一种直流电力线载波通讯系统的制作方法

本实用新型涉及电力线载波通讯技术领域，更具体地说，涉及一种直流电力线载波通讯系统。

背景技术：

直流电力线载波通讯是指利用现有的直流电力线，通过载波方式将数字信号进行传输的技术。其最大的特点是不需要另行架设网络，只要有直流电力线，就能进行数据传输。

如何提高通讯信号(即高频载波信号)的传输效率，一直是电力线载波通讯技术发展中的热点和难点问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种直流电力线载波通讯系统，以提高高频载波信号的传输效率。

一种直流电力线载波通讯系统，包括多个直流电力线载波通讯模块，每个直流电力线载波通讯模块都包括收发单元和耦合单元；

所述收发单元包括调制电路和解调电路；

所述耦合单元包括LC并联谐振网络、隔直电容、耦合变压器、电阻和开关，其中：

所述电阻与所述开关串联后再并联在所述耦合变压器一侧的绕组上；

所述绕组并联在所述调制电路的输出侧和所述解调电路的输入侧；

所述开关在所述耦合单元发送高频载波信号时断开，接收高频载波信号时闭合；

所述耦合变压器另一侧的绕组串联所述隔直电容后再接入所述LC并联谐振网络；

所述LC并联谐振网络中的电感接入直流电力线；

所述LC并联谐振网络的Q值不低于第一预设值，并且所述LC并联谐振网络的谐振点在载波频率处。

一种直流电力线载波通讯系统，包括多个直流电力线载波通讯模块，每个直流电力线载波通讯模块都包括收发单元和传输单元；

所述收发单元包括调制电路和解调电路；

所述传输单元包括LC并联谐振网络、隔直电容、电阻和开关，其中：

所述电阻与所述开关串联后再并联在所述调制电路的输出侧以及所述解调电路的输入侧；

所述开关在所述传输单元发送高频载波信号时断开，接收高频载波信号时闭合；

所述电阻与所述开关构成的串联结构在串联所述隔直电容后再接入所述LC并联谐振网络；

所述LC并联谐振网络中的电感接入直流电力线；

所述LC并联谐振网络的Q值不低于第一预设值，并且所述LC并联谐振网络的谐振点在载波频率处。

可选的，所述直流电力线载波通讯系统还包括：第一旁路单元，用于旁路直流电力线载波通讯回路中在载波频段阻抗超过第二预设值的电源或用电设备。

其中，所述第一旁路单元为电容或LC串联谐振网络；

所述LC串联谐振网络的Q值不低于第四预设值，并且所述LC串联谐振网络的谐振点在载波频率处。

可选的，所述直流电力线载波通讯系统还包括：第二旁路单元，用于旁路直流电力线载波通讯回路中在载波频段阻抗变化值超过第三预设值的电源或用电设备。

其中，所述第二旁路单元为电容或LC串联谐振网络；

所述LC串联谐振网络的Q值不低于第四预设值，并且所述LC串联谐振网络的谐振点在载波频率处。

其中，所述开关为MOSFET、IGBT、模拟开关、继电器或三极管。

其中，所述电阻为一个独立的电阻元件，或者为多个电阻元件的串并联组合。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型在发送通讯信号时，断开开关，由于高Q值的LC并联谐振网络在载波频段处的等效阻抗很大，所以调制电路输出的高频载波信号基本上将全部叠加到直流功率信号上。在接收通讯信号时，只要电阻的阻值选的很小，就可以在闭合开关后将耦合变压器一侧等效阻抗钳位为所述电阻阻值，远远小于LC并联谐振网络的阻抗，所以直流电力线上传输来的高频载波信号基本上将全部被送入调制电路中完成解调，而且所述电阻阻值很小所以也不会产生很大的功率损耗。可见，本实用新型提高了高频载波信号的发送/接收效率。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种直流电力线载波通讯系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种直流电力线载波通讯模块结构示意图；

图3为图2所示直流电力线载波通讯模块发送通讯信号时的信号流向示意图；

图4为图2所示直流电力线载波通讯模块接收通讯信号时的信号流向示意图；

图5为本实用新型实施例公开的又一种直流电力线载波通讯系统结构示意图；

图6为本实用新型实施例公开的又一种直流电力线载波通讯模块结构示意图。

具体实施方式

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做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。

本实用新型实施例公开了一种直流电力线载波通讯系统，所述直流电力线载波通讯系统可以应用在由多个电源模块串联而成的电源系统中，也可以应用在由多个用电设备串联而成的用电系统中，也可以应用在其他类型的多模块系统中，并不局限。

所述直流电力线载波通讯系统包括多个直流电力线载波通讯模块(以下简称为PLC模块)，以所述直流电力线载波通讯系统应用在由多个电源模块串联而成的电源系统为例，则在布设各PLC模块时，可以为每一个电源模块分别配置一个PLC模块(如图1所示)，也可以让每两个电源模块共用一个PLC模块，也可以为采用其他模块数量合理匹配关系，并不局限。

如图2所示，每个PLC模块都包括一个收发单元和一个耦合单元。所述收发单元包括调制电路100和解调电路200。所述耦合单元包括LC并联谐振网络300、隔直电容Ci、耦合变压器T、电阻Re和开关K；

电阻Re与开关K串联后再并联在耦合变压器T一侧(以下简称A侧)的绕组上；

所述绕组并联在调制电路100的输出侧和解调电路200的输入侧；

开关K在所述耦合单元发送高频载波信号时断开，接收高频载波信号时闭合；

耦合变压器T另一侧(以下简称B侧)的绕组串联隔直电容Ci后再接入LC并联谐振网络300(Ci可以是两个元件，对称设置在耦合变压器T的B侧 绕组的两端，如图2所示；或者，Ci也可以是一个元件，设置在耦合变压器T的B侧绕组的任意一端)；

LC并联谐振网络300中的电感L接入直流电力线；

LC并联谐振网络300的Q值(即品质因数)不低于第一预设值，并且LC并联谐振网络300的谐振点在载波频率处。

所述PLC模块的工作原理如下：

由于隔直电容Ci对直流功率信号起到完全的阻碍作用，而电感L相对于直流功率信号的阻抗为零，所以直流电力线中的直流功率信号无法通过耦合变压器T形成回路，而是全部通过电感L形成回路。也就是说，所述PLC模块的存在，并不会影响直流电力线中直流功率信号的正常传输。

所述PLC模块在需要发送通讯信号时，断开开关K，此时：由调制电路100将原始信号进行调制后得到高频载波信号，全部施加到耦合变压器T的A侧绕组上，由耦合变压器T将所述高频载波信号耦合到B侧；由于满足高Q值、谐振点在载波频率处两项要求的LC并联谐振网络300，对所述高频载波信号的阻抗很大，因此所述高频载波信号基本上将全部叠加到直流电力线中的直流功率信号上。也就是说，如图3所示，用I_TXD表示所述高频载波信号，则I_TXD经过隔直电容Ci后分流，一路流到直流电力线中形成回路，记为I_loop，另一路经LC并联谐振网络300形成回路，记为I_lc；由于LC并联谐振网络300对I_TXD的阻抗很大，所以I_loop远大于I_lc，I_loop与I_TXD近乎相等。可见，本实施例保证了高频载波信号较高的发送效率。

所述PLC模块在需要接收通讯信号时，闭合开关K，此时：由于电阻Re的阻值一般选取的很小，所以耦合变压器T的A侧绕组并联电阻Re后的总阻抗会被钳位为近乎等于电阻Re的水平，远远小于LC并联谐振网络300的阻抗，所以直流电力线上传输来的高频载波信号I_loop基本上全部经过隔直电容Ci、耦合变压器T被接收进来，由电阻Re还原为电压信号后再送入调制电路200中完成解调。也就是说，如图4所示，直流电力线上传输来的高频载波信号I_loop进入耦合电路后分流，一路流经LC并联谐振网络300，记为I_lc'，另一路流经隔直电容C_i、耦合变压器T、电阻Re、开关K，记为I_RXD，两路分流 交汇后从耦合电路另一侧流出至直流电力线上；由于LC并联谐振网络300的阻抗远远大于Re，所以I_loop能够尽可能多的流进I_RXD支路，即I_RXD远大于I_lc'，保证了I_RXD的值尽量大。可见，本实施例保证了高频载波信号较高的接收效率。

而且，所述PLC模块在接收通讯信号时，LC并联谐振网络300还能起到选频作用，即，将载波频段的通讯信号接收进来、同时滤除其它频段的杂波，因而还省去了额外设置滤波电路的成本。

此外，如图5所示，本实施例还可以为直流电力线载波通讯系统设置第一旁路单元400，用于旁路直流电力线载波通讯回路中在载波频段阻抗超过第二预设值(视为波频段阻抗过高)的电源或用电设备，以消除其在载波频段上的阻抗对载波通讯造成影响，进一步提高高频载波信号的通讯效率。

此外，仍参见图5，本实施例还可以为直流电力线载波通讯系统设置第二旁路单元500，用于旁路直流电力线载波通讯回路中在载波频段阻抗变化值超过第三预设值(视为波频段阻抗变化值过高)的电源或用电设备，以消除其在载波频段上发生阻抗振荡波动现象而对载波通讯造成影响，进一步提高高频载波信号的通讯效率。

其中，旁路单元400和旁路单元500可以采用电容，也可以采用LC串联谐振网络；当采用LC串联谐振网络时，所述LC串联谐振网络的Q值不低于第四预设值，并且所述LC串联谐振网络的谐振点在载波频率处。总之，使得旁路单元400和旁路单元500在载波频率处的阻抗远小于被其旁路的电源或用电设备即可。

其中，开关K作为一个可控开关，可以选择常用的开关管，如MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、模拟开关、继电器或三极管等，并不局限。

其中，电阻Re可以采用一个独立的电阻元件，也可以采用多个电阻元件的串并联组合，并不局限。

LC并联谐振网络300中的电感L可以采用一个独立的电感元件，也可以采用多个电感元件的串并联组合；LC并联谐振网络300中的电容C可以采用一个独立的电容元件，也可以采用多个电容元件的串并联组合。

此外需要说明的是，在以上公开的任一种直流电力线载波通讯系统中，耦合变压器T起到信号隔离的作用，能够提高系统抗干扰能力。在对抗干扰能力要求不高的场合，也可以舍去耦合变压器T得到一种新型的直流电力线载波通讯系统，舍去耦合变压器T后的耦合单元称为传输单元。具体描述如下：

所述新型的直流电力线载波通讯系统包括多个PLC模块，如图6所示，每个PLC模块都包括一个收发单元和一个传输单元；

所述收发单元包括调制电路100和解调电路200；

所述传输单元包括LC并联谐振网络300、隔直电容Ci、电阻Re和开关K，其中：

电阻Re与开关K串联后再并联在调制电路100的输出侧以及解调电路200的输入侧；

开关K在所述传输单元发送高频载波信号时断开，接收高频载波信号时闭合；

电阻Re与开关K构成的串联结构在串联隔直电容Ci后再接入LC并联谐振网络300；

LC并联谐振网络300中的电感L接入直流电力线；

LC并联谐振网络300的Q值不低于第一预设值，并且LC并联谐振网络300的谐振点在载波频率处。

综上所述，本实施例在发送通讯信号时，断开开关K，由于高Q值的LC并联谐振网络在载波频段处对高频载波信号的等效阻抗很大，所以调制电路100输出的高频载波信号基本上将全部叠加到直流功率信号上。在接收通讯信号时，只要电阻Re的阻值选的很小，就可以在闭合开关K后将耦合变压器T一侧等效阻抗钳位为近乎等于Re的水平，远远小于LC并联谐振网络300的阻抗，所以直流电力线上传输来的高频载波信号基本上将全部被送入调制电路200中完成解调，而且Re很小所以也不会产生很大的功率损耗。可见，本实施例提高了高频载波信号的发送/接收效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。