JP2010078197A - 通信装置及びそれを備えた空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】2本の交流電源用ラインと通信線との3線を用いて交流電源電圧の半周期ごとに機器の間で通信を行う通信装置において、送信用のスイッチ素子に、耐圧の低い安価なフォトカプラを用いた回路を提供する。
【解決手段】電源線L2と電源線L1との間に、直列に接続された室内機送信部12と室内機受信部13と、直列に接続された室外機送信部23と室外機受信部22と、直列に接続された抵抗31と抵抗32とがそれぞれ接続され、各接続点が通信線LSに接続されている。各送信部、受信部はフォトカプラを備えており、各送信部はフォトカプラのフォトトランジスタでオン/オフのスイッチ動作を行う。スイッチ動作がオフの時、このフォトカプラのフォトトランジスタの順方向電圧は電源電圧の半分になり、耐圧が低くて安価なフォトカプラを使用することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、空気調和機の室内機と室外機との通信に使用される通信装置に係わり、より詳細には、コストを低減させた通信装置の回路構成に関する。
従来、空気調和機の室内機と室外機との通信に使用される通信装置は、例えば図5に示す回路が用いられていた。
図5は室内機71と室外機72との通信を行う通信回路の要部回路図である。室外機72には電源プラグに接続された2本の電源コードLACが、電源線L2と電源線L1とにそれぞれ接続され、この電源線L2と電源線L1とが室外機72から室内機71へ接続されている。また通信線LSも同様に室内機71と室外機72との間に接続されている。
室内機71と室外機72との通信は、この電源線L2と電源線L1と通信線LSとを用いて、電源コードLACに印加される交流電源電圧の半周期に1ビットを送受信する構成になっている。具体的にはこの半周期の間に通信線LSを介して電源線L2と電源線L1とに流れる電流をオン/オフすることで、これと対応するデータの”1”、”0”を室内機と室外機との間で認識する。
このため、室内機71の内部には、電源線L2と電源線L1との間に、直列に接続された室内機送信部81と室内機受信部82とが接続され、また、室外機72の内部には、電源線L2と電源線L1との間に、直列に接続された室外機送信部95と室外機受信部96とが接続されており、室内機71と室外機72との内部でそれぞれ直列に接続された各送信部と受信部との接続点は、通信線LSを介して接続されている。
室内機送信部81と室外機送信部95とは、直列に接続されたトライアックTAと抵抗R10とで構成され、室内機71と室外機72とにそれぞれ設けられた図示しない制御部の指示により、トライアックTAがオン/オフ制御される。また、室内機受信部82と室外機受信部96とは、アノード端子の向きを互いに逆にし、並列に接続された2つのフォトダイオードD0(図示しないフォトカプラのダイオード側)と、これに直列に接続された抵抗R20とで構成されている。
従って、室内機71と室外機72とが互いに同期して、トライアックTAをオン/オフ制御することでデータを送信し、この結果、2つのフォトダイオードD0のいずれかが発光し、図示しないフォトカプラの出力に受信信号としてデータの”1”、”0”を取り出す構成になっている。
図4は以上説明した通信方式を概念的に説明する説明図である。図5で説明した機能とほぼ同じ機能の部分については、同じ名称と、番号を付与して説明を行う。
図4において、交流電源50には電源線L2と電源線L1とがそれぞれ接続され、室内機送信部81と室内機受信部82、室外機送信部95と室外機受信部96、通信線LSも図5と同様に接続されている。
室内機送信部81は直列に接続されたダイオード51とスイッチ素子52とで構成され、ダイオード51のアノード端子は電源線L2に、ダイオード51のカソード端子はスイッチ素子52を介して通信線LSにそれぞれ接続されている。なお、スイッチ素子52は、室内機71内に設けられた図示しない室内機制御部の指示によりオン/オフ制御される。また、室内機送信部81は、電源線L2の電圧が電源線L1よりも高い場合にのみ機能する。
一方、室外機送信部95も同様に、直列に接続されたダイオード61とスイッチ素子62とで構成され、ダイオード61のカソード端子は電源線L2に、ダイオード61のアノード端子はスイッチ素子62を介して通信線LSにそれぞれ接続されている。なお、スイッチ素子62は、室外機72内に設けられた図示しない室外機制御部の指示によりオン/オフ制御される。また、室外機送信部95は、電源線L2の電圧が電源線L1よりも低い場合にのみ機能する。
室内機受信部82は、抵抗R53と、図示しないフォトカプラを構成するダイオード54と、ダイオード55とが直列に接続されて構成されている。そして、ダイオード55のアノード端子は電源線L1に、ダイオード55のカソード端子はダイオード54のアノード端子に、ダイオード54のカソード端子は抵抗53を介して通信線LSにそれぞれ接続されている。
室外機受信部96は、抵抗R65と、図示しないフォトカプラを構成するダイオード64と、ダイオード63とが直列に接続されて構成されている。そして、ダイオード63のアノード端子は通信線LSに、ダイオード63のカソード端子はダイオード64のアノード端子に、ダイオード64のカソード端子は抵抗65を介して電源線L1にそれぞれ接続されている。
ここで、ダイオード51、55、61、63は逆電圧の耐圧を向上させる逆電圧防止ダイオードである。一般的に、フォトカプラを構成するダイオード部分や、スイッチ素子を構成するフォトカプラのフォトトランジスタ部分は逆耐圧が低いため、低コストのフォトカプラ、つまり、逆耐圧が低いフォトカプラを用いるため、逆電圧の耐圧を向上させる逆電圧防止ダイオードとペアで用いる。これは、電源線L2と電源線L1とに交流電圧が印加されるため、この交流電圧の半周期ごとに逆電圧が印加されるからである。
また、抵抗53はダイオード54の電流制限抵抗、また、抵抗65はダイオード64の電流制限抵抗である。
次に図4を用いて通信の原理を説明する。まず、初期状態として、スイッチ素子52、62をオフ状態にしておく。室内機71から室外機72へデータを送信する場合は、スイッチ素子52をオン/オフ制御する。スイッチ素子52がオンとなると、電源線L2からダイオード51、スイッチ素子52、通信線LS、ダイオード63、ダイオード64、抵抗65、電源線L1に向かって順次電流が流れ、ダイオード64が発光することでこれと対応するフォトカプラの出力をオンにする。この出力は、スイッチ素子52がオフの時、オフとなり、オンの時”1”、オフの時”0”などと定義してデータを伝えることができる。なお、室外機72から室内機71へデータを送信する場合も同じ原理であるため、説明を省略する。
以上説明した回路において、スイッチ素子にフォトカプラを用いた場合、その順方向の耐圧が問題となる。逆電圧に関しては前述の逆電圧防止ダイオードで対応できるが、順方向の電圧に関しては、スイッチ素子がオンの場合は問題ないが、スイッチ素子がオフした時、スイッチ素子の両端には交流電源の電圧、例えば100ボルト(実効値)である場合、最大で直流の141ボルトが印加されることになる。従って、通常は図5で説明したように、トライアックやサイリスタ、もしくは、耐圧の高いフォトカプラが用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、交流電圧の半周期ごとに送信を行う通信回路においては、一般的にトライアックやサイリスタ、耐圧の高いフォトカプラは高価であり、耐圧の低い安価なフォトカプラを用いることが可能な回路が望まれていた。
特開2000−111123号公報(第4−5頁、図1)
本発明は以上述べた問題点を解決し、2本の交流電源用ラインと通信線との3線を用いて交流電源電圧の半周期ごとに機器の間で通信を行う通信装置において、送信用のスイッチ素子に、耐圧の低い安価なフォトカプラを用いた回路を提供することを目的とする。
本発明は上述の課題を解決するため、データ通信を行う少なくとも2つの機器に接続された電源線L1と電源線L2と通信線と、一端が接続された接続点に前記通信線が接続され、他端がそれぞれ前記電源線L1と前記電源線L2とに接続された2つの抵抗と、一方の前記機器に配置され、前記電源線L1と前記通信線との間に備えられた第1の受信部、及び前記電源線L2と前記通信線との間に配置されたスイッチ素子を備えた第1の送信部と、他方の前記機器に配置され、前記電源線L2と前記通信線との間に備えられた第2の受信部、及び前記電源線L1と前記通信線との間に配置されたスイッチ素子を備えた第2の送信部とを備える。
また、前記スイッチ素子はフォトカプラである。
一方、前記通信装置を室内機と室外機との通信に用いる。
以上の手段を用いることにより、本発明による通信装置によれば、
請求項1に係わる発明は、交流電圧の半周期ごとに送信を行う通信回路において、2つの電源線間に2本の抵抗を直列に接続して電源電圧を分圧することにより、スイッチ素子に耐圧の低い素子を用いることができるため、通信装置を安価に構成することができる。
請求項2に係わる発明は、電源線の間に直列に接続された分圧用の抵抗により、交流電源電圧が分圧されるため、スイッチ素子を比較的耐圧が低くて安価なフォトカプラとすることができ、通信装置を安価に構成することができる。
一方、本発明による空気調和機によれば、
請求項3に係わる発明は、従来と同じ3線式の通信方式で、かつ、交流電源電圧の半周期ごとに、機器の間で通信を行う方式が使用可能な通信装置を備えた空気調和機を安価に構成することができる。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
図1は空気調和機の室内機1と室外機2との通信に使用される通信装置を説明する要部ブロック図である。
交流電源50には電源線L2と電源線L1とがそれぞれ接続され、この電源線L2と電源線L1とが室内機1から室外機2へ接続されている。また通信線LSも同様に室内機1と室外機2との間に接続されている。
室内機1と室外機2との通信は、この電源線L2と電源線L1と通信線LSとを用いて、これらの電源線に印加される交流電源電圧の半周期に1ビットを送受信する構成になっている。具体的にはこの半周期の間に通信線LSを介して電源線L2と電源線L1とに流れる電流をオン/オフすることで、これと対応するデータの”1”、”0”を室内機1と室外機2との間で認識する。
このため、室内機1の内部には、電源線L2と電源線L1との間に、直列に接続された第1の送信部である室内機送信部12と第1の受信部である室内機受信部13とが接続されている。また、電源線L2と電源線L1との間には、これらの電源の極性反転を監視する極性監視部11が接続され、この監視結果の信号、例えば”正”、”負”を示す信号を知らせる信号線が、室内機1全体を制御する室内機制御部14へ接続されている。この室内機制御部14には、室内機送信部12への送信信号線と室内機受信部13からの受信信号線とが接続されている。
また、室外機2の内部には、電源線L2と電源線L1との間に、直列に接続された第2の送信部である室外機送信部23と第2の受信部である室外機受信部22とが接続されている。また、電源線L2と電源線L1との間には、これらの電源の極性反転を監視する極性監視部21が接続され、この監視結果の信号、例えば”正”、”負”を示す信号を知らせる信号線が、室外機2全体を制御する室外機制御部24へ接続されている。この室外機制御部24には、室外機送信部23への送信信号線と室外機受信部22からの受信信号線とが接続されている。
そして電源線L2と電源線L1との間に、直列に接続された抵抗31と抵抗32とが接続され、室内機送信部12と室内機受信部13との接続点と、室外機送信部23と室外機受信部22との接続点と、抵抗31と抵抗32との接続点とが、通信線LSに接続されている。なお、この抵抗31と抵抗32とは同じ抵抗値である。
極性監視部11と極性監視部21とは同一回路であり、電源線L2と電源線L1の間の電圧を入力し、交流電源50の現在の電圧極性を監視しており、この現在の電圧極性信号を入力した室内機制御部14と室外機制御部24とは、現在の電圧極性信号と、極性切り替わりタイミング、所謂、ゼロクロス点とを監視している。この実施例では、交流電源電圧の1周期の前半を室内機1からの送信タイミングに、1周期の後半を室外機2からの送信タイミングにそれぞれ割り当てている。
従って、各制御部は、各制御部に割り当てられた1周期の前半/後半を現在の電圧極性信号で確認し、自分のタイミングが来た時のみ送信、つまり、各送信部のオン制御を行う。また、ゼロクロス点から所定の時間で、送信信号をオンとし、一定時間後に送信信号をオフとする。このオン/オフ期間の中間点を交流電源電圧のピーク点と対応させることにより、正確なデータ伝送を行う。
次に図2の通信回路の要部回路図を用いて、図1の回路動作を詳細に説明する。
図2は図1の回路のうち、交流電源50と、室内機送信部12、室内機受信部13、室外機送信部23、室外機受信部22、抵抗31と抵抗32とを抜き出した回路図である。各ブロックの接続については図1と同じため、同一のブロック名と番号を付与し、詳細な説明を省略する。
室内機送信部12はダイオード12bとフォトカプラ12aとが直列に接続されており、ダイオード12bのアノード端子は電源線L2に、ダイオード12bのカソード端子はフォトカプラ12aのフォトトランジスタのコレクタ端子にそれぞれ接続されている。そして、フォトカプラ12aのフォトトランジスタのエミッタ端子は通信線LSに接続されている。また、このように送信部で用いられるフォトカプラは、フォトトランジスタとフォトダイオードとで構成されており、フォトダイオードに電流を流すことにより、フォトトランジスタをオンとすることができる。従ってこの実施例の送信部で使用されるフォトカプラがスイッチ素子となる。
室内機受信部13はダイオード13bとフォトカプラ13aと抵抗13cとが直列に接続されており、ダイオード13bのアノード端子は電源線L1に、ダイオード13bのカソード端子はフォトカプラ13aのフォトダイオードのアノード端子にそれぞれ接続されている。そして、フォトカプラ12aのフォトダイオードのカソード端子は、抵抗13cを介して通信線LSに接続されている。
室外機送信部23はダイオード23bとフォトカプラ23aとが直列に接続されており、ダイオード23bのアノード端子は電源線L1に、ダイオード23bのカソード端子はフォトカプラ23aのフォトトランジスタのコレクタ端子にそれぞれ接続されている。そして、フォトカプラ23aのフォトトランジスタのエミッタ端子は通信線LSに接続されている。
室外機受信部22はダイオード22bとフォトカプラ22aと抵抗22cとが直列に接続されており、ダイオード22bのアノード端子は電源線L2に、ダイオード22bのカソード端子はフォトカプラ22aのフォトダイオードのアノード端子にそれぞれ接続されている。そして、フォトカプラ22aのフォトダイオードのカソード端子は、抵抗22cを介して通信線LSに接続されている。
なお、ダイオード12b、13b、22b、23bは各ダイオードに直列に接続されている各フォトカプラの逆電圧防止ダイオードである。そして、抵抗13cはフォトカプラ13aのフォトダイオードの電流制限抵抗であり、また、抵抗22cはフォトカプラ22aのフォトダイオードの電流制限抵抗である。さらに、抵抗31と抵抗32とは同じ値になっている。従って各送信部がオフの時、通信線LSは交流電源電圧の半分の電圧になっている。
図3は図2の回路が動作した時の波形を示すタイムチャートである。図3(1)は交流電源50の電源電圧、図3(2)は室内機制御部14からのON/OFF送信信号を表しており、ONの時に室内機送信部12のフォトカプラ12aのフォトダイオードに電流が流れてフォトカプラ12aのフォトトランジスタがONとなる。
図3(3)は室外機制御部24からのON/OFF送信信号を表しており、ONの時に室外機送信部23のフォトカプラ23aのフォトダイオードに電流が流れてフォトカプラ23aのフォトトランジスタがONとなる。
図3(4)は通信線LSの電圧を示し、図3(5)は室外機受信部22の受信電圧、つまり、フォトカプラ22aのフォトダイオードの順方向電圧を示し、図3(6)は室内機受信部13の受信電圧、つまり、フォトカプラ13aのフォトダイオードの順方向電圧を示している。
次に図3を用いて室内機1と室外機2との通信動作を説明する。なお、交流電源は100ボルトで電源周波数は50ヘルツとする。この場合、1周期は20ミリセカンド、半周期は10ミリセカンドとなり、半周期ごとの電圧ピークはゼロクロス点から5ミリセカンド経過後となる。
図3(1)に示すように、室内機制御部14は室内機1から室外機2へ送信する場合、交流電源50の電圧の1周期の前半開始を極性監視部11で確認すると、図3(2)に示すようにゼロクロス点からt0時間、例えば3.3ミリセカンドだけ待つ。そして、t1の期間、例えば3.3ミリセカンドだけ、室内機送信部12のフォトカプラ12aのフォトトランジスタをオンにする。
図3(4)に示すように、室内機送信部12のフォトカプラ12aがオンとなると、交流電源電圧(ピーク電圧:Vp=141ボルト)を抵抗31、32で分圧した通信線LSの正方向の電圧Vp−off:約+70ボルトが、抵抗31が短絡される動作により交流電源電圧Vp−on:約+141ボルトまで上昇する。
一方、室内機送信部12のフォトカプラ12aがオンする前は、電源線L2からダイオード22b、フォトカプラ22a、抵抗22c、通信線LS、抵抗32、電源線L1と順に流れていた電流が、抵抗31が短絡される動作により流れなくなり、図3(5)に示すように室外機受信部22のフォトカプラ22aのフォトダイオードの両端電圧がほぼ0ボルトになる。また、室内機送信部12のフォトカプラ12aがオフすると、フォトカプラ22aのフォトダイオードの両端電圧は、順方向電圧Vfまで上昇する。このため、室外機受信部22からはこの変化と対応する信号が室外機制御部24へ出力される。
室外機制御部24ではゼロクロス点から5ミリセカンドが経過した時点、つまり、t1の中央でこの室外機受信部22からの信号を取り込んでおり、室内機1が送信した送信データを室外機で受け取ることができる。
逆に、図3(1)に示すように、室外機制御部24は室外機2から室内機1へ送信する場合、交流電源50の電圧の1周期の後半開始を極性監視部21で確認すると、図3(3)に示すようにゼロクロス点からt2時間、例えば3.3ミリセカンドだけ待つ。そして、t3の期間、例えば3.3ミリセカンドだけ、室外機送信部23のフォトカプラ23aのフォトトランジスタをオンにする。
図3(4)に示すように、室外機送信部23のフォトカプラ23aがオンとなると、交流電源電圧を抵抗31、32で分圧した通信線LSの負方向の電圧:約−70ボルトが、抵抗32が短絡される動作により約−141ボルトまで下降する。
一方、室外機送信部23のフォトカプラ23aがオンする前は、電源線L1からダイオード13b、フォトカプラ13a、抵抗13c、通信線LS、抵抗31、電源線L2と順に流れていた電流が、抵抗32が短絡される動作により流れなくなり、図3(6)に示すように室内機受信部13のフォトカプラ13aのフォトダイオードの両端電圧がほぼ0ボルトになる。また、室外機送信部23のフォトカプラ23aがオフすると、フォトカプラ13aのフォトダイオードの両端電圧は、順方向電圧Vfまで上昇する。このため、室内機受信部13からはこの変化と対応する信号が室内機制御部14へ出力される。
室内機制御部14ではゼロクロス点から5ミリセカンドが経過した時点、つまり、t3の中央でこの室内機受信部13からの信号を取り込んでおり、室外機2が送信した送信データを室内機で受け取ることができる。
以上説明したように、交流電圧の半周期ごとに送信を行う通信回路において、2つの電源線L1,L2の間に2本の抵抗R31,R32を直列に接続して電源電圧を分圧することにより、スイッチ素子であるフォトカプラに耐圧の低い素子を用いることができるため、通信装置を安価に構成することができる。
一方、本実施例で説明したように、従来と同じ3線式の通信方式で、かつ、交流電源電圧の半周期ごとに、機器の間で通信を行う本通信装置を空気調和機の室内機と室外機とに用いることにより、空気調和機を安価に構成することができる。
なお、本実施例では通信装置を空気調和機の室内機と室外機とに応用した場合を説明しているが、これに限るものでなく、電源線2本と通信線1本を利用してデータ通信を行う機器に幅広く応用できる。
また、この実施例では逆電圧防止ダイオードを用いているが、フォトカプラに充分な逆耐圧が有れば省略してもよい。さらに、スイッチ素子はフォトカプラに限らず、耐圧が低くて安価なサイリスタなどでもよい。
また、この実施例では、抵抗31、抵抗32を室外機内に設けている。室外機と室内機とが各1台の空気調和機であれば、これらの抵抗は電源線や通信線も含め、どの機器に配置してもよい。ただし、マルチ式の空気調和機のように、室内機が複数台ある場合は、室外機にこれらの抵抗を備えた方が、室内機の交換時に抵抗の有無を管理しなくてよいためにサービス性がよい。
また、背景技術で説明した図4の回路に本実施例と同じように分圧抵抗を付加する構成も可能であるが、スイッチ素子がオフの時にも受信用のフォトダイオードに電流が流れるため、スイッチ素子のオン/オフの時電流差が小さくなり、オン/オフの判定精度が低下する。本実施例では、常に電流が流れ受信用のフォトダイオードを短絡させる構成のため、図4の構成よりもスイッチ素子のオン/オフの時電流差が大きくなり、オン/オフの判定精度が向上する。
なお、図示しないが図3(2)において、室内機制御部の送信信号をt1の区間で、複数回オン/オフ制御することで、図3(5)室外機の受信電圧をこれと対応させて受信することができる。つまり、半周期の間に複数ビットの送信/受信が可能になり、室外機と室内機との通信速度を向上させることができる。これは、図3(3)室外機制御部の送信信号でのt3区間でも同様に複数ビットの送信/受信が可能である。
また、この実施例では、分圧用の抵抗を同じ値にしているが、これに限るものでなく、使用されるフォトカプラの耐圧に合わせて、分圧比(抵抗比)を変更してもよい。
また、図2において受信部のフォトダイオードには電流制限用の抵抗を直列に接続しているが、これを省略して直結し、抵抗22cの代わりに抵抗32を、抵抗13cの代わりに抵抗31を電流制限用の抵抗としてもよい。これにより、各フォトダイオードの両端電圧は最大で順方向電圧Vf(約2.1ボルト)だけとなり、これと並列に接続されている各送信部のフォトトランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧を非常に小さくすることができる。つまり、各送信部のフォトカプラが安価を小信号用のものにすることができる。
本発明による空気調和機の実施例を示す要部ブロック図である。 本発明による通信回路の実施例を示す要部回路図である。 本発明による通信回路の動作を説明するタイムチャートである。 従来の通信回路を説明する説明図である。 従来の通信回路を示す要部ブロック図である。
符号の説明
1 室内機
2 室外機
11 極性監視部
12 室内機送信部(第1の送信部)
12a フォトカプラ(スイッチ素子)
12b ダイオード
13 室内機受信部(第1の受信部)
13a フォトカプラ
13b ダイオード
13c 抵抗
14 室内機制御部
21 極性監視部
22 室外機受信部(第2の受信部)
22a フォトカプラ(スイッチ素子)
22b ダイオード
22c 抵抗
23 室外機送信部(第2の送信部)
23a フォトカプラ
23b ダイオード
24 室外機制御部
31 抵抗
32 抵抗
50 交流電源
L1 電源線
L2 電源線
LS 通信線

Claims (3)

  1. データ通信を行う少なくとも2つの機器に接続された電源線L1と電源線L2と通信線と、一端が接続された接続点に前記通信線が接続され、他端がそれぞれ前記電源線L1と前記電源線L2とに接続された2つの抵抗と、一方の前記機器に備えられ、前記電源線L1と前記通信線との間に接続された第1の受信部、及び前記電源線L2と前記通信線との間に接続されたスイッチ素子を備えた第1の送信部と、他方の前記機器に備えられ、前記電源線L2と前記通信線との間に接続された第2の受信部、及び前記電源線L1と前記通信線との間に接続されたスイッチ素子を備えた第2の送信部とを備えたことを特徴とする通信装置。
  2. 前記スイッチ素子はフォトカプラであることを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  3. 前記通信装置を室内機と室外機との通信に用いることを特徴とする空気調和機。
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