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一． 应用背景

 

电力线通信（Power Line Communication, PLC）是一种利用电力线进行数据信息传输的通信技术，其基本系统框图如图1所示。数字信号经调制后以载波形式发送，再经PLC收发器进行调理后，加载到电力线上进行传输，而接收则是一个反向过程。SunSpec快速关断协议是专门针对光伏系统快速关断功能制定的PLC协议。SunSpec规定，调制方法采用B-FSK（二进制频移键控），B-FSK调制原理如图2所示，SunSpec指定的两种载波频率分别为f_m=131.25kHz，f_s=143.75kHz，处于窄带通信的CENELEC B/C/D频段中。另外，SunSpec指定发送的两类有效指令包括了关断指令及正常工作指令，一个指令的完整发送周期为1070.08ms。详细的FSK原理介绍及SunSpec通信参数规定请看TIDA-060001。

 

图1.  PLC系统框图

 

图2.  FSK调制原理

 

PLC的收发器由模拟前端器件构成，该环节对MCU发送的数字信号或从电力线接收到的载波信号进行调理，从而保证信号能准确、有效、可靠地在电力线上进行传输。而AFE031正是一款优质的PLC模拟前端器件，可用于构建支持SunSpec等协议的PLC系统，其与MCU的接口也如图1所示。

 

二． AFE031基本概述

 

AFE031内部高度集成，图3是AFE031的功能框图，其中，红圈标示了PLC的Tx?？?，蓝圈标示了PLC的Rx?？?，另外，紫圈标示了其他辅助功能模块，内部资源丰富。

 

Tx?？楦涸鸲苑⑺吐肪缎藕沤写?，其包含数模转换器DAC、增益可调放大器Tx_PGA、带宽可调低通滤波器Tx_Filter以及功率放大器PA。在Tx?？槟?，待发送信号被放大和滤波后送入功率放大器PA，PA以6.5V/V的固定增益进一步将信号放大后输出，驱动负载。

 

Rx?？楦涸鸲越邮章肪缎藕沤写恚邮章肪渡系幕方谝来问窃鲆婵傻鞣糯笃鱎x_PGA₁、带宽可调低通滤波器Rx_Filter 、可调增益放大器Rx_PGA₂。接收信号经过放大、滤波处理后送入MCU的ADC以还原数字信号。

 

MCU经SPI接口可对AFE031寄存器进行配置从而改变Tx?？榧癛x?？榈姆糯笃骷奥瞬ㄆ鞑问?，针对SunSpec应用，Tx和Rx的滤波器可设置为CENELEC B/C/D档，对应截止频率为145kHz。更多MCU与AFE031接口方式及调参方法请浏览SBOA130A及TIDA-060001。

 

AFE031的优势可以总结如下：支持包括SunSpec在内的多种协议；供电PA_V_s范围大，为7-24V；输出电流可达1.5A；接收灵敏性好，可检测到低至20 μV_RMS信号；高度集成，资源丰富；配置灵活。

 

以上对AFE031基本框架、主要?？楣δ茏饔靡约坝攀谱隽艘桓龌镜慕樯埽赜诟髂？椴问?、工作原理、寄存器配置的详细介绍请参考AFE031数据手册。

 

图3.  AFE031功能框图

 

三． 基于AFE031的SunSpec PLC系统设计要点

 

构建基于AFE031的SunSpec PLC系统有几个部分要重点考虑： Tx路径、Rx路径、电力线耦合电路、?；さ缏罚旅娼直鸲哉饧父霾糠值耐馕У缏飞杓埔憬薪樯?。

 

（1）Tx路径

 

AFE031支持两种Tx模式，分别是DAC模式和PWM模式，两者的连接方式及外围电路设计都有所差异，如图4(a)和图4(b)所示。

 

图4.  Tx路径. (a) DAC 模式，(b)PWM模式

 

两种模式都需设置PA输入端交流耦合电容C_IN以及PA限流值设置电阻R_SET。而C_IN作为高通滤波器，其取值决定于用户需要的截止频率f_HP。SunSpec的较低频率f_m=131.25kHz，为预留一定裕量，应设置f_HP应小于f_m，C_IN的计算公式为：

 

   (1)

 

而R_SET串接于PA_ISET引脚，R_SET与限流值I_LIM的关系式为：

 

   (2)

 

两种模式的区别在于，DAC模式下，MCU会通过快速中断给AFE031发送正弦波离散值，虽然该过程会占用较多CPU资源，但传送信号经DAC转换后，谐波含量很小，无需设置太多外围滤波器；而PWM模式下，MCU直接通过外设ePWM给AFE031发送PWM波，这种模式下，MCU的配置很简单，但信号的谐波含量较大，需要设置外围滤波器，如图4(b)所示的RC低通滤波器F_d1和F_d2，可加强滤除PWM波的高次谐波。RC低通滤波器推荐使用电阻R_d为510Ω，截止频率为f_L，f_L应大于待传送信号频率。而SunSpec协议的最大载波频率为f_s=143.75kHz，所以f_L应大于f_s，对应的C_d1和C_d2的设置可参考以下公式：

 

   (3)

 

（2）Rx路径

 

Rx路径如图5所示，Rx路径上，接收信号先后经过外围带通滤波器F1及AFE031内部Rx?？椤?/div>