DE10012235C2 - Circuit arrangement for data transmission on the power supply lines of an electrical power supply network - Google Patents

Circuit arrangement for data transmission on the power supply lines of an electrical power supply network

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Daten übertragung auf den Energieversorgungsleitungen eines elek trischen Energieversorgungsnetzes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a circuit arrangement for data transmission on the power supply lines of an elec tric power supply system according to the preamble of claim 1.

Zur Übertragung von Daten über die Energieversorgungsleitun gen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes müssen die Daten auf die Energieversorgungsleitungen des elektrischen Energieversorgungsnetzes aufmoduliert bzw. von den Energie versorgungsleitungen des elektrischen Energieversorgungsnet zes herunter gefiltert werden, ohne dass die elektronischen Komponenten zur Signalverarbeitung durch die auf den Energie versorgungsleitungen herrschende Spannung und/oder Netzfre quenz gestört werden. For the transmission of data on the Energieversorgungsleitun gene of an electrical power supply system the data must be modulated to the power supply lines of the electrical power supply system or of the power supply lines of the electrical Energieversorgungsnet zes down are filtered without the electronic components for signal processing by the supply lines to the energy prevailing voltage and / or frequency Netzfre be disturbed. Ferner dürfen Überspannungsspitzen die elektronischen Komponenten nicht beschädigen. Furthermore, transient voltage spikes must not damage the electronic components.

Das elektrische Energieversorgungsnetz kann beispielsweise das Haus-Stromnetz mit einer Netzspannung von 110/230 V und einer Netzfrequenz von 50/60 Hz sein. The electric power grid may be, for example, the house-phase system with a mains voltage of 110/230 V and a mains frequency of 50/60 Hz. Die Datenübertragung auf den Energieversorgungsleitungen eines Energieversorgungs netzes ist unter dem Begriff: Powerline Communication (PLC) bekannt. Data transmission on the power supply lines of a power supply network, the term: Power Line Communication (PLC) is known.

Bisher werden für die Powerline Communication Schaltungsan ordnungen verwendet, die für das Aufmodulieren bzw. das He runterfiltern von Daten auf die bzw. von den Energieversor gungsleitungen des elektrischen Energieversorgungsnetzes Transformatoren, Dioden und Kapazitäten verwenden. So far Regulations for Power Line Communication Schaltungsan be used down filter for modulating and the He used data on the supply lines or by the Energieversor the electrical power supply system transformers, diodes and capacitors.

Nachteilig bei derartigen Schaltungsanordnungen ist, dass es sich insbesondere bei den Transformatoren wegen der hohen Spannungsanforderungen um teure und große Bauteile handelt, die praktisch nicht integrierbar sind. The disadvantage of such circuits, that is, in particular in transformers due to the high voltage requirements to expensive and large components that are virtually impossible to integrate.

Aus dem Dokument US 4 517 548 ist insbesondere ein Gegenstand bekannt, der zwar wenigstens einen Optokoppler umfasst, des sen verwendeter Optokoppler aber keine galvanische Trennung bezüglich der von einer Datenübertragung betroffenen Daten durchführt. From the document US 4,517,548, in particular, an object is known which comprises an optical coupler, although at least the sen but used optocoupler performs no electrical isolation with respect to the concerned by a data transfer data. Hierfür ist ein Transformator vorgesehen. For this, a transformer is provided. Der eingesetzte Optokoppler dient hier lediglich zur Ableitung eines Steuersignals. The optocoupler used here serves only for deriving a control signal.

Aus dem Dokument DE 197 54 800 A1 ist eine Anordnung für Da tenübertragungen auf Energieversorgungsleitungen bekannt. The document DE 197 54 800 A1 an arrangement for There's tenübertragungen on power supply lines known. Es werden hier aber keine Optokoppler zur galvanischen Entkopp lung der von der Datenübertragung betroffenen Daten einge setzt. There are here but no optocoupler for galvanic Entkopp of data affected by the data transmission development is set.

Aus dem Dokument DE 44 13 467 C1 ist ein Gegenstand beschrie ben, der wenigstens einen Optokoppler zur Potentialtrennung zwischen einem Überwachungskreis und einem Energieversor gungskreis aufweist. From document DE 44 13 467 C1 an object has ben beschrie having at least an optocoupler for potential separation between a control circuit and a Energieversor supply circuit. Der oder die Optokoppler dienen dabei allerdings lediglich dazu, das Vorhandensein bzw. nicht Vor handensein eines Potentials im Überwachungskreis anzuzeigen und diesen Umstand an das Energieversorgungsnetz weiterzulei ten. Der bzw. die verwendeten Optokoppler dienen hier nicht dazu, die von einer Datenübertragung über ein Energieversor gungsnetz betroffenen Daten galvanisch zu entkoppeln. The one or more optical couplers serve but only to not show the presence or before availability of a potential in the monitoring circuit and that fact to the power grid weiterzulei th. Of or the optocoupler used not serve here for the transmission network from a data transmission over a Energieversor decouple affected data electrically.

In dem Dokument DE 195 44 027 C2 ist ein Gegenstand gezeigt, der zwar einen Digital-Analog-Wandler umfasst, dessen Digi tal-Analog-Wandler aber Teil einer Phasenanschnittsteuerung ist und nicht Teil einer Umwandlungsschaltung zum Umwandeln von Daten. In the document DE 195 44 027 C2, an object is shown, which though has a digital-to-analog converter, but its Digi tal-to-analog converter is part of a phase control and not part of a conversion circuit for converting data. Außerdem arbeitet der hier gezeigte Gegenstand oh ne Optokoppler. In addition, the subject oh shown here works ne optocouplers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schal tungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die klein und preisgünstig ist und die den elektrischen Anforde rungen für eine Powerline Communication entspricht. The object of the present invention is therefore to provide a sound processing device of the type mentioned initially, which is small and inexpensive, and which meet the electrical Anforde for a Power Line Communication corresponds.

Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the means of the characterizing portion of claim 1.

Optokoppler und eine übrige benötigte elektronische Schaltung sind klein von den Ausmaßen und preisgünstig. Optocouplers and other required electronic circuit are small on the dimensions and affordable. Außerdem lassen sie sich zusammen mit der benötigten elektronischen Schaltung integrieren. They also can be integrated together with the required electronic circuitry. Gleichzeitig gewährleisten Optokoppler eine für die Powerline Communication benötigte galvanische Trennung und eine Sicherung gegenüber Überspannungsspitzen. while ensuring a optocouplers required for the Power Line Communication galvanic isolation and security against power surges.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Advantageous embodiments of the invention are subject matter of subclaims.

Ein separater Empfangspfad und ein separater Sendepfad bei der Ankopplung der ein Powerline Communication-Modem bilden den Mitteln an die Energieversorgungsleitungen eines elektri schen Energieversorgungsnetzes ermöglicht eine bestmögliche Aufbereitung der Daten zum Aufschalten auf die Energieversor gungsleitungen bzw. zur Weiterverarbeitung durch die das Po werline Communication-Modem bildenden Mittel, da die jeweili gen Aufbereitungen unabhängig voneinander sind und sich ge genseitig nicht stören. A separate receiving path and a separate transmission path for the coupling of a power line communication modem form the means to the power supply lines of an electrical's power supply system enables the best possible processing of data for switching supply lines to the Energieversor or for further processing by the Po werline Communication modem forming means, as the jeweili gen preparations are independently from one another and ge not mutually interfere.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. An exemplary embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

Die einzige Figur zeigt in Prinzipdarstellung einen Aus schnitt einer Schaltungsanordnung zur Datenübertragung auf den Energieversorgungsleitungen EL eines elektrischen Energieversorgungsnetzes EN mit ein Powerline Communication Modem bildenden Mitteln z. The single figure shows in basic representation an off-section a circuit arrangement for data transmission on the power supply lines EL of an electrical power supply network EN with a Power Line Communication modem forming agents z. B. W1, W2, DSP und Mitteln z. B. W1, W2, and means for DSP. B. OK1, OK2 zur Ankopplung an die Energieversorgungsleitungen EL des elektrischen Energieversorgungsnetzes EN. B. OK1, OK2 for connection to the power supply lines EL of the electrical energy supply network EN.

Das elektrische Energieversorgungsnetz ist beispielsweise das Haus-Stromnetz mit einer Netzspannung von 110/230 V und einer Netzfrequenz von 50/60 Hz. Das Vorhandensein der Mittel W1, W2, DSP ist in der Weise zu verstehen, dass damit stellver tretend auch alle weiteren Mittel, die notwendig sind, um ein Powerline Communication-Modem zu bilden, gemeint sind. The electrical power supply network, for example the house power mains having a mains voltage of 110/230 V and a mains frequency of 50/60 Hz. The presence of the means W1, W2, DSP is to be understood in such a way that this deputy stepping all further means that are necessary to form a power line communication modem, are meant.

Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist neben den Mitteln zur Ankopplung an die Energieversorgungsleitungen EL des elektrischen Energieversorgungsnetzes EN ein Koppelkondensa tor KK vorgesehen, dessen Funktion es ist, die Netzfrequenz und die auf den Energieversorgungsleitungen EL übertragenen Daten voneinander zu entkoppeln. In the embodiment of the figure is a Koppelkondensa tor KK provided, whose function is to decouple the grid frequency and transmitted to the power supply lines EL data from each other, in addition to the means for coupling to the power supply lines EL of the electrical energy supply network EN.

Die Energieversorgungsleitungen EL des elektrischen Energie versorgungsnetzes EN sind parallel mit einem ersten und zwei ten Optokoppler OK1 und OK2 verbunden. The power supply lines EL of the electrical energy supply network EN are parallel OK1 OK2 and connected to a first and two ten optocoupler.

Der erste Optokoppler OK1 ist in der Weise realisiert, dass er auf den Energieversorgungsleitungen EL übertragene analoge Daten galvanisch entkoppelt auf einen Empfangspfad EPF über trägt. The first optocoupler OK1 is realized in the way that it electrically decoupled transmitted to the power supply lines EL transmits analog data on a receive path through EPF. Der Empfangspfad EPF ist mit einem Mittel W1 verbun den, das durch einen Analog-Digital-Wandler A/D gebildet ist. The receive path is verbun EPF with a means W1, which is formed by an analog-to-digital converter A / D the. Der Analog-Digital-Wandler A/D wandelt die auf dem Empfangs pfad EPF übertragenen analogen Daten in digitale Daten um und leitet sie beispielsweise an einen digitalen Signalprozessor DSP, wie es in der Figur dargestellt ist, für eine Weiterver arbeitung weiter. The analog-to-digital converter A / D converts the data transmitted on the receive path EPF analog data into digital data and transmits them, for example, to a digital signal processor DSP, as shown in the figure, for a further proces- sing on.

In einer umgekehrten Richtung werden digitale Daten, die von dem digitalen Signalprozessor DSP für eine Übertragung über die Energieversorgungsleitungen EL des Energieversorgungsnetzes EN vorgesehen sind, von einem Mittel W2, das durch einen Digital-Analog-Wandler D/A gebildet ist, in analoge Daten um geformt und über einen Signalpfad SPF dem zweiten Optokoppler OK2 zugeführt. In a reverse direction, digital data provided by the digital signal processor DSP for transmission over the power supply lines EL of the power supply network EN, from a central W2, which is formed by a digital-to-analog converter D / A, to analog data shaped and supplied via a signal path SPF the second optical coupler OK2. Der zweite Optokoppler OK2 ist in der Weise ausgeführt, dass er die auf dem Sendepfad SPF ankommenden di gitalen Daten galvanisch entkoppelt auf die Energieversor gungsleitungen EL des elektrischen Energieversorgungsnetzes EN überträgt. The second optical coupler OK2 is carried out in such a manner that it transmits on the transmit path SPF incoming data di gitalen electrically decoupled to the Energieversor supply lines EL of the electrical energy supply network EN.

Es ist möglich, dass neben dem einen in der Figur dargestell ten Koppelkondensator KK in einer stromführenden Energiever sorgungsleitung EL des elektrischen Energieversorgungsnetzes EN weitere Koppelkondensatoren in weiteren vorhandenen Ener gieversorgungsleitungen EL des elektrischen Energieversor gungsnetzes EN angeordnet sind. It is possible that, besides the one in the figure dargestell th coupling capacitor KK in a current-carrying Energiever EL supply line of the electrical power supply system EN more coupling capacitors are arranged in other existing Ener gieversorgungsleitungen EL of the electrical supply network Energieversor EN.

Für die Realisierung der Optokoppler OK1, OK2 können oberflä chenemittierende vertikale Kavitäts Laser (VCSEL, V ertical C avity S urface E mitting L aser) in der Bauform einer Diode verwendet sein. For the realization of the optocoupler OK1, OK2 oberflä chenemittierende vertical Kavitäts laser (VCSEL, V ertical C avity S urface E mitting L aser) may be used in the design of a diode. Vertical Cavity Surface Emitting Laser sind Halbleiterlaser, die ihre Strahlung senkrecht zum Pn-Über gang emittieren. Vertical Cavity Surface Emitting lasers are semiconductor lasers that emit their radiation perpendicular to the pn junction. Ohne weitere Hilfsmittel können sie kreis förmige Strahlprofile mit geringer Strahldivergenz liefern. Without further aid they can provide circular shaped beam profiles with low beam divergence. Solche Lichtquellen sind schmalbandig, durchstimmbar, leicht abzubilden, stabil und unempfindlich. Such light sources are narrow band, tunable, light imaging, stable and insensitive. Außerdem können sie zu sammen mit einer entsprechenden Elektronik in einem Chip in tegriert werden. They can also be tegriert to together with a corresponding electronics in a chip.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Datenübertragung auf den Energie versorgungsleitungen eines elektrischen Energieversor gungsnetzes mit ein Powerline Communication Modem bilden den Mitteln und Mitteln zur Ankopplung an die Energiever sorgungsleitungen des elektrischen Energieversorgungsnet zes, dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel zur Ankopplung an die Energieversorgungsleitungen (EL) des elektrischen Energieversorgungsnetzes (EN) die von der Da tenübertragung betroffenen Daten galvanisch entkoppelnde Optokoppler (OK1, OK2) umfassen. 1. A circuit arrangement for data transmission on the power supply lines of an electrical Energieversor supply network with a Power Line Communication modem constitute the means and means for coupling it to an energy supply lines of the electrical Energieversorgungsnet zes, characterized in that the means for coupling to the power supply lines (EL) of the electrical power supply network (EN) is galvanically decoupled from the affected data Da tenübertragung optocoupler (OK1, OK2) include.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Mittel zur Ankopplung an die Energieversorgungsleitungen (EL) in einen Empfangspfad (EPF) und einen Sendepfad (SPF) aufgeteilt sind und dass je ein Optokoppler (OK1 bzw. OK2) im Empfangspfad (EPF) bzw. Sendepfad (SPF) vorgesehen sind. 2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the means for coupling to the power supply lines (EL) in a receiving path (EPF) and a transmit path (SPF) are divided and that an optocoupler je (OK1 or OK2) in the receiving path ( EPF) or transmission path (SPF) are provided.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen dem im Empfangspfad (EPF) vorgesehenen Optokoppler (OK1) und den ein Powerline Communication-Modem bildenden Mitteln (z. B. DSP) ein Ana log-Digital-Wandler (A/D) und zwischen dem im Sendepfad (SPF) vorgesehenen Optokoppler (OK2) und den das Powerline Communication-Modem bildenden Mitteln (z. B. DSP) ein Digi tal-Analog-Wandler (D/A) angeordnet sind. 3. A circuit arrangement according to claim 2, characterized in that between the in the receive path (EPF) provided optocoupler (OK1) and a Power Line Communication modem forming agents (eg. B. DSP), a Ana log-digital converter (A / (D) and between the transmission path (SPF) provided optical coupler OK2) and the Power Line Communication modem forming agents (eg. B. DSP), a Digi tal-to-analog converter (D / a) are arranged.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Analog-Digital-Wandler (A/D) ausgangsseitig und der Digital-Analog-Wandler (D/A) ein gangsseitig mit den das Powerline Communication-Modem bil denden Mitteln (z. B. DSP) verbunden sind. 4. A circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the analog-to-digital converter (A / D) on the output side and the digital-to-analog converter (D / A) input side with the power line communication modem bil Denden agents (e.g. . B. DSP) are connected.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Digi tal-Wandler (A/D) eingangsseitig und der Digital-Analog- Wandler (D/A) ausgangsseitig mit den Energieversorgungs leitungen (EL) des elektrischen Energieversorgungsnetzes (EN) verbunden sind. 5. A circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the analog-Digi tal converter (A / D) input side and the digital to analog converter (D / A) on the output side lines to the power supply (EL) of the electrical power supply network (EN), respectively.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Verbindung der Optokoppler (OK1, OK2) mit den Energieversorgungsleitungen (EL) des elektrischen Energieversorgungsnetzes (EN) wenigstens ein einziger Koppelkondensator (KK) zugeordnet ist. 6. The circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the compound of the optocouplers (OK1, OK2) to the power supply lines (EL) is associated with the electrical power supply network (EN) at least a single coupling capacitor (KK).
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