JP2008263565A - 外部電源装置及びこれを用いた通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源による電力線搬送通信への影響を回避できる電源装置を提供すること。
【解決手段】本発明における外部電源装置１は、電力線４から携帯機器５への電力の供給および電力線４を介して携帯機器５と他の機器との通信を行う外部電源装置１であって、電力線４から得た交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源２１を有し、直流電圧を携帯機器５に供給する電源機能部２と、携帯機器５と他の機器との通信を電力線４を介して行う電力線搬送通信機能部３とを備え、電力線搬送通信機能部３は、スイッチング電源２１の動作を制御する動作制御手段３３を備え、動作制御手段３３は、少なくとも電力線４を介して他の機器から受信を行う期間は、スイッチング電源２１の動作を停止させるか、または電力線搬送通信機能部３へのみ電力の供給を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯機器の外部電源装置及びこの外部電源装置を用いて他の機器と通信を行う通信システムに関するものである。

携帯機器に接続するものとして、外部電源装置、通信インターフェースや通信ケーブル等がある。外部電源装置は、携帯機器が内蔵する充電池の充電や携帯機器の駆動のための電力を、商用電力の交流電圧を直流電圧に変換して供給する装置である。一方、通信インターフェースや通信ケーブルは、LAN通信等を用いて携帯機器と他の機器との通信を行う装置である。しかし、他の機器と通信を行うには、例えばLAN通信の場合、双方の機器をLANケーブルなどの手段で接続しないと通信できないなどの問題があり、無線LANの場合でも、基地局等の設備がないと通信できないなどの問題があった。そこで、これらの通信装置を携帯機器に個別に接続するのではなく外部電源装置に備え、外部電源装置に対して電源の供給だけでなく通信機能を一体化して、扱いの簡便化をしたいという要求がある。

この改善策として、スイッチング電源に電力線搬送通信トランシーバ機能を持たせるものがある（例えば、下記特許文献１参照）。また、携帯電話用充電器に電力線を介して他の電話機との通話機能を持たせているものもある（例えば、下記特許文献２参照）。

特開２００４−３０４９９１号公報 特開２００６−３１９６５５号公報

しかしながら、従来の外部電源装置では、単に電源装置と電力線搬送通信装置とを一体化したものであり、電力線から携帯機器へ電力を供給中にも電力線を介して他の機器と通信を行う構成であった。よって、携帯電話やノートパソコンなどに広く用いられているスイッチング電源を使用した外部電源装置では、スイッチング周波数及びその高調波と電力線搬送通信の周波数帯域が重なる場合には、通信誤りや通信速度の低下を生じるという問題があった。

詳しく説明すると、電力線搬送通信では、機器からの通信データを例えば２MHzから３０MHzの高周波信号に変換して送受信する。また、外部電源装置のスイッチング電源は、数十Hzの商用電源を数百KHzから数MHzのスイッチング周波数に変換してから電圧変換を行う。このとき、スイッチング電源からは、このスイッチング周波数、あるいはスイッチング周波数の整数倍の雑音が周囲に出るという問題があり、高周波信号の２MHzから３０MHzの周波数範囲に雑音が混入すると、通信誤りが増加するという問題があった。この問題を解決するために、例えば誤り訂正符号を使用したり、再送制御を使用したりすることによって、通信が途絶えることがないようにすることが出来るが、今度は実効的な通信速度が低下するという問題が発生する。特に、電力線を経由して遠方にある電力線搬送通信モデムからの信号を受信する場合は、通信線と比べて電力線は高周波信号の減衰が大きいので、外部電源装置で受信する受信信号レベルは小さくなっており、スイッチング電源による影響を大きく受けることになる。

そこで本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、スイッチング電源による電力線搬送通信への影響を回避できる電源装置を提供することを目的としている。

本発明における外部電源装置は、電力線から携帯機器への電力の供給および前記電力線を介して前記携帯機器と他の機器との通信を行う外部電源装置であって、前記電力線から得た交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源を有し、前記直流電圧を前記携帯機器に供給する電源機能部と、前記携帯機器と他の機器との通信を前記電力線を介して行う電力線搬送通信機能部とを備え、前記電力線搬送通信機能部は、前記スイッチング電源の動作を制御する動作制御手段を備え、前記動作制御手段は、少なくとも前記電力線を介して他の機器から受信を行う期間は、前記スイッチング電源の動作を停止させるか、または前記電力線搬送通信機能部へのみ電力の供給を行う。

請求項１に記載のように、外部電源装置が他の機器から受信を行う期間はスイッチング電源の動作を停止するので、電力変換を行うスイッチング電源のスイッチング周波数もしくはその高調波に起因する電力線搬送通信の受信時の誤りを回避できるという効果がある。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における外部電源装置１の構成を示した図であり、以下構成について説明する。本発明における外部電源装置１は、電力線４から携帯機器５へ電力の供給を行う電源機能部２と、電力線４を介して携帯機器５と他の機器との通信を行う電力線搬送通信機能部３を備える。

電源機能部２は、電力線４の１００Vの交流電圧（商用電圧）から例えば６Vの直流電圧に変換する電力変換機能であるスイッチング電源２１、スイッチング電源２１が停止している状態でも電力線搬送通信機能部３が動作できるように電力を供給する充電池２３、この充電池２３をスイッチング電源２１から出力される直流電源で充電する充電回路２２を備える。

電力線搬送通信機能部３は、商用電力に重畳された受信信号（高周波信号）を取り出し、あるいは、送信信号（高周波信号）を商用電力に重畳する電力線カプラ３１、通信データと高周波信号とを相互変換する電力線搬送通信トランシーバ３２を備える。この電力線搬送通信トランシーバ３２は、送信あるいは受信のスケジュールによって、スイッチング電源２１の動作タイミング制御を行う動作制御手段３３を備える。

携帯機器５は、携帯時に駆動するための電力を供給する充電池５２、この充電池５２に外部電源装置１からの電力を供給する充電回路５１、ハードディスクや不揮発メモリといったデータを記憶するデータ記憶手段５４、外部機器とデータを送受信するための入出力制御手段５３を備える。例えばこのような携帯機器５として、携帯電話、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機、電子読書端末、PDA、ボイスレコータなどがあげられる。

図２は、本発明の利用形態の一例を示した模式図であり、図１に示す携帯機器５を携帯電話１０５とし、外部電源装置１を充電装置１０１として、図１，および図２を参照して充電装置１０１の充電時およびデータ送受信時の動作について以下に説明する。携帯電話１０５の充電は、いわゆるクレドールといわれる充電装置１０１に置くことで、電力線４を介して商用電力から充電池５２に電力が供給されて行われる。

一方、携帯電話１０５内の例えばデジタルカメラデータや、メールなどのテキストデータをパーソナルコンピュータ１０７に転送する場合、従来のデータ送受信方法は、携帯電話１０５もしくは充電装置１０１が通信インターフェースを持ち、パーソナルコンピュータ１０７と例えばUSBやIEEE１３９４といったシリアル通信ケーブルを用いて通信を行っていた。

しかし、本実施の形態のように充電装置１０１を電力線搬送通信機能部３を備えた外部電源装置１で構成すれば、携帯電話１０５と、パーソナルコンピュータ１０７との間のデータ転送は、電力線４を介して電力線搬送通信機能部３を備えた充電装置１０１と電力線搬送通信モデム１０６とで行うことができる。また、電力線搬送通信トランシーバ３２内に動作制御手段３３を備えることにより、この動作制御手段３３は、パーソナルコンピュータ１０７からのデータを受信時に、携帯電話１０５へ充電を行わないようにスイッチング電源２１の動作を制御する。このスイッチング電源２１が停止中の時、電力線搬送通信機能部３は、充電池２３から電力を供給されて、パーソナルコンピュータ１０７からデータを受信する。

以上から、電力線４及び既存の充電装置１０１を用いてデータ通信を行うため、データ転送のための新たな接続をすることなく、簡便な接続が可能となる。また、電力線搬送通信トランシーバ３２内に動作制御手段３３を備えることにより、充電装置１０１は、減衰した信号を受信する際にスイッチング電源２１のスイッチング周波数およびその高調波による雑音から受ける通信誤りを回避することができる。

本発明の別の構成として、電源機能部２に充電池２３を持たせない構成とすることもできる。データを受信時にスイッチング電源２１は、携帯機器５への電力の供給を止め、電力線搬送通信機能部３へのみ電力の供給を行うようにすれば、スイッチング電源２１で電力変換する量が減ることによって、電力線搬送通信への影響を低減することができる。この構成では、スイッチング電源２１を完全に停止させる構成と比べて、電力線搬送通信の受信誤りは多くなるが、充電池２３とその受電回路２２が不要となるので、外部電源装置１をより小型かつ軽量に構成できるという利点がある。

本実施の形態の通信システムの一例を図３および図４を参照して説明する。図３は、３台の機器からなる電力線搬送通信システムの構成例である。電力線搬送通信システムは、各通信装置の送受信のスケジュールを決定して、各通信装置にそれを通知する機能を備えた１台のマスター通信装置１１１と、マスター通信装置１１１が決定したスケジュールに従い、マスター通信装置１１１と送受信を行う第１のスレーブ通信装置１１２，第２のスレーブ通信装置１１３とから構成される。本実施の形態では、図２における充電装置１０１が第２のスレーブ通信装置１１３であるとし、これに接続した携帯電話１０５が、電力線４を介してマスター通信装置１１１と通信を行う場合について説明する。なお、スレーブ通信装置は１台、あるいは３台以上であってもよく、また、本発明の外部電源装置１の機能を備えたスレーブ装置が２台以上であっても、得られる効果は同様である。

図４は、時分割通信システムのスケジュールの一例を示すタイミング図である。図において、送受信の方向をマスター通信装置１１１はM、第１のスレーブ通信装置１１２はS１、第２のスレーブ通信装置１１３はS２と示し、送信側を矢印の左に、受信側を矢印の右に示す。例えば１０m秒などの繰り返し一定周期T（１００）は、マスター通信装置１１１から全スレーブ通信装置への同報通信期間（１１０）、マスター通信装置１１１と各スレーブ通信装置との通信を行う期間（１２０，１３０）、何も通信が行われない休止期間（１４０）を含む。

図４では、一周期の間のスケジュール例を示しているが、次の周期においても、後述する可変長部分の時間は変わるものの、各通信装置は基本的に同じ構成で動作するものである。周期の最初に同報通信期間（１１０）を毎周期最初の固定された時間で行うようにした場合、マスター通信装置１１１が決定して各スレーブ通信装置に送信するスケジュールは、各スレーブ通信装置との個別通信期間（１２１，１２２，１３１，１３２）と休止期間（１４０）の情報となる。

マスター通信装置１１１と各スレーブ通信装置間で行う個別通信期間の長さは、固定とせず、送受信が必要な情報量およびマスター通信装置１１１と各スレーブ通信装置との間の通信速度によってマスター通信装置１１１が決定する。当然ながら、個別通信期間（１２１，１２２，１３１，１３２）が可変長である場合は、休止期間（１４０）も可変長となる。

次に図１，３，４を参照して、図３に示す通信システムの第２のスレーブ通信装置１１３の動作について説明する。第２のスレーブ通信装置１１３は、マスター通信装置１１１からの同報通信を受信する期間（１１０）の間、動作制御手段３３のタイミング制御信号をスイッチング電源２１に送信してスイッチング電源２１を停止し、充電池２３の電力で電力線搬送通信機能部３を動作する。この同報通信期間（１１０）で第２のスレーブ通信装置１１３は、マスター通信装置１１１からスケジュール情報を受信し、このスケジュール情報に含まれる受信期間（１３１）と、送信期間（１３２）の情報に基づいた電力線搬送通信を以下のように行う。

受信期間（１３１）における第２のスレーブ通信装置１１３は、マスター通信装置１１１が電力線４を介して高周波信号を商用電力に重畳して送信した送信信号を受信する。電力線カプラ３１は、商用電力に重畳された高周波信号を取り出す。電力線搬送通信トランシーバ３２は、電力線カプラ３１が送信信号から取り出した高周波信号からデータを復号し、これを携帯電話１０５に送信する。この受信期間（１３１）では、動作制御手段３３がスイッチング電源２１を停止させて、充電池２３の電力で電力線搬送通信機能部３を動作させる。

これにより、スイッチング電源２１から漏れるスイッチング周波数もしくはその高調波による雑音の影響がなくなるので、第２のスレーブ通信装置１１３は、マスター通信装置１１１から到達するまでに減衰している高周波信号の受信誤りを低減することができる。

送信期間（１３２）における第２のスレーブ通信装置１１３は、電力線４を介して高周波信号を商用電力に重畳してマスター通信装置１１１へ送信する。電力線搬送通信トランシーバ３２は、携帯電話１０５から受信したデータ信号を高周波信号に変調する。電力線カプラ３１は、高周波信号を商用電力に重畳して電力線４へ送出し、マスター通信装置１１１へ送信する。

第２のスレーブ通信装置１１３は、同報通信期間（１１０）と受信期間（１３１）以外の期間（１５１，１５２）では、スイッチング電源２１が動作するように動作制御手段３３を制御し、携帯電話１０５への電力の供給と、充電池２３の充電を行う。このようなタイミングでスイッチング電源２１を制御することにより、携帯電話１０５の充電時間が長くならないように、スイッチング電源２１の停止時間を最小限に抑えることができる。

携帯電話１０５がクレドール（第２のスレーブ通信装置１１３）に接続されていない状況、もしくは携帯電話１０５が接続されているが電力線搬送通信を行わない状況では、第２のスレーブ通信装置１１３は、電力線搬送通信機能部３を動作を停止させ、充電池２３を充電するために電源機能部２を動作させればよい。

次に、電力線搬送通信機能部３が動作していない状態から、第２のスレーブ通信装置１１３がマスター通信装置１１１と通信を開始する手順について説明する。マスター通信装置１１１と通信を開始するとき、第２のスレーブ通信装置１１３は、スイッチング電源２１を停止するように動作制御手段３３を制御し、充電池２３のみで電力線搬送通信機能部３の動作を開始して、マスター通信装置１１１との周期Tでの同期通信を確立する。このようにスイッチング電源２１を停止させてから同期通信を確立することで、同期通信を開始するにあたって、スイッチング電源２１の雑音の影響を排除することができる。同期通信が確立し、スケジュール情報を受信できたら、受信時間（１３１）のみスイッチング電源２１を停止するという前述の動作を開始すればよい。

なお、携帯電話１０５の充電池５２の充電量が不十分で、第２のスレーブ通信装置１１３は充電池５２へ電力を供給しており、携帯電話１０５と第２のスレーブ通信装置１１３とのデータの送受信が不可能な場合は、充電池５２の充電が進んでからデータ送受信を行ってもよいが、充電池２３から携帯電話１０５に電力を供給できるようにすれば、携帯電話１０５の充電を待つことなくデータ通信を開始することができる。

［実施の形態２］
図５は、本実施の形態における時分割通信システムのスケジュールの一例を示すタイミング図である。実施の形態1と異なる点は、マスター通信装置１１１とスレーブ通信装置のいずれかがデータ通信を行っている期間は、第２のスレーブ通信装置１１３の動作制御手段３３がスイッチング電源２１を停止するように制御する点である。

実施の形態１では、スイッチング電源２１の通信に与える影響が、自らが受信する場合のみに効果があるが、例えば第１のスレーブ通信装置２１が第２のスレーブ通信装置２２に近接して設置されている場合には、第２のスレーブ通信装置１１３は、第２のスレーブ通信装置１１３の受信期間（１３２）における受信時に、第１のスレーブ通信装置１１２のスイッチング電源２１から発生する雑音による影響を受けることが考えられる。本実施の形態のタイミング制御は、このような場合にも有効となる。

本実施の形態における第２のスレーブ通信装置１１３は、マスター通信装置１１１からの同報通信を受信する期間（１１０）の間、スイッチング電源２１を停止させて、充電池２３の電力で動作する。この期間（１１０）で受信したスケジュール情報から、第２のスレーブ通信装置１１３は、マスター通信装置１１１からの受信期間（１３１）、マスター通信装置１１１への送信期間（１３２）を認識し、受信期間（１３１）に電力線カプラ３１から得た高周波信号から復号したデータを携帯機器５に送信し、送信期間（１３２）に携帯機器５から受信したデータを変調した高周波信号を電力線カプラ３１によって商用電力に重畳して電力線４へ送出する。このM−S２通信期間（１３０）、第２のスレーブ通信装置１１３は、動作制御手段３３がスイッチング電源２１を停止するように制御する。

また、M−S１期間（１２０）も同様に、第１のスレーブ通信装置１１２のスイッチング電源２１の影響を受けないように、第２のスレーブ通信装置１１３は、動作制御手段３３がスイッチング電源２１を停止するように制御する。すなわち、第２のスレーブ通信装置１１３は、いずれの機器の通信も行われない休止期間（１４０）のみスイッチング電源２１を動作させるようにし、いずれかの機器が通信を行っている期間（１５３）はスイッチング電源２１を停止させて充電池２３の電力で動作するように動作制御手段３３を制御する。

また、携帯電話１０５が接続されていない状況でも、スイッチング電源２１の動作による他の通信への影響を回避するために、電力線搬送通信機能部３を動作させて同報通信期間（１１０）に時分割通信のスケジュール情報を得て、この情報からわかる休止期間（１４０）のみスイッチング電源２１を動作させる。

その他の構成・動作は実施の形態１と同様のため説明を省略する。

本実施の形態の構成では、この電力線搬送通信システムの通信負荷が高い場合には、スイッチング電源２１の動作時間が短くなるので、携帯機器５の充電に要する時間が長くなるが、電力線搬送通信システム全体にスイッチング電源２１が与える影響を無くすことができて、他のスレーブの送受信に影響を与えることが回避できる。

本発明の実施の形態１における外部電源装置の構成を示した図である。 本発明の実施の形態１における利用形態を示した模式図である。 本発明の実施の形態１における通信システムの構成図である。 本発明の実施の形態１における通信システムの動作を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態２における通信システムの動作を示すタイミング図である。

符号の説明

１ 外部電源装置、２ 電源機能部、３ 電力線搬送通信機能部、４ 電力線、５ 携帯機器、２１ スイッチング電源、２２ 充電回路、２３ 充電池、３１ 電力線カプラ、３２ 電力線搬送通信トランシーバ、３３ 動作制御手段、５１ 充電回路、５２ 充電池、５３ 入出力制御手段、５４ データ記憶手段、１０１ 充電装置、１０５ 携帯電話、１０６ 電力線搬送通信モデム、１０７ パーソナルコンピュータ、１１１ マスター通信装置、１１２ 第１のスレーブ通信装置、１１３ 第２のスレーブ通信装置。

Claims (7)

1. 電力線から携帯機器への電力の供給および前記電力線を介して前記携帯機器と他の機器との通信を行う外部電源装置であって、
   前記電力線から得た交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源を有し、前記直流電圧を前記携帯機器に供給する電源機能部と、
   前記携帯機器と他の機器との通信を前記電力線を介して行う電力線搬送通信機能部と、を備え、
   前記電力線搬送通信機能部は、前記スイッチング電源の動作を制御する動作制御手段を備え、
   前記動作制御手段は、少なくとも前記電力線を介して他の機器から受信を行う期間は、前記スイッチング電源の動作を停止させるか、または前記電力線搬送通信機能部へのみ電力の供給を行う外部電源装置。
2. 前記動作制御手段は、前記電力線を介して前記携帯機器および他の機器が送受信を行う期間は、前記スイッチング電源の動作を停止させる請求項１記載の外部電源装置。
3. 前記電源機能部は、前記スイッチング電源が停止時に前記電力線搬送通信機能部へ電力を供給する充電池をさらに備える請求項１または２記載の外部電源装置。
4. 前記充電池は、前記携帯機器へ電力を供給する請求項３記載の外部電源装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の外部電源装置を含み、少なくとも２台の通信装置との間で前記電力線を介して通信を行う通信システムであって、
   前記通信装置は、
   各通信装置の送受信のスケジュールを決定して前記各通信装置に前記スケジュールを送信するマスター通信装置と、
   少なくとも前記外部電源装置を含み、前記マスター通信装置が決定した前記スケジュールに従い前記マスター通信装置と送受信を行うスレーブ通信装置と、を備え、
   前記スレーブ通信装置は、前記スレーブ通信装置が前記マスター通信装置から受信する期間の間は、前記スレーブ通信装置の前記スイッチング電源の動作を停止する通信システム。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の外部電源装置を含み、少なくとも２台の通信装置との間で前記電力線を介して通信を行う通信システムであって、
   前記通信装置は、
   各通信装置の送受信のスケジュールを決定して前記各通信装置に前記スケジュールを送信するマスター通信装置と、
   少なくとも前記外部電源装置を含み、前記マスター通信装置が決定した前記スケジュールに従い前記マスター通信装置と送受信を行うスレーブ通信装置と、を備え、
   前記スレーブ通信装置は、前記スレーブ通信装置および他のスレーブ通信装置のいずれかが前記マスター通信装置と送受信する期間の間は、前記スレーブ通信装置の前記スイッチング電源の動作を停止する通信システム。
7. 前記スレーブ通信装置は、前記スイッチング電源の動作を停止してから前記スケジュールを受信する請求項５または６記載の通信システム。

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