JPH1168626A - 電力線利用の電流通信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流通信を行う通信回路の部品数を低減し、
電流の精度を高める。 【解決手段】 メインＥＣＵ３２の電源４７から、セン
シング抵抗４８および通信ライン３３を介して、電源電
圧がサブＥＣＵ３１に供給され、５Ｖレギュレータ３５
で定電圧化される。マイコン３６は、出力ＯＵＴ端子か
ら、通信回路３７のトランジスタ４１を駆動し、オンに
なるときには電流制限抵抗３９およびトランジスタ４１
のコレクタ・エミッタ間を通じて５Ｖレギュレータ３５
の負荷電流が流れる。負荷電流の値は、出力電圧が５Ｖ
で定電圧化されているので、電流制限抵抗３９の抵抗値
に従って精度よく決定される。通信回路３７は、５Ｖレ
ギュレータ３５の出力側に接続されるので、構成部品を
低減することができる。電流の変化は、センシング抵抗
４８で検出され、差動アンプ４９で増幅されてマイコン
５０のＡ／Ｄポートに入力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電子制御ユ
ニット間で、電力を供給しながらデータ通信を行う電力
線利用の電流通信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、たとえば実開平５−４８４８
８などで、電力線を利用した信号伝送についての先行技
術が開示されている。この先行技術では、車輌に搭載す
る電子制御装置を複数に分散して配置し、主制御装置か
ら１または複数の負荷装置に電力とともに信号を伝送し
て、ワイヤハーネスを省線化するようにしている。車載
用の電子制御装置、たとえばエアバッグ制御用の電子制
御装置では、車体のドアに衝撃センサとともに電子制御
装置を配置し、エアバッグの膨張の制御をする電子制御
装置から電力の供給を受けるとともに、逆方向に信号を
伝送する必要がある。

【０００３】図５は、本発明の基礎技術として、電力線
利用の電流通信回路の概略的な構成を示す。この電流通
信回路は、エアバッグシステムを構成する複数の電子制
御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と略称する）の間で電力
の供給と逆方向に信号伝送を行う。車輌のドアなどに配
置されるサブＥＣＵ１は、メインＥＣＵ２から通信ライ
ン３および接地ライン４を介して電力の供給を受け、電
流通信によって信号を送る。サブＥＣＵ１内には、通信
ライン３を介して供給される動作用電力の電圧を５Ｖに
安定化する５Ｖレギュレータ５、５Ｖレギュレータ５に
よって安定化された電源電圧Ｖｃｃによって動作するマ
イクロコンピュータであるマイコン６、マイコン６から
メインＥＣＵ２に伝送するデータについて電流通信を行
う通信回路７、通信ライン３などに重畳されるノイズを
除去するコンデンサ８などが含まれる。５Ｖレギュレー
タ５の出力は、マイコン６の電源電圧Ｖｃｃとしてばか
りではなく、サブＥＣＵ１内の内部回路、たとえば衝撃
センサ関係などの動作用電源電圧としても使用される。
マイコン６の接地電圧Ｖｓｓは、接地ライン４に接続さ
れる。

【０００４】通信回路７内には、電流制限抵抗９および
保護抵抗１０がエミッタと接地との間、およびコレクタ
と通信ライン３との間にそれぞれ直列に挿入されるＮＰ
Ｎトランジスタ１１と、ＮＰＮトランジスタ１１のベー
スをコレクタで駆動するＰＮＰトランジスタ１２が含ま
れる。ＮＰＮトランジスタ１１のベースとＰＮＰトラン
ジスタ１２のコレクタとの間には、入力抵抗１３が接続
される。ＰＮＰトランジスタ１２のコレクタと接地との
間には、出力抵抗１４が接続される。ＰＮＰトランジス
タ１２のエミッタとベースとの間には、バイアス抵抗１
５が接続され、ＰＮＰトランジスタ１２のベースとマイ
コン６の出力ＯＵＴ端子との間には駆動抵抗１６が接続
される。

【０００５】メインＥＣＵ２内には、バッテリや発電機
などから供給される直流電圧＋Ｂをたとえば１０Ｖに安
定化して供給する電源１７と、電源１７の出力と通信ラ
イン３との間に接続されるセンシング抵抗１８と、セン
シング抵抗１８の両端の電圧を増幅する差動アンプ１９
と、差動アンプ１９の出力電圧を入力し、アナログ／デ
ジタル変換（以下、「Ａ／Ｄ」と略称する）する機能を
有するＡ／Ｄポートを備えるマイコン２０と、差動アン
プ１９の出力が異常値とならないように監視するコンパ
レータ２１および基準電圧源２２が含まれる。マイコン
２０は、５Ｖの電源電圧Ｖｃｃと接地電圧Ｖｓｓによっ
て動作する。

【０００６】サブＥＣＵ１内では、５Ｖレギュレータ５
から５Ｖに安定化された電源電圧によって、マイコン６
や内部回路が動作し、必要に応じて通信回路７から通信
ライン３を介してメインＥＣＵ２に信号を伝送する。信
号伝送のため、サブＥＣＵ１のマイコン６の出力ＯＵＴ
端子で、トランジスタ１２，１１に駆動する。トランジ
スタ１１が導通すると、通信ライン３を介してメインＥ
ＣＵ２の電源１７から供給される電流は、保護抵抗１０
からトランジスタ１１のコレクタ・エミッタ間を通り、
電流制限抵抗９を介して接地に流れる。トランジスタ１
１が遮断すると、この電流も遮断され、通信ライン３を
介して供給される電流は、５Ｖレギュレータ５からマイ
コン６および内部回路に供給される電流のみとなる。電
流制限抵抗９は、たとえば１５０Ωであり、保護抵抗は
４７Ωである。センシング抵抗１８は、１０Ωである。
トランジスタ１１が導通するときには、標準で２９ｍＡ
程度の電流が流れ、センシング抵抗１８の両端の電位差
は、２９×１０＝２９０ｍＶだけ増加する。この電流の
変化は、差動アンプ１９で電圧の変化に変換して増幅さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】実開平５−４８４８８
の先行技術では、主制御装置から負荷装置に電力を供給
する際の電源電圧を変化させて信号を伝送している。電
力の供給方向と信号の伝送方向とが同方向であり、逆方
向の信号伝送を行うことはできない。また、電力供給用
の電圧を変化させて信号が伝送されるので、ノイズなど
の影響を受けやすくなる。

【０００８】図５に示すような構成であれば、サブＥＣ
Ｕ１側からメインＥＣＵ２に電流と逆方向に信号伝送を
行うことができる。電流通信による電圧変化は、前述の
ように０．３Ｖ程度であり、実開平５−４８４８８のス
イッチング用ダイオードの順方向電圧降下分よりも小さ
い。また、一定の電流の増減でデータの通信を行うの
で、ノイズなどの影響を受けにくい。

【０００９】しかしながら、図５の構成では、通信電流
のばらつきが大きくなる問題がある。サブＥＣＵ１の５
Ｖレギュレータ５は、いわゆる３端子レギュレータとし
て半導体集積回路化され、標準化されているけれども、
出力電圧の精度は±１０％である。この出力と、電流通
信用の出力トランジスタ１１のベース・エミッタ間電圧
Ｖｂｅの温度変化に対するばらつきや、電流制限抵抗９
の精度±５％とでほぼ通信電流が決定され、標準値であ
るＴＹＰ＝２９ｍＡに対して±６ｍＡ程度のばらつきが
生じる。すなわち±２０％ずれが生じる可能性がある。
このようにばらつきが大きいと、マイコン２０のＡ／Ｄ
ポートで読み込む際のしきい値や、コンパレータ２１が
通信ライン３の異常を検出するための基準電圧源２２の
設定が困難となる。

【００１０】コンデンサ８は、通信ライン３から発生す
るノイズを抑えるために設けられているけれども、コン
デンサ８の容量を増すと、通信ライン３を介してサブＥ
ＣＵ１からメインＥＣＵ２に伝達する通信波形がなまっ
て、高速の通信を行うことが困難になるので、コンデン
サ８の容量をあまり大きくすることはできず、充分なノ
イズ除去を行うことができない。

【００１１】また、通信回路７は、マイコン６の出力で
駆動される駆動用のトランジスタ１２と、トランジスタ
１２で駆動され、メインＥＣＵ２からの電源電圧が供給
される通信ライン３に接続される出力用のトランジスタ
１１とを含む。このため、入力抵抗１３や出力抵抗１４
あるいは保護抵抗１０などを必要とし、構成部品が多く
なってコスト高となる。

【００１２】本発明の目的は、通信回路の構成部品を低
減し、しかも通信電流の精度を向上させることができる
電力線利用の電流通信回路を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、電力供給用の
電力線を介して負荷側から電源側に電流通信を行う回路
であって、電源側から供給される電圧を定電圧化する定
電圧回路と、定電圧回路の負荷電流を変化させて、電流
通信を行う電流変化回路とを含むことを特徴とする電力
線利用の電流通信回路である。

【００１４】本発明に従えば、電源側から電力線を介し
て供給される電圧は、定電圧回路によって安定化され
る。定電圧回路の電圧が安定化された出力の負荷には、
電流変化回路が含まれ、負荷電流を変化させて電流通信
を行う。定電圧回路の出力電圧は、負荷電流が変化して
も一定に定電圧化され、負荷側の回路の動作には影響が
ない。定電圧回路の負荷電流の変化は、電力線を介して
電源側から負荷側に供給される電流の変化となり、電流
の変化を電源側で検出して電流通信を行うことができ
る。

【００１５】また本発明で、前記電流変化回路は、スイ
ッチング素子と、スイッチング素子の出力側に直列に接
続される電流制限抵抗とを含むことを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、電流変化回路はスイッチ
ング素子とスイッチング素子の出力側に直列に接続され
る電流制限抵抗とを含むので、スイッチング素子を伝達
すべきデータに従って駆動し、電流通信を行うことがで
きる。通信電流は電流制限抵抗によって制限されるの
で、通信電流の精度を容易に向上させることができる。

【００１７】また本発明で、前記負荷側には、前記定電
圧回路によって定電圧化される電圧を電源電圧とし、前
記スイッチング素子を内部に含むマイクロコンピュータ
を有することを特徴とする。

【００１８】本発明に従えば、マイクロコンピュータ内
にスイッチング素子が含まれるので、外付けの通信回路
の構成部品を低減することができる。

【００１９】また本発明で、前記電流変化回路は、スイ
ッチング素子および電流制限抵抗を複数組含み、同時に
複数種類の電流通信が可能であることを特徴とする。

【００２０】本発明に従えば、電流変化回路にはスイッ
チング素子および制限抵抗が複数組含まれて、同時に複
数種類の電流通信が可能となるので、電力線を利用し
て、複数の信号を伝送することができる。

【００２１】また本発明で、前記電流変化回路は、負荷
電流の変化の周期が所定の周期よりも短い信号を通信す
るときに、変化させる負荷電流を増加させることを特徴
とする。

【００２２】本発明に従えば、負荷電流の変化の周期が
所定周期より短い信号を通信するときには、負荷電流が
増加するように変化させるので、電流変化量が多くな
り、コンデンサなどによる波形のなまりを受けても、重
要で緊急を要する信号などは、負荷電流を増やして確実
に伝送させることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
概略的な電気的構成を示す。本実施形態は、図５に示す
技術を前提とし、問題点を解決すべく改良してある。サ
ブＥＣＵ３１は、メインＥＣＵ３２と、通信ライン３３
および接地ライン３４を介して接続される。１または複
数のサブＥＣＵ３１とメインＥＣＵ３２とは、自動車に
搭載されるエアバッグシステムを構成する。サブＥＣＵ
３１は、内部回路として衝撃センサおよびその信号処理
回路を含み、５Ｖレギュレータ３５によって電源電圧が
安定化されて供給される。電源電圧５Ｖは、デジタル回
路の標準的な電源電圧であり、５Ｖレギュレータ３５
は、標準的な３端子ＩＣレギュレータとして、各社から
市販されている。マイコン３６は、５Ｖレギュレータ３
５の出力電圧を電源電圧Ｖｃｃとし、出力ＯＵＴ端子か
らメインＥＣＵ３２への通信用の出力を導出する。

【００２４】本実施形態では、通信回路３７が、５Ｖレ
ギュレータ３５の出力側５Ｖの電圧で動作する。５Ｖレ
ギュレータ３５の入力側には、ノイズ低減用のコンデン
サ３８が接続される。５Ｖレギュレータ３５の出力側で
は、電流制限抵抗３９を介して出力用のＮＰＮトランジ
スタ４１のコレクタに、５Ｖレギュレータ３５の出力が
与えられる。トランジスタ４１のエミッタは接地され、
ベースにはバイアス抵抗４５を介して５Ｖレギュレータ
３５の出力電圧が導かれる。トランジスタ４１のベース
は、さらに駆動抵抗４６を介してマイコン３６の出力Ｏ
ＵＴに接続される。このように、サブＥＣＵ３１の５Ｖ
電源に、通信回路３７を接続し、マイコン３６によって
トランジスタ４１を駆動し、通信ライン３３の電流を制
御する。なお、電流制限抵抗３９の抵抗値は１５０Ωで
ある。

【００２５】メインＥＣＵ３２には、サブＥＣＵ３１に
供給する１０Ｖを安定化する電源４７が含まれ、信号電
流検出用のセンシング抵抗４８を介して通信ライン３３
に電源電流が供給される。この電源電流は、トランジス
タ４１が遮断しているときには、サブＥＣＵ３１の内部
回路およびマイコン３６の消費電流に対応し、トランジ
スタ４１が導通すると電流制限抵抗３９およびトランジ
スタ４１のコレクタ・エミッタ間に流れる電流が加わ
る。センシング抵抗４８の両端の電圧変化は、差動アン
プ４９によって増幅され、メインＥＣＵ３２に含まれる
マイコン５０のＡ／Ｄポートに与えられる。差動アンプ
４９の出力電圧は、さらにコンパレータ５１で基準電圧
源５２の出力電圧と比較され、差動アンプ４９の出力電
圧が基準電圧源５２の電圧を超えるような異常時には、
マイコン５０の入力端子ＩＮに割込み信号などが与えら
れ、電圧異常などに対する処理が行われる。センシング
抵抗４８の抵抗値は１０Ωである。

【００２６】本実施形態では、５Ｖレギュレータ３５の
出力電圧によって通信回路３７で、負荷電流が増大する
ようなスイッチング制御を行っているけれども、実験の
結果、５Ｖレギュレータの出力電圧ラインの電圧変動は
５Ｖレギュレータ３５のフィードバッグ制御によって抑
えられ、サブＥＣＵ３１内の動作には影響が生じないこ
とを確認している。図５の通信回路７と本実施形態の通
信回路３７とを比較すれば容易に判るように、本実施形
態の通信回路３７は５Ｖレギュレータ３５の出力で動作
するので、５Ｖレギュレータ３５の各種保護機能を利用
することができ、電流通信回路３７の構成が簡略化さ
れ、使用部品が低減されている。

【００２７】図２は、本発明の実施の他の形態のサブＥ
ＣＵ５５の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１の
実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複
する説明を省略する。マイコン５６内には、通信回路５
７の一部の回路も内蔵する。この結果、通信回路５７に
は、電流制限抵抗５９，６０のみが含まれる。マイコン
５６内には、出力ＭＯＳ ＦＥＴ６１，６２が含まれ、
それぞれの出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が電流制限抵抗５
９，６０を介して５Ｖレギュレータ３５の出力に接続さ
れる。本実施形態では、マイコン５６内で出力ＭＯＳ
ＦＥＴ６１，６２を同時に制御し、電流制限抵抗５９，
６０に同時に電流を流して定電流通信を行う。本実施形
態では、２つの出力ＭＯＳ ＦＥＴ６１，６２にスイッ
チング素子を分割しているけれども、電流値に応じてさ
らに多くの出力ＭＯＳ ＦＥＴを用いることもできる。
２分割の場合、電流制限抵抗５９，６０の抵抗値は、図
１の電流制限抵抗３９の２倍の３００Ωである。本実施
形態のようにマイコン５６の外部の通信回路５７として
は、電流制限抵抗５９，６０のみを含むようにしている
ので、通信回路５７の使用部品は低減され、しかも電流
制限抵抗５９，６０はこれらの電流制限抵抗をマイコン
５６内に形成する場合よりも精度よく製造することがで
きるので、電流通信を行う負荷電流の精度を高めること
ができる。

【００２８】図３は、本発明の実施のさらに他の形態の
サブＥＣＵ６５の構成を示す。本実施形態のマイコン６
６には、３つのスイッチング素子が内蔵され、通信回路
６７は３つの電流制限抵抗６９，７０，７１を含む。３
つの電流制限抵抗６９，７０，７１は、いずれも３００
Ωであり、５Ｖレギュレータ３５の出力に接続され、負
荷電流２段階に変化させることができる。ベースとなる
通信は、出力ＯＵＴ１ａおよびＯＵＴ１ｂを同時にオン
／オフさせて行い、拡張通信はさらに出力ＯＵＴ２をオ
ン／オフさせて行う。このため、５Ｖレギュレータ３５
の出力側の負荷電流の変化が大きくなると予想され、５
Ｖレギュレータ３５の出力は整流ダイオード７２を介し
てサブＥＣＵ６５の内部回路およびマイコン６６に供給
される。この供給電圧は、５Ｖレギュレータ３５の出力
電圧より、整流ダイオード７２の順方向電圧降下分だけ
減少するので、５Ｖレギュレータ３５の基準電圧を電圧
調整ダイオード７３によって増加させる。整流ダイオー
ド７２と電圧調整ダイオード７３との順方向電圧降下
は、たとえばシリコンダイオードであれば０．６〜０．
７Ｖ程度で等しく、整流ダイオード７２による電圧降下
分だけ５Ｖレギュレータ３５の出力電圧を上昇させて、
内部回路およびマイコン６６には５Ｖを供給することが
できる。この供給電圧の平滑のために、平滑コンデンサ
７４も設けられる。

【００２９】図４は、図３の実施形態で電流通信を行う
際の通信電流の変化を示す。拡張通信は、ＯＵＴ１ａ，
１ｂとＯＵＴ２とを並列に動作させて行うので、電流値
が大きくなり、ベースとなるＯＵＴ１ａ，１ｂによる通
信よりも短い周期の信号でも確実に伝達させることがで
きる。また通信電流のレベルが異なるので、図１のメイ
ンＥＣＵ３２側のマイコン５０のＡ／Ｄポートで、入力
電圧のしきい値を変えれば、２系統の通信を分けて通信
することもできる。本実施形態で、通信回路６７に含ま
れる電流制限抵抗６９，７０，７１の個数を増やし、マ
イコン６６内のスイッチング回路の数を増やせば、さら
に多くの種類の電流通信を同時に行うことも可能とな
る。

【００３０】以上説明した各実施形態では、メインＥＣ
Ｕ３２側の構成は共通としている。マイコン５０のＡ／
Ｄポートでは、たとえば７μｓｅｃ毎にＡ／Ｄが可能で
ある。したがって、マイコン５０は、たとえば２０μｓ
ｅｃおきにＡ／Ｄポートの入力をチェックするように動
作プログラムを作成しておくことによって、効率よくＡ
／Ｄポートの入力を確認することができる。図４に示す
ような低いレベルのベース通信は、たとえば周期が数１
０ｍｓｅｃ程度で行われるので、Ａ／Ｄポートが２０μ
ｓｅｃおきにチェックされれば、１回の信号を何回もチ
ェックすることができる。短時間の拡張通信は、たとえ
ば数１０μｓｅｃの周期としておくことによって、２０
μｓｅｃおきのＡ／Ｄポートの入力確認では、１回〜２
回程度の検出を行うことができ、短期間に多くの情報を
伝達することができる。

【００３１】また、各実施形態は、自動車に搭載される
エアバッグシステムも構成するようにされているけれど
も、一般に複数の電子制御ユニットを分散して配置し、
メインとなる電子制御ユニットからサテライトとなる１
または複数の電子制御ユニットに電源を供給し、その電
力線を利用して信号を逆方向に伝送するような用途にも
本発明を適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電源側か
ら負荷側に供給される電源電圧を定電圧化する定電圧回
路の負荷電流を変化させて電流通信を行うので、通信回
路の構成部品を低減し、簡略化することができる。

【００３３】また本発明によれば、電流通信回路の構成
部品を低減し、通信電流の精度向上を図ることができ
る。

【００３４】また本発明によれば、通信回路を構成する
スイッチング素子をマイクロコンピュータに内蔵するの
で、通信回路の構成をさらに簡略化することができる。

【００３５】また本発明によれば、複数種類の負荷電流
を電流値によって識別することができるので、複数の信
号を同時に伝送することができる。

【００３６】また本発明によれば、変化の周期が短い信
号は電流変化値が大きくなるので、確実に信号伝送を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の他の形態のサブＥＣＵ５５の概
略的な電気的構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施のさらに他の形態のサブＥＣＵ６
５の概略的な電気的構成を示すブロック図である。

【図４】図３の実施形態の出力および通信電流の波形図
である。

【図５】本発明の基礎となる構成を示す概略的なブロッ
ク図である。

【符号の説明】

３１，５５，６５ サブＥＣＵ ３２ メインＥＣＵ ３３ 通信ライン ３４ 接地ライン ３５ ５Ｖレギュレータ ３６，５６，６６ マイコン ３７，５７，６７ 通信回路 ３８ コンデンサ ３９，５９，６０，６９，７０，７１ 電流制限抵抗 ４１ トランジスタ ４７ 電源 ４８ センシング抵抗 ４９ 差動アンプ ５１ コンパレータ ６１，６２ 出力ＭＯＳ ＦＥＴ ７２ 整流ダイオード ７３ 電圧調整ダイオード ７４ 平滑コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 9/00 ３１１ Ｈ０４Ｑ 9/00 ３１１Ｓ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力供給用の電力線を介して負荷側から
   電源側に電流通信を行う回路であって、 電源側から供給される電圧を定電圧化する定電圧回路
   と、 定電圧回路の負荷電流を変化させて、電流通信を行う電
   流変化回路とを含むことを特徴とする電力線利用の電流
   通信回路。
2. 【請求項２】 前記電流変化回路は、スイッチング素子
   と、スイッチング素子の出力側に直列に接続される電流
   制限抵抗とを含むことを特徴とする請求項１記載の電力
   線利用の電流通信回路。
3. 【請求項３】 前記負荷側には、前記定電圧回路によっ
   て定電圧化される電圧を電源電圧とし、前記スイッチン
   グ素子を内部に含むマイクロコンピュータを有すること
   を特徴とする請求項２記載の電力線利用の電流通信回
   路。
4. 【請求項４】 前記電流変化回路は、スイッチング素子
   および電流制限抵抗を複数組含み、同時に複数種類の電
   流通信が可能であることを特徴とする請求項２または３
   記載の電力線利用の電流通信回路。
5. 【請求項５】 前記電流変化回路は、負荷電流の変化の
   周期が所定の周期よりも短い信号を通信するときに、変
   化させる負荷電流を増加させることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載の電力線利用の電流通信回路。