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 networkInfo
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Abstract
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 on the power grid, with an input for a data signal to be transmitted via the power supply network nal, an amplifier for the data signal, a power supplier supply device for the amplifier and a coupling scarf device that the amplified data signal into the power supply network.
Es ist bereits bekannt, die Stromversorgungsleitungen von de zentral angeordneten elektrischen oder elektronischen Geräten zusätzlich zur Übermittlung von Daten zu verwenden. Derartige Systeme werden oft auch als Powerline-Systeme bezeichnet.It is already known that the power supply lines from de centrally located electrical or electronic devices to be used in addition to the transmission of data. 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. Die Energieversorgung dieser Senderverstärker erfolgt ebenfalls aus dem Stromversorgungsnetz. Diese zusätz liche Leistungsaufnahme ist in der Regel begrenzt und soll daher möglichst effektiv mit hohem Wirkungsgrad in Sendeleis tung umgesetzt werden.In these systems, transmission amplifiers are provided in which ver the data to be transmitted via the power supply network be strengthened. The power supply of this transmitter amplifier also takes place from the power supply network. This additional The power consumption is usually limited and should be therefore as effective as possible with high efficiency in transmitter ice tion can be implemented.
Bisher wurden als Sendeverstärker oftmals ungeregelte Ver stärker benutzt. Alternativ dazu ist es auch bekannt, eine Verstärkungsregelung des Sendeverstärkers mittels einer Mes sung und Rückführung der Ausgangsspannung und/oder des Aus gangsstromes durchführen. 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. Dies führt da zu, dass vorhandene Leistungsreserven nicht effektiv ausge nutzt werden. So far, unregulated Ver used more. Alternatively, it is also known to be a Gain control of the transmitter amplifier using a measurement Solution and feedback of the output voltage and / or the off carry out current. Since the connection impedance is one of the like Powerline device subject to strong fluctuations is such a regulation must be designed such that in all circumstances exceeding the performance recording of the transmitter amplifier is avoided. This leads there to that existing performance reserves are not effectively exhausted be used.
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.The invention is based on this prior art based on the task of showing a way like an over Carrying data over the power grid more effectively can be made.
Diese Aufgabe wird durch ein Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhän gigen Ansprüchen.This object is achieved by a device with the in the claim 1 specified features solved. Advantageous configurations and further developments of the invention result from the depend current 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. Durch die Verwendung eines geschalteten Verstärkers als Verstärker für das zu übertragende Datensignal entsteht Verlustleistung nur während der relativ kurzen Schaltzeiten der Schaltelemente.The advantages of the invention are in particular that they regulate the amplitude of the data to be transmitted signals without significant deterioration in efficiency allowed. By using a switched amplifier arises as an amplifier for the data signal to be transmitted Power loss 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. Da durch erfolgt eine Anpassung des Verstärkers an die schwan kende Netzimpedanz.Furthermore, the amplitude of the off is advantageous output voltage at the transformer and the current consumption of the ver monitored in the power supply unit and regulation takes place the gain depending on the sizes mentioned. because by adjusting the amplifier to the swan network impedance.
Zur Verstärkungsregelung wird vorzugsweise der Modulationsin dex des digitalen Modulators verändert, bei welchem es sich um einen Pulsbreitenmodulator oder einen Pulsdichtemodulator handelt.The modulation is preferably used for gain control dex of the digital modulator changes, which it is a pulse width modulator or a pulse density modulator is.
Eine Pulsbreitenmodulation ist als solche bekannt und wird bei Audio-Verstärkern und Schaltnetzteilen verwendet. Dort wird stets mit Taktfrequenzen von einigen hundert Kilohertz gearbeitet. Bei höheren Frequenzen wird der Wirkungsgrad zu nehmend schlechter, so dass eine Pulsbreitenmodulation bei höheren Frequenzen nicht verwendet wurde. 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. Bei derartigen Taktfrequenzen wurde bisher stets davon ausgegangen, dass ein Pulsbreitenmo dulationsverfahren wegen des bei diesen Frequenzen schlechten Wirkungsgrades nicht anwendbar ist. 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.Pulse width modulation is known as such and will be used in audio amplifiers and switching power supplies. There is always with clock frequencies of a few hundred kilohertz worked. At higher frequencies, the efficiency increases taking worse, so that a pulse width modulation higher frequencies was not used. With a transfer supply of data via the power grid, such as counter state of the invention, the amplifier needs for data signals with 200 kHz signal bandwidth one clock frequency in the loading ranging from about 1 to 10 MHz. At such clock frequencies So far it has always been assumed that a pulse width mo dulation procedure because of the bad at these frequencies Efficiency is not applicable. However, it has changed in ü surprisingly shown that due to adaptability of the amplifier to the constantly fluctuating line impedance Using pulse width modulation or the like other digital modulation methods better results can be achieved than, for example, with conventional linear Amplifiers.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Figur ge zeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on the ge in the figure showed exemplary embodiment 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 a device for transmitting data via the power supply network, of which power supply lines 5 and 6 are shown.
Das Sendesignal, das die über das Stromversorgungsnetz zu ü bertragenden Daten in modulierter Form enthält, liegt noch unverstärkt am Eingang E der Vorrichtung an. Von dort aus wird es einem geschalteten Verstärker 1 zugeführt, welcher einen Pulsbreitenmodulator 1a und einen Leistungsschalter 1b aufweist. 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. 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.The transmit signal, which contains the data to be transmitted via the power supply network in modulated form, is still unamplified at input E of the device. From there it is fed to a switched amplifier 1 , which has a pulse width modulator 1 a and a power switch 1 b. The pulse width modulator represents a digital amplifier in which a clock signal, the frequency of which is substantially greater than the frequency of the transmission signal, is modulated in its pulse width as a function of the transmission signal. For example, a high-frequency triangular signal is converted into a high-frequency digital signal using a comparator, the transmission signal determining the pulse / pause ratio of this digital signal.
Das entstandene pulsbreitenmodulierte Signal schaltet den Leistungsschalter 1b. Dieser weist zwei Schaltelemente S1, S2 auf, bei denen es sich beispielsweise um Feldeffekttransisto ren handelt. Diese werden in Abhängigkeit vom pulsbreitenmo dulierten Signal derart geschaltet, dass stets ein Schalter geöffnet und der andere geschlossen ist. 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. Ein weiterer Ausgang der Stromversorgungseinrich tung 7 ist ebenfalls an Masse 8 angeschlossen. Der Verbin dungspunkt P zwischen den beiden Schaltelementen S1 und S2 ist mit dem Eingang eines passiven Filters 2 verbunden. Da die beiden Schaltelemente abwechselnd leiten, wird abwech selnd die vom Netzteil abgeleitete Versorgungsspannung und Masse dem passiven Filter 2 zugeführt.The resulting pulse width modulated signal switches the circuit breaker 1 b. This has two switching elements S1, S2, which are, for example, field effect transistors. These are switched depending on the pulse width modulated signal in such a way that one switch is always open and the other is closed. The two switching elements S1, S2 are arranged in series and between a power supply output of a power supply device 7 , which is a power supply unit, and ground 8 . Another output of the Stromversorgungseinrich device 7 is also connected to ground 8 . The connec tion point P between the two switching elements S1 and S2 is connected to the input of a passive filter 2 . Since the two switching elements conduct alternately, the supply voltage and ground derived from the power supply are alternately fed to the passive filter 2 .
Bei einem derartigen Vorgehen entsteht Verlustleistung nur während der relativ kurzen Schaltzeiten der Schaltelemente.Such a procedure only results in power loss 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. 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.The passive filter 2 has coils L1 and L2 and capacitors C1, C2 and C4 and has the task of extracting the amplified data signal from the high-frequency pulse-width-modulated signal. This is coupled into the power supply lines 5 , 6 via a coupling circuit, which has a transformer 3 and a capacitor 4 , and is supplied to a decentralized electrical or electronic device via said line.
Die Stromversorgungsleitungen 5, 6 sind auch mit dem Netzteil 7 verbunden. Das Netzteil 7 enthält Messmittel, mittels derer die Stromaufnahme des Verstärkers 1 gemessen wird. 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. Ist die Stromaufnahme zu groß, dann erfolgt eine Erniedrigung des Mo dulationsindex. The power supply lines 5 , 6 are also connected to the power supply 7 . The power supply unit 7 contains measuring means by means of which the current consumption of the amplifier 1 is measured. Depending on the measured current consumption, the amplifier 1 is regulated via the line 11 by changing the modulation index of the pulse width modulator. If the current consumption is too high, the modulation index is lowered.
Weiterhin ist der Ausgang des passiven Filters 2 im Sinne ei ner Rückkopplung über die Leitung 12 mit dem Pulsbreitenmodu lator 1a verbunden. 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.Furthermore, the output of the passive filter 2 in the sense of a feedback via the line 12 is connected to the pulse width modulator 1 a. If the output voltage provided at the output of the passive filter 2 is too high, then it is also readjusted by lowering the modulation index.
Diese Vorgehensweise erlaubt eine Regelung der Amplitude des über das Stromversorgungsnetz zu übertragenden Datensignals ohne den Wirkungsgrad nennenswert zu verschlechtern. 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.This procedure allows the amplitude of the data signal to be transmitted via the power supply network to be regulated without significantly reducing the efficiency. Through the described monitoring of the output voltage of the passive filter 2 and the current consumption of the amplifier 1 , its amplification is regulated over a wide range and the amplifier is thereby adapted to the constantly fluctuating network impedance.
Claims (12)
einem Eingang für ein über das Stromversorgungsnetz zu übertragendes Datensignal,
einem Verstärker für das Datensignal,
einer Stromversorgungseinrichtung für den Verstärker und einer Koppelschaltung, die das verstärkte Datensignal in das Stromversorgungsnetz einkoppelt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (1) ein geschalteter Verstärker ist.1. Device for the transmission of data over the Stromver supply network, with
an input for a data signal to be transmitted via the power supply network,
an amplifier for the data signal,
a power supply device for the amplifier and a coupling circuit which couples the amplified data signal into the power supply network,
characterized in that the amplifier ( 1 ) is a switched amplifier.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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