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

Circuit arrangement for data transmission on the energy supply lines of an electrical energy 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 trical energy supply network 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. Ferner dürfen Überspannungsspitzen die elektronischen Komponenten nicht beschädigen.For the transmission of data via the power supply line against an electrical power supply network Data on the power supply lines of the electrical Energy supply network modulated or from the energy supply lines of the electrical power supply network zes are filtered down without the electronic Components for signal processing by the on energy supply lines prevailing voltage and / or mains fre quenz be disturbed. Furthermore, surge peaks may Do not damage 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. Die Datenübertragung auf den Energieversorgungsleitungen eines Energieversorgungs­ netzes ist unter dem Begriff: Powerline Communication (PLC) bekannt.The electrical power supply network can, for example the house electricity network with a mains voltage of 110/230 V and a mains frequency of 50/60 Hz. The data transfer on the power supply lines of a power supply netzes is under the term: Powerline Communication (PLC) 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, circuitry for the Powerline Communication orders used for the modulation or the He filtering down data to and from the energy supplier power lines of the electrical power supply network Use 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.A disadvantage of such circuit arrangements is that especially in the case of transformers because of the high  Voltage requirements are expensive and large components, which are practically not integrable.

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. Hierfür ist ein Transformator vorgesehen. Der eingesetzte Optokoppler dient hier lediglich zur Ableitung eines Steuersignals.From document US 4,517,548 there is in particular an object known, which comprises at least one optocoupler, the sen optocoupler but no galvanic isolation regarding the data affected by data transmission performs. A transformer is provided for this. The The optocoupler used here is only for derivation a control signal.

Aus dem Dokument DE 197 54 800 A1 ist eine Anordnung für Da­ tenübertragungen auf Energieversorgungsleitungen bekannt. Es werden hier aber keine Optokoppler zur galvanischen Entkopp­ lung der von der Datenübertragung betroffenen Daten einge­ setzt.From document DE 197 54 800 A1 there is an arrangement for Da known transmissions on power supply lines. It but here are no optocouplers for galvanic decoupling the data affected by the data transmission puts.

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. 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.An object is described from document DE 44 13 467 C1 ben, the at least one optocoupler for electrical isolation between a monitoring circuit and an energy supplier has scope. The one or more optocouplers are used however only to the existence or not before to indicate the presence of a potential in the monitoring circuit and pass this fact on to the power supply network The optocoupler (s) used are not used here in addition to that of a data transmission via an energy supplier Decoupling data affected by the supply network.

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. Außerdem arbeitet der hier gezeigte Gegenstand oh­ ne Optokoppler. Document DE 195 44 027 C2 shows an object which includes a digital-to-analog converter, the Digi tal-analog converter but part of a phase control and is not part of a converting circuit for converting of data. In addition, the item shown here works oh ne optocoupler.  

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 a scarf arrangement of the type mentioned at the beginning, the is small and inexpensive and meets the electrical requirements corresponding to Powerline Communication.

Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.This task is accomplished with the means of the characteristic part of claim 1 solved.

Optokoppler und eine übrige benötigte elektronische Schaltung sind klein von den Ausmaßen und preisgünstig. Außerdem lassen sie sich zusammen mit der benötigten elektronischen Schaltung integrieren. Gleichzeitig gewährleisten Optokoppler eine für die Powerline Communication benötigte galvanische Trennung und eine Sicherung gegenüber Überspannungsspitzen.Optocoupler and any other required electronic circuit are small in size and inexpensive. Let also it together with the required electronic circuit integrate. At the same time, optocouplers ensure one for Powerline Communication required electrical isolation and a protection against surge peaks.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention are the subject 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 reception path and a separate transmission path at the coupling of a Powerline Communication modem the means to the power supply lines of an electri power supply network enables the best possible Preparation of the data for connection to the energy supplier supply lines or for further processing by the Po werline communication modem, because the respective preparations are independent of each other and do not disturb each other.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below a drawing explained in more detail.

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. B. W1, W2, DSP und Mitteln z. B. OK1, OK2 zur Ankopplung an die Energieversorgungsleitungen EL des elektrischen Energieversorgungsnetzes EN.The single figure shows an out in principle cut on a circuit arrangement for data transmission the power supply lines EL of an electrical power supply network  EN with a Powerline Communication Modem educational means z. B. W1, W2, DSP and means z. B. OK1, OK2 for coupling to the power supply lines EL of electrical power supply network.

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 is, for example House electricity network with a mains voltage of 110/230 V and one Mains frequency of 50/60 Hz. The presence of means W1, W2, DSP is to be understood in such a way that all other resources necessary to enter To form a Powerline 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 according to the figure is next to the means for coupling to the power supply lines EL of electrical power supply network EN a coupling condenser Tor KK provided, the function of which is the network frequency and those transmitted on the power supply lines EL Decouple data from each other.

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 electrical energy supply network EN are parallel with a first and two OK1 and OK2 optocouplers connected.

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. Der Empfangspfad EPF ist mit einem Mittel W1 verbun­ den, das durch einen Analog-Digital-Wandler A/D gebildet ist. 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 first optocoupler OK1 is implemented in such a way that he analog transmitted on the power supply lines EL Data galvanically decoupled to a receive path EPF wearing. The reception path EPF is connected to a means W1 the one that is formed by an analog-to-digital converter A / D. The analog-to-digital converter A / D converts those on the reception path EPF transferred analog data into digital data and sends them to a digital signal processor, for example DSP, as shown in the figure, for a further ver work 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. 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.In a reverse direction, digital data generated by the digital signal processor DSP for transmission over the power supply lines EL of the power supply network  EN are provided by a means W2, which by a Digital-to-analog converter D / A is formed into analog data shaped and the second optocoupler via a signal path SPF OK2 fed. The second optocoupler OK2 is like this that he received the di. on the transmission path SPF gital data decoupled on the energy supplier supply lines EL of the electrical power supply network EN transmits.

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 in addition to the one shown in the figure th coupling capacitor KK in a current-carrying energy supply supply line EL of the electrical power supply network EN further coupling capacitors in further existing energy sources Power supply lines EL of the electrical energy supplier supply network EN are arranged.

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

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. Circuit arrangement for data transmission on the energy supply lines of an electrical energy supply network with a Powerline Communication Modem form the means and means for coupling to the energy supply lines of the electrical energy supply network, characterized in that the means for coupling to the energy supply lines (EL) of the electrical Power supply network (EN) include the data affected by the data transmission galvanically decoupling optocouplers (OK1, OK2). 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. Circuit arrangement according to claim 1, characterized ge indicates that the means for coupling to the Power supply lines (EL) in a reception path (EPF) and a transmission path (SPF) are divided and that one optocoupler (OK1 or OK2) each in the receive 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. Circuit arrangement according to claim 2, characterized ge indicates that between the in the reception path (EPF) provided optocoupler (OK1) and the one Powerline Communication modem-forming means (eg DSP) an Ana log-digital converter (A / D) and between that in the transmission path (SPF) provided optocoupler (OK2) and the Powerline Communication modem forming means (e.g. DSP) a digi tal-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. Circuit arrangement according to claim 3, characterized ge indicates that the analog-to-digital converter (A / D) on the output side and the digital-to-analog converter (D / A) the power line communication modem bil end means (z. 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. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the analog-digi tal converter (A / D) on the input side and the digital-analog  Converter (D / A) on the output side with the energy supply cables (EL) of the electrical power supply network Are connected. 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. Circuit arrangement according to claim 5, characterized ge indicates that the connection of the optocoupler (OK1, OK2) with the power supply lines (EL) of the electrical power supply network (EN) at least one only coupling capacitor (KK) is assigned.
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