JP2019165396A - Terminal device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2本の伝送線を介して中央処理装置から電力の供給を受けつつ中央処理装置と通信を行う端末装置に関する。 The present invention relates to a terminal device that communicates with a central processing unit while receiving power from the central processing unit via two transmission lines.
2本の伝送線を使用して中央処理装置が端末器に対して給電および制御信号の送信を行う信号伝送システムでは、中央処理装置から端末器への信号送信は電圧を変化させる電圧モードで行い、端末器から中央処理装置への信号送信は電流を変化させる電流モードで行う(例えば、特許文献1)。 In a signal transmission system in which the central processing unit uses two transmission lines to supply power to the terminal and transmit control signals, signal transmission from the central processing unit to the terminal is performed in a voltage mode in which the voltage is changed. The signal transmission from the terminal unit to the central processing unit is performed in a current mode in which the current is changed (for example, Patent Document 1).
上記の信号伝送システムにおいて、端末器は、中央処理装置から伝送路に出力される電圧パルスを整流し、回路内部に備わるコンデンサに蓄電することで内部電源を得る。しかしながら、電圧パルスのエッジに含まれる周波数成分が伝送線と共振すると、高周波のリンギングが発生し、端末装置に備わるコンデンサに突入電流が流れ込む。そのため、消費電流が小さく、ある電圧パルスが発生してから次の電圧パルスが発生するまでの間に、最初の電圧パルスによる突入電流で得た余剰電力を消費できない端末装置は、内部電源が昇圧され、部品が破損してしまう可能性があるという問題があった。 In the above signal transmission system, the terminal rectifies the voltage pulse output from the central processing unit to the transmission line, and stores it in a capacitor provided in the circuit to obtain an internal power source. However, when the frequency component included in the edge of the voltage pulse resonates with the transmission line, high-frequency ringing occurs, and an inrush current flows into the capacitor provided in the terminal device. For this reason, terminal devices that consume a small amount of current and cannot consume surplus power from the inrush current due to the first voltage pulse after the occurrence of one voltage pulse until the next voltage pulse is There is a problem that the parts may be damaged.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電圧パルスに基づいて生成する内部電源の電圧が必要以上に上昇するのを防止可能な端末装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a terminal device that can prevent an internal power supply voltage generated based on a voltage pulse from rising more than necessary.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、2本の伝送線を使用して中央処理装置が端末装置に対して給電を行いつつ、中央処理装置から端末装置へ伝送線の電圧極性を反転させながら制御信号の送信を行う信号伝送システムの端末装置である。端末装置は、2本の伝送線を介して中央処理装置から伝送される電圧パルスを整流して出力する整流回路と、整流回路から出力される直流電圧が入力され、入力された直流電圧が予め定められた値を超えた場合に予め定められた値以下となるよう直流電圧を抑制して出力するピーク電圧抑制回路と、ピーク電圧抑制回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a transmission line from the central processing unit to the terminal device while the central processing unit supplies power to the terminal device using two transmission lines. This is a terminal device of a signal transmission system that transmits a control signal while reversing the voltage polarity. The terminal device receives a rectification circuit that rectifies and outputs a voltage pulse transmitted from the central processing unit via two transmission lines, and a DC voltage output from the rectification circuit. A peak voltage suppression circuit that suppresses and outputs a DC voltage so as to be equal to or less than a predetermined value when a predetermined value is exceeded, a smoothing circuit that smoothes the DC voltage output from the peak voltage suppression circuit, Is provided.
本発明にかかる端末装置は、電圧パルスに基づいて生成する内部電源の電圧が必要以上に上昇するのを防止できる、という効果を奏する。 The terminal device according to the present invention has an effect that the voltage of the internal power source generated based on the voltage pulse can be prevented from rising more than necessary.
以下に、本発明の実施の形態にかかる端末装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Below, the terminal device concerning an embodiment of the invention is explained in detail based on a drawing. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる端末装置を含んで構成される信号伝送システムの一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a signal transmission system including the terminal device according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態にかかる信号伝送システム100は、中央処理装置1と、端末装置2とを備え、中央処理装置1と各端末装置2は、伝送線saおよび伝送線sbの2本の伝送線を介して接続される。また、中央処理装置1には交流電源3から交流電力が供給される。
A
中央処理装置1は、伝送線saおよび伝送線sbを介して端末装置2に電力を供給するとともに、制御信号を送信して端末装置2を制御する。端末装置2は、中央処理装置1から受信する制御信号の内容に従い動作する。例えば、端末装置2は図示を省略した他の機器と接続され、中央処理装置1から受信した制御信号に含まれる制御情報に従い、接続されている他の機器の制御を行う。他の機器の一例は照明機器であるがこれに限定されない。
The
図2は、実施の形態1にかかる中央処理装置1が伝送線saおよび伝送線sbに出力する電圧モードの信号の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a voltage mode signal output to the transmission line sa and the transmission line sb by the
中央処理装置1は、図2のように±ΔVの電圧パルスを、送信する制御信号の内容に基づく間隔(図2の例ではat[sec]、bt[sec])で正負の極性を切り替えることにより、制御信号を端末装置2に送信する。なお、−ΔVの電圧パルスの幅btおよび+ΔVの電圧パルスの幅atは制御信号に含まれるビットの状態に対応する。中央処理装置1は、例えば、ビットの状態が‘1’であれば電圧パルスの幅をatとし、‘0’であれば電圧パルスの幅をbtとする。この場合、制御信号に1と0が交互に繰り返すビット列が含まれていれば、1と0が交互に繰り返す区間では、幅がatの電圧パルスと幅がbtの電圧パルスとが交互に繰り返すことになる。一方、端末装置2は、予め定められた一定時間にわたって伝送線saと伝送線sbとを短絡させることにより、Δtのパルス幅をもつ電流パルスを生成し、中央処理装置1に応答する。なお、Δtは一定値である。
The
図3は、実施の形態1にかかる端末装置2の構成例を示す図である。端末装置2は、制御回路20、整流回路21、電流パルス出力回路22、ピーク電圧抑制回路23、逆流防止回路24、電流制限回路25、平滑回路26および負荷30を備える。整流回路21は、伝送線saおよび伝送線sbに接続される。整流回路21には、中央処理装置1で生成され、伝送線saおよび伝送線sbに出力される電圧モード信号の±ΔVの電圧パルスが入力される。平滑回路26の両端には、負荷30が接続される。整流回路21、ピーク電圧抑制回路23、電流制限回路25および平滑回路26は、中央処理装置1から出力される電圧パルスに基づいて内部電源を生成する回路である。なお、端末装置2が備える各回路を構成する回路要素および各回路要素の接続関係は、図3に示したものに限定されない。後述する各回路の動作が実現できるのであれば、回路を構成する回路要素の種類、数および接続関係が異なっていてもよい。
FIG. 3 is a diagram of a configuration example of the
制御回路20は、電流パルス出力回路22のトランジスタQ1を制御する。制御回路20は、例えばマイクロコントローラで実現される。整流回路21は、ダイオードブリッジDBで構成され、伝送線saおよび伝送線sbから入力される±ΔVの電圧パルスを直流電圧に整流する。電流パルス出力回路22は、トランジスタQ1および抵抗R1で構成される。電流パルス出力回路22は、制御回路20により制御され、伝送線saと伝送線sbとを短絡させることにより、中央処理装置1へ送信する信号である電流パルスを生成する。ピーク電圧抑制回路23は、ツェナーダイオードZD1で構成される。ピーク電圧抑制回路23は、整流回路21で生成される直流電圧が予め定められた一定値を超えた場合、一定値以下の電圧となるよう抑制して出力する。逆流防止回路24は、ダイオードD1で構成される。逆流防止回路24は、整流回路21で生成される直流電圧が平滑回路26の両端の電圧よりも低い状態となった場合に、平滑回路26から整流回路21へ電流が逆流することを防止する。電流制限回路25は、制限抵抗R2で構成され、平滑回路26に流れ込む突入電流を抑制する。平滑回路26は、蓄電コンデンサC1で構成される。平滑回路26は、整流回路21から出力される電流を蓄電コンデンサC1に蓄積することにより平滑化を行う。蓄電コンデンサC1に蓄積した電荷は負荷30により消費される。
The
なお、整流回路21は、ダイオードブリッジDBで実現されることを想定しているが、AC(Alternating Current)の入力波形をDC(Direct Current)の波形に整流できる回路、または素子であれば何でもよい。また、電流パルス出力回路22は、バイポーラトランジスタであるトランジスタQ1と抵抗R1とで構成されるスイッチング回路を想定しているが、バイポーラトランジスタの代わりにFET(Field Effect Transistor)を用いたスイッチング回路など、伝送線を短絡できる回路、または素子であれば何でもよい。また、ピーク電圧抑制回路23は、ツェナーダイオードZD1で構成される電圧リミッタ回路を想定しているが、ツェナーダイオードの代わりにバリスタまたはトライアックを用いた電圧リミッタ回路など、電圧のピークを抑制できる回路、または素子であれば何でもよい。また、逆流防止回路24のダイオードD1は、スイッチングダイオードで構成される単方向整流素子を想定しているが、ショットキーバリアダイオードを用いた単方向整流素子など、逆方向に電流が流れないように制御できる回路、または素子であれば何でもよい。
The
以下、本実施の形態にかかる端末装置2の動作、具体的には、平滑回路26を構成する蓄電コンデンサC1への突入電流を抑制する動作について、図3〜図5を参照しながら説明する。図4は、実施の形態1にかかる端末装置に入力される電圧モード信号の一例を示す図である。図5は、実施の形態1にかかる端末装置2の内部で生成される電圧波形の一例を示す図である。
Hereinafter, the operation of the
端末装置2の整流回路21には、図4に示した波形の電圧、すなわち、電圧パルスのエッジに含まれる高周波成分が伝送線sa,sbで共振することにより生じたリンギング波形が重畳された電圧パルスが入力される。この電圧パルスは、整流回路21を通過すると、図5のように+ΔVの直流電圧に整流されるが、整流後の直流電圧もリンギング波形が重畳された状態となる。よって、図5に示した波形の直流電圧が整流回路21から出力され、電流パルス出力回路22を経由してピーク電圧抑制回路23に到達する。
The voltage of the waveform shown in FIG. 4, that is, the voltage in which the ringing waveform generated by the resonance of the high frequency component included in the edge of the voltage pulse on the transmission lines sa and sb is superimposed on the
ピーク電圧抑制回路23は、整流回路21から入力された直流電圧に含まれるリンギング波形のピーク電圧+Vpが自身の抑制する電圧+Vclよりも大きい場合、ツェナーダイオードZD1に電流が流れる。これにより、+Vpと+Vclの差分電圧すなわち“Vp−Vcl”だけピーク電圧が降圧し、図5のようにピーク電圧が+Vclに抑制される。図5において、実線は、整流回路21が出力する電圧の波形でありピーク電圧抑制回路23に入力される電圧の波形に相当する。破線は、ピーク電圧抑制回路23が出力する電圧の波形を示す。ピーク電圧抑制回路23が出力するピーク電圧抑制後の直流電圧は、逆流防止回路24を経由して電流制限回路25に到達する。
When the peak voltage + Vp of the ringing waveform included in the DC voltage input from the
電流制限回路25の制限抵抗R2に入力される電圧が、内部電源が必要とする電圧Vccよりも大きい場合、制限抵抗R2は、入力電圧と電圧Vccとの差分、すなわち、入力電圧から電圧Vccを差し引いた電圧だけ、入力電圧が降圧するよう、逆流防止回路24を経由して流れ込む電流を消費する。これにより、電流制限回路25は、平滑回路26の蓄電コンデンサC1に流入する突入電流を負荷30が消費する電流Irlとなるように抑制する。なお、制限抵抗R2の抵抗値は、蓄電コンデンサC1への突入電流の値および周波数に対し、制限抵抗R2および蓄電コンデンサC1で構成される回路の時定数が、突入電流を抑制するために十分な値となるように決定される。突入電流を抑制するために十分な値とは、突入電流により蓄電コンデンサC1に余剰に蓄積される電力が負荷30で消費される電力以下となる値、すなわち、蓄電コンデンサC1の両端の電圧が一定値以下となる値である。制限抵抗R2および蓄電コンデンサC1で構成される回路の時定数は、蓄電コンデンサC1への突入電流の周波数および負荷30が消費する電力の平均値に基づいて決定される。
When the voltage input to the limiting resistor R2 of the current limiting
一般的に、ピーク電圧抑制回路23を通過した後の電圧のピーク値+Vclは、小さいほどリンギング波形のピーク電圧抑制効果を上げられる。しかし、ピーク電圧抑制回路23による抑圧量を大きくして+Vclの値を小さくすると、差分電圧Vp−Vclが大きくなるため、ピーク電圧抑制回路23が動作時にツェナーダイオードZD1に流す電流が増加し、大型の回路、または素子が必要となる。また、制限抵抗R2の抵抗値は、大きいほど突入電流を抑制できるが、制限抵抗R2による電圧の損失が大きくなってしまう。
In general, the smaller the peak value + Vcl of the voltage after passing through the peak
ピーク電圧抑制回路23および電流制限回路25は、それぞれ単独でも蓄電コンデンサC1に流入する突入電流の抑制に効果を発揮するため、いずれか一方の回路を備えた構成とした場合でも、電圧モードの信号から生成する内部電源の電圧が過剰に上昇して部品が破損してしまうのを防止できる。しかし、ピーク電圧抑制回路23と電流制限回路25とを組み合わせることにより、ピーク電圧抑制回路23を小型にでき、かつ電流制限回路25の制限抵抗R2の抵抗値を小さくすることができる。制限抵抗R2の抵抗値を小さくできるため、制限抵抗R2による電圧損失を軽減することができる。この場合、制限抵抗R2および蓄電コンデンサC1で構成される回路の時定数は、負荷30の消費電力に基づき、ピーク電圧抑制回路23でピークが抑制された後のピーク電圧+Vclで決まる突入電流のピーク値および突入電流の周波数に対して十分な値となるように決定される。
Since the peak
このように、本実施の形態にかかる端末装置2は、中央処理装置1から出力される電圧パルスを整流して得られる直流電圧のピーク値を抑制するピーク電圧抑制回路23と、直流電圧を平滑化する平滑回路26に対する突入電流を制限する電流制限回路25とを備える。これにより、平滑回路26を構成する蓄電コンデンサC1に印加される電圧のピーク値を抑制することができ、内部電源の電圧が必要以上に上昇してしまうのを防止できる。また、端末装置2は、ピーク電圧抑制回路23および電流制限回路25により蓄電コンデンサC1に印加される電圧のピーク値を抑制するため、それぞれの回路が大きくなるのを防止できる。また、電流制限回路25の制限抵抗R2における電圧損失を軽減することができる。
As described above, the
実施の形態2.
図6は、実施の形態2にかかる端末装置の回路構成の一例を示す図である。実施の形態2にかかる端末装置2aは、実施の形態1にかかる端末装置2のピーク電圧抑制回路23を削除し、ピーク電圧抑制回路27を整流回路21の前段に備えるようにしたものである。端末装置2aは、ピーク電圧抑制回路27以外の構成は端末装置2と同様であるため、ピーク電圧抑制回路27以外の構成については説明を省略する。
FIG. 6 is a diagram of an example of a circuit configuration of the terminal device according to the second embodiment. In the terminal device 2a according to the second embodiment, the peak
ピーク電圧抑制回路27は、双方向のツェナーダイオードZD2で構成される。ピーク電圧抑制回路27は、伝送線saおよび伝送線sbから入力される±ΔVの電圧パルスの電圧値が予め定められた一定値を超えた場合、一定値以下の電圧(±ΔVcl)となるよう抑制して出力する。
The peak
端末装置2aの整流回路21には、ピーク電圧抑制回路27で電圧値が−ΔVcl〜+ΔVclの範囲に抑制された状態の電圧パルスが入力される。整流回路21は、ピーク電圧抑制回路27を介して入力される±ΔVclの電圧パルスを直流電圧に整流する。端末装置2aに入力される入力される電圧モード信号の波形が図4に示したものである場合に整流回路21から出力される電圧の波形は、図7に示したものとなる。なお、端末装置2aでは、整流回路21の前段においてピーク電圧抑制回路27が電圧のピークを抑制するため、整流回路21を構成するダイオードにおいて生じる損失の分だけ、図7に示した電圧波形のピークが図5に実線で示した電圧波形のピークよりも小さくなる。
The
本実施の形態にかかる端末装置2aは、実施の形態1にかかる端末装置2と同様の効果を奏することができる。
The terminal device 2a according to the present embodiment can achieve the same effects as the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 中央処理装置、2 端末装置、3 交流電源、20 制御回路、21 整流回路、22 電流パルス出力回路、23 ピーク電圧抑制回路、24 逆流防止回路、25 電流制限回路、26 平滑回路、30 負荷、100 信号伝送システム。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記2本の伝送線を介して前記中央処理装置から伝送される電圧パルスを整流して出力する整流回路と、
前記整流回路から出力される直流電圧が入力され、入力された直流電圧が予め定められた値を超えた場合に前記予め定められた値以下となるよう直流電圧を抑制して出力するピーク電圧抑制回路と、
前記ピーク電圧抑制回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、
を備える端末装置。 Signal transmission in which the central processing unit uses two transmission lines to feed power to the terminal device and transmits a control signal from the central processing unit to the terminal device while inverting the voltage polarity of the transmission line. The terminal device of the system,
A rectifying circuit that rectifies and outputs voltage pulses transmitted from the central processing unit via the two transmission lines;
DC voltage output from the rectifier circuit is input, and when the input DC voltage exceeds a predetermined value, the DC voltage is suppressed and output so as to be equal to or less than the predetermined value. Circuit,
A smoothing circuit for smoothing a DC voltage output from the peak voltage suppression circuit;
A terminal device comprising:
前記2本の伝送線を介して前記中央処理装置から伝送される電圧パルスの電圧が予め定められた値を超えた場合に前記予め定められた値以下となるよう前記電圧パルスの電圧を抑制して出力するピーク電圧抑制回路と、
前記ピーク電圧抑制回路から出力される電圧パルスを整流して出力する整流回路と、
前記整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、
を備える端末装置。 Signal transmission in which the central processing unit uses two transmission lines to feed power to the terminal device and transmits a control signal from the central processing unit to the terminal device while inverting the voltage polarity of the transmission line. The terminal device of the system,
When the voltage of the voltage pulse transmitted from the central processing unit via the two transmission lines exceeds a predetermined value, the voltage of the voltage pulse is suppressed to be equal to or less than the predetermined value. Output peak voltage suppression circuit,
A rectifying circuit that rectifies and outputs a voltage pulse output from the peak voltage suppressing circuit;
A smoothing circuit for smoothing a DC voltage output from the rectifier circuit;
A terminal device comprising:
を備える請求項1または2に記載の端末装置。 A current limiting circuit for suppressing an inrush current to the smoothing circuit;
The terminal device according to claim 1, comprising:
前記電流制限回路を抵抗とし、
前記コンデンサおよび前記抵抗で構成される回路の時定数は、前記突入電流の周波数と、前記コンデンサに蓄積された電力を消費する負荷の消費電力とに基づいて決定される、
請求項3に記載の端末装置。 The smoothing circuit is a capacitor,
The current limiting circuit is a resistor,
The time constant of the circuit composed of the capacitor and the resistor is determined based on the frequency of the inrush current and the power consumption of the load that consumes the power stored in the capacitor.
The terminal device according to claim 3.
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WO2014167799A1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-10-16 | パナソニック株式会社 | Communication terminal and communication system |
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