DE10119039A1 - Apparatus for transmitting data via electrical mains network, amplifies data signal using switched amplifier and couples into power network - Google Patents

Apparatus for transmitting data via electrical mains network, amplifies data signal using switched amplifier and couples into power network

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Abstract

A power supply is provided for an amplifier (1) used to amplify a data signal. A coupling circuit (3,4) couples the amplified data signal into the mains network. The amplifier is a switched amplifier, and preferably comprises a controlled digital modulator (1a), such as a pulse width modulator or a pulse-density modulator. The amplifier may also include a power switch (1b) comprising two switching elements (S1,S2), such as FETs. A passive filter (2) is provided between the amplifier and the coupling circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten über das Stromversorgungsnetz, mit einem Eingang für ein über das Stromversorgungsnetz zu übertragendes Datensig nal, einem Verstärker für das Datensignal, einer Stromversor gungseinrichtung für den Verstärker und einer Koppelschal tung, die das verstärkte Datensignal in das Stromversorgungs netz einkoppelt. The invention relates to a device for transmitting data via the power supply network, comprising an input for a to be transmitted via the electricity supply network Datensig nal, an amplifier for the data signal, a power sup ply means to the amplifier and a coupling TIC which the data signal amplified in the power supply network couples.

Es ist bereits bekannt, die Stromversorgungsleitungen von de zentral angeordneten elektrischen oder elektronischen Geräten zusätzlich zur Übermittlung von Daten zu verwenden. It is already known to use the power supply lines of de centrally disposed electrical or electronic devices in addition to the transmission of data. Derartige Systeme werden oft auch als Powerline-Systeme bezeichnet. Such systems are often referred to as powerline systems.

Bei diesen Systemen sind Sendeverstärker vorgesehen, in denen die über das Stromversorgungsnetz zu übertragenden Daten ver stärkt werden. In these systems, transmission amplifiers are provided, where will strengthen ver on the power grid data to be transmitted. Die Energieversorgung dieser Senderverstärker erfolgt ebenfalls aus dem Stromversorgungsnetz. The power of this transmitter amplifier is also performed from the power grid. Diese zusätz liche Leistungsaufnahme ist in der Regel begrenzt und soll daher möglichst effektiv mit hohem Wirkungsgrad in Sendeleis tung umgesetzt werden. This zusätz Liche power consumption is usually limited and should therefore be implemented as effectively as possible with high efficiency in transmission Leis tung.

Bisher wurden als Sendeverstärker oftmals ungeregelte Ver stärker benutzt. Previously unregulated Ver used more as a transmission amplifier often. Alternativ dazu ist es auch bekannt, eine Verstärkungsregelung des Sendeverstärkers mittels einer Mes sung und Rückführung der Ausgangsspannung und/oder des Aus gangsstromes durchführen. Alternatively, it is also known to transient current perform gain control of the transmitter amplifier by means of a Mes solution or recirculation and the output voltage and / of the corner. Da die Anschlussimpedanz einer der artigen Powerline-Einrichtung starken Schwankungen unterwor fen ist, muss eine derartige Regelung derart ausgelegt sein, dass unter allen Umständen ein Überschreiten der Leistungs aufnahme des Sendeverstärkers vermieden wird. Since the terminal impedance of the device like powerline strong fluctuations unterwor fen is, such a scheme must be designed such that under all circumstances higher than the power reception of the transmitter amplifier is avoided. Dies führt da zu, dass vorhandene Leistungsreserven nicht effektiv ausge nutzt werden. This results since that existing power reserves not effectively be exploited.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie eine Über tragung von Daten über das Stromversorgungsnetz effektiver vorgenommen werden kann. Starting from this prior art, the invention has for its object to devise a way how an over transmission can be made of data on the power grid more efficiently.

Diese Aufgabe wird durch ein Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by a device having the features indicated in claim 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhän gigen Ansprüchen. Advantageous embodiments and developments of the invention result from the depen Gigen claims.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass sie eine Regelung der Amplitude des zu übertragenden Daten signals ohne nennenswerte Verschlechterung des Wirkungsgrades erlaubt. The advantages of the invention consist in particular in that it allows a regulation of the amplitude of the transmitted data signal without significant degradation of the efficiency. Durch die Verwendung eines geschalteten Verstärkers als Verstärker für das zu übertragende Datensignal entsteht Verlustleistung nur während der relativ kurzen Schaltzeiten der Schaltelemente. By using a switched amplifier as an amplifier for the data to be transmitted signal is produced power dissipation only during the relatively short switching times of the switching elements.

Weiterhin wird in vorteilhafter Weise die Amplitude der Aus gangsspannung am Übertrager sowie die Stromaufnahme des Ver stärkers im Netzteil überwacht und es erfolgt eine Regelung der Verstärkung in Abhängigkeit von den genannten Größen. Furthermore, in an advantageous manner, the amplitude of the output voltage is from the transformer as well as the current consumption of the power supply Ver stärkers monitored and there is a control of the gain in response to these sizes. Da durch erfolgt eine Anpassung des Verstärkers an die schwan kende Netzimpedanz. Since by an adjustment of the amplifier to the to fluctuating line impedance.

Zur Verstärkungsregelung wird vorzugsweise der Modulationsin dex des digitalen Modulators verändert, bei welchem es sich um einen Pulsbreitenmodulator oder einen Pulsdichtemodulator handelt. To gain control of the Modulationsin is preferably changed dex of the digital modulator, wherein it is a pulse width modulator or a pulse density modulator.

Eine Pulsbreitenmodulation ist als solche bekannt und wird bei Audio-Verstärkern und Schaltnetzteilen verwendet. A pulse width modulation is known as such and is used in audio amplifiers and switching power supplies. Dort wird stets mit Taktfrequenzen von einigen hundert Kilohertz gearbeitet. There is always working with clock frequencies of several hundred kilohertz. Bei höheren Frequenzen wird der Wirkungsgrad zu nehmend schlechter, so dass eine Pulsbreitenmodulation bei höheren Frequenzen nicht verwendet wurde. At higher frequencies, the efficiency is about Referring worse, so that a pulse width modulation at higher frequencies was not used. Bei einer Übertra gung von Daten über das Stromversorgungsnetz, wie sie Gegen stand der Erfindung ist, benötigt der Verstärker für Daten signale mit 200 kHz Signalbandbreite eine Taktfrequenz im Be reich von etwa 1 bis 10 MHz. In a Übertra supply data over the power supply network, as contrasted to the invention, the amplifier for data signals with required signal bandwidth 200 kHz, a clock frequency in the range of approximately 1 to 10 MHz. Bei derartigen Taktfrequenzen wurde bisher stets davon ausgegangen, dass ein Pulsbreitenmo dulationsverfahren wegen des bei diesen Frequenzen schlechten Wirkungsgrades nicht anwendbar ist. In such clock frequencies has been always assumed that a Pulsbreitenmo dulationsverfahren due to bad at these frequencies efficiency is not applicable. Es hat sich jedoch in ü berraschender Weise gezeigt, dass aufgrund der Anpassbarkeit des Verstärkers an die stets schwankende Netzimpedanz bei Verwendung einer Pulsbreitenmodulation oder eines ähnlichen anderen digitalen Modulationsverfahrens bessere Ergebnisse erzielt werden als beispielsweise bei herkömmlichen linearen Verstärkern. However, it has shown in ü more surprising way that one achieves the constantly fluctuating mains impedance when using a pulse-width modulation or similar other digital modulation method better results due to the adaptability of the amplifier as for example, conventional linear amplifiers.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Figur ge zeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention based on the ge in the figure shown embodiment will be explained in more detail.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Übertragung von Daten über das Stromversorgungsnetz, von wel chem Stromversorgungsleitungen 5 und 6 dargestellt sind. The figure shows a block diagram of an apparatus for transmitting data via the electricity supply network, chem wel of power supply lines are shown. 5 and 6

Das Sendesignal, das die über das Stromversorgungsnetz zu ü bertragenden Daten in modulierter Form enthält, liegt noch unverstärkt am Eingang E der Vorrichtung an. The transmission signal containing the over the power supply network to u bert outstanding data in modulated form, is still not reinforced at the input E of the device. Von dort aus wird es einem geschalteten Verstärker 1 zugeführt, welcher einen Pulsbreitenmodulator 1 a und einen Leistungsschalter 1 b aufweist. From there it is fed to a switched amplifier 1, which has a pulse width modulator 1 a and 1 b a circuit breaker. Der Pulsbreitenmodulator stellt einen digitalen Verstärker dar, in welchem ein Taktsignal, dessen Frequenz wesentlich größer ist als die Frequenz des Sendesignals, in Abhängigkeit vom Sendesignal in seiner Pulsbreite moduliert wird. The pulse width modulator is a digital amplifier in which a clock signal whose frequency is substantially greater than the frequency of the transmission signal is modulated by the transmission signal in its pulse width in response thereto. Beispielsweise wird ein hochfrequentes Dreiecksignal unter Verwendung eines Komparators in ein hochfrequentes Di gitalsignal umgesetzt, wobei das Sendesignal das Impuls- /Pausen-Verhältnis dieses Digitalsignals bestimmt. For example, a high-frequency triangular signal is converted gitalsignal using a comparator in a high-frequency Di, wherein the transmission signal determines the pulse / pause ratio of this digital signal.

Das entstandene pulsbreitenmodulierte Signal schaltet den Leistungsschalter 1 b. The resultant pulse width modulated signal turns on the power switch 1 b. Dieser weist zwei Schaltelemente S1, S2 auf, bei denen es sich beispielsweise um Feldeffekttransisto ren handelt. This has two switching elements S1, S2, which are, for example, is Feldeffekttransisto ren. Diese werden in Abhängigkeit vom pulsbreitenmo dulierten Signal derart geschaltet, dass stets ein Schalter geöffnet und der andere geschlossen ist. These are switched in dependence on the pulsbreitenmo dulierten signal such that always open a switch and the other is closed. Die beiden Schalt elemente S1, S2 sind in Reihe hintereinander und zwischen ei nem Stromversorgungsausgang einer Stromversorgungsseinrich tung 7 , bei der es sich um ein Netzteil handelt, und Masse 8 angeordnet. The two switching elements S1, S2 are one behind the other in series and between ei nem power output of a Stromversorgungsseinrich tung 7, wherein there is a power supply, and arranged mass. 8 Ein weiterer Ausgang der Stromversorgungseinrich tung 7 ist ebenfalls an Masse 8 angeschlossen. A further output of Stromversorgungseinrich tung 7 is also connected to ground. 8 Der Verbin dungspunkt P zwischen den beiden Schaltelementen S1 und S2 ist mit dem Eingang eines passiven Filters 2 verbunden. The Verbin ground point P between the two switching elements S1 and S2 is connected to the input of a passive filter. 2 Da die beiden Schaltelemente abwechselnd leiten, wird abwech selnd die vom Netzteil abgeleitete Versorgungsspannung und Masse dem passiven Filter 2 zugeführt. Since the two switching elements conduct alternately, derived from the power supply and ground supply voltage is supplied to the passive filter 2 abwech nately.

Bei einem derartigen Vorgehen entsteht Verlustleistung nur während der relativ kurzen Schaltzeiten der Schaltelemente. In such an approach power loss occurs only during the relatively short switching times of the switching elements.

Das passive Filter 2 weist Spulen L1 und L2 sowie Kondensato ren C1, C2 und C4 auf und hat die Aufgabe, aus dem hochfre quenten pulsbreitenmodulierten Signal das verstärkte Daten signal zu gewinnen. The passive filter 2 comprises coils L1 and L2 and condensers ren C1, C2 and C4, and has the task to recover the data signal amplified from the hochfre-frequency pulse-width modulated signal. Dieses wird über eine Ankoppelschaltung, die einen Übertrager 3 und einen Kondensator 4 aufweist, in die Stromversorgungsleitungen 5 , 6 eingekoppelt und über die se einem dezentralen elektrischen oder elektronischen Gerät zugeführt. This is coupled via a coupling circuit having a transformer 3 and a capacitor 4, in the power supply lines 5, 6 and supplied via the se a distributed electrical or electronic device.

Die Stromversorgungsleitungen 5 , 6 sind auch mit dem Netzteil 7 verbunden. The power supply lines 5, 6 are also connected to the power supply. 7 Das Netzteil 7 enthält Messmittel, mittels derer die Stromaufnahme des Verstärkers 1 gemessen wird. The power supply 7 comprises measuring means by means of which the current consumption of the amplifier 1 is measured. In Abhän gigkeit von der gemessenen Stromaufnahme erfolgt über die Leitung 11 eine Regelung des Verstärkers 1 , indem der Modula tionsindex des Pulsbreitenmodulators verändert wird. In depen dependence on the measured current draw is carried via line 11 is a control of the amplifier 1 by the Modula tion index is changed the pulse width modulator. Ist die Stromaufnahme zu groß, dann erfolgt eine Erniedrigung des Mo dulationsindex. If the current consumption is too large, a decrease of Mo carried dulationsindex.

Weiterhin ist der Ausgang des passiven Filters 2 im Sinne ei ner Rückkopplung über die Leitung 12 mit dem Pulsbreitenmodu lator 1 a verbunden. Further, the output of the passive filter 2 in the sense ei ner feedback via the line 12 to the Pulsbreitenmodu lator 1 a, respectively. Ist die am Ausgang des passiven Filters 2 zur Verfügung gestellte Ausgangsspannung zu hoch, dann er folgt ebenfalls eine Nachregelung durch eine Erniedrigung des Modulationsindex. Is made available at the output of the passive filter 2 output voltage is too high, it also follows a readjustment by a decrease of the modulation index.

Diese Vorgehensweise erlaubt eine Regelung der Amplitude des über das Stromversorgungsnetz zu übertragenden Datensignals ohne den Wirkungsgrad nennenswert zu verschlechtern. This procedure allows a control of the amplitude of the the power supply network data to be transmitted signal without the efficiency appreciably deteriorate. Durch die beschriebene Überwachung der Ausgangsspannung des passi ven Filters 2 und der Stromaufnahme des Verstärkers 1 wird dessen Verstärkung in weiten Bereichen geregelt und dadurch der Verstärker an die stets schwankende Netzimpedanz ange passt. The described monitoring the output voltage of the passivated ven filter 2 and the current consumption of the amplifier 1 whose gain is controlled in wide ranges, and thereby the amplifier is to always fluctuating mains impedance match.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Übertragung von Daten über das Stromver sorgungsnetz, mit 1. Apparatus for transmitting data over the Stromver supply network, with
einem Eingang für ein über das Stromversorgungsnetz zu übertragendes Datensignal, an input for an over the power supply network to be transmitted data signal,
einem Verstärker für das Datensignal, an amplifier for the data signal,
einer Stromversorgungseinrichtung für den Verstärker und einer Koppelschaltung, die das verstärkte Datensignal in das Stromversorgungsnetz einkoppelt, a power supply device for the amplifier and a coupling circuit which couples the data signal amplified in the power supply network,
dadurch gekennzeichnet , dass der Verstärker ( 1 ) ein geschalteter Verstärker ist. characterized in that the amplifier (1) is a switched amplifier.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker einen geregelten digitalen Modulator ( 1 a) aufweist. 2. A device according to claim 1, characterized in that the amplifier comprises a regulated digital modulator (1 a).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Modulator ( 1 a) ein Pulsbreitenmodulator o der ein Pulsdichtemodulator ist. 3. Device according to claim 2, characterized in that the digital modulator (1 a) a pulse width modulator o which is a pulse density modulator.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ( 1 ) einen Leistungsschalter ( 1 b) auf weist. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the amplifier (1) a power switch (1 b) has.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter zwei Schaltelemente (S1, S2) auf weist, die wechselseitig geöffnet bzw. geschlossen sind. 5. Device according to claim 4, characterized in that the power switch has two switching elements (S1, S2) which are alternately opened or closed.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (S1, S2) Feldeffekttransistoren sind. 6. The device according to claim 5, characterized in that the switching elements (S1, S2) are field effect transistors.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem geschalteten Verstärker ( 1 ) und der Koppel schaltung ( 3 , 4 ) ein passives Filter ( 2 ) vorgesehen ist. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the switched amplifier (1) and the coupling circuit (3, 4) a passive filter (2) is provided.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung ( 7 ) Messmittel zur Mes sung der Stromaufnahme des Verstärkers ( 1 ) aufweist und ein Regelsignal für den Verstärker ( 1 ) generiert. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that said power supply means (7) comprises measuring means for Mes solution of the current consumption of the amplifier (1) and a control signal for the amplifier (1) is generated.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ableitung eines weiteren Regelsignals für den Ver stärker ( 1 ) der Ausgang des passiven Filters ( 2 ) im Sinne ei ner Rückkopplung mit dem Verstärker ( 1 ) verbunden ist. 9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that more for deriving a further control signal for the Ver (1) is connected to the output of the passive filter (2) in the sense ei ner feedback to the amplifier (1).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung des Verstärkers ( 1 ) durch eine Veränderung des Modulationsindex erfolgt. 10. The apparatus of claim 8 or 9, characterized in that a control of the amplifier (1) is effected by a change in the modulation index.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu hoher Stromaufnahme des Verstärkers ( 1 ) der Modu lationsindex erniedrigt wird. 11. The device according to claim 10, characterized in that at too high current consumption of the amplifier (1) modu lationsindex is lowered.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu hoher Ausgangsspannung am Ausgang des passiven Filters ( 2 ) der Modulationsindex erniedrigt wird. 12. The apparatus of claim 10 or 11, characterized in that at too high output voltage at the output of the passive filter (2) the modulation index is lowered.
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