一种基于高频逆变电源传输通道的信号传输装置的制作方法

本实用新型涉及辅具技术领域，具体的说是一种基于高频逆变电源传输通道的信号传输装置。

背景技术：

在特殊场合的电源输送中，如工业现场、井下钻探、高压设备等，在需要供电的同时，还需要从外部传输控制指令至现场设备，此时就需要单独铺设通信线缆，增加了工作量的同时，还增加了铺设成本。

现有技术是往往通过分别铺设电源传输线缆和输出传输线缆实现电源和命令的传输，这种方案下，往往在受到空间限制，不易于铺设多条线缆，其次在长距离传输时，会增加成本的同时，增大了工作量。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于高频逆变电源传输通道的信号传输装置。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于高频逆变电源传输通道的信号传输装置，在中控室中包括中央控制台、直流电源、高频载波发生器、模拟开关、编码器、全桥逆变电路、信号发射线圈和主耦合线圈；所述中央控制台连接编码器和全桥逆变电路，用于产生待传输控制指令数据和两路互补相位差相差180度的PWM信号：第一脉冲信号和第二脉冲信号，所述待传输控制指令数据和第一脉冲信号输出至编码器，所述第一脉冲信号和第二脉冲信号输出至全桥逆变电路；所述编码器通过模拟开关连接高频载波发生器，所述模拟开关连接信号发射线圈。所述信号发射线圈连接全桥逆变电路和主耦合线圈；

在现场设备中包括全桥整流电路、电源滤波电路、若干个接收耦合线圈及其一一对应连接的滤波与解码电路；所述若干个接收耦合线圈串联连接，并与所述主耦合线圈串联；所述末位的接收耦合线圈连接全桥整流电路，所述全桥整流电路连接电源滤波电路。

所述中央控制台采用嵌入式工控机或嵌入式微处理器。

所述直流电源的供电电压量值根据现场设备设定。

所述高频载波发生器采用DDS数字芯片或模拟高频信号发生电路。

所述模拟开关采用ADG419模拟电压信号的集成芯片。

所述编码器用于驱动模拟开关。

所述接收耦合线圈电压满足大于0.8V且小于5V，所述主耦合线圈电压大于N*接收耦合线圈电压+2，N为接收耦合线圈的节点数。

本实用新型具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型利用电源传输通道实现控制室向现场控制设备传输控制指令，简化了采用电源和信号分离通道的铺设形式，节约了成本，提高了系统施工效率。

2、本实用新型节约现场设备所需的专用通信线缆或其他通信传输介质，成本低，系统简单，无需复杂的通信系统或通信协议。

附图说明

图1为本实用新型总体原理框图；

图2为本实用新型的高频载波与逆变输出电压加载关系图。

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，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实用新型整体原理框图如下图1所示，主要功能是中控室为现场设备提供电源和控制指令数据。在中控室方面主要包括控制台、直流电源、高频载波发生器、模拟开关、编码器、全桥逆变电路、信号发射线圈、主耦合线圈。主控制台产生待传输控制指令数据，为数字0和1电平组成，传输至编码器中，脉冲信号1和脉冲信号2位两路互补相位差相差180度的PWM信号，采用其中一路为编码器触发对控制指令数据编码，编码原理是通过脉冲信号高电平时触发编码器传输1bit控制指令数据，编码器进而通过驱动模拟开关对高频正弦载波进行键控调制，即1电平选择正弦载波，0电平切断正弦载波；模拟开关导通后，实现了高频载波加载信号发射线圈，因此携带有控制指令数据的高频载波信号通过信号发射线圈耦合在电源传输通道。脉冲信号1和脉冲信号2是驱动全桥逆变电路的PWM信号，全桥逆变实现了直流电源到高频方波电压的转换，通过整体原理可以看出，信号的加载方式是通过电源方波电压的半个周期内进行传输的，假设正弦载波频率为f，电源逆变工作频率为F，要实现较好的电源半波携在高频载波就要求，正弦载波频率f＞4F，实际工作时，逆变频率可选择10kHz，高频载波频率可选择100kHz以上，也不易选择过高载波，选择过高载波频率将会增加信号在线圈上的传输损耗。高频载波与高频逆变电源电压的加载关系如图2所示，高频载波是每过半个电源逆变周期才加载1次，整个传输方案的数据传输速率为电源逆变频率的一半，为F/2bit/s。

现场设备主要包括现场用电设备、全桥整流电路、电源滤波、信号接收线圈节点(可包括多个接收单元，接收耦合线圈1、接收耦合线圈2…)、滤波与解码单元等。其中，现场设备侧在从主耦合线圈或变压设备接收到中控制室的电源和信号，其强度大小主要由中控室传输能力、主耦合线圈或变压设备的传输比决定。全桥整流、电源滤波主要完成高频逆变电压的整流与稳压，进而供给现场用电设备，接收耦合线圈主要实现从电源传输通道与回路中耦合出小部分电源和载波电压，然后通过滤波、隔直、高频检波、整形比较等过程解调恢复出原始控制指令数据，并有现场控制设备实现命令的解析与执行。

中央控制台可采用嵌入式工控机、嵌入式微处理器等均可；直流电源为原始供电设备，具体电压量值可根据现场设备进行设定；高频载波发生器可采用DDS数字芯片、模拟高频信号发生电路均可；模拟开关可采用ADG419等可通过模拟电压信号的集成芯片；编码器可采用类似于FPGA等可编程逻辑器件、逻辑组合电路等，脉冲信号1触发，编码器此时进行控制指令数据的采集，实际上，编码器有脉冲信号触发后，对控制指令数据进行0或1数据采集，编码后，驱动模拟选择开关；全桥逆变电路、全桥整流电路的器件选型设计需要依据传输功率大小进行选择，该部分电路具有成熟设计；电源滤波电路可根据电容、电感等组成滤波电路，相关电路设计较为成熟；解码电路主要是要恢复原始信号，可采用检波电路+比较电路进行解码恢复为数字信号，该过程与通信系统中ASK解码过程类似；主耦合线圈与接收耦合线圈之间限定关系可通过传输电压关系来计算调整，要求接收线圈电压V2应该为满足＞0.8V，＜5V，该电压范围是需要根据整个回路分压主耦合线圈的设定要求能满足现场设备电压的供电需求V1，但其电压应该满足节点数V1>N*V2+2，以保证电能传输和信号传输能满足供电和信号解码的电压需求。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。