一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路、开关面板的制作方法

1.本实用新型涉及电力载波领域，具体指有一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路。


背景技术：

2.电力载波通讯即plc，是电力系统特有的通信方式，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。其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。plc调制解调模块的成本也远低于无线模块。智能家居系统为完成对电器设备的控制和监测需要铺设专门的通信线路，常见的有rs485和can总线等，而直接采用plc实现通信线路和动力线路并线的方式可以大幅节约布线成本。plc－iot使用的频段范围在0.7－12mhz，属于中频带plc技术，该频段噪声低且相对稳定，信道质量好，有利于终端数据的传输，可以完全解决无线信号覆盖不到的问题，目前已在智能配电网和抄表领域已得到广泛应用。
3.目前市面上常见的电力载波信号耦合电路的组成框图如图1所示，其工作的电源输入都需要零线和火线两根线，而且plc信号也是耦合到零火线间进行传输通讯，但是目前很多用户家中如单开单控的开关面板仅有一根火线进，一根火线出，不满足plc设备的使用要求，严重阻碍了plc设备的普及。
4.针对上述的现有技术存在的问题设计一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路是本实用新型研究的目的。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型在于提供一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路，能够有效解决上述现有技术存在的问题。
6.本实用新型的技术方案是：
7.一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路，包括：
8.隔离变压器，市电火线进线、所述隔离变压器的输入端、市电火线出线依次连接形成回路；
9.市电耦合电感，所述市电耦合电感用于阻碍数据信号、导通市电；
10.继电器，并联连接于所述市电耦合电感的两端，所述继电器闭合时可禁用所述市电耦合电感，所述继电器断开时可启用所述市电耦合电感；
11.控制系统，分别连接至所述继电器、市电火线输入端，用于控制所述继电器导通或断开，以及在市电火线输入端进行收发数据。
12.进一步地，所述继电器为单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器包含常闭触点、常开触点、公共端、控制端，所述隔离变压器的输出端分别连接至所述常闭触点、常开触点，所述公共端连接至市电火线进线，所述公共端用于根据控制端的控制信号切换至常闭触点或常开触点；
13.当所述公共端切换至所述常闭触点时可禁用所述市电耦合电感，当所述公共端切换至所述常开触点时可启用所述市电耦合电感。
14.进一步地，所述隔离变压器的输出端分别设置有第一安规电容和第二安规电容。
15.进一步地，所述市电耦合电感的阻抗大于100倍隔离变压器的阻抗。
16.进一步地，包含过零采样模块，所述过零采样模块用于采集市电交流波形并在市电过零的时间点发出第一控制信号至所述控制系统；
17.所述控制系统根据所述第一控制信号控制所述继电器闭合。
18.进一步地，所述电力载波信号耦合电路、负载依次连接形成回路，当负载处于开启状态，所述控制系统控制所述继电器在所述第一控制信号后的第一时间段内闭合。
19.进一步地，所述第一时间段为市电过零点后到
±
180v－
±
200v的时间段。
20.进一步提供一种基于单火线供电的电力载波开关面板，包含所述的一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路。
21.本实用新型的优点：
22.本实用新型提供了一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路，可以实现单火线电力载波通信，只需要单根火线进出即可实现plc通信。
23.本实用新型在打开用电器工作时，控制负载的开关处于闭合，此时控制 k1配合工作，当市电电压较低时，负载断开，单刀双掷继电器k1打在端口 4；当市电电压较高时，控制负载开关的mos管闭合，单刀双掷继电器k1打在端口5，形成回路2，此时不传输plc信号，市电不用通过市电耦合电感 l2，避免了市电耦合电感l2因大电流发烫甚至过载等问题。
24.利用时序协调了继电器的开合，不仅成功实现了单根火线面板原位替换有线方式进行通讯，也可以减小用电器电路的影响，大幅提高通讯成功率，降低发热量。
附图说明
25.图1为现有零火plc通信的功能框架示意图。
26.图2为本技术提供的单火线供电的电力载波信号耦合电路图。
27.图3为本技术提供的单火线供电的电力载波信号耦合电路的连接示意图。
具体实施方式
28.为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本实用新型的结构作进一步详细描述：
29.实施例一
30.参考图2，一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路，包括：
31.隔离变压器t2，市电火线进线、所述隔离变压器t2的输入端、市电火线出线依次连接形成回路；
32.本实施例中，隔离变压器t2主要是将plc信号从市电火线上传输的强电中耦合到芯片端口(rx)或是将芯片端口的信号加载到强电上(tx)，为现有技术的直接采用。
33.市电耦合电感l2，所述市电耦合电感l2用于阻碍数据信号、导通市电；
34.由于只有单根火线进出，故与零火供电的店里载波技术不同的是，本实施例采用了单根线耦合plc信号的方式。信号耦合模块包括隔离变压器t2，隔离变压器t2耦合到市电
火线，安规电容c29、c30分别设置于隔离变压器 t2的5、8端口，市电耦合电感l2设置于安规电容c29、c30之间。在市电耦合电感l2的作用下，可以阻碍高频信号通过，同时为频率50hz的市电提供回路，避免损坏后端电路。
35.继电器k1，并联连接于所述市电耦合电感l2的两端，所述继电器k1闭合时可禁用所述市电耦合电感l2，所述继电器k1断开时可启用所述市电耦合电感l2；
36.所述市电耦合电感并联有继电器，当负载处于关闭状态，所述继电器断开，使信号耦合模块的火线输入端、市电耦合电感、信号耦合模块的火线输出端形成第一回路；当负载处于开启状态，所述继电器可以导通，使信号耦合模块的火线输入端、信号耦合模块的火线输出端形成第二回路。
37.控制系统，分别连接至所述继电器、市电火线输入端，用于控制所述继电器导通或断开，以及在市电火线输入端进行收发数据。
38.进一步地，所述继电器为单刀双掷继电器k1，所述单刀双掷继电器k1 包含常闭触点、常开触点、公共端、控制端，所述隔离变压器的输出端分别连接至所述常闭触点、常开触点，所述公共端连接至市电火线进线，所述公共端用于根据控制端的控制信号切换至常闭触点或常开触点；
39.当所述公共端切换至所述常闭触点时可禁用所述市电耦合电感，当所述公共端切换至所述常开触点时可启用所述市电耦合电感。
40.进一步地，所述隔离变压器的输出端分别设置有第一安规电容和第二安规电容。
41.本实施例采用的继电器k1是一个单刀双掷继电器，其中k1的4端口是常闭触点，5端口是常开触点，3端口是公共端，1端口和2端口是继电器输入控制信号，6端口只是焊接固定的管脚，无电气信号。如图2所示，继电器k1的端口4连接到第一安规电容c29，继电器k1的端口5连接到第二安规电容c30，继电器k1的端口1和端口2连接到相应的控制电路用于接收控制信号，端口3连接到市电火线输入端。当单刀双掷继电器打在端口4时，相当于断开市电耦合电感l2之间的继电器断开，当单刀双掷继电器打在端口5时，相当于断开市电耦合电感l2之间的继电器闭合。
42.考虑到用负载工作时，若没有在所述市电耦合电感并联有继电器，负载的电流包含了市电和数据信号，市电和数据信号都会经过电感，长期使用会导致市电耦合电感l2严重发热甚至损坏，故增加继电器连接于市电耦合电感 l2的两端，用于在负载正常工作时切换电流回路，减轻发热现象，同时可以大幅减小电感的体积或尺寸，极大提高标称带载功率。
43.具体为，在用负载处于关闭状态时，控制负载的开关处于断开，单刀双掷继电器k1打在端口4，市电与plc弱电信号从lint进入，形成回路1，强电信号为经k1的端口4到市电耦合电感l2从l1出，而plc弱电信号则经 c29－t2后输出。
44.进一步地，所述市电耦合电感的阻抗大于100倍隔离变压器的阻抗。
45.市电耦合电感l2感量应该取10mh以上。针对plc最低通讯频率0.5mhz 下，则l2＝10mh电感阻抗为z
l2
＝2πfl2＝j31.415kω，若电容c29和c30都取100nf，且隔离变压器t2感量l1＝100uh，则总阻抗z＝1/2πfc
29
+1/2πfc
30
+ j2πfl1＝－j3.18－j3.18+j314.15＝j0.307kω，可以得到zl2＞＞z且在回路内满足 z
l1
＞＞z
c29
＞＞z
c30
，本实施例采用的所述市电耦合电感的阻抗大于100倍隔离变压器的阻抗，具体为104倍左右，保证了plc信号可靠
地与芯片端耦合。并且，本实施例为了提高电压增益，还可以进一步提高市电耦合电感l2感量值，也就是说市电耦合电感l2感量值超过100倍后，超过的倍数越高其电压增益越高。
46.进一步地，包含过零采样模块，所述过零采样模块用于采集市电交流波形并在市电过零的时间点发出第一控制信号至所述控制系统；
47.所述控制系统根据所述第一控制信号控制所述继电器闭合。
48.过零采样模块通过追踪交流电的电压变化过程，在交流电压经过零的时刻输出信号。例如可以通过分压电阻将交流信号衰减至比较器正端输入，当交流输入超过零基准电压时，过零检测电路会改变比较器的输出状态。
49.进一步地，所述电力载波信号耦合电路、负载依次连接形成回路，当负载处于开启状态，所述控制系统控制所述继电器在所述第一控制信号后的第一时间段内闭合。
50.进一步地，所述第一时间段为市电过零点后到
±
180v－
±
200v的时间段。
51.所述第一时间段为市电过零点后到
±
180v～
±
200v的时间段，收到所述第一控制信号后，也就是市电过零点的时刻，本实施例中，所述第一时间段为市电过零点后到
±
180v～
±
200v的时间段，由于市电在一个正弦波周期内包含两个零点，所以第一时间段在一个正弦波周期内也对应有两个，其中一个是市电过零点后到+180v～+200v的时间段，另一个是市电过零点后到－180v－－200v的时间段。在第一时间段内，市电处于低压状态，也就是说市电的绝对值在0～180－200之间。
52.在打开用电器工作时，控制负载的开关处于闭合，此时控制k1配合工作，当市电电压较低时，负载断开，单刀双掷继电器k1打在端口4；当市电电压较高时，控制负载开关的mos管闭合，单刀双掷继电器k1打在端口5，形成回路2，此时不传输plc信号，而用电器大负载电流经过k1直接从l1出，市电不用通过市电耦合电感l2，避免了市电耦合电感l2因大电流发烫甚至过载等问题。
53.进一步提供一种基于单火线供电的电力载波开关面板，包含所述的一种基于单火线供电的电力载波信号耦合电路。
54.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本实用新型的涵盖范围。