JPH11266189A - 信号出力回路用の定電力出力回路 - Google Patents

信号出力回路用の定電力出力回路

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JPH11266189A
JPH11266189A JP6672898A JP6672898A JPH11266189A JP H11266189 A JPH11266189 A JP H11266189A JP 6672898 A JP6672898 A JP 6672898A JP 6672898 A JP6672898 A JP 6672898A JP H11266189 A JPH11266189 A JP H11266189A
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JP
Japan
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current
power
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JP6672898A
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Keisuke Kato
啓介 加藤
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力線通信では、電力負荷の接続状況や運用
状況によっては線路抵抗が変動するため、最大抵抗値以
外では規定電力より低い電力しか出力されず、S/Nが悪
化する問題があった。 【解決手段】 出力部に設置した電流計測回路1、電圧
計測回路2により出力の電流および電圧を計測し、それ
を乗算器3で乗算して出力電力値を算出し、これを比較
器4に入力して目標値との差分を算出し、次いで、差分
をループフィルタに入力して積分し、その積分値を電圧
利得可変アンプ6のゲインとして出力電圧を調節するこ
とによりフィードバックループを形成し、送信電力の値
が一定になるように電圧または電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、定電力出力回路に
関し、詳しくは電力線通信など、線路の抵抗値が不定な
通信における信号出力回路に用いられる定電力出力回路
に関する。
【0002】
【従来の技術】通信等で使用される線路は、通常抵抗値
が固定である。そのため出力信号の電力を決定するに
は、出力増幅回路の増幅率と入力レベルを決定すればよ
い。しかしながら、電力線通信では本来電力を伝達する
ための電力線を通信路とするので、電力負荷の接続状況
や運用状況によって線路抵抗が変動する。そのため通常
は、線路抵抗をおおよその値に規定し、その値から求め
られる出力電力の値を定格出力としている。また、電力
線通信における信号の出力回路は、通常、電圧増幅回路
部と電流制限回路部を組み合わせて構成されることが多
い。電圧増幅回路の部分では、負荷抵抗にかかわらず出
力電圧を一定にしようとするので、負荷抵抗が小さいと
それに反比例して出力電流が大きくなり、過大な電流が
流れようとするが、電流制限回路で最大電流を一定値以
下に制限している。その結果、出力電力も制限されるこ
とになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、電力線通
信では、無線などと同様に信号の出力電力の上限が規定
されているため、その規定電力を超えないように、出力
制限しなければならない。通常の電圧増幅のときは定電
圧出力であり、P=V2/Rという関係から、負荷抵抗と出力
電力は反比例する。しかし、電流制限された場合には定
電流出力となり、P=RI2という関係から、負荷抵抗と出
力電力は比例する。このときの負荷抵抗と出力電力の関
係は図5のようになる。
【0004】ここで、出力電力の値が規定電力を超えな
いようにしようとすると、図5の最大値を規定電力以下
にしなければならない。しかし、この場合、最大となる
抵抗値以外においては規定電力より低い電力しか出力さ
れず、S/Nが悪化するという問題が発生する。そこで、
本発明の課題は、信号出力回路から負荷側へ出力される
電力を、負荷抵抗値が変動しても常に一定に保持する定
電力出力回路を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るために、請求項1の発明は、負荷への出力電圧を測定
する電圧計測回路と、負荷への出力電流を測定する電流
計測回路と、測定された電圧値と電流値を乗算して出力
電力の値を算出する乗算器と、算出された出力電力値を
予め設定されている目標値と比較してそのその差分を出
力する比較器と、出力された差分を積分するループフィ
ルタと、ループフィルタから出力された積分値にもとづ
いてゲインを調節する増幅器とを備えたことを特徴とす
る。
【0006】このように、請求項1の発明は、負荷抵抗
の変動にかかわらず、常に一定の電力を送出するため
に、送信電力そのものを測定してその値が一定になるよ
うに電圧または電流を制御したものである。そのため
に、電流計測回路、電圧計測回路および乗算器を用いて
出力電力値を算出し、これと目標値とを比較器で比べて
差分を求め、その差分をループフィルタに入力して積分
し、得られた積分値を可変利得増幅器の制御入力とする
ことにより、フィードバックループを形成したものであ
る。
【0007】請求項2の発明は、負荷への出力電圧を測
定する電圧計測回路と、負荷への出力電流を測定する電
流計測回路と、測定された電圧値を電流値で除算して負
荷の抵抗を算出する除算器と、算出された抵抗値の平方
根を算出する平方根算器と、算出された抵抗値の平方根
の値にもとづいてゲインを調節する増幅器とを備えたこ
とを特徴とする。
【0008】このように、請求項2の発明は、出力電力
の変動は負荷抵抗の変動によって生じることから、負荷
抵抗に応じて電圧または電流を制御して出力するように
したものである。つまり、電力P、電圧V、電流I、抵抗R
の間の関係は、P=VI,R=V/Iとなり、電力Pを一定とする
と、V=√(RP)からV∝√Rとなり、またI=√(P/R)からI∝
1/√Rの関係が得られる。それにより、電圧を負荷抵抗
の平方根に比例させれば、結果的に電力が一定となり、
このとき電流は負荷抵抗の平方根に反比例することに着
目して、負荷抵抗そのものを測定してその値の平方根が
一定になるように電圧または電流を制御したものであ
る。そのために、電流計測回路、電圧計測回路および除
算器をもちいて負荷抵抗値を算出し、さらに平方根算器
によって負荷抵抗の平方根値を算出し、これを可変利得
増幅器の制御入力とすることにより、フィードバックル
ープを形成したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図1は請求項1の発明の構成を示すブロッ
ク図である。図において、抵抗素子Rは、線路抵抗に相
当する負荷をあらわしており、負荷に流れる電流と電圧
が、電圧計測回路1および電流計測回路2により計測され
る。計測された電圧値と電流値は、乗算器3に入力され
て乗算され、(電圧)×(電流)の値、つまり電力値が算出
される。次いで、電力値は比較器4に入力され、比較器4
に入力されている設定値と比較され、その差分が出力さ
れる。次に、差分は、ローパスフィルタからなるループ
フィルタ5に入力されて積分され、その積分値が電圧利
得可変アンプ6にゲインとして入力される。
【0010】アンプ6は、入力されたゲインにもとづい
て、図示しない信号出力回路から出力されてくる信号の
電圧を増幅して出力する。ここでたとえば、乗算器3か
ら出力される電力値が設定値よりも小さいとき、比較器
4は正電圧を出力するので、ループフィルタ5の出力も上
昇し、アンプ6の出力電圧が上昇する。すると、電力値
が上昇するので、設定値との差が縮まっていく。最終的
に電力値が設定値と一致した時点で、比較器4の出力が
ゼロとなり、ループフィルタ5の出力が一定の電圧値に
収束するので、負荷の変動に対して、常に設定値と同じ
電力値が出力される。
【0011】図2は請求項2の発明の構成を示すブロック
図である。図1と同様に、抵抗素子Rは、線路抵抗に相当
する負荷をあらわしており、最初に、負荷に流れる電流
と電圧が、電圧計測回路1および電流計測回路2により計
測される。計測された電圧値と電流値は除算器7に入力
されて除算され、(電圧)÷(電流)の値、つまり負荷抵抗
の値として算出されて、平方根算器8へ送られる。平方
根算器8は、入力された抵抗値の平方根の値を算出す
る。次に、平方根値は、電圧利得可変アンプ6にゲイン
として入力される。アンプ6は、入力されたゲインにも
とづいて、図示しない信号出力回路から出力されてくる
信号の電圧を増幅して出力する。
【0012】ここでたとえば、アンプの出力電圧が1ボ
ルトで、負荷抵抗Rの値が1オーム、つまり出力1ワット
の状態から、負荷抵抗Rの値がα2倍に変化したときを考
える。まず負荷抵抗Rの値がα2倍に変化すると、電流値
が1アンペアから1/α2アンペアに瞬間的に変化する。す
ると除算器7の出力がα2になり、平方根算器8の出力は
αとなる。そのため電圧利得可変アンプ6は制御に従い
出力電圧をα倍にする。すると負荷抵抗がα2オーム
で、出力電圧がαボルトとなるので、電流値が1/αアン
ペアとなり、この状態で安定する。このとき、出力され
る電力は1ワットとなり、負荷抵抗が変化したにもかか
わらず出力が一定に保たれる。なお、図2中には、α=2
としたときの、各値の変化を一例として記入してある。
【0013】図3は請求項1の発明の実施形態を示す図で
ある。図示されるように、ブロックとして、電圧計測部
10、電流計計測部20、乗算部30、比較部40、ループフィ
ルタ部50、電圧制御アンプ部60で構成されている。ここ
では絶縁のため、負荷は出力トランス9を介して接続さ
れている。また、電圧制御アンプ部60の入力端子には、
図示しない信号出力回路から信号が入力される。電流計
測部20は、カレントトランス、バッファ、オペアンプ、
ダイオード、コンデンサ等により構成され、まずカレン
トトランスで電流を電圧に変換し、バッファを通した
後、整流することによって、電流値を直流電圧として計
量する。電圧計計測部10は、カレントトランスがないこ
と以外は電流計測部20と同様に構成されており、電圧値
を直流電圧として計量する。
【0014】乗算部30は、アナログ乗算器ICにより構成
されており、2つの入力(X1-X2,Y1-Y2)が差動入力として
入力され、出力Wとして、W=(X1-X2)×(Y1-Y2)の値の電
圧が出力される。なお、乗算器ICの端子+VS,-VS,Zは電
源である。これによって、乗算部30では、電流値と電圧
値が乗算され、その積が電力値として出力される。比較
部40は、オペアンプを利用した差分回路であり、入力さ
れた電力値から、外部より供給される電圧(設定値)を減
じて、その差分の電圧を出力する。
【0015】ループフィルタ部50は、コンデンサと抵抗
からなるラグ型の積分回路により構成されており、積分
回路として作動し、入力された電力値が設定値より大き
い場合は電圧上昇、電力値が設定値より小さい場合は電
圧下降、電力値と設定値が等しい場合は現状維持という
動作をする。電圧制御アンプ部60は、アナログ乗算器と
オペアンプ、パワーアンプが組み合わせられて構成され
ており、最終出力としてパワーアンプが負荷を駆動す
る。ここで、電圧制御アンプ部60の動作は、オペアンプ
とアナログ乗算器との接続によって、次式に示すような
関係になる。
【0016】(オペアンプの出力電圧)=-(オペアンプ入
力電圧)÷(ループフィルタ出力電圧) 上式の右辺にマイナス符号が付いているが、入力信号が
交流であれば位相反転するだけであり、電力値には関係
しない。このため、たとえば電力値>設定値ならば、ル
ープフィルタの出力電圧が上昇するので、オペアンプか
ら出力される電圧および電力が減少する。このようなフ
ィードバックが構成されることで、負荷抵抗値の変動に
もかかわらず、出力電力が設定値に維持される。
【0017】図4は請求項2の発明の実施形態を示す図で
ある。この実施形態は、図3の実施形態と一部共通であ
るので、共通部分の説明を省略し、異なる部分について
説明する。除算部70は、アナログ乗算器ICとオペアンプ
が組み合わせられて除算回路が構成されている。この実
施形態では、アンプ部60が制御入力電圧に対して反比例
するように構成されているので、整合をとるために、除
算部70は、入力された電流値と電圧値とから、負荷抵抗
ではなく抵抗の逆数であるコンダクタンス(電流/電圧)
を算出して出力している。平方根算部80も、同様にアナ
ログ乗算器ICとオペアンプが組み合わせられて構成され
ており、入力されたコンダクタンスの平方根値が算出さ
れる。
【0018】出力されたコンダクタンスの平方根値は、
電圧制御アンプ部60に入力されて制御電圧として用いら
れる。すなわち、電圧制御アンプ部60の前段のオペアン
プの入力端子にコンダクタンスの平方根値が入力される
ことにより、オペアンプの出力は次式のようになる。 (オペアンプの出力電圧)=-(オペアンプ入力電圧)÷(コンダクタンスの平方根値) =-(オペアンプ入力電圧)×(負荷抵抗の平方根値) これらの関係では、入力電圧を一定にすると、出力電圧
は負荷抵抗の平方根値に比例することになり、負荷に出
力される電力が一定となる。すなわち、負荷への出力電
力は、アンプ部60の増幅回路への入力電力にのみ依存
し、負荷抵抗には依存しなくなる。なお、図3、図4の実
施形態では、出力の調節部として電圧制御アンプ部60を
用いたが、電流制御方式のアンプにすることも可能であ
る。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、信号
出力回路から負荷に対して出力される電力の電圧および
電流を測定して、その値に応じて増幅器のゲインを調節
することで、負荷抵抗値に依存することなく常に出力電
力が一定に保持される。また、本発明を線路抵抗が変動
する電力線通信に適用すると、線路抵抗の変動が信号の
出力電力に影響を与えることがなくなり、常に信号の出
力電力が一定に保たれて、出力低下によるS/Nの悪化も
解消され、安定した通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】請求項2の発明の構成を示すブロック図であ
る。
【図3】請求項1の発明の実施形態を示す図である。
【図4】請求項2の発明の実施形態を示す図である。
【図5】電力出力回路における負荷抵抗と出力電力の関
係を示す図である。
【符号の説明】
1 電圧計測回路 2 電流計測回路 3 乗算器 4 比較器 5 ループフィルタ 6 電圧利得可変アンプ 7 除算器 8 平方根算器 9 出力トランス 10 電圧計測部 20 電流計計測部 30 乗算部 40 比較部 50 ループフィルタ部 60 電圧制御アンプ部 70 除算部 80 平方根算部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷への出力電圧を測定する電圧計測回
    路と、 負荷への出力電流を測定する電流計測回路と、 測定された電圧値と電流値を乗算して出力電力の値を算
    出する乗算器と、 算出された出力電力値を予め設定されている目標値と比
    較してそのその差分を出力する比較器と、 出力された差分を積分するループフィルタと、 ループフィルタから出力された積分値にもとづいてゲイ
    ンを調節する増幅器と、 を備えたことを特徴とする信号出力回路用の定電力出力
    回路。
  2. 【請求項2】 負荷への出力電圧を測定する電圧計測回
    路と、 負荷への出力電流を測定する電流計測回路と、 測定された電圧値を電流値で除算して負荷の抵抗を算出
    する除算器と、 算出された抵抗値の平方根を算出する平方根算器と、 算出された抵抗値の平方根の値にもとづいてゲインを調
    節する増幅器と、 を備えたことを特徴とする信号出力回路用の定電力出力
    回路。
JP6672898A 1998-03-17 1998-03-17 信号出力回路用の定電力出力回路 Withdrawn JPH11266189A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20050607