一种基于直流供电线的耦合模块及耦合方法技术

本发明专利技术涉及了一种基于直流供电线的耦合模块及耦合方法，所述耦合模块(100)将载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块(100)与分离模块(200)之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号，所述偏置共模直流载波信号包括正直流载波信号和负直流载波信号。本发明专利技术将载波通信信号和稳定载波电流通过耦合模块进行耦合并生成高信噪比的带有载波通信信号的载波电流。信噪比的带有载波通信信号的载波电流。信噪比的带有载波通信信号的载波电流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于直流供电线的耦合模块及耦合方法
[0001]本专利技术是申请日为2019年12月6日，申请号为201911247356.4，专利技术名称为一种基于直流供电线的用于通信的总线系统，申请类型为专利技术的分案申请。


[0002]本专利技术涉及载波通信
，尤其涉及一种基于直流供电线的耦合模块及耦合方法。

技术介绍

[0003]电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。
[0004]电力线载波通信(power line carrier communication)以输电线路为载波通信信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设3条以上的导体(一般有三相良导体及一或两根架空地线)，所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波通信信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。
[0005]电力线通信技术(Power Line Communication)出现于20世纪20年代初期。它是利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种手段。应用电力线通信方式发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，再经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。信号频带峰峰值电压一般不超过10V，因此不会对电力线路造成不良影响。
[0006]电力线载波通信与一般架空线载波通信的不同点是：在同一电网内可用的频谱范围自8kHz～500kHz，只能开通有限的通道，如每个单向通道需占用标准频带4kHz，则该频带不能重复使用，否则将产生严重的串音干扰。故一般电力线载波设备均采用单路单边带体制，每条通道双向占用2
×
4kHz带宽，总共61条电路。如果需要开更多电路，则必须采取加装电网高频分割滤波器的隔离措施。
[0007]电力线载波通信分为交流载波通信和直流载波通信，其中交流载波通信技术较成熟、应用较广泛，但直流载波通信的应用受到技术的成熟度和实现的复杂度在市面上还没有大范围的应用。
[0008]在小型化或电磁环境复杂的环境中，例如：在卫星内，不适合使用无线通讯手段，并且电磁环境复杂，目前常用的通讯手段为使用交流载波装置、同轴线缆和射频线信号载波传输中的一种或多种，但是以上通讯手段中由于寄生参数复杂，负载情况不明或会产生动态变化，无法提供可靠的匹配方案。而直流载波通信则能够有效地克服以上环境问题。
[0009]但是目前直流载波通信仍存在多种技术问题：
[0010]1、现有直流载波通信中，受限于载波调制的方式导致载波通信速率较低；
[0011]2、现有直流载波通信中，载波通信适应的直流输电电压范围较小；
[0012]3、现有直流载波通信中，载波耦合方式较复杂且对直流输电线供电功率及电压范围有限制；
[0013]4、由于受到用电负荷的影响，电源能实际上具有动态响应，进而造成直流电流中叠加了交流电流的成分，进而在用电载荷发生变化时会产生纹波。纹波(ripple)是直流稳定电路中由于负载变化而在直流成分中产生交流成分。纹波的成分较为复杂。该纹波是一种频率较高的谐波或者宽度较窄的脉冲波，进而在与高频通讯信号耦合时对通讯信号造成干扰，而不利于信号的解调。
[0014]综上所述，直流载波通信在载波通信方面具有极高的应用前景，如果能够克服其受谐波干扰等问题，能够预料在载波通信方面的应用会得到很大发展。此外，直流载波通信在天文物理研究方面也具有广阔的应用前景，能够在小型化或电磁环境复杂(不适合无线)的环境中，例如卫星内，将信号利用既有的12V或5V直流供电线在内部模块间进行低噪声信号传输。
[0015]中国专利(公开号为CN1077431A)公开了一种基于差分耦合的低压直流载波通信电路，包括依次连接的差分信号耦合电路、差分信号收发芯片和微处理芯片；差分信号耦合电路与直流输电线连接，差分信号耦合电路与直流输电线之间并联宽输入降压DC
‑
DC模块。该专利还公开了一种基于差分耦合的低压直流载波通信电路的实现方法。该专利具有结构简单、造价便宜、低压直流载波数据通信、载波通信电压范围宽、耦合方式简易、抗干扰能力强、通信稳定、通信速率快、通信带载节点数多、通信距离长等特点。
[0016]该专利的发送方案存在较大的噪声问题，在该专利的电路中，该专利中的DC
‑
DC转换器的滤波电容将吸收大部分有用载波通信信号，从而带来大量的开关噪声。并且其DC
‑
DC转换器的输出端对应的是D+端差分信号耦合电容，地线对应的是D
‑
端差分信号耦合电容，DC
‑
DC转换器本身没有输出地信号的参考，具有一定的安全缺陷。
[0017]中国专利(公开号为CN109120307A)公开了一种电力线载波通信系统及其带通匹配耦合器，所述系统包括发送端、接收装置和电力线端；所述发送端和或接收装置与电力线端之间连接有带通匹配耦合器；所述带通匹配耦合器包括：耦合电路：用于耦合和带通滤波；阻抗匹配电路：用于实现发送端和或接收装置与电力线端之间的阻抗匹配，以实现最大信号功率传输。耦合电路是一个带通滤波器，当与阻抗匹配电路结合使用时，它被升级为一个经济紧凑的耦合器。该专利提供的带通匹配耦合器可用于取代直流电力线通信中的耦合变压器，以确保在直流电力线通信过程中具有更加精确的阻抗匹配。本专利技术的带通匹配耦合器尺寸小，造价低，适合大面积推广使用，为直流电力线通信中阻抗匹配的设计提供了重要思路。
[0018]中国专利(公开号为CN102811073B)公开了一种使用直流载波的传送装置及使用直流载波的接收装置，使用直流载波的传送装置包含一微控制器单元、一传送端通讯电路单元、一感抗单元、一隔离直流单元及一直流电源与信号输出端。该微控制器单元用以接收一信息信号；该传送端通讯电路单元用以将该信息信号转换成一通讯信号；该感抗单元用以接收一直流电源；该隔离直流单元用以避免该直流电源影响该传送端通讯电路单元；该直流电源与信号输出端用以发送该直流电源及该通讯信号至一电线。该专利还揭示一种使用直流载波的接收装置。该专利可用一电线同时传送(接收)直流电源及通讯信号，以节省人工成本及电线成本。
[0019]该专利为了实现较高信噪比的传输，传送段通讯电路处电压的峰值较高，但是感抗单元和电路电源供应单元正极接入的直流电源需要小于30V，使5V等电源跳动持续纹波远大于10％，对后级电路的电路稳定性和EMC非常不利，仅靠感抗模块和附加储能滤波电容模块难以处理干净容易导致工作不稳定。而其感抗单元在输出电流很大时，隔离效果将大打折扣，其电源端将吸收载波通信信号并给载波通信信号引入噪声。
[0020]公开号为CN105049087B公开的一种基于非互联直流线路的电力载波系统。其用于解决在非互联直流电力线间实现电力载波的技术问题。其包括多个互联的直流线路；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直流供电线的耦合模块，其特征在于，所述耦合模块(100)将载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块(100)与分离模块(200)之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号，所述偏置共模直流载波信号包括正直流载波信号和负直流载波信号。2.根据权利要求1所述的基于直流供电线的耦合模块，其特征在于，耦合模块(100)的负荷信息流通过载波通信信号发生源(300)进行差分并生成载波通信信号，载波通信信号和稳定载波电流通过耦合模块(100)进行耦合并生成高信噪比的带有载波通信信号的载波电流。3.根据权利要求2所述的基于直流供电线的耦合模块，其特征在于，所述耦合模块(100)被配置为：将载波电流的直流电压转换为偏置共模电压并生成带有正载波通信信号的第一载波电流和带有负载波通信信号的第二载波电流，第一载波电流通过第一直流供电线传输至分离模块(200)，第二载波电流通过第二直流供电线传输至分离模块(200)。4.根据权利要求3所述的基于直流供电线的耦合模块，其特征在于，所述分离模块(200)被配置为：所述分离模块(200)按照将载波通信信号和直流电信号分离的方式对所述直流载波信号进行分离，其中，直流载波信号经载波通信信号接收源(400)整合以生成负荷信息流，直流电信号按照依次经过第二阻抗转换模块(1000)和第二感抗隔离模块(1100)的方式传输至用电端(1200)，所述第二阻抗转换模块(500)能够按照对直流电信号形成带阻的方式对直流电信号进行初次隔离，并通过所述第二感抗隔离模块(600)对所述直流电信号进行二次隔离，从而能够防止所述用电端(1200)接收到的直流电信号中掺杂有载波通信信号。5.根据权利要求3所述的基于直流供电线的耦合模块，其特征在于，所述载波通信信号发生源(300)被配置为：对负荷信息流按照能够生成载波通信信号和负载波通信信号的方式进行差分生成所述载波通信信号，由于所述耦合模块(100)与所述分离模块(200)之间能够通过零电平参考线电性连接，从而正载波通信信号和所述负载波通信信号能够关于零参考电平对称生成。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘义，杨峰，任维佳，向晓霞，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：