电子去耦阻抗制造技术

一种有源去耦设备，用于在确定的频带中稳定电力线上的阻抗。本发明专利技术的去耦设备电感地耦合到电源线，并且包括变压器，该变压器具有可连接到电源线的初级绕组和在负荷网络上闭合的次级绕组。在本申请中，本发明专利技术用于使智能仪表与负载阻抗的变化解耦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子去耦阻抗
本专利技术涉及电子有源阻抗，该电子有源阻抗可用于使电线路上的设备（以下命名为“受害者设备”）与线路本身上或者网络侧上或负载侧上可能出现的阻抗去耦。本专利技术可适用于在确定的频率范围内不能容忍网络上的阻抗太低的几种设备，例如有源滤波器。一种特殊的应用情况是“智能”电仪表设备的应用情况，它记录电能消耗并通过电源线调制解调器将信息传达给供电商。
技术介绍
能量计量的自动读取在本领域中是已知的，并且依赖于几种数据传输技术。在电仪表中，通常将电源线通信信号注入在相线和零线之间，即以差分模式。信号的幅度可能约为10V峰值或更低，典型频率范围是35kHz至500kHz。适用于本专利技术的电源线通信频带分配如下：在欧洲35kHz至91kHz（CENELECA频带的一部分）在欧洲98kHz至122kHz（CENELECB频带的一部分）在日本155kHz至403kHz（ARIB频带的一部分）在美国155kHz至487kHz（FCC频带的一部分）。这些设备的问题是信号被在电源线上存在的负载阻抗衰减。当负载阻抗太低（例如低于1欧姆）时，信号会衰减到严重低的水平，并且通信可能会失败。此外，网络上的负载在信令频带中产生干扰和虚假信号（spurioussignal），这可能导致传输错误。已知的是，在智能仪表的下游在其和负载之间引入扼流圈网络或另一无源衰减网络，以产生一个电感，在50/60Hz处不阻塞电源电流的情况下，该电感限制在35kHz以及以上的信号衰减。扼流圈必须足够大以避免饱和，并且必然会引入功率损耗。以上情况不限于智能仪表，而是无论何时需要将电网络上的设备与其阻抗的变化在确定的频带中隔离的情况下它都会发生，正如对于与已知的无源解决方案相比例如在更小的封装中和具有更低成本的有源EMI滤波器可能是这种情况。
技术实现思路
本专利技术提出了一种用于在预定频带中稳定受害者设备下游的线路阻抗的改进的解决方案。在使用情况下，受害者设备是在上述频带中传输的PLC调制解调器或智能仪表。通过具有第一独立权利要求的特征的有源去耦阻抗，本专利技术克服了已知技术的限制。本专利技术提出了一种具有像电流变压器这样的变压器的有源阻抗，该变压器具有在电源线上可连接的初级绕组（primary），并且其次级绕组（secondary）由有源负荷电路（activeburdencircuit）加载。有源负荷电路被布置为在电源频率处呈现低阻抗，并且在目标频带中呈现较高阻抗。另一个优点是变压器和负荷与电源线电隔离。幸亏本专利技术的特征，由于低的负荷值，所以包含了在电源频率下的电压降，使得包含了磁化通量并且小的铁芯足以防止饱和。同时，目标频带中的负荷阻抗较高，使得从变压器的初级侧看到的阻抗成比例地变大，并且信号不会衰减。本专利技术的设备的尺寸可以设计成在目标频带中引入额外的阻抗，并且以这种方式，与负载无关地防止过度衰减。该阻抗本质上优选地是电阻性的，并且其幅度可以高于5欧姆，或者超过10欧姆。在实际实现中，可获得约50-100欧姆的值。从属权利要求涉及可选的有利特征，包括根据上述标准可以是从35kHz至500kHz的目标频带；以及一种有利的有源结构，其具有放大器或单位增益缓冲器，以响应于高通滤波器的输出，在目标频带中抵消流入负荷网络的电流；包括一系列阻抗的负荷网络。负荷网络和高通滤波器的尺寸被设计，使得在电源频率下，放大器的输出电流基本为零，而在目标频带内，负荷网络不从变压器汲取任何电流。附图说明借助于以示例的方式给出并通过附图图示的实施例的描述，将更好地理解本专利技术，其中：图1以简化的表示示出了包括本专利技术的有源阻抗的智能仪表装置（smartmeterinstallation）。图2a和2b示出了用于受害者设备的传输通道的简化模型，该受害者设备需要保护免受分别为负载阻抗和网络阻抗的变化。图3是本专利技术的设备的等效电路，该等效电路包括变压器和负荷负载。图4a和4b分别是在电源频率上、在目标频带上本专利技术的线路阻抗的得到的等效电路。图5示意性地示出了具有环形类型电流变压器的实施例。图6a和6b示出了本专利技术设备的开环电压控制的电压源实施例。图7a和7b示出了闭环电流控制的实施例。图8示出了开环电压控制的电流源实施例。图9示出了用于开环电压控制实施例的有源负荷的电路实现。图10是在智能仪表的电源和信令频带中得到的阻抗的图。图11示出了闭环电压控制的实施例。具体实施方式图1示出了包括本专利技术的去耦阻抗的智能仪表装置。区域30代表消费者的电气装置（electricalinstallation），其中多个负载连接到来自配电变压器（未示出）的次级电源线35，并且还可以服务于其他消费者。放置在入口处的智能仪表40记录累积的电气消耗，并将其经由plc调制解调器45和数据集中器47传送到供电商的服务器60。消耗信息例如用于计费和用于控制网络。从服务器到仪表的双向通信也是可能的。放置在仪表40和负载32之间的电子去耦阻抗20防止线路阻抗被负载阻抗拉低，并且避免了通信信号的衰减，并减轻来自在介绍中提及的负载的噪声发射器的影响。应当理解，就本专利技术的目的而言，是要使电网络上的设备与网络上的阻抗变化解耦，其用途不限于智能仪表，而是可以扩展到许多情况，其中必需保护设备（称为“受害者设备”）免受网络上阻抗变化。因此，图1中所示的使用情况不是穷举的，并且本专利技术可以用于解耦任何受害者设备40，而与plc通信接口的存在无关。可以保护受害者设备免受负载侧（如图2a中）上以及网络侧（如图2b中）上的阻抗波动。图5示出了如何将本专利技术的去耦设备电感地耦合到在受害者设备40和负载32之间的电源线。本专利技术的有源去耦阻抗包括变压器，具有可连接至电源线的初级绕组以及在负荷网络29上闭合的次级绕组。有利地，变压器可以是具有实心环铁芯25的电流变压器，其中可以插入电源线电缆或总线，使得初级绕组中的螺旋数目为。以这种方式，如图3中所示，可以在不切断电源线的情况下安装本专利技术的有源去耦阻抗。其他可能的布置包括分裂铁芯变压器，该分裂铁芯变压器可以在不打开它的情况下夹在电源线上，以及另一方面具有绕线式初级绕组的变压器。在下面的描述中，我们考虑变压器模型，其中所有值称为初级侧。变压器模型通常会包括其中考虑匝数比的理想变压器。为了简单起见，假设本说明书中的变压器具有1：1的匝数比。在大多数实际使用情况下，变压器将具有初级绕组为1匝，以及在次级绕组上为多匝。电源线看到负荷网络的阻抗被匝数比的平方缩放：：本说明书中也忽略了虚假分量，例如杂散电感、绕组电阻和杂散电容。针对适当的电路操作，与其它电路阻抗参数相比，这些分量在操作频带内的阻抗应保持较小。变压器耦合系数k应该足够接近1。在这种情况下，杂散电感比其他电感值相比将小。电压信噪比图2a是其中插入了受害者设备的电源线的表示。受害者设备可以是如图1中的智能仪表、有源EMC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源去耦阻抗（20），包括：/n在受害者设备（40）与电负载（32）之间的变压器（25），其具有在电源线（35）上可连接的初级绕组；以及负荷网络（29），其连接到所述变压器（25）的次级绕组，其中所述负荷网络被布置为以电源频率在电源线上产生第一阻抗，以及在高于电源频率的预定频带中产生绝对值大于第一阻抗的绝对值的第二阻抗。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181203 EP 18209935.81.一种有源去耦阻抗（20），包括：
在受害者设备（40）与电负载（32）之间的变压器（25），其具有在电源线（35）上可连接的初级绕组；以及负荷网络（29），其连接到所述变压器（25）的次级绕组，其中所述负荷网络被布置为以电源频率在电源线上产生第一阻抗，以及在高于电源频率的预定频带中产生绝对值大于第一阻抗的绝对值的第二阻抗。


2.根据前述权利要求所述的有源去耦阻抗（20），其中，所述变压器（25）是电流变压器。


3.根据前述权利要求所述的有源去耦阻抗（20），其中，所述预定频带被包括在以下间隔的任何一个中：35kHz至91kHz；98kHz至122kHz;155kHz至403kHz;155kHz至487kHz。


4.根据前述权利要求中任一个所述的有源去耦阻抗（20），在预定频带中在所述电源线上看到的所述阻抗具有绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·图克尔，张天祎，R·根奇，
申请(专利权)人：沙夫纳EMV股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH