DC 应用的电力线通信实施

（等式 2）

其中：

c = C6 = 22 μF（图 3）

图 3：输入耦合级电路

假设给定接收器节点的负载阻抗和在发送器节点上看到的一样，大约为 30Ohm。在新增多个节点时，由于负载是阻抗的并联组合，因此可降低该负载阻抗。例如，如果系统中有九个节点，就可计算通过一个发送器节点可以看到的总体负载阻抗，如等式 2 所示。

下面以两种情况为例。一种情况是：一个发送器（主）节点和四个接收器（从）节点。另一种情况是：一个主节点和九个从节点。根据等式 2 的计算，源阻抗要求会随从节点数量的变化而变化。

● 9 个（接收器）+ 1 个（发送器）= 10 个 PLC 节点，负载阻抗 = 30/10 = 3 Ohms；

● 4 个（接收器）+ 1 个（发送器）= 5 个 PLC 节点，负载阻抗 = 30/5 = 6 Ohms

图 4：一个发送器、没有接收器的测试结果

图 5：1 个发送器和 4 个接收器的测试结果

如图 4、图 5 所示，随着从节点的增多，调制信号的幅度有明显变化。在前面的设置中，DC 线路是以探针方式与示波器连接的（AC 耦合）。按下 PLC 节点上的一个外部开关，即可触发示波器，随后生成一个 PLC 通信猝发。

（2）任何电源开关的PLC滤波

DC PLC设计过程中的另一个挑战是PLC节点必须使用DC电源才能生成本地电压（15V、3.3V）并调制相同的DC电源。如果不采用适当的滤波技术，在这种情况下DC/DC开关电源就会对PLC调制造成干扰。

图6：电源滤波电路

如图6所示，低通滤波器可将PLC调制信号从开关稳压器中分开。低通滤波器的Fc可根据PLC调制占用的频带进行计算。由于PLC Lite占用42KHz到90KHz，因此在L=360μH（180μH + 180μH）和C=1μF时，该低通滤波器的Fc就为：

（3）可靠AC耦合的电力线耦合保护电路

APLC模拟前端（AFE）会受DC电源浪涌的影响。因此必须设计AC耦合级，PLC节点才能在恶劣环境中可靠工作。

图7：第一级AC耦合

图8：第二级AC耦合

为确保整体系统可靠性，DC线路不直接AC耦合至AFE器件。该线路会经过两级AC耦合流程（图7、图8）。在第一级中，DC线路先AC耦合至一个有TVS保护的中间级，这样可针对43.5A的浪涌峰值电流将电压浪涌限制在9.2V.在该级中共模偏向接地。在第二级AC耦合中，数据在7.5V DC偏置电压下AC耦合至AFE器件。

参考设计

DC（额定24V）电力线通信（PLC）参考设计旨在作为评估板帮助用户为工业应用开发最终产品，充分利用该功能在同一DC电力线上实现电力传输与通信。该参考设计能够以极小（大约1英寸的直径）的工业尺寸为主从节点的硬件及固件设计提供完整的设计指南。设计文件包括原理图、材料清单、布局图、Altium文件、光绘文件、带应用层的完整软件套件以及简单易用的图形用户界面（GUI）。

应用层不仅支持从节点，而且还支持主机处理器（比如PC或Sitara ARM MPU）的通信（图9）。主机处理器只通过USB-UART接口与主节点通信。主节点随后通过PLC与从节点通信。评估板（EVM）也提供简单易用的GUI（图10），其不仅通过主机处理器运行，而且还提供地址管理以及从节点状态监控及用户控制功能。

参考设计针对每个从节点的源阻抗进行了优化，我们可将多个从设备连接至主设备。模拟前端（AFE）已经添加了保护电路，能够可靠AC耦合至24V线路。该参考设计的布局根据AFE031大电流线迹的布局要求进行了优化。

图9：参考设计的系统方框图

图10：GUI工具截图

结论

在本文中，我们回顾了窄带DC电力线PLC是各种工业应用联网的有效工具的原因所在。该方案可充分发挥AC电力线应用的PLC在现有智能电网部署中的成功使用优势。支持PLC的各种工作条件都需要高灵活软硬件解决方案。此外，DC电力线的连接也需要精心的设计考量，以确保系统能够稳健地扩展至多个网络节点。

为解决设计挑战，帮助系统设计人员将DC电力线PLC成功运用于自己的应用，TI推出了一款基于TI模拟前端AFE031及C2000微控制器[2]的DC PLC参考设计[1].该参考设计配套提供完整系列的硬件设计文件、MCU固件、基于GUI的应用软件以及极为详尽的实验室测试结果文档。设计人员可轻松评估该平台，有效构建自己的最终应用。

参考资料

1.《DC电力线通信（PLC）参考设计》，德州仪器

2.下载AFE031和TMS320F28035的产品说明书。