JP5143629B2 - 電力線搬送通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給を行う電力線を伝送路として用いて通信を行う電力線搬送通信装置に関する。

近年、通信技術の進展により様々な技術分野でネットワーク化が進んでおり、建物内の様々な電気機器（電子機器を含む、以下同じ）がネットワークに接続されつつある。このネットワーク化に際し、既設の配線を利用することから新たな伝送路を布設する必要がないという利点や、そのために導入に伴う初期費用がその分低廉であり、建物の美観も損ねないという利点等から、これら電気機器に電力を供給する電力線を伝送路に利用した電力線搬送通信（Powre Line Communication、以下、「ＰＬＣ」と略記する。）が盛んに研究、開発されている。このＰＬＣは、商用電源の電力波形に商用周波数よりも高い周波数のＰＬＣの通信信号を重畳して送受信を行う通信方式である。そして、近年では、インターネット等の高速通信に対応可能とすること等を目的としてＰＬＣに関する法規制の緩和が検討され、従来のＰＬＣで使用可能な１０ｋＨｚ〜４５０Ｈｚの周波数帯に加えて、より高周波数の２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯の使用が検討され、ＰＬＣには、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯の通信信号を用いてＰＬＣを行う高速ＰＬＣと、１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの周波数帯の通信信号を用いてＰＬＣを行う低速ＰＬＣとが知られている。

一方、複数の通信装置を備える通信システムにおいて、前記通信装置は、省電力化を目的として、いわゆるアクティブ状態と言われる動作状態といわゆるスリープ状態と言われる待機状態とを交互に切り換えて動作する間欠動作を行うように構成されている。このような通信システムでは、各通信装置間で通信を行うために、各通信装置における動作状態の開始タイミングを合わせる同期を取る必要がある。このような同期を取る方法は、例えば、各通信装置内に、計時を行う比較的高精度の時計を設け、各通信装置の各時計の時刻を合わせることによって互いの同期を取る方式や、通信システム内に基準となる時刻を管理する時刻管理装置を設け、各通信装置が前記時刻管理装置から通信によって時刻情報を取得することで自通信装置の時刻を補正しながら互いの同期を取る方式等がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−０９６４２９号公報

ＰＬＣを行う電力線搬送通信装置を用いることによって前記通信システムを構成する場合でも、各電力線搬送通信装置間において互いの同期を取る必要がある。各電力線搬送通信装置に時計を設ける前記方式では、比較的高精度な時計が必要であるため、電力線搬送通信装置のコストが高くなってしまう。また、ＰＬＣでは、電気機器が電力線に接続されることによって電力線が低インピーダンス状態になった場合や電気機器からのノイズが電力線にのった場合等によって、通信信号を送受信することが難しい場合があるため、通信システムに時刻管理装置を設ける前記方式を採用することが難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、商用電源のゼロクロスタイミングを利用することによって互いの同期を取ることができる電力線搬送通信装置を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の他の一態様にかかる電力線搬送通信装置は、電力線に接続するための一対の電路と、前記電路を伝送する電力線搬送通信の通信信号を取り出すとともに、前記電路に前記電力線搬送通信の通信信号を重畳する結合部と、前記結合部で取り出された電力線搬送通信の通信信号を復調するとともに、データを電力線搬送通信の通信信号に変調して前記結合部へ出力する電力線搬送通信部とを備え、前記結合部は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出部を含み、前記電力線搬送通信部は、前記検出部で検出したゼロクロスタイミングに基づいて動作し、前記結合部は、商用周波数に対して高インピーダンスである結合コンデンサと、１次巻き線が前記結合コンデンサと直列に接続され、前記電力線搬送通信の通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスとを備え、前記検出部は、前記結合トランスの１次側に直列に接続され、交流電力が入力可能なフォトカプラを備え、前記電力線搬送通信に利用される周波数に対して低インピーダンスであるコンデンサが前記フォトカプラにおける一対の入力端子間に設けられていることを特徴とする。

このような構成の電力線搬送通信装置では、検出部で検出される商用電源のゼロクロスタイミングに応じて、動作状態と待機状態とを繰り返す間欠動作が行われ、動作状態においてＰＬＣが行われる。したがって、このような構成の電力線搬送通信装置は、省電力化を図りつつ、他の電力線搬送通信装置と互いに同期を取ってＰＬＣを行うことができる。

また、検出部は、結合部に含まれるため、電源部分と通信部分とを分離することが可能である。このため、検出部を搭載することが難しい電源ユニットを電源部として採用することが可能となる。

また、結合部が直列に接続された結合コンデンサと結合トランスとを備え、検出部のフォトカプラが結合トランスに直列に接続されている。このため、検出部には、商用周波数に対して高インピーダンスである結合コンデンサのインピーダンスによって制約される電流が流れることになり、検出部は、結合コンデンサを流れる商用電源の電流波形によってゼロクロスを検出することになる。したがって、検出部の駆動電流値を抵抗素子ではなく、コンデンサによって決定することができるため、前記抵抗素子による消費電力分だけ消費電力を削減することができる。

また、フォトカプラの一対の入力端子間には、コンデンサが設けられている。このため、商用電源が０Ｖ近傍となってフォトカプラが遮断領域で動作することになった場合でも、ＰＬＣの通信信号は、コンデンサを経由して電路（電力線）に重畳することが可能となる。このため、動作状態の時間が商用電源のゼロクロスを含んだ長さに設定されたとしても、ＰＬＣを行うことが可能となる。したがって、動作状態の時間設定に制約がなくなり、比較的大きなサイズのデータを収容したＰＬＣの通信信号を伝送することが可能となる。

また、本発明の一態様にかかる電力線搬送通信装置は、電力線に接続するための一対の電路と、前記電路を伝送する電力線搬送通信の通信信号を取り出すとともに、前記電路に前記電力線搬送通信の通信信号を重畳する結合部と、前記結合部で取り出された電力線搬送通信の通信信号を復調するとともに、データを電力線搬送通信の通信信号に変調して前記結合部へ出力する電力線搬送通信部とを備え、前記結合部は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出部を含み、前記電力線搬送通信部は、前記検出部で検出したゼロクロスタイミングに基づいて動作し、前記結合部は、商用周波数に対して高インピーダンスである結合コンデンサと、１次巻き線が前記結合コンデンサと直列に接続され、前記電力線搬送通信の通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスとを備え、前記検出部は、抵抗素子と、前記抵抗素子と直列に接続され、交流電力が入力可能なフォトカプラとを備え、直列に接続された前記抵抗素子と前記フォトカプラとが前記結合コンデンサに並列に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、検出部における、直列に接続された抵抗素子とフォトカプラとが結合部の結合コンデンサに並列に接続されている。したがって、結合部に１個のコンデンサで済む。したがって、結合部の部品点数をその分低減することができ、実装面積をその分低減することができる。

また、本発明の一態様にかかる電力線搬送通信装置は、電力線に接続するための一対の電路と、前記電路を伝送する電力線搬送通信の通信信号を取り出すとともに、前記電路に前記電力線搬送通信の通信信号を重畳する結合部と、前記結合部で取り出された電力線搬送通信の通信信号を復調するとともに、データを電力線搬送通信の通信信号に変調して前記結合部へ出力する電力線搬送通信部とを備え、前記結合部は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出部を含み、前記電力線搬送通信部は、前記検出部で検出したゼロクロスタイミングに基づいて動作し、前記結合部は、１次側が２巻き線であって２次側が２巻き線である４巻き線構成であり、前記電力線搬送通信の通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスと、前記１次側の２巻き線の間に設けられ、商用周波数に対して高インピーダンスである結合コンデンサとを備え、前記検出部は、抵抗素子と、前記抵抗素子と直列に接続され、交流電力が入力可能なフォトカプラとを備え、直列に接続された前記抵抗素子と前記フォトカプラとが前記結合コンデンサに並列に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、結合トランスにおける１次側の２巻き線の間に結合コンデンサが設けられているので、４巻き線構成の結合トランスは、結合コンデンサを中心に一対の電路（電力線）に対して対称構成となっている。このため、平衡伝送が可能となり、耐ノイズ性能を高めることが可能となる。

本発明の電力線搬送通信装置では、商用電源のゼロクロスタイミングを利用することによって互いの同期を取ることができる。

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。図１において、電力線搬送通信装置１Ａは、インピーダンスアッパ部１０と、コンデンサＣ１と、ゼロクロス検出部１１と、電源部１２と、結合部１３と、電力線搬送通信部（以下、「ＰＬＣ部」と略記する。）１４と、制御部１５と、インプットアウトプット部（以下、「Ｉ／Ｏ部」と略記する。）１６と一対の電路１７（１７ａ、１７ｂ）とを備えて構成される。

一対の電路１７は、図略の電力線に接続するための２本の導体線１７ａ、１７ｂを備えて構成される。導体線１７ａ、１７ｂには、例えばプリント基板上に設けられた金属導体やいわゆるリード線やケーブル等の配線が含まれる。前記電力線は、線間１００Ｖの商用電源や線間２００Ｖの商用電源等の商用電源によって電力供給を行うための配線であり、例えば、戸建て住宅や集合住宅の各戸に布設される。一対の電路１７は、前記電力線と直接的に接続されてもよく、また、前記電力線に設けられたコンセントに、一対の電路１７の一方端に設けられたプラグを介して接続されてもよい。

インピーダンスアッパ部１０は、一対の電路１７上の所定位置に設けられ、そのインピーダンスが商用電源の商用周波数（例えば５０Ｈｚや６０Ｈｚ）に対して低いとともに電力線搬送通信（以下、「ＰＬＣ」と略記する。）に利用される周波数に対して高い特性を持つ回路である。商用電源の商用周波数に対して低いインピーダンス特性とは、インピーダンスによる損失（ロス）が少ないという意味である。ＰＬＣに利用される周波数に対して高いインピーダンス特性とは、本電力線搬送通信装置１Ａを電力線に接続した場合に、電力線を伝送するＰＬＣの通信信号の伝送距離に与える影響が少ないという意味である。ＰＬＣに利用される周波数は、例えば、上述したように、低速ＰＬＣの周波数帯における周波数や、高速ＰＬＣの周波数帯における周波数である。インピーダンスアッパ部１０は、例えば、一対の入力端子と一対の出力端子との間に設けられる一対のインダクタＬ１、Ｌ２を備えて構成される。一対のインダクタＬ１、Ｌ２は、商用周波数に対して低いとともにＰＬＣに利用される周波数に対して高いインピーダンス特性を持つ。

ゼロクロス検出部１１は、一対の電路１７上であってインピーダンスアッパ部１０の後段の位置に設けられ、商用電源のゼロクロスタイミングを検出し、この検出したゼロクロスタイミングに同期してパルスを出力する回路である。本明細書では、インピーダンスアッパ部１０から見て前記電力線側を前段と呼び、インピーダンスアッパ部１０から見て前記電力線側と反対側を後段と呼ぶこととする。商用電源のゼロクロスタイミングは、商用電源の電圧波形が０Ｖとなる時点である。

ゼロクロス検出部１１は、例えば、抵抗素子Ｒｃ１と、抵抗素子Ｒｃ１に入力側が直列に接続されるフォトカプラＰＣと、フォトカプラＰＣの入力側に直列に接続される抵抗素子Ｒｃ２と、フォトカプラＰＣの出力側に直列に接続される抵抗素子Ｒｂとを備えて構成される。抵抗素子Ｒｃ１、フォトカプラＰＣおよび抵抗素子Ｒｃ２の直列接続回路は、一対の入力端子間に接続されており、このため、一対の電路１７間（電路１７ａと電路１７ｂとの間）に接続される。抵抗素子Ｒｂには、電源部１２が接続されており、抵抗素子Ｒｂを介して電源部１２からフォトカプラＰＣの出力側に電圧が印加されている。抵抗素子Ｒｃ１、Ｒｃ２は、フォトカプラＰＣの電流制限抵抗である。２個の抵抗素子Ｒｃ１、Ｒｃ２に代え、１個の抵抗素子ＲｃでフォトカプラＰＣの電流制限抵抗を構成してもよいが、抵抗素子の耐圧を下げ、また、一対の電路１７に対し平衡するように、本実施形態のように２個の抵抗素子Ｒｃ１、Ｒｃ２が好ましい。フォトカプラＰＣは、交流電力が入力可能なＡＣ入力対応のフォトカプラであり、入力側に設けられ、逆並列に接続された２個の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２と、出力側に設けられ、２個の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２の発光光を受光可能な位置に配設されるフォトダイオードＰＤとを備えて構成される。このような構成のＡＣ入力対応のフォトカプラＰＣでは、商用電源の正の半周期では、発光ダイオードＬＥＤ１が発光し、この発光光がフォトダイオードＰＤで受光され、商用電源の負の半周期では、発光ダイオードＬＥＤ２が発光し、この発光光がフォトダイオードＰＤで受光される。したがって、このＡＣ入力対応のフォトカプラＰＣを備えるゼロクロス検出部１１では、商用電源の正の半周期から負の半周期へ切り換わるゼロクロスタイミングと、負の半周期から正の半周期へ切り換わるゼロクロスタイミングとに同期してパルスが出力される。

コンデンサＣ１は、インピーダンスアッパ部１０とゼロクロス検出部１１との間における一対の電路１７間（電路１７ａと電路１７ｂとの間）に設けられる。コンデンサＣ１は、インピーダンスアッパ部１０のインダクタＬ１、Ｌ２とローパスフィルタを構成するために、そのインピーダンスが商用電源の商用周波数に対して充分に高いとともに、商用周波数よりも高い周波数に対して充分に低いインピーダンス特性を持つ。

電源部１２は、一対の電路１７に接続され、一対の電路１７によって供給される商用電源から本電力線搬送通信装置１Ａで使用する直流電源を生成する回路である。電源部１２は、ゼロクロス検出部１１、コンデンサＣ１およびインピーダンスアッパ部１０を介して一対の電路１７によって前記電力線と接続される。電源部１２は、本実施形態では、例えば、その生成した直流電源をゼロクロス検出部１１、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６へ供給する。電源部１２は、例えば、交流を直流に整流する整流回路、整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサ、および、平滑コンデンサの出力を所定の電圧レベルに昇圧または降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えて構成される。

結合部１３は、一対の電路１７に接続され、電路１７を伝送するＰＬＣの通信信号を取り出すとともに、電路１７にＰＬＣの通信信号を重畳する回路である。結合部１３は、例えば、商用電源の商用周波数に対して充分に高インピーダンスを持つ結合コンデンサＣｒと、１次巻き線が結合コンデンサＣｒと直列に接続され、ＰＬＣの通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスＴ１とを備えて構成される。結合コンデンサＣｒと結合トランスＴ１との直列接続回路は、一対の入力端子間に接続されており、このため、一対の電路１７間に接続される。結合トランスＴ１によってＰＬＣの通信信号成分は、結合部１３の入力側と出力側とで電気的に接続される一方、商用電源の周波数成分は、結合部１３の入力側と出力側とで電気的に絶縁される。なお、結合部１３の入力側と出力側とで電気的な絶縁が必要ではない場合には、結合トランスＴ１に代え、インダクタが用いられてもよい。

ＰＬＣ部１４は、結合部１３に接続され、結合部１３で取り出されたＰＬＣの通信信号から受信データを復調するとともに、送信データをＰＬＣの通信信号に変調して結合部１３へ出力する回路である。ＰＬＣ部１４は、例えば、結合部１３で取り出されたＰＬＣの通信信号から受信データを復調する受信回路と、送信データをＰＬＣの通信信号に変調して結合部１３へ出力する送信回路とを備えて構成される。前記受信回路は、例えば、結合トランスＴ１の２次側に接続され、ＰＬＣの周波数帯域を透過するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力を増幅して制御部１５へ出力する増幅器とを備えて構成され、前記送信回路は、例えば、制御部１５に接続され、ＰＬＣの周波数帯域を透過するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力を増幅して結合トランスＴ１の２次側へ出力する増幅器とを備えて構成される。

このような結合部１３およびＰＬＣ部１４とから、一対の電路に接続されＰＬＣを行う通信部の一例が構成されている。

制御部１５は、例えば、マイクロプロセッサ及びその周辺回路を備えて構成され、ゼロクロス検出部１１で検出したゼロクロスタイミングに基づいて動作するように、ＰＬＣを行うために、ＰＬＣ部１４およびＩ／Ｏ部１６等の各部を制御する回路である。制御部１５は、ゼロクロス検出部１１からゼロクロスタイミングと同期して出力されるパルスが入力され、このパルスに基づいてＰＬＣの間欠動作を行う。

Ｉ／Ｏ部１６は、本電力線搬送通信装置１Ａと外部の機器との間でデータを入出力するためのインタフェース回路である。Ｉ／Ｏ部１６に入力されるデータは、制御部１５を介してＰＬＣ部１４へ出力され、ＰＬＣ部１４でＰＬＣの通信信号に変調される。また、ＰＬＣ１４で復調されたＰＬＣの通信信号に収容されていたデータは、制御部１５を介してＩ／Ｏ部１６へ出力される。制御部１５では、必要に応じて所定の処理をデータに施す。外部の機器は、例えば、火災報知器、防犯センサおよび人感センサ等のセンサや、照明器具およびエアコンディショナ等の家電機器および住戸設備等である。前記データは、センサの検出出力や家電機器および住戸設備のオンオフ情報等であり、また、センサや家電機器および住戸設備の制御信号等である。

図２は、実施形態にかかる電力線搬送通信装置の動作を示すタイムチャートである。図２（Ａ）は、商用電源の電圧波形であり、（Ｂ）は、ゼロクロス検出部１１の入力電圧波形であり、（Ｃ）は、ゼロクロス検出部１１から出力されるゼロクロスタイミングのパルスであり、（Ｄ）は、電力線搬送通信装置の状態であり、そして、（Ｅ）は、ＰＬＣ信号である。

このような構成の電力線搬送通信装置１Ａは、ゼロクロス検出部１１で検出される商用電源のゼロクロスタイミングに応じて、動作状態と待機状態とを繰り返す間欠動作を行って、動作状態においてＰＬＣを行う。

より具体的には、図２（Ａ）に示す電圧波形の商用電源が前記電力線からインピーダンスアッパ部１０および結合部１３へそれぞれ入力される。商用電源の電圧波形は、周期Ｔｃであり、その波形には、例えばＰＬＣの通信信号やノイズが重畳されている。

インピーダンスアッパ部１０のインダクタＬ１、Ｌ２とその後段に設けられたコンデンサＣ１によってローパスフィルタが構成されており、このローパスフィルタによってインピーダンスアッパ部１０に入力された商用電源の電圧波形から商用周波数より高い周波数成分がカット（濾波）され、図２（Ｂ）に示す電圧波形がゼロクロス検出部１１へ入力される。

ゼロクロス検出部１１では、図２（Ｂ）に示す高周波成分がカットされた商用電源の電圧波形からゼロクロスタイミングが検出され、図２（Ｃ）に示すように、この検出したゼロクロスタイミングに応じてパルスが制御部１５へ出力される。

また、前記電力線の商用電源は、インピーダンスアッパ部１０、コンデンサＣ１およびゼロクロス検出部１１を介して電源部１２へ供給される。電源部１２では、商用電源から所定の電圧レベルの直流電源を生成し、この生成した直流電源は、例えば、ゼロクロス検出部１１、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６へ供給される。

そして、制御部１５では、ゼロクロス検出部１１からゼロクロスタイミングに応じたパルスが入力されると、図２（Ｄ）に示すように、ＰＬＣで通信を行うために、この入力されたパルスに応じた開始タイミングで予め設定された所定時間だけ、ＰＬＣ部１４およびＩ／Ｏ部１６を動作状態とする。この動作状態の間に、例えば、Ｉ／Ｏ部１６からデータが制御部１５へ入力されると、制御部１５は、必要に応じて処理して、このデータをＰＬＣ部１４へ出力する。このデータは、ＰＬＣ部１４でＰＬＣの通信信号に変調され、この変調されたＰＬＣの通信信号は、結合部１３に出力され、結合部１３で電路１７を重畳されることで、前記電力線へ送信される。また、この動作状態の間に、例えば、電路１７からＰＬＣの通信信号が結合部１３で取り出されると、この取り出されたＰＬＣの通信信号がＰＬＣ部１４へ出力され、ＰＬＣ部１４でデータに復調される。この復調されたデータは、制御部１５に出力され、制御部１５で必要に応じて処理され、Ｉ／Ｏ部１６へ出力される。そして、動作状態における所定時間が経過すると、制御部１５は、ＰＬＣ部１４およびＩ／Ｏ部１６を待機状態とする。待機状態は、本実施形態では、次に、ゼロクロス検出部１１からゼロクロスタイミングに応じたパルスが入力されるまでの時間、継続される。電源部１２から電力供給を受けることによって動作する回路のうち、動作状態では、ＰＬＣを行う上で必要な各部が電源部１２から電力供給を受けることによって動作し、電力を消費し、待機状態では、ＰＬＣを行わないので基本的に、前記各部のうち、待機状態から動作状態に復帰するための回路のみが動作し、他の回路は、電源部１２から電力供給を受けることなくその動作を停止し、電力が消費されない。このため、間欠動作によって省電力化を図ることができる。例えば、本実施形態では、動作状態では、ゼロクロス検出部１１、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６の各部が電源部１２から電力供給を受けることによって動作し、電力を消費し、待機状態では、ゼロクロス検出部１１および制御部１５の各部が電源部１２から電力供給を受けることによって動作している。

そして、制御部１５は、次に、ゼロクロス検出部１１からゼロクロスタイミングに応じたパルスが入力されると、同様に、このパルスに応じてＰＬＣ部１４およびＩ／Ｏ部１６を動作状態とし、そして、所定時間が経過すると、ＰＬＣ部１４およびＩ／Ｏ部１６を待機状態とする。

このように動作することによって、電力線搬送通信装置１Ａは、ゼロクロス検出部１１で検出される商用電源のゼロクロスタイミングに応じて、動作状態と待機状態とを繰り返す間欠動作を行って、動作状態においてＰＬＣを行う。このため、電力線搬送通信装置１Ａは、省電力化を図りつつ、他の電力線搬送通信装置１Ａと互いに同期を取ってＰＬＣを行うことができる。

また、本実施形態の電力線搬送通信装置１Ａでは、ゼロクロスタイミングに応じたパルスに基づいて例えば日時等の時刻を計る時計部を構成することなく、また後述のようにゼロクロスをカウント（計数）することはあってもゼロクロスのカウント値と時刻とを対応付けるものではなく、ゼロクロスタイミングに応じたパルスに基づいて動作状態の開始タイミングを決めている。このため、間欠動作を行うに当たって、制御部１５の制御処理を簡単にすることができる。

そして、本実施形態の電力線搬送通信装置１Ａでは、前記ローパスフィルタによって商用周波数より高い周波数成分がカットされる。このため、前記電力線の商用電源に例えば家電機器等が発生するノイズが重畳されている場合でも、このノイズをカットすることができ、ノイズの少ない商用電源をゼロクロス検出部１１へ入力することが可能となる。したがって、ゼロクロス検出部１１は、より正確に商用電源のゼロクロスタイミングを検出することができる。このため、電力線搬送通信装置１Ａ間において、互いの同期をより正確に安定的にとることが可能となる。また、前記ローパスフィルタは、インピーダンスアッパ部１０のインダクタＬ１、Ｌ２と兼用されているので、部品点数をその分低減することができ、実装面積をその分低減することができる。

なお、上述の実施形態では、商用電源のゼロクロスごとに、動作状態と待機状態とを繰り返したが、これに限定されるものではなく、動作状態の開始タイミングが商用電源のゼロクロスタイミングに同期していればよい。例えば、ゼロクロスをカウントすることによって、複数のゼロクロスのタイミングごとに、例えば１個おきや２個おき等のゼロクロスのタイミングで動作状態を開始してもよい。また、上述の実施形態では、動作状態の時間は、商用電源の半周期Ｔｃ／２以内であったが、これに限定されるものではなく、任意の時間であってよい。例えば、商用電源の１周期Ｔｃを超えた時間や商用電源の２周期２Ｔｃを超えた時間等であってもよい。また、ＰＬＣによって通信する場合に、通信先へまず第１通信信号によって次に動作状態におけるその時間を通知し、この第１通信信号によって通知した動作状態の時間であってもよい。このように動作状態の時間を任意に変更可能に構成することによって比較的容量の大きなデータも通信することができる。以下の実施形態も同様である。

次に、別の実施形態について説明する。

（第２の実施形態）
図３は、第２実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。図３において、電力線搬送通信装置１Ｂは、インピーダンスアッパ部１０と、電源部１２と、結合部２１Ａと、ＰＬＣ部１４と、制御部１５と、Ｉ／Ｏ部１６と一対の電路１７（１７ａ、１７ｂ）とを備えて構成され、結合部２１Ａがゼロクロス検出部２１１Ａを含んでいる。

第１実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ａでは、ゼロクロス検出部１１がインピーダンスアッパ部１０の後段に設けられたが、第２実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ｂでは、ゼロクロス検出部２１１Ａが結合部２１Ａに含まれている。

このため、本電力線搬送通信装置１Ｂにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６は、電源部１２がインピーダンスアッパ部１０を介して一対の電路１７によって前記電力線と接続される点を除き、第１実施形態の電力線搬送通信装置１Ａにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６と同様であるので、その説明を省略する。

結合部２１Ａは、一対の電路１７に接続され、電路１７を伝送するＰＬＣの通信信号を取り出すとともに、電路１７にＰＬＣの通信信号を重畳する回路であって、ゼロクロス検出部２１１Ａを含んでいる。結合部２１Ａは、例えば、商用電源の商用周波数に対して充分に高インピーダンスを持つ結合コンデンサＣｒと、１次巻き線が結合コンデンサＣｒと直列に接続され、ＰＬＣの通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスＴ１と、入力側が１次巻き線に直列に接続されるゼロクロス検出部２１１Ａとを備えて構成される。結合コンデンサＣｒと結合トランスＴ１とゼロクロス検出部２１１Ａとの直列接続回路は、一対の入力端子間に接続されており、このため、一対の電路１７間に接続される。結合トランスＴ１の２次側には、ＰＬＣ部１４が接続される。

ゼロクロス検出部２１１Ａは、商用電源のゼロクロスタイミングを検出し、この検出したゼロクロスタイミングに同期してパルスを出力する回路である。ゼロクロス検出部２１１Ａは、このゼロクロスタイミングに同期したパルスを制御部１５へ出力する。ゼロクロス検出部２１１Ａは、例えば、ＡＣ入力対応のフォトカプラＰＣと、フォトカプラＰＣの出力側に直列に接続される抵抗素子Ｒｂとを備えて構成される。抵抗素子Ｒｂには、電源部１２が接続されており、抵抗素子Ｒｂを介して電源部１２からフォトカプラＰＣの出力側に電圧が印加されている。

このような構成の電力線搬送通信装置１Ｂでは、ゼロクロス検出部２１１Ａは、結合部２１Ａに含まれるため、電源部分と通信部分とを分離することが可能である。このため、ゼロクロス検出部１１を搭載することが難しい電源ユニットを電源部１２として採用することが可能となる。

また、図３に示す例では、ゼロクロス検出部２１１Ａは、結合コンデンサＣｒと結合トランスＴ１の１次側との直列回路に接続されている。商用周波数に対して、結合コンデンサＣｒのインピーダンスは、高い一方、結合トランスＴ１の１次巻き線のインピーダンスは、充分に低い。このため、ゼロクロス検出部２１１Ａには、結合コンデンサＣｒのインピーダンスによって制約される電流が流れることになり、ゼロクロス検出部２１１Ａは、結合コンデンサＣｒを流れる商用電源の電流波形によってゼロクロスを検出している。したがって、ゼロクロス検出部２１１Ａの駆動電流値を抵抗素子ではなく、コンデンサＣｒによって決定することができるため、前記抵抗素子による消費電力分だけ消費電力を削減することができる。なお、商用電源が１００Ｖで６０Ｈｚの場合であって、フォトカプラＰＣの入力側に１０ｍＡの電流を流すためには、結合コンデンサＣｒは、約０．２７μＦでよく、そのインピーダンスは、例えば１００ｋＨｚで約５．９Ωであり、また例えば２ＭＨｚで約０．３Ωである。よって、低速ＰＬＣの場合でも高速ＰＬＣの場合でも結合コンデンサＣｒは、ＰＬＣの通信信号を通過させる点で充分な値である。

また、ＰＬＣに関する動作は、図２を用いて説明した第１実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ａと同様であるので、その説明を省略する。

したがって、このような構成の電力線搬送通信装置１Ｂでは、ゼロクロス検出部２１Ａで検出される商用電源のゼロクロスタイミングに応じて、動作状態と待機状態とを繰り返す間欠動作が行われ、動作状態においてＰＬＣが行われる。このため、電力線搬送通信装置１Ｂは、省電力化を図りつつ、他の電力線搬送通信装置１Ｂと互いに同期を取ってＰＬＣを行うことができる。

また、本実施形態の電力線搬送通信装置１Ｂでは、ゼロクロスタイミングに応じたパルスに基づいて例えば日時等の時刻を計る時計部を構成することなく、また上述のようにゼロクロスをカウント（計数）することはあってもゼロクロスのカウント値と時刻とを対応付けるものではなく、ゼロクロスタイミングに応じたパルスに基づいて動作状態の開始タイミングを決めているので、間欠動作を行うに当たって、制御部１５の制御処理を簡単にすることができる。

次に、別の実施形態について説明する。

（第３の実施形態）
図４は、第３実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。図４において、電力線搬送通信装置１Ｃは、インピーダンスアッパ部１０と、電源部１２と、結合部２１Ｂと、ＰＬＣ部１４と、制御部１５と、Ｉ／Ｏ部１６と一対の電路１７（１７ａ、１７ｂ）とを備えて構成され、結合部２１Ｂがゼロクロス検出部２１１Ｂを含んでいる。

第３実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ｃでは、ゼロクロス検出部２１１Ｂが第２実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ｂにおけるゼロクロス検出部２１１Ａと異なっている。

このため、本電力線搬送通信装置１Ｃにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６は、第２実施形態の電力線搬送通信装置１Ｂにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６と同様であるので、その説明を省略する。

結合部２１Ｂは、一対の電路１７に接続され、電路１７を伝送するＰＬＣの通信信号を取り出すとともに、電路１７にＰＬＣの通信信号を重畳する回路であって、ゼロクロス検出部２１１Ｂを含んでいる。結合部２１Ｂは、例えば、結合部２１Ａと同様に、コンデンサＣｒと、１次巻き線が結合コンデンサＣｒと直列に接続される結合トランスＴ１と、入力側が１次巻き線に直列に接続されるゼロクロス検出部２１１Ｂとを備えて構成される。結合コンデンサＣｒと結合トランスＴ１とゼロクロス検出部２１１Ｂとの直列接続回路は、一対の入力端子間に接続されており、このため、一対の電路１７間に接続される。

ゼロクロス検出部２１１Ｂは、商用電源のゼロクロスタイミングを検出し、この検出したゼロクロスタイミングに同期してパルスを出力する回路である。ゼロクロス検出部２１１Ｂは、このゼロクロスタイミングに同期したパルスを制御部１５へ出力する。ゼロクロス検出部２１１Ｂは、例えば、ＡＣ入力対応のフォトカプラＰＣと、フォトカプラＰＣの一対の入力端子間（アノード端子とカソード端子との間）に設けられたコンデンサＣｃと、フォトカプラＰＣの出力側に直列に接続される抵抗素子Ｒｂとを備えて構成される。コンデンサＣｃは、フォトカプラＰＣの互いに逆並列に接続されている２個の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２に並列に接続され、ＰＬＣの通信信号の周波数帯に対して充分に低いインピーダンス特性を持ち、そして、商用周波数に対して充分に高いインピーダンス特性を持っている。抵抗素子Ｒｂには、電源部１２が接続されており、抵抗素子Ｒｂを介して電源部１２からフォトカプラＰＣの出力側に電圧が印加されている。

このような構成の電力線搬送通信装置１Ｃでは、ゼロクロス検出部２１１ＢにおけるフォトカプラＰＣの一対の入力端子間には、コンデンサＣｃが設けられている。このため、商用電源が０Ｖ近傍となってフォトカプラＰＣが遮断領域で動作することになった場合でも、ＰＬＣの通信信号は、コンデンサＣｃを経由して電路１７（前記電力線）に重畳することが可能となる。このため、動作状態の時間が商用電源のゼロクロスを含んだ長さに設定されたとしても、ＰＬＣを行うことが可能となる。したがって、動作状態の時間設定に制約がなくなり、比較的大きなサイズのデータを収容したＰＬＣの通信信号を伝送することが可能となる。

なお、フォトダイオードＰＣの遮断領域は、例えば、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２がシリコンで形成されている場合には、約±０．７の範囲となる。

また、ＰＬＣに関する動作は、図２を用いて説明した第１実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ａと同様であるので、その説明を省略する。

次に、別の実施形態について説明する。

（第４の実施形態）
図５は、第４実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。図５において、電力線搬送通信装置１Ｃは、インピーダンスアッパ部１０と、電源部１２と、結合部３１と、ＰＬＣ部１４と、制御部１５と、Ｉ／Ｏ部１６と一対の電路１７（１７ａ、１７ｂ）とを備えて構成され、結合部３１がゼロクロス検出部３１１を含んでいる。

第４実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ｄでは、結合部３１およびこれに含まれるゼロクロス検出部３１１が第２実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ｂにおける結合部２１Ａおよびゼロクロス検出部２１１Ａと異なっている。

このため、本電力線搬送通信装置１Ｄにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６は、第２実施形態の電力線搬送通信装置１Ｂにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６と同様であるので、その説明を省略する。

結合部３１は、一対の電路１７に接続され、電路１７を伝送するＰＬＣの通信信号を取り出すとともに、電路１７にＰＬＣの通信信号を重畳する回路であって、ゼロクロス検出部３１１を含んでいる。結合部３１は、例えば、商用電源の商用周波数に対して充分に高インピーダンスを持つ結合コンデンサＣｒと、１次巻き線が結合コンデンサＣｒと直列に接続され、ＰＬＣの通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスＴ１と、結合コンデンサＣｒの両端にその一対の入力端子が接続されるゼロクロス検出部３１１とを備えて構成される。結合コンデンサＣｒと結合トランスＴ１との直列接続回路は、一対の入力端子間に接続されており、このため、一対の電路１７間に接続される。結合トランスＴ１の２次側には、ＰＬＣ部１４が接続される。

ゼロクロス検出部３１１は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出し、この検出したゼロクロスタイミングに同期してパルスを出力する回路である。ゼロクロス検出部３１１は、このゼロクロスタイミングに同期したパルスを制御部１５へ出力する。ゼロクロス検出部３１１は、例えば、抵抗素子Ｒｃと、抵抗素子Ｒｃに入力側が直列に接続されるＡＣ入力対応のフォトカプラＰＣと、フォトカプラＰＣの出力側に直列に接続される抵抗素子Ｒｂとを備えて構成される。抵抗素子ＲｃおよびフォトカプラＰＣの直列接続回路は、結合コンデンサＣｒに並列に接続されている。抵抗素子Ｒｂには、電源部１２が接続されており、抵抗素子Ｒｂを介して電源部１２からフォトカプラＰＣの出力側に電圧が印加されている。抵抗素子Ｒｃは、フォトカプラＰＣの電流制限抵抗である。

このような構成の電力線搬送通信装置１Ｄでは、結合コンデンサＣｒの両端にゼロクロス検出部３１１が接続されている。結合コンデンサＣｒは、結合トランスＴ１の１次巻き線よりも商用周波数に対するインピーダンスが大きいため、商用電源の電圧は、主に結合コンデンサＣｒに印加される。このため、結合コンデンサＣｒの両端に接続されているゼロクロス検出部３１１は、この結合コンデンサＣｒに印加される商用電源の電圧波形から商用電源のゼロクロスタイミングを検出することができる。

また、ゼロクロス検出部３１１の抵抗素子Ｒｃは、フォトカプラＰＣの電流制限抵抗であるため、通常、比較的大きな抵抗値が使用される。このため、ＰＬＣの電流は、ゼロクロス検出部３１１にほとんど流入することなく、結合コンデンサＣｒに主に流れ込む。したがって、ＰＬＣの通信信号は、結合トランスＴ１を介してＰＬＣ部１４へ伝達される。

そして、このような構成の電力線搬送通信装置１Ｄでは、結合コンデンサＣｒの両端にゼロクロス検出部３１１が接続されているので、第３実施形態の電力線搬送通信装置１Ｃに較べて結合部３１に１個のコンデンサＣｒで済む。したがって、結合部３１の部品点数をその分低減することができ、実装面積をその分低減することができる。

また、ＰＬＣに関する動作は、図２を用いて説明した第１実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ａと同様であるので、その説明を省略する。

次に、別の実施形態について説明する。

（第５の実施形態）
図６は、第５実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。図５において、電力線搬送通信装置１Ｅは、インピーダンスアッパ部１０と、電源部１２と、結合部４１と、ＰＬＣ部１４と、制御部１５と、Ｉ／Ｏ部１６と一対の電路１７（１７ａ、１７ｂ）とを備えて構成され、結合部４１がゼロクロス検出部４１１を含んでいる。

第５実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ｅでは、結合部４１が第４実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ｄにおける結合部３１と異なっている。

このため、本電力線搬送通信装置１Ｅにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６は、第２実施形態の電力線搬送通信装置１Ｂにおけるインピーダンスアッパ部１０、電源部１２、ＰＬＣ部１４、制御部１５およびＩ／Ｏ部１６と同様であるので、その説明を省略する。また、ゼロクロス検出部４１１は、ゼロクロス検出部３１１と同様であるため、その説明を省略する。

結合部４１は、一対の電路１７に接続され、電路１７を伝送するＰＬＣの通信信号を取り出すとともに、電路１７にＰＬＣの通信信号を重畳する回路であって、ゼロクロス検出部４１１を含んでいる。結合部４１は、例えば、１次側が２巻き線ｎ１ａ、ｎ１ｂであって２次側が２巻き線ｎ２ａ、ｎ２ｂである４巻き線構成であり、ＰＬＣの通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスＴ２（Ｔ２１、Ｔ２２）と、１次側の２巻き線の間に設けられ、商用電源の商用周波数に対して充分に高インピーダンスを持つ結合コンデンサＣｒと、結合コンデンサＣｒの両端にその一対の入力端子が接続されるゼロクロス検出部４１１とを備えて構成される。結合トランスＴ２は、１組の１次巻き線ｎ１ａおよび２次巻き線ｎ１ｂを備えて構成されるトランスＴ２１と、１組の１次巻き線ｎ２ａおよび２次巻き線ｎ２ｂを備えて構成されるトランスＴ２２とを備えて構成されている。そして、トランスＴ２１の１次巻き線ｎ１ａ、結合コンデンサＣｒおよびトランスＴ２２の１次巻き線ｎ２ａは、この順序で直列に接続されており、この直列接続回路は、一対の入力端子間に接続されている。このため、この直列接続回路は、一対の電路１７間に接続される。結合トランスＴ２の２次側には、ＰＬＣ部１４が接続される。すなわち、トランスＴ２１の一方端は、ＰＬＣ部１４に接続され、その他方端は、接地され、そして、トランスＴ２２の他方端は、ＰＬＣ部１４に接続され、その一方端は、接地されている。

このような構成の電力線搬送通信装置１Ｅでは、トランスＴ２１の１次巻き線ｎ１ａ、結合コンデンサＣｒおよびトランスＴ２２の１次巻き線ｎ２ａは、この順序で直列に接続されており、４巻き線構成の結合トランスＴ２は、結合コンデンサＣｒを中心に一対の電路１７（前記電力線）に対して対称構成となっている。このため、平衡伝送が可能となり、耐ノイズ性能を高めることが可能となる。

また、ＰＬＣに関する動作は、図２を用いて説明した第１実施形態にかかる電力線搬送通信装置１Ａと同様であるので、その説明を省略する。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

第１実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。 実施形態にかかる電力線搬送通信装置の動作を示すタイムチャートである。 第２実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。 第３実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。 第４実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。 第５実施形態にかかる電力線搬送通信装置の構成を示す図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｅ 電力線搬送通信装置
１０ インピーダンスアッパ部
１１、２１１Ａ、２１１Ｂ、３１１、４１１ ゼロクロス検出部
１２ 電源部
１３、２１Ａ、２１Ｂ、３１、４１ 結合部
１４ 電力線搬送通信部
１５ 制御部
１６ インプットアウトプット部
Ｃ１、Ｃｃ コンデンサ
ＰＣ フォトカプラ

Claims (3)

1. 電力線に接続するための一対の電路と、
   前記電路を伝送する電力線搬送通信の通信信号を取り出すとともに、前記電路に前記電力線搬送通信の通信信号を重畳する結合部と、
   前記結合部で取り出された電力線搬送通信の通信信号を復調するとともに、データを電力線搬送通信の通信信号に変調して前記結合部へ出力する電力線搬送通信部とを備え、
   前記結合部は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出部を含み、
   前記電力線搬送通信部は、前記検出部で検出したゼロクロスタイミングに基づいて動作し、
   前記結合部は、商用周波数に対して高インピーダンスである結合コンデンサと、１次巻き線が前記結合コンデンサと直列に接続され、前記電力線搬送通信の通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスとを備え、
   前記検出部は、前記結合トランスの１次側に直列に接続され、交流電力が入力可能なフォトカプラを備え、前記電力線搬送通信に利用される周波数に対して低インピーダンスであるコンデンサが前記フォトカプラにおける一対の入力端子間に設けられていること
   を特徴とする電力線搬送通信装置。
2. 電力線に接続するための一対の電路と、
   前記電路を伝送する電力線搬送通信の通信信号を取り出すとともに、前記電路に前記電力線搬送通信の通信信号を重畳する結合部と、
   前記結合部で取り出された電力線搬送通信の通信信号を復調するとともに、データを電力線搬送通信の通信信号に変調して前記結合部へ出力する電力線搬送通信部とを備え、
   前記結合部は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出部を含み、
   前記電力線搬送通信部は、前記検出部で検出したゼロクロスタイミングに基づいて動作し、
   前記結合部は、商用周波数に対して高インピーダンスである結合コンデンサと、１次巻き線が前記結合コンデンサと直列に接続され、前記電力線搬送通信の通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスとを備え、
   前記検出部は、抵抗素子と、前記抵抗素子と直列に接続され、交流電力が入力可能なフォトカプラとを備え、直列に接続された前記抵抗素子と前記フォトカプラとが前記結合コンデンサに並列に接続されていること
   を特徴とする電力線搬送通信装置。
3. 電力線に接続するための一対の電路と、
   前記電路を伝送する電力線搬送通信の通信信号を取り出すとともに、前記電路に前記電力線搬送通信の通信信号を重畳する結合部と、
   前記結合部で取り出された電力線搬送通信の通信信号を復調するとともに、データを電力線搬送通信の通信信号に変調して前記結合部へ出力する電力線搬送通信部とを備え、
   前記結合部は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出部を含み、
   前記電力線搬送通信部は、前記検出部で検出したゼロクロスタイミングに基づいて動作し、
   前記結合部は、１次側が２巻き線であって２次側が２巻き線である４巻き線構成であり、前記電力線搬送通信の通信信号成分を１次側から２次側へ伝達することができる結合トランスと、前記１次側の２巻き線の間に設けられ、商用周波数に対して高インピーダンスである結合コンデンサとを備え、
   前記検出部は、抵抗素子と、前記抵抗素子と直列に接続され、交流電力が入力可能なフォトカプラとを備え、直列に接続された前記抵抗素子と前記フォトカプラとが前記結合コンデンサに並列に接続されていること
   を特徴とする電力線搬送通信装置。
   

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