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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM-Signal auf 230V Sinus modulieren


Autor: 404 (Gast)
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Hallo zusammen,

wie der Titel schon sagt, möchte ich ein PWM-Signal (Frequenz ~100kHz) 
auf das 230V Sinus-Netz aufmodulieren. Schön wäre ein 5V-Pegel, ist aber 
auch nicht tragisch, wenn nicht.

Das PWM-Signal wird über eine kleine Schaltung erzeugt und soll ca. 20m 
weiter verarbeitet werden. Also ein Signalweg
PWM-Erzeugung -> Aufmodulation auf das Netz -> Leitung -> Demodulation 
-> Verarbeitung

Habe mir hierzu schon ein paar Powerline-Threads durchgelesen und diese 
Schaltung hier gefunden: 
http://www.ulrichradig.de/home/index.php/projekte/pl-modem
Die Frage ist, geht es nicht einfacher, da ich eben nur ein einziges 
Signal brauche?

Anforderung:
- PWM-Signal über eine Phase 20m transportieren
- Schaltung muss in einer halben Schalterdose verschwinden
- Signal soll nach Möglichkeit nicht in's gesamte Netz strahlen, tut es 
da ein Siebkondensator  auf der Eingangsseite?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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wie willst du verhindern daß das nicht ins gesamte netz strahlt? da 
haben alle deine nachbarn was von wenn du keinen filterkreis in die 
einspeisung deiner wohnung einbaust.

Autor: 404 (Gast)
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Das ist ja eben die Frage. An sich sollte es ja erstmal Hausintern nicht 
stören, wenn da ein Signal draufliegt. Ich weiß auch nicht, ob das 
Signal auf größere Distanz überhaupt noch verwertbar ist. Aber ich 
benötige es ja nur in einem Raum bzw. sogar nur in einem Stück Leitung.
Wenn es funktioniert, und ich eine gleichartige Schaltung im Nebenraum 
installieren möchte, muss ich ja schon über einen Bus gehen und den 
Empfängern Adressen zuweisen, was für den Moment aber garnicht nötig 
ist. So kommt das Signal aus einer kleinen Taktstufe mit 'nem Poti dran, 
für alles weitere muss direkt ein Controller her...

Abkoppeln würde ich es mit einer einfachen Frequenzweiche, das müsste 
bei den Frequenzen (50Hz vs. 100kHz) eigentlich funktionieren.


Wieviel Leistung muss das Signal bei der Disganz eigentlich haben? Wäre 
es möglich, es über ein paar Knopfzellen laufen zu lassen, um sich den 
Trafo zu sparen, oder lohnt sich das von der Lebensdauer her nicht?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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die leitungen werden das signal sicherlich mit der entfernung zunehmend 
dämpfen.

störungen kannst du aber durchaus mit manchen geräten wie z.b. in 
rundfunkempfängern bekommen.

Autor: 404 (Gast)
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Am besten also das Signal geade so dimensionieren, dass es für die 
Distanz reicht. Eingangsseitig sind mit Sicherheit 50m bis zum 
Verteilerkasten, weil an dem Kreis nur ein Raum hängt. Das Signal selbst 
sollte die übrigen Geräte (Rechner, Verstärker, Bildschirm, etc.) nicht 
sonderlich beeindrucken, oder täusche ich mich da?

Aber wie gesagt, wäre es nicht möglich, die hohe Frequenz auf der 
Eingangsseite rauszufiltern?

Wie groß können die Störungen sein? Es befinden sich keine stärkeren 
Sender im Raum...


Aber zur eigentlichen Problematik, wie baue ich das am einfachsten auf? 
Ist das oben erwähnte PL-Modem die einfachste Lösung oder kann man noch 
irgendwo abspecken?

Autor: jiro (Gast)
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Rechteck auf irgendetwas was als Antenne fungeren kann 
aufzumodulieren,ist nie eine gute idee.

Autor: 404 (Gast)
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Wäre Dreieck besser geeignet? Kondensator zwischen und auf der 
Empfängerseite nach der Demodulation durch einen OP jagen ist ja kein 
Problem.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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vom prinzip her reicht es eine ader der netzspannung ein paarmal um 
einen ferrit-ringkern zu legen, einen zweiten draht dazu und in diesen 
dein rechteck einzuspeisen. die endstufe muß natürlich die 
rückgekoppelten 50Hz anteile aushalten. auf der empfängerseite das 
gleiche, auch hier ein filte für die 50Hz bzw. ein bandpass auf deine 
100kHz und schon haste dein signal wieder.

kannst auch kapazitiv ein-/auskoppeln über X2-kondensatoren oder welche 
klasse das war (müßte ich jetzt nachsehen) damit schaffst du mehr 
leistung, bekommst aber auch stärkere 50Hz anteile an sender und 
empfänger die du wegfiltern mußt.

ob es stört mußt du halt einfach probieren. prinzipiell sollten die 
100kHz im netzfilter heutiger geräte steckenbleiben.

Autor: 404 (Gast)
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D.h. einfach zwei Lagen isolierten Draht wickeln, einmal 230V Sinus und 
einmal 5V Recht-/Dreieck und fertig?
Ist bei den Wicklungen irgendetwas zu beachten, abgesehen vom 
Blindwiderstand der enstehenden Spule, der bei der recht hohen Frequenz 
vermutlich nicht zu vernachlässigen ist? Gleiche Länge, Wicklungszahl, 
...?

Ein ordentlicher Bandpass, der von mir aus das Signal ab 80kHz abkoppelt 
sollte zur Trennung genügen, oder? Evtl. noch ein "Tief"pass bei 120kHz, 
um höherfrequente Sörsignale rauszufiltern...

Denke, es stört nicht, aber Ausprobieren sollte es zeigen. Power-LAN und 
ähnliche Geschichten stören ja auch nahezu nicht, bin mir aber grade 
nicht sicher, in welchem Frequenzbereich die laufen.

Autor: Karl (Gast)
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Tu Dir einen Gefallen und mach die Einspeisung und Entnahme über jeweils 
einen Bandpass und Übertrager. Außerdem verbietet sich ein Rechteck an 
einer langen Antenne. Mach einen Sinus draus, FM bietet sich an. Das 
geht recht schmalbandig durch oben genannte Bandpässe. Zu guter letzt: 
Das Netz hat Impedanzen im niedrigen einstelligen Ohm-Bereich. Das will 
erst mal getrieben werden. Selbiges gilt für die Demodulation.

Viel Erfolg und grill dich nicht!

Autor: Karl (Gast)
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In welcher Welt lebst Du denn? Diese ganzen breitbandigen 
Powerline-Modems müllen das ganze Band bis 30 MHz zu. Googel erstmal 
dazu...

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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das treiben auf kurze distanzen ist kein problem. ein nicht ausreichend 
abgeblockter schaltregler koppelt seine schaltfrequenz ja auch als 
störung ein.

versuchs mit wenigen windungen, vielleicht 2x5 windungen. wenn das nicht 
reicht dann kannst du mit verhältnissen wie 2:1 probieren, bei 
entsprechend höherer treiberleistung. oder du freundest dich gleich mit 
der kapazitiven einspeisung an, mit einem ferritkern hast du es nur mit 
der sicheren elektrischen trennung vom netz einfacher.

sinus ist eine gute idee, das wird nicht so stark von den leitungen 
abgestrahlt wie ein rechteck.

Autor: 404 (Gast)
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Wollte das Signal über Optokoppler enspeisen und am liebsten auch 
genauso entnehmen, evtl. auch mit Übertragern. An einen Eingangsseitigen 
Bandpass hatte ich nicht gedacht, ergibt aber auch Sinn.

Idee war, den Taktgenerator mit Knopfzellen zu speisen und das 
PWM-Signal über ein Photo-MOS Element einzuspeisen, um vollständig 
unabhängig vom Netz zu sein. Lediglich ein kleines Netzteil für das zu 
übertragende Signal. Ob es so viel Sinn macht, oder ich doch das 
Netzteil für beides benutzt, muss ich nochmal drüber nachdenken.

D.h. der Aufbau wäre wie folgt:
Taktgenerator -> Übertrager -> Bandpass -> Ferritkern mit 230V und 
Signal -> Leitung -> Bandpass -> Übertrager -> Empfänger

Wenn ich sowieso mit Übertragern Arbeite, könnte ich auch kapazitiv 
einspeisen, wäre ansonsten ja doppelt abgesichert (OK, hat nicht nur 
Nachteile, könnte man aber auch durch Z-Diode und Feinsicherung 
erreichen)

Sinus... Also entweder µC oder Schwingkreis dazwischen... Spricht 
irgendetwas viel gegen Dreieck, da ist es nur ein Bauteil...

Autor: 404 (Gast)
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@Karl
Das die Strahlen wie doll war mir schon bewusst (andernfalls würde es 
auch nicht funktionieren), aber es schadet den meisten Geräten nicht 
ernsthaft, da es im Filter landet. Die Geräte fahren aber vermutlich 
auch etwas höhere Leistung und nicht ein gerade ausreichend abgestimmtes 
Signal für ein paar Meter.
Hier ist es nur der Versuch, eine Wand nicht aufreißen zu müssen 
(mehrfach gestrichen, weil es keine Standard-Farbe ist). Könnte auch den 
Schutzleiter umfunktionieren und ein PWM-Signal gegen Erde drauflegen, 
nur hab ich da das Problem, dass ich die Vorschriften kenne (kennen 
muss), die es verbieten. (OK, unterschiedliche Spannungen in einer Dose 
ist auch so eine Geschichte, aber kein Schutzleiter ohne Trennung ist 
schon blöd und klassische Nullung mit FI ist auch nicht drin)

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> Könnte auch den Schutzleiter umfunktionieren
ähh nein, kannst du nicht. denk da gar nicht erst drüber nach.

in erster linie müßtest du dir gedanken machen welche modulation du 
willst. also was willst du übertragen, eine analogen spannung (von mir 
aus auch in form eines PWM-signals) oder digitale daten? falls es daten 
sind kannst du sehr gut mit einem trägersignal leben, was 
ein/ausgeschaltet wird. bei einer spannung brauchst du eine echte 
modulation, entweder das puls/pausen-verhältnis bei PWM-signalen oder 
den hub bei frequenzmodulation.

auf der senderseite brauchst du keinen bandpass. deine ausgangsstufe 
sollte niederohmig genug sein um die ankommenden 50Hz wegzudrücken. hohe 
frequenzanteile gehen nicht durch den ferritkern zum einkoppeln durch. 
auf der empfängerseite brauchst du den bandpass vor allem zur 
störungsunterdrückung. ich würde ihn nach dem auskoppeln über den 
ferritkern einfügen.

dreieck macht meiner meinung nach nicht allzu viel sinn. eine echte 
alternative wäre ein sinussignal, aber von deinem rechteck bleiben nach 
dem einkoppeln wegen des ferritkerns auch keine so extrem steilen 
flanken mehr übrig.

mit optokopplern kannst du höchstens für eine sichere elektrische 
trennung vom netz sorgen, zum einkoppeln in das netz taugen die nichts.

Autor: 404 (Gast)
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>> Könnte auch den Schutzleiter umfunktionieren
>ähh nein, kannst du nicht. denk da gar nicht erst drüber nach.
Deshalb habe ich es auch ausgeschlossen und hier nachgefragt.

>in erster linie müßtest du dir gedanken machen welche modulation du
>willst. also was willst du übertragen, eine analogen spannung
Ich benötige an der Empfangsseite ein PWM-Signal mit einer Frequenz 
>1kHz mit veränderlichem Tastgrad.
Wenn die Flanken nicht mehr Steil genug sind, kann man sie ja immernoch 
durch einen OP oder Schmitt-Trigger jagen. Entweder steuere ich damit 
direkt einen FET (OK, mit Vorstufe, denke nicht, dass die Spannung 
gleich perfekt ist) oder gebe es auf einen µC.

Bandpass auf der Ausgangsseite ist klar. Ansonsten ist wahrscheinlich 
noch alles mögliche an Störsignalen mit drin.

>mit optokopplern kannst du höchstens für eine sichere elektrische
>trennung vom netz sorgen, zum einkoppeln in das netz taugen die nichts.
Ja, die Einkopplung selbst werde ich zunächst mit einem Ferritkern 
probieren. Wenn es nicht hinhaut oder zu unsauber wird, probiere ich es 
evtl. noch kapazitiv.

Werde das ganze morgen mal auf einer Teststrecke probieren und gucken, 
ob ein brauchbares Signal mesbar ist.

Autor: Michael F. (jiro)
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>oder gebe es auf einen µC.

Wenn du es sowieso auf einem µC gibst dann brauchst du nicht versuchen 
ständig die pwm  über das Netz zu drücken zumal alles was kein Sinus ist 
für störungen sorgt.
Mach es doch so das du eine FM modulierte Verbindung zwichen Sender und 
Emfänger aufbaust, dann brauchst du den Emfänger nur Änderungen 
mitteilen z.b. ab jetzt einen Tastgrad von 45%. Auserdem wenn man nur 
die Änderungen übermittelt sorgt das für weitere Ruhe im Netz.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Ich denke, ums Netz muß man sich die geringsten Sorgen machen,eher schon 
darüber, daß man mit genug power aufmoduliert,weil ja viele Verbraucher 
X Kondensatoren am Eingang haben, die die schön modulierte HF 
niederknüppeln.
Wahrscheinlich auch ein Grund,daß sich das alles, trotz großer 
Bemühungen, nicht so richtig durchgesetzt hat.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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versuch auf jeden fall den FET nicht direkt mit dem ausgekoppelten 
signal zu steuern, es wird störungen geben die du nicht ausfiltern 
kannst und diese werden dir einzelne impulse "versauen". kommen z.b. von 
schaltvorgängen beim licht, neu eingesteckte geräte oder unzureichend 
entstörte dimmer. auch ein alter staubsauger mit seinem 1000W 
kollektormotor ohne jede entstörung kann erstaunliche effekte 
hervorrufen. wenn der FET eine strombegrenzende last wie z.b. eine lampe 
steuert kann nichts passieren außer daß die nicht so leuchtet wie du das 
willst. treibt der FET aber einen niederohmigen schaltnetzteil-trafo 
oder so wird er dir um die ohren fliegen.

Autor: 404 (Gast)
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>Mach es doch so das du eine FM modulierte Verbindung zwichen Sender und
>Emfänger aufbaust, dann brauchst du den Emfänger nur Änderungen
>mitteilen z.b. ab jetzt einen Tastgrad von 45%. Auserdem wenn man nur
>die Änderungen übermittelt sorgt das für weitere Ruhe im Netz.
Das Änderungssignal wäre dann aber noch Anfälliger. Man könnte das 
Signal in bestimmten Intervallen geben, um die Sicherheit zu 
gewährleisten, aber dann kann man es auch gleich aufrecht erhalten.
µC auf der Senderseite wollte ich aus Platzgründen vermeiden, eine halbe 
Schalterdose ist nicht viel..

>versuch auf jeden fall den FET nicht direkt mit dem ausgekoppelten
>signal zu steuern, es wird störungen geben die du nicht ausfiltern
>kannst und diese werden dir einzelne impulse "versauen".
Das entkoppelte Signal direkt nutzen wollte ich nicht, mindestens noch 
eine Trigger-Stufe dazwischen. Aber Auslesen und Störungen ausfiltern 
wäre wohl besser.

>kommen z.b. von schaltvorgängen beim licht, neu eingesteckte geräte oder 
>unzureichend entstörte dimmer. auch ein alter staubsauger mit seinem 1000W
>kollektormotor ohne jede entstörung kann erstaunliche effekte >hervorrufen.
Hmm... Wenn ich daran denke, was mein "kleiner" 300W Röhrenverstärker 
(für die Gitarre) beim Einschalten erzeugt... Kurzer Impuls, der reicht, 
um das Licht kurz flackern zu lassen.

>wenn der FET eine strombegrenzende last wie z.b. eine lampe
>steuert kann nichts passieren außer daß die nicht so leuchtet wie du das
>willst. treibt der FET aber einen niederohmigen schaltnetzteil-trafo
>oder so wird er dir um die ohren fliegen.
Soll 2-4 Konstantstromquellen 750mA bei treiben. Grobe Schwankungen 
wären aber schon ärgerlich.


Wenn meine Test nacher nichts werden, muss ich mir eine Alternative 
ausdenken. FM-Verbindung wäre denkbar, letzte Lösung könnte Funk werden 
(Verbindung per RFM12 oder (leider wohl teurer) Bluetooth). Aber erstmal 
ausprobieren, vielleicht geht es ja tatsächlich.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> Kurzer Impuls, der reicht, um das Licht kurz flackern zu lassen.
na das ist ja noch harmlos... ich hab hier eine palmer 2000LX mit einem 
topfgroßen ringkerntrafo, die muß ich über eine verlängerungsschnur 
starten. einfach in die wand gestopft regt sich der 16A 
sicherungsautomat trotz softstart drüber auf.

wenn du einen zweiten µC einbauen willst kannst du die sicherheit des 
signals schon deutlich erhöhen. optimal wäre natürlich eine 
bidirektionale verbindung. der master sendet den soll-wert, der slave 
schickt ihn zurück und übernimmt ihn erst nach einer quittierung durch 
den master. ohne bidirektionale verbindung kannst du den sollwert auch 
fünfmal direkt hintereinander übertragen. der empfänger kann sich dann 
die signale anschauen und übernimmt die änderung nur bei mindestens drei 
gleichen werten. damit können zwei von fünf übertragungen vermurkst 
werden ohne daß es probleme gibt.

Autor: 404 (Gast)
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>ohne bidirektionale verbindung kannst du den sollwert auch
>fünfmal direkt hintereinander übertragen. der empfänger kann sich dann
>die signale anschauen und übernimmt die änderung nur bei mindestens drei
>gleichen werten. damit können zwei von fünf übertragungen vermurkst
>werden ohne daß es probleme gibt.
Die Methode dürfte recht gut sein, die Chance, dass von 5 Signalen mehr 
als 2 vermurkst werden dürfte sich in Grenzen halten...

Geplant war eine nahezu verzögerungsfreie Übertragung, die beim 
Poti-Drehen schnell sichtbar ist. Wenn ich jetzt am Poti drehe, den 
Tastgrad von meinetwegen 70% auf 90% regle, müsste ich das Programm ja 
so aufbauen, dass es den Wert nur sendet, wenn er ein paar ms konstant 
bleibt. So schnell ist die Übertragung vermutlich auch nicht, dass es 
wie analog aussieht. Aber gut, damit kann man leben, ist immernoch 
besser, als eine mehrfach gestrichene Wand aufreißen, nur um eine Ader 
zu ziehen.
(Warum ist hier niemand auf die Idee gekommen, mal eine Reserveader zu 
legen, hätte mir das Leben so leicht gemacht... ;) aber das wäre ja auch 
langweilig)

Wie auch immer, ich mach mir jetzt was zu beißen und anschließend gibt 
es erste Testergebnisse.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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und? hast die netzspannung nun versehentlich woanders eingekoppelt als 
geplant und ins gras gebissen? das wär nicht so gut. ;-)

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Vielleicht noch für den TE interessant:

http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/...

mit Schaltbeispielen

Autor: Der Schwarze Peter (Gast)
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Die Sorge mit der Verschmutzung des gesamten Netzes durch deine PWM ist 
unbegründet, denn du kommst mit deinen 100 kHz über "normale" Lietungen 
ohnehin keine 20 m weit:
Die Längsinduktivität der Leitung dämpft dein Signal ins Bodenlose.
Wir bauen spezielle Widerstandsmessgeräte, die eben genau diesen Effekt 
ausnützen, um nur an der Messtelle zu messen und nicht etwa 5 m weiter.

Mit 100 khz könntest du aber schon prima senden, wenn du das auf eine 
abgestimmte Lambda/4-Antenne legst, aber das wirst du nicht wollen, 
oder?
Streich eine 0 weg, dann hast du eine Chance!

Mit fröhlichen Grüßen
Der Schwarze Peter

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Die Sorge mit der Verschmutzung des gesamten Netzes durch deine PWM ist
unbegründet, denn du kommst mit deinen 100 kHz über "normale" Lietungen
ohnehin keine 20 m weit: Die Längsinduktivität der Leitung dämpft dein 
Signal ins Bodenlose.

Stimmt leider gar nicht. Ich hab auf Powerline Kommunikation gearbeitet, 
und da haben wir Daten zwischen 100 und 400kHz mit 19kBit ueber km 
uebertragen.

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