JP2008103854A - 電力線搬送通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術よりも、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。
【解決手段】結合回路５に備えられるトランスＴ１の商用電源側の一次巻線ｎ１１に複数のタップＴＰ１〜ＴＰｎを設けると共に、前記商用電源のアース端子１５と接続するタップを前記複数のタップＴＰ１〜ＴＰｎの中から択一的に切り替えるための切替スイッチＳＷを備えた。切替スイッチＳＷは、当該電力線搬送通信装置１の利用者による操作を受けるように構成されており、利用者により、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、切替スイッチＳＷを操作して、アース端子１５に接続するタップが設定されるようにした。
【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。

近年、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が種々提案されている（例えば下記特許文献１）。

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。

下記特許文献１には、図５に示すように、前記放射ノイズの低減を目的として、送信信号を生成する送信回路１０１１を有するモデム１０１０と、一対の端子１０１Ａ，１０１Ｂを介してモデム１０１０に接続された平衡化回路部１０２０と、平衡化回路部１０２０の後段に設けられた電流検出部１０３０と、一対の端子１０２Ａ，１０２Ｂを介して電力線通信線路１０００の各ライン１０１Ｌ，１０１Ｎに接続された第１、第２の導電線１０３，１０４と、第１、第２の導電線１０３，１０４上に設けられたキャパシタＣ１０１，Ｃ１０２と、平衡化回路部１０２０における各導電線１０３，１０４とグランド間のインピーダンスの調整を行うための切替スイッチＳＷ１０１と、電流検出部１０３０によって検出されたアナログのコモンモード電流信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータ１０４０と、ＡＤコンバータ１０４０の出力信号に基づいて切替スイッチＳＷ１０１を制御するスイッチコントローラ１０５０とを備えた通信装置が開示されている。

また、この特許文献１には、平衡化回路部１０２０に設けられる結合トランスの２次巻線１０２２に、複数の接続点（タップ）１０２４が設けられており、切替スイッチＳＷ１０１の一方の端子１０２３は、グランドレベルＧ１のフレームグランドに接地されていて、２次巻線１０２２における接続点１０２４ｃのいずれか１つが切替スイッチＳＷ１０１を介して選択的に接地接続されるとともに、結合トランスの１次巻線１０２１の両端子が接続するモデム１０１０の一方の端子１０１Ｂは、前記切替スイッチＳＷ１０１の前記一方の端子１０２３がフレームグランドＧ１に接地された構成が示されている。
特開２００６−２３８３７０号公報

しかしながら、特許文献１の技術にあっては、切替スイッチＳＷ１０１の前記端子１０２３とモデム１０１０の一方の端子１０１Ｂとは、同一のフレームグランドＧ１に接続されていて接地が共通化されているが、このフレームグランドＧ１が大地でないため、大地に対して浮遊容量が存在し、この浮遊容量に起因するノイズによって、安定した平衡度を得ることが難しい。また、結合トランスの１次巻線１０２１と２次巻線１０２２が接続されることで、結合トランスによる絶縁効果が失われるため、安全性が低くなるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来技術よりも、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を目的とする。

請求項１に記載の発明は、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電力線搬送通信用の信号形態に変換する送信部と、前記導体線から絶縁すると共に、前記送信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有すると共に、前記結合回路に備えられるトランスの商用電源側の巻線に設けられた複数のタップと、前記商用電源のアース端子と接続する対象のタップを前記複数のタップの中から択一的に切り替えて接続するための切替スイッチとを備えることを特徴とするものである。

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。一方、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。

そして、電力線搬送通信装置の使用環境が変わった場合であっても、前記商用電源のアース端子と接続するタップを適宜切り替えることで、コモンモード電流が最も小さくなるように設定することが可能となり、使用環境が変わっても不要な輻射を抑制することができる。

そして、選択したタップを商用電源のアース端子に接続するから、前記特許文献１のような大地との間に浮遊容量が発生せず、該浮遊容量に起因するノイズを低減できるため、安定した平衡度を得ることが可能となる。また、結合トランスによる絶縁も確保されるため、安全性を高めることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力線搬送通信装置において、前記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、前記切替スイッチの切替動作を制御する制御部を更に備えることを特徴とするものである。

この発明によれば、コモンモード電流が最も小さくなるように前記切替スイッチの切替動作を制御するため、家庭用電気機器の動作状態や使用環境を変更したことで電灯線の平衡度が変わるような場合でも、それに応じてコモンモード電流を抑制することが可能となり、不要な輻射を低減することができる。

また、コモンモード電流が最も小さくなるように前記切替スイッチの切替動作を制御するため、前記タップを手動で設定する場合に比して、タップを選択する作業を省略することができ、電力線搬送通信装置の操作性を向上することができる。

本発明によれば、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、電力線搬送通信装置１の第１の実施形態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、アース端子１５、コモンモードチョークコイル４、結合回路５、受信部６、送信部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及び電源部１３を備える。

接続端子２及び接続端子３は、プラグ１４に設けられており、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。アース端子１５は、接続端子２，３とともにプラグ１４に設けられており、後述するタップをアース電位に設定するためのものである。

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との間に介設されており、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ものである。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。コモンモードチョークコイル４は、本実施形態では、さらにコモンモード電流を検出する機能を有している。例えば、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、複数のタップＴＰ１〜ＴＰｎを備えたトランスＴ１と、切替スイッチＳＷ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）に対して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（電源側巻線）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。トランスＴ１の二次巻線ｎ１２は、受信部６を介してモデム部８に接続されていると共に、送信部７を介してモデム部８に接続されている。

複数のタップＴＰ１〜ＴＰｎは、トランスＴ１の一次巻線ｎ１１に設けられており、該一次巻線ｎ１１の中心位置（該中心位置に設置されたタップをセンタタップという）と、該中心位置から所定巻き数間隔で設置されている。

切替スイッチＳＷは、アース端子１５に接続すべきタップを前記複数のタップＴＰ１〜ＴＰｎの中から択一的に設定する（切替設定する）ものであり、本実施形態では、当該電力線搬送通信装置１の利用者による操作を受ける。

受信部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。

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を生成した後、該送信信号Ｔｘを送信部７に出力し、復調部は、受信部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。例えば、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利用者に報知する。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、アース端子１５としての栓刃とを備え、商用電源ＡＣに接続された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、接続端子３と導体線Ｎとをそれぞれ電気的に接続するとともに、アース端子１５を接地する。

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、利用者は、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、切替スイッチＳＷを操作して、アース端子１５に接続するタップを設定する。

このように、電力線搬送通信装置１によれば、当該電力線搬送通信装置１の使用環境を変更した場合、例えば当該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アース端子１５と接続するタップ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。

また、選択したタップを商用電源ＡＣのアース端子１５に接続するから、前記特許文献１のような大地との間に浮遊容量が発生しない。したがって、特許文献１に比して、前記浮遊容量に起因するノイズを低減できるため、安定した平衡度を得ることが可能となる。また、結合トランスによる絶縁も確保されるため、安全性を高めることが可能となる。

（実施の形態２）
図２は、本件に係る電力線搬送通信装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。電力線搬送通信装置１’は、切替スイッチの切替動作を自動的に行う機能を有するものであり、第１の実施形態に対して、新たに制御部１６が備えられている。なお、図２においては、第１の実施形態と同一の部材等については同一の番号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明することとする。

制御部１６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭ等が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、前記タップＴＰ１〜ＴＰｎの中から、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が最小となるタップをアース端子１５と接続するように切替スイッチＳＷを制御するべく、機能的に、記憶部１７と、スイッチ制御部１８とを有する。

記憶部１７は、図３に示すように、コモンモード電流の大きさ（電流値）と、アース端子１５と接続すべきタップ、換言するとコモンモード電流が最小となるタップとの対応関係をテーブル形式で記憶するものである。例えば、記憶部１７は、コモンモード電流検出部１０により検出されるコモンモード電流がＩ_２のときには、アース端子１５と接続するタップをタップＴＰ２に選択するとコモンモード電流が最小となることを記憶している。

スイッチ制御部１８は、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に対応するタップを記憶部１７を参照して導出し、この導出したタップがアース端子１５と接続されるように切替スイッチＳＷの切替動作を制御するものである。例えば、スイッチ制御部１８は、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がＩ_２のときには、アース端子１５と接続するタップとしてタップＴＰ２を選択し、切替スイッチＳＷに、該タップＴＰ２をアース端子１５に接続する動作を行わせる。

図４は、制御部１６の処理を示すフローチャートである。

図４に示すように、制御部１６は、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を取得すると（ステップ♯１でＹＥＳ）、この取得したコモンモード電流に対応付けられたタップを記憶部１７に格納されたテーブルから導出し（ステップ♯２）、ステップ♯２で導出したタップをアース端子１５に接続させる動作を切替スイッチＳＷに行わせる。

このように、本実施形態においても、前記第１の実施形態と同様、当該電力線搬送通信装置１の使用環境を変更した場合、例え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、コモンモード電流が最小となるようにアース端子１５と接続するタップが設定されるため、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、選択したタップを商用電源ＡＣのアース端子１５に接続するから、前記特許文献１のような大地との間に浮遊容量が発生しない。したがって、特許文献１に比して、前記浮遊容量に起因するノイズを低減できるため、安定した平衡度を得ることが可能となる。また、結合トランスによる絶縁も確保されるため、安全性を高めることが可能となる。

そして、本実施形態では、コモンモード電流が最小となるようなタップが自動的に設定されるようにしたので、前記第１の実施形態のように、当該電力線搬送通信装置１の利用者によるタップの設定作業が不要となり、電力線搬送通信装置１の利便性を向上することができる。

なお、前記第１、第２の実施形態においては、複数のタップＴＰ１〜ＴＰｎを、一次巻線ｎ１１の中心位置と、該中心位置から所定巻き数ごとに離間した位置に設置するようにしたが、設置するタップ数がより多いほど、コモンモード電流がより正確に設定されるためより好ましいため、タップ数を、コモンモード電流の検出精度と装置の大型化とのバランスで設定するとよい。

本発明に係る電力線搬送通信装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明に係る電力線搬送通信装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。 記憶部に格納されているテーブルを示す図である。 制御部の処理を示すフローチャートである。 従来の通信装置の構成を示す図である。

符号の説明

１，１’ 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 受信部
７ 送信部
８ モデム部
９ 表示部
１０ コモンモード電流検出部
１１ Ｉ／Ｆ回路部
１２ インピーダンスアッパ
１３ 電源部
１４ プラグ
１５ アース端子
１６ 制御部
１７ 記憶部
１８ スイッチ制御部
ＡＣ 商用電源
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｃ１０１ キャパシタ
Ｌ，Ｎ 導体線
ｎ１，ｎ２，ｎ１１、ｎ１２ 巻線
ＳＷ 切替スイッチ
Ｔ１ トランス
ＴＰ１，ＴＰ２ タップ

Claims (2)

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電力線搬送通信用の信号形態に変換する送信部と、
   前記導体線から絶縁すると共に、前記送信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有すると共に、
   前記結合回路に備えられるトランスの商用電源側の巻線に設けられた複数のタップと、
   前記商用電源のアース端子と接続する対象のタップを前記複数のタップの中から択一的に切り替えて接続するための切替スイッチと
   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、前記切替スイッチの切替動作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１に記載の電力線搬送通信装置。

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