您的位置:织梦云 > 资讯 >
资讯

安捷伦电力线驱动器在窄带电力线通信中的应用

2018-08-18作者:采集侠来源:网络整理次阅读

  采用AC市电作为传输媒介的窄带通信系统有效补充了当前的宽带通信技术。传送视频影像、高保真度声音和互联网数据等要求使用宽带网络,而窄带电力线网络则适合家庭和工业领域中的简单应用。家庭领域中的应用包括自动抄表,照明控制,采暖、通风和空调(HVAC)控制,设备和警报系统遥控。在工业环境中,其应用主要是远程控制、从传感器中检索数据及路灯管理。  

  尽管各种形式的电力线承载的通信系统已经出现了几十年的时间,但家庭和商业市场的发展速度一直没有达到预期水平,其原因如下:

  • 国际规范/标准发展慢
  • 电力网络本身具有技术限制
  • 成本/经济考虑因素

  由于国际规范/标准开发速度缓慢,一般认为,为成功实现电力线通信这样的开放通信系统,必需制订规则和法则,包括通信协议,以保证每个节点都不会损坏整个网络的特点和整个系统的性能,而不管其采用何种应用或来自哪家制造商。在存在来自不同制造商的各种设备的家庭环境中,这一点尤其重要。

  幸运的是,形势已经改观。在2001年,CENELEC (欧洲电子技术标准化委员会) 出版/更新了与低压电力网络通信有关的EN50065系列法规。特别是EN50065-1涵盖了与频段和干扰限制有关的重要要求。EN50065-2-1概括了抗噪声能力要求;EN50065-4-2概括了低压解耦滤波器和安全要求,EN50065-7则描述了设备的阻抗特点。附录一中概括了CENELEC EN50065系列规范/标准。

  某些专用协议如X10, Konnex 1.0和EHS (欧洲家庭系统)也已经发展,但它们代表着某些设备的专用标准,对其它制造商没有管辖权。


图1. 严酷的AC市电信令环境

  图1显示了与配电网络有关的噪声问题。在电噪声高的情况下,收到的信号信噪比明显下降。

  低阻抗与高电噪声相结合,给普通的家庭配电网络带来了挑战。它要求保证通信网络的每个器件(从耦合接口到使用的电力线收发机类型)相结合,在任何条件下实现可靠通信。

  电力线网络的成本不仅仅是元器件和制造成本,还包括安装和配置成本,另外还有与通信节点耗电量有关的经济成本,也就是说,每个通信节点的功耗必须尽可能低,因为这些节点一直开着,随时准备从远程发射机接收命令。

  安捷伦HCPL-8100/0810高电流线路驱动器为承担这一责任提供了完美的组合。它使电力线通信网络变得更加高效可靠,因为它功耗低、简单、并符合CENELEC国际协议和标准。注意,安捷伦还提供HCPL-800J DAA (数据存取装置) IC,它为电力线调制解调器模拟前端(AFE)提供了替代方案。如需与该产品有关的更多信息,请参阅参考资料。


图2. 安捷伦HCPL-8100/0810电力线驱动器的基本组件和功能

  采用电力线作为通信媒介

  电力线传输媒介由与电力线相连的所有项目组成,包括家居配线电缆、家电布线、家电本身、操作面板和把操作面板连接到变压器上的接入电缆(火线、零线和地线)及变压器本身。由于变压器通常为一个以上的家庭服务,还必须考虑连接同一个变压器的所有家庭的负荷和布线。在美国,每个变压器大约为四个家庭服务,而在欧洲,相应数字通常是10个以上。

  电力线阻抗

  电力线阻抗变化很大,受到多个因素影响。广泛的研究数据表明,家庭AC市电的阻抗随着频率提高而提高,在100 kHz时最低可以在1.5 Ω - 8 Ω之间。EMI滤波器(除正常负荷外)似乎对阻抗的影响最大。这些EMI滤波器由安全电容器和扼流圈组成,广泛用于最新一代家用设备中,如个人电脑、冰箱、洗衣机、电视和立体声系统。对这些负荷,在150 kHz时预计信号衰减将高达50 dB,具体取决于使用的变压器和负荷大小。

  电力线载波系统在信号电压/功率电平一定时的发送范围取决于配线网络的物理配置。对连接到同一个分支电路上的通信节点,典型的插入损耗约为5 dB - 15 dB。如果发送机和接收机位于不同的电路分支中,如使用配线架分开,那么会有大约10 - 20 dB的进一步衰减。在最坏情况条件下,家庭AC市电内发送的信号的总衰减可以高达85 dB。

  EN50065规范/标准接受两种仿真市电网络,其符合CISPR 16-1:1993第11.2款测量标准。但是,在实际电力线网络上进行的测量结果表明,这些仿真网络没有精确地表示实际电力线网络中的阻抗。为更好地评估实际信令系统的性能,必须与CISPR 16-1仿真网络一起使用自适应网络。如需了解自适应网络的实际设计方法,请参阅EN50065-1附录F (2001年修订版)。

  电力线噪声

  连接到电力线承载系统连接的变压器二级装置上的设备会生成不同程度的线路噪声。噪声源包括灯光亮度调节器中使用的三端双向可控硅开关元件、马达、开关电源和荧光灯。三端双向可控硅开关生成的噪声将与50 Hz AC市电同步,表现为50 Hz的谐波。来自AC马达的噪声一般是异步的,不象三端双向可控硅开关生成的噪声那么强。

  自20世纪70年代开始,在电力线中广泛引入了两种新的噪声源:荧光灯电子镇流器和开关电源。在许多情况下,它们都有一个工作频率,或产生3 kHz - 148.5 kHz的谐波,在电力线通信频段范围内导致杂散信号的产生。

  采用HCPL-8100/0810高电流线路驱动器及电力线通信调制解调器

  安捷伦HCPL-8100/0810是一种高电流线路驱动器,适用于在低压(120/240 VAC)和中压(2 kV)接入市电上实现电力线通信。其主要功能是为电力线收发机提供足够的驱动能力。线路驱动器基于先进的0.6-µm BiCMOS制造工艺,在SO-16表面封装中提供。除线路驱动器功能外,HCPL-8100/0810具有许多内置功能,如电压不足检测、负荷检测、温度过高检测和状态输出。图2是HCPL-8100/0810简化的方框图。

  HCPL-8100/0810可以用来把发送的信号从电力线调制解调器(PLM)收发机直接耦合到电力线中,而不需通过信号变压器或光学隔离器。图3说明了怎样实现非隔离信号耦合。详细的应用信息可以参见下述网址中的产品规范

  HCPL-8100/0810可以在3.5 Vpp时为9 kHz - 450 kHz的信号频率提供高达1 App 的电流。耦合使用简单的LC网络完成,LC网络滤掉市电频率(50 Hz和谐波),为来自收发机的载波信号提供调谐的传输频带。

安捷伦电力线驱动器在窄带电力线通信中的应用 相关的内容:

关于 安捷伦电力线驱动器在窄带电力线通信中的应用 的评论