考虑寄生电容的长距离强电电流环通讯电路的研究

邹宏亮 左 攀 解超群

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

目前家用空调的内外机通讯一般采用强电电流环通讯电路实现，电流环通讯主要的特点在于通讯电路与强电电源供电电路可以共用零线，只需外加一根通讯线即可实现内外机间的通讯，整个通讯电路连接线少、成本低。但也正因为电流环通讯需要与电源电路共用零线，所以在实际安装时，通讯线与电源线多是并行走线，并行走线必然会导致通讯线与电源线间会有寄生电容产生，当连接线较短时，寄生电容较小，电容充放电对通讯线电平的影响较小，当连接逐渐加长后，寄生电容也随之增大，电容充放电对通信线电平的影响也将加大，当连接线加到一定长度后，寄生电容充放电引起的电平波动会干扰通讯线上有效电平的传递，从而导致通讯失败。所以传统电流环通讯的有效通讯距离往往都比较短，一般只有30～50 m，这也电流环通讯电路很少在需要长距离通讯的产品上使用的主要原因。

为了实现100 m的有效通讯距离，本文在传统电流环电路的基础上，设计了新的电流环通讯电路，电路采用双环路控制方案，减弱了寄生电容对通讯信号的影响，减小了连接线长度对电流环通讯距离的限制；通过钳位分压，通讯电流提高了一倍，加大了电流环的驱动能力，提高了电流环通讯的抗干扰能力。既继承了传统电流环通讯方案连接线少、成本低的优点，又弥补了传统电流环方案通讯距离不够长的缺点。

1 传统电流环通讯电路

传统电流环通讯电路如图1所示，其中L为火线，N为零线，S为通讯线。火线L经过半波整流、钳位后向电容C1充电，充满后电压U0作为电流环通讯的电源。PC10、PC11、PC20、PC21为光耦，可以隔离强弱电信号，R1～R6为电阻，D1～D5为二极管，D6为钳位二极管。主机发送端发送信号经过PC10、PC11、S线、PC20、PC21、最后经过零线N形成闭环，且所有信号都是经过这个环路。

图1 传统电流环电路

为了研究长距离连接线的寄生电容对电流环通讯的影响，本文选取了市场上常用的两种连接线：1.5 mm2和2.5 mm2，其中测量的100 m线长、1.5 mm2线径连接线的电容值如图2。并测量了50 Hz频率下，不同长度连接线的电容值，如表1。

表1 50 Hz下的电容值

图2 100 m线长1.5 mm²线径连接线电容值

由于要求实际使用有效距离是100 m，所以本文直接使用100 m四芯2.5 mm2连接线，传统电流环电路的通讯波形如图3，其中通道1为220 V市电电压波形，通道2为S线对零线N的通讯波形。从图中可以看出，主机和从机无法通讯，只有主机点名数据，从机无答复，通讯波形中的低电平应该为0 V，但由于火线电压波动、寄生电容放电的影响变为负值，进而影响通讯回路中光耦的导通与关断，造成通讯异常。

图3 100 m下传统电流环电路通讯波形

2 双环路控制电流环通讯电路

为了解决寄生电容带来的干扰，本文在传统电流环通讯电路的基础上进行了升级，如图4示，其中C2表示寄生电容。由于低电平信号和高电平信号分别走不同的通讯环路，故称之为双环路控制电流环通讯电路。

图4 双环路控制电流环通讯电路

其中，C1、PC10、PC11、D4、D5、R3、R4、R5、D6、D8、R7、R8、PC20、PC21、D9、R9 构成主通讯环路，由C2、R6、PC12构成第一放电环路；C2、D7构成第二放电环路，由C1、PC10、R4、R5、D6、C2构成充电回路。

由于高低电平走不同的通讯环路，整个通讯过程可以分为主机发送高电平信号、主机发送低电平信号、从机发送高电平信号、从机发送低电平信号等四部分。

2.1 主机发送高电平信号

主机控制PC10导通、PC12关断，从机控制PC20持续导通状态不变，这样第一通讯环路就被激活，而第一、第二放电环路均处于关断状态，电流流过从机的接收光耦PC21，即可实现主机到从机的高电平信号传递。

2.2 主机发送低电平信号

主机控制PC10关断、PC12导通，从机控制PC20保持导通状态不变，主通讯环路被关断，当寄生电容C2受电源线火线电压波动影响，处于充电状态时，此时S线电压高于N线电压，由于PC12导通，第一放电回路激活，C2可通过第一放电回路放电，确保S线与N线电平基本保持一致，从机接收光耦PC21无法导通，即可实现主机到从机的低电平信号传递；当寄生电容C2受电源线火线电压波动影响，处于放电状态时，此时S线电压低于N线电压，第二放电回路激活，C2可通过第二放电回路放电，确保S线与N线电平基本保持一致，从机接收光耦PC21无法导通，即可实现主机到从机的低电平信号传递。

2.3 从机发送高电平信号

主机控制PC10导通PC12关断，从机控制PC20导通，第一通讯环路被激活，第一、第二放电环路均处于关断状态，电流流过主机接收光耦PC11，即可实现从机到主机的高电平信号传递。

2.4 从机发送低电平信号

主机控制PC10导通PC12关断，从机控制PC20断开，主通讯环路被关断，S线电压等于C1电源电压，当寄生电容C2受电源线火线电压波动影响，处于充电状态时，此时S线电压被抬高，主机接收光耦PC12无法导通，可实现从机到主机的低电平传递；当寄生电容C2受电源线火线电压波动影响，处于放电状态时，电源C1通过PC10、R4、R5、D6给寄生电容C2充电，从机接收光耦PC21无电流通过，即可实现主机到从机的低电平信号传递。

为了对比验证连接线寄生电容对电流环通讯的影响，本文只能调整了电路参数，机组、连接线、电源等始终使用同一套设备。

经过多次实验、不断调整电路参数后，使用100 m线长2.5 mm2连接线通讯波形如图5示，为S线对N的通讯波形，从图中可以看出，主机与从机通讯正常，在传输高电平时，由于环路电流较大，L线电压波动对S线通讯电平的影响可以忽略；在传输低电平时，采用补偿环路把S线的电平与N线电平牢牢的固定住，使得通讯S线电平不再受L线电压波动的影响，从而减弱了长连接线耦合电容对电流环通讯的影响，通讯距离由30 m提高至100 m。

图5 100 m下双环路电流环电路通讯波形

3 结论

本文在传统强电电流环通讯电路的基础上，针对实际使用中遇到的难题，分别对不同线径、不同长度的连接线进行了通讯测量实验，不断调整电路参数，最终调整出了适合长距离通讯的双环路控制电流环通讯电路，减弱了连接线寄生电容对通讯线S的影响，并且钳位分压提高了整个通讯环路电流，提高了驱动能力和抗干扰能力，既兼容的传统电流环电路的优点，又实现了长距离通讯，对强电电流环通讯的研究具有一定的参考价值，并且具有很强的可行性。