JP6563838B2 - 電源線通信システム - Google Patents

Description

本開示は、直流電源に接続された電源線を介して通信を行う電源線通信システムに関する。

電源線通信システムは、電源線から電源供給を受けて動作する複数の機器に対し設けられた複数の通信部（例えばモデム）にて構成され、各機器が通信部を介して他の機器との間で通信信号を送受信する。

また、電源線通信システムでは、機器の電源線への接続部分に設けられたノイズ低減用のバイパスコンデンサによって、電源線からみた機器のインピーダンスが低下し、通信部を介して送受信される通信信号の信号レベルが低下することがある。

そこで、電源線通信システムでは、例えば特許文献１に記載のように、通信部と電源線との間に、電源線のインピーダンスを増大させるためのインピーダンス増大部（インピーダンスアッパ）を設け、通信信号の信号レベルの低下を抑制することが提案されている。

特開２００８−１９９０９４

しかしながら、上記提案の電源線通信システムにおいては、通信信号の信号レベルが低下するのを抑制することはできるものの、電源線に接続される機器毎にインピーダンス増大部を設ける必要がある。

このため、電源線に多数の機器が接続される電源線通信システムにおいては、インピーダンス増大部の数が増加して、コストアップを招くとか、システム全体が大型化するという問題があった。

本開示の一局面は、電源線通信システムにおいて、電源線に接続される機器毎にインピーダンス増大部を設けることなく、良好な通信を実施できるようにすることを目的とする。

本開示の一局面の電源線通信システムは、ノイズ低減用のバイパスコンデンサ（４Ａ，４Ｂ，…）を備えた複数の機器（２Ａ，２Ｂ，…）に対して直流電源（１０）からの電源電圧を供給する電源線（１２）と、その複数の機器にそれぞれ設けられた複数の通信部（６Ａ，６Ｂ，…、８Ａ，８Ｂ，…）と、を備える。

この複数の通信部は、電源線を介して通信信号を送信又は受信するよう構成されており、その送受信時の通信周波数は、当該通信周波数でのバイパスコンデンサのインピーダンスによって通信不良が発生することのない周波数領域に設定されている。

従って、各通信部は、上述した従来装置よりも低周波数の通信信号にて通信を行うことになり、電源線通信をバイパスコンデンサの影響を受けることなく実施できるようになる。

一方、このように通信部での通信周波数を設定すると、当該通信周波数での直流電源のインピーダンスが低下し、通信信号の信号レベルが低下することがある。
つまり、直流電源は、通常、バッテリにて構成されるか、あるいは、出力電圧安定化用のコンデンサを備えた電源回路にて構成される。そして、この直流電源の容量（つまりバッテリの容量若しくは出力電圧安定化用コンデンサの容量）は、バイパスコンデンサの容量に比べて大きい。このため、上記のように通信部での通信周波数を低周波数にすると、電源回路のインピーダンスによって、良好な通信を実施できなくなることがある。

そこで、本開示の電源線通信システムにおいては、直流電源に対し、通信周波数での直流電源側のインピーダンスを増大させて、直流電源のインピーダンス低下に伴う通信信号のレベル低下を抑制するインピーダンス増大部（２０、２２）が設けられている。

この結果、本開示の電源線通信システムによれば、直流電源にインピーダンス増大部を設けるだけで、通信部による電源通信を良好に実施することができるようになる。
よって、本開示によれば、従来装置に比べてインピーダンス増大部の数を減らすことができ、低コストで、しかも、システムの大型化を招くことなく、良好な通信を実施し得る電源線通信システムを実現することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態の電源線通信システム全体の構成を表すブロック図である。 図２のインピーダンス増大部の構成を表す回路図である。 図２のインピーダンス増大部を挿入することにより生じるインピーダンスの変化を表す説明図である。 第２実施形態の電源線通信システム全体の構成を表すブロック図である。 図４のインピーダンス増大部及びその周辺回路の構成を表す回路図である。 図４のインピーダンス増大部を挿入することにより生じるインピーダンスの変化を表す説明図である。 図４の通信信号検知部の動作を表すフローチャートである。 第３実施形態の電源線通信システム全体の構成を表すブロック図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態の電源線通信システムは、車両に搭載された各種車載装置を制御する複数の電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…にそれぞれ設けられた複数の通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…を備える。

通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…は、バッテリ１０から各ＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…に電源供給を行う電源線１２を介して、通信を行うためのものである。そして、本実施形態では、例えば運転者の操作等によってＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…の一つが起動した際、他のＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…を起動させるのに利用される。

つまり、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…は、対応するＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…から送信指令を受けると、電源線１２にウェイクアップ信号を出力し、電源線１２を介してウェイクアップ信号を受信すると、対応するＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…を起動させる。

また、各ＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…には、電源線１２からＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…に入力されるノイズや、ＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…から電源線１２に出力されるノイズを低減するためのバイパスコンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…が設けられている。

バイパスコンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…の容量は、除去すべきノイズの周波数に対応して設定されている。
そして、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…は、通信周波数でのバイパスコンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…のインピーダンスによって、通信信号の信号レベルが低下して、通信不良が発生することのないよう、通信周波数が設定されている。

具体的には、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…の通信周波数は、バイパスコンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…のインピーダンスが例えば１００Ω以上となるよう、ノイズ周波数に比べて充分低い数ｋＨｚ以下（本実施形態では、１００Ｈｚ帯）に設定されている。

このため、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…の通信速度は、数ｋｂｐｓ以下となる。この通信速度は、専用の通信線を利用して構築される一般的な車載ＬＡＮでの通信速度（数十ｋｂｐｓ以上）よりも低く、単位時間当たりの通信量は少なくなるが、ウェイクアップ信号の送受信には十分である。

また、このように通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…の通信周波数を設定すれば、バイパスコンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…のインピーダンスにより通信不良が生じることを防止できるが、バッテリ１０のインピーダンスが例えば数Ωにまで低下することがある。

つまり、図２に示すように、バッテリ１０の等価回路は、コンデンサＣ０とコイルＬ０と抵抗Ｒ０との直列回路として表すことができ、その容量が大きいことから、数ｋＨｚ以下の周波数領域でもバッテリ１０のインピーダンスが低下する。

そして、このようにバッテリ１０のインピーダンスが低下すると、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…にて送受信される通信信号の信号レベルが低下し、通信不良が発生する。
そこで、本実施形態では、バッテリ１０と電源線１２との間に、バッテリ１０側のインピーダンスを増大させるインピーダンス増大部２０を設け、バッテリ１０の影響を受けることなく、通信を正常に実施できるようにしている。

インピーダンス増大部２０は、電源線１２とバッテリ１０との間に設けられることから、コンデンサＣ１とコイルＬ１とを並列接続したＬＣ並列共振回路にて構成され、その共振周波数は通信周波数（本実施形態では１００Ｈｚ）に設定されている。

このため、図３に示すように、電源線１２からみたバッテリ１０側のインピーダンスは、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…の通信周波数で最大（図では約１ｋΩ）となり、バッテリ１０により通信信号の信号レベルが低下するのを抑制できる。

よって、本実施形態の電源線通信システムによれば、バッテリ１０にインピーダンス増大部２０を設けるだけでよい。よって、本実施形態によれば、良好な通信を実施し得る電源線通信システムを、システムの大型化を招くことなく、低コストで実現することができる。
［第２実施形態］
図４に示すように、本実施形態の電源線通信システムは、車載機器であるＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…側の構成は第１実施形態と同じであり、バッテリ１０側の構成が第１実施形態と異なる。

そこで、以下の説明では、ＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…側の構成の説明は省略し、第１実施形態と異なるバッテリ１０側の構成について説明する。
本実施形態では、電源線１２からみて、インピーダンス増大部２２が、バッテリ１０に対し並列に配置されている。また、バッテリ１０と電源線１２との接続部分には、通信信号検知部２４及び制御部２６が接続されており、インピーダンス増大部２２は、制御部２６を介して、バッテリ１０に並列接続される。

通信信号検知部２４は、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…の何れかから送信されたウェイクアップ信号を検出するためのものであり、図５に示すように、コイルＬ３とコンデンサＣ３とにより構成される直列共振回路を備える。

この直列共振回路の一端は、電源線１２に接続され、他端は、抵抗Ｒ３を介して、負の電源ラインであるグラウンドに接地されている。また、直列共振回路の共振周波数は、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…の通信周波数（換言すればウェイクアップ信号の通信速度）に設定されている。このため、通信信号検知部２４においては、通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…のいずれかからウェイクアップ信号が送信されると、抵抗Ｒ３に電流が流れ、抵抗Ｒ３の両端に電圧が発生する。

また、制御部２６は、通信信号検知部２４にてウェイクアップ信号が検出されているときに、インピーダンス増大部２２を電源線１２に接続するためのものであり、図５に示すように、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１を備える。

このスイッチング素子Ｑ１は、ゲートが、通信信号検知部２４の直列共振回路と抵抗Ｒ３との接続部分に接続され、ドレインが、電源線１２に接続され、ソースが、インピーダンス増大部２２に接続されている。

このため、制御部２６においては、通信信号検知部２４にてウェイクアップ信号が検出されたときに抵抗Ｒ３に発生する電圧にて、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となり、バッテリ１０に対しインピーダンス増大部２２を並列接続することになる。

インピーダンス増大部２２は、コンデンサＣ２とコイルＬ２との直列回路にて構成されており、その直列回路のコンデンサＣ２側の一端がスイッチング素子Ｑ１のソースに接続され、コイルＬ２側の一端がグラウンドに接地されている。

そして、このコンデンサＣ２の容量及びコイルＬ２のインダクタンスは、これらの直列回路がバッテリ１０に並列接続されているときに、ウェイクアップ信号の周波数（つまり通信周波数）でバッテリ１０と並列共振するように設定されている。

このため、本実施形態の電源線通信システムによれば、図６に示すように、電源線１２にウェイクアップ信号が送信されているときに、インピーダンス増大部２２がバッテリ１０と並列共振して、バッテリ１０側のインピーダンスを増大させることになる。

従って、本実施形態の電源線通信システムにおいても、各通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…は、バッテリ１０のインピーダンスの影響を受けることなく、通信信号（ウェイクアップ信号）を良好に送受信することが可能となる。

また、本実施形態では、通信信号検知部２４及び制御部２６を用いて、バッテリ１０にインピーダンス増大部２２を接続するため、第１実施形態の電源線通信システムよりも構成が複雑になる。

しかし、本実施形態の電源線通信システムは、第１実施形態のように、バッテリ１０と電源線１２との間（換言すればバッテリ１０に対し直列）にインピーダンス増大部２０を設ける必要がない。

このため、本実施形態の電源線通信システムは、既存の電源線１２にインピーダンス増大部２２、通信信号検知部２４及び制御部２６を後付けすることで実現することができ、インピーダンス増大部２０を設けるためにバッテリ１０の仕様を変更する必要はない。

また、第１実施形態では、インピーダンス増大部２０が電源線１２とバッテリ１０との間に常時接続されることから、低周波ノイズに対してインピーダンスを高めてしまうことがある。

しかし、本実施形態では、電源線１２にウェイクアップ信号が流れているときにだけ、ウェイクアップ信号の周波数領域でインピーダンスを高めることから、低周波ノイズに対してインピーダンスを高めてしまうのを抑制し、電源線通信を良好に実施できる。

なお、本実施形態では、通信信号検知部２４は、コイルＬ３とコンデンサＣ３と抵抗Ｒ３とを備えたアナログ回路にて構成されるものとして説明したが、例えば、フィルタを介してウェイクアップ信号を取り込み、制御部２６をオンさせる信号処理回路にて構成してもよい。

そして、この場合、通信信号検知部２４は、図７のフローチャートに示す制御手順に従い、制御部２６をオン・オフさせるように構成すればよい。
つまり、通信信号検知部２４においては、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、フィルタを介してウェイクアップ信号（ＷＵ信号）を受信したか否かを判断することで、ウェイクアップ信号が受信されるのを待機する。

そして、Ｓ１１０にて、ウェイクアップ信号を受信したと判断されると、Ｓ１２０にて、制御部２６をオン状態にして、バッテリ１０に対しインピーダンス増大部２２を並列接続させる。

そして、その後は、Ｓ１３０にて、ウェイクアップ信号を受信中であるか否かを判断し、ウェイクアップ信号を受信中であればＳ１２０に移行し、ウェイクアップ信号を受信中でなければ、Ｓ１４０にて、制御部２６をオフ状態にし、制御処理を一端終了する。なお、制御処理終了後は、再度Ｓ１１０に戻り、上記制御処理を繰り返し実行する。
［第３実施形態］
本実施形態の電源線通信システムは、図４に示した第２実施形態の電源線通信システムと基本構成は同じであることから、本実施形態では、第２実施形態と異なる点について説明し、第２実施形態と同じ構成については、説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態の電源線通信システムにおいては、バッテリ１０側に、第２実施形態の通信信号検知部２４に代えて、ウェイクアップ信号を送信する送信部３０が設けられている。この送信部３０は、使用者からの指令、若しくは、他のＥＣＵから通信線を利用して送信されてくる指令に従い、ウェイクアップ信号を電源線１２に送出する。

また、車載機器であるＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…側には、ウェイクアップ信号を送受信する通信部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，…に代えて、送信部３０から送信されたウェイクアップ信号を受信する受信部８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，…が設けられている。そして、各受信部８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，…は、ウェイクアップ信号を受信すると、対応するＥＣＵ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…を起動させる。

また、送信部３０は、ウェイクアップ信号の送信開始と同時に、制御部２６をオン状態にして、バッテリ１０にインピーダンス増大部２２を並列接続させ、ウェイクアップ信号の送信を停止すると、制御部２６をオフ状態にする。

従って、本実施形態の電源線通信システムによれば、送信部３０から各受信部８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，…へのウェイクアップ信号の送信を、バッテリ１０のインピーダンスの影響を受けることなく、良好に実施することができる。

また、本実施形態では、第２実施形態の電源線通信システムのように、通信信号検知部２４を用いて通信信号（ウェイクアップ信号）を検出する必要がないので、通信信号の誤検出によりインピーダンス増大部２２がバッテリ１０に接続されるのを防止できる。

以上、３つの実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、電源線１２は、通信端末である機器（つまりＥＣＵ）を起動させるためのウェイクアップ信号を送受信するのに用いられるものとして説明した。しかし、通信信号は、バイパスコンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…のインピーダンスにより通信不良が発生することのない通信周波数（低周波数）であれば、正常に通信することができるので、ウェイクアップ信号以外の各種情報を送受信するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、バッテリ１０から電源供給を受ける電源線１２を介して通信を行うものについて説明した。しかし、直流電源として、商用電源等の交流電圧を直流電圧に変換して出力する電源回路を備え、この電源回路から電源供給を受ける電源線を介して通信を行うものであっても、上記実施形態と同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、電源線通信システムは、車両に搭載されるものとして説明したが、電源線通信システムは車両用に限定されるものではなく、直流電源から電源線１２を介して各種機器に電源供給を行うシステムであれば、上記と同様に適用することができる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…ＥＣＵ、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…バイパスコンデンサ、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…通信部、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…受信部、１０…バッテリ、１２…電源線、２０，２２…インピーダンス増大部、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２…コイル、２４…通信信号検知部、Ｌ３…コイル、Ｃ３…コンデンサ、Ｒ３…抵抗。２６…制御部、Ｑ１…スイッチング素子、３０…送信部。

Claims (2)

1. ノイズ低減用のバイパスコンデンサ（４Ａ，４Ｂ，…）を備えた複数の機器（２Ａ，２Ｂ，…）に対して、直流電源（１０）からの電源電圧を供給する電源線（１２）と、
   前記複数の機器にそれぞれ設けられ、前記電源線を介して通信信号を送信又は受信するよう構成されると共に、該送信又は受信時の通信周波数が、当該通信周波数での前記バイパスコンデンサのインピーダンスによって通信不良が発生することのない周波数領域に設定された複数の通信部（６Ａ，６Ｂ，…）と、
   前記直流電源に設けられ、前記通信周波数での前記直流電源側のインピーダンスを増大させて、前記直流電源のインピーダンス低下に伴う前記通信信号のレベル低下を抑制するインピーダンス増大部（２２）と、
   を備え、
   前記インピーダンス増大部は、前記直流電源に対し並列接続されることにより前記直流電源側のインピーダンスを増大させるよう構成されており、
   前記直流電源には、更に、
   前記電源線を介して前記複数の通信部の少なくとも一つから送信された前記通信信号を検知する通信信号検知部（２４）と、
   前記通信信号検知部にて前記通信信号が検知されているときに、前記インピーダンス増大部を前記直流電源に並列接続して、前記インピーダンスを増大させる制御部（２６）と、
   を備えている、電源線通信システム。
2. ノイズ低減用のバイパスコンデンサ（４Ａ，４Ｂ，…）を備えた複数の機器（２Ａ，２Ｂ，…）に対して、直流電源（１０）からの電源電圧を供給する電源線（１２）と、
   前記複数の機器にそれぞれ設けられ、前記電源線を介して通信信号を送信又は受信するよう構成されると共に、該送信又は受信時の通信周波数が、当該通信周波数での前記バイパスコンデンサのインピーダンスによって通信不良が発生することのない周波数領域に設定された複数の通信部と、
   前記直流電源に設けられ、前記通信周波数での前記直流電源側のインピーダンスを増大させて、前記直流電源のインピーダンス低下に伴う前記通信信号のレベル低下を抑制するインピーダンス増大部（２２）と、
   を備え、
   前記複数の機器にそれぞれ設けられる前記通信部は、前記通信信号を受信する受信部（８Ａ，８Ｂ，…）にて構成され、
   前記インピーダンス増大部は、前記直流電源に対し並列接続されることにより前記直流電源側のインピーダンスを増大させるよう構成されており、
   前記直流電源は、更に、
   前記電源線を介して前記各受信部に前記通信信号を送信する送信部（３０）と、
   前記送信部が前記通信信号を送信しているときに、前記インピーダンス増大部を前記直流電源に並列接続して、前記インピーダンスを増大させる制御部（２６）と、
   を備えている、電源線通信システム。

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