JP2006304086A - スイッチング電源、電力線搬送通信装置およびスイッチング電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源の小型化と電力線搬送信号へのノイズ混入防止との両立を図る。
【解決手段】電力線Ｗを伝送路として電力線搬送によりデータ信号の送受を行う電力線搬送通信装置１０用のスイッチング電源１６であって、電力線Ｗ上で搬送される信号の最高周波数以上の周波数でスイッチング動作を行うスイッチング素子２２を備えている。また、電力線搬送通信装置１０は、外部機器１７と接続されて信号送受のインターフェースとなるデータ入出力部１３と、電力線Ｗとデータ入出力部１３との間で送受される信号の変復調を行う電力線搬送トランシーバ１２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源、電力線搬送通信装置およびスイッチング電源制御方法に関し、詳しくは、電力線搬送の通信制御を行う電力線搬送通信装置に用いられるスイッチング電源の好適な動作周波数に関するものである。

近年、電力線に通電される電力にデータ信号を重畳して通信を行う電力線搬送技術が注目されている。この電力線搬送技術を用いれば、従来のように電力線の他に通信線を設ける必要がなくなるので、通信線を配索する煩わしさが無くなると共に配線コストも低減できるメリットがある。

例えば、特開２００２−１６４８２３号公報に開示された電力線搬送通信用アダプタ１は、図７に示すように、専用配線を介して負荷機器を監視／制御する専用配線信号を入出力するインターフェース回路２と、インターフェース回路２からの入出力信号に基づいて、電力線となる商用電源を介して制御される装置と電力線搬送用端末との間の信号送受を行う電力線搬送トランシーバ３と、インターフェース回路２と電力線搬送トランシーバ３を制御するＣＰＵ４と、これら各回路に電源供給を行う電源回路５とを備えている。

電力線搬送通信に用いられる電源回路５には小型化および高効率化が要求されており一般にスイッチング電源が用いられる。スイッチング電源はそのスイッチング周波数の整数倍の高調波成分による妨害信号を発生する可能性があり、該妨害信号が電力線上の信号に悪影響を及ぼさないように低域フィルタを設けることが考えられる。
具体的には、電力線搬送に用いる信号帯域は２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚを用いており、スイッチング電源の周波数は１００ｋＨｚ前後が一般的であるので、１００ｋＨｚの整数倍の信号がノイズとなる可能性がある。

ここで、スイッチング周波数を高くすればスイッチング電源に必要なトランスやコンデンサを小容量化することが可能となり、スイッチング電源の小型化および高効率化を図ることができるが、スイッチング周波数を高くすると電力線上の信号帯域の最小周波数である２ＭＨｚに近接してしまい、ノイズのフィルタリングが難しくなるという問題がある。特に、スイッチング周波数の基本周波数、２倍周波数、３倍周波数等の低い周波数成分は強度が大きくフィルタリングが難しい。したがって、電力線搬送される信号へノイズが混入しないように防止しようと思えば、スイッチング電源の小型化を図ることを断念しなければならないのが現状である。
特開２００２−１６４８２３号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、スイッチング電源の小型化と電力線搬送へのノイズ防止とを両立することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、電力線を伝送路として電力線搬送によりデータ信号の送受を行う通信装置用のスイッチング電源であって、
前記電力線上で搬送される信号の最高周波数以上の周波数でスイッチング動作を行うスイッチング素子を備えていることを特徴とする電力線搬送通信装置用のスイッチング電源を提供している。

前記構成とすると、スイッチング周波数を電力線搬送で用いられる信号の最高周波数以上としているので、スイッチング周波数の整数倍となる妨害信号の周波数は電力線搬送の信号帯域よりも大きくなり、電力線上の信号へのノイズ混入による悪影響を及ぼすことを防止することができる。したがって、スイッチング周波数を高くしてスイッチング電源の小型化を図ることと、電力線搬送へのノイズ防止とを両立することが可能となる。また、電力線搬送の信号帯域を超える信号は電力線上の伝送において減衰が大きくなるため、妨害信号の伝送もされにくくなるという利点もある。

また本発明は、前記記載のスイッチング電源を備えた電力線搬送通信装置であって、
外部機器と接続されて信号送受のインターフェースとなるデータ入出力部と、
前記電力線と前記データ入出力部との間で送受される信号の変復調を行う電力線搬送トランシーバとを備えていることを特徴とする電力線搬送通信装置を提供している。

前記構成とすると、前記同様に、スイッチング電源からの妨害信号の周波数が、データ入出力部および電力線搬送トランシーバにより電力線に送受される信号の周波数以上であるので、スイッチング電源からの妨害信号が電力線搬送される信号のノイズとならない。したがって、スイッチング周波数を高くしてスイッチング電源の小型化を図ることと、電力線搬送信号へのノイズ混入防止とを両立することが可能となる。

また本発明は、電力線を伝送路として電力線搬送によりデータ信号の通信を行う際の前記電力線に接続されたスイッチング電源の制御方法であって、
前記スイッチング電源のスイッチング周波数を、前記電力線上で搬送される信号の最高周波数以上となるように制御することを特徴とする電力線搬送用のスイッチング電源制御方法を提供している。

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、スイッチング電源のスイッチング周波数を電力線搬送で用いられる信号の最高周波数以上としているので、スイッチング周波数の整数倍となる妨害信号の周波数は電力線搬送の信号帯域よりも大きくなり、スイッチング電源からの妨害信号が電力線搬送される信号のノイズとならない。したがって、スイッチング周波数を高くしてスイッチング電源の小型化を図ることと、電力線搬送へのノイズ防止とを両立することが可能となる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は第１実施形態を示し、商用電力（ＡＣ１００Ｖ）を供給する電力線Ｗに電力線搬送通信装置１０を介して情報処理端末となるパソコン１７を接続している。

電力線搬送通信装置１０は、結合回路１１と、電力線搬送トランシーバ１２と、データ入出力部１３と、制御部１４と、表示部１５と、スイッチング電源部１６とを備えている。
結合回路１１は、電力線搬送に用いる信号帯域（２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）の高調波信号を電力線Ｗとの間で受け渡しする機能を有するフィルタ回路であり、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用電力を遮断して電力線Ｗとの間でデータ通信用の高調波信号のみの送受を行うと共に、電力線Ｗとのインピーダンス整合等のカップリングの役目を行っている。

電力線搬送トランシーバ１２は、電力線搬送によるデータ通信に用いる高周波信号の変調・復調処理を行う回路であり、電力線搬送用の信号帯域（２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）で変復調を行っている。
データ入出力部１３は、外部機器のパソコン１７とのインターフェース回路である。
制御部１４は、電力線搬送トランシーバ１１およびデータ入出力部１３の制御を行い、データ入出力部１３によりパソコン１７との間でパケット送受を行うためのプロトコル処理を行っている。
表示部１５は、ＬＥＤランプや液晶画面等であり動作ステータスを表示している。

スイッチング電源部１６は、電力線Ｗに接続され、結合回路１１、電力線搬送トランシーバ１２、データ入出力部１３、制御部１４および表示部１５に動作用の電力を供給している。詳しくは、図２に示すように、整流回路２０、コンデンサ２１、スイッチング素子２２、トランス２３および平滑回路２４を設け、電力線Ｗからの商用電力を整流回路２０で整流して直流化した後、スイッチング素子２２を電力線搬送用信号の最高周波数（３０ＭＨｚ）以上の周波数（例えば、４０ＭＨｚ）でスイッチング動作して交流信号とする。そして、トランス２３により所定の交流電圧を生成し、平滑回路２４で整流して出力している。また、平滑回路２４は、図３に示すように、コンデンサ２５、２７とコイル２６とを設けている。

以上の構成とすると、スイッチング電源部１６のスイッチング周波数（４０ＭＨｚ）を電力線搬送で用いられる信号の最高周波数（３０ＭＨｚ）以上としているので、図４に示すように、スイッチング周波数の整数倍となる妨害信号の周波数（４０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１２０ＭＨｚ・・）は電力線搬送の信号帯域（２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）の範囲外となり、スイッチング電源１６からの妨害信号が電力線搬送される信号のノイズとなるのを防止することができる。したがって、スイッチング周波数を高くすることでトランス２３やコンデンサ２５、２７を小容量化してスイッチング電源１６の小型化を図ることと、電力線搬送される信号へのノイズ混入防止とを両立することが可能となる。

図５および図６は第２実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、スイッチング電源部１６にノイズ除去用の低域フィルタ３１を付設している点である。

本実施形態の電力線搬送通信装置３０に備えられた低域フィルタ３１は、図６に示すように、コンデンサ３２、３４、３６とコイル３３、３５で形成され、１００Ｈｚ以下の周波数を透過する一方、当該範囲を超える周波数信号を遮断する。即ち、電力線Ｗから商用電力（５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）をスイッチング電源部１６に供給可能とする一方で、スイッチング電源部１６のスイッチング動作に伴って生じる高調波信号（妨害信号）が電力線Ｗや周辺機器（図示せず）に混入しないようにしている。

以上の構成とすると、スイッチング電源部１６で発生する妨害波を低域フィルタ３１で遮断することができるため、電力線搬送通信装置３０の周辺に他の電子機器があっても悪影響を及ぼすのを確実に防止することが可能である。かつ、スイッチング電源部１６のスイッチング素子２２は、第１実施形態で述べたように、電力線搬送通信に用いられる信号帯域より高い周波数で動作しているため、発生する妨害波の周波数も高く、コンデンサ３２、３４、３６が小容量で済み、小型で簡易な低域フィルタ３１で構成することができる。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

本発明の第１実施形態の電力線搬送通信装置を示すブロック図である。 スイッチング電源部を示すブロック図である。 平滑回路を示す回路図である。 電力線上の周波数スペクトルを示すグラフである。 第２実施形態の電力線搬送通信装置を示すブロック図である。 低域フィルタを示す回路図である。 従来例を示すブロック図である。

符号の説明

１０、３０ 電力線搬送通信装置
１１ 結合回路
１２ 電力線搬送トランシーバ
１３ データ入出力部
１４ 制御部
１５ 表示部
１６ スイッチング電源部
１７ パソコン
３１ 低域フィルタ
Ｗ 電力線

Claims (3)

1. 電力線を伝送路として電力線搬送によりデータ信号の送受を行う通信装置用のスイッチング電源であって、
   前記電力線上で搬送される信号の最高周波数以上の周波数でスイッチング動作を行うスイッチング素子を備えていることを特徴とする電力線搬送通信装置用のスイッチング電源。
2. 請求項１に記載のスイッチング電源を備えた電力線搬送通信装置であって、
   外部機器と接続されて信号送受のインターフェースとなるデータ入出力部と、
   前記電力線と前記データ入出力部との間で送受される信号の変復調を行う電力線搬送トランシーバとを備えていることを特徴とする電力線搬送通信装置。
3. 電力線を伝送路として電力線搬送によりデータ信号の通信を行う際の前記電力線に接続されたスイッチング電源の制御方法であって、
   前記スイッチング電源のスイッチング周波数を、前記電力線上で搬送される信号の最高周波数以上となるように制御することを特徴とする電力線搬送用のスイッチング電源制御方法。

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