JP2003134003A - 電力線結合回路及び電力線搬送通信アダプタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定の周波数帯域に振幅の大きいノイズが発
生している電灯線でも安定して電力線搬送通信を行うこ
とができる電力線結合回路と電力線搬送通信アダプタを
提供する。 【解決手段】 電力線結合回路１０は、商用電灯線と電
力線搬送モデムとを電気的に絶縁するための絶縁トラン
ス１１と、絶縁トランス１１の一次巻線と商用電灯線と
の間に接続され、商用周波数成分を遮断して高周波信号
のみを通過させる働きを有するコンデンサ１２と、絶縁
トランス１１の一次巻線に並列接続され、過大なノイズ
電圧を吸収する働きを有する振幅制限素子１３と、絶縁
トランス１１の一次巻線に並列接続されたインピーダン
ス回路１４とを備える。インピーダンス回路１４のイン
ピーダンス特性は、家庭内で使用される家電機器から発
生するノイズが多い周波数帯域でインピーダンスが小さ
くなるように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力線を信号伝送
路として用いる電力線搬送通信のための電力線結合回路
及び電力線搬送通信アダプタに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力線（電灯線ともいう）を信号伝送路
として用いるデータ通信技術として、電力線搬送通信技
術が知られている。現在の電波法では、１０ｋＨｚから
４５０ｋＨｚの周波数帯域を使用して通信を行うことが
可能である。

【０００３】図１１は、従来の電力線搬送通信端末のブ
ロック構成図である。電力線搬送通信端末５０は、電力
線結合回路５１、電力線搬送モデム５２、入出力回路５
３及び電源回路５４を含む。信号の受信時には、商用交
流電圧に重畳されている信号成分を電力線結合回路５１
が取り出して電力線搬送モデム５２に与え、電力線搬送
モデム５２でディジタル信号に変換された信号が入出力
回路５３に渡される。逆に、信号の送信時には、入出力
回路５３から電力線搬送モデム５２を経て電力線結合回
路５１に渡された信号は、電力線結合回路５１によって
商用交流電圧に重畳される。

【０００４】図１２は、従来の電力線結合回路の例を示
す回路図である。電力線結合回路５１は、商用電灯線と
電力線搬送モデム５２とを電気的に絶縁するための絶縁
トランス５５、その一次巻線に並列接続された振幅制限
素子５６、絶縁トランス５５の一次巻線と商用電灯線の
差込接続部との間に直列接続されたコンデンサ５７を含
む。コンデンサ５７は、商用周波数成分を遮断して高周
波信号のみを通過させる働きを有する。振幅制限素子５
６は、絶縁トランス５５の一次側に過大なノイズ電圧が
印加されたときにそれを吸収して二次側（すなわち電力
線搬送モデム５２）に伝わらないようにする働きを有す
る。

【０００５】振幅制限素子５６の動作電圧は、電力線搬
送通信の信号電圧では動作しないで、振幅の大きい（例
えば１０Ｖｐ−ｐ以上）のノイズが印加されたときにの
み動作する値が選定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、商用電
灯線に１０Ｖｐ−ｐ以上のノイズがあるような場合は、
電力線結合回路５１の振幅制限素子５６が非線形回路素
子として動作する。一般的に、家庭内の商用電灯線に接
続された家電機器が発生するノイズは数十ｋＨｚ付近の
周波数帯域に集中している。そして、これらのノイズレ
ベルが１０Ｖｐ−ｐ以上であれば、振幅制限素子の非線
形動作によって発生するノイズの高調波成分が電力線搬
送通信で使用する周波数帯域に現れて悪影響を与えるこ
とが知られている。

【０００７】単発性のノイズの場合は信号の再送処理等
を行うことによりノイズの悪影響を回避して正しい信号
伝送が可能であるが、継続的に発生する連続性ノイズの
場合は、ノイズが無くなるまで信号伝送を正しく行うこ
とができない。

【０００８】例えば、誘導加熱（ＩＨ）を利用した電気
炊飯器が動作中は、数十ｋＨｚの周波数にピークを有す
る連続性ノイズが発生し、電気炊飯器の機種によっては
ノイズの最大振幅が２０Ｖｐ−ｐに達する。このような
ノイズが発生している状態で電力線搬送通信による信号
伝送を正しく行うことは困難である。

【０００９】過大なノイズが発生する場合にノイズの高
調波成分が発生しにくくするために、動作電圧が高い振
幅制限素子５６を使用することが考えられる。しかし、
振幅制限素子５６の動作電圧が高い場合は、それより低
い電圧のノイズを吸収できないために、絶縁トランス５
５の二次側に過大なノイズ電圧が発生する。その結果、
電力線搬送モデム５２の送信回路の出力端子や受信回路
の入力端子に過大な電圧が印加され、回路が破損するお
それがある。回路の破損を回避するために、送信回路や
受信回路の耐圧を十分高く設計しようとすれば、汎用部
品が使用できなくなり、コストの上昇を招くことにな
る。

【００１０】本発明は上記のような従来の課題に鑑みて
為されたものであり、特定の周波数帯域に振幅の大きい
ノイズが発生している電灯線でも安定して電力線搬送通
信を行うことができる電力線結合回路と電力線搬送通信
アダプタを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による電力線結合
回路の第１の構成は、商用電灯線と電力線搬送モデムと
を電気的に絶縁するための絶縁トランスと、前記絶縁ト
ランスの一次巻線と商用電灯線との間に接続され、商用
周波数成分を遮断して高周波信号のみを通過させる働き
を有するコンデンサと、前記絶縁トランスの一次巻線に
並列接続され、過大なノイズ電圧を吸収する働きを有す
る振幅制限素子と、前記絶縁トランスの一次巻線に並列
接続されたインピーダンス回路とを備え、前記インピー
ダンス回路のインピーダンス値が特定の周波数帯域で小
さくなるように、前記インピーダンス回路のインピーダ
ンス特性が設定されていることを特徴とする。

【００１２】好ましい実施形態において、前記コンデン
サが、前記絶縁トランスの一次巻線の両極側に１つずつ
接続されている。

【００１３】また、本発明による電力線結合回路の第２
の構成は、商用電灯線と電力線搬送モデムとを電気的に
絶縁するための絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一
次巻線と商用電灯線との間に接続され、商用周波数成分
を遮断して高周波信号のみを通過させる働きを有するコ
ンデンサと、前記絶縁トランスの一次巻線に並列接続さ
れ、過大なノイズ電圧を吸収する働きを有する振幅制限
素子と、前記絶縁トランスの一次巻線と前記商用電灯線
との間において、前記コンデンサと直列接続されたイン
ピーダンス回路とを備え、前記インピーダンス回路のイ
ンピーダンス値が特定の周波数帯域で大きくなるよう
に、前記インピーダンス回路のインピーダンス特性が設
定されていることを特徴とする。

【００１４】好ましい実施形態において、前記コンデン
サと前記インピーダンス回路との直列回路が、前記絶縁
トランスの一次巻線の両極側に１組ずつ接続されてい
る。

【００１５】また、本発明による電力線搬送通信アダプ
タは、商用電灯線に接続された差込口に挿入される差込
接続部と、該差込接続部に直接接続され、電力線搬送通
信装置の差込接続部が挿入される被差込接続部と、前記
差込接続部及び前記被差込接続部の線間に接続され、商
用周波数成分を減衰させるコンデンサ及びインピーダン
ス回路の直列回路とを備え、前記インピーダンス回路の
インピーダンス値が特定の周波数帯域で小さくなるよう
に、前記インピーダンス回路のインピーダンス特性が設
定されていることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００１７】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る電力線結合回路の回路図である。この
電力線結合回路１０は、商用電灯線と電力線搬送モデム
とを電気的に絶縁するための絶縁トランス１１と、絶縁
トランス１１の一次巻線と商用電灯線との間に接続さ
れ、商用周波数成分を遮断して高周波信号のみを通過さ
せる働きを有するコンデンサ１２と、絶縁トランス１１
の一次巻線に並列接続され、過大なノイズ電圧を吸収す
る働きを有する振幅制限素子１３と、絶縁トランス１１
の一次巻線に並列接続されたインピーダンス回路１４と
を備えている。

【００１８】インピーダンス回路１４のインピーダンス
特性は、家庭内で使用される家電機器から発生するノイ
ズが多い周波数帯域でインピーダンスが小さくなるよう
に設定されている。つまり、絶縁トランス１１の一次側
からみたインピーダンスに比べて、インピーダンス回路
１４のインピーダンスが十分小さくなるように設定する
ことにより、商用電灯線のノイズが絶縁トランス１１の
一次巻線に印加されないようにしている。

【００１９】図２は、インピーダンス回路１４の構成例
を示す回路図である。この例では、インピーダンス回路
１４はインダクタ１５（Ｌ１）とコンデンサ１６（Ｃ
１）とのＬＣ直列共振回路で構成されている。このイン
ピーダンス回路１４のインピーダンス特性は、共振周波
数で最小インピーダンスとなり、それ以外の周波数でイ
ンピーダンスが高くなる特徴を有する。理論的には共振
周波数でインピーダンス回路１４のインピーダンスがゼ
ロオームになるが、実際にはインダクタ１５の巻線抵抗
等の損失が存在するので有限のインピーダンスを有する
ことになる。インピーダンス回路１４の共振周波数は、
家庭内で使用される家電機器から発生するノイズの振幅
が最も大きい周波数に設定される。

【００２０】図１の電力線結合回路１０の構成素子であ
る振幅制限素子１３は、一対のツェナーダイオードを対
向極性で直列接続したものが使用される。これにより、
商用交流電圧の正負両極性で振幅制限機能が働く。適切
なツェナー電圧のツェナーダイオードを使用することに
より、振幅制限素子１３の動作電圧（振幅制限電圧）を
家電機器から発生するノイズの振幅より大きな値に設定
する。これにより、ノイズ波形の歪による高調波ノイズ
の発生を回避することができる。

【００２１】図３は、商用電灯線側から見た電力線結合
回路の入力インピーダンス特性の例を示している。図か
らわかるように、商用周波数（５０／６０Ｈｚ）では十
分大きいインピーダンス値（Ｚ）を確保して、商用周波
数成分の流入を防いでいる。また、家電機器から発生す
るノイズが多い周波数帯域ではインピーダンス値（Ｚ）
が小さくなってノイズ成分を減衰させる。更に高い周波
数である電力線搬送通信で使用される信号周波数の帯域
では適切なインピーダンス値（Ｚ）が確保され、信号の
受信を正しく行うことができる。

【００２２】仮に、ノイズが多い周波数帯域が電力線搬
送通信で使用される信号周波数の帯域に重なるようなこ
とがあると、電力線搬送通信で使用される信号周波数の
成分も減衰してしまい、通信に必要なＳ／Ｎ比を得るこ
とが困難になる。しかし、一般に、家電機器から発生す
るノイズは数十ｋＨｚ付近の周波数帯域に集中してお
り、電力線搬送通信で使用される信号周波数の帯域は数
百ｋＨｚ付近であるので、両者が重なることはない。電
力線搬送通信で使用される信号周波数の帯域にノイズが
存在する場合でも、ノイズレベルは十分小さく、通信に
与える影響は少ない。

【００２３】なお、インピーダンス回路１４は、図２に
示したＬＣ直列共振回路に限らず、同様のインピーダン
ス特性を有する他の回路構成を用いてもよい。

【００２４】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態に係る電力線結合回路の回路図である。この
電力線結合回路１０は、図１に示した第１の実施形態に
係る電力線結合回路１０に比べて、２つのコンデンサ１
２ａ及び１２ｂが使用され、絶縁トランス１１の一次巻
線の両極側に１つずつコンデンサが接続されている点が
異なる。絶縁トランス１１、振幅制限素子１３及びイン
ピーダンス回路１４については、図１に示した第１の実
施形態に係る電力線結合回路１０と同様である。

【００２５】図４の回路構成では、絶縁トランス１１の
一次巻線と商用電灯線との間に２つのコンデンサ１２ａ
及び１２ｂが直列に接続されることになるので、図１の
回路構成におけるコンデンサ１２と同じインピーダンス
特性を得るには、コンデンサ１２ａ及び１２ｂの静電容
量（同じ静電容量とする）を図１におけるコンデンサ１
２の静電容量の２倍に設定する必要がある。一方、耐圧
に関しては、コンデンサ１２ａ及び１２ｂは、コンデン
サ１２に比べて半分の耐圧で済むことになる。

【００２６】また、図４の回路構成では、商用電灯線側
から電力線結合回路１０を見たときの回路構成が平衡回
路となるために、コモンモードノイズの発生を抑えるこ
とができ、図１の回路構成に比べてＳ／Ｎ比が良くなる
効果も得られる。

【００２７】（第３の実施形態）図５は、本発明の第３
の実施形態に係る電力線結合回路の回路図である。この
電力線結合回路１０は、商用電灯線と電力線搬送モデム
とを電気的に絶縁するための絶縁トランス１１と、絶縁
トランス１１の一次巻線と商用電灯線との間に接続さ
れ、商用周波数成分を遮断して高周波信号のみを通過さ
せる働きを有するコンデンサ１２と、絶縁トランス１１
の一次巻線に並列接続され、過大なノイズ電圧を吸収す
る働きを有する振幅制限素子１３と、絶縁トランス１１
の一次巻線と商用電灯線との間において、コンデンサ１
２と直列接続されたインピーダンス回路２１とを備えて
いる。

【００２８】インピーダンス回路２１のインピーダンス
特性は、既述の実施形態におけるインピーダンス回路１
４と異なり、家庭内で使用される家電機器から発生する
ノイズが多い周波数帯域でインピーダンスが大きくなる
ように設定されている。絶縁トランス１１の一時側から
見たインピーダンスに比べて、インピーダンス回路２１
のインピーダンスの最大値を十分大きく設定することに
より、商用電灯線のノイズが絶縁トランス１１の一次巻
線に印加されないようにしている。

【００２９】図６は、インピーダンス回路２１の構成例
を示す回路図である。この例では、インピーダンス回路
２１はインダクタ２２（Ｌ２）とコンデンサ２３（Ｃ
２）とのＬＣ並列共振回路で構成されている。このイン
ピーダンス回路２１のインピーダンス特性は、共振周波
数で最大インピーダンスとなり、それ以外の周波数でイ
ンピーダンスが低くなる特徴を有する。理論的には共振
周波数でインピーダンス回路２１のインピーダンスが無
限大になるが、実際にはインダクタ２２の巻線抵抗等の
損失が存在するので有限のインピーダンスを有すること
になる。インピーダンス回路２１の共振周波数は、家庭
内で使用される家電機器から発生するノイズの振幅が最
も大きい周波数に設定される。振幅制限素子１３の機能
については、第１の実施形態で説明した通りである。

【００３０】図７は、商用電灯線側から見た電力線結合
回路の入力インピーダンス特性の例を示している。図か
らわかるように、商用周波数（５０／６０Ｈｚ）では十
分大きいインピーダンス値（Ｚ）を確保して、商用周波
数成分の流入を防いでいる。また、家電機器から発生す
るノイズが多い周波数帯域でもインピーダンス値（Ｚ）
が大きくなってノイズ成分の流入を防いでいる。更に高
い周波数である電力線搬送通信で使用される信号周波数
の帯域では適切なインピーダンス値（Ｚ）が確保され、
信号の受信を正しく行うことができる。

【００３１】なお、インピーダンス回路２１は、図６に
示したＬＣ並列共振回路に限らず、同様のインピーダン
ス特性を有する他の回路構成を用いてもよい。

【００３２】（第４の実施形態）図８は、本発明の第４
の実施形態に係る電力線結合回路の回路図である。この
電力線結合回路１０は、図５に示した第３の実施形態に
係る電力線結合回路１０に比べて、２つのコンデンサ１
２ａ及び１２ｂと２つのインピーダンス回路２１ａ及び
２１ｂが使用され、コンデンサ１２ａ（又は１２ｂ）と
インピーダンス回路２１ａ（又は２１ｂ）の直列回路
が、絶縁トランス１１の一次巻線の両極側に１組ずつ接
続されている点が異なる。絶縁トランス１１及び振幅制
限素子１３については、図５に示した第３の実施形態に
係る電力線結合回路１０と同様である。

【００３３】図８の回路構成では、絶縁トランス１１の
一次巻線と商用電灯線との間に２つのコンデンサ１２ａ
及び１２ｂが直列に接続されることになるので、図５の
回路構成におけるコンデンサ１２と同じインピーダンス
特性を得るには、コンデンサ１２ａ及び１２ｂの静電容
量（同じ静電容量とする）を図５におけるコンデンサ１
２の静電容量の２倍に設定する必要がある。一方、耐圧
に関しては、コンデンサ１２ａ及び１２ｂは、コンデン
サ１２に比べて半分の耐圧で済むことになる。

【００３４】また、図８の回路構成では、絶縁トランス
１１の一次巻線と商用電灯線との間に２個のインピーダ
ンス回路２１ａ及び２１ｂが直列に接続されることにな
るので、図５に示した１個のインピーダンス回路２１に
比べて、２倍のインピーダンス値を得ることができる。
したがって、ノイズ成分の流入を阻止しやすくなる。

【００３５】更に、図８の回路構成では、商用電灯線側
から電力線結合回路１０を見たときの回路構成が平衡回
路となるために、コモンモードノイズの発生を抑えるこ
とができ、図５の回路構成に比べてＳ／Ｎ比が良くなる
効果も得られる。

【００３６】（第５の実施形態）図９は、本発明の第５
の実施形態に係る電力線搬送通信アダプタの構成図であ
る。また、図１０は、この電力線搬送通信アダプタの使
用形態を示す図である。この電力線搬送通信アダプタ３
０は、商用電灯線に接続された差込口（コンセント又は
アウトレット）４１に挿入される差込接続部３１と、こ
の差込接続部３１に直接接続され、電力線搬送通信装置
４２の差込接続部４２ａが挿入される被差込接続部３２
と、差込接続部３１及び被差込接続部３２の線間に接続
され、商用周波数成分を減衰させるコンデンサ３３及び
インピーダンス回路３４の直列回路とを備えている。

【００３７】コンデンサ３３は、商用周波数に対して十
分大きいインピーダンスを有し、家電機器から発生する
ノイズが多い周波数帯域ではインピーダンスが小さくな
るような静電容量に設定される。被差込接続部３２に接
続される電力線搬送通信装置４２の入力インピーダンス
に比べて、コンデンサ３３のインピーダンスの最小値を
十分小さく設定することにより、差込接続部３１に印加
されるノイズ電圧をコンデンサ３３とインピーダンス回
路３４との直列回路が吸収して被差込接続部３２にノイ
ズ電圧が伝わりにくくしている。コンデンサ３３は、商
用周波数成分のインピーダンス回路３４への流入を阻止
する働きを有する。

【００３８】インピーダンス回路３４は、図２に示した
インピーダンス回路１４と同様に、ＬＣ直列共振回路で
構成することができる。もちろん、同様のインピーダン
ス特性を有する他の回路構成を用いてもよい。

【００３９】このような電力線搬送通信アダプタ３０を
商用電灯線と電力線搬送通信装置４２との間に介在させ
ることにより、既存の電力線搬送通信装置４２に変更を
加えることなく、家電機器から発生するノイズの影響を
抑えて、電力線搬送通信装置４２による信号の受信を正
しく行うことができるようになる。

【００４０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の電力線
結合回路及び電力線搬送通信アダプタによれば、電力線
搬送通信で使用する信号周波数帯域に近い周波数を有す
る大振幅の連続性ノイズが電灯線（電力線）に発生して
いる場合であっても、ノイズの影響を抑えて、信号を正
しく受信することが可能になる。

【００４１】また、電力線搬送通信で使用する信号周波
数帯域より低い周波数の大振幅連続性ノイズが電灯線に
発生している場合であっても、電力線結合回路又は電力
線搬送通信アダプタを構成するインピーダンス回路によ
ってノイズ成分を減衰させることができる。その結果、
回路保護用の振幅制限素子の非線形動作によって発生す
る高調波ノイズを抑え、高調波ノイズが通信に与える悪
影響を除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力線結合回路
の回路図である。

【図２】図１におけるインピーダンス回路の構成例を示
す回路図である。

【図３】図１における商用電灯線側から見た電力線結合
回路の入力インピーダンス特性の例を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る電力線結合回路
の回路図である。

【図５】本発明の第３の実施形態に係る電力線結合回路
の回路図である。

【図６】図５におけるインピーダンス回路の構成例を示
す回路図である。

【図７】図５における商用電灯線側から見た電力線結合
回路の入力インピーダンス特性の例を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施形態に係る電力線結合回路
の回路図である。

【図９】本発明の第５の実施形態に係る電力線搬送通信
アダプタの構成図である。

【図１０】図９の電力線搬送通信アダプタの使用形態を
示す図である。

【図１１】従来の電力線搬送通信端末のブロック構成図
である。

【図１２】従来の電力線結合回路の例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１０ 電力線結合回路 １１ 絶縁トランス １２，１２ａ，１２ｂ コンデンサ １３ 振幅制限素子 １４，２１，２１ａ，２１ｂ インピーダンス回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薦田 美行 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 山本 心司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5K046 AA03 BA05 CC05 CC08 CC09 EE12 PS03 YY01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電灯線と電力線搬送モデムとを電気
   的に絶縁するための絶縁トランスと、前記絶縁トランス
   の一次巻線と商用電灯線との間に接続され、商用周波数
   成分を遮断して高周波信号のみを通過させる働きを有す
   るコンデンサと、前記絶縁トランスの一次巻線に並列接
   続され、過大なノイズ電圧を吸収する働きを有する振幅
   制限素子と、前記絶縁トランスの一次巻線に並列接続さ
   れたインピーダンス回路とを備え、 前記インピーダンス回路のインピーダンス値が特定の周
   波数帯域で小さくなるように、前記インピーダンス回路
   のインピーダンス特性が設定されていることを特徴とす
   る電力線結合回路。
2. 【請求項２】 前記コンデンサが、前記絶縁トランスの
   一次巻線の両極側に１つずつ接続されていることを特徴
   とする請求項１記載の電力線結合回路。
3. 【請求項３】 商用電灯線と電力線搬送モデムとを電気
   的に絶縁するための絶縁トランスと、前記絶縁トランス
   の一次巻線と商用電灯線との間に接続され、商用周波数
   成分を遮断して高周波信号のみを通過させる働きを有す
   るコンデンサと、前記絶縁トランスの一次巻線に並列接
   続され、過大なノイズ電圧を吸収する働きを有する振幅
   制限素子と、前記絶縁トランスの一次巻線と前記商用電
   灯線との間において、前記コンデンサと直列接続された
   インピーダンス回路とを備え、 前記インピーダンス回路のインピーダンス値が特定の周
   波数帯域で大きくなるように、前記インピーダンス回路
   のインピーダンス特性が設定されていることを特徴とす
   る電力線結合回路。
4. 【請求項４】 前記コンデンサと前記インピーダンス回
   路との直列回路が、前記絶縁トランスの一次巻線の両極
   側に１組ずつ接続されていることを特徴とする請求項３
   記載の電力線結合回路。
5. 【請求項５】 商用電灯線に接続された差込口に挿入さ
   れる差込接続部と、該差込接続部に直接接続され、電力
   線搬送通信装置の差込接続部が挿入される被差込接続部
   と、前記差込接続部及び前記被差込接続部の線間に接続
   され、商用周波数成分を減衰させるコンデンサ及びイン
   ピーダンス回路の直列回路とを備え、 前記インピーダンス回路のインピーダンス値が特定の周
   波数帯域で小さくなるように、前記インピーダンス回路
   のインピーダンス特性が設定されていることを特徴とす
   る電力線搬送通信アダプタ。