一種基于電力線載波通信的負載功率檢測電路*

易平波 潘建生 葉云輝 劉志英

(96421部隊司令部1) 寶雞 721012)(南京工業大學城市建設與安全環境學院2) 南京 210009)

1 引言

基于電力線載波通信的城市燈飾控制系統中,控制終端負載能力是一個重要的研究參數。以燈飾控制為例,基于意法半導體公司電力載波通信芯片ST7540開發的某載波數傳模塊,其負載能力通常為1200W,當超出這一值時會給系統帶來較強的干擾,誤碼大大增加,導致通信不可靠,因此如何設計一個負載功率檢測電路,用以檢測負載功率大小并對負載功率進行工作區間限定,對于保證控制系統正常工作起著至關重要的作用。現有檢測方法多是基于過零檢測理論,利用過零檢測芯片、反相器和一些與非門組成電路,設計器件多、電路復雜,且功能單一,不適合推廣使用[1～4]。本文介紹一種較為簡單實用的檢測電路。

2 電路原理及結構

本設計采用的檢測電路,其原理主要是:負載引起的電流變化,通過線性互感器和后續整流處理,經低通濾波,由PIC單片機對電壓值進行編碼檢測,完成測量參數的計算和處理。

電路結構圖如圖1所示,主要包括整流互感、電流電壓轉換、π濾波和電壓檢測四部分[5～6]。

3 電路參數設計

某基于意法半導體公司電力載波通信芯片ST7540開發的載波數傳模塊的負載能力閾值為1200W,根據系統需求,結合實際,本設計以1000W負載能力為設計目標。前面提到,本設計的檢測電路,主要基于線性互感器和后續整流處理,經低通濾波后,通過PIC單片機對電壓值進行檢測,完成測量參數的計算和處理。其具體工作原理是:負載端負載功率大小變化會導致線路電流的變化(P=UI),經線性電感可以感應出的與之線性變化的電流值,對感應電流值通過測量電阻轉換為電壓進行測量,由線性關系,即可得到相應負載端功率的大小值[5]。

圖1 負載功率檢測電路原理圖

本檢測電路設計核心在于R1值的確定。不妨設帶負載后交流線路上的電流為I,經線性互感整流后的電流I為線性關系,即通過R1的電流為k I(k為常數),則R1上的電壓值為k IR1。因此,根據設計思路,當負載端為設計目標閾值1000W時,測試端即R1上的電壓值具有最大值,且由于單片機的測試能力為0～5V,此時對應單片機檢測值應為5V,其它單片機檢測值分別線性對應某負載功率值,通過單片機控制程序把編碼值和檢測值對應判斷,即可完成功率檢測全過程。需通過實驗數據,選擇合適的R1值,以把感應電流轉換為0～5V區間的電壓值,以滿足上述設計思路。為測定合理的參數值,根據試驗經驗,不妨設R1=2k,其它參數參考π濾波電路有關資料。

4 實驗數據分析及結論

根據設計的電路,搭建試驗模塊,R1=2k時對應不同負載功率得到測試數據如下表前兩項,據試驗數據,當960W 負載時,檢測電壓約 2.15V,由于其線性關系,應擴大至5V左右,有R1=2k*5/2.4≈4.65k,結合實際,可取R1=4.7k,重新測試得到數據如表1后兩項[5]。

分析測試數據,可發現如下規律:

1)同一模塊同一R1值條件下,測試電壓值和負載功率值成線性關系。

2)不同一模塊同一R1值條件下,同一負載功率下測試電壓值基本一致。

3)同一模塊不同R1值條件下,同一負載功率下測試電壓值比值與R1比值基本一致。

4)不同一模塊不同R1值條件下,同一負載功率下測試電壓值比值與R1比值基本一致。

5)R1=4.7k,負載功率約1000W 時,測試電壓值小于5V。

6)所有線性關系中,與理論值存在一定的誤差,但能滿足現實需求。

表1 用于確定R1值的實驗數據

上述規律是此電路設計原理的反應,表明在工程誤差允許范圍內,電路設計值達到預期設計要求,設計有效可行。工程實踐證明,本設計電路成本低、簡單、有效,結合單片機檢測和控制處理,能有效在燈飾控制中發揮作用,具有廣泛應用的良好前景。

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