JP2016039430A - 制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷装置の正常な動作を妨げることなく、電力線を介して負荷装置に信号を送信する制御システムを提供する。【解決手段】制御システムは、制御器１と動作部５を備えた負荷装置２とを備える。制御器１は、負荷装置２に電力線４を介して交流電力を供給し、動作部５を動作させる。また、送信部６を備える。送信部６は、負荷装置２に供給する電圧を交流波形のゼロクロス点以外でゼロにすることなくパルス状に低下させることにより、電力線４を介して負荷装置２に制御信号を送信する。負荷装置２は、復調部７と制御部８とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、制御器と負荷装置とが電力線を介して接続された制御システムに関する。

特許文献１に、制御器と負荷装置とが電力線を介して接続された制御システムが記載されている。特許文献１に記載された制御システムでは、制御器から負荷装置に対して電力線を介して電力を供給する。また、この制御システムでは、制御器から負荷装置に供給する電力を極短い時間だけ遮断し、制御器から負荷装置に対して電力線を介して信号を送信する。

特表２００４−５０８７９６号公報

特許文献１に記載された制御システムでは、制御器から負荷装置に対して信号を送信する際に、短い時間ではあるが電力の供給が遮断される。このため、負荷の種類によっては、信号が送信されている時に正常な動作が妨げられることがあった。例えば、信号が送信されている時に負荷装置の動作速度が不規則になったり異常音が発生したりすることがあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされた。この発明の目的は、負荷装置の正常な動作を妨げることなく、電力線を介して負荷装置に信号を送信することができる制御システムを提供することである。

この発明に係る制御システムは、動作部を備えた負荷装置と、負荷装置に電力線を介して交流電力を供給し、動作部を動作させる制御器と、を備え、制御器は、負荷装置に供給する電圧を交流波形のゼロクロス点以外でゼロにすることなくパルス状に低下させることにより、電力線を介して負荷装置に制御信号を送信する送信手段と、を備え、負荷装置は、制御器から受信した制御信号を復調する復調手段と、復調手段が復調した結果に基づいて動作部を制御する制御手段と、を備える。

この発明に係る制御システムであれば、負荷装置の正常な動作を妨げることなく、電力線を介して負荷装置に信号を送信することができる。

この発明の実施の形態１における制御システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における制御システムの具体例を示す図である。 この発明の実施の形態１における制御システムの具体例を示す図である。 この発明の実施の形態１における制御システムの変調時のタイムチャートである。 この発明の実施の形態１における制御システムの適用例を示す図である。 制御器の動作を示すフローチャートである。 ＬＥＤランプの動作を示すフローチャートである。

添付の図面を参照し、本発明を説明する。重複する説明は、適宜簡略化或いは省略する。各図において、同一の符号は同一の部分又は相当する部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における制御システムの構成を示す図である。
本制御システムは、制御器１と負荷装置２とを備える。制御器１に、交流電源３が接続される。交流電源３は、制御器１に交流電力を供給する。制御器１と負荷装置２とは、電力線４によって接続される。制御器１は、電力線４を介して負荷装置２に交流電力を供給する。

負荷装置２は、動作部５を備える。負荷装置２では、制御器１から交流電力が供給されることにより、動作部５が予め定められた動作を行う。動作部５が行う動作は、モータのように構成要素の変位を伴うものでも良いし、構成要素の変位を伴わないものでも良い。構成要素の変位を伴わない動作の例として、発光、発熱及び音の発生が挙げられる。なお、動作部５が行う動作はこれらに限定されない。

制御器１は、送信部６を備える。送信部６は、電力線４を介して負荷装置２に制御信号を送信する。送信部６は、負荷装置２に供給する電圧をパルス状に低下させることにより、負荷装置２に制御信号を送信する。送信部６は、制御信号を送信する際に負荷装置２に供給する電圧を交流波形のゼロクロス点以外でゼロにすることなくパルス状に低下させる。制御信号には、例えば、動作部５の動作を変更するための情報が含まれる。

負荷装置２は、復調部７と制御部８とを備える。
復調部７は、負荷装置２が制御器１から受信した制御信号を復調する。復調部７は、制御器１から供給される電圧の低下パターンに基づいて制御信号の復調を行う。例えば、復調部７は、制御器１から供給される交流電圧の時間的変化を監視し、その変化に基づいて制御信号を復調する。

制御部８は、動作部５の動作を制御する。制御部８は、復調部７が復調した結果に基づいて、制御信号に含まれる情報の通りに動作部５が動作するように動作部５を制御する。

次に、図２から図７も参照し、本制御システムの具体例について説明する。本制御システムは、制御器１と負荷装置２とが電力線４を介して接続されるシステムであれば、産業用及び家庭用の各種システムに適用できる。負荷装置２は、例えば家電品であっても良い。本制御システムを適用すれば、制御器１と家電品（負荷装置２）との間に専用の信号線を接続しなくても、家電品の遠隔制御が可能となる。

以下においては、負荷装置２としてＬＥＤ（発光ダイオード）ランプが採用されている場合を例に、制御システムの説明を行う。この制御システムは、例えば、オフィス、工場及び量販店で採用されている照明システムへの適用が好適である。なお、本制御システムの適用例はこれに限定されない。

図２及び図３は、この発明の実施の形態１における制御システムの具体例を示す図である。図２は、制御器１ａの回路図を示す。制御器１ａは、図１に示す制御器１の一例である。図３は、ＬＥＤランプ２ａの回路図を示す。ＬＥＤランプ２ａは、図１に示す負荷装置２の一例である。制御器１ａとＬＥＤランプ２ａとは、電力線４によって接続される。制御器１ａは、電力線４を介してＬＥＤランプ２ａに交流電力を供給する。また、制御器１ａは、電力線４を介してＬＥＤランプ２ａに制御信号を送信する。

図２において、ＡＣは制御器１ａに交流電力を供給する交流電源を示す。Ｖａｃは交流電源ＡＣの電圧である。ＺＬは制御器１ａに電力線４を介して接続されたＬＥＤランプ２ａを示す。

制御器１ａは、図２に示すように、マイクロプロセッサＵ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ７、コンデンサＣ１及びＣ２、ダイオードＤ１〜Ｄ５、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）ＺＤ１〜ＺＤ３、電界効果トランジスタＱ１、バイポーラトランジスタＱ２、操作パネルＯＰ．Ｐ並びに交流出力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃを備える。制御器１ａの各種動作は、マイクロプロセッサＵ１によって制御される。交流出力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃに電力線４が接続される。

図２に示すＤ、Ｇ及びＳは、電界効果トランジスタＱ１のドレイン、ゲート及びソースである。図２のＶｃｃは、マイクロプロセッサＵ１の電源電圧を示す。ＶＬは交流出力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃ間の電圧を示す。ＶＢ、Ｖｄ及びＶｇは、図２に示す回路中の各点における電圧を示す。Ｐ＿Ｔｘは制御信号として送信されるパルス列である。

図１に示す送信部６が有する機能の要部は、マイクロプロセッサＵ１、ダイオードＤ１、ツェナーダイオードＺＤ１及び電界効果トランジスタＱ１によって実現される。送信部６が有する機能を実現する手段は、これらに限定されない。負荷装置２に供給する電圧を交流波形のゼロクロス点以外でゼロにすることなくパルス状に低下することができれば、送信部６が有する機能の一部又は全部を他のソフトウェア或いはハードウェアによって実現しても良い。

ＬＥＤランプ２ａは、図３に示すように、マイクロプロセッサＵ１、抵抗Ｒ１及びＲ２、コンデンサＣ１及びＣ２、整流器（全波整流素子）ＢＤ１、ＬＥＤモジュール（ＬＥＤ ＭＯＤＵＬＥ）並びに交流入力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃを備える。ＬＥＤランプ２ａの各種動作は、マイクロプロセッサＵ１によって制御される。交流入力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃに電力線４が接続される。

図３のＶｃｃは、マイクロプロセッサＵ１の電源電圧を示す。Ｄｍｇ ＰＷＭはパルス幅変調信号である。

図１に示す負荷装置２の各部が有する機能の要部は、整流器ＢＤ１及びマイクロプロセッサＵ１によって実現される。負荷装置２の各部が有する機能を実現する手段は、これらに限定されない。負荷装置２の各部が有する機能の一部又は全部を他のソフトウェア或いはハードウェアによって実現しても良い。

図４はこの発明の実施の形態１における制御システムの変調時のタイムチャートである。図４（ａ）は、交流電源ＡＣの電圧Ｖａｃの波形を示す。図２の回路中に示す（ａ）は、図４の（ａ）に対応する。なお、図２の回路中に示す（ｂ）〜（ｅ）、図３の回路中に示す（ｆ）〜（ｇ）についても同様である。図４（ａ）に示すＰＢは、交流電源電圧Ｖａｃのピーク点である。

図４（ｂ）は、制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１の端子ＲＡ５の電圧波形である。図４（ｂ）は、交流電源ＡＣの半波整流波形を示す。半波にしたのは、データ（制御信号）を送信するための回路を簡易化するためである。即ち、交流電源ＡＣの一方の極性の時のみデータを送信する。これは、制御器１ａの同期方式を制限するものではない。図４（ｂ）において、Ｖｔｈは制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１の内部に備えられたコンパレータの基準電圧である。ｔ０はゼロクロス点である。

図４（ｃ）は、制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１の内部で検出される波形である。図４（ｃ）において、Ｔｐは波形の周期を示す。Ｔｗはパルス幅である。Ｐｒは立ち上がりを、Ｐｆは立下りを示す。

図４（ｄ）は、制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１の端子ＲＡ０の電圧波形である。図４（ｄ）は、制御器１ａからＬＥＤランプ２ａに送信されるデータ（制御信号）の例を示す。以下においては、パルス列「１１００１１０１０１」を制御信号として送信する場合について具体的に説明する。送信するパルス列のうち中央ＳＢの２ビット「１１」は、予め設定された基準パルス列である。送信するパルス列のうち中央ＳＢより前の４ビット「１１００」と後の４ビット「０１０１」とは、ＬＥＤランプ２ａのＬＥＤモジュールを動作させるための動作パルス列（情報ビット）である。ＬＥＤランプ２ａのＬＥＤモジュールは、図１に示す動作部５に相当する。

図４（ｂ）に示すｔ１はデータの送出開始点である。Ｔｓは、立ち上がりＰｒからデータの送出開始点ｔ１までの時間である。即ち、Ｔｓは、立ち上がりＰｒからのデータ送出タイミングを示す。制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１は、ゼロクロス点ｔ０及び立ち上がりＰｒより後でピーク点ＰＢの時刻ｔｐより前にデータの送出を開始する。なお、制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１は、ピーク点ＰＢを含む第１期間に基準パルス列を割り当てる。ｔ１１はデータの送出終了点である。制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１は、時刻ｔｐより後で立下りＰｆ及び次のゼロクロス点ｔ０より前にデータの送出を終了する。制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１は、立ち上がりＰｒより後で第１期間より前の第２期間と第１期間より後で立下りＰｆより前の第３期間とに動作パルス列を割り当てる。

図４（ｅ）は、制御器１ａの交流出力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃ間の電圧ＶＬの波形を示す。Ｖｄは、電界効果トランジスタＱ１のドレイン電圧である。制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１の端子ＲＡ０からパルス列「１１００１１０１０１」が送出されると、ビット値「０」が割り当てられた期間、電圧ＶＬはドレイン電圧Ｖｄに相当する分だけ低下する。なお、基準パルス列にビット値「０」は含まれない。このため、ピーク点ＰＢを含む第１期間にＬＥＤランプ２ａに供給される電圧は低下しない。動作パルス列には必要に応じてビット値「０」が含まれる。このため、ピーク点ＰＢを含む第１期間の前後でＬＥＤランプ２ａに供給される電圧がパルス状に低下する。

図２に示すように、制御器１ａの交流出力端子ＺＬ＿Ｈは、交流電源ＡＣの一方の端子（１）に接続される。制御器１ａの交流出力端子ＺＬ＿Ｃは、電界効果トランジスタＱ１のドレインに接続される。電界効果トランジスタＱ１のソースは、交流電源ＡＣの他方の端子（２）に接続される。電界効果トランジスタＱ１のゲートは、ダイオードＤ２を介してバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ２のアノードは、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ２のカソードは、電界効果トランジスタＱ１のゲートに接続される。バイポーラトランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ３を介してマイクロプロセッサＵ１の端子ＲＡ０に接続される。バイポーラトランジスタＱ２のエミッタは、電界効果トランジスタＱ１のソースに接続される。

電界効果トランジスタＱ１のゲートとソースとの間に抵抗Ｒ１が接続される。電界効果トランジスタＱ１のゲートとドレインとの間にツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ１とが直列に接続される。ダイオードＤ１のアノードは、電界効果トランジスタＱ１のドレインに接続される。ツェナーダイオードＺＤ１のアノードは、電界効果トランジスタＱ１のゲートに接続される。ツェナーダイオードＺＤ１のカソードは、ダイオードＤ１のカソードに接続される。

バイポーラトランジスタＱ２を導通状態（ＯＮ状態）にすると、ドレイン電圧Ｖｄは次式で表される。
Ｖｄ＝Ｖｔ＋Ｖｚ
したがって、交流出力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃ間の電圧ＶＬは次式で表される。
ＶＬ＝Ｖａｃ−Ｖｄ
Ｖｔは電界効果トランジスタＱ１のゲート閾値電圧である。ＶｚはツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧である。ドレイン電圧Ｖｄは、電界効果トランジスタＱ１のゲート閾値電圧とツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧とを加算した値に相当する。電圧ＶＬは、交流電源ＡＣの電圧Ｖａｃからドレイン電圧Ｖｄを減算した値に相当する。

バイポーラトランジスタＱ２を非導通状態（ＯＦＦ状態）にすると、ドレイン電圧Ｖｄは次式で表される。
Ｖｄ＝Ｖｄｓ（ＯＮ）≒０Ｖ
ダイオードＤ５、抵抗Ｒ７、ツェナーダイオードＺＤ３及びコンデンサＣ２は、直流電圧ＶＢを生成するための電源回路である。交流電源ＡＣの一方の端子（１）とバイポーラトランジスタＱ２のコレクタとの間に、ダイオードＤ５、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ２が直列で接続される。ダイオードＤ５のアノードは、交流電源ＡＣの一方の端子（１）に接続される。電圧ＶＢは、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ２の接続点の電圧に相当する。ダイオードＤ２は、抵抗Ｒ２及びバイポーラトランジスタＱ２のコレクタの接続点と電界効果トランジスタＱ１のゲートとの間に接続される。

ダイオードＤ２の順方向電圧降下を無視し、バイポーラトランジスタＱ２をＯＦＦ状態にすると、電圧Ｖｇは次式で表される。
Ｖｇ＝ＶＢ＊Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
電圧Ｖｇがゲート閾値電圧Ｖｔより大きくなるようにＶＢ、Ｒ１及びＲ２を選択し、Ｖｄｓ（ＯＮ）≒０Ｖにする。したがって、バイポーラトランジスタＱ２がＯＦＦ状態であれば、ＶＬ＝Ｖａｃが成立する。バイポーラトランジスタＱ２がＯＮ状態であれば、ＶＬ＝Ｖａｃ−Ｖｄが成立する。

制御器１ａは、制御信号を送信しない時はＰ＿Ｔｘ＝０Ｖとし、バイポーラトランジスタＱ２をＯＦＦ状態に保持する。制御器１ａは、制御信号を送信する際に端子ＲＡ０からパルス列Ｐ＿Ｔｘを出力し、電界効果トランジスタＱ１のゲートにパルス信号を印加する。これにより、制御器１ａは、パルス信号を印加しない時よりも交流出力端子ＺＬ＿Ｈ及びＺＬ＿Ｃ間の電圧ＶＬをツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚと電界効果トランジスタＱ１のゲート閾値電圧Ｖｔとを加算した値に相当する分だけ低下させる。

制御器１ａが図２に示す構成を有する場合、電界効果トランジスタＱ１として電気自動車のモータ駆動等に利用される汎用品を使用することができる。例えば、ＶＢ＝１５Ｖ、Ｒ１＝２００Ω及びＲ２＝３００Ωとすると、Ｖｇ≒６Ｖ、Ｖｄｓ（ＯＮ）≒０．６Ｖ（例えば、導通電流２５Ａ）となり、上記動作を安定的に行うことができる。

ダイオードＤ１及びＤ２は、バイポーラトランジスタＱ２のＯＮ及びＯＦＦによってパルス列を送出する時の逆流防止の役割を果たす。基準パルス列は、交流電源ＡＣの電圧値を確認するための信号である。即ち、基準パルス列は、受信側のＬＥＤランプ２ａが交流電源ＡＣの電圧のピーク値を知るための信号である。

上記構成を有する制御器１ａであれば、電力線４を介してＬＥＤランプ２ａに制御信号を送信する時でも、出力電圧の変動を極めて小さな値にすることができる。例えば、本発明の方式では、信号送出回路の出力インピーダンスは等価的に交流電源負荷に等しく、且つ信号電流は数Ａから２０Ａ程度である。このため、信号パルス列のビット当たりの信号電力は、信号電圧を１０Ｖとしても受信側で数１０Ｗを確保できる。よって、ツェナー電圧Ｖｚ＝５Ｖでも信頼度の高い通信を期待できる。なお、ツェナー電圧Ｖｚ＝５Ｖの時、交流電源電圧の低下は約１０Ｖである。この１０Ｖの低下は、ＡＣ１００Ｖであればピーク電圧１４１Ｖの７％の低下に、ＡＣ２００Ｖであれば３％の低下に相当する。この程度の低下であれば、市販の電気製品の許容範囲に収まる。

電界効果トランジスタＱ１のソース及びドレイン間の耐電圧は、制御信号を送信する時の電圧の振幅Ｖｄ＝Ｖｔ＋Ｖｚ（例えば、１０−２０Ｖ）に耐えることができる値であれば良い。このため、従来のように高い耐電圧を有するスイッチング半導体を使用する必要がない。

一般に、高い耐電圧を有するスイッチング半導体は下記特徴を有する。
・許容電流が低い。
・ＯＮ抵抗が高い。
例えば、特許文献１に記載されたシステムでは、通常はメカニカルリレー接点回路で半導体を短絡状態にし、スイッチング半導体の発熱を防止している。そして、信号を送出する時のみメカニカルリレー接点回路を開き、スイッチング半導体で交流電源を断続させている。また、特許文献１に記載されたシステムでは、大電流をスイッチングすることができないため、負荷装置に供給できる電流が１０Ａ程度になってしまう。

上記構成を有する制御器１ａであれば、例えば、電界効果トランジスタＱ１として電気自動車のモータ駆動等に利用される汎用品を使用しても、負荷装置２全体の電流が２００Ａ程度であれば支障なく制御することができる。

図５は、この発明の実施の形態１における制御システムの適用例を示す図である。
図５に示す例では、スイッチＳＷ１を介してダウンライトＺＤ及びコピー機ＺＣＰが制御器１ａに並列に接続される。ＬＥＤランプ２ａ、シュレッダーＺＭ、パソコンＺＰＣ及び換気扇ＺＦがスイッチＳＷ２を介して制御器１ａに並列に接続される。スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４及びスイッチＳＷ５は、それぞれがスイッチＳＷ２に直列に接続される。換気扇ＺＦは、スイッチＳＷ３を介して制御器１ａに接続される。パソコンＺＰＣは、スイッチＳＷ４を介して制御器１ａに接続される。シュレッダーＺＭは、スイッチＳＷ５を介して制御器１ａに接続される。

図５に示す配線系統は、ダウンライトＺＤ及び換気扇ＺＦ等の設備が既に設置されている施設に、制御器１ａ及びＬＥＤランプ２ａを後から追加した場合を想定している。例えば、既設の設備の許容負荷が３０Ａ／１００Ｖである場合、５０個のＬＥＤランプ２ａを追加してもその全体の負荷が３０Ａ／１００Ｖ以下であれば、上記構成を有する制御器１ａによって各ＬＥＤランプ２ａを支障なく制御できる。ＬＥＤランプ２ａに制御信号を送信する時の電圧変動は僅かであるため、制御信号の送信時に換気扇ＺＦから異音が発生したりダウンライトＺＤが点滅したりすることを防止できる。

したがって、既設の施設に制御器１ａ及びＬＥＤランプ２ａを後から追加する場合に、天井裏及び壁内部の構内配線を変更する必要がない。なお、天井裏及び壁内部の配線を含む構内配線を調査してＬＥＤランプ系統の配線をこれらの配線から独立させる場合は、工事費だけでＬＥＤランプの価格以上になることが多い。本願発明であれば、工事期間を短縮することができ、工事に要する費用を低減させることが可能である。

次に、図６も参照し、制御信号を送信する時の制御器１ａの動作について説明する。図６は、制御器１ａの動作を示すフローチャートである。具体的に、図６は、制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１に組み込まれたプログラムの内容を示している。

制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１は、タイマとコンパレータとを内蔵する。マイクロプロセッサＵ１は、先ず、タイマとコンパレータとを初期化する（Ｓ１０１）。次に、マイクロプロセッサＵ１は、端子ＲＡ５への入力に基づいて周期Ｔｐとパルス幅Ｔｗとを測定する。マイクロプロセッサＵ１は、測定した周期Ｔｐとパルス幅Ｔｗとに基づいてデータ送出タイミングＴｓを算出する（Ｓ１０２）。

マイクロプロセッサＵ１は、Ｓ１０３でパルスの立ち上がりＰｒ（図４（ｃ）参照）の割り込みを待つ。操作パネルＯＰ．Ｐは、利用者がＬＥＤランプ２ａの照度を変更したい時等に操作するための装置である。マイクロプロセッサＵ１は、パルスの立ち上がりＰｒを検出すると操作パネルＯＰ．Ｐからの情報を読み込む（Ｓ１０４）。マイクロプロセッサＵ１は、操作パネルＯＰ．Ｐから制御信号の送信要求を受信すると（Ｓ１０５のＹｅｓ）、その要求の内容に合わせたパルス列Ｐ＿Ｔｘを端子ＲＡ０から送出する（Ｓ１０６）。例えば、マイクロプロセッサＵ１は、パルス列「１１００１１０１０１」を端子ＲＡ０から送出する。これにより、ＬＥＤランプ２ａに供給される電圧が図４（ｅ）に示すように変化する。

次に、ＬＥＤランプ２ａの機能について具体的に説明する。
図４（ｆ）は、図３の（ｆ）点における電圧波形を示す。図４（ｆ）は、ＬＥＤランプ２ａのマイクロプロセッサＵ１の端子ＲＡ５の電圧波形に相当する。整流器ＢＤ１の＋端子及び−端子間に、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２が直列に接続される。図３に示す（ｆ）点は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の接続点である。即ち、図４（ｆ）は、整流器ＢＤ１によって整流された電圧の波形である。

ＬＥＤランプ２ａのマイクロプロセッサＵ１は、内部にタイマとコンパレータとＡＤ変換器とを備える。図４（ｆ）において、ＶｔｈはマイクロプロセッサＵ１の内部に備えられたコンパレータの基準電圧を示す。Ｖ１は、電圧のピーク値である。本実施の形態では、制御器１ａのマイクロプロセッサＵ１は、ピーク点ＰＢを含む第１期間に基準パルス列を割り当てる。このため、制御信号が送出されている時の電圧のピーク値と制御信号が送出されていない時（無信号時）の電圧のピーク値とは、共にＶ１となる。

図４（ｆ）において、ＲｘＶＬ（ｔ）はマイクロプロセッサＵ１の端子ＲＡ５の電圧波形を示す。また、無信号時の電圧波形は、次式で表される。
Ｓｇ＝Ｖ１・Ｓｉｎ（ωｔ）
ωは交流電源ＡＣの角周波数である。マイクロプロセッサＵ１は、ピーク点ＰＢの電圧値Ｖ１から無信号時の電圧Ｓｇを演算する。

図４（ｇ）は、ＬＥＤランプ２ａのマイクロプロセッサＵ１の内部で検出される波形である。図４（ｇ）において、Ｄｔはパルス幅である。マイクロプロセッサＵ１は、内部のタイマとコンパレータとによりパルス幅Ｄｔを計測する。Ｐｆはコンパレータの立下りを示す。立下りＰｆからパルス列Ｐ＿Ｔｘの基点までの時間τは、次式で表される。
τ＝Ｔｓ−Ｄｔ／２
図４（ｆ）及び（ｇ）において、Ｔｓはゼロクロス点からパルス列Ｐ＿Ｔｘの基点までの時間を表す。時間Ｔｓは制御器１ａにおいて予め設定される。

次に、図７も参照し、制御信号を受信した時のＬＥＤランプ２ａの動作について説明する。図７は、ＬＥＤランプ２ａの動作を示すフローチャートである。具体的に、図７は、ＬＥＤランプ２ａのマイクロプロセッサＵ１に組み込まれたプログラムの内容を示している。

ＬＥＤランプ２ａのマイクロプロセッサＵ１は、タイマとコンパレータとＡＤ変換器とパルス幅変調器とを内蔵する。マイクロプロセッサＵ１は、先ず、内部のタイマとコンパレータとＡＤ変換器とパルス幅変調器とを初期化する（Ｓ２０１）。次に、マイクロプロセッサＵ１は、端子ＲＡ５への入力に基づいてパルス幅Ｄｔを測定する。マイクロプロセッサＵ１は、測定したパルス幅Ｄｔに基づいてデータ到着タイミング、即ち時間τを算出する（Ｓ２０２）。

マイクロプロセッサＵ１は、Ｓ２０３でパルスの立ち上がりＰｒの割り込みを待つ。マイクロプロセッサＵ１は、パルスの立ち上がりＰｒを検出するとＡＤ変換を開始する。具体的に、マイクロプロセッサＵ１は、端子ＲＡ５への入力電圧ＲｘＶＬ（ｔ）と算出した電圧Ｓｇとを比較することにより、制御信号の復調処理を行う（Ｓ２０４）。上記比較を行うための計算式（次式）は、マイクロプロセッサＵ１に予め組み込まれている。
Ｓｇａ＝｛Ｖ１・Ｓｉｎ（ωｔ）−ＲｘＶＬ（ｔ）｝

差分Ｓｇａはアナログ値である。このため、マイクロプロセッサＵ１は閾値を用いてデジタル化し、負論理に戻してパルス列を再生する。上記閾値として、例えば、Ｖｄ／２に相当する値（Ｖｄ＊Ｖ１／ＰＢ／２）を用いる。マイクロプロセッサＵ１は、例えば、復調したパルス列Ｓｇｄにビット値「０」と「１」とが混在していれば、パルス列Ｓｇｄが制御信号であることを検出する（Ｓ２０５のＹｅｓ）。復調したパルス列Ｓｇｄが制御信号である場合、マイクロプロセッサＵ１は、復調したパルス列「１１００１１０１０１」に基づいてパルス幅変調信号Ｄｍｇ ＰＷＭを生成する。パルス幅変調信号Ｄｍｇ ＰＷＭは、例えば、ＬＥＤモジュールの照度を変更するための信号である。マイクロプロセッサＵ１は、生成したパルス幅変調信号Ｄｍｇ ＰＷＭをＬＥＤモジュールに出力し、ＰＷＭ制御を実施する（Ｓ２０６）。

上記構成を有するＬＥＤランプ２ａでは、予め定められ位置の電圧値Ｖ１から無信号時の電圧Ｓｇを算出し、算出結果及び受信電圧ＲｘＶＬ（ｔ）の差分と閾値とからパルス列を再生する。このため、例えば、工場等において製造設備の稼働時或いは休止時に発生する交流電源電圧の変動を感知し、その電圧変動を補正した上で復調を行うことができる。また、受信信号の再生プログラムに誤り訂正符号及びその他の技術を採用して復調の信頼性を高めれば、信号スピードを速めることができる。また、復調の信頼性が高まれば、送信側の変調振幅（Ｖｄ）を小さくして他の電気機器への影響を更に低減させることができる。特に、本制御システムが医療機器といった高度な信頼性が要求される機器と同一配線で稼働する場合、変調振幅（Ｖｄ）を小さくできることは重要である。

この発明の実施の形態１における制御システムであれば、負荷装置２の正常な動作を妨げることなく、電力線４を介して負荷装置２に制御信号を送信することができる。なお、以上の説明でも明らかなように、例えば技術の改良によって変調振幅を小さくしても通信の信頼性を確保することができれば、変調振幅Ｖｄ＝Ｖｔとすることも可能である。このような技術が確立できれば、ツェナーダイオードＺＤ１は不要になる。

また、本制御システムであれば、以下の効果も期待できる。
・電力線４のノイズ抑制プログラムの高性能化により、通信のＳ／Ｎを改善して信号送信時の電圧の振幅を低下させることができる。これにより、送電電力を殆ど損なうことなく通信を行うことができ、負荷装置２の誤動作を防止できる。負荷装置２としてＬＥＤランプ２ａが用いられている場合は、ＬＥＤモジュールの明るさのちらつきを防止できる。
・伝送スピードの高速化が期待できる。例えば、５０Ｋボー以上の高速化が期待できる。なお、本実施の形態では説明を割愛したが、制御器１ａの電界効果トランジスタＱ１のゲートにアナログ信号を印加することにより、アナログ信号による情報伝送を実施しても良い。アナログ信号の基準値として上記ＳＢを使用することができる。アナログ信号伝送を更に発展させれば、画像の送信も可能である。

・制御器１ａの電界効果トランジスタＱ１として、例えば車載用のＯＮ抵抗が２ｍΩ以下のＦＥＴを使用すれば、従来技術のようにメカニカルリレーによってスイッチング素子を保護する必要がない。制御器１ａの構成を簡素化できる。また、低コストで大電流（例えば、１００Ｖ／２００Ｖで５０Ａ）の負荷制御が可能である。
・数１０ＭＨｚの搬送波を使用する従来のＰＬＣモデム方式（高周波搬送方式）と異なり、電灯線から妨害電波が発生する恐れがない。

１ 制御器
２ 負荷装置
３ 交流電源
４ 電力線
５ 動作部
６ 送信部
７ 復調部
８ 制御部
１ａ 制御器
Ｕ１ マイクロプロセッサ、 Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗、 Ｃ１〜Ｃ２ コンデンサ、 Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード、 ＺＤ１〜ＺＤ３ ツェナーダイオード、 Ｑ１ 電界効果トランジスタ、 Ｑ２ バイポーラトランジスタ、 ＯＰ．Ｐ 操作パネル、 ＺＬ＿Ｈ、ＺＬ＿Ｃ 交流出力端子
２ａ ＬＥＤランプ
Ｕ１ マイクロプロセッサ、 Ｒ１〜Ｒ２ 抵抗、 Ｃ１〜Ｃ２ コンデンサ、 ＢＤ１ 整流器、 ＺＬ＿Ｈ、ＺＬ＿Ｃ 交流入力端子

Claims (6)

1. 動作部を備えた負荷装置と、
   前記負荷装置に電力線を介して交流電力を供給し、前記動作部を動作させる制御器と、
   を備え、
   前記制御器は、
   前記負荷装置に供給する電圧を交流波形のゼロクロス点以外でゼロにすることなくパルス状に低下させることにより、前記電力線を介して前記負荷装置に制御信号を送信する送信手段と、
   を備え、
   前記負荷装置は、
   前記制御器から受信した制御信号を復調する復調手段と、
   前記復調手段が復調した結果に基づいて前記動作部を制御する制御手段と、
   を備えた制御システム。
2. 前記制御器は、
   前記電力線に接続された第１交流出力端子及び第２交流出力端子と、
   を更に備え、
   前記第１交流出力端子は交流電源の第１端子に接続され、
   前記送信手段は、
   ドレインが前記第２交流出力端子に接続され、ソースが前記交流電源の第２端子に接続された電界効果トランジスタと、
   前記電界効果トランジスタのゲート及びドレイン間に接続されたツェナーダイオードと、
   を備えた請求項１に記載の制御システム。
3. 前記送信手段は、前記電界効果トランジスタのゲートにパルス信号を印加することにより、パルス信号を印加しない時よりも前記第１交流出力端子及び前記第２交流出力端子間の電圧を前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記電界効果トランジスタのゲート閾値電圧とを加算した値に相当する分だけ低下させ、制御信号を送信する請求項２に記載の制御システム。
4. 前記送信手段は、前記負荷装置に制御信号を送信する際に前記負荷装置に供給する電圧の交流波形のピーク点を含む第１期間に所定の基準パルス列を割り当て、前記ピーク点では前記負荷装置に供給する電圧を低下させない請求項３に記載の制御システム。
5. 前記送信手段は、前記第１期間より前の第２期間と前記第１期間より後の第３期間とに前記動作部を動作させるための動作パルス列を割り当て、前記ピーク点の前後で前記負荷装置に供給する電圧をパルス状に低下させる請求項４に記載の制御システム。
6. 前記復調手段は、全波整流素子によって整流された電圧と前記ピーク点の電圧値から算出した無信号時電圧とを比較することにより、前記送信手段が送信した制御信号を復調する請求項４又は請求項５に記載の制御システム。

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