一侧的高频信号衰减情况。
[0060]图8是通过上述三个隔离电路后的信道基底噪声强度曲线示意图，如图8所示，曲线I为从外部供电网络测量得到的基底噪声强度；曲线2显示采用图2所示的测试环境与外界供电网络隔离电路后从测试电源回路测量得到的基底噪声强度；曲线3显示采用如图3所示的测试设备供电与通信回路的隔离电路后从设备供电电源部分测量得到的基底噪声强度；曲线4显示采用如图5所示的发射机与接收机之间通信信道隔离电路后从接收机一侧测量得到的基底噪声强度。
[0061]从测试结果可知，经过上述三个方面的隔离后，低压电力线载波信号频段的干扰可以得到有效的衰减，可以为测试设备和被测通信产品提供一个“干净”的线路条件，消除不利信号的传导耦合对通信测试的影响。
[0062]综上所述，本实用新型实施例的传导干扰隔离电路设计方案，通过实验证明，该方案对于低压电力线窄带载波通信频段内的传导干扰隔离效果优于80dB，同时可以保持有效信号的正常通信。
[0063]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于低压电路线载波通信的传导干扰隔离电路，其特征在于，所述传导干扰隔离电路包括: 第一隔离电路、第二隔离电路以及第三隔离电路， 其中，所述第一隔离电路设置在外界供电网络与通信系统之间，所述第二隔离电路设置在所述通信系统与测试设备之间，所述第三隔离电路设置在所述测试设备的被测发射机与被测接收机之间的通信信道中， 所述第一隔离电路，包括:依次连接的断路器、用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离变压器、用于抑制测试频段同频干扰的第一线性阻抗稳定网络、漏电保护器以及空气开关， 所述第二隔离电路，包括:依次连接的第二隔离变压器、用于滤除电源噪声的第一 EMI滤波器、以及用于抑制空间耦合噪声和测试仪器传导噪声的感性磁环， 所述第三隔离电路，包括:依次设置在所述被测发射机端的第三隔离变压器、第二 EMI滤波器、与所述被测发射机连接的第二线性阻抗稳定网络，以及依次设置在所述被测接收机端的第四隔离变压器、第三EMI滤波器、与所述被测接收机连接的第三线性阻抗稳定网络，或者，依次设置在所述被测接收机端的用于将交流工频电源转换为直流电源AC-DC转换器、用于将直流电源转换回交流电源的DC-AC逆变器、以及与所述被测接收机连接的第四线性阻抗稳定网络。
2.根据权利要求1所述的传导干扰隔离电路，其特征在于，所述第三隔离电路还包括: 解耦单元，连接与所述被测发射机与所述第二线性阻抗稳定网络之间，用于滤除工频电源信号； PLC信道模拟器，与所述解耦单元连接，用于模拟信道； 耦合器，与所述的PLC信道模拟器、及所述被测接收端的供电回路连接。
3.根据权利要求1所述的传导干扰隔离电路，其特征在于，所述第一EMI滤波器包含: 差模抑制电容Cl和差模抑制电容C2，Cl、C2分别连接在L线与N线之间， 共模抑制电容C3和共模抑制电容C4，C3连接在L线与GND之间，C4连接在N线与GND之间， 共模电感LI和共模电感L2，LI串联在L线中，L2串联在N线中。
4.根据权利要求1所述的传导干扰隔离电路，其特征在于，所述第一隔离变压器、第二隔离变压器、第三隔离变压器、第四隔离变压器为相同的隔离变压器。
5.根据权利要求1所述的传导干扰隔离电路，其特征在于，所述第一线性阻抗稳定网络、第二线性阻抗稳定网络、第三线性阻抗稳定网络、第四线性阻抗稳定网络为相同的线性阻抗稳定网络。
6.根据权利要求1所述的传导干扰隔离电路，其特征在于，所述第一EMI滤波器、第二EMI滤波器、第三EMI滤波器为相同的EMI滤波器。
【文档编号】H04B3/54GK203554436SQ201320477239
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】田海亭, 袁瑞铭, 易忠林, 钟侃, 周晖, 杨晓波 申请人:国家电网公司, 冀北电力有限公司计量中心