电力猫产品的应用及电磁兼容设计要点研究

2019-09-10张绪坤

现代信息科技 2019年15期

摘要：电力猫产品因为产品的特性，具有即插即用、组网方便、稳定性强、能够一对多进行传输的特点，具有这些特性将会给这些产品的市场推广带来更多的便利性。针对此类产品在EMC上的设计，也需要进行一些规范化处理，增加相对应的设计方案，从设计的角度对EMC辐射、浪涌、电快速瞬变脉冲群、传导抗干扰进行分析总结，供行业的设计者进行参考。

关键词：EMC;电力猫;电磁兼容

中图分类号：TN913.6 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）15-0074-04

Research on the Application of PLC Products and the

Essentials of EMC Design

ZHANG Xukun

（Shenzhen Gongjin Electronics Co.，Ltd.，Shenzhen 518052，China）

Abstract：PLC products because of the characteristics of the product，with plug and play，network convenient，strong stability，can be more than one pair of transmission characteristics，with these characteristics will bring more convenience to the marketing of these products. In view of the EMC design of such products，some standardized treatment should be carried out，and corresponding design schemes should be added. From the perspective of design，analysis and summary of EMC radiation，surge，rapid transient pulse group of electricity and conduction anti-interference should be made，so as to provide reference for designers in the industry.

Keywords：EMC;PLC;electromagnetic compatibility

0 引  言

电力线载波通信（Power Line Communication，PLC）是利用正交频分复用技术（OFDM），通过载波方式将网络信号加载在电力线上进行高速传输。电力线上传输PLC高频信号，电源线成了数据传输的媒介。辐射测试时，电力猫工作频率会因为电源线的天线效应通过普通电源线发射出来。普通电源线对高频的信号在信号匹配和抑制方面没有很好的效果，故电力猫项目在RE（辐射骚扰）长期处于通信频段超标严重现象，行业中基本都是采用“降功率”手段来暂时解决问题。但是此法会直接影响其产品性能，导致申请认证测试的样品和实际出货的产品处于“发射功率”不一致的状态。认证样品功率低，出货产品功率高，而实际上出货的产品是无法通过EMC测试的。

本文从产品的自身特性出发分析产品的特点，总结EMC的设计方案，以确保电力猫产品顺利通过国内外产品認证（国内CQC自愿认证，国外EN 50561、EN 55412认证）。

1 电力猫产品的特性及优势

电力猫产品工作原理就是将网络信号转换为PLC信号加载在电力线上进行传输，在需要提取的地方提取出PLC信号然后再解调出网络信号，得到我们需要的信息。产品具有即插即用、组网方便、稳定性强、能够一对多进行传输，给我们带来了很大的便利。

电力猫产品具有动态功率控制特性，电力猫产品还会根据电力线的频率阻抗，调整产品的通信频段和发射功率，自我控制产品的通信频率和功率来保证产品的传输特性。发射功率越高，产品性能越好，同时辐射出的杂讯能量也会越高。但在EMI标准EN 55022中对发射限值有对应要求，以保证电力猫产品正常工作时不会影响到其它产品及广播的正常工作。

电力猫产品具有静态和动态频率排除功能，为了不影响正常使用的无线电广播的继续正常使用，电力猫产品可以自动侦测到现有的无线电产品工作频率信号，当侦测到有效的无线电信号（功率大于-95dBm）时，自动将自己的发射功率降低，以保证无线电广播正常工作，不影响其正常通信。

电力猫产品与其他的网络通信设备相比具有成本低、周期短、范围广、带宽大且稳定性强、便捷性强等五大优点，对比其他的组网方式，表1中有具体的优势。

2 电力猫产品的应用场景

电力猫产品的应用场景，根据其自身功能特性，电力猫产品通常使用在家庭组网、小区智能管理、企业办公、机场、隧道等特殊场合。

在家庭、办公室使用的网络系统中，我们都希望网络信号能够分布在家庭的每个角落，每个房间拥有很强的无线信号是每个家庭梦寐以求的事情，而使用无线路由器通常覆盖的面积范围有时非常有限，而且穿墙功能差还会出现不稳定情况。电力猫产品正好弥补了Wi-Fi的这一致命弱点，很多公司通常采用的应用场景，根据其自身功能特性，电力猫产品来进行网络连接，解决Wi-Fi信号不能全覆盖的问题。

小区智能管理方案，应用采用电力猫产品对小区进行远程控制，端对端的管理，采用一对多的模式，实现小区的智能管理。具体的智能小区远程管理方案如图1所示。

小区远程抄表，借助于机械电表的智能管理系统应用，电力猫产品的智能抄表系统的应用方案如图2所示。

电力猫产品的Wi-Fi拓展、有线转无线、智能监控等综合应用场景，在写字楼、酒店、企业等都有应用，导入电力猫产品，将会产生事半功倍的效果，在成本上也将得很大的降低，如图3所示[1]。

3 电力猫产品的EMC设计要点

电力猫产品EMI辐射设计因产品在普通电力线上传输高频PLC信号的特性，在辐射的指标上很难达到标准的要求，需要针对测试场地进行一些特殊处理，同时在产品设计上需要增加相对应的方案。

电力猫产品利用电力线进行信号传输，其产品使用通信工作频率为2～87.5MHz，高频信号在普通的电力线上传输，因为天线效应，电力线会将高频信号发射出来。而我们辐射测试的标准考量的频段从30MHz开始，这样将会导致从30～87.5MHz的频段辐射超标问题。电力猫产品的传输功率会因为对应频率段传输线上的特性阻抗发生变化，通常阻抗越大，发射的功率越强。我们实验通过测试环境场地整改的方式，从以下三个方面改善：

（1）保证电力猫供电电源的干净（低噪声），使用单独的LISN隔离电力猫的供电电源。

（2）将PLC信号的传输线与实验室暗室的外壳地（大地）之间进行隔离，以降低地平面对PLC信号的反射。

（3）需用同一条（中间不进行转接）、大小（耐电流）适中电源线连接两个电力猫进行数据传输，保证电力线的传输阻抗的连续性和匹配的特性。

改善以上三点后，电力猫产品测试即可以达到法规的EN 55022中的B级限值要求，如表2所示。

改善后的电力猫产品的测试环境，按照图4所示进行改善，整改实验室时候，需要注意的事项如下：

（1）两个电力猫之间的通信电源线必须进行隔离，而且与地之间的间距需达到10cm以上。

（2）内部电源线和网线不能绞在一起，导致信号相互干扰。

（3）PLC信号传输线材中间靠近接口处增加5～10颗磁环（Core）或者电磁夹，保证外部带进去的干扰信号得到足够的衰减，不影响测试的结果。[2]

测试环境改善后，在EMI辐射设计上我们需要进行一些滤波和防护处理，电力猫实际上是开关电源电路和PLC信号电路的集合体。在EMC的设计上，我们需要在电源接口部分进行EMI的滤波，同时还需要对电路进行EMS的防护处理，图5为一款电力猫产品的EMC设计方案原理图，包括浪涌和静电防护措施。

从接口AC端输入，具体方案如下：

（1）电源入口处增加过流防护保险丝F1，属于安全方面的防护方案。

（2）L、N线增加差模滤波方案差模电感L60、L61，滤除差模干扰。