电网通信模块 - 电力线通信

德州仪器 (TI) 的电力线通信调制解调器解决方案

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电力线通信 (PLC) 利用现有电力线基础设施,为在许多工业应用引进智能监控和控制提供了经济高效的方法。它让 PLC 成为用于智能电网应用(如智能抄表、照明控制、太阳能、插入式电动车以及家庭和楼宇中的供暖、空调和安全系统)的首选技术之一。

对这些应用实施低频窄带 PLC (LF NB PLC) 技术将提供最适合的带宽、功耗和成本要求。在窄带域(频率高达 500kHz)运行可确保数据完整性,同时可将系统成本降到最低。数据速率从 1.2kbps 到数百 kbps 不等,具体取决于现有标准。

开发高效 PLC 实施也会遇到困难。电力线本身就具有噪声,因此需要强大架构才能确保数据可靠性。此外,每种应用和工作环境都不同,需要开发人员针对各种因素优化设计。由于协议标准和调制方案多种多样,开发人员需要灵活的开发平台,以简化设计、实现对环境条件的优化、遵守当地法规的同时可轻松调整以满足不断发展的标准。

电力线通信调制解调器系统的调制信号首先进入接收器级或有源带通滤波器,其中为滤波器选择的运算放大器应该提供低噪声、低谐波失真和低输入偏置(如 TI 的 OPA365 或 OPA353 中所示)。使用可编程增益放大器 (PGA)(如 PGA112)调节接收信号时,可实现宽动态范围和优化信号处理。它需要足够快速准确地连接至模数转换器的输入,以便正确转换为数字形式供处理。这可通过 F28235 Delfino™ 或 F2802x/03x Piccolo™ 微处理器(可升级 C2000™ 32 位微处理器 (MCU) 系列的成员)的片上 12 位 ADC 来实现。12 位 ADC 的工作频率高达 12.5MSPS,且还包含触发机制,用于支持多频和相位采样(二次采样和保持功能)。C2000™ MCU 系列让开发人员可在同一硬件上支持多种调制,因此无需重新设计调制解调器来支持不同的调制或标准。这使得 C2000™ 32 位 MCU 系列成为用于电力线通信实施的智能且灵活的平台。

已处理的信号将由用于驱动高输出电流的 PLC 发送器级传回电网。使用低至 150ps 的 C2000 ePWM 支持占空比分辨率可进行控制,以便对谐波进行更多的控制并减少采样输出延迟。必须仔细设计发送器级,以便从 MCU 接收数字信号、对这些信号进行滤波以消除能带发射以及驱动 AC 电力线的低阻抗。OPA564 是 24V、1.5A、17MHz 的功率运算放大器,能够满足 PLC 线路驱动器的严格要求。将 AFE031(高度集成的 PLC 模拟前端)与 C20000TM 相结合时,可进一步改善集成、提升性能和降低成本。AFE031 将发送滤波器、功率放大器、接收滤波器和 PGA 集成在专为 PLC 设计的可编程集成电路中。

产生的调制解调器 MCU + AFE 可通过其中一个 C2000TM 串行接口选项(包括 CAN、I2C、LIN、SPI 或 UART)直接与外部系统(有线和无线应用)进行通信。

TI PLC 软件通过 plcSUITE 库提供,让开发人员可以在一个独特设计中支持多种调制和标准。开发人员可实施 SFSK IEC61334、PRIME 和 G3 标准,将 FlexOFDM 用于定制 OFDM 实施,还可以针对未来的标准进行升级。

从电源管理角度来看,PLC 模块可采用现有系统直流轨的电源或直接采用用于通信的主 AC 电源。如果是主 AC 电源,则需要对美国的 115V、60Hz 滤波 (或欧洲和亚洲的 230V、50Hz)进行滤波,并为 MCU、AFE 和各种支持组件将其转换为隔离 DC 电源。UCC28600 或 UCC28610 绿色环保模式反向控制器最适用于提供隔离 12V 或 15V 直流轨,以便直接用于功率放大器和连接至 DCDC 模块(如 PTH08080W)或降压转换器(如 TPS54231),从而提供低电压 (5V) PLC 系统轨。如果添加线性稳压器(如 TPS79533 LDO),则可通过低功率组件(如 MCU、PGA、运算放大器、USB 收发器和任何其它数字或模拟组件)提供实用的低噪声 3.3V 电压轨。

应用手册和用户指南

应用手册 (1)

标题 摘要 类型 大小 (KB) 日期 查看次数 下载最新英文版本
HTM 8 KB 2011年 11月 3日 549

产品公告和白皮书

白皮书 (3)

标题 摘要 类型 大小 (MB) 日期 查看次数 下载最新英文版本
PDF 423 KB 2016年 6月 12日 0 下载英文版本
PDF 1.86 MB 2011年 4月 5日 0 下载英文版本
PDF 1.71 MB 2011年 4月 5日 0 下载英文版本 (Rev.A)

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