一种基于铁路轨旁设备监测的电力载波耦合电路的制作方法

本实用新型涉及电力载波领域，尤其是涉及一种基于铁路轨旁设备监测的电力载波耦合电路。

背景技术：

目前电力载波在民用领域应用较多，主要应用在电力抄表、路灯检测及光伏发电监控等项目，并且技术已日趋成熟。但在铁路领域应用较少，尚属起步阶段，没有现成方案可作参考。由于铁路应用环境条件苛刻，安全性、可靠性要求较高等原因，民用电力载波设备无法满足铁路的要求，需根据铁路的实际需求进行设计。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题提供一种基于铁路轨旁设备监测的电力载波耦合电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于铁路轨旁设备监测的电力载波耦合电路，用于实现采集分机与电力线的信号传输，所述电路包括隔离耦合单元、限幅电路和陷波滤波器，所述隔离耦合单元的第一端通过调制电路与采集分机的输出端连接，第二端与限幅电路的输入端连接，第三端与电力线连接，所述陷波滤波器的输入端与限幅电路的输出端连接，输出端通过解码电路与采集分机的输入端连接。

所述隔离耦合单元包括隔离变压器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第三电容，所述第一电容与第一电阻并联后分别与隔离变压器的第三连接脚和电力线连接，所述第二电容与第二电阻并联后分别与隔离变压器的第四连接脚和电力线连接，所述第三电容分别与隔离变压器的第一连接脚、限幅电路和调制电路连接，所述隔离变压器的第二连接脚接地。

所述限幅电路包括第一二极管、第二二极管、第四电容和第三电阻，所述第四电容与第三电阻串联后分别与陷波滤波器和隔离耦合单元连接，所述第一二极管与第二二极管反相并联后分别与陷波滤波器和地连接。

所述陷波滤波器包括色环电感和第五电容，所述第五电容与色环电感串联，串联后的两端分别与解码电路和地连接。

所述电力载波耦合电路还包括ESD保护电路，所述ESD保护电路分别与调制电路和隔离耦合单元的第一端连接。

所述ESD保护电路包括第一快速二极管、第二快速二极管、第一电感、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管和第三二极管，所述第一快速二极管和第二快速二极管反相串联后，中间连接点分别与第一电感和隔离耦合单元连接，两端分别与外接电源和地连接，所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管反相串联后，中间连接点与第一电感连接，两端分别与外接电源和地连接，所述第三二极管的两端分别与隔离耦合单元和地连接。

所述电力载波耦合电路还包括防雷组合单元，所述防雷组合单元分别与隔离耦合单元和电力线连接。

所述防雷组合单元包括压敏电阻和放电管，所述压敏电阻与放电管串联后与隔离耦合单元并联。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型提出的电力载波耦合电路，通过隔离耦合单元、限幅电路和陷波滤波器的配合，可以实现采集分机与电力线之间的信号耦合传输，隔离耦合单元作为中间的传输电路，可以将采集分机的输出信号传输至电力线，也可以将电力线上传输的信号通过限幅电路与陷波滤波器传输至采集分机，同时实现了电力线与采集分机的完全的电气隔离，保证了在信号发送与接收的安全性。

(2)隔离耦合单元的核心器件为隔离变压器，通过隔离变压器配合电容进行耦合作用，实现电力载波信号的发送与接收，由于隔离变压器的频响特点，对工频及高频噪声都具有一定的衰减作用，因此本实用新型提出的电路可以过滤电力线上的噪声，实现对载波信号的净化。

(3)限幅电路的设置，一方面可以减小对载波信号的消耗，同时通过第一二极管和第二二极管的限幅，可以使得输入至解码电路芯片的信号符合芯片的输入条件，也避免过高幅度的信号对芯片造成损坏，提高了安全性。

(4)陷波滤波器的设置，可以对载波信号上叠加的高频成分进行过滤，降低信号的噪声。

(5)电力载波耦合电路还设置有ESD保护电路，可以对电路构成细保护，用来对静电及尖脉冲进行钳位与泄放，从而保护了整个电路的安全。

(6)电力载波耦合电路还设有防雷组合单元，使得电路具有一定的防雷击保护能力，保护电路尽量避免雷击的破坏。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为本实用新型的电路示意图；

其中，1为陷波滤波器，2为限幅电路，3为ESD保护电路，4为隔离耦合单元，5为防雷组合单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种基于铁路轨旁设备监测的电力载波耦合电路，用于实现采集分机与电力线的信号传输，该电路包括隔离耦合单元4、限幅电路2和陷波滤波器1，隔离耦合单元4的第一端通过调制电路与采集分机的输出端连接，第二端与限幅电路2的输入端连接，第三端与电力线连接，陷波滤波器1的输入端与限幅电路2的输出端连接，输出端通过解码电路与采集分机的输入端连接。

其中，隔离耦合单元4包括隔离变压器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第三电容，第一电容与第一电阻并联后分别与隔离变压器的第三连接脚和电力线连接，第二电容与第二电阻并联后分别与隔离变压器的第四连接脚和电力线连接，第三电容分别与隔离变压器的第一连接脚、限幅电路2和调制电路连接，隔离变压器的第二连接脚接地。限幅电路2包括第一二极管、第二二极管、第四电容和第三电阻，第四电容与第三电阻串联后分别与陷波滤波器1和隔离耦合单元4连接，第一二极管与第二二极管反相并联后分别与陷波滤波器1和地连接。陷波滤波器1包括色环电感和第五电容，第五电容与色环电感串联，串联后的两端分别与解码电路和地连接。电力载波耦合电路还包括ESD保护电路3，ESD保护电路3分别与调制电路和隔离耦合单元4的第一端连接。ESD保护电路3包括第一快速二极管、第二快速二极管、第一电感、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管和第三二极管，第一快速二极管和第二快速二极管反相串联后，中间连接点分别与第一电感和隔离耦合单元4连接，两端分别与外接电源和地连接，第一肖特基二极管和第二肖特基二极管反相串联后，中间连接点与第一电感连接，两端分别与外接电源和地连接，第三二极管的两端分别与隔离耦合单元4和地连接。电力载波耦合电路还包括防雷组合单元5，防雷组合单元5分别与隔离耦合单元4和电力线连接。防雷组合单元5包括压敏电阻和放电管，压敏电阻与放电管串联后与隔离耦合单元4并联。

根据上述结构实现的电路的具体电路图如图2所示，本实施例中，隔离耦合单元4包括1个隔离变压器T1，为信号变压器，工作在频率30kHz～600kHz；1个瓷片电容C16，规格为1.5u/100V；2个安规电容C17与C18，规格为0.47u/275VAC；T1的1脚接C16，2脚接GND，3脚接C17，4脚接C18。限幅电路2，包括2个二极管V7与V8，型号为1N4148；1个瓷片电容C19，规格为1.5u/100V，1个金属膜电阻R7，规格为10K；其中C19一端接T1的1脚，另一端接R7，R7的另一端接AGC运放的输入端；2个二极管V7与V8相反极性并联后，一端接AGC运放的输入端，另一端接GND。陷波滤波器1，包括1个色环电感L4，规格3.3uH；1个瓷片电容C20，规格2200p/100V；其中L4与C20串接后一端接AGC运放的输入端，另一端接GND。ESD保护电路3，包括2个快速二极管V4、V5，型号为BAV99T；1个电感L3，规格1uH；2个肖特基二极管V2、V3，型号为B350；其中V4、V5相反极性串接后，V4负极接+24V，V5正极接GND；V2、V3相反极性串接后，V2负极接+24V，V3正极接GND；L3一端接V2正极，并连接PLC功放的输出端，L3另一端接V4的正接，再连接至C16。防雷组合单元5，包括1个压敏电阻Ru1，型号为14D471K，1个放电管G1，型号为UN2E5-470。其中Ru1与G1串联后接入输入端，即一端接C17，另一端接C18。

该电路的具体工作原理为：电容C17、C18选择0.47u/275VAC的安规电容作为信号耦合电容。由容抗Zc＝1/(2πf*c)得知，对于工频信号(50Hz)，Zc＝6.8kΩ，而对于电力载波(30kHz～600kHz)，Zc＝11Ω～0.56Ω。可见，电容C17、C18对工频信号(或直流)起到阻隔作用，而对PLC载波信号起到耦合导通作用。载波信号通过信号变压器T1的电磁耦合将信号传递至变压器另一侧，并且使输入与输出实现电气上的完全隔离。由于变压器T1按音频变压器的要求进行设计，根据变压器的频响特点，对工频及高频噪声都具有一定的衰减作用。电容C16、C19则起到通交隔直的作用，并使载波信号由此分两路走：一路由C16接入采集分机的发送电路部分，采集分机的数字控制电路将采集到的轨旁设备的端口参数变成二进制数据包，经由调制电路调制成模拟信号(如FSK、PSK等)，再经功率放大，经C16、T1等发送至电力线。其中由V2～V6组成的ESD保护电路3为电路的细保护，用来对静电及尖脉冲进行钳位与泄放，从而保护了电路芯片的安全。而另一路通过C16将电力线路送来的载波信号经R7电阻实现高阻接入，目的是要减小对载波信号的消耗。再经V7、V8进行限幅，是为了符合芯片的输入条件和防止过高幅度的信号损坏电路芯片。接入由L4、C20组成的陷波滤波器1，对载波信号上叠加的高频成分进行过滤，还原出纯净的载波信号送AGC运放后由解码电路解出数据信息。

本实施例中提出的电力载波耦合电路，通过与采集分机的多级配合，可以实现长距离的电力载波传输，具体方法为：通过设置多级采集分机，每一级采集分机与本实施例提出的电力载波耦合电路相连，在采集分机向电力线发送数据时，首先通过调制电路进行信号的调制，调制后的信号依次经由ESD保护电路3、隔离耦合单元4和防雷组合单元5传输至电力线，电力线再将该信号传输至上一级的电力载波耦合电路，采集分机将通过电力线接收到的信号依次经由防雷组合单元5、隔离耦合单元4、限幅电路2和陷波滤波器1传输，在通过解码电路解码后传输至该级的采集分机，采集分机将接收到的数据与本身采集到的数据进行融合后，再向上一级的采集分机传输，由此类推最终传输至第一级的采集分机，第一级的采集分机再通过电力载波耦合电路传输至电力线上最终输送到车站控制室的通信主机内进行数据分析；在电力线向采集分机进行控制信号的传输时，只需进行与上述过程的相反过程即可实现。