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MAX44211 – 适用于窄带电力线通信的线驱动器

  目前,电力线通信技术是一种半双工通信方式,通过配电系统进行传输。有两种类型的通信:窄带PLC和宽带PLC。窄带PLC的数据率大约为100kbps,工作频率范围为10 kHz至500 kHz;宽带PLC的数据率高于100Mbps,通信系统工作在2至100MHz频率范围。

  通过已有电力设施传输数据最早用于电力线上的电话通信系统,后来在50年前被用于远程继电器控制和公共照明。现在,电力线上实现了双向通信,被用于家庭远程访问/控制、工业远程访问/控制,甚至能源领域的分布式发电系统。所有这一切都可通过被称为智能电网的公共平台实现。

  每个家庭中带有独特通信设备的电表能够每月为供电方提供信息,无需对每个街道的每个家庭进行人工抄表。供电方以及消费者都拥有关于一个小城镇中一天里每个时段的供电和需量统计数据。这就能够提供非常重要的信息,便于高效利用电能,降低碳排放。这就通过可再生能源进行发电,并在配电系统中对其进行管理来释放更多潜在的能源。

MAX44211 – 适用于窄带电力线通信的线驱动器

  图1 使用MAX44211线驱动器与交流电力线连接的Zeno调制解调器

  英文解释:

  communication modem 通信调制解调器

  PROTECTION 保护

  Line driver 线驱动器

  ISOLATOR/COUPLER 隔离器/耦合器

  AC MAINS 交流电源

  1 MAX44211线驱动器

  图1为使用MAX44211线驱动器与交流电力线连接的Zeno调制解调器,该调制解调器兼容G3-PLC和Prim标准。

  尽管交流电力线的线阻一般额定值为50Ω,但实际情况往往并非如此。由于电力线上每个用户的需量不均衡,导致线阻发生变化。阻抗的动态变化是负载或负载变化引起的,其中的主要因素是电机,而几乎所有家用设备(洗衣机、冰箱、吸尘器)中都有电机。工业环境下也是如此,并且电机更多。这些电机不同于家用电器中的电机,而是功率高出10倍到100倍。电机在工作时倾向于向电网中倒灌EMI。功率开关/开关设备(例如逆变器或笔记本电脑充电器)也将噪声倒灌到电网,尽管其影响比前者小得多。为缓解这种影响,通常在电源输入端口安装一个大电容(1µF至100µF)。该电容在50Hz时对交流电源形成大约3kW阻抗,但100 kHz或500 kHz时,阻抗分别约为1.6W和0.3W。在较高频率时,包含电缆电阻在内,交流电源的阻抗为大约2W。

  对于G3-PLC规范,发送到电网的最大可能带内信号功率约为126dBuV,更别提要求发送此类信号的调制解调器能够向交流电力线的此种动态阻抗驱动信号。

  对于正弦波,126dBuV大约为2Vrms。通常情况下,驱动10至15W负载就要求调制解调器输出必须拥有相对较高的功率驱动。失真特性必须在标准规定的带外指标之内。标准运放不能满足这一要求,这正是MAX44211的作用。

  MAX44211是一款低失真线驱动器,具有如下特性:

  1)提供在负载变化条件下驱动交流电源所需的高输出功率;

  2)可用于支持全球所有标准,例如CENELEC、ARIB、FCC;

  3)提供1.5A较高最大输出电流,峰-峰输出差分电压摆幅高达36V;

  4)具有高级诊断功能,可监测温度和输出过流。

  2 特性和保护

  MAX44211具有可变增益,提供四个不同的增益值。分别利用G0、G1输入选择增益。G0、G1输入通常由PLC调制解调器的GPIO端口控制,可在器件工作时实时更改增益,确保输出到电力线的功率符合要求。

  可在调制解调器处于发送模式时使能输出,而在不使用时将其禁止。接收模式下,这些输出必须为高阻态,由此隔离发送通路,从而避免EMI和损坏。发送时,MAX44211的输出阻抗为毫欧数量级,禁止时高于35kΩ。

  根据负载的功率需量以及负载变化的不同,设计者可计算出线驱动器的最大峰值电流需量。该值可用于设置限流值,使用相应的RSET值限制输出电流。MAX44211输出的最大峰值电流决定线驱动器的功耗,也为我们提供负载环境的指示。例如,假设信号为125dBuV,负载为50Ω。

  125dBuv = 10^(125/20))/1000000 = 1.778Vrms,负载为50Ω时,电流为355mA (rms)

  根据信号类型的不同,rms有效值与峰值之比可能不同(正弦波p-p = 2rt2 Irms) ( OFDM信号p-p = 6.6 x Irms)。同一125dBuV信号驱动至2Ω负载时,输出电流需量将为 0.889 A(1.778V/ 2 = 0.889 A)。因此,峰-峰电流高于MAX44211的最大输出电流2A。限流值由RSET决定,将输出箝位到限流值,确保器件不会被热击穿损坏。这种情况下,输出将失真。

  3 STATUS 0/1输出

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