JP2011171834A

JP2011171834A - 通信システムおよび電子チョーク回路

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Publication number: JP2011171834A
Application number: JP2010031576A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kuniyoshi; 賢治國吉
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01
Also published as: WO2011102007A1; KR20120120422A; CN102783023A; US20120313428A1

Abstract

【課題】負荷変動に対するインピーダンスの変化が少なく、負性抵抗が生じるのを防止して安定した回路動作が可能になる電子チョーク回路を用いた通信システムを提供する。
【解決手段】端末３は、管理装置２から供給された直流電力と通信信号とを分離する電子チョーク回路１０を備える。電子チョーク回路１０は、端子Ｔ１，Ｔ３の間にコレクタ−エミッタが挿入されたトランジスタである可変インピーダンス素子１１と、可変インピーダンス素子１１と直列に接続されたインダクタ１２および抵抗１３とを備える。端子Ｔ１，Ｔ２間に抵抗１４とコンデンサ１５との直列回路が接続され、コンデンサ１５の一端が可変インピーダンス素子１１のベースに接続される。端子Ｔ３，Ｔ４の間にはコンデンサ１６が接続される。抵抗１３は、通信信号の周波数を含む周波数帯域において入力端子と出力端子との間の抵抗特性が負性抵抗になるのを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給と通信信号の伝送とを同じ線路を用いて行う通信システム、およびこの通信システムにおいて電力と通信信号との分離に用いる電子チョーク回路に関するものである。

従来から、有線で通信を行う通信装置では、線路を通信線と電源線とに共用することにより、線路を通信に用いるとともに電源供給も行う技術が種々提案されている。この種の技術としては、電力供給を主目的とする線路を通信信号の伝送にも用いるようにした電力線搬送の技術のほか、通信信号を主目的とする線路において通信信号の電力を通信装置で利用する技術も提案されている。

このように線路を通信と給電とに共用する技術では、通信装置において、通信信号と電力とを分離する回路が必要になる。通信信号と電力との分離を行う回路では、通信信号と電力との周波数帯域の相違を利用しているものが多い。すなわち、通信信号に対して高インピーダンスとなり電力に対しては低インピーダンスとなるローパスフィルタや電子チョーク回路を用いることにより、通信信号と電力とを分離している。

たとえば、特許文献１には、通信装置としての電話機や電話回線用のモデム装置において、線路（電話回線）に印加された直流電圧を交流の通信信号と分離するために、ローパスフィルタを用いる技術が記載されている。ローパスフィルタは、通信装置の内部回路に電源を供給するためのボルテージレギュレータと線路との間に挿入されている。

このローパスフィルタは平衡型であって、２個のトランジスタと、各トランジスタのコレクタ−ベースにそれぞれ接続された２個の抵抗と、両トランジスタのベース間に接続されたコンデンサとを備える。各トランジスタのコレクタ−エミッタは、線路とボルテージレギュレータとの間に挿入されている。

この構成では、交流である通信信号はコンデンサを流れるからトランジスタは通信信号に対して高インピーダンスになる。また、直流はコンデンサを流れないからトランジスタは直流電流に対して低インピーダンスになる。したがって、ローパスフィルタは、直流電力を通信信号と分離することが可能になる。

この構成のローパスフィルタは、インダクタ（チョークコイル）と同様の機能を有しているから、電子チョーク回路ということができる。また、インダクタと同様の機能を有しながらも通信信号との分離性能が同程度のインダクタと比較すると、小型かつ軽量に形成することが可能になる。

特開２０００−３４１１８１号公報

ところで、特許文献１に記載されたローパスフィルタでは、通信信号の分離性能を高めるために、ローパスフィルタの入力側のインピーダンスを高めようとすれば、ボルテージレギュレータの入力インピーダンスを高める必要がある。これは、入力側のインピーダンスが、トランジスタの特性と、コレクタ−ベースに接続されたバイアス用の抵抗とによって制限されるからである。つまり、この構成のローパスフィルタでは、ボルテージレギュレータの入力側にノイズ対策などの目的でコンデンサを接続することができない。

また、特許文献１に記載の構成では、トランジスタのベースがコンデンサを介して接地されているから、ボルテージレギュレータを含む負荷抵抗が変化しても、ローパスフィルタの入力側のインピーダンスへの影響は小さい。しかしながら、トランジスタのコレクタ−ベースに接続される抵抗の値によって入力側のインピーダンスが制限されるので、さらに高いインピーダンスが必要な用途では使用することができない。

インピーダンスを高めるには、トランジスタのエミッタと直流負荷との間にインダクタを挿入することが考えられる。しかし、ボルテージレギュレータの入力側にコンデンサを設け、かつインダクタを設けるとすると、インダクタとコンデンサとの共振により、ローパスフィルタの入力端子である２端子間の位相角（以下、単に「位相」と記載する）が９０°以上になる周波数帯域が生じる。位相が９０°以上になる周波数帯ではインピーダンスの実部が負の値を示す負性抵抗を持つことになる。したがって、負性抵抗により回路網が振動したり発振するといった問題が生じる可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、大型のインダクタを用いることなくインピーダンスを高めるとともに、負荷変動に対するインピーダンスの変化が少なく、負性抵抗が生じるのを防止して安定した回路動作が可能になる電子チョーク回路を提供し、かつこの電子チョーク回路を用いることにより通信信号と電力との分離性能を高めた通信システムを提供することにある。

本発明の通信システムは、上記目的を達成するために、線路を介して通信する管理装置および端末と、線路を介して端末に給電する給電部とを備え、端末は、給電部から供給された電力と通信信号とを分離する電子チョーク回路と、電子チョーク回路により通信信号と分離された電力を受電する受電部とを備え、電子チョーク回路は、線路に接続される入力端子となる第１および第２の端子と、受電部に接続される出力端子となる第３および第４の端子と、第１の端子と第３の端子との間、第２の端子と第４の端子との間の少なくとも一方に挿入されかつ制御端子に印加される電圧に応じてインピーダンスを変化させる可変インピーダンス素子と、可変インピーダンス素子と出力端子との間に挿入されたインダクタと、第１の端子と第２の端子との間に第１の抵抗を介して接続され端子電圧が可変インピーダンス素子に印加される第１のコンデンサと、第３の端子と第４の端子との間に挿入された第２のコンデンサと、可変インピーダンス素子と出力端子との間に接続され少なくとも通信信号の周波数を含む周波数帯域において入力端子と出力端子との間の抵抗特性が負性抵抗になるのを防止する第２の抵抗とを備えることを特徴とする。

電子チョーク回路は、第１の抵抗と直列に接続された第３の抵抗を備え、第１の抵抗と第３の抵抗との直列回路が可変インピーダンス素子に並列に接続されることが望ましい。

また、電子チョーク回路は、平衡型であってもよい。

端末は、線路に複数台接続されることが望ましい。

本発明の電子チョーク回路は、上記目的を達成するために、入力端子となる第１および第２の端子と、出力端子となる第３および第４の端子と、第１の端子と第３の端子との間、第２の端子と第４の端子との間の少なくとも一方に挿入されかつ制御端子に印加される電圧に応じてインピーダンスを変化させる可変インピーダンス素子と、可変インピーダンス素子と出力端子との間に挿入されたインダクタと、第１の端子と第２の端子との間に第１の抵抗を介して接続され端子電圧が可変インピーダンス素子に印加される第１のコンデンサと、第３の端子と第４の端子との間に挿入された第２のコンデンサと、可変インピーダンス素子と出力端子との間に接続され少なくとも通信信号の周波数を含む周波数帯域において入力端子と出力端子との間の抵抗特性が負性抵抗になるのを防止する第２の抵抗とを備えることを特徴とする。

本発明は、上記構成を採用したことにより、大型のインダクタを用いることなくインピーダンスを高めることができるのはもちろんのこと、負荷変動に対するインピーダンスの変化が少なく、負性抵抗が生じるのを防止して安定した回路動作が可能になるという効果がある。

実施形態１を示す回路図である。同上に用いる電子チョーク回路の特性図である。実施形態２を示す回路図である。同上に用いる電子チョーク回路の特性図である。実施形態３を示す回路図である。実施形態４を示す回路図である。同上に用いる電子チョーク回路の特性図である。使用例を示すブロック図である。使用例における要部のブロック図である。

以下に説明する実施形態の用途を限定する趣旨でないが、理解の助けとなるように、図８に示す構成例を示す。図８は、住宅内に設けた各種機器の監視および制御のために有線通信による通信技術を用いた住宅用配電システムを示している。

機器としては、交流電力により動作するＡＣ機器４１、直流電力により動作するＤＣ機器４２、ＡＣ機器４１やＤＣ機器４２の動作を指示するスイッチ４３、環境（照度や温度など）を計測するセンサ４４などが設けられる。センサ４４には、防災（火災、ガス漏れなど）や防犯（侵入者、窓破壊など）の目的で用いるものを含む場合もある。

図示例の給電装置４５は、商用電源のほか太陽光発電装置、燃料電池、蓄電池など宅内の給電を行う構成であればどのようなものでもよい。ただし、図示する給電装置４５は、交流電力を交流給電路ＰＬ１に出力し、直流電力を直流給電路ＰＬ２に出力する機能を有する。

また、図示する住宅用配電システムは、直流電力を分配するためのＤＣ分電盤４６を備え、ＤＣ分電盤４６は、給電装置４５から受電した直流電力を複数系統の直流給電路ＰＬ２に分岐させる。また、ＤＣ分電盤４６には分岐された直流給電路ＰＬ２を介して制御ユニット４７およびリレーユニット４８が接続される。

リレーユニット４８は、内蔵したリレーのオンオフを制御することにより、接続されたＤＣ機器４２への給電のオンオフを行う。一方、制御ユニット４７は、ＤＣ機器４２に対して動作の指示を与える機能を有し、ＤＣ機器４２のオンオフの制御だけではなく、ＤＣ機器４２の動作の選択（動作モードなど）や調節（調光や温度調節など）が可能になっている。

制御ユニット４７とリレーユニット４８とには、ともにスイッチ４３とセンサ４４との少なくとも一方が接続され、スイッチ４３やセンサ４４の状態を通信技術により監視し、取得した状態に応じてＤＣ機器４２を制御する。また、制御ユニット４７およびリレーユニット４８は、スイッチ４３やセンサ４４だけではなく、ＤＣ分電盤８との間でも通信線ＣＬを介して通信可能であり、ＤＣ分電盤８からの指示によってもＤＣ機器４２の動作を制御することが可能になっている。

さらに、ＤＣ分電盤４６には、壁コンセントや床コンセントの形態で住宅に取り付けられた直流コンセント４８も直流給電路ＰＬ２を介して接続される。直流コンセント４８に図示しないＤＣ機器のプラグを接続することにより、当該ＤＣ機器に直流電力を供給することが可能になる。

ＤＣ分電盤４６は、通信線ＣＬを介して通信装置４９と通信可能であって、通信装置４９に対して直流給電路ＰＬ２を介して直流電力を供給する。通信装置４９は、上述した住宅内の機器と通信することにより、機器の監視および制御を行う機能を有した宅内サーバを備える。宅内サーバは、電力メータなどで計測した情報も取得しており、インターネットなどの広域網ＮＴを通して電力会社などの宅外の管理サーバ５０と通信する機能も備える。

宅内サーバを含む通信装置４９が取得した情報は、画像表示を行う表示部と各種指示を行うための操作部とを備えた操作パネル５１において監視することができ、また、操作パネル５１を用いてＤＣ機器４２の制御に関する指示を与えることも可能になっている。さらに、操作パネル５１は、ドアホン子機や監視カメラのような監視機器５２と通信可能であって、ドアホン親機や監視映像の表示器としても機能する。

ところで、ＤＣ機器４２、スイッチ４３、センサ４４と制御ユニット４７との間の通信には、電力線搬送による通信技術を用いている。すなわち、制御ユニット４７とＤＣ機器４２、スイッチ４３、センサ４４との間の直流給電路ＰＬ２は、直流電力を供給するだけではなく、高周波の搬送波を用いた通信信号を直流電圧に重畳して伝送する通信路としても兼用されている。

以下では、ＤＣ機器４２、スイッチ４３、センサ４４を通信システムにおける端末３とみなし、管理装置２としての制御ユニット４７に直流給電路ＰＬ２としての線路１を介して端末３が接続されている構成の通信システムについて考察する。すなわち、ＤＣ機器４２、スイッチ４３、センサ４４と制御ユニット４７との関係は、図９のように、管理装置２と端末３との関係として記述することができる。

図示する管理装置２は、図８に示した給電装置４５およびＤＣ分電盤４６を含めて外部からの電力を受電して直流定電圧を出力する構成を給電部２１として記載している。給電部２１は、高インピーダンス回路２５を通して線路１に直流電力を出力する。すなわち、給電部２１は端末３に対して直流電力を供給する機能を有する。高インピーダンス回路２５は、線路１から見て通信信号に対して高インピーダンスであり、直流電力に対しては低インピーダンスになるように構成される。

また、管理装置２は、通信信号を送受信するための送信部２２および受信部２３を備えており、送信部２２および受信部２３は線路１に接続される。したがって、線路１には高インピーダンス回路２５から出力された直流電圧が印加され、送信部２２と受信部２３とが送受する高周波の通信信号が直流電圧に重畳される。

さらに、管理装置２は、給電部２１からの給電電力と端末３での消費電力とを考慮して端末３の接続を制限する接続可否情報生成部２９を有している。送信部２２および受信部２３は、接続可否情報生成部２９において生成した接続可否の情報に基づいて通信信号を生成する。加えて、管理装置２には、給電部２１から受電して送信部２２、受信部２３、接続可否情報生成部２９に給電するための電源部２６が設けられる。

一方、各端末３は、線路１を通して給電された直流電力を高インピーダンス回路３６を介して受電する受電部３１を備える。高インピーダンス回路３６は、線路１から見て通信信号に対して高インピーダンスであって直流電力に対しては低インピーダンスになっている。したがって、線路１からの直流電力を通信信号から分離して受電部３１に供給する。

端末３には、通信信号を送受信するための送信部３２および受信部３３が設けられる。また、端末３は、送信部３２および受信部３３が通信信号により授受する情報の処理を行う処理部３０を備える。

処理部３０には、端末情報生成部３９から端末の動作に関する端末情報が入力される。端末情報としては、直流電力を消費する負荷としての端末３の種別のほか、端末３が直流電力の消費を開始する際に予想した消費電力、負荷としての端末３が直流電力を消費している際の動作状態などが含まれる。処理部３０では、端末情報生成部３９からの端末情報を送信部３２に入力し、端末情報を含む通信信号を管理装置２に伝送する。

端末３において直流電力を消費する負荷としての機能は、図９において負荷電源部３７として表している。受電部３１と負荷電源部３７との間には切替部３８が挿入され、処理部３０が切替部３８に指示を与えることにより受電部３１から負荷電源部３７への給電状態が制御される。切替部３８は、基本的には負荷電源部３７への給電の入切を制御する。また、端末３が直流電力の消費を開始することを管理装置２に通知し、管理装置２が応答して動作を許可する指示が返送されるまでは、切替部３８は受電部３１から負荷電源部３７への電力供給を行わないようにしている。

なお、端末３において処理部３０、送信部３２、受信部３３への電力供給は、給電部３１から受電して直流電圧を出力する電源部３５が行っている。電源部３５は負荷電源部３７とは無関係に給電を行う。

上述のように構成では、端末３が直流電力の消費を開始する際に、端末３から管理装置に対して端末情報を通知することにより、管理装置２では当該端末３による消費電力を予測し、端末３の動作を許可するか否かを決定する。ここで、端末３の動作を許可する場合には、受電部３１から負荷電源部３７に給電するように切替部３８をオンにするように処理部３０に指示を与える。また、端末３の動作を許可しない場合には、受電部３１から負荷電源部３７に給電しないように切替部３８をオフに保つように処理部３０に指示する。この動作により、管理装置２から端末３への給電不足が生じないように給電を制限することが可能になる。

以下の実施形態では、線路１が２線式であるものとし、線路１の線間に一定の直流電圧を印加する場合を例として示す。また、通信信号には、１００〜３００ｋＨｚの搬送波をデジタル値の信号値で変調した高周波信号を用い、上述のように、線路１に印加された直流電圧に高周波信号である通信信号を重畳して伝送するものとする。

さらに、端末３において、給電部２１から給電された直流電力と、送信部２２および受信部２３との間で伝送される通信信号とを分離するために用いる高インピーダンス回路３６として、電子チョーク回路１０（図１参照）を用いるものとする。電子チョーク回路１０は、２端子の入力端子と２端子の出力端子とを備える。入力端子は線路１の線間に接続され、出力端子は受電部３１に接続される。

電子チョーク回路１０は、直流電力に対しては損失が少なく、通信信号に対しては高インピーダンスであることが要求されるほか、受電部３１を含む負荷変動が生じても負荷変動が通信信号に影響しないように構成することが必要である。すなわち、負荷変動に対する電子チョーク回路１０の入力インピーダンスの変動を抑制する必要がある。

さらに、電子チョーク回路１０が負性抵抗となって発振するのを防止することも必要である。電子チョーク回路１０が負性抵抗となるのを防止するには、電子チョーク回路１０の入力端子となる２端子間の位相角（以下、単に「位相」と記載する）を９０度未満にすることが要求される。入力インピーダンスや位相の変化について要求される条件は、少なくとも通信信号の周波数帯域において満足する必要がある。

以下の実施形態では、これらの条件を満足する電子チョーク回路１０の構成について説明する。すなわち、通信信号の周波数帯域において、入力インピーダンスを高インピーダンスに保つとともに、入力インピーダンスの変動を抑制し、しかも、位相を９０度未満に抑制するように構成した電子チョーク回路１０について説明する。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、線路１に管理装置２と複数台の端末３とを接続した場合を例として説明する。したがって、基本的には図９に示した構成と同様である。

管理装置２は、給電部２１のほか送信部２２と受信部２３とを一体化した送受信部２４を備える。送受信部２４は、処理部２０から与えられた通信データを通信信号に変換する機能と、線路１を通して受け取った通信信号を通信データに変換して処理部２０に引き渡す機能とを備える。送受信部２４と線路１との間には、直流成分を阻止するためにコンデンサ５が挿入される。

給電部２１は、商用電源などから受電する電灯線４に接続されており、直流定電圧を出力する。給電部２１の出力端は、通信信号の周波数に対してインピーダンスが十分に高い高インピーダンス回路２５を介して線路１に接続される。また、図９に示した管理装置２の接続可否情報生成部２９の機能を処理部２０として示している。処理部２０はマイコンのような演算装置を備える。

一方、端末３は、線路１から電子チョーク回路１０を介して受電する受電部３１を備えるとともに、送信部３２と受信部３３とを兼ねた送受信部３４を備える。送受信部３４は、処理部３０から与えられた通信データを通信信号に変換する機能と、線路１を通して受け取った通信信号を通信データに変換して処理部３０に引き渡す機能とを備える。送受信部３４と線路１との間には、直流成分を阻止するためのコンデンサ６が挿入される。

受電部３１は、線路１から電子チョーク回路１０を介して直流電力を受電し直流定電圧を出力する。図９に示した端末３では、負荷電源部３７への給電を入切する切替部３８を設けているが、本実施形態では、処理部３０の機能についてとくに制限を与えない。したがって、負荷電源部３７および切替部３８は省略している。なお、処理部３０はマイコンのような演算装置を備える。

電子チョーク回路１０は、線路１と受電部３１との間のインピーダンスを制御する可変インピーダンス素子１１を備える。可変インピーダンス素子１１は、２個の接続端子の間のインピーダンスを、接続端子とは別に設けた制御端子に印加される電圧に応じて変化させる機能を有する。したがって、可変インピーダンス素子１１は、３端子または４端子になる。また、可変インピーダンス素子１１としては、制御端子に印加される電圧が低いほど接続端子間のインピーダンスが高くなり、制御端子に印加される電圧が上昇すると接続端子間のインピーダンスが低下するものを用いている。

図示例では、可変インピーダンス素子１１としてｎｐｎ形のバイポーラトランジスタを用いている。したがって、コレクタとエミッタとを接続端子として用い、ベースを制御端子として用いる。能動領域においてベースに印加する電圧が上昇すると、コレクタ−エミッタ間のインピーダンスが低下し、飽和領域に至ると、コレクタ−エミッタ間のインピーダンスは略一定の小さい値になる。なお、可変インピーダンス素子１１には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのような他の能動素子を用いることも可能である。

可変インピーダンス素子１１の一端（図示例ではコレクタ）は、線路１を構成する２線のうち高電位側の線（以下、「正極線」という）ＤＬ１に接続される。また、可変インピーダンス素子１１の他端（図示例ではエミッタ）は、インダクタ１２と抵抗１３とを介して受電部３１の一方の入力端に接続される。受電部３１の他方の入力端は、線路１を構成する２線のうち低電位側の線（以下、「負極線」という）ＤＬ２に接続される。

電子チョーク回路１０において、正極線ＤＬ１と負極線ＤＬ２とにそれぞれ接続される端子Ｔ１，Ｔ２の間には、抵抗１４とコンデンサ１５との直列回路が接続される。端子Ｔ１には抵抗１４の一端が接続され、端子Ｔ２にはコンデンサ１５の一端が接続される。抵抗１４とコンデンサ１５との接続点は、可変インピーダンス素子１１の制御端子（図示例ではベース）に接続される。したがって、コンデンサ１５の両端間の電圧（すなわち、抵抗１４とコンデンサ１５との接続点の電位）に応じて可変インピーダンス素子１１のインピーダンスが調節される。

一方、電子チョーク回路１０において受電部３１への出力端子となる２端子Ｔ３，Ｔ４の間には、コンデンサ１６が接続される。言い換えると、電子チョーク回路１０の入力端子となる端子Ｔ１，Ｔ２の間に、可変インピーダンス素子１１とインダクタ１２と抵抗１３とコンデンサ１６との直列回路が挿入され、コンデンサ１６の両端から受電部３１への給電がなされることになる。

電子チョーク回路１０の動作を以下に説明する。端子Ｔ１，Ｔ２に通信信号が入力されると、通信信号である高周波信号は、抵抗１４とコンデンサ１５との直列回路を通過するから、通信信号に対して可変インピーダンス素子１１は高インピーダンスになる。一方、端子Ｔ１，Ｔ２に直流電圧が印加されると、コンデンサ１５の両端に電圧が印加されるから、直流電力に対して可変インピーダンス素子１１は低インピーダンスになる。

さらに、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間にインダクタ１２が挿入されるとともに、端子Ｔ３，Ｔ４の間にコンデンサ１６が接続されているから、電子チョーク回路１０は、直流電力を通過させながらも、通信信号である高周波成分の通過を阻止することになる。インダクタ１２とコンデンサ１６とは共振回路を構成するから、特定の周波数付近において、電子チョーク回路１０の入力インピーダンスが大きく変化し、また位相も大きく変化することが予想される。

入力インピーダンスは、上述したように、通信信号に対しては高インピーダンスであることが要求され、さらには、電子チョーク回路１０の負荷インピーダンスの変化を、電子チョーク回路１０において吸収することが望ましい。要するに、電子チョーク回路１０の負荷となる受電部３１から端末３の内部回路に供給する電力に変動が生じても、電子チョーク回路１０の入力インピーダンスに影響しないようにするのである。この機能は、図示する電子チョーク回路１０では、インダクタ１２と抵抗１４とコンデンサ１５，１６とを設けることにより実現されている。

一方、電子チョーク回路１０の位相については、インダクタ１２に抵抗１３を直列に接続することによって抑制している。すなわち、抵抗１３を設けていない場合には、インダクタ１２とコンデンサ１６とにより強い共振が生じ、共振点付近において上述の位相が９０度を超えることがある。これに対して、抵抗１３を設けることにより共振を抑制することができ、共振点付近でも上述の位相が９０度を超えないように調節することが可能になる。要するに、入力端子と出力端子との間に抵抗１３を挿入することにより、電子チョーク回路１０が特定の周波数で負性抵抗になるのを防止し、結果的に電子チョーク回路１０が発振するのを防止することができる。

以上のことから、インダクタ１２とコンデンサ１６とからなる共振回路の共振点付近において、位相が９０度を超えないようにするには、抵抗１３を比較的大きい値に設定すればよいと言える。

ただし、抵抗１３は線路１から受電部３１への直流電力の供給経路に挿入されるから、抵抗１３が大きくなると損失が増加し、受電部３１に大きい電力を供給することができなくなる。したがって、通信信号の周波数に応じてインダクタ１２およびコンデンサ１６を選択するのに加え、受電部３１に供給する直流電力の大きさと位相とに応じて抵抗１３を設定する必要がある。すなわち、抵抗１３は、位相を９０度未満にすることができる範囲内において、最小値に設定することが望ましい。

インダクタ１２を１００μＨ、抵抗１３を１０Ω、抵抗１４を２．７ｋΩ、コンデンサ１５，１６をともに０．１μＦと設定した場合について、回路シミュレータを用いて求めた特性例を図２に示す。図２（ａ）は電子チョーク回路１０のインピーダンスの周波数特性を示しており、図２（ｂ）は位相の周波数特性を示している。また、図２において特性Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ電子チョーク回路１０の負荷（直流負荷）の大きさを５００Ω、１ｋΩ、２ｋΩに設定した場合を示している。

上記条件では、インダクタ１２とコンデンサ１６とによる共振周波数は約５０ｋＨｚであって、図２から明らかなように、共振周波数付近では、インピーダンスおよび位相がともに大きく変化している。また、図２によれば、負荷の大きさを変化させてもインピーダンスおよび位相の周波数特性に大きなばらつきが生じないことがわかる。さらに、位相はすべての周波数において９０度未満に抑えられており、負性抵抗にならず発振が防止されていることがわかる。

したがって、シミュレーションの結果から、少なくとも通信周波数（１００〜３００ｋＨｚ）を含む広い周波数帯域において、負荷の大きさが変化してもインピーダンス特性が変化しないことにより、負荷変動が通信信号に影響せず、安定した通信性能が得られることが確認された。また、広範な周波数帯域において、電子チョーク回路１０が負性抵抗を持たないから、負荷変動による線間電圧の変動や定常的に印加されるノイズの周波数に対しても、発振などの不安定な動作を生じないことが確認できた。

なお、現実のインダクタ１２は巻線を用いて形成されているから直流抵抗（内部抵抗）を有している。また、抵抗１３は比較的小さい値である。したがって、インダクタ１２を構成する電線の線径や巻き数を管理すれば、抵抗１３に相当する直流抵抗を省略することが可能である。言い換えると、実体物としての抵抗１３を設けることなく、インダクタ１２の設計条件を管理することによって、別途に抵抗１３を追加することなく位相が９０度未満になるように設計することが可能である。

（実施形態２）
本実施形態は、図３に示すように、電子チョーク回路１０の可変インピーダンス素子１１において、一方の接続端子（エミッタ）と制御端子（ベース）との間にバイアス用の抵抗１７を追加したものである。他の構成は実施形態１と同様である。

直流電圧に重畳された通信信号の振幅が比較的小さい場合には、実施形態１のように抵抗１７を設けていない構成でとくに問題はない。しかしながら、通信信号の振幅が大きい場合には、可変インピーダンス素子１１としてのトランジスタのベース電圧がエミッタ電圧よりも低下する可能性がある。この場合、トランジスタが遮断領域で動作することになり、受電部３１への入力電圧が低下するという問題が生じる。

本実施形態の構成では、トランジスタのベースには、トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧を、抵抗１４と抵抗１７との抵抗比に応じて分圧した電圧が印加されるから、ベース電圧がエミッタ電圧より低下するのを防止することができる。すなわち、通信信号の振幅が大きく変化する場合でも、インピーダンスの変動が抑制され、結果的に、安定した通信性能が得られる。

インダクタ１２を１００μＨ、抵抗１３を１０Ω、抵抗１４を２．７ｋΩ、コンデンサ１５，１６をともに０．１μＦ、抵抗１７を１．３ｋΩと設定した場合について、回路シミュレータを用いて求めた特性例を図４に示す。図４（ａ）は電子チョーク回路１０のインピーダンスの周波数特性を示しており、図４（ｂ）は位相の周波数特性を示している。また、図４において特性Ａ，Ｂ，Ｃは、図２と同様に、それぞれ電子チョーク回路１０の負荷（直流負荷）の大きさを５００Ω、１ｋΩ、２ｋΩに設定した場合を示している。

上記条件は、抵抗１７を設けたこと以外は実施形態１で回路シミュレータを用いて検証したときの条件と同じであり、実施形態１の効果が得られる。加えて、インピーダンスを犠牲にすることなく可変インピーダンス素子１１であるトランジスタのバイアスを調整することができる。したがって、電子チョーク回路１０に入力される通信信号の振幅に応じてトランジスタの動作点を設定することができる。

（実施形態３）
本実施形態は、図５に示すように、電子チョーク回路１０を平衡型として構成したものである。すなわち、実施形態１、２に記載した構成では、可変インピーダンス素子１１を１個だけ設け、負極線ＤＬ２に接続される端子Ｔ２と端子Ｔ４とを直結しているが、本実施形態では、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間にも可変インピーダンス素子を挿入している。したがって、２個の可変インピーダンス素子１１１，１１２を備え、正極側と負極側とを対称に構成している。この構成では、送受信部３４と正極線ＤＬ１、負極線ＤＬ２との間にもそれぞれコンデンサ６１，６２を挿入している。

図５に示す構成例は、実施形態２の構成を変形させて平衡型としたものである。したがって、端子Ｔ１、Ｔ３の間と端子Ｔ２，Ｔ４の間とにそれぞれ必要である構成要素、すなわち、可変インピーダンス素子１１１，１１２と、インタクタ１２１，１２２と、抵抗１３１，１３２，１４１，１４２，１７１，１７２とについては２個ずつ設けている。また、正極側と負極側とに跨る構成要素、すなわち、コンデンサ１５，１６はそれぞれ１個ずつを共用している。コンデンサ１５は、可変インピーダンス素子１１１，１１２である２個のトランジスタのベース間に接続し、コンデンサ１６は出力端子となる２端子Ｔ３，Ｔ４の間に接続している。可変インピーダンス素子１１１，１１２にはトランジスタを用いているから、端子Ｔ１，Ｔ３間のトランジスタにはｎｐｎ形を用い、端子Ｔ２，Ｔ４間のトランジスタにはｐｎｐ形を用いる。

電子チョーク回路１０として、図５に示す構成を採用することによって、送受信部３４（および送受信部２４）を平衡型に構成することができ、線路１も平衡型になる。その結果、コモンモードノイズの影響が軽減される。すなわち、外来ノイズに対するノイズ耐性が改善される。

本実施形態では、実施形態２の構成を平衡型とする例を示したが、実施形態１の構成を平衡型とすることも可能である。また、後述する実施形態４を平衡型に構成することも可能である。他の構成および動作は実施形態１、２と同様である。
（実施形態４）
実施形態１〜３に記載した構成では、インダクタ１２に抵抗（第２の抵抗）１３を直列に接続することにより、電子チョーク回路１０が負性抵抗となるのを防止しているが、本実施形態では、図６に示すように、インダクタ１２に抵抗（第２の抵抗）１８を並列に接続した例を示す。インダクタ１２に並列に接続される抵抗１８は、インダクタ１２とコンデンサ１６とにより構成された共振回路の同調度Ｑを低下させることが知られている。この抵抗Ｒ１８は、いわゆるＱダンプ抵抗として機能する。また、抵抗１８の抵抗値を小さくすることにより、周波数に対する位相の変化範囲を小さくすることができる。

本実施形態についても他の実施形態と同様に、インピーダンスと位相との周波数特性について、回路シミュレータを用いて求めた。設定した条件は、以下の通りである。インダクタ１２は１００μＨ、抵抗１４は２．７ｋΩ、コンデンサ１５，１６はともに０．１μＦ、抵抗１８は５０Ωと設定した。すなわち、実施形態２の抵抗１３に代えて抵抗１８を接続した点を除いて実施形態２と同条件でシミュレーションを行った。

回路シミュレータを用いて求めた特性例を図７に示す。実施形態１、２と同様に、図７（ａ）は電子チョーク回路１０のインピーダンスの周波数特性を示しており、図７（ｂ）は位相の周波数特性を示している。また、図７において特性Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ電子チョーク回路１０の負荷（直流負荷）の大きさを５００Ω、１ｋΩ、２ｋΩに設定した場合を示している。

本実施形態の構成では、インダクタ１２に抵抗１８が並列に接続されているから、インダクタ１２の内部抵抗が抵抗１８に対して実質的に無視できるようにインダクタ１２を形成しておけば、直流電流はインダクタ１２を流れ、電力損失の発生を防止できる。すなわち、実施形態２に比較して大きい直流電力を受電部３１に供給することが可能になる。

本実施形態では、実施形態２の構成において抵抗１３に代えて抵抗１８を用いる例を示したが、実施形態１の構成において抵抗１３に代えて抵抗１８を用いる構成を採用することも可能である。他の構成および動作は実施形態１、２と同様である。

なお、上述の構成では、管理装置２に設けた給電部２１が線路１を介して端末３に直流電力を供給しているが、給電部２１は、管理装置２とは別に設けてもよい。

線路１は２線式でなくてもよく、１本の共用線と、共用線との間の電圧が異なる複数本の電圧線とを備える３線以上の線路１を用いたり、それぞれ線間電圧の異なる複数対の線路１を用いたりすることが可能である。

さらに、上述した通信信号の周波数は一例であって限定する趣旨ではない。また、搬送波を変調した通信信号ではなく、通信信号としてベースバンド信号を用いてもよい。ベースバンド信号を用いる場合は、信号値に応じて電圧を変化させる電圧モードの通信信号を基本とするが、信号値に応じて線路１に流れる電流を変化させる電流モードの通信信号を用いることも可能である。

１線路
２管理装置
３端末
１０電子チョーク回路
１１可変インピーダンス素子
１１１可変インピーダンス素子
１１２可変インピーダンス素子
１２インダクタ
１２１インダクタ
１２２インダクタ
１３（第２の）抵抗
１３１（第２の）抵抗
１３２（第２の）抵抗
１４（第１の）抵抗
１４１（第１の）抵抗
１４２（第１の）抵抗
１５（第１の）コンデンサ
１６（第２の）コンデンサ
１７（第３の）抵抗
１７１（第３の）抵抗
１７２（第３の）抵抗
１８（第２の）抵抗
２１給電部
３１受電部
Ｔ１（第１の）端子
Ｔ２（第２の）端子
Ｔ３（第３の）端子
Ｔ４（第４の）端子

Claims

線路を介して通信する管理装置および端末と、前記線路を介して前記端末に給電する給電部とを備え、前記端末は、前記給電部から供給された電力と通信信号とを分離する電子チョーク回路と、前記電子チョーク回路により通信信号と分離された電力を受電する受電部とを備え、前記電子チョーク回路は、前記線路に接続される入力端子となる第１および第２の端子と、前記受電部に接続される出力端子となる第３および第４の端子と、前記第１の端子と前記第３の端子との間、前記第２の端子と前記第４の端子との間の少なくとも一方に挿入されかつ制御端子に印加される電圧に応じてインピーダンスを変化させる可変インピーダンス素子と、前記可変インピーダンス素子と前記出力端子との間に挿入されたインダクタと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に第１の抵抗を介して接続され端子電圧が前記可変インピーダンス素子に印加される第１のコンデンサと、前記第３の端子と前記第４の端子との間に挿入された第２のコンデンサと、前記可変インピーダンス素子と前記出力端子との間に接続され少なくとも通信信号の周波数を含む周波数帯域において前記入力端子と前記出力端子との間の抵抗特性が負性抵抗になるのを防止する第２の抵抗とを備えることを特徴とする通信システム。
前記電子チョーク回路は、前記第１の抵抗と直列に接続された第３の抵抗を備え、前記第１の抵抗と前記第３の抵抗との直列回路が前記可変インピーダンス素子に並列に接続されることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
前記電子チョーク回路は、平衡型であることを特徴とする請求項１又は２記載の通信システム。
前記端末は、前記線路に複数台接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システム。
入力端子となる第１および第２の端子と、出力端子となる第３および第４の端子と、前記第１の端子と前記第３の端子との間、前記第２の端子と前記第４の端子との間の少なくとも一方に挿入されかつ制御端子に印加される電圧に応じてインピーダンスを変化させる可変インピーダンス素子と、前記可変インピーダンス素子と前記出力端子との間に挿入されたインダクタと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に第１の抵抗を介して接続され端子電圧が前記可変インピーダンス素子に印加される第１のコンデンサと、前記第３の端子と前記第４の端子との間に挿入された第２のコンデンサと、前記可変インピーダンス素子と前記出力端子との間に接続され少なくとも通信信号の周波数を含む周波数帯域において前記入力端子と前記出力端子との間の抵抗特性が負性抵抗になるのを防止する第２の抵抗とを備えることを特徴とする電子チョーク回路。