JP4579037B2 - 電力線搬送通信モデムおよび信号トランス回路 - Google Patents

Description

本発明は、既設の電力線を伝送線路とする電力線搬送通信システムに適用される電力線搬送通信モデムに関するものであり、特に、電力線から放射される漏洩電磁界を効果的に低減することができる電力線搬送通信モデムおよび信号トランス回路に関するものである。

既設の電力線を伝送線路として通信を行う電力線搬送通信（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：以下「ＰＬＣ」と略記）では、通信時に電力線から放出される漏洩電磁界が問題となる。ＰＬＣ信号は、電力線に対してディファレンシャル（差動）モードと呼ばれるモードで信号が注入される。しかし、通信線路の回路アンバランスに起因してコモン（同相）モードと呼ばれるモードの信号（コモンモード信号）が発生する場合がある。

コモンモード信号は、２本の電力線を同相で伝わり、大地を帰還パスとして電流ループを形成する。電力線から放出される漏洩電磁界は、このコモンモード電流の大きさに比例すると考えられている。よって、漏洩電磁界を低減するためには、電力線に流れるコモンモード電流を抑制する必要がある。

かかる状況下において、平衡伝送を行う情報通信機器の機器側の入出力部に設けられる平衡伝送回路において、高周波領域における不要電磁輻射量を低減する技術を開示した公報が存在する（例えば、特許文献１、図１参照）。

この特許文献１では、強制型トランスを介して平衡信号を出力する平衡伝送回路において、強制型トランスの２次側の線間にインピーダンス素子を挿入し、インピーダンス素子の電気的中点を容量素子を介してフレームグランド（ＦＧ）かシグナルグランド（ＳＧ）の少なくともいずれか一方に接続するとともに、電気的中点を強制型トランスのセンタータップに接続するように構成することで、差動信号基準電位とコモンモード中点電位とが同一電位となり、伝送路のバランス（平衡）度の向上を図るようにしている。

特開平９−３６８１７号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、送信信号におけるコモンモード成分にあっては、ＦＧに流れ込むことで不要電磁輻射量の低減という効果を高めることができるが、逆に、伝送路を伝播してきた受信信号におけるコモンモード成分に対しては、対ＦＧインピーダンスが低下する結果、コモンモード電流を増大させてしまうといった問題点があった。

また、ＰＬＣシステムにおける伝送路は既設の電力線であるため、一般的に回路のバランス構成が悪く、理想的な平衡線路であるとは言い難い。このとき、特許文献１に示される従来技術では、グランドとの結合回路がトランスの２次側（通信路側）に存在するため、トランス中点が理想的でないと、コモンモード信号の対グランド間との結合により、却ってコモンモード電流を増加させてしまうといった問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信信号のみならず受信信号におけるコモンモード成分においても、コモンモード電流の増加を抑制可能な電力線搬送通信モデムおよび信号トランス回路を提供することを目的とする。また、接続される伝送路が理想的な平衡線路でなくても、コモンモード電流の増加を抑制可能な電力線搬送通信モデムおよび信号トランス回路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力線搬送通信モデムは、伝送線路として電力線を使用する電力線搬送通信モデムにおいて、信号線対が一方側に接続されるとともに前記電力線が他方側に接続される信号トランスと、コモンモード信号における対ＧＮＤ間インピーダンスを低減させる低インピーダンス回路と、所定の制御信号に基づいて動作するスイッチ回路と、を備え、前記低インピーダンス回路および前記スイッチ回路の両者を介して、前記信号線対とＧＮＤとが接続されることを特徴とする。

本発明にかかる電力線搬送通信モデムによれば、コモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスを下げる低インピーダンス回路を信号トランスに接続される電力線とは反対側に設け、さらにスイッチ回路を設けることにより、必要な場合にのみ低インピーダンス回路が機能する構成としているので、通信路を伝播してきた受信信号におけるコモンモード成分の増加をも抑制することができるという効果が得られる。また、低インピーダンス回路を電力線とは反対側に配置するようにしているので、通信路とＧＮＤとの間の結合の増加を防止することができ、接続される通信路が理想的な平衡線路でなくても、コモンモード電流の増加を抑制することができるという効果が得られる。

以下に、本発明にかかる電力線搬送通信モデムおよび信号トランス回路の実施の形態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本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力線搬送通信モデムの回路構成を示す図である。同図において、入出力端子を具備するモデム装置８が、例えば既設の電力線である電力線３に接続されている。本発明の電力線搬送通信モデムに相当するモデム装置８は、例えば、この電力線３を伝送線路として所定の通信を行う。

図１において、モデム装置８は、１次巻線および１次巻線に磁気結合される２次巻線を具備し、１次巻線側（以下「１次側」という）が自身内部の信号線対９に接続されるとともに、２次巻線側（以下「２次側」という）が電力線３に接続される信号トランス１と、信号トランス１の１次巻線側（以下１次側」という）において、伝送信号の送受および所定の通信制御などを行う通信制御回路７と、信号トランス１を介して電力線３から伝送された伝送信号を増幅して通信制御回路７に出力する増幅器４−１と、通信制御回路７から出力された信号（通信信号）を増幅して信号トランス１に出力する増幅器４−２と、信号線対９のそれぞれに接続される一対のスイッチを具備するとスイッチ回路２と、スイッチ回路２とグラウンド（以下「ＧＮＤ」と略記）との間に挿入され信号線対９とグラウンド（以下「ＧＮＤ」と表記）との間を接続する低インピーダンス回路５と、を備えている。なお、低インピーダンス回路５は、コモンモード信号に対してのみインピーダンスが低くなるように構成された回路であり、例えばノーマルモードチョーク素子などが代表的なものとして挙げられる。

つぎに、図１に示したモデム装置８の特徴について説明する。同図において、信号トランス１の１次側では、例えば、回路構成上のアンバランスなどによってコモンモード信号が発生する場合がある。このようにして発生したコモンモード信号は、信号トランス１を介して電力線３に伝播される。特に、信号トランス１の１次巻線−２次巻線間の結合容量が大きい場合には、信号レベルの高いコモンモード信号が電力線３に伝播されることになる。

一方、この実施の形態では、上記コモンモード信号の電力線３への伝播を抑制するために、低インピーダンス回路５を信号トランス１の１次側に設けるようにしている。この構成により、コモンモード信号に基づいて信号トランス１の１次側に発生したコモンモード電流をＧＮＤ側に導くことができ、電力線３への伝播を抑制することができる。なお、低インピーダンス回路５を信号トランス１の１次側に配置しているので、電力線３側から伝送されたコモンモード信号に起因してコモンモード電流を増大させてしまうといった従来技術における問題点（対グランド間の結合を増加させてしまう）が払拭される。

また、低インピーダンス回路５と信号線対９との間にはスイッチ回路２が設けられ、モデム装置８が送信動作を行う場合のみ、通信制御回路７から出力されたスイッチ制御信号６に基づいてスイッチ回路２がオンとなるように制御される。

この構成により、送信時に信号トランス１の１次側におけるコモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスが低インピーダンス回路５によって低く保持され、電力線３側へ出力されるコモンモード信号が抑制される。一方、低インピーダンス回路５と信号線対９との接続は送信時にのみ限定されるので、受信時に電力線３側から入力されるコモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスが高く保持され、電力線３側に流れるコモンモード電流の増加が抑制される。

つぎに、図１に示したモデム装置の動作について図２および図３を用いて説明する。なお、図２は、送信時／受信時におけるモデム装置の要部動作波形およびコモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスを示す図であり、図３は、送信時／受信時のそれぞれにおけるコモンモード信号の状態を示す図である。

まず、図２において、モデム装置８にて送信動作が行われる場合には、通信制御回路７からスイッチ回路２に対してスイッチ制御信号６（オン信号）が出力かつ保持され、スイッチ回路２を介して信号線対９と低インピーダンス回路５とが接続されてコモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスが略０Ωに低下する。したがって、通信制御回路７からオン信号が出力されるとき、図３に示すように、低インピーダンス回路５の作用によってコモンモード信号がＧＮＤへ流れ込み、コモンモード信号の電力線３側への伝播が阻止される。

一方、モデム装置８にて受信動作が行われる場合（例えば、モデム装置８が送信動作に引き続いて受信動作に入る場合など）には、通信制御回路７からスイッチ回路２に対してスイッチ制御信号６（オフ信号）が出力かつ保持され、信号線対９と低インピーダンス回路５との接続が開放されてコモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスがハイインピーダンスとなる。したがって、通信制御回路７からオフ信号が出力されるとき、図３に示すように、電力線３から伝播してきたコモンモード電流のＧＮＤへの流れ込みが阻止され、電力線３側におけるコモンモード電流の増大が抑制される。

なお、上記の説明では、スイッチ回路２は、スイッチ制御信号６（オン信号）が出力かつ保持されたときにオン（メーク）し、スイッチ制御信号６（オフ信号）が出力かつ保持されたときにオフ（ブレーク）するように動作するスイッチ機構として説明したが、スイッチ制御信号６（オン信号）が出力されたときにメークし、スイッチ制御信号６（オフ信号）が出力されたときにブレークするように動作するスイッチ機構であってもよい。すなわち、スイッチをメークあるいはブレークするときにオン信号やオフ信号が必ずしも保持されている必要はない。

以上説明したように、この実施の形態の電力線搬送通信モデムによれば、信号トランスの１次側（モデム内部側）にコモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスを下げる低インピーダンス回路を設け、さらにスイッチ回路を設けることにより、必要な場合にのみ低インピーダンス回路が機能する構成としているので、電力線を伝播してきた受信信号におけるコモンモード成分の増加をも抑制することができる。

また、この実施の形態の電力線搬送通信モデムによれば、低インピーダンス回路を１次側（通信路とは反対側）に配置するようにしているので、通信路とＧＮＤとの間の結合の増加を防止することができ、接続される通信路が理想的な平衡線路でなくても、コモンモード電流の増加を抑制することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる信号トランス回路の概略構成を示す図である。同図に示す信号トランス回路の要部である信号トランス１の特徴は、つぎの２点にある。
（１） 自身の１次巻線１−３に内挿されるコア（トランスコア）１−１の１次巻線側の表面上に金属コーティング１−２が施されている。
（２） 金属コーティング１−２は、スイッチ回路１１を介してＧＮＤと接続されるように構成されている。
なお、信号トランス１のコア材としては、例えばフェライトなどの絶縁材質を用いるのが好適であるが、トランスの機能を極端に損なわないものであればフェライト以外の絶縁物質を用いてもよい。また、金属コーティング１−２は、コア１−１の表面上に付着できるものであれば何でもよいが、本信号トランス回路の効果を高めるためには、導電性の高い性質を有する金属が好ましい。

図４において、信号トランス１の１次巻線１−３は、金属コーティング１−２との容量結合が強くなるため、信号トランス１の１次側で発生したコモンモード信号は、金属コーティング１−２からスイッチ回路１１を介してＧＮＤへ流れる。この作用によって、図示しない伝送線路（例えば電力線）に出力されるコモンモード信号が抑制される。

なお、スイッチ回路１１は、図示しない制御手段からのスイッチ制御信号６によって送信時にのみオンとなるように制御される。例えば、送信時には、上述のように金属コーティング１−２がスイッチ回路１１を介してＧＮＤに接続されることで信号トランス１の１次側にて発生したコモンモード信号に基づくコモンモード電流がＧＮＤに流れ易くなり、金属コーティングの効果が得られる。

一方、受信時には、２次巻線１−４側（電力線側）からコモンモード電流が入力された場合に、伝播されたコモンモード電流のＧＮＤへの流れ込みを阻止するため、金属コーティング１−２のＧＮＤとの接続が遮断されるように制御される。

以上説明したように、この実施の形態の信号トランス回路によれば、信号トランスコアの１次巻線側に施された金属コーティングがスイッチ回路を介してＧＮＤに接続されるとともに、送信時にのみスイッチ回路がオンとなるように制御されるので、信号トランス１の１次側にて発生したコモンモード信号に基づくコモンモード電流がＧＮＤに流れ易くなり、通信路を伝播してきた受信信号におけるコモンモード成分の増加をも抑制することができる。

また、この実施の形態の信号トランス回路によれば、低インピーダンス回路を１次側（通信路とは反対側）に配置するようにしているので、通信路とＧＮＤとの間の結合の増加を防止することができ、接続される通信路が理想的な平衡線路でなくても、コモンモード電流の増加を抑制することができる。

以上のように、本発明にかかる電力線搬送通信モデムは、既設の電力線を伝送線路とする電力線搬送通信システムに適用可能な通信モデムとして有用であり、特に、電力線から放射される漏洩電磁界を効果的に低減させたい場合などに適している。

本発明の実施の形態１にかかる電力線搬送通信モデムの回路構成を示す図である。 送信時／受信時におけるモデム装置の要部動作波形およびコモンモード信号の対ＧＮＤ間インピーダンスを示す図である。 送信時／受信時のそれぞれにおけるコモンモード信号の状態を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる信号トランス回路の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 信号トランス
１−１ コア
１−２ 金属コーティング
１−３ １次巻線
１−４ ２次巻線
２，１１ スイッチ回路
３ 電力線
４−１，４−２ 増幅器
５ 低インピーダンス回路
６ スイッチ制御信号
７ 通信制御回路
８ モデム装置
９ 信号線対

Claims (3)

1. 伝送線路として電力線を使用する電力線搬送通信モデムにおいて、
   信号線対が一方側に接続されるとともに前記電力線が他方側に接続される信号トランスと、
   コモンモード信号における対ＧＮＤ間インピーダンスを低減させる低インピーダンス回路と、
   前記モデムが送信動作を行う場合のみオンとなるスイッチ回路と、
   を備え、
   前記低インピーダンス回路および前記スイッチ回路の両者を介して、前記信号線対とＧＮＤとが接続されることを特徴とする電力線搬送通信モデム。
2. 前記信号トランスは、トランスコアと、該トランスコアに巻装され前記信号線対に接続される１次巻線と、該トランスコアに巻装されて該１次巻線に磁気結合され前記電力線に接続される２次巻線と、を具備すると共に、前記信号トランスの１次巻線側のトランスコアの表面には金属コーティングが施されており、
   前記金属コーティングは、該金属コーティングの一端と前記スイッチ回路のＧＮＤには接続されていない側の端子とが接続されることにより前記低インピーダンス回路として動作することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信モデム。
3. 伝送線路として電力線を使用する電力線搬送通信モデムに適用される信号トランス回路において、
   トランスコアと、該トランスコアに巻装される１次巻線と、該トランスコアに巻装されて該１次巻線に磁気結合される２次巻線と、該トランスコアの１次巻線側の表面のみに施される金属コーティングと、を具備し、信号線対が該１次巻線に接続されるとともに前記電力線が該２次巻線に接続される信号トランスと、
   前記モデムが送信動作を行う場合のみオンとなるスイッチ回路と、
   を備え、
   前記金属コーティングが施された前記トランスコアが前記スイッチ回路を介してＧＮＤに接続されることを特徴とする信号トランス回路。

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