一种基于HPLC通信控制的隔离负载投切电路的制作方法

一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路
技术领域
1.本发明涉及低压电力线载波通信及特征电流发送领域，具体是指一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，是智能电网精品台区建设的关键技术，尤其涉及电力系统拓扑识别过程中特征电流发送技术。


背景技术：

2.目前电网用户信息变更频繁、电能表故障更换、精品台区升级改造等使当前的台区拓扑关系经常发生变化，现有的主流hplc载波、微功率无线等通信方式均能够实现跨台区抄表功能，这无疑给台区拓扑关系的梳理带来了更大的困难，甚至现在农网、城网台区架空线、地缆共用，台区线路复杂，不采用人工巡线配合台区断电的方式很难准确区分用户用电相位与台区变压器的隶属关系，这就导致精细化线损计算无法实现。
3.特征电流发送是台区拓扑识别技术实现的前提，传统的特征电流发送电路采用工频电压过零时刻控制开关，实现短时间内零火线短接，使电力线上瞬间产生大幅值短路电流，此类特征电流发送电路具有影响供电可靠性、无法小型化的缺点。因此基于hplc载波通信技术在国网现有hplc通信单元内集成特征电流发送电路成为拓扑识别技术亟待攻克的技术难题。
4.因此，开发一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路来解决上述技术难题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题是：提供一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，以实现在国网现有hplc通信单元内集成特征电流发送电路。
6.本发明提供一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，包括隔离驱动电源电路，功率开关管负载投切电路。隔离驱动电源电路，在为后级功率开关管提供稳定驱动电源的基础上利用三端复合热敏的特性实现电能表后残压抑制；功率开关管负载投切电路充分利用图腾柱驱动和高压功率mos特性实现隔离负反馈控制，设计功率mos栅极驱动电压和源极功率电阻，通过hplc_pwm载波投切信号利用光耦工作条件隔离控制电路负载阻抗变化，使电网中产生恒定设定规律的电流信号；
7.相对于现有技术，本发明的优点在于，在现有hplc通信技术的基础上高度集成，整个功能电路充分利用光耦工作条件、图腾电路特点，功率开关管的工作状态配合hplc_pwm控制信号产生频率、码元可配置、幅值恒定的特征电流。该电路易于实现、易集成小型化、对供电可靠性无影响、成本低廉。
附图说明
8.为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他附图，附图说明如下：
9.图1为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路实施例的电路图；
10.图2为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路负载投切时馈送到电力线上的特征电流时域波形图；
11.图3为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路负载投切时馈送到电力线上的特征电流理论仿真时域波形图；
12.图4为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路负载投切时馈送到电力线上的特征电流频谱图；
具体实施方式
13.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合本发明实施例附图对本发明实施例中的技术方案做更清楚、完整的描述，显然所描述的实施例是本发明实施例的一种，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明保护的范围。
14.图1为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路实施例的电路图，该电路包括隔离驱动电源电路、功率开关管负载投切电路。隔离驱动电源电路不仅能够对脉冲或雷击浪涌等异常场景防护而且为后级功率开关管提供稳定驱动电源；负载投切电路主要实现hplc_pwm信号隔离控制及负载投切周期内恒定电流的产生。具体地，隔离驱动电源电路一方面起整流作用，提供后级功率开关管漏极电压，另一方面综合利用三端复合热敏特性，既能对投切电路异常大电流起防护作用又能使整个电路免于脉冲或浪涌等冲击干扰所带来的损害。隔离驱动电源电路利用高压功率开关管特性设计线性稳压电路输出后级开关功率管驱动电源。负载投切电路一方面通过光耦实现强弱电隔离，同时hplc_pwm控制信号利用高通滤波特性能够有效防止软件异常动作而导致后级电路失效现象。图腾柱驱动输出极采用一个上电阻接一个npn型晶体管的集电极，此管子的发射极接下面pnp晶体管的集电极同时输出，下管的发射极接地，两管的基极分别接前级的控制。也就是上下两个输出管，从直流角度看是串联，两管连接处为输出端。上管导通下管截止输出高电平，下管导通上管截止输出低电平，如果电路逻辑可以上下两管均截止则输出为高阻态。通过图腾柱驱动提升电流驱动能力，迅速完成对于后级功率开关管门极电荷的充电或者放电的过程。
15.图2为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路负载投切时馈送到电力线上的特征电流时域波形图。hplc主芯片通过ook调制方式，控制hplc_pwm脚使能输出包含特定频率成分的码元信息，该图所示为一次特征电流发送过程示波器捕捉到的电力线上码元信息为aae9时间展开图，特征电流幅值为400ma，频率为833.33hz，占空比为1/3。
16.图3为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路负载投切时馈送到电力线上的特征电流理论仿真时域波形图。按照一定的编码规则，通过ook调制方式，生成幅值为400ma，频率为833.33hz，占空比为1/3的仿真数据，该图与图2实际示波器捕捉到的时域波形保持一致，验证方案可行性。
17.图4为本发明的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路负载投切时馈送到电力线上的特征电流频谱图。该图为图2所示一次发送aae9码元所采集到的数据进行dft数据运算后的频谱图。
18.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本发明要求保护范围由所附的权利要求书的内容。


技术特征：
1.一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，包括：隔离驱动电源电路和功率开关管负载投切电路。2.如权利要求1所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，隔离驱动电源电路包括rt1三端复合热敏、d1玻璃钝化标准贴片整流器和c1滤波电容。3.如权利要求1所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，隔离驱动电源电路包括：r1、r2、r3、r4分压电阻，vt1高压功率开关管，vd1齐纳二极管，c2、c3、c4、c5滤波储能电容，r5限流电阻。4.如权利要求1所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，隔离驱动电源电路d1整流桥v 经过r1、r2电阻串联接开关管vt1栅极和经过r3、r4电阻串联接开关管vt1漏极，开关管vt1源极串联r5电阻后并联c3、c4、c5电容输出电源vcc，电容c2、c3、c4、c5一端接电源地vss，其中vd1齐纳二极管阳极接电源地vss，阴极接开关管vt1栅极。5.如权利要求1所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，负载投切电路包括：hplc_pwm控制电路、图腾柱驱动电路、功率开关管负载投切电路。6.如权利要求5所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，hplc_pwm控制电路包括：r7限流电阻，o1隔离光耦，c6电容、vd2二极管、r6电阻、vt5晶体管组成的软件异常防护电路。7.如权利要求5所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，hplc_pwm控制电路，r7电阻一端接3.3v电源，另一端接光耦o1 1脚；hplc_pwm信号经过电容c6接晶体管vt2栅极，晶体管vt2漏极接光耦2脚，源极接gnd；二极管vd2阴极接晶体管vt2栅极，阳极接gnd；电阻r6一端接晶体管vt2栅极，另一端接gnd。8.如权利要求5所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，图腾柱驱动电路包括：电阻r8、npn三极管vt3、pnp三极管vt4、电阻r9；其中电阻r8一端接光耦o1 4脚与三极管vt4基极，另一端接三极管vt3基极；三极管vt3集电极与光耦o13脚接vcc，其发射极接三极管vt4集电极输出，vt4发射极接地vss；电阻r9一端接三极管vt4基极，另一端接电源地vss。9.如权利要求5所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，功率开关管负载投切电路包括电阻r10、二极管vd3、电阻r11、电阻r12、齐纳二极管vd4、功率开关管vt5、电容c7、电阻r13、电阻r14。10.如权利要求5所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其特征在于，功率开关管负载投切电路，电阻r10、r11并联接图腾柱驱动输出，其中r11另一端接功率开关管vt5栅极，r10另一端接二极管vd3阴极，二极管vd3阳极接开关管vt5栅极；电阻r12一端接电源地vss，另一端接开关管vt5栅极；齐纳二极管vd4阴极接开关管vt5栅极，阳极接电源地vss；电容c7并接在开关管vt5栅极和源极之间；开关管vt5漏极接整流输出vin，源极通过电阻r13、r14并联后接电源地vss。11.如权利要求1所述的一种基于hplc通信控制的隔离负载投切电路，其实现机制为通过hplc控制信号使通信单元芯片io发送经过调制的特定信息码元，其中调制方式为ook；携带码元信息的馈送到电力线上特征电流在一定时间内幅值恒定，假设投切电路阻抗为r，该负载能够动态跟随工频电压的变化，在hplc_pwm控制脚高电平期间，整个投切回路电流幅值恒定，对外表现为强鲁棒性特征；若工频电网电压如(1)式所示，设计投切电流为400ma，
则电路负载r(t)如(2)式所示，u(t)＝311
×
sin(2πf0t θ),
ꢀꢀꢀꢀ
(1)r(t)＝777.5
×
sin(2πf0t θ),
ꢀꢀꢀ
(2)其中，t表示时间，θ为初始相位。

技术总结
本发明公开了一种基于HPLC通信控制的隔离负载投切电路，属于低压电力线载波通信及特征电流发送领域，主要包括隔离驱动电源电路、负载投切电路。隔离驱动电源电路，在为后级功率开关管提供稳定驱动电源的基础上利用三端复合热敏的特性实现电能表后残压抑制；负载投切电路充分利用图腾柱驱动和高压功率MOS特性实现隔离负反馈控制，设计功率MOS栅极驱动电压和源极功率电阻，通过HPLC_PWM载波投切信号控制电路负载阻抗变化，使电网中产生恒定设定规律的电流信号；该电路整体易于实现，能够高度集成在HPLC通信单元内，成本可控制，配合识别设备，无需人工干预，能够准确划分变压器和智能电表的归属关系。智能电表的归属关系。智能电表的归属关系。


技术研发人员：严由辉 孙文 熊桂全 孟继勇 李帅 李勇
受保护的技术使用者：青岛鼎信通讯股份有限公司
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2021/11/24