DE10012235C2 - Schaltungsanordnung zur Datenübertragung auf den Energieversorgungsleitungen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Daten­ übertragung auf den Energieversorgungsleitungen eines elek­ trischen Energieversorgungsnetzes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

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.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

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.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

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.

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.

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.

Die Energieversorgungsleitungen EL des elektrischen Energie­ versorgungsnetzes EN sind parallel mit einem ersten und zwei­ ten Optokoppler OK1 und OK2 verbunden.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.