電力線載波通信電磁兼容技術(shù)問題分析

1、電力線載波通信電磁兼容技術(shù)問題分析電力線通信技術(shù)目前發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已經(jīng)進入初 步應(yīng)用階段。plc系統(tǒng)充分利用電力系統(tǒng)的廣泛線路資源， 通過ofdm等技術(shù)可以在同一電力線不同帶寬的信道上傳輸 數(shù)據(jù)。但是由于電力線傳輸?shù)臒o屏蔽性，電網(wǎng)的穩(wěn)定性比 傳統(tǒng)的通信網(wǎng)差得多，使得電力線通信線路的電磁環(huán)境極 為復(fù)雜，這就給電力線通信系統(tǒng)提出了更高的電磁兼容要 求，電磁兼容技術(shù)也成了實現(xiàn)電力線通信所需的關(guān)鍵技術(shù) 之一。本文在深入分析了電力線通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾的 主要原因的基礎(chǔ)上，對emi濾波電路進行了設(shè)計研究，并 通過實驗驗證了該濾波網(wǎng)絡(luò)對于抑制電力線載波通信emi 的可行性。1電力線載波通信電磁兼容問題

2、分析1 . 1電磁兼容分析模型一個電子系統(tǒng)如果能與其他電子系統(tǒng)相兼容的工作， 也就是不產(chǎn)生干擾又能忍受外界的干擾則稱為該電子系統(tǒng) 與區(qū)環(huán)境電磁兼容。對于一般的電磁兼容問題的基本分析 模型如圖1所示。對于plc系統(tǒng)來說，干擾源要整體考慮。不僅包括pl c設(shè)備，而且要考慮當信號加到電力線上時，由于電力線是 一種非屏蔽的線路，有可能作為發(fā)射天線對無線通信和廣 播產(chǎn)生不利影響。此外還要考慮多種plc設(shè)備間的相互影 響。p lc的耦合途徑是非常復(fù)雜的，是不同的途徑相互作 用的結(jié)果?？傮w上分為兩種，一種是空間的輻射，對應(yīng)的 被干擾設(shè)備是無線通信和廣播信號；另一種是沿電力線的 傳導(dǎo)騷擾，主要造成對電能質(zhì)量的

3、影響。因此plc系統(tǒng)的 電磁兼容問題涉及多個p lc系統(tǒng)的共存，以及與無線網(wǎng)絡(luò) 的共存等。1. 2plc系統(tǒng)電磁干擾產(chǎn)生機理由于電力線的特性和結(jié)構(gòu)是按照輸送電能的損失最小 并保證安全可靠地傳輸?shù)皖l(50hz)電流來設(shè)計的，不具備 電信網(wǎng)的對稱性、均勻性，因而基本上不具備通信網(wǎng)所必 須具備的通信線路電氣特性。而pl c系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干 擾問題正是由于電力線的這種對地不對稱性產(chǎn)生的。電力線產(chǎn)生干擾的機理有兩種(如圖2), 種是電力線 中的信號電流id(差模電流)回路產(chǎn)生的差模干擾，另一種 是電力線上的共模電流ic產(chǎn)生的共模干擾。差模電流大小 相等方向相反，因此一般近似認為由其產(chǎn)生的電磁場相互 抵

4、消。而共模電流的方向是一致的，其產(chǎn)生的電磁場相互 疊加，所以電力線的干擾主要來自共模干擾。1. 3改善plc系統(tǒng)電磁兼容性的主要措施(1)充分利用或改善plc系統(tǒng)電力線的對稱性p lc系統(tǒng)的輻射強度取決于plc網(wǎng)絡(luò)或其電纜的對稱 性。高度對稱線路的特征是異模電流與共模電流的比值很 大，故輻射非常小?？梢赃x擇對稱性好的導(dǎo)線，例如4芯 電纜，但此法不適用于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，而且成本較高。(2 )減小plc系統(tǒng)中高頻信號的功率譜密度減小plc信號的功率譜密度(psd)能降低輻射電平，但 不影響總的發(fā)送功率。因此，plc系統(tǒng)適宜采用寬帶調(diào)制技 術(shù)，但其擴頻效率受電力線低通特性的限制。(3) 合理選擇調(diào)制技術(shù)o

5、f dm是一種高效的調(diào)制技術(shù)，其基本原理是將發(fā)送的 數(shù)據(jù)流分散到許多個子載波上，使各子載波的信號速率大 為降低，從而提高抗多徑和抗衰落能力。(4) 合理設(shè)計emi濾波網(wǎng)絡(luò)將濾波器安裝在緊鄰變壓器和緊鄰家庭用戶的連接點 上，或者直接在電力線調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部引入濾波器。這樣 既可以保持plc信號的異模傳播，又可以阻止plc信號進 入輻射效率高的導(dǎo)線或其他附接設(shè)備。本文將主要對emi濾 波網(wǎng)絡(luò)進行研究設(shè)計。2濾波電路設(shè)計基于以上對于電力線通信電磁兼容性的分析，可以在 電力線通信系統(tǒng)的收端接一個e mi濾波器，用以抑制系統(tǒng) 所產(chǎn)生的共模干擾。由于兩根電力線不可能完全重合，也 就是說差模電流所產(chǎn)生的電磁場

6、不能完全抵消，所以在設(shè) 計濾波電路時，也應(yīng)考慮到差模干擾的抑制。emi濾波電路基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3中，差模抑制電容為c1和c2,共模抑制電容為c3和c4,共模電感為l,并將共模電感纏繞在鐵氧體磁芯 圓環(huán)上，構(gòu)成共模扼流圈。共模扼流圈對于共模信號呈現(xiàn) 出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏 電感幾乎不起作用。由于干擾信號有差模和共模兩種，因 此濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。其基本原理為:(1) 利用電容通高頻隔低頻的特性，將電源正極，電源 負極高頻干擾電流導(dǎo)入地線(共模)，或?qū)㈦娫凑龢O高頻干 擾電流導(dǎo)入電源負極(差模)。(2) 利用電感線圈的阻抗特性，將高頻干擾電流反射

7、回 干擾源。3實驗結(jié)果在圖3濾波電路中取差模電容cl, c2為7 ooopf,共 模電容c3, c4為0. 01 511 f,共模扼流圈磁芯采用鐳一鋅 鐵氧體，每路繞30匝，電感量為3. 7mho3. 1emi濾波網(wǎng)絡(luò)濾波性能仿真圖4為干擾噪聲隨頻率關(guān)系的模擬仿真，由此可見干 擾信號的頻率越高，則干擾信號通過該濾波網(wǎng)絡(luò)后衰減越 大。共模干擾的頻率一般在2mhz以上，所以說該濾波電路 能對共模干擾起到良好的抑制作用。3. 2emi濾波網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果分析當采用輸入為24v,輸出為12v ,功率為25w的開關(guān)電 源模擬輸入信號時，用帶寬為20mhz的示波器測得濾波前 后信號紋波分別為50mv和5mv0由此可見該濾波網(wǎng)絡(luò)對干 擾信號衰減了 20db,良好地抑制了電路中所產(chǎn)生的干擾噪 聲。4結(jié)語電力線通信技術(shù)作為一種強有力的手段，有著雄厚的 發(fā)展基礎(chǔ)和廣闊的市場，應(yīng)有其使用和生存的發(fā)展環(huán)境和 空間。但是，低壓電力線并不是專門用來傳輸通信數(shù)據(jù)的, 它的拓撲結(jié)構(gòu)和物理特性都與傳統(tǒng)的通信傳輸介質(zhì)（如雙絞 線、同軸電纜、光纖等）不同。它在傳輸通信信號時信道特 性相當復(fù)雜，負載多、噪聲干擾強、信道衰減大，通信環(huán) 境相當惡劣。目前還有很多亟待解決的問題，例如