WO2020017130A1

WO2020017130A1 - 電力線通信装置

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Publication number: WO2020017130A1
Application number: PCT/JP2019/018639
Authority: WO
Inventors: 智比古矢野
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2020-01-23
Also published as: JP7049952B2; JP2020014136A

Abstract

電力線に接続されている負荷の負荷電流が変動している場合でも、通信が可能な電力線通信装置を提供する。そこで、電力線通信装置１は、一対の電力線３０１に接続され、一対の電力線に電圧を供給し、一対の電力線を流れる電流をデータとして受信するＥＣＵ側制御局２と、一対の電力線に接続され、送信データに応じた通信電流を生成するアクチュエータ側子局４とを備える。アクチュエータ側子局４は、一対の電力線３０１から電圧が供給される負荷４０６を流れる負荷電流ＩＬを検出する負荷電流検出部４０７と、負荷電流の変動による一対の電力線を流れる電流の変化によって、ＥＣＵ側制御局２における受信が阻害されないように、一対の電力線に供給する補正電流ＩＣＯＭＰを算出する補正電流演算回路４０８とを備える。

Description

電力線通信装置

　本発明は、電力線通信装置に関し、例えば、自動車等の車両に搭載されたアクチュエータに接続される電力線を用いて通信を行う電力線通信装置に関する。

　近年、自動車では、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：以下ＥＣＵと称する）による車両制御の高精度化と高機能化に伴って、車両の周辺情報を含む様々な車両情報の取得と車両各部の制御のために数多くのセンサやアクチュエータが、自動車に搭載されるようになっている。そのため、センサやアクチュエータとＥＣＵとを電気的に接続する配線の本数が著しく増加してきている。配線数が増加すると、自動車の製造コストが増加し、さらに車重増加により燃費が悪化するという問題があるため、配線の統廃合による配線数削減が求められている。そこで、センサやアクチュエータに通信回路を設け、センサやアクチュエータを動作させる電源用の直流（ＤＣ）電圧を供給する電力線で、センサやアクチュエータを制御する制御用の通信も、同時に行うという電力線通信の手法が、ＤＳＩ３、ＰＳＩ５等の通信規格にて行われている。

　このような電力線通信の手法を用いることにより、通信用配線の機能を電源用配線にまとめることができ、配線数を削減することができる。一方、自動車に搭載される車載製品においては部品コストを低く抑えることが重要視される。そのため、電力線通信の手法を実現する方式としても、簡便で低コストな回路で電力線通信を実現できる通信方式が求められる。特許文献１には、定電流回路を用いた低コストな電力線通信方式が開示されている。

特開２００７－１９６８０２号公報

　特許文献１の電力線通信方式においては、ＥＣＵがセンサユニットに対して電力線を介して直流電圧を給電し、センサユニットからＥＣＵへの通信は、電力線を流れる電流をセンサユニットが変調することで行われている。この変調は、送信するデータに応じて、定電流回路を電力線に接続するか否かによって行われている。すなわち、センサユニットは、送信するデータに対応した２値（２レベル）の通信電流を電力線に供給する。

　ＥＣＵは、電力線の電流波形を観測し、電流の変化を検出することで、センサユニットから電力線に供給された通信電流のパターンを把握し、送信されたデータの復調を行う。このようにすることで、通信に用いられる回路は簡便になり、回路は半導体集積回路のみで構成することが可能となり、低コストにすることが可能である。

　しかしながら、特許文献１に開示されている電力線通信方式では、電力線に接続され、電力線から給電される負荷が、センサ等の負荷電流の変動が小さいものに制限されてしまうと言う課題が存在する。

　負荷として、アクチュエータ等の負荷電流の変動が大きいものが電力線に接続されていると、電力線において、データに応じて電流値が変化する通信電流と、大きく変動する負荷電流とが重畳されることになる。そのため、ＥＣＵにおいて、電力線における電流波形を観測する際に、負荷電流の変動を、通信電流の変化と誤って検出してしまい、ＥＣＵは、正しいデータを受信できないことになる。

　従って、特許文献１に開示されている電力線通信方式では、負荷として接続できるのは負荷電流の変動が小さいセンサ等に限られ、負荷電流の変動の大きいモータやリニアソレノイド等のアクチュエータ等を接続することは困難である。また、負荷電流の変動を低減するために、電力線と負荷との間にＬＣフィルタを接続することが考えられるが、この場合、ＬＣフィルタは、アクチュエータへ大電流を提供することができるように、サイズが大きくなり、コストが上昇すると言う課題が生じることになる。

　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

　すなわち、電力線通信装置は、一対の電力線に接続され、一対の電力線に電圧を供給し、一対の電力線を流れる電流をデータとして受信する第１通信局と、一対の電力線に接続され、送信データに応じた通信電流を生成する第２通信局とを備える。ここで、第２通信局は、一対の電力線から電圧が供給される負荷を流れる負荷電流を検出する負荷電流検出部と、負荷電流の変動による一対の電力線を流れる電流の変化によって、第１通信局における受信が阻害されないように、一対の電力線に供給する補正電流を算出する補正電流演算回路とを備え、第２通信局は、通信電流と補正電流を一対の電力線に供給する。

　補正電流によって、負荷電流の変動が相殺される。そのため、第１通信局は、正しいデータを受信することが可能となる。

　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

　電力線に接続されている負荷の負荷電流が変動している場合でも、通信が可能な電力線通信装置を提供する。また、負荷電流が変動している場合でも、低コストで通信が可能な電力線通信装置を提供する。

実施の形態１に係わる電力線通信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係わる電力線通信装置の動作を示すタイミングチャート図である。実施の形態１に係わる負荷電流検出部および補正電流演算回路の構成を示すブロック図である。実施の形態１の変形例に係わる負荷電流検出部および補正電流演算回路の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係わる負荷電流の脈流とシンボル期間との関係を示す波形図である。

　以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

　さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

　（実施の形態１）
　＜電力線通信装置＞
　図１は、実施の形態１に係わる電力線通信装置の構成を示すブロック図である。同図において、１は、電力線通信装置を示している。電力線通信装置１は、ＥＣＵ側制御局（以下、第１通信局とも称する）２と、アクチュエータ側子局（以下、第２通信局とも称する）４と、ＥＣＵ側制御局２とアクチュエータ側子局４とが電気的に接続された一対の電力線３０１とを備えている。

　ＥＣＵ側制御局２は、ＥＣＵ１０１に付随する親局であり、ＥＣＵ１０１との間でデータの送受信を行う。ＥＣＵ側制御局２は、ＥＣＵ１０１から受信したデータに従った電圧波形を、電力線３０１に供給し、電力線３０１における電流変化によって表されるデータを、ＥＣＵ１０１へ送信する。また、ＥＣＵ側制御局２は、直流電圧を電力線３０１へ供給する。

　アクチュエータ側子局４は、負荷を備えている。負荷には、ＥＣＵ側制御局２から電力線３０１に供給された直流電圧が、動作電圧として給電される。また、アクチュエータ側子局４は、電力線３０１における電圧波形を検出し、ＥＣＵ側制御局２から送信されたデータに従って、例えば負荷を制御する。さらに、アクチュエータ側子局４は、例えば負荷の状態を表すデータを電流変化として、電力線３０１に供給する。これにより、負荷の状態を表すデータが、ＥＣＵ１０１に供給され、ＥＣＵ１０１からのデータが、アクチュエータ側子局４に供給され、負荷がＥＣＵ１０１からのデータによって制御される。

　以下の説明では、アクチュエータ側子局４が、負荷を備えている場合を説明するが、負荷はアクチュエータ側子局４の外部に設けられていてもよい。この場合、アクチュエータ側子局４は、負荷に付随する子局と見なすことができる。また、この場合、電力線通信装置１は、ＥＣＵに付随する親局と、アクチュエータに付随する子局と、親局と子局とが接続された一対の電力線によって構成されていると見なすことができる。

　次に、ＥＣＵ側制御局２およびアクチュエータ側子局４のそれぞれの構成を説明する。

　＜ＥＣＵ側制御局２＞
　ＥＣＵ側制御局２は、直流電源２０１、電圧変調器２０２、電流復調器２０３および通信回路２０４を備えている。

　直流電源２０１は、電力線３０１に印加される直流電圧を出力する。図１では、一対の電力線３０１のうち、電力線３０１Ｇは、接地電圧Ｖｓに接続されている。直流電源２０１は、接地電圧Ｖｓを基準として所定の電位を有する直流電圧を、電圧変調器２０２および電流復調器２０３を介して、電力線電圧ＶＢＵＳとして、電力線３０１Ｖに印加する。通信回路２０４は、ＥＣＵ１０１に接続され、ＥＣＵ１０１からのデータを、送信データＥとして電圧変調器２０２へ供給し、電流復調器２０３からの受信データＥを、ＥＣＵ１０１へ出力する。

　電圧変調器２０２は、送信データＥに従って、電力線電圧ＶＢＵＳを変調する。これにより、電力線３０１における電力線電圧ＶＢＵＳは、送信データＥに従って変化する。すなわち、送信データＥは、電力線３０１における電圧波形として表される。電流復調器２０３は、アクチュエータ側子局４により変調された電力線電流ＩＢＵＳの電流波形を検出し、データを復調し、復調により得られたデータを受信データＥとして出力する。

　＜アクチュエータ側子局４＞
　アクチュエータ側子局４は、電圧復調器４０２、電流変調器４０３、通信回路４０４および制御回路４０５を備えている。電圧復調器４０２は、ＥＣＵ側制御局２において、送信データＥに従って変調された電力線３０１における電力線電圧ＶＢＵＳの電圧波形を検出し、電圧波形からデータを復調する。復調によって得られた受信データＡは、通信回路４０４へ供給される。

　電流変調器４０３は、通信回路４０４から送信データＡが供給され、供給された送信データＡに従って変調された通信電流ＩＴＸを電力線３０１へ供給する。供給された通信電流ＩＴＸによって電力線電流ＩＢＵＳが変化し、電力線電流ＩＢＵＳの電流波形によって、送信データＡが表される。

　すなわち、ＥＣＵ側制御局２において、電圧波形に変調された送信データＥが、アクチュエータ側子局４において、電圧復調器４０２により、受信データＡに復調されることになる。一方、アクチュエータ側子局４において、電流波形に変調された送信データＡは、ＥＣＵ側制御局２における電流復調器２０３により、受信データＥに復調されることになる。

　通信回路４０４は、電圧復調器４０２、電流変調器４０３、制御回路４０５および後で説明する補正電流演算回路４０８に接続されており、通信制御を行う。通信回路４０４は、受信データＡに基づいた制御データを制御回路４０５に供給する。制御回路４０５は、負荷４０６であるアクチュエータに結合されている。制御回路４０５は、供給された制御データに従って、負荷４０６であるアクチュエータを制御する。また、制御回路４０５は、負荷４０６であるアクチュエータの状態等を検出し、状態データを通信回路４０４へ供給する。通信回路４０４は、供給された状態データを、送信データＡとして電流変調器４０３へ出力する。

　実施の形態１において、送信データＡは、時間的に連続した複数のデータ（ビット）を含んでいる。複数のデータのそれぞれは、１つのシンボル期間において、電力線３０１に送信される。言い換えるならば、送信データＡは、時間的に連続した複数のシンボルにより構成され、複数のシンボル期間で、電力線３０１へ送信される。

　通信回路４０４は、送信データＡを電流変調器４０４に出力するとき、連続するシンボル間の境界領域（境界期間）を示すタイミング信号を、シンボル境界タイミング信号として出力する。

　実施の形態１に係わるアクチュエータ側子局４は、負荷４０６に流れる負荷電流ＩＬの変動対策として、負荷電流波形を観測する負荷電流検出部４０７と、負荷電流の波形と通信のタイミングから電力線３０１に流すべき補正電流ＩＣＯＭＰを算出する補正電流演算回路４０８と、補正電流ＩＣＯＭＰを電力線３０１へ流すための可変電流源４０１とを備えている。

　より具体的に述べると、負荷電流検出部４０７と負荷４０６は、電力線３０１Ｖと３０１Ｇとの間で直列に接続されている。負荷電流検出部４０７は、負荷４０６を流れる負荷電流ＩＬを観測し、負荷電流ＩＬの波形に対応した負荷電流信号ＩＬＳを補正電流演算回路４０８に供給する。補正電流演算回路４０は、負荷電流信号ＩＬＳとシンボル境界タイミング信号とに基づいて、補正電流ＩＣＯＭＰの値を算出する。電力線３０１Ｖ、３０１Ｇ間に接続された可変電流源４０１は、算出された値の補正電流ＩＣＯＭＰを流すように、補正電流演算回路４０８によって制御される。

　＜負荷電流変動に相当する逆相の補正電流による変動対策＞
　アクチュエータ側子局４からＥＣＵ側制御局２への上り通信（アクチュエータ側子局４から送信データＡを送信する通信）においては、上記したように送信データＡに従って変調された通信電流ＩＴＸが用いられている。負荷４０６であるアクチュエータが動作することにより、負荷電流ＩＬが変動すると、負荷電流ＩＬの変動が、負荷電流検出部４０７によって観測され、負荷電流ＩＬの波形に対応した負荷電流信号ＩＬＳが、補正電流演算回路４０８に供給される。補正電流演算回路４０８において、負荷電流信号ＩＬＳの波形と逆相の補正電流ＩＣＯＭＰを算出する。可変電流源４０１は、算出された補正電流ＩＣＯＭＰを電力線３０１に流すように制御される。

　これにより、負荷電流ＩＬの変動は、電力線３０１上において、補正電流ＩＣＯＭＰにより相殺されることになる。その結果、電力線３０１を流れる電力線電流ＩＢＵＳは、負荷４０６によって消費されるＤＣ成分の電流（時間に伴う変化が少ない電流）と、それに重畳された通信電流ＩＴＸのみとなるため、電流復調器２０３は、通信電流ＩＴＸを誤りなく、復調を行うことが可能である。すなわち、補正電流演算回路４０８は、負荷電流ＩＬの変動により生じる電力線３０１を流れる電流の変化によって、ＥＣＵ側制御局２における受信が阻害されないような補正電流ＩＣＯＭＰを算出している。

　この場合、補正電流演算回路４０８は、負荷電流信号ＩＬＳの波形に対して逆位相の波形を持つ補正電流ＩＣＯＭＰを算出すればよいため、シンボル境界タイミング信号を必要としない。その結果、補正電流演算回路４０８および通信回路４０４を簡素化することが可能である。

　しかしながら、この構成では、可変電流源４０１として、負荷電流の変動幅と同等以上の電流出力レンジを備えた電流源を用意することが要求される。例えば、アクチュエータとして、負荷電流の変動幅が大きい直流モータを用いる場合には、電流出力レンジの大きい電流源は、発熱源になるとともに、コストアップに繋がり、望ましくない。次に、より好適な変動対策を説明する。

　＜より好適な変動対策＞
　より好適な変動対策においては、データの送信が行われているシンボル期間（所定の期間）、すなわち通信電流のシンボル期間においてのみ、補正電流ＩＣＯＭＰにより負荷電流ＩＬの変動分を打ち消す（相殺）動作が行われる。言い換えるならば、連続するシンボル期間において、互いに隣接するシンボル期間の間の境界領域においては、負荷電流ＩＬの変動によって電力線電流ＩＢＵＳが変化するのが許容されることになる。また、境界期間において、補正電流ＩＣＯＭＰの値は、リセットされる。

　送信するデータの変調方式としては、マンチェスタ符号に代表されるような、シンボル期間における電流レベル差の組み合わせによりデータ値（論理値）を表す方式を採用する。すなわち、送信するデータの変調方式として、隣接するシンボル間の電流レベル差にデータ値を割り当てない変調方式を採用する。

　センサやアクチュエータの制御において、一般的に要求される通信速度は、２００ｋｂｐｓ程度である。アクチュエータとして直流モータを用いる場合、直流モータの回転に伴って、負荷電流ＩＬに脈流が発生する。この脈流が、負荷電流ＩＬの変動となる。図５は、実施の形態１に係わる負荷電流の脈流とシンボル期間との関係を示す波形図である。図５において、実線は、直流モータが回転することによって生じる負荷電流ＩＬの変化（脈流）を示している。通信速度が、２００ｋｂｐｓ程度であると、図５に示すように、１つのシンボル期間ＳＢＴは、負荷電流ＩＬの脈流の周期よりも十分に短い。そのため、シンボル期間ＳＢＴにおいて生じている負荷電流ＩＬの変動分ＳＢＴ＿ＰＰのみを打ち消すための補正電流ＩＣＯＭＰに要求される電流出力レンジは、負荷電流ＩＬの脈流振幅ＩＬ＿ＰＰよりも大幅に小さくて済み、半導体集積回路内に、可変電流源４０１を実装することが可能となり、低コスト化を図ることができる。

　シンボル間の境界期間においては、補正電流ＩＣＯＭＰによって負荷電流ＩＬの変動が打ち消されないため、負荷電流ＩＬに遷移が発生することになる。しかしながら、シンボル間の電流レベル差にデータ値を割り当てない変調方式を採用しているため、シンボル間で負荷電流ＩＬの遷移が発生しても、通信には影響しない。これらにより、低コストで実装可能な現実的な大きさの可変電流源４０１によって、負荷電流ＩＬが変動する状況下であっても、通信電流ＩＴＸのデータ値が破壊されるのを、補正電流ＩＣＯＭＰによって防ぐことが可能となる。

　なお、図５において、破線ＩＣＯＭＰ＿Ｐは、上記した＜負荷電流変動に相当する逆相の補正電流による変動対策＞において説明した逆位相の波形を持つ補正電流ＩＣＯＭＰを示している。

　＜＜電力線通信装置の動作＞＞
　次に、図１に示した電力線通信装置１の動作を説明する。図２は、実施の形態１に係わる電力線通信装置の動作を示すタイミングチャート図である。ここでは、図１に示した電流変調器４０３が、送信データＡをマンチェスタ符号で、通信電流ＩＴＸに変調する場合を説明する。

　図２において、送信データＡは、通信回路４０４（図１）から、電流変調器４０３へ供給されるデータ（ビット）を示している。１つのデータは、１つのシンボルに対応している。マンチェスタ符号では、１つのシンボル期間ＳＢＴが、時間的に連続する２つのチップ（チップ１およびチップ２）によって構成され、１シンボルで１ビットが送信される。１シンボルに含まれる２つのチップ間の電流値の差分が、送信される１ビットのビット値（シンボル値）を表す。すなわち、１シンボル期間ＳＢＴにおいて、チップ１のときの電流値とチップ２のときの電流値の差分の組み合わせにより、ビット値が表される。同図では、チップ１の電流値がチップ２の電流値よりも小さいとき、シンボルは論理値“１”のビット値（同図では１と表記）を表し、反対にチップ１の電流値がチップ２の電流値よりも大きいとき、シンボルは論理値“０”のビット値（０と表記）を表す。

　電流変調器４０３は、供給された送信データＡに含まれるデータのビット値に従って、シンボル期間ＳＢＴにおけるチップ１およびチップ２の電流値を定め、通信電流ＩＴＸとして出力する。図１の場合、電流変調器４０３は、電力線３０１から通信電流ＩＴＸを引くように動作する。通信電流ＩＴＸは、電力線３０１を流れる電力線電流ＩＢＵＳに重畳されるため、電力線電流ＩＢＵＳの一部となる。ここで、通信電流ＩＴＸ以外の電力線電流ＩＢＵＳの成分は、負荷電流ＩＬと補正電流ＩＣＯＭＰとが存在する。補正電流ＩＣＯＭＰは、負荷電流ＩＬの変動波形と逆位相の変動波形となるように補正電流演算回路４０８によって設定され、通信回路４０４が生成する通信電流ＩＴＸのシンボル境界タイミング信号のたびに初期電流値Ｉ０にリセットされる。

　すなわち、通信回路４０４は、送信データＡを構成する複数のデータを連続して出力するとき、データごとに、シンボル境界のタイミングを示すシンボル境界タイミング信号を出力する。図２に示すように、送信データＡが、データ値“０”、“１”、“１”、“０”“１”の複数のデータを含んでいた場合、通信回路４０４は、図２に示すように、シンボルの境界で、シンボル境界タイミング信号をハイレベルにする。なお、シンボル境界タイミング信号がハイレベルになっている期間が、シンボル間の境界領域ＳＢＢＴである。

　負荷４０６が動作することにより、負荷電流ＩＬの変動が生じる。ここでは、図２に示すように、変動により、負荷電流ＩＬが直線的に上昇する場合を例として説明する。変動が発生していなければ、負荷電流ＩＬは時間が経過しても一定である。負荷電流ＩＬに含まれる変動分の変動波形は、時間の経過に伴って、直線的に上昇する波形である。補正電流演算回路４０８は、この直線的上昇する変動波形に対して逆位相の補正電流を生成させるような補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓ（図１）を出力する。

　すなわち、補正電流演算回路４０８は、時間の経過に伴って、直線的に下降する補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓを出力する。また、補正電流演算回路４０８は、シンボル境界タイミング信号がハイレベルに変化する度に、補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓをリセットする。その結果、補正電流演算回路４０８から出力される補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓは、下側に向いた鋸波状の波形となる。可変電流源４０１は、補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓに応じた補正電流ＩＣＯＭＰを、電力線電流ＩＢＵＳから引くように動作する。補正電流ＩＣＯＭＰの初期電流値は、Ｉ０であるため、可変電流源４０１は、図２に示すように、初期電流値Ｉ０を基準として下側に向いた鋸波状の波形のような補正電流ＩＣＯＭＰを出力する。

　変動により負荷電流ＩＬが上昇する場合を説明したが、変動によっては、負荷電流ＩＬは下降する場合もある。負荷電流ＩＬが下降する場合、補正電流演算回路４０８は、上側に向いた鋸波状の波形をした補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓを出力することになる。これに伴い、可変電流源４０１は、初期電流値Ｉ０を基準として上側に向いた鋸波状の波形のような補正電流ＩＣＯＭＰを発生することになる。すなわち、この場合の補正電流ＩＣＯＭＰの波形は、初期電流値Ｉ０を基準として、図２に示した補正電流ＩＣＯＭＰに対して線対称の波形となる。また、シンボル期間ＳＢＴにおける補正電流ＩＣＯＭＰの時間的な変化を述べると、負荷電流ＩＬが上昇する場合、補正電流ＩＣＯＭＰは、初期電流値Ｉ０から下降し、負荷電流ＩＬが下降する場合には、初期電流値Ｉ０から上昇することになる。

　変動によって、負荷電流ＩＬが上昇する場合と下降する場合の両方に対応するように、可変電流源４０１は、初期電流値Ｉ０を中心として、シンボル期間ＳＢＴの時間幅で想定される負荷電流ＩＬの最大変動量の振幅に相当する補正電流ＩＣＯＭＰを出力できるように設定すればよい。言い換えると、初期電流値Ｉ０の値は、シンボル期間ＳＢＴにおいて、負荷電流ＩＬが最も上昇したときの最大上昇電流値と、負荷電流ＩＬが最も下降したときの最大下降電流値との間の中間に設定されている。

　変動に伴って変化する負荷電流ＩＬと、上記のようにして出力された補正電流ＩＣＯＭＰとが、電力線３０１において重畳される。これにより、電力線電流ＩＢＵＳにおいて、負荷電流ＩＬと補正電流ＩＣＯＭＰとの合算により生成される電流成分は、図２において破線ＩＬ＋ＩＣＯＭＰに示すように、時間に伴って階段状に変化する波形となる。電力線電流ＩＢＵＳは、図２に示すように、この階段状の電流成分ＩＬ＋ＩＣＯＭＰに、通信電流ＩＴＸが重畳された波形となる。ＥＣＵ制御局２は、このような波形の電力線電流ＩＢＵＳを受信し、受信データＥを生成する。

　シンボル期間ＳＢＴにおいては、変動により生じる負荷電流ＩＬの変動分と、この変動分に相当する補助電流ＩＣＯＭＰが、電力線３０１において重畳されるため、電流成分ＩＬ＋ＩＣＯＭＰは、図２に示すように、時間の経過に対して変化せず、フラットである。そのため、ＥＣＵ制御局２内の電流復調器２０３は、シンボル期間ＳＢＴにおいて、チップ１のときの電流値と、チップ２のときの電流値を容易に識別することが可能である。その結果、負荷電流ＩＬに変動があっても、ＥＣＵ側制御局２は、アクチュエータ側子局４からの送信データを正しく受信することができる。

　ここでは、２つのチップを用いたマンチェスタ符号を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、１つのシンボルを構成するチップ数を３以上に増加させてもよいし、チップ間の差電流を多値化してもよい。このようにすることで、１つのシンボルで送信可能なビット数を増やすことが可能である。

　＜＜負荷電流検出部および補正電流演算回路の構成＞＞
　図３は、実施の形態１に係わる負荷電流検出部および補正電流演算回路の構成を示すブロック図である。

　負荷電流検出部４０７は、電力線３０１Ｖと負荷４０６との間に接続され、負荷４０６へ流れる負荷電流ＩＬを電圧に変換するシャント抵抗４０７１と、シャント抵抗４０７１の両端に入力端子＋、－が接続されたセンスアンプ４０７２とを備えている。シャント抵抗４０７１により、負荷電流ＩＬの値に従った電圧が、センスアンプ４０７２の入力端子＋、－に供給され、センスアンプ４０７２からは、負荷電流ＩＬの値に応じた負荷電流信号ＩＬＳ（図１）が検出結果として出力される。

　補正電流演算回路４０８は、アナログのサンプル・ホールド回路（以下、サンプラーと称する）４０８１と、アナログ加算器４０８２を備えている。サンプラー４０８１には、負荷電流検出部４０７からの検出結果と、シンボル境界タイミング信号とが供給されている。サンプラー４０８１は、シンボル境界タイミング信号が発生すると（ハイレベルになると）、そのときの検出結果を取り込み、保持する。

　アナログ加算器４０８２には、サンプラー４０８１に保持されている検出結果と、負荷電流検出部４０７の検出結果と、初期電流値Ｉ０とが供給されている。アナログ加算器４０８２は、サンプラー４０８１からの検出結果に対して、負荷電流検出部４０７からの検出結果を差し引き、差し引きにより得られた差分値に、初期電流値Ｉ０を加算して、補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓ（図１）を生成する。すなわち、アナログ加算器４０８２は、サンプラー４０８１に保持されている、シンボル境界タイミングで保持した負荷電流ＩＬの値から、シンボル期間ＳＢＴにおいて変化している負荷電流ＩＬの値を差し引く。これにより、シンボル期間ＳＢＴにおいて変化している負荷電流ＩＬの波形に対して逆位相の補正波形が生成される。また、生成された補正波形に初期電流値Ｉ０を加算することにより、初期電流値Ｉ０を基準とした補正波形に変換され、補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓとして出力される。可変電流源４０１は、補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓの波形に応じた補正電流ＩＣＯＭＰを、電力線３０１Ｖから引くように動作する。

　負荷電流ＩＬの変動に対して、補正電流ＩＣＯＭＰを引く動作が遅れ、補正電流により負荷電流の変動を相殺することできないことが考えられる。すなわち、負荷電流ＩＬの変動に対する、補正電流ＩＣＯＭＰのリアルタイム性が問題となることが考えられる。しかしながら、負荷電流検出部４０７、補正電流演算回路４０８および可変電流源４０１の応答時間は、通信速度が上記したように２００ｋｂｐｓ程度であれば、そのときのシンボル期間ＳＢＴよりも十分に短くなる。そのため、リアルタイム性の問題は発生しない。

　可変電流源４０１を、図３に示すように、電圧の低い電力線３０１Ｇに向けて、常に電流が流れるように動作させるために、補正電流ＩＣＯＭＰの初期電流値Ｉ０は、図２に示したように、０よりも高い正の値にすることが望ましい。

　図３に示した補正電流演算回路４０８においては、アナログ加算器４０８２が、上記したようにサンプラー４０８１に保持されている検出結果と負荷電流検出部４０７からの検出結果との差分値を算出している。従って、負荷電流検出部４０７の検出結果に、例えばセンスアンプ４０７２の直流オフセットが含まれていても、補正電流演算回路４０８の結果は、直流オフセットの影響を受けない。そのため、熱ノイズが許容される範囲で、シャント抵抗４０７１の抵抗値を小さくすることができ、シャント抵抗４０７１を負荷電流ＩＬが流れることにより発生する通過損失を抑制することが可能である。

　また、負荷４０６に結合された制御回路４０５が、負荷電流ＩＬをモニタする機能を有していれば、負荷電流検出部４０７を新たに設けず、制御回路４０５によりモニタされた結果を、補正電流演算回路４０８で利用するようにしてもよい。

　ここでは、補正電流演算回路４０８をアナログ回路で実現する例を説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、アナログ／デジタル変換器を用いて、負荷電流ＩＬをデジタル信号に変換し、デジタル回路で構成された補正電流演算回路でデジタル演算を実行するようにしてもよい。

　また、実施の形態１では、補正電流ＩＣＯＭＰを流す電流源として可変電流源４０１を用い、通信電流ＩＴＸを流す電流源として電流変調器４０３を用いる例を示した。すなわち、補正電流ＩＣＯＭＰと通信電流ＩＴＸを、別々の電流源で構成する例を示した。しかしながら、双方とも、電流値を制御可能な電流源であり、並列的に接続されているものである。そのため、別々となっているこれらの電流源を一つの共通可変電流源として構成してもよい。この場合、共通可変電流源には、送信データＡに対応した送信信号の電流波形と補正信号ＩＣＯＭＰ＿Ｓとが、電流値を指定する指令値として供給されることになる。実施の形態１においては、補正電流ＩＣＯＭＰおよび通信電流ＩＴＸは、電力線３０１Ｖと電力線３０１Ｇとの間を流れ、熱として捨てられることになる。熱として捨てられるのを低減するために、補正電流ＩＣＯＭＰの一部または全てを、通信電流ＩＴＸとして用いるようにしてもよい。このようにすることで、発熱量も低減することが可能である。

　また、負荷電流検出部４０７と負荷４０６との間に、ＬＣフィルタを接続するようにしてもよい。この場合、負荷電流ＩＬの変動は補正電流ＩＣＯＭＰによって相殺されているため、電力線電流ＩＢＵＳの変動は小さくなっている。そのため、ＬＣフィルタは小型化を図ることが可能であり、安価なＬＣフィルタを接続することが可能である。

　＜変形例＞
　図４は、実施の形態１の変形例に係わる負荷電流検出部および補正電流演算回路の構成を示すブロック図である。図４は、図３と類似しているため、相異点を主に説明する。

　図３においては、アナログ加算器４０８２に、補正電流の初期電流値Ｉ０が供給されていた。これに対して、図４に示す補正電流演算回路４０８には、スイッチ回路４０８３と、基準電圧源４０８４とが追加され、スイッチ回路４０８３の出力が、初期電流値Ｉ０の代わりに、アナログ演算器４０８２に供給されている。スイッチ回路４０８３は、スイッチ信号４０８５に従って、接地電圧Ｖｓまたは基準電圧源４０８４からの基準電圧を選択し、選択した電圧に対応する電流を、初期電流値Ｉ０の代わりにアナログ演算器４０８２に供給する。すなわち、スイッチ回路４０８３によって、互いに異なる電流値が、初期電流値Ｉ０として、アナログ演算器４０８２に供給される。

　スイッチ信号４０８５の状態は、変動により負荷電流ＩＬが上昇する場合と下降する場合に応じて設定される。すなわち、負荷電流ＩＬが上昇する場合には、スイッチ回路４０８３が、基準電圧源４０８４からの基準電圧を選択し、負荷電流ＩＬが下降する場合には、スイッチ回路４０８３が、接地電圧Ｖｓを選択するように、スイッチ信号４０８５の状態が設定される。

　これにより、負荷電流ＩＬが上昇する場合には、基準電圧に対応する電流を基準として、下側に向いた鋸波状の補正電流ＩＣＯＭＰが生成されることになる。一方、負荷電流ＩＬが下降する場合には、接地電圧Ｖｓに対応する電流を基準として、上側に向いた鋸波状の補正電流ＩＣＯＭＰが生成されることになる。すなわち、負荷電流ＩＬの変化方向に応じて、シンボル期間ＳＢＴにおける初期電流値を、スイッチ回路４０８３によって切り替えることが可能である。具体的に述べると、負荷電流ＩＬが上昇するとき、補正電流ＩＣＯＭＰは、基準電圧に対応する初期電流値から下降し、負荷電流ＩＬが下降するときには、接地電圧Ｖｓに対応する初期電流値から上昇するように、初期電流値をスイッチ回路４０８３によって切り替える。

　スイッチ回路４０８３によって切り替えることにより、変動によって、負荷電流ＩＬが上昇しても、下降しても、ＥＣＵ側制御局２は、正しくデータを受信することが可能となる。

　また、変形例によれば、負荷電流ＩＬが下降するとき、基準電圧源４０８４は、基準電圧を発生しなくても済むため、消費電力の低減を図り、発熱を低減することが可能である。

　実施の形態１においては、負荷電流の変動に対応する補正電流が形成され、負荷電流の変動が相殺される。そのため、負荷電流が変動しているときでも、通信が可能である。また、実施の形態１においては、シンボル期間ＳＢＴにおける負荷電流の変動分が、補正電流によって相殺される。シンボル期間ＳＢＴにおける負荷電流の変動分を相殺する補正電流を生成すればよいため、補正電流を形成する可変電流源のコストを低減することが可能である。そのため、低コストの電力線通信装置を提供することが可能である。

　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１　電力線通信装置
２　ＥＣＵ側制御局
４　アクチュエータ側子局
２０２　電流復調器
２０１　直流電源
４０１　可変電流源
４０３　電流変調器
４０６　負荷
４０７　負荷電流検出部
４０８　補正電流演算回路
ＩＢＵＳ　電力線電流
ＶＢＵＳ　電力線電圧
ＩＣＯＭＰ　補正電流
ＩＬ　負荷電流
ＩＴＸ　通信電流

Claims

　一対の電力線に接続され、前記一対の電力線に電圧を供給し、前記一対の電力線を流れる電流をデータとして受信する第１通信局と、
　前記一対の電力線に接続され、送信データに応じた通信電流を生成する第２通信局と、
　を備え、
　前記第２通信局は、前記一対の電力線から電圧が供給される負荷を流れる負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
　前記負荷電流の変動による前記一対の電力線を流れる電流の変化によって、前記第１通信局における受信が阻害されないように、前記一対の電力線に供給する補正電流を算出する補正電流演算回路と、
　を備え、
　前記第２通信局は、前記通信電流と前記補正電流を、前記一対の電力線に供給する、電力線通信装置。
　請求項１に記載の電力線通信装置において、
　前記補正電流演算回路は、所定の期間における前記一対の電力線における電流の変化に基づいて、前記補正電流を算出する、電力線通信装置。
　請求項２に記載の電力線通信装置において、
　前記所定の期間は、前記負荷電流が変動している期間よりも短い、電力線通信装置。
　請求項３に記載の電力線通信装置において、
　前記補正電流演算回路は、変動による前記負荷電流の方向に応じて、前記補正電流の初期電流値を切り替えるスイッチ回路を備える、電力線通信装置。
　請求項１に記載の電力線通信装置において、
　前記送信データは、複数のシンボルにより構成され、前記補正電流演算回路は、前記複数のシンボルのそれぞれのシンボル期間中における前記負荷電流の変動に対して逆相波形の補正電流を算出する、電力線通信装置。
　請求項５に記載の電力線通信装置において、
　前記負荷電流が変動している期間は、前記シンボル期間よりも長い、電力線通信装置。
　請求項６に記載の電力線通信装置において、
　前記補正電流演算回路は、互いに隣接するシンボルの境界領域で検出した前記負荷電流の電流値を保持するサンプラーを備え、前記サンプラーに保持されている電流値と、前記負荷に流れている電流値との差に対応する電流を前記補正電流とする、電力線通信装置。
　請求項７に記載の電力線通信装置において、
　前記補正電流演算回路は、前記サンプラーに保持されている電流値と、前記負荷に流れている電流値と、所定の電流値との間で演算を行う演算部と、前記一対の電力線に接続され、前記演算部の演算結果に従った電流を流す可変電流源とを備える、電力線通信装置。
　請求項８に記載の電力線通信装置において、
　前記所定の電流は、変動により前記負荷電流が上昇したときの電流値と、下降したときの電流値との間の電流値である、電力線通信装置。
　請求項８に記載の電力線通信装置において、
　前記補正電流演算回路は、変動により前記負荷電流が上昇したときと、下降したときで異なる電流値を、前記所定の電流として，前記演算部に供給するスイッチ回路を備える、電力線通信装置。
　一対の電力線に接続され、前記一対の電力線に電圧を供給し、前記一対の電力線を流れる電流をデータとして受信する親局と、
　前記一対の電力線に接続され、送信データに応じた通信電流を生成する子局と、
　を備え、
　前記子局は、前記一対の電力線から電圧が供給される負荷を流れる負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
　前記負荷電流検出部によって検出された負荷電流の変動を相殺する補正電流を算出する補正電流演算回路と、
　を備え、
　前記子局は、前記通信電流と前記補正電流を、前記一対の電力線に供給する、電力線通信装置。