JP2008099135A - 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】線路Ｌ１は、一端が二次巻線ｎ１２の一端に接続され、他端が送信信号処理部７に接続されている。線路Ｌ２は、一端が二次巻線ｎ１２の他端に接続され、他端が送信信号処理部７に接続されている。線路Ｌ１上には、線路Ｌ１のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部１５が接続されている。インピーダンス調整部１５は、スイッチＳＷａ、ｎ（ｎは正数）個の抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎ、及び操作部１５１を備えている。抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎは、並列接続されている。スイッチＳＷａは、例えばマルチプレクサから構成され、操作部１５１により受け付けられた操作入力に従って、抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎのうち、いずれか１の抵抗を線路Ｌ１に接続する。
【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。
特開２００４−８０４４１号公報 特開２００６−３３４２１号公報

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。

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変調部と、前記変調部から出力される送信信号を差動増幅する送信信号処理部と、前記送信信号処理部により差動増幅された送信信号を結合回路に伝送する第１及び第２の線路と、前記導体線から前記電力線搬送通信装置を絶縁すると共に、前記第１及び第２の線路により伝送された送信信号のうち、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、前記第１の線路のインピーダンスを調整する第１のインピーダンス調整部と、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ることを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、変調部から送信された送信信号は、送信信号処理部により差動増幅されて第１及び第２の線路を介して結合回路に出力され、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出力される。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の線路のインピーンスを調整することで、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。

前記第２の線路のインピーダンスを調整する第２のインピーダンス調整部と、前記第１のインピーダンス調整部により調整されたインピーダンスと、第２のインピーダンス調整部により調整されたインピーダンスとの和が一定となるように、前記第１及び第２のインピーダンス調整部を連動させる連動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、第１の線路に加えて第２の線路のインピーダンスも調整することができるため、コモンモード電流をより正確に最小にすることができる。更に、第１の線路のインピーダンスと第２の線路のインピーダンスとの和が一定となるように、第１及び第２の線路のインピーダンスが調整されるため、第１及び第２の線路から差動出力される送信信号のレベルを一定にすることができ、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のインピーダンス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３）。

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の線路のインピーダンスが自動調整されるため、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、プラグ１４、線路Ｌ１，Ｌ２、及びインピーダンス調整部（第１のインピーダンス調整部）１５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。すんわち、コモンモードチョークコイル４は、フェライトコアに巻回された３つの巻線ｎ１〜ｎ３から構成され、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、モデム部８から出力される送信信号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。具体的には、送信信号処理部７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と、帯域通過フィルタにより通過された送信信号Ｔｘを差動増幅する差動増幅器等を備える。

線路Ｌ１は、一端が二次巻線ｎ１２の一端に接続され、他端が送信信号処理部７に接続され、送信信号処理部７から差動増幅された一方の送信信号Ｔｘを伝送する。線路Ｌ２は、一端が二次巻線ｎ１２の他端に接続され、他端が送信信号処理部７に接続され、送信信号処理部７から差動増幅された他方の送信信号Ｔｘを伝送する。線路Ｌ１上には、線路Ｌ１のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部１５が接続されている。また、線路Ｌ２上には、抵抗Ｒｂが接続されている。

インピーダンス調整部１５は、スイッチＳＷａ、ｎ（ｎは正数）個の抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎ、及び操作部１５１を備えている。抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎは、並列接続されている。スイッチＳＷａは、例えばマルチプレクサから構成され、操作部１５１により受け付けられた操作入力に従って、抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎのうち、いずれか１の抵抗を線路Ｌ１に接続する。

操作部１５１は、例えば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、線路Ｌ１のインピーダンスを設定する。ここで、操作部１５１は、抵抗Ｒｂの値を中心として線路Ｌ１のインピーダンス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。

モデム部８は、変調部と復調部とを備え、変調部は、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に出力し、復調部は、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１５１を操作して、線路Ｌ１のインピーダンスを設定する。

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１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線路Ｌ１のインピーダンスを設定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。

インピーダンス調整部１５は線路Ｌ１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、抵抗Ｒｂに代えてインピーダンス調整部１６を採用したことを特徴とする。

インピーダンス調整部１６は、スイッチＳＷｂ、ｎ個の抵抗Ｒｂ１〜Ｒｂｎ、及び操作部１６１を備えている。抵抗Ｒｂ１〜Ｒｂｎは、並列接続されている。スイッチＳＷｂは、例えばマルチプレクサから構成され、操作部１６１により受け付けられた操作入力に従って、抵抗Ｒｂ１〜Ｒｂｎのうち、いずれか１の抵抗を線路Ｌ２に接続する。操作部１６１は、インピーダンス調整部１５の操作部１５１と同一構成である。

また、連動部１７は、線路Ｌ１のインピーダンスｚ１と線路Ｌ２のインピーダンスｚ２との和（ｚ１＋ｚ２）が一定となるように操作部１５１と操作部１６１とを連動させる。

例えば、連動部１７は、線路Ｌ１のインピーダンスが１２Ωに設定された場合、線路Ｌ２のインピーダンスが８Ωに設定されるように操作部１５１と操作部１６１とを連動させる。また、連動部１７は、線路Ｌ１のインピーダンスが１０Ωに設定された場合、線路Ｌ２のインピーダンスが１０Ωに設定されるように操作部１５１と操作部１６１とを連動させる。これにより、線路Ｌ１のインピーダンスと線路Ｌ２のインピーダンスとの和を一定の値である２０Ωにすることができる。

このように、インピーダンス調整部１５とインピーダンス調整部１６とは、線路Ｌ１の利得と線路Ｌ２の利得との和が一定になるように、線路Ｌ１，Ｌ２のインピーダンスを設定するため、線路Ｌ１，Ｌ２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可能となり、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１５１と操作部１６１との各々を個別に操作する必要がなくなり、インピーダンス調整の操作性を向上させることができる。なお、連動部１７は、線路Ｌ１，Ｌ２のインピーダンスの和が２０Ωとなるように操作部１５１，１６１とを連動させたが、これは一例にすぎず、線路Ｌ１，Ｌ２のインピーダンスの和が２０Ω以外の値で一定となるように、操作部１５１と操作部１６１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インピーダンス調整部１５とインピーダンス調整部１６とを制御することを特徴とする。

スイッチＳＷａは、制御部１８からの電気信号のレベルに応じて抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎのうち、いずれか１の抵抗を線路Ｌ１に接続する。スイッチＳＷｂは、制御部１８からの電気信号のレベルに応じて抵抗Ｒｂ１〜Ｒｂｎのうち、いずれか１の抵抗を線路Ｌ２に接続する。

制御部１８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、インピーダンス調整部１５，１６の各々のインピーダンスを設定する。

具体的には、制御部１８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インピーダンス調整部１５，１６の各々のインピーダンス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、抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎの中から１の抵抗を線路Ｌ１に接続すると共に、抵抗Ｒｂ１〜Ｒｂｎの中からいずれか１の抵抗を線路Ｌ２に接続する。

ここで、設定テーブルは、インピーダンス調整部１５，１６の各々のインピーダンスの和を一定に保ち、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インピーダンス調整部１５，１６の各々のインピーダンスを記憶している。

そのため、制御部１８は、コモンモード電流のレベルから、そのレベルに応じて、予め定められたインピーダンスを有する抵抗を線路Ｌ１，Ｌ２に接続することで、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、インピーダンス調整部１５，１６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、導体線からの不要な輻射を抑制すると共に安定した電力線搬送通信を実現することができる。

なお、図１に示す電力線搬送通信装置１において、図３に示す制御部１８を設け、インピーダンス調整部１５を自動制御する構成を採用してもよい。また、図２，図３では２つのスイッチＳＷａ，ＳＷｂを用いているが、１つのスイッチでインピーダンス調整部１５，１６の各々の抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎ，Ｒｂ１〜Ｒｂｎを切り換えるようにしてもよい。

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

１〜１ｂ 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
１５，１６ インピーダンス調整部
１７ 連動部
１８ 制御部
１５１，１６１ 操作部
Ｌ，Ｎ 導体線
Ｌ１，Ｌ２ 線路
Ｒａ１〜Ｒａｎ 抵抗
Ｒｂ１〜Ｒｂｎ 抵抗
ＳＷａ，ＳＷｂ スイッチ

Claims (3)

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変調部と、
   前記変調部から出力される送信信号を差動増幅する送信信号処理部と、
   前記送信信号処理部により差動増幅された送信信号を結合回路に伝送する第１及び第２の線路と、
   前記導体線から絶縁すると共に、前記第１及び第２の線路により伝送された送信信号のうち、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、
   前記第１の線路のインピーダンスを調整する第１のインピーダンス調整部と、
   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ることを特徴とする電力線搬送通信装置。
2. 前記第２の線路のインピーダンスを調整する第２のインピーダンス調整部と、
   前記第１のインピーダンス調整部により調整されたインピーダンスと、第２のインピーダンス調整部により調整されたインピーダンスとの和が一定となるように、前記第１及び第２のインピーダンス調整部を連動させる連動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のインピーダンス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に記載の電力線搬送通信装置。

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