低压电力线载波通信的接口电路设计

一、前言

　　电力线通信，简称PLC（Power Line CommunicatiON），是以电力网作为信道进行载波通信的一种有线通信方式。电力线载波通信与其他通信方式相比，能充分利用现有的电力线资源，即利用电力线进行通信，实现信息的传输。因而，电力线通信具有很好的开发前景和应用价值。

　　最近,英国在电力线媒介开发方面取得了突破性进展,用户可通过电力线进入Internet网,它从简单的数据传输提高到了网络联接。法国已推出了电力线调制解调器集成电路,使住宅智能化产品向市场化方向进一步推进。电力线通信目前在欧洲（德国、英国、瑞典等）发展得较快。德国与英国是目前世界上唯一制定电力线通信规则的国家［２］。中国电力系统已组建国电通信中心，并向信息产业部正式申请了牌照。国家电力公司计划在2015年建成全国统一的联合电力网通信系统，其前景极其可观。

　　但是，低压电力线是一种通信环境非常恶劣的信道，有许多问题有待进一步研究［３］。低压电力线传送着220　V/50　Hz的电能，在低压电力线上并接了许多不同阻抗的用电器。低压电力线的这一固有特点，给低压电力线通信带来了很大的困难［４］。因此，低压电力线通信必须首先解决以下两个难题：

　　（1）电力网50　Hz的工频信号不能给载波通信系统带来太大的干扰；同时，考虑到整个通信系统的安全，必须进行强电隔离；
　　（2）低压电力线上并接的所有用电器的“统计载波阻抗”要高，以确保较高的载波信号加载效率。

　　上述问题，正是低压电力线通信的接口技术问题，下面从这两方面介绍其设计原理和实现方法。

二、接口电路的模型

　　根据低压电力线通信接口技术的要求：一方面，必须进行强电隔离；另一方面，要确保较高的载波信号加载效率。为此，必须采用“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合技术”，其接口电路模型如图1所示。

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该电路的关键物理量是2个回路中的电流i1(t)和i２（t)。由基尔霍夫第二定律可得出该电路的数学模型：

　　对（1）式，通过不同的处理将得到不同的数学模型。对图1所示的双RLC耦合回路进行去耦处理，得到２个独立的RLC串联回路。对（1）式求导，则可得到二元二阶方程组：

　　（2）式同时含有2个未知函数i１(t)和i２（t)的二阶导数，不便直接求解。
　　若将RLC串联回路表示成二元一阶方程，则由２个RLC回路便可得到四元一阶方程组：

　　该方程组含有４个未知数：i１(t)，i２（t)，，。其定解条件，直接由电路的初始储能情况给出，当无初始储能时，为齐次初始条件，即：

设所有电路元件都是非时变性元件，则所对应的常系数线性一阶常微分方程组，可转化成线性代数方程组进行求解。