JP2008099023A - 電力線搬送通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路の大型化を抑制しつつ、コモンモード電流を抑制し、導体線からの不要な輻射を抑制することができる電力線搬送通信装置を提供する。
【解決手段】差動増幅部ＤＡは、入力端子Ｉ１，Ｉ２に差動入力される送信信号を差動増幅する。レベル調整部７１は、入力端子Ｉ１に接続され、入力端子Ｉ１に差動入力される送信信号のレベルを調整するための減衰値を設定することができる可変式のアッテネータＲｃとアッテネータＲｃの減衰値を設定するための操作入力を受け付ける操作部７１１とを備えている。コモンモード電流検出部１０は、結合回路５に流れるコモンモード電流を検出する。表示部９は、例えばＬＥＤによる表示器（７セグメントＬＥＤ等）から構成され、コモンモード電流検出部１０により検知されたコモンモード電流のレベルを表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源供給及び通信信号の伝送に共用される一対の導体線を用いて通信を行う電力線搬送通信装置に関するものである。

電力線搬送通信装置は、電灯線（導体線）間にデファレンシャルモードの信号を重畳することで通信を行うが、電灯線の大地に対する平衡度が悪い場合、電灯線を流れる信号はコモンモード信号に変換され、電灯線から不要輻射となって放射される。また、近年、通信帯域が２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚである高速の電力線搬送通信も普及しつつあるが、この帯域は短波ラジオ、船舶、アマチュア無線等の各種無線機器によって使用されているため、電灯線から放射されるノイズがこれらの無線機器へ影響を与えないように対策を講じる必要がある。

図４は、従来の電力線搬送通信用モデムの構成を示すブロック図である。図４に示すように従来の電力線搬送通信用モデムにおいては、コモンモードインピーダンスの充分大きなコモンモードチョークコイルを結合回路とプラグとの間に挿入し、コモンモード電流を充分小さくして平衡度を改善することがなされている。しかしながら、コモンモードチョークコイルのインピーダンスを充分に大きくするためには、コモンモードチョークコイルの巻線数を増大する必要があり、巻線数を増大するとコモンモード信号の減衰を招来すると共に、コモンモードチョークコイルの大型化を招来してしまう。

そこで、特許文献１では、電磁波の放射量を抑えることを目的として、導線の平衡度を検出する平衡度検出器と、平衡度検出器による検出結果に基づいて、平衡度を調整する平衡度調整回路とを備える送信装置が開示されている。

また、特許文献２では、通信帯域におけるコモンモード信号の減衰を防ぎつつ、通信線路の平衡度を改善して、通信線路から発生される放射ノイズを抑制することを目的として、３個のトランスを用いた平衡化回路が開示されている。

また、特許文献３では、伝送線路の不平衡状態を補償することを目的として、送信データ生成部から出力された平衡な送信用原信号である平衡原信号を、Ｄ／Ａ変換器、ローパスフィルタ、及び演算処理部を介して伝送線路へ送出する平衡伝送装置において、通信線路の不平衡度を検出する不平衡検出器を設け、不平衡検出器により検出された不平衡度を低減するように演算処理部の利得を調整する技術が開示されている。
特開２００４−８０４４１号公報 特開２００６−３３４２１号公報 特開２００５−３１１４０８号公報（第３図）

しかしながら、特許文献１の技術では、電力線搬送通信用モデムの通信部と、電灯線へ電力線搬送通信信号を重畳する接続器との間に平衡度検出器を挿入して定数調整が行われ、定数調整後は平衡度検出器を取り外す必要があるため、家電機器の動作状態によって電灯線の平衡度が変化する、或いは使用するコンセントを変更する等によって頻繁に生じるコモンモード電流の変化に対応することができないという問題がある。

また、特許文献２の技術では、３個のトランスから構成されているため、３個のコアが必要となり、部品配置、及び筐体形状に与える制約が大きくなり、実用的ではないという問題を有している。

また、特許文献３の技術では、演算処理部を構成するオペアンプからなる増幅回路の帰還ループに設けられた複数の抵抗をスイッチで切り換えることで、演算処理部の利得が調整されているため、スイッチが破損すると帰還ループが開放状態となり、オペアンプの出力電圧が電源電圧の最大値まで上昇、又は最小値まで低下してしまうという可能性を有している。

本発明の目的は、回路の大型化を抑制しつつ、コモンモード電流を抑制し、導体線から不要な輻射を抑制することができる電力線搬送通信装置を提供することである。

本発明による電力線搬送通信装置は、電源供給及び通信信号の伝送に共用される一対の導体線を介して他の電力線搬送通信装置との間で通信を行う電力線搬送通信装置であって、送信データを変調して送信信号を出力するモデム部と、前記モデム部から出力される送信信号を電力線搬送通信用の信号形態に変換する送信信号処理部と、前記導体線から絶縁すると共に、前記送信信号処理部から出力される送信信号のうち、電力線搬送通信周波数の送信信号を前記導体線に伝達する結合回路と、前記結合回路に流れるコモンモード電流を検出するコモンモード電流検出部とを備え、前記送信信号処理部は、差動入力される送信信号を差動増幅する差動増幅部と、前記差動増幅部の一方の入力端子である第１の入力端子に入力される送信信号のレベルを調整する第１のレベル調整部とを備えることを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、モデム部から送信された送信信号は、送信信号処理部により電力線搬送通信用の信号形態に変換され、結合回路により電力線搬送通信周波数の送信信号として導体線に伝達される。そして、結合回路に流れるコモンモード電流がコモンモード電流検出部により検出される。一方、送信信号処理部は、モデム部から出力される送信信号が差動入力される送信信号を差動増幅する差動増幅部と、差動増幅部の一方の入力端子である第１の入力端子に入力される送信信号のレベルを調整する第１のレベル調整部とを備えている。そのため、コモンモード電流検出部により検出されるコモンモード電流が最小となるように第１の入力端子に入力される送信信号のレベルを調整することで、コモンモード電流を抑制することが可能となり、導体線からの不要な輻射を抑制することができる。また、３個のトランスを用いなくともコモンモード電流を抑制することができるため、回路の大型化を抑制することができる。更に、第１のレベル調整部が第１の入力端子に接続されているため、背景技術で述べたように帰還ループが開放状態となり、差動増幅部の出力電圧が電源電圧まで上昇するという事態を回避することができる。

また、前記送信信号処理部は、前記差動増幅部の前記第１の入力端子とは異なる第２の入力端子に入力される送信信号のレベルを調整する第２のレベル調整部を更に備えることが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、調整部は第１の入力端子に入力される送信信号のレベルと第２の入力端子に入力される送信信号のレベルとを個別に調整することが可能となり、コモンモード電流の抑制をより正確に行うことができる。

また、前記第１及び第２のレベル調整部は、前記送信信号のレベルを調整するための減衰値を設定することで、前記送信信号のレベルを調整し、前記送信信号処理部は、前記第１のレベル調整部の減衰値と、前記第２のレベル調整部の減衰値との和が一定となるように、前記第１及び第２のレベル調整部を連動させる連動部を備えることが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、第１のレベル調整部の減衰値と第２のレベル調整部の減衰値との和が一定とされるため、差動増幅部から差動出力される送信信号のレベルを一定に保つことができ、安定した電力線搬送通信を実現することができる。

前記コモンモード電流検出部により検出されたコモンモード電流が最小となるように前記第１及び第２のレベル調整部を制御する制御部を更に備えることが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、コモンモード電流が小さくなるように第１及び第２のレベル調整部が制御されるため、頻繁に変化するコモンモード電流に速やかに対応することができる。

本発明によれば、回路の大型化を抑制しつつ、コモンモード電流を抑制し、導体線から不要な輻射を抑制することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１による電力線搬送通信装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す電力線搬送通信装置１は、例えば１００Ｖの商用交流電源電圧ＡＣを供給する一対の導体線Ｌ，Ｎに接続された他の電力線搬送通信装置と通信を行うもので、接続端子２、接続端子３、コモンモードチョークコイル４、結合回路５、受信信号処理部６、送信信号処理部７、モデム部８、表示部９、コモンモード電流検出部１０、Ｉ／Ｆ回路部１１、インピーダンスアッパ１２、電源部１３、及びプラグ１４を備える。

接続端子２及び接続端子３は、プラグ１４に設けられ、一対の導体線Ｌ，Ｎにそれぞれ接続するための外部接続端子である。

コモンモードチョークコイル４は、プラグ１４と結合回路５との間に介設され、電力線搬送通信装置１におけるコモンモードノイズを遮断する。これにより、電力線搬送通信装置１で生じたコモンモードノイズが、導体線Ｌ，Ｎへ流出することが抑制され、輻射ノイズが低減される。すなわち、コモンモードチョークコイル４は、ドーナツ状のフィライトコアに巻回された３つの巻線ｎ１〜ｎ３を備え、巻線ｎ１及び巻線ｎ２はコモンモードノイズを遮断し、巻線ｎ３は結合回路５を流れる電流に含まれるコモンモード電流を検出し、コモンモード電流検出部１０に出力する。

結合回路５は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、トランスＴ１とを備えている。コンデンサＣ１，Ｃ２は、商用電源周波数に対しては充分に高いインピーダンスを有し、電力線搬送通信周波数（例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）では充分に低いインピーダンスを有する。トランスＴ１は、導体線Ｌ，Ｎから電力線搬送通信装置１を絶縁すると共に、電力線搬送通信周波数の信号を伝達する。トランスＴ１の一次巻線ｎ１１は、一端がコンデンサＣ１及び巻線ｎ１を介して接続端子２に接続され、他端が、コンデンサＣ２及び巻線ｎ２を介して接続端子３に接続されている。そして、トランスＴ１の二次巻線ｎ１２は、受信信号処理部６を介してモデム部８に接続されていると共に、送信信号処理部７を介してモデム部８に接続されている。

受信信号処理部６は、二次巻線ｎ１２に生じた信号をモデム部８で処理可能な信号形態に変換し、受信信号Ｒｘとしてモデム部８に出力する。

送信信号処理部７は、差動増幅部ＤＡと、レベル調整部７１（第１のレベル調整部）と、固定利得部７２と、送信フィルタＢＰＦとを備える。そして、送信信号処理部７は、モデム部８から出力された送信信号Ｔｘを、電力線搬送通信用の信号形態に変換し、結合回路５に出力する。

差動増幅部ＤＡは、電力増幅器Ａ１，Ａ２を備え、入力端子Ｉ１，Ｉ２に差動入力される送信信号を差動増幅する。電力増幅器Ａ１は、入力端子Ｉ１（第１の入力端子）に差動入力される送信信号を所定の利得で電力増幅し、出力抵抗Ｒａを介して結合回路５に出力する。

レベル調整部７１は、入力端子Ｉ１に接続され、電力増幅器Ａ１に差動入力される送信信号のレベルを調整する。具体的には、レベル調整部７１は、入力端子Ｉ１に差動入力される送信信号のレベルを調整するための減衰値を設定することができる可変式のアッテネータＲｃとアッテネータＲｃの減衰値を設定するための操作入力を受け付ける操作部７１１とを備えている。操作部７１１は、例えば減衰値をデシベル単位で表す数値が目盛られたロータリースイッチから構成され、ユーザは、ロータリースイッチを操作することにより、アッテネータＲｃの減衰値を設定する。ここで、操作部７１１は、アッテネータＲｄの減衰値を中心としてアッテネータＲｃの減衰値を設定可能に構成することが、ユーザの操作性を向上させるうえで好ましい。

電力増幅器Ａ２は、入力端子Ｉ２（第２の入力端子）に差動入力される送信信号を所定の利得で電力増幅して、出力抵抗Ｒｂを介して結合回路５に出力する。

固定利得部７２は、入力端子Ｉ２に差動入力される送信信号を一定の減衰値で減衰させるアッテネータＲｄから構成される。

送信フィルタＢＰＦは、モデム部８から出力される送信信号Ｔｘから電力線搬送通信周波数（例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）の信号を通過させる帯域通過フィルタである。

モデム部８は、Ｉ／Ｆ回路部１１を介して接続されたパーソナルコンピュータ等の外部接続装置から出力された送信データを変調して送信信号Ｔｘを生成し、送信信号処理部７に出力すると共に、受信信号処理部６から出力される受信信号Ｒｘを復調して受信データを取得し、Ｉ／Ｆ回路部１１を介して外部接続装置に出力する。

コモンモード電流検出部１０は、結合回路５に流れるコモンモード電流を検出する。すなわち、コモンモード電流検出部１０は、巻線ｎ３により誘起されたコモンモード電流のレベルに応じた電圧を、表示部９に適したレベルに増幅して表示部９に出力する。表示部９は、例えばＬＥＤによる表示器（７セグメントＬＥＤ等）から構成され、コモンモード電流検出部１０により検知されたコモンモード電流のレベルを表示し、コモンモード電流のレベルをユーザに報知する。なお、表示部９は、コモンモード電流の大きさが目視できるものであればよく、ＬＥＤによる表示器に限定されず、液晶表示器等を用いても良い。

Ｉ／Ｆ回路部１１は、通信ケーブルを介して接続された外部接続装置との間で１００ＢＡＳＥ−ＴＸなどの規格に準拠したデータ伝送を行うインターフェイス回路である。

電源部１３は、電力線搬送通信周波数の信号、例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの信号に対して高インピーダンスになるインピーダンスアッパ１２を介して接続端子２，３に接続されている。そして、電源部１３は、商用交流電源から導体線Ｌ，Ｎを介して接続端子２，３へ供給された電源電圧を、インピーダンスアッパ１２を介して取得し、この電源電圧に基づき電力線搬送通信装置１内の各部へ動作用の電力を供給する。この場合、インピーダンスアッパ１２によって、電力線搬送通信周波数の信号に対する電源部１３の入力インピーダンスが増大されるので、電源部１３によって、通信信号に対する導体線Ｌ，Ｎのインピーダンスが低下して通信信号が減衰することが低減される。

プラグ１４は、接続端子２としての栓刃と、接続端子３としての栓刃とを備え、電源タップと接続されることで、接続端子２と導体線Ｌとを電気的に接続すると共に、接続端子３と導体線Ｎとを電気的に接続する。

次に、電力線搬送通信装置１の動作について説明する。導体線Ｌ，Ｎの平衡度が高い場合は、デファレンシャルモード電流のみがコモンモードチョークコイル４に流れるため、コモンモードチョークコイル４の巻線ｎ３には電圧が誘起されない。すなわち、コモンモード電流検出部１０によりコモンモード電流は検出されず、表示部９にはコモンモード電流のレベルが０と表示される。

一方、導体線Ｌ，Ｎの平衡度が低くコモンモード電流が流れる場合、コモンモードチョークコイル４の巻線ｎ３にコモンモード電流の大きさに比例した電圧が誘起される。巻線ｎ３に誘起した電圧は、コモンモード電流検出部１０によって増幅され、表示部９に出力され、表示部９はコモンモード電流のレベルを表示する。

そして、ユーザは、表示部９の表示内容を確認しながら、コモンモード電流のレベルが最小となるように、操作部７１１を操作して、アッテネータＲｃの減衰値を設定する。

以上説明したように、電力線搬送通信装置１によれば、電力線搬送通信装置を接続するコンセントを変更した場合でも、表示部９の表示内容を確認しながらコモンモード電流が最小となるように電力増幅器Ａ１に入力される送信信号のレベルを調整することができるため、使用環境に応じて放射ノイズを最小限にすることが可能である。

また、レベル調整部７１が入力端子Ｉ１のみに接続されているため、部品点数を削減することが可能となり、電力線搬送通信装置を小型化することが可能となる。

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２による電力線搬送通信装置１ａの構成を示すブロック図である。実施の形態２による電力線搬送通信装置１ａは、実施の形態１による電力線搬送通信装置１において、固定利得部７２に代えてレベル調整部７３（第２のレベル調整部）を採用したことを特徴とする。

レベル調整部７３は、電力増幅器Ａ２の入力端子Ｉ２に接続され、入力端子Ｉ２に入力される送信信号のレベルを調整する。具体的には、レベル調整部７３は、電力増幅器Ａ２に差動入力される送信信号のレベルを調整するための減衰値が設定可能な可変式のアッテネータＲｅとアッテネータＲｅの減衰値を設定するための操作入力を受け付ける操作部７３１とを備えている。操作部７３１は、レベル調整部７１の操作部７１１と同一構成である。

また、送信信号処理部７は、アッテネータＲｃの減衰値α１とアッテネータＲｅの減衰値α２との和（α１＋α２）が一定となるように操作部７１１と操作部７３１とを連動させる連動部７４を備えている。

例えば、連動部７４は、アッテネータＲｃの減衰値が−３ｄＢに設定された場合、アッテネータＲｅの減衰値が＋３ｄＢに設定されるように操作部７１１と操作部７３１とを連動させる。また、連動部７４は、アッテネータＲｃの減衰値が−２ｄＢに設定された場合、アッテネータＲｅの減衰値が＋２ｄＢに設定されるように操作部７１１と操作部７３１とを連動させる。

これにより、差動増幅部ＤＡから出力される差動出力のレベルを一定に保つことができ、安定した通信を実現することが可能となる。また、ユーザは操作部７１１と操作部７３１との各々を個別に操作する必要がなくなり、操作性を向上させることができる。なお、連動部７４は、アッテネータＲｃの減衰値とアッテネータＲｅの減衰値との和が０ｄＢとなるように操作部７１１と操作部７３１とを連動させたが、これは一例にすぎず、アッテネータＲｃの減衰値とアッテネータＲｅの減衰値との和が０ｄＢ以外の値で一定となるように、操作部７１１と操作部７３１とを連動させてもよい。

（実施の形態３）
図３は、実施の形態３による電力線搬送通信装置１ｂの構成を示すブロック図である。実施の形態３による電力線搬送通信装置１ｂは、コモンモード電流が最小となるようにレベル調整部７１とレベル調整部７３とを制御することを特徴とする。

レベル調整部７１は、電気信号のレベルに応じて減衰値が設定可能なアッテネータＡＴＴ１から構成され、制御部１５から出力される電気信号に従って、入力端子Ｉ１に差動入力される送信信号のレベルを調整するための減衰値を設定する。レベル調整部７３は、電気信号のレベルに応じて減衰値が設定可能なアッテネータＡＴＴ２から構成され、制御部１５から出力される電気信号に従って、入力端子Ｉ２に差動入力される送信信号のレベルを調整するための減衰値を設定する。

制御部１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、コモンモード電流検出部１０により検出されたコモンモード電流のレベルを示す電圧値をＡ／Ｄ変換して取り込み、コモンモード電流をモニタし、コモンモード電流が最小となるように、アッテネータＡＴＴ１の減衰値及びアッテネータＡＴＴ２の減衰値を設定する。

具体的には、制御部１５は、コモンモード電流のレベルと、コモンモード電流のレベルに応じて予め定められたアッテネータＡＴＴ１，ＡＴＴ２各々の減衰値とを関連付けて記憶する設定テーブルを記憶しており、この設定テーブルに従って、アッテネータＡＴＴ１，ＡＴＴ２の減衰値を設定する。

ここで、設定テーブルは、アッテネータＡＴＴ１の減衰値とアッテネータＡＴＴ２の減衰値との和を一定に保ち、かつ、コモンモード電流のレベルを最小とするような、コモンモード電流のレベルに応じたアッテネータＡＴＴ１，ＡＴＴ２の各々の減衰値を記憶している。

そのため、制御部１５は、コモンモード電流のレベルから、そのレベルに応じて、予め定められたアッテネータＡＴＴ１，ＡＴＴ２の各々の減衰値を設定テーブルから読み出し、アッテネータＡＴＴ１，ＡＴＴ２の減衰値を設定することで、コモンモード電流のレベルを最小にすることができる。

このように、電力線搬送通信装置１ｂによれば、コモンモード電流をモニタし、コモンモード電流の大きさが最小となるように、アッテネータＡＴＴ１，ＡＴＴ２を自動制御するため、ユーザが設定作業を行はなくとも、コモンモード電流のレベルを最小にすることができる。また、導体線の平衡度に応じてコモンモード電流のレベルが頻繁に変化しても、この変化に対して速やかに対応することが可能となり、安定した電力線搬送通信を実現することができる。

実施の形態１による電力線搬送通信装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２による電力線搬送通信装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３による電力線搬送通信装置の構成を示すブロック図である。 従来の電力線搬送通信装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 電力線搬送通信装置
２，３ 接続端子
４ コモンモードチョークコイル
５ 結合回路
６ 受信信号処理部
７ 送信信号処理部
８ モデム部
９ 表示部
１０ コモンモード電流検出部
１５ 制御部
７１ レベル調整部
７２ 固定利得部
７３ レベル調整部
７４ 連動部
７１１ 操作部
７３１ 操作部
Ａ１，Ａ２ 電力増幅器
Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，ＡＴＴ１，ＡＴＴ２ アッテネータ
ＢＰＦ 送信フィルタ
Ｌ，Ｎ 導体線
Ｌ１，Ｌ２ 導体線

Claims (4)

1. 電源供給及び通信信号の伝送に共用される一対の導体線を介して他の電力線搬送通信装置との間で通信を行う電力線搬送通信装置であって、
   送信データを変調して送信信号を出力するモデム部と、
   前記モデム部から出力される送信信号を電力線搬送通信用の信号形態に変換する送信信号処理部と、
   前記導体線から絶縁すると共に、前記送信信号処理部から出力される送信信号のうち、電力線搬送通信周波数の送信信号を前記導体線に伝達する結合回路と、
   前記結合回路に流れるコモンモード電流を検出するコモンモード電流検出部とを備え、
   前記送信信号処理部は、
   差動入力される送信信号を差動増幅する差動増幅部と、
   前記差動増幅部の一方の入力端子である第１の入力端子に入力される送信信号のレベルを調整する第１のレベル調整部とを備えることを特徴とする電力線搬送通信装置。
2. 前記送信信号処理部は、前記差動増幅部の前記第１の入力端子とは異なる第２の入力端子に入力される送信信号のレベルを調整する第２のレベル調整部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
3. 前記第１及び第２のレベル調整部は、前記送信信号のレベルを調整するための減衰値を設定することで、前記送信信号のレベルを調整し、
   前記送信信号処理部は、前記第１のレベル調整部の減衰値と、前記第２のレベル調整部の減衰値との和が一定となるように、前記第１及び第２のレベル調整部を連動させる連動部を備えることを特徴とする請求項２に記載の電力線搬送通信装置。
4. 前記コモンモード電流検出部により検出されたコモンモード電流が最小となるように前記第１及び第２のレベル調整部を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の電力線搬送通信装置。

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