JP2000165303A - データ伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】データ伝送速度を高めてもスイッチングに伴う
ノイズや損失が比較的少ないデータ伝送装置を提供す
る。 【解決手段】給電端末１に設けた送信回路１５はトラン
ジスタＱ０のスイッチングにより直流電源Ｅを電力変換
する。送信回路１５の出力部にはインダクタＬ０と容量
可変回路Ｃｖからなるローパスフィルタが設けられる。
容量可変回路Ｃｖは制御回路１１から出力される送信信
号によりスイッチ要素ＳＷ１がオンオフされ容量を変化
させる。したがって、信号線３には送信信号に対応して
リプルが変化する伝送信号が送出される。リプルの大き
さにより信号値を表すから、送信信号の周波数はローパ
スフィルタのカットオフ周波数より高くてもよく、トラ
ンジスタＱ０のスイッチング周波数を高めることなく送
信信号の周波数を高めてデータ伝送速度を向上させるこ
とが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１台の
給電端末と複数台の受電端末とを２線式の信号線を介し
て接続し、給電端末と受電端末との間で信号線を介して
データ伝送とともに電源供給を行なうデータ伝送装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図１０に示すように、１台の
給電端末１と複数台の受電端末２とを２線式の信号線３
を介して接続し、信号線３を介して給電端末１と受電端
末２との間でデータ伝送を行ない、受電端末２に接続し
た負荷ＬＤ１〜ＬＤｎを制御するデータ伝送装置が知ら
れている。受電端末２には各種の負荷ＬＤ１〜ＬＤｎ、
あるいはセンサ、スイッチなどが適宜に接続される。ま
た、給電端末１には必要に応じてスイッチＳＷが接続さ
れる。しかして、給電端末１のスイッチＳＷや受電端末
２のスイッチが操作されたり受電端末２に設けたセンサ
により特定の状態が検出されると、信号線３を通して伝
送される送信データにより負荷ＬＤ１〜ＬＤｎが制御さ
れる。負荷ＬＤ１〜ＬＤｎには、発光ダイオードなどを
備える表示素子、複数の表示素子を配列した表示器、他
の負荷への電源の入切を行なうリレーなどがある。

【０００３】給電端末１と受電端末２との間で授受され
る信号を図１１に示す。図１１（ａ）は基本的な伝送手
順を示しており、１フレームＦＭの信号は、給電端末１
から受電端末２にデータを伝送するタイムスロットＴＳ
１と、受電端末２から給電端末１にデータを伝送するタ
イムスロットＴＳ２とを備える。図示例は伝送制御とし
てポーリング・セレクティング方式を採用しており、各
受電端末２に設定したアドレスを用いて給電端末１が一
定規則で受電端末２を呼び出すようになっている。たと
えば、簡単な方式としては、給電端末１がアドレス順に
サククリックに受電端末２を呼び出す方式が採用され
る。給電端末１は受電端末２を呼び出したときに受電端
末２に接続されたスイッチの操作状態を受け取るととも
にその操作状態を記憶し、スイッチを設けた受電端末２
に対してアドレスにより対応付けられている他の受電端
末２を呼び出したときに、その受電端末２に設けた負荷
ＬＤ（ＬＤ１〜ＬＤｎ）の制御を要求する。給電端末１
から受電端末２への送信データは電圧信号で伝送され、
タイムスロットＴＳ１においては図１１（ｂ）のように
信号線３の線間電圧が変化する。給電端末１は信号線３
に送出する電流を定電流化する機能を有し、受電端末２
から給電端末１に信号を返送するタイムスロットＴＳ２
においては、図１１（ｃ）のように給電端末１は信号線
３に定電流を流し、このタイムスロットＴＳ２において
受電端末２が信号線３の線間に低抵抗を挿入することで
信号を伝送すると、受電端末２が信号線３の線間に挿入
する抵抗の大きさに応じて信号線３の線間電圧が変化す
る。このような信号線３の線間電圧の変化によって給電
端末１は受電端末２から返送された信号を受信する。

【０００４】給電端末１には各種構成が知られている
が、本発明者らは先に特願平１０−２０８２７５号にお
いて図１２に示す構成を提案した。この給電端末１は、
降圧形のチョッパ回路を用いた送信回路１５を備え、送
信回路１５は、スイッチング素子であるトランジスタＱ
０のオンデューティを制御することによって、出力電圧
を変化させるように構成されている。すなわち、直流電
源である電源Ｅの両端間にトランジスタＱ０のエミッタ
−コレクタとインダクタＬ０とコンデンサＣ０との直列
回路を接続し、インダクタＬ０とコンデンサＣ０との直
列回路に還流用のダイオードＤ０を並列接続してある。
トランジスタＱ０にはｐｎｐ形のものを用い、エミッタ
−ベース間に抵抗ＲＢを接続してある。電源Ｅは直流電
源であることを示すために図１２では電池の記号を用い
て示しているが、一般には商用電源を整流し平滑ないし
安定化した直流電源を用いる。また、信号線３の線間に
は検出回路１６を接続してある。

【０００５】送信回路１５では、トランジスタＱ０が高
周波でオンオフされるのであって、トランジスタＱ０の
オン期間にインダクタＬ０およびコンデンサＣ０を通し
て電流が流れ、この期間にインダクタＬ０に蓄積された
エネルギが、トランジスタＱ０のオフ期間にコンデンサ
Ｃ０およびダイオードＤ０を通して放出される。つま
り、電源Ｅの電圧を降圧した電圧がコンデンサＣ０の両
端電圧となり、コンデンサＣ０の両端電圧はトランジス
タＱ０のオンオフの比率に応じて調節可能になる。言い
換えると、トランジスタＱ０により電源Ｅを高周波で断
続させ、インダクタＬ０とコンデンサＣ０とからなるチ
ョークインプット形のローパスフィルタで高周波成分を
除去していることになる。また、コンデンサＣ０の一端
は検出抵抗Ｒｓを介して信号線３に接続され、他端は信
号線３に直結される。この送信回路１５では、トランジ
スタＱ０のオンデューティを制御することによって、信
号線３の線間電圧を変化させることができる。

【０００６】タイムスロットＴＳ１において、給電端末
１から受電端末２に伝送する信号は、マイクロコンピュ
ータ（以下、マイコンと略称する）を主構成とする制御
回路１１からベースバンド信号である電圧制御信号Ｖｒ
ｅｆとして出力される。電圧制御信号Ｖｒｅｆは、定電
圧制御回路１２において、信号線３の線間電圧を抵抗Ｒ
１０，Ｒ１１により分圧した電圧と比較され、定電圧制
御回路１２からは両電圧の差に比例した電圧が出力され
る。定電圧制御回路１２の出力は時比率変換回路１３に
入力され制御回路１１から出力される基準信号Ｖｏｓｃ
と比較される。基準信号Ｖｏｓｃは鋸歯状波または三角
波であって、時比率変換回路１３の出力は、定電圧制御
回路１２から出力される信号Ｖｒｅｆ’（送信信号に相
当する）の電圧が基準信号Ｖｏｓｃの瞬時電圧よりも高
い期間にＨレベルになる。したがって、定電圧制御回路
１２の出力電圧の高い期間に低い期間よりもパルス幅の
広くなる矩形波信号が出力される。この矩形波信号の周
波数は基準信号Ｖｏｓｃの周波数ｆｓｗと一致する。

【０００７】時比率変換回路１３から出力された矩形波
信号は駆動回路１４を通してトランジスタＱ０に与えら
れ、矩形波信号によりトランジスタＱ０がオンオフされ
る。つまり、トランジスタＱ０のスイッチング周波数ｆ
ｓｗは基準信号Ｖｏｓｃの周波数によって決まり、オン
デューティは信号Ｖｒｅｆ’に応じて決定されることに
なる。

【０００８】送信回路１５では、トランジスタＱ０のオ
ン期間が長いほどコンデンサＣ０に蓄積される電荷が多
くなり、コンデンサＣ０の両端電圧Ｖｏを上昇させるこ
とができる。そこで、信号Ｖｒｅｆ’の電圧値が高くな
ればトランジスタＱ０のオン期間を長くし、電圧値が低
くなればトランジスタＱ０のオン期間を短くするように
制御する。この制御によって、コンデンサＣ０の両端電
圧Ｖｏつまり信号線３の線間電圧は、信号Ｖｒｅｆ’の
差がほぼ一定に保たれるようにフィードバック制御さ
れ、直流電圧にベースバンド信号を重畳した形の電圧信
号を信号線３に送出することができる。

【０００９】一方、受電端末２は、給電端末１から信号
線３に送出された電圧信号を、コンデンサＣ２１を通し
て直流電源から分離しコンパレータ２２に入力する。コ
ンデンサＣ２１を通して信号線３から受け取った電圧信
号をコンパレータ２２で適宜の閾値Ｖｔと比較すれば、
閾値Ｖｔ以上のレベルの信号を波形整形して給電端末１
からの送信データを再生することができる。こうしてコ
ンパレータ２２で再生された送信データをマイコンを主
構成とする制御回路２１に入力すれば、給電端末１から
の送信データを処理することができる。また、給電端末
１に返送する返信データは、信号送信回路２３を通して
信号線３に送出される。信号送信回路２３はたとえばト
ランジスタと低抵抗との直列回路を信号線３の線間に挿
入する構成を有し、制御回路２１で発生するデジタル信
号である返信データに応じてトランジスタをオンオフさ
せることにより、信号線３に流れる電流を変化させるよ
うに構成されている。制御回路２１にはスイッチＳＷや
負荷ＬＤ（図示例では発光ダイオード）が接続され、給
電端末１からのデータにより負荷がオンオフされたり、
スイッチＳＷの操作情報を給電端末１に返送したりす
る。

【００１０】さらに、受電端末２の内部電源は、信号線
３を通して給電端末１から伝送される電圧信号をインダ
クタＬ２１を通して分離し、電源回路２４に入力するこ
とにより得られる。この電源回路２４は信号線３に印加
されている電圧を降圧し安定化して受電端末２の内部回
路に供給する。また、電源回路２４の出力はスイッチＳ
Ｗの操作状態の検出や負荷ＬＤの制御にも用いられる。
ただし、電流容量の大きい負荷を制御する場合には、受
電端末２の負荷ＬＤとしてリレーを用い、このリレーの
２次側に接続した電流容量の大きい負荷に対して別電源
から電源を供給すればよい。このような形で用いるとき
には、リレーの１次側には電源回路２４から給電され
る。

【００１１】給電端末１が受電端末２からの返信データ
を受信する際には、上述のように信号線３に定電流を流
しておき、受電端末２において信号線３の線間に低抵抗
が挿入されたか否かを信号線３の線間の電圧変化により
検出する。この電圧変化は検出回路１６を用いて検出さ
れ、給電端末１の制御回路１１では検出回路１６の出力
によって受電端末２からの返信データを受信する。この
ように、タイムスロットＴＳ２においては、信号線３に
定電流を流す必要があるから、定電流制御回路１７にお
いてコンデンサＣ０と信号線３との間に挿入した検出抵
抗Ｒｓの両端電圧と制御回路１１から出力される電流制
御信号Ｉｒｅｆとの差に比例した電圧を求め、定電流制
御回路１７の出力を時比率変換回路１３に入力する。こ
の構成によって、信号線３に流れる電流は電流制御信号
Ｉｒｅｆにより設定された定電流を保つようにフィード
バック制御される。なお、電流制御信号Ｉｒｅｆは電流
値設定部１８により設定可能になっている。

【００１２】上述のように、給電端末１から受電端末２
へ信号線３を通して伝送される信号は、制御回路１１か
ら出力される電圧制御信号Ｖｒｅｆとほぼ同波形の矩形
波状の信号であって、トランジスタＱ０を高周波でオン
オフさせながらも、トランジスタＱ０のオンオフの周波
数よりも低い矩形波状の信号を信号線３に送出するため
に、インダクタＬ０とコンデンサ０とからなるローパス
フィルタのカットオフ周波数ｆｌｐと、トランジスタＱ
０のスイッチング周波数（つまり、制御回路１１から出
力される基準信号Ｖｏｓｃの周波数）ｆｓｗと、信号線
３に送出される電圧信号の周波数（つまり、電圧制御信
号Ｖｒｅｆの周波数）ｆｓｉｇとは、ｆｓｉｇ＜ｆｌｐ
＜ｆｓｗの関係になるように設定される。要するに、ト
ランジスタＱ０のスイッチングによる高周波成分をロー
パスフィルタで除去するために、ｆｌｐ＜ｆｓｗの関係
とし、かつ信号線３を伝送される電圧信号がローパスフ
ィルタを通過するように、ｆｓｉｇ＜ｆｌｐの関係とし
ている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記説明から明らかな
ように、基準信号Ｖｏｓｃの周波数ｆｓｗは電圧信号の
周波数ｆｓｉｇよりも高く設定することが必要である。
その一方でデータ伝送速度を高めようとすれば、伝送す
べき情報であるベースバンド信号の周波数、つまり電圧
信号の周波数ｆｓｉｇを高める必要があり、電圧信号の
周波数ｆｓｉｇが高くなるのに伴って基準信号Ｖｏｓｃ
の周波数ｆｓｗも高くしなければならない。その結果、
トランジスタＱ０のスイッチング周波数が高くなり、ス
イッチング損失が増加して電源供給効率が低下すること
がある。また、スイッチング損失の増加に伴って外部に
漏洩するノイズが増加するから、ノイズ対策も必要にな
る。

【００１４】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、２線式の信号線を介して給電端末か
ら受電端末へのデータの伝送とともに電源の供給を可能
とし、しかも電力の供給効率が高いのはもちろんのこ
と、送信回路のスイッチング周波数を高めることなくデ
ータ伝送速度を従来より高めることを可能してスイッチ
ング損失やノイズの増加を抑制しながらもデータ伝送速
度を高めることができるようにしたデータ伝送装置を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、２線
式の信号線を介して給電端末と受電端末とを接続し、直
流電圧に送信データを重畳した伝送信号を送信期間にお
いて給電端末から信号線に送出し、給電端末から信号線
に直流を供給している受信期間において受電端末で信号
線の線間のインピーダンスを変化させることにより受電
端末から給電端末に返信データを伝送するデータ伝送装
置において、給電端末は、前記送信期間に前記送信デー
タを構成する２値の送信信号を発生する制御回路と、ス
イッチング素子を備え直流電源を入力電源としスイッチ
ング素子のオンデューティに応じて変化する出力電圧を
信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる
送信回路とを備え、前記送信回路は、通過インピーダン
スを前記送信信号の信号値に応じて変化させるローパス
フィルタをスイッチング素子と信号線との間に備えるも
のである。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号
線との間に挿入されたインダクタと、信号線の線間に挿
入された第１のコンデンサと、第１のコンデンサに並列
接続された第２のコンデンサおよびスイッチ要素の直列
回路とからなり、前記送信信号によりスイッチ要素がオ
ンオフされるものである。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号
線との間に挿入された第１および第２のインダクタの直
列回路と、第２のインダクタに並列接続されたスイッチ
要素と、信号線の線間に挿入されたコンデンサとからな
り、前記送信信号によりスイッチ要素がオンオフされる
ものである。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号
線との間に挿入された第１のインダクタと、信号線の線
間に挿入されたコンデンサおよび第２のインダクタの直
列回路と、第２のインダクタに並列接続されたスイッチ
要素とからなり、前記送信信号によりスイッチ要素がオ
ンオフされるものである。

【００１９】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号
線との間に挿入されたインダクタと、信号線の線間に挿
入されたコンデンサおよび抵抗の直列回路と、抵抗に並
列接続されたスイッチ要素とからなり、前記送信信号に
よりスイッチ要素がオンオフされるものである。

【００２０】請求項６の発明は、２線式の信号線を介し
て給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信デー
タを重畳した伝送信号を送信期間において給電端末から
信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給して
いる受信期間において受電端末で信号線の線間のインピ
ーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末
に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電
端末は、前記送信期間に前記送信データを構成する２値
の送信信号を発生する制御回路と、スイッチング素子を
備え直流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデ
ューティに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印
加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、スイ
ッチング素子のスイッチング周波数を前記送信信号の信
号値に応じて切り換える周波数変換回路とを備えるもの
である。

【００２１】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記送信回路の出力電圧と前記制御回路から出力さ
れる電圧制御信号の信号値との差を検出する定電圧制御
回路と、定電圧制御回路の出力により送信回路の出力電
圧と電圧制御信号の信号値との差を一定に保つ方向に前
記スイッチング素子のオンデューティを制御する時比率
変換回路とを備えるものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）従来構成で
は給電端末１から受電端末２に対して矩形波状の電圧信
号を用いてデータを伝送していたが、本実施形態では矩
形波状の電圧信号に代えてリプルを含む信号を伝送信号
として用い、信号値を表すためにリプルの量を用いてい
る。すなわち、図１に示すように、本実施形態の基本構
成は図１２に示した従来構成と同様であるが、定電圧制
御回路１２は設けず、またコンデンサＣ０に代えて、２
個のコンデンサＣ１，Ｃ２とスイッチ要素ＳＷ１とから
なる容量可変回路Ｃｖを設けている。コンデンサＣ２は
スイッチ要素ＳＷ１に直列接続され、コンデンサＣ２と
スイッチ要素ＳＷ１との直列回路はコンデンサＣ１に並
列接続されている。したがって、スイッチ要素ＳＷ１が
オフであれば容量可変回路Ｃｖの容量はコンデンサＣ１
のみの容量になり、スイッチ要素ＳＷ１がオンであれば
容量可変回路Ｃｖの容量はコンデンサＣ１とコンデンサ
Ｃ２との並列回路の合成容量になる。

【００２３】また、従来構成では、電圧制御信号Ｖｒｅ
ｆに基づいて信号線３に送出する電圧信号を生成してい
たが、本実施形態では制御回路１１から送信信号Ｖｓｉ
ｇを出力し、この送信信号によってスイッチ要素ＳＷ１
をオンオフさせることによって、信号線３に送出する伝
送信号を生成している。

【００２４】さらに具体的に説明する。本実施形態の送
信回路１５は、降圧形のチョッパ回路であって、直流電
源である電源Ｅの両端間にトランジスタＱ０のエミッタ
−コレクタとインダクタＬ０と容量可変回路Ｃｖとの直
列回路を接続し、インダクタＬ０と容量可変回路Ｃｖと
の直列回路に還流用のダイオードＤ０を並列接続してあ
る。トランジスタＱ０にはｐｎｐ形のものを用い、エミ
ッタ−ベース間に抵抗ＲＢを接続してある。電源Ｅには
商用電源を整流し平滑ないし安定化した直流電源を用い
る。

【００２５】送信回路１５ではトランジスタＱ０が高周
波でオンオフされ、トランジスタＱ０のオン期間にイン
ダクタＬ０および容量可変回路Ｃｖを通して電流が流
れ、この期間にインダクタＬ０に蓄積されたエネルギ
が、トランジスタＱ０のオフ期間に容量可変回路Ｃｖお
よびダイオードＤ０を通して放出される。また、容量可
変回路Ｃｖの一端は検出抵抗Ｒｓを介して信号線３に接
続されており、トランジスタＱ０のオンデューティを制
御することによって、信号線３に流れる電流を変化させ
ることが可能になっている。

【００２６】ここに、インダクタＬ０と容量可変回路Ｃ
ｖとはチョークインプット型のローパスフィルタを構成
しており、容量可変回路Ｃｖは送信信号ＶｓｉｇがＨレ
ベルのときにＬレベルのときよりも容量が大きくなるか
ら、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、送信信号
ＶｓｉｇがＨレベルになったときのほうがＬレベルにな
ったときよりも低くなる。つまり、トランジスタＱ０の
スイッチング周波数ｆｓｗはローパスフィルタのカット
オフ周波数ｆｌｐに対して、ｆｌｐ＜ｆｓｗの関係に設
定されるから、トランジスタＱ０のスイッチングによっ
て信号線３に送出されるリプルは、図２（ｄ）のよう
に、送信信号Ｖｓｉｇ（図２（ｂ）参照）がＨレベルと
なるときのほうがＬレベルとなるときよりも少なくな
る。つまり、受電端末２ではリプルの大きさをコンパレ
ータ２２により検出することによって給電端末１からの
送信信号Ｖｓｉｇを復調し、データの内容を解析するこ
とが可能になる。

【００２７】また、リプルの大きさによって送信信号Ｖ
ｓｉｇを伝送するから、ローパスフィルタのカットオフ
周波数ｆｌｐと、トランジスタＱ０のスイッチング周波
数ｆｓｗと、送信信号Ｖｓｉｇの周波数ｆｓｉｇとを、
ｆｌｐ＜ｆｓｉｇ≦ｆｓｗの関係に設定することが可能
であり、データ伝送速度を高めるために送信信号Ｖｓｉ
ｇの周波数ｆｓｉｇを従来構成より高く設定したとして
も、トランジスタＱ０のスイッチング周波数ｆｓｗを高
くする必要がなく、単にｆｌｐ＜ｆｓｗの関係が維持さ
れていればよいことになる。

【００２８】すなわち、制御回路１１は送信信号Ｖｓｉ
ｇとして、図２（ｂ）のようなベースバンド信号（２値
信号）を出力する。送信信号Ｖｓｉｇは送信期間Ｔａに
おいて容量可変回路Ｃｖのスイッチ要素ＳＷ１のオンオ
フに用いられる。

【００２９】また、受電端末２からの返信データの受信
期間Ｔｂには、３個の演算増幅ＯＰ１〜ＯＰ３を用いた
定電流制御回路１７により信号線３に流れる電流を定電
流化する動作に移行する。信号線３に流れる電流を定電
流制御回路１７により定電流化するのは受電端末２から
の返信データの受信時だけではなく、給電端末１から送
信信号が送出される期間を除いては全期間にわたって定
電流化を行なう。信号線３を流れる電流は、容量可変回
路Ｃｖと信号線３との間に挿入した検出抵抗Ｒｓの両端
電圧に比例するから、この両端電圧を定電流制御回路１
７に入力してトランジスタＱ０のオンオフを制御するこ
とにより信号線３に流れる電流を定電流化する。定電流
化に際しては、検出抵抗Ｒｓの両端電圧が上昇すれば、
容量可変回路Ｃｖの蓄積電荷量を減少させるようにトラ
ンジスタＱ０のオン期間を短くし、検出抵抗Ｒｓの両端
電圧が低下すれば、容量可変回路Ｃｖの蓄積電荷量を増
加させるようにトランジスタＱ０のオン期間を長くす
る。

【００３０】さらに具体的に説明する。定電流制御回路
１７は、演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ３を用いた増幅器と、
演算増幅器ＯＰ２を用いて検出抵抗Ｒｓの両端電圧と制
御回路１１からの電流制御信号Ｉｒｅｆとを比較する比
較器とを備える。比較器はツェナーダイオードＤｚとダ
イオードＤ１との直列回路を出力端と反転入力端との間
に接続してあり、出力値の上限を制限するリミッタとし
ても機能する。

【００３１】定電流制御回路１７は時比率変換回路１３
に出力Ｖｒｅｆ’を与えており、制御回路１１は図２
（ａ）のような一定周波数の鋸歯状波である基準信号Ｖ
ｏｓｃを出力している。時比率変換回路１３では、基準
信号Ｖｏｓｃと定電流制御回路１７の出力値とを比較
し、定電流制御回路１３の出力値が基準信号Ｖｏｓｃの
瞬時電圧よりも高い期間に出力をＨレベルにする。した
がって、定電流制御回路１３の出力値の高い期間に低い
期間よりもパルス幅の広くなる矩形波信号が時比率変換
回路１４から出力される。この矩形波信号の周波数は基
準信号Ｖｏｓｃの周波数ｆｓｗと一致するのは言うまで
もない。なお、上述の例では基準信号Ｖｏｓｃを鋸歯状
波としているが基準信号Ｖｏｓｃを三角波としても同様
である。

【００３２】この矩形波信号は駆動回路１４を通してト
ランジスタＱ０に与えられ、矩形波信号によりトランジ
スタＱ０がオンオフされる。つまり、トランジスタＱ０
のスイッチング周波数ｆｓｗは基準信号Ｖｏｓｃの周波
数によって決まり、オンデューティは定電流制御回路１
７の出力Ｖｒｅｆ’に応じて決定されることになる。

【００３３】以上の構成によって、定電流制御回路１７
では、信号線３に流れる電流が増加して検出抵抗Ｒｓの
両端電圧が上昇すると、容量可変回路Ｃｖの蓄積電荷量
を低減するようにトランジスタＱ０のオン期間を短く
し、逆に信号線３に流れる電流が減少すればトランジス
タＱ０のオン期間を長くするようにフィードバック制御
を行うのである。このようなフィードバック制御により
信号線３に流れる電流をほぼ一定に保つことができる。

【００３４】また、上述したように、信号線３に流れる
電流が増加するとトランジスタＱ０のオン期間が短くな
るから容量可変回路Ｃｖの両端電圧が低下し、逆に信号
線３に流れる電流が減少するとトランジスタＱ０のオン
期間が長くなるから容量可変回路Ｃｖの両端電圧が上昇
するのであって、信号線３の線間インピーダンスの変化
を信号線３の線間電圧の変化に変換する機能も備える。
つまり、電流制御信号Ｉｒｅｆを一定値としていること
により、図２（ｃ）のように受信期間Ｔｂに受電端末２
から返信データが返送されると、返信データに応じて信
号線３の線間電圧が変化するから、この電圧変化を検出
回路１６で検出し、制御回路１１の受信端子Ｒｘに入力
することによって受電端末２からの返信データの内容を
解読することができる。

【００３５】ここに、定電流制御回路１７は、上述のよ
うに、上限を制限するリミッタを備えているから、信号
線３に流れる電流の上限値が制限されることになる。ま
た、信号線３に流れる電流を決める電流制御信号Ｉｒｅ
ｆは、制御回路１１に接続された電流値設定部１８によ
り設定される。電流値設定部１８はたとえばディップス
イッチよりなり、信号線３に流す電流を適宜に設定でき
るようにしてある。また、容量可変回路Ｃｖはスイッチ
要素ＳＷ１をオンオフさせることによって、容量を２段
階に切り換えるものを用いているが、送信信号Ｖｓｉｇ
により容量が可変となる構成であれば他の構成を用いる
ことも可能である。

【００３６】さらに、送信回路１５として、上述した例
では降圧形のチョッパ回路を用いているが、昇圧形ある
いは極性反転形のチョッパ回路を用いたり、フォワード
形やフライバック形のＤＣ−ＤＣコンバータを用いたり
することも可能である。いずれの構成においても、スイ
ッチング素子を高周波でオンオフさせ、かつスイッチン
グ素子の制御によって出力電圧の調節が可能であるか
ら、インダクタを小型化し給電端末１を小型化すること
が可能である。

【００３７】上述したように、給電端末１は送信期間Ｔ
ａ以外には信号線３に流れる電流を定電流化しているか
ら、信号線３に複数台の給電端末１が接続されている場
合でも送信信号の送信および返信データの受信が可能に
なる。この場合、給電端末１の台数に応じて各給電端末
１での電流制御信号Ｉｒｅｆを調節すれば、各受電端末
２に流れる電流量を給電端末１が１台の場合と等しくす
ることができる。また、複数台の給電端末１を用いれば
１台当たりの電流供給能力を低減することが可能である
から給電端末１の小型化につながり、１台当たりの電流
供給能力を１台の場合と同じに設定しているのであれば
システム全体としての電流供給能力が大きくなるから受
電端末２の台数を増加させることが可能になる。

【００３８】（第２の実施の形態）第１の実施の形態で
説明したように、送信回路１５を構成するローパスフィ
ルタのインピーダンスを送信データに応じて変化させれ
ば、送信データの信号値に応じて信号線３に送出する送
信信号のリプルの大きさを変化させることができる。第
１の実施の形態ではローパスフィルタを構成する容量成
分を送信データに応じて変化させていたが、本実施形態
では、図３に示すように、ローパスフィルタを構成する
誘導成分を送信データに応じて変化させるものである。

【００３９】すなわち、図１２に示した従来構成におけ
るインダクタＬ０に代えて、図３のように、２個のイン
ダクタＬ１，Ｌ２の直列回路と、一方のインダクタＬ２
に並列接続したスイッチ要素Ｑ２とからなるインダクタ
ンス可変回路Ｌｖを設けている。この回路構成では、制
御回路１１から出力される送信信号Ｖｓｉｇに応じてス
イッチ要素ＳＷ２をオンオフさせることによって、ロー
パスフィルタのインダクタンス成分を変化させることが
できる。したがって、ローパスフィルタのカットオフ周
波数が変化し、第１の実施の形態と同様に、信号線３を
伝送される送信データのリプルの大きさを変化させるこ
とができる。なお、本実施形態の構成は送信回路１５を
降圧形のチョッパ回路で構成する場合にのみ有効であ
る。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様であ
る。また、インダクタンス可変回路Ｌｖは、上述した回
路構成に限らず、図４に示すように、コンデンサＣ３と
インダクタＬ３との直列回路と、インダクタＬ３に並列
接続したスイッチ要素ＳＷ３とからなるインダクタンス
可変回路Ｌｖを用いるなど、送信信号Ｖｓｉｇに応じて
インダクタンスを変化させることができるものであれば
どのような構成を採用してもよい。

【００４０】（第３の実施の形態）本実施形態は、図５
に示すように、送信回路１５を構成するローパスフィル
タのインピーダンスを変化させるために、図１２に示し
た従来構成におけるコンデンサＣ０に代えて、コンデン
サＣ３と抵抗Ｒ３との直列回路と、抵抗Ｒ３に並列接続
したスイッチ要素ＳＷ３とからなるインピーダンス可変
回路Ｉｖを設けている。この構成では、スイッチ要素Ｓ
Ｗ３を送信信号Ｖｓｉｇによりオンオフさせると、送信
回路１５の出力インピーダンスを変化させることがで
き、信号線３に送出される伝送信号のリプルの大きさを
変化させることができる。本実施形態の構成では、スイ
ッチ要素ＳＷ３がオフになってコンデンサＣ３に抵抗Ｒ
３が直列接続された状態では、上述した他の実施形態に
比較すると送信回路１５の出力インピーダンスが大きく
なり損失が増加するが、ローパスフィルタのカットオフ
周波数を変化させることなくリプルの大きさを変化させ
ているから、送信回路１５の動作の安定性が向上する。
本実施形態の構成は、第１の実施の形態と同様に、送信
回路１５を降圧形のチョッパ回路とする以外に、昇圧形
や極性反転形のチョッパ回路を用いたり、送信回路１５
としてフォワード形やフライバック形のＤＣ−ＤＣコン
バータを用いたりすることも可能である。他の構成およ
び動作は第１の実施の形態と同様である。また、インピ
ーダンス可変回路Ｉｖは、コンデンサＣ３に直列接続さ
れる抵抗値を送信信号Ｖｓｉｇに応じて変化させること
が可能な構成であればどのような構成でもよい。

【００４１】（第４の実施の形態）上述した各実施形態
は、信号線３の線間電圧を変化させる形式の伝送信号を
用いていたが、受電端末２では信号線３を通して給電端
末１から給電されているものであるから、信号線３の線
間電圧が比較的低い周波数で変動すると受電端末２の内
部電源を安定的に得るためには大型のローパスフィルタ
が必要になり、受電端末２が大型化することになる。

【００４２】そこで、本実施形態では制御回路１１から
出力される送信信号Ｖｓｉｇの信号値に応じて給電端末
１から信号線３に送出する伝送信号として、伝送信号に
含まれるリプルの周波数を変化させることで、給電端末
２に比較的高い周波数の伝送信号を伝送するようにして
ある。このことによって、給電端末２では小型のローパ
スフィルタを設けるだけで内部電源を安定的に得ること
が可能になる。

【００４３】すなわち、図６に示すように、給電端末１
は図１２に示した従来構成と同様に降圧形のチョッパ回
路からなる送信回路１５を有しているが、制御回路１５
からの送信信号Ｖｓｉｇの信号値に応じてトランジスタ
Ｑ０のスイッチング周波数を切り換えるようにしてあ
る。トランジスタＱ０のオンオフは、従来構成と同様
に、駆動回路１４を通して与えられる時比率変換回路１
３の出力により制御される。従来構成では、制御回路１
１から出力され時比率変換回路１３に入力される基準信
号Ｖｏｓｃを一定周波数としていたが、トランジスタＱ
０をオンオフさせる周波数は、時比率変換回路１３に入
力される基準信号Ｖｏｓｃの周波数により決定されるか
ら、本実施形態では周波数変換回路１９から時比率変換
回路１３に２つの周波数を選択的に入力させている。つ
まり、周波数変換回路１９は、制御回路１１の送信端子
Ｔｘから出力される送信信号Ｖｓｉｇの信号値に応じて
出力周波数を選択する回路であって、鋸歯状波ないし三
角波状の信号を出力する。また、時比率変換回路１３に
おいて基準信号Ｖｏｓｃと比較される信号Ｖｒｅｆ’
は、本実施形態では制御回路１１から出力される一定電
圧になっている。

【００４４】給電端末１は上述した構成によって、トラ
ンジスタＱ０のスイッチング周波数を送信信号Ｖｓｉｇ
の信号値に応じて変化させるのであり、図７（ａ）に示
すように電圧制御信号Ｖｒｅｆを一定電圧とし、図７
（ｂ）のような送信信号を制御回路１１から発生させる
と、周波数変換回路１９からは図７（ｃ）のように送信
信号の信号値に応じて２つの周波数の基準信号Ｖｏｓｃ
を選択的に出力する。したがって、時比率変換回路１３
では、基準信号Ｖｏｓｃと電圧制御信号Ｖｒｅｆとを比
較することによって、図７（ｄ）のように、送信信号Ｖ
ｓｉｇの信号値に応じて周波数の変化する矩形波を生成
し、この矩形波によりトランジスタＱ０をオンオフさせ
ることができる。ここで、送信回路１５を構成するイン
ダクタＬ０とコンデンサＣ０とからなるローパスフィル
タはカットオフ周波数が一定であるから、トランジスタ
Ｑ０のスイッチング周波数が変化すれば、図７（ｅ）に
示すように、送信回路１５から出力される伝送信号は、
ほぼ一定の直流電圧に周波数の変化するリプルが重畳さ
れた形になる。図示例では送信信号ＶｓｉｇがＨレベル
のときにＬレベルのときよりもリプルの周波数が高くな
るように設定してある。

【００４５】このような伝送信号を受信するために受電
端末２には伝送信号に含まれるリプルの周波数成分を検
出するための周波数検出回路２５を設けてあり、周波数
検出回路２５ではリプルの周波数値に応じて伝送信号に
含まれる２値を抽出し、制御回路２１に入力して解析す
る。また、受電端末２から給電端末１への返送データは
従来構成と同様に電流信号により伝送され、給電端末１
に設けた検出回路１６ではこの電流信号を検出し、検出
された電流信号の信号値は制御回路１１の受信端子Ｒｘ
に入力されて制御回路１１において解析される。

【００４６】上述した構成において、制御回路１１から
出力する送信信号Ｖｓｉｇの波形を矩形波状としている
が、台形波や正弦波状の波形を用いてもよい。送信信号
Ｖｓｉｇとしてこのような波形の信号を用いると、矩形
波に比較して内部回路に用いている演算増幅器ないしコ
ンパレータの周波数特性やスルーレートのような素子特
性による波形歪の影響が軽減されるからである。また、
周波数変換回路１９としては、図８のように電圧に比例
した出力が得られる特性を有した電圧制御型の発振回路
を用いているが、送信信号の信号値に応じて出力周波数
を変化させることができるものであれば、他の特性のも
のを用いてもよい。

【００４７】本実施形態は、送信回路１５を降圧形のチ
ョッパ回路とする以外に、昇圧形や極性反転形のチョッ
パ回路を用いたり、送信回路１５としてフォワード形や
フライバック形のＤＣ−ＤＣコンバータを用いたりする
ことも可能である。他の構成および動作は第１の実施の
形態と同様である。

【００４８】（第５の実施の形態）本実施形態は、図９
に示すように、第４の実施の形態の構成に加えて、定電
圧制御回路１２を付加したものである。つまり、定電圧
制御回路１２は、図１２に示した従来構成の定電圧制御
回路１２と同様の機能を持つものであって、コンデンサ
Ｃ０の両端電圧を抵抗Ｒ１０，Ｒ１１により分圧した電
圧と、制御回路１１から発生する電圧制御信号Ｖｒｅｆ
とを比較して差に比例した電圧を信号Ｖｒｅｆ’として
出力する。つまり、コンデンサＣ０の両端電圧が上昇す
ると時比率変換回路１３に入力する信号Ｖｒｅｆ’と抵
抗Ｒ１０，Ｒ１１により分圧された電圧との差が大きく
なるから、コンデンサＣ０の両端電圧を抵抗Ｒ１０，Ｒ
１１により分圧した電圧が高いほど時比率発生回路１３
から出力される矩形波のパルス幅を小さくする。このよ
うな動作により、コンデンサＣ０の両端電圧をほぼ一定
に保つことができるのである。つまり、制御回路１１か
ら出力される電圧制御信号Ｖｒｅｆを目標値として、コ
ンデンサＣ０の両端電圧がフィードバック制御されるか
ら、信号線３に接続される機器のインピーダンスの変化
などによる外乱が生じたときにも、その影響を受けにく
く、受電端末２に安定した電源供給が行えるともに信号
伝送も安定的に行うことができる。他の構成および動作
は第４の実施の形態と同様である。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の発明は、２線式の信号線を介
して給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信デ
ータを重畳した伝送信号を送信期間において給電端末か
ら信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給し
ている受信期間において受電端末で信号線の線間のイン
ピーダンスを変化させることにより受電端末から給電端
末に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給
電端末は、送信期間に送信データを構成する２値の送信
信号を発生する制御回路と、スイッチング素子を備え直
流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューテ
ィに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加する
ＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路とを備え、送信
回路は、通過インピーダンスを送信信号の信号値に応じ
て変化させるローパスフィルタをスイッチング素子と信
号線との間に備えるものであり、ローパスフィルタの通
過インピーダンスを変化させて伝送信号のリプルを変化
させることにより送信データを伝送するから、ローパス
フィルタのカットオフ周波数よりも送信信号の周波数を
高くすることも可能であり、スイッチング素子をスイッ
チングさせる周波数を変化させることなく送信信号の周
波数を高くしてデータ伝送速度を向上させることが可能
になる。つまり、データ伝送速度を向上させてもスイッ
チング素子のスイッチングに伴うノイズの増加がなく、
またスイッチング損失も増加しないという利点がある。

【００５０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号線と
の間に挿入されたインダクタと、信号線の線間に挿入さ
れた第１のコンデンサと、第１のコンデンサに並列接続
された第２のコンデンサおよびスイッチ要素の直列回路
とからなり、送信信号によりスイッチ要素がオンオフさ
れるものであり、請求項３の発明は、請求項１の発明に
おいて、ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号
線との間に挿入された第１および第２のインダクタの直
列回路と、第２のインダクタに並列接続されたスイッチ
要素と、信号線の線間に挿入されたコンデンサとからな
り、送信信号によりスイッチ要素がオンオフされるもの
であり、請求項４の発明は、請求項１の発明において、
ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号線との間
に挿入された第１のインダクタと、信号線の線間に挿入
されたコンデンサおよび第２のインダクタの直列回路
と、第２のインダクタに並列接続されたスイッチ要素と
からなり、送信信号によりスイッチ要素がオンオフされ
るものであって、いずれの構成もローパスフィルタのカ
ットオフ周波数を変化させることによって、伝送信号の
リプルを変化させているから、簡単な構成で請求項１の
発明を実現することができる。

【００５１】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、ローパスフィルタが、スイッチング素子と信号線と
の間に挿入されたインダクタと、信号線の線間に挿入さ
れたコンデンサおよび抵抗の直列回路と、抵抗に並列接
続されたスイッチ要素とからなり、送信信号によりスイ
ッチ要素がオンオフされるものであり、この構成ではロ
ーパスフィルタのカットオフ周波数を変化させずに、出
力インピーダンスを変化させているから、送信回路を安
定的に動作させるのが容易になる。

【００５２】請求項６の発明は、２線式の信号線を介し
て給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信デー
タを重畳した伝送信号を送信期間において給電端末から
信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給して
いる受信期間において受電端末で信号線の線間のインピ
ーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末
に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電
端末は、送信期間に送信データを構成する２値の送信信
号を発生する制御回路と、スイッチング素子を備え直流
電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューティ
に応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤ
Ｃ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、スイッチング
素子のスイッチング周波数を送信信号の信号値に応じて
切り換える周波数変換回路とを備えるものであり、この
構成では伝送信号に含まれるリプルの周波数が変化する
だけであって、伝送信号の電圧がほとんど変化しないか
ら、受電端末において内部電源を得るための回路構成が
簡単なものになり、受電端末の動作の安定性が高くなる
という利点がある。また、スイッチング素子のスイッチ
ング周波数を変化させることなく送信信号の周波数を高
くしてデータ伝送速度を向上させることが可能になる。
つまり、データ伝送速度を向上させてもスイッチング素
子のスイッチングに伴うノイズの増加がなく、またスイ
ッチング損失も増加しないという利点がある。

【００５３】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、送信回路の出力電圧と制御回路から出力される電圧
制御信号の信号値との差を検出する定電圧制御回路と、
定電圧制御回路の出力により送信回路の出力電圧と電圧
制御信号の信号値との差を一定に保つ方向に前記スイッ
チング素子のオンデューティを制御する時比率変換回路
とを備えるものであり、定電圧制御回路を設けているこ
とにより信号線の線間電圧をほぼ一定に保つことができ
るから、受電端末の内部電源を得るための回路構成が一
層簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図２】同上の動作説明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図４】同上の他の構成例を示す回路図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図７】同上の動作説明図である。

【図８】同上の動作説明図である。

【図９】本発明の第５の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図１０】従来例を示すブロック図である。

【図１１】同上の動作説明図である。

【図１２】同上の回路図である。

【符号の説明】

１ 給電端末 ２ 受電端末 ３ 信号線 １１ 制御回路 １２ 定電圧制御回路 １４ 時比率変換回路 １５ 送信回路 １９ 周波数変換回路 Ｃ０ コンデンサ Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｃｖ 容量可変回路 Ｄ０ ダイオード Ｅ 直流電源 Ｉｖ インピーダンス可変回路 Ｌ０ インダクタ Ｌ１，Ｌ２ インダクタ Ｌｖ インダクタンス可変回路 Ｑ０ トランジスタ Ｒ３ 抵抗 Ｒ１０，Ｒ１１ 抵抗 Ｒｓ 検出抵抗 ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K046 AA03 BA01 BA06 BB05 CC06 CC08 CC09 CC16 PP02 PS02 PS06 PS15 PS31 YY02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２線式の信号線を介して給電端末と受電
   端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した伝送
   信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、
   給電端末から信号線に直流を供給している受信期間にお
   いて受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化さ
   せることにより受電端末から給電端末に返信データを伝
   送するデータ伝送装置において、給電端末は、前記送信
   期間に前記送信データを構成する２値の送信信号を発生
   する制御回路と、スイッチング素子を備え直流電源を入
   力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて
   変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣ
   コンバータよりなる送信回路とを備え、前記送信回路
   は、通過インピーダンスを前記送信信号の信号値に応じ
   て変化させるローパスフィルタをスイッチング素子と信
   号線との間に備えることを特徴とするデータ伝送装置。
2. 【請求項２】 前記ローパスフィルタは、スイッチング
   素子と信号線との間に挿入されたインダクタと、信号線
   の線間に挿入された第１のコンデンサと、第１のコンデ
   ンサに並列接続された第２のコンデンサおよびスイッチ
   要素の直列回路とからなり、前記送信信号によりスイッ
   チ要素がオンオフされることを特徴とする請求項１記載
   のデータ伝送装置。
3. 【請求項３】 前記ローパスフィルタは、スイッチング
   素子と信号線との間に挿入された第１および第２のイン
   ダクタの直列回路と、第２のインダクタに並列接続され
   たスイッチ要素と、信号線の線間に挿入されたコンデン
   サとからなり、前記送信信号によりスイッチ要素がオン
   オフされることを特徴とする請求項１記載のデータ伝送
   装置。
4. 【請求項４】 前記ローパスフィルタは、スイッチング
   素子と信号線との間に挿入された第１のインダクタと、
   信号線の線間に挿入されたコンデンサおよび第２のイン
   ダクタの直列回路と、第２のインダクタに並列接続され
   たスイッチ要素とからなり、前記送信信号によりスイッ
   チ要素がオンオフされることを特徴とする請求項１記載
   のデータ伝送装置。
5. 【請求項５】前記ローパスフィルタは、スイッチング素
   子と信号線との間に挿入されたインダクタと、信号線の
   線間に挿入されたコンデンサおよび抵抗の直列回路と、
   抵抗に並列接続されたスイッチ要素とからなり、前記送
   信信号によりスイッチ要素がオンオフされることを特徴
   とする請求項１記載のデータ伝送装置。
6. 【請求項６】 ２線式の信号線を介して給電端末と受電
   端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した伝送
   信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、
   給電端末から信号線に直流を供給している受信期間にお
   いて受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化さ
   せることにより受電端末から給電端末に返信データを伝
   送するデータ伝送装置において、給電端末は、前記送信
   期間に前記送信データを構成する２値の送信信号を発生
   する制御回路と、スイッチング素子を備え直流電源を入
   力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて
   変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣ
   コンバータよりなる送信回路と、スイッチング素子のス
   イッチング周波数を前記送信信号の信号値に応じて切り
   換える周波数変換回路とを備えることを特徴とするデー
   タ伝送装置。
7. 【請求項７】 前記送信回路の出力電圧と前記制御回路
   から出力される電圧制御信号の信号値との差を検出する
   定電圧制御回路と、定電圧制御回路の出力により送信回
   路の出力電圧と電圧制御信号の信号値との差を一定に保
   つ方向に前記スイッチング素子のオンデューティを制御
   する時比率変換回路とを備えることを特徴とする請求項
   ６記載のデータ伝送装置。