(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２線式の信号線を介して給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した電圧信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給している受信期間において受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電端末は、前記送信期間に前記電圧信号と一致した波形の電圧制御信号を発生するとともに前記送信期間以外に信号線に流す電流の電流値を規定する電流制御信号を発生する制御回路と、前記電圧信号よりも十分に高い周波数でスイッチングされるスイッチング素子を備え直流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、与えられたデューティ制御信号に応じて前記スイッチング素子のオンデューティを変化させる時比率変換回路と、前記送信期間に信号線の線間電圧を前記電圧制御信号に応じて変化させるように前記デューティ制御信号を生成する定電圧制御回路と、信号線に流れる電流の電流値を検出するとともに前記送信期間以外に信号線に流す電流が前記電流制御信号により規定された電流値を保つように前記デューティ制御信号を発生する定電流制御回路とを備えることを特徴とするデータ伝送装置。
【請求項２】
前記定電圧制御回路は、前記送信回路の出力電圧と前記制御回路から出力される電圧制御信号の信号値との差を検出するとともに、送信回路の出力電圧と電圧制御信号の信号値との差を一定に保つように前記デューティ制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
【請求項３】
２線式の信号線を介して給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した電圧信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給している受信期間において受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電端末は、前記送信期間に前記電圧信号と一致した波形になるとともに前記送信期間以外に信号線に流す電流の電流値を規定する電流制御信号を発生する制御回路と、前記電圧信号よりも十分に高い周波数でスイッチングされるスイッチング素子を備え直流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、与えられたデューティ制御信号に応じて前記スイッチング素子のオンデューティを変化させる時比率変換回路と、信号線に流れる電流の電流値を検出するとともに、前記送信期間には信号線の線間電圧を前記電流制御信号に応じて変化させ前記送信期間以外には信号線に流す電流を前記電流制御信号により規定された電流値に保つように前記デューティ制御信号を発生する定電流制御回路とを備えることを特徴とするデータ伝送装置。
【請求項４】
前記送信回路は、前記直流電源の両端間に接続したスイッチング素子とインダクタとコンデンサとの直列回路と、インダクタとコンデンサとの直列回路に並列接続された還流用のダイオードとを備える降圧形のチョッパ回路であって、コンデンサの両端電圧が信号線に印加され、インダクタとコンデンサとからなるローパスフィルタはスイッチング素子のスイッチング周波数を阻止し前記電圧信号を通過させるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のデータ伝送装置。
【請求項５】
前記制御回路に、前記送信期間以外における電流制御信号を規定する電流値設定部を付加したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のデータ伝送装置。
【請求項６】
送信回路の出力電圧と出力電流とを検出する電流電圧検出部を設け、電流電圧検出部で検出した電圧と電流との関係に基づいて前記送信期間以外における電流制御信号を決定する機能を前記制御回路に設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のデータ伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１台の給電端末と複数台の受電端末とを２線式の信号線を介して接続し、給電端末と受電端末との間で信号線を介してデータ伝送とともに電源供給を行なうことができるデータ伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図９に示すように、１台の給電端末１と複数台の受電端末２とを２線式の信号線３を介して接続し、信号線３を介して給電端末１と受電端末２との間でデータ伝送を行ない、受電端末２に接続した負荷ＬＤ１〜ＬＤｎを制御するデータ伝送装置が知られている。受電端末２には各種の負荷ＬＤ１〜ＬＤｎ、あるいはセンサ、スイッチなどが適宜に接続される。また、給電端末１には必要に応じてスイッチＳＷが接続される。しかして、給電端末１のスイッチＳＷや受電端末２のスイッチが所定状態に操作されたり受電端末２に設けたセンサにより所定の状態が検出されると、信号線３を通して伝送される送信データにより負荷ＬＤ１〜ＬＤｎが制御されるのである。負荷ＬＤ１〜ＬＤｎには、発光ダイオードなどを備える表示素子、複数の表示素子を配列した表示器、他の負荷への電源の入切を行なうリレーなどがある。
【０００３】
給電端末１は、図１０に示すように、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）を主構成とする制御回路１１と、制御回路１１からの送信信号のレベルを調整して信号線３に送出するドライバ回路１２と、端末２からの信号を検出する信号検出回路１３とを備え、さらに、給電端末１は信号線３を通して受電端末２に電源を供給するための電源回路１４を備えている。この電源回路１４は電源Ｅを安定化して信号線３に定電圧を印加するものである。制御回路１１からドライバ回路１２を通して信号線３に送出する信号にはベースバンド信号（つまり、線間電圧を変化させる電圧信号）を採用している。
【０００４】
ここに、受電端末２から給電端末１に返送される返信データは、電流信号を用いて伝送される。この電流信号は、受電端末２から給電端末１に伝送されるデジタル信号の２つの論理値が、信号線３の線間を低抵抗を介して短絡する状態と短絡しない状態とで表された信号である。給電端末１に設けた信号検出回路１３は信号線３の電流変化をコンパレータを用いて検出することにより受電端末２からの返信データの論理値を再生する。電源回路１４から受電端末２に供給されるのは直流電源であって、ドライバ回路１２から送出された送信データが直流電圧に重畳された形で信号線３を伝送されることになる。
【０００５】
ところで、ドライバ回路１２と電源回路１４とは互いに干渉する可能性があるから干渉を防止する必要がある。たとえば、電源回路１４が出力部に平滑コンデンサを有するとすれば、ドライバ回路１２から信号線３に送出される信号が電源回路１４の平滑コンデンサにより平滑されて正常な波形の信号を伝送することができなくなることがある。また、ドライバ回路１２から出力される信号がベースバンド信号であってドライバ回路１２の出力段にスイッチング素子が用いられているとすると、電源回路１４からドライバ回路１２に直流電圧が印加されてスイッチング素子が破壊されるおそれがある。このような干渉を防止するために、ドライバ回路１２と信号線３との間には直流の回り込みを防止するコンデンサＣ１を挿入し、電源回路１４と信号線３との間にはドライバ回路１２からの信号が電源回路１４に回り込むのを防止するインダクタＬ１が設けられる。
【０００６】
一方、受電端末２は、給電端末１のドライバ回路１２からコンデンサＣ１を通して信号線３に送出された電圧信号を、コンデンサＣ２を通して直流電源から分離しコンパレータ２２に入力する。コンデンサＣ２を通して信号線３から受け取った電圧信号をコンパレータ２２で適宜の閾値Ｖｔと比較すれば、閾値Ｖｔ以上のレベルの信号を波形整形して給電端末１からの送信データを再生することができる。こうしてコンパレータ２２で再生された送信データをマイコンを主構成とする制御回路２１に入力すれば、給電端末１からの送信データを処理することができる。また、給電端末１に返送する返信データは、信号送信回路２３を通して信号線３に送出される。信号送信回路２３はたとえばトランジスタと低抵抗との直列回路を信号線３の線間に挿入する構成を有し、制御回路２１で発生するデジタル信号である返信データに応じてトランジスタをオンオフさせることにより、信号線３に流れる電流を変化させるように構成されている。制御回路２１にはスイッチＳＷや負荷ＬＤ（図示例では発光ダイオード）が接続され、給電端末１からのデータにより負荷がオンオフされたり、スイッチＳＷの操作情報を給電端末１に返送したりする。
【０００７】
ところで、受電端末２の内部電源は、信号線３を通して電源回路１４から供給される直流電源をインダクタＬ２を通して分離し、電源回路２４に入力することにより得られる。この電源回路２４は信号線３に印加されている電圧を降圧し安定化して受電端末２の内部回路に供給する。また、電源回路２４の出力はスイッチＳＷの操作状態の検出や負荷ＬＤの制御にも用いられる。ただし、電流容量の大きい負荷を制御する場合には、受電端末２の負荷ＬＤとしてリレーを用い、このリレーの２次側に接続した電流容量の大きい負荷に対して別電源から電源を供給すればよい。このような形で用いるときには、リレーの１次側には電源回路２４から給電される。
【０００８】
給電端末１と受電端末２との間で授受される信号を図１１に示す。図１１（ａ）は基本的な伝送手順を示しており、１フレームＦＭの信号は、給電端末１から受電端末２にデータを伝送するタイムスロットＴＳ１と、受電端末２から給電端末１にデータを伝送するタイムスロットＴＳ２とを備える。図示例は伝送制御としてポーリング・セレクティング方式を採用しており、各受電端末２に設定したアドレスを用いて給電端末１が一定規則で受電端末２を呼び出すようになっている。もっとも簡単には、給電端末１がアドレス順に受電端末２を呼び出す方式が採用される。給電端末１は受電端末２を呼び出したときに受電端末２に接続されたスイッチの操作状態を受け取るとともにその操作状態を記憶し、スイッチを設けた受電端末２に対してアドレスにより対応付けられている他の受電端末２を呼び出したときに、その受電端末２に設けた負荷ＬＤの制御を要求するのである。給電端末１から受電端末２への送信データは電圧信号で伝送されるから、図１１（ｂ）のようにタイムスロットＴＳ１では信号線３の線間電圧が変化し、受電端末２から給電端末２に信号を返送するタイムスロットＴＳ２では、信号線３の線間電圧を一定に保った状態で図１１（ｃ）のように信号線３に流れる電流が変化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、給電端末１と受電端末２とを接続する信号線３を通してデータの伝送だけではなく電源の供給も行なっているから、給電端末１および受電端末２において、データ伝送用の信号と電源とを分離するためのコンデンサＣ１，Ｃ２およびインダクタＬ１，Ｌ２が必要になる。
【００１０】
送信データを伝送する電圧信号は比較的周波数が低いから、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量をあまり小さくすることはできず、また、この電圧信号を十分に阻止するためにはインダクタＬ１のインダクタンスを比較的大きくしなければならない（インダクタＬ２のインダクタンスは小さくても電源回路２４で安定化するから問題はない）。つまり、コンデンサＣ１，Ｃ２やインダクタＬ１として大型のものが必要になるから、給電端末１や受電端末２の小型化が阻害されることになる。とくにインダクタＬ１は鉄心と銅線とを用いて構成される重量物であるから、寸法だけではなく重量の増加にもつながる。しかも、受電端末２の台数が多い場合や受電端末２での使用電力が大きい場合には、給電端末１に設けた電源回路１４から信号線３に流す電流量が増加するから、インダクタＬ１の巻線抵抗（直流抵抗）や信号線３の直流抵抗による電力損失が大きくなり、直流電力の供給効率が低下するという問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、２線式の信号線を介してデータの伝送とともに電源の供給を可能としながらも、大型のインダクタを用いる必要がなく小型化が可能であって、しかも電力の供給効率が高いデータ伝送装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、２線式の信号線を介して給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した電圧信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給している受信期間において受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電端末は、前記送信期間に前記電圧信号と一致した波形の電圧制御信号を発生するとともに前記送信期間以外に信号線に流す電流の電流値を規定する電流制御信号を発生する制御回路と、前記電圧信号よりも十分に高い周波数でスイッチングされるスイッチング素子を備え直流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、与えられたデューティ制御信号に応じて前記スイッチング素子のオンデューティを変化させる時比率変換回路と、前記送信期間に信号線の線間電圧を前記電圧制御信号に応じて変化させるように前記デューティ制御信号を生成する定電圧制御回路と、信号線に流れる電流の電流値を検出するとともに前記送信期間以外に信号線に流す電流が前記電流制御信号により規定された電流値を保つように前記デューティ制御信号を発生する定電流制御回路とを備えるものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記定電圧制御回路が、前記送信回路の出力電圧と前記制御回路から出力される電圧制御信号の信号値との差を検出するとともに、送信回路の出力電圧と電圧制御信号の信号値との差を一定に保つように前記デューティ制御信号を生成するものである。
【００１４】
請求項３の発明は、２線式の信号線を介して給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した電圧信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給している受信期間において受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電端末は、前記送信期間に前記電圧信号と一致した波形になるとともに前記送信期間以外に信号線に流す電流の電流値を規定する電流制御信号を発生する制御回路と、前記電圧信号よりも十分に高い周波数でスイッチングされるスイッチング素子を備え直流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、与えられたデューティ制御信号に応じて前記スイッチング素子のオンデューティを変化させる時比率変換回路と、信号線に流れる電流の電流値を検出するとともに、前記送信期間には信号線の線間電圧を前記電流制御信号に応じて変化させ前記送信期間以外には信号線に流す電流を前記電流制御信号により規定された電流値に保つように前記デューティ制御信号を発生する定電流制御回路とを備えるものである。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記送信回路が、前記直流電源の両端間に接続したスイッチング素子とインダクタとコンデンサとの直列回路と、インダクタとコンデンサとの直列回路に並列接続された還流用のダイオードとを備える降圧形のチョッパ回路であって、コンデンサの両端電圧が信号線に印加され、インダクタとコンデンサとからなるローパスフィルタがスイッチング素子のスイッチング周波数を阻止し前記電圧信号を通過させるように設定されているものである。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記制御回路に、前記送信期間以外における電流制御信号を規定する電流値設定部を付加したものである。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、送信回路の出力電圧と出力電流とを検出する電流電圧検出部を設け、電流電圧検出部で検出した電圧と電流との関係に基づいて前記送信期間以外における電流制御信号を決定する機能を前記制御回路に設けたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、図１０に示した従来構成での給電端末１におけるドライバ回路１２と電源回路１４との機能を兼ね備えた送信回路１５を設けたものである。
【００１９】
本実施形態の送信回路１５は、降圧形のチョッパ回路と同様の構成を有し、スイッチング用のトランジスタＱのオンデューティを制御することによって、出力電圧を変化させるように構成されている。すなわち、直流電源である電源Ｅの両端間にトランジスタＱのエミッタ−コレクタとインダクタＬ０とコンデンサＣ０との直列回路を接続し、インダクタＬ０とコンデンサＣ０との直列回路には還流用のダイオードＤ０を並列接続してある。トランジスタＱにはｐｎｐ形のものを用い、エミッタ−ベース間に抵抗ＲＢを接続してある。コンデンサＣ０の両端間には、信号線３の線間の電圧（コンデンサＣ０の両端電圧）Ｖｏを検出する検出回路１６を接続してある。電源Ｅは直流電源であることを示すために図１には電池の記号を用いて示しているが、一般には商用電源を整流し平滑ないし安定化した直流電源を用いる。
【００２０】
送信回路１５では、トランジスタＱが高周波でオンオフされ、トランジスタＱのオン期間にインダクタＬ０およびコンデンサＣ０を通して電流が流れ、この期間にインダクタＬ０に蓄積されたエネルギが、トランジスタＱのオフ期間にコンデンサＣ０およびダイオードＤ０を通して放出されるものである。つまり、電源Ｅの電圧を降圧した電圧がコンデンサＣ０の両端電圧となるのであって、コンデンサＣ０の両端電圧はトランジスタＱのオンオフの比率に応じて調節可能になっている。言い換えると、トランジスタＱにより電源Ｅを高周波で断続させ、インダクタＬ０とコンデンサＣ０とからなるチョークインプット形のローパスフィルタで高周波成分を除去していることになる。また、コンデンサＣ０の両端は検出抵抗Ｒｓを介して信号線３に接続され、トランジスタＱのオンデューティを制御することによって、信号線３の線間電圧を変化させるようにしてある。
【００２１】
ここに、インダクタＬ０とコンデンサ０とからなるローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｌｐと、トランジスタＱのスイッチング周波数ｆｓｗと、信号線３に送出される電圧信号の周波数ｆｓｉｇとは、ｆｓｉｇ＜ｆｌｐ＜ｆｓｗの関係になるように設定してある。つまり、トランジスタＱのスイッチングによる高周波成分をローパスフィルタで除去するために、ｆｌｐ＜ｆｓｗの関係とし、かつ信号線３を伝送される電圧信号がローパスフィルタを通過するように、ｆｓｉｇ＜ｆｌｐの関係としている。つまり、基準信号Ｖｏｓｃの周波数ｆｓｗは電圧信号の周波数ｆｓｉｇよりも十分に高く設定される。
【００２２】
ところで、制御回路１１は単流ＮＲＺ信号である図２（ａ）のようなベースバンド信号の電圧制御信号Ｖｒｅｆを出力する。電圧制御信号Ｖｒｅｆは送信期間Ｔａにおける時比率変換回路３２へのデューティ制御信号Ｖｓｉｇを生成する。また、制御回路１１は図２（ｆ）のような一定周波数の鋸歯状波である基準信号Ｖｏｓｃを出力する。電圧制御信号Ｖｒｅｆは演算増幅器ＯＰ１を用いた定電圧制御回路３１に入力され、信号線３の線間電圧を抵抗Ｒ１０，Ｒ１１により分圧した電圧（抵抗Ｒ１１の両端電圧）と比較される。定電圧制御回路３１は、信号線３の線間電圧と電圧制御信号Ｖｒｅｆとを比較し、両者の差に相当する信号Ｖａを出力するのであって、この信号Ｖａが送信期間Ｔａにおけるデューティ制御信号Ｖｓｉｇになる。
【００２３】
定電圧制御回路３１から出力される信号Ｖａは上述のように送信期間におけるデューティ制御信号Ｖｓｉｇであって、ダイオードＤ２を介して基準信号Ｖｏｓｃとともに時比率変換回路３２（コンパレータを主構成とする）に入力される。デューティ制御信号Ｖｓｉｇは時比率変換回路３２において基準信号Ｖｏｓｃと比較される。時比率変換回路３２の出力Ｖｓｗは、図３（ｃ）に示すように、定電圧制御回路３１から出力される信号Ｖａ（図３（ａ））の電圧が基準信号Ｖｏｓｃの瞬時電圧（図３（ｂ））よりも高い期間にＨレベルになるのであって、定電圧制御回路３１の出力電圧の高い期間に低い期間よりもパルス幅の広くなる矩形波信号が出力される。この矩形波信号の周波数は基準信号Ｖｏｓｃの周波数ｆｓｗと一致するのは言うまでもない。なお、上述の例では基準信号Ｖｏｓｃを鋸歯状波としているが基準信号Ｖｏｓｃを三角波としても同様である。
【００２４】
この矩形波信号は駆動回路３３を通してトランジスタＱに与えられ、矩形波信号によりトランジスタＱがオンオフされる。つまり、トランジスタＱのスイッチング周波数ｆｓｗは基準信号Ｖｏｓｃの周波数によって決まり、オンデューティは電圧制御信号Ｖｒｅｆに応じて決定されることになる。トランジスタＱのオン期間が長いほどコンデンサＣ０に蓄積される電荷が多くなり、コンデンサＣ０の両端電圧Ｖｏを上昇させることができる。つまり、電圧制御信号Ｖｒｅｆの電圧値が高くなればトランジスタＱのオン期間を長くし、電圧値が低くなればトランジスタＱのオン期間を短くするように制御する。その結果、コンデンサＣ０の両端電圧Ｖｏつまり信号線３の線間電圧は、図３（ｄ）のように、電圧制御信号Ｖｒｅｆ（図３（ａ））に対応したものになるようにフィードバック制御されることになり、直流電圧にベースバンド信号を重畳した形の従来と同様の電圧信号を信号線３に送出することができる。つまり、受電端末２は従来構成のものを変更することなく用いることができる。なお、図３における期間Ｔｃは、図２における期間Ｔｃに対応する。
【００２５】
上述したように、インダクタＬ０およびコンデンサＣ０は、トランジスタＱのスイッチング周波数ｆｓｗ（つまり、基準信号Ｖｏｓｃの周波数）を阻止する程度に設定すればよいから、スイッチング周波数ｆｓｗを電圧信号の周波数ｆｓｉｇよりも十分に高く設定しておけば、インダクタＬ０のインダクタンスおよびコンデンサＣ０の容量を小さく設定することができ、結果的に小型化が可能になるのである。しかも、インダクタＬ０が小型であることにより、インダクタＬ０の直流抵抗は小さく、損失が少ないものである。
【００２６】
ところで、受電端末２からの電流信号の受信時には、３個の演算増幅器ＯＰ２〜ＯＰ４を用いた定電流制御回路３６により送信回路１５の出力電流（つまり、信号線３に流れる電流）を定電流化する動作に移行する。信号線３に流れる電流を定電流制御回路３６により定電流化するのは受電端末２からの電流信号の受信時だけではなく、給電端末１から電圧信号が送出される期間を除いては全期間にわたって定電流化を行なう。信号線３を流れる電流は、コンデンサＣ０と信号線３との間に挿入した検出抵抗Ｒｓの両端電圧に比例するから、この両端電圧を定電流制御回路３６に入力してトランジスタＱのオンオフを制御すれば信号線３に流れる電流を定電流化することができる。定電流化に際しては、検出抵抗Ｒｓの両端電圧が上昇すれば、コンデンサＣ０の蓄積電荷量を減少させるようにトランジスタＱのオン期間を短くし、検出抵抗Ｒｓの両端電圧が低下すれば、コンデンサＣ０の蓄積電荷量を増加させるようにトランジスタＱのオン期間を長くするのである。
【００２７】
定電流制御回路３６は、演算増幅器ＯＰ２，ＯＰ４を用いた増幅器と演算増幅器ＯＰ３を用いて検出抵抗Ｒｓの両端電圧と電流制御信号Ｉｒｅｆ（図２（ｂ））とを比較する比較器とを備える。比較器はツェナーダイオードＤｚとダイオードＤ１との直列回路を出力端と反転入力端との間に接続してあり、出力値の上限を制限するリミッタとしても機能する。
【００２８】
定電流制御回路３６は、定電圧制御回路３１と同様に、出力を時比率変換回路３２に入力しており、定電流制御信号３６の出力が受信期間におけるデューティ制御信号Ｖｓｉｇになる。定電流制御回路３６では、信号線３に流れる電流が増加して検出抵抗Ｒｓの両端電圧が上昇すると、コンデンサＣ０の蓄積電荷量を低減するようにトランジスタＱのオン期間を短くし、逆に信号線３に流れる電流が減少すればトランジスタＱのオン期間を長くする。このようなフィードバック制御により信号線３に流れる電流をほぼ一定に保つことができる。また、上述したように、信号線３に流れる電流が増加するとトランジスタＱのオン期間が短くなるからコンデンサＣ０の両端電圧が低下し、逆に信号線３に流れる電流が減少するとトランジスタＱのオン期間が長くなるからコンデンサＣ０の両端電圧が上昇するのであって、信号線３に流れる電流の変化を信号線３の線間電圧の変化に変換する機能も備える。つまり、図２（ｂ）のように電流制御信号Ｉｒｅｆが一定値であっても、受信期間Ｔｂに受電端末２から電流信号が返送されると、電流信号に応じて信号線３の線間電圧が変化し、定電流制御回路３６の出力は図２（ｄ）のように電流信号に応じた矩形波状の信号列になる。
【００２９】
ここに、定電流制御回路３６は、上述のように、上限を制限するリミッタを備えているから、信号線３に流れる電流の上限値が制限されることになる。また、信号線３に流れる電流を決める電流制御信号Ｉｒｅｆ（図２（ｂ）参照）は、制御回路１１に接続された電流値設定部１７により設定される。電流値設定部１７はたとえばディップスイッチよりなり、信号線３に流す電流を適宜に設定できるようにしてある。
【００３０】
定電圧制御回路３１と定電流制御回路３６との出力にはそれぞれダイオードＤ２，Ｄ３が接続され、両ダイオードＤ２，Ｄ３の一端が共通接続されることによってワイヤードオア回路を構成している。つまり、定電圧制御回路３１と定電流制御回路３６との出力の論理和が時比率変換回路３２にデューティ制御信号Ｖｓｉｇとして入力される。図２（ａ）のように電圧制御信号Ｖｒｅｆは受信期間Ｔｂには電圧が０になるように設定されるから、図２（ｃ）のように定電圧制御回路３１は送信期間Ｔａ以外は電圧を発生せず、また、図２（ｂ）のように電流制御信号Ｉｒｅｆは送信期間Ｔａには電流が０になるように設定されるから、図２（ｄ）のように定電流制御回路３６は送信期間Ｔａには電圧を発生しない。つまり、ワイヤードオア回路の出力である時比率変換回路３２へのデューティ制御信号Ｖｓｉｇは、図２（ｅ）のように送信期間Ｔａには電圧制御回路３１の出力であり、受信期間ｔｂには電流制御回路３６の出力になる。
【００３１】
ところで、受電端末２から給電端末１に対しては従来構成と同様に電流信号が伝送されるのであって、この電流信号は検出回路１６により検出される。検出回路１６は信号線３の線間電圧を検出するものであり、上述のように、定電流制御回路３６が信号線３に流れる電流をほぼ一定に保っているから、受電端末２から電流信号が返送されるときには信号線３の線間電圧が変化し、結果的に検出回路１６では電流信号を検出することができる。検出回路１６で検出した電流信号は制御回路１１の受信端子Ｒｘに入力され、電流信号の内容が解読される。
【００３２】
上述した構成において、制御回路１１から出力する電圧制御信号Ｖｒｅｆを矩形波状としているが、台形波や正弦波状の波形を用いてもよい。電圧制御信号Ｖｒｅｆとしてこのような波形の信号を用いると、矩形波に比較して定電圧制御回路３１や時比率変換回路３２に用いている演算増幅器ないしコンパレータの周波数特性やスルーレートのような素子特性による波形歪の影響が軽減されるからである。
【００３３】
送信回路１５として、上述した例では降圧形のチョッパ回路を用いているが、昇圧形あるいは極性反転形のチョッパ回路を用いたり、フォワード形やフライバック形のＤＣ−ＤＣコンバータを用いたりすることも可能である。いずれの構成においても、スイッチング素子を高周波でオンオフさせ、かつスイッチング素子の制御によって出力電圧の調節が可能であるから、インダクタを小型化することが可能である。
【００３４】
上述したように、給電端末１は送信期間Ｔａ以外には信号線３に流れる電流を定電流化しているから、信号線３に複数台の給電端末１が接続されている場合でも電圧信号の送信および電流信号の受信が可能になる。この場合、給電端末１の台数に応じて各給電端末１での電流制御信号Ｉｒｅｆを調節すれば、各受電端末２に流れる電流量を給電端末１が１台の場合と等しくすることができる。また、複数台の給電端末１を用いれば１台当たりの電流供給能力を低減することが可能であるから給電端末１の小型化につながり、１台当たりの電流供給能力を１台の場合と同じに設定しているのであればシステム全体としての電流供給能力が大きくなるから受電端末の台数を増加させることが可能になる。
【００３５】
（実施形態２）
実施形態１では、電流制御回路３６に与える電流制御信号Ｉｒｅｆを電流値設定部１７で設定していたが、本実施形態は電流制御信号Ｉｒｅｆを自動的に設定するものである。
【００３６】
すなわち、図４に示すように、信号線３の線間電圧を抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で分圧した出力電圧信号Ｖｓと、検出抵抗Ｒｓにより検出した信号線３に流れる電流に相当する出力電流信号Ｉｓとを制御回路１１に入力し、出力電圧信号Ｖｓと出力電流信号Ｉｓとに基づいて信号線３における負荷を求め、求めた負荷に応じて電流制御信号Ｉｒｅｆを決定するものである。
【００３７】
信号線３の線間電圧と信号線３に流れる電流との関係は、信号線３のインピーダンスが変化しないときには（要するに受電端末２が返信データを伝送していないときには）図５のようになるから、図５の任意の２点における線間電圧Ｖｓ，Ｖｓ’と電流Ｉｓ，Ｉｓ’とを求め、定常時（送信期間Ｔａと受信期間Ｔｂとを除く期間）における所望の線間電圧ＶＬを規定しておけば、次式によって定常時における電流値（電流制御信号Ｉｒｅｆ）ＩＬを決定することができる。
ＩＬ＝｛（Ｉｓ’−Ｉｓ）／（Ｖｓ’−Ｖｓ）｝・ＶＬ
この演算はシステムの立ち上げ時や信号線３の線間電圧が規定範囲を逸脱したときに行なえばよく、受電端末２の追加や削除により給電端末１から見た負荷インピーダンスが変化したときでも信号線３の線間電圧を規定範囲内の定電圧とすることが可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
（実施形態３）
実施形態１では電圧信号を伝送するために、定電圧制御回路３１を必要としていたが、上述の説明から明らかなように、定電流制御信号３６を設けたことによって信号線３に流す電流を変化させると信号線３の線間電圧を変化させることができる。そこで、図６に示すように、図１に示した実施形態１の構成から電圧制御回路３１を省略してあり、分圧用の抵抗Ｒ１０，Ｒ１１、定電圧制御回路３１、ダイオードＤ２，Ｄ３を省略してある。
【００３８】
送信期間Ｔａにおいて電圧信号を出力するときには、定電流制御信号Ｉｒｅｆにより信号線３に流す電流量の増減を指示する。信号線３に流れる電流が増減すれば、信号線３の線間電圧が変化し、結果的に電圧信号を信号線３に送出することができるのである。たとえば、送信期間Ｔａにおいて図７ (ａ）に示すような電圧信号を送信しようとすれば、信号線３に接続されている負荷がほぼ一定である送信期間Ｔａに、信号線３に流れる電流が少ない期間と多い期間とが発生するように電流制御信号Ｉｒｅｆを生成すればよい。この構成でも、図７（ｂ）のように、時比率変換回路３２に対して実施形態１と同様のデューティ制御信号Ｖｓｉｇを与えることができ、信号線３に所望の電圧信号を送出することが可能になる。なお、図７ (ｃ）は制御回路１１から時比率変換回路３２に与えられる鋸歯状波の基準信号Ｖｏｓｃである。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００３９】
（実施形態４）
本実施形態は、実施形態３の構成において実施形態２と同様に定常時（送信期間Ｔａ以外）に信号線３に流す電流値を自動的に設定するものである。つまり、図８に示すように、実施形態３の構成において、信号線３の線間電圧を検出するための抵抗Ｒ１０，Ｒ１１を付加し、線間電圧に比例した出力電圧信号Ｖｓと、検出抵抗Ｒｓにより検出した信号線３の電流に相当する出力電流信号Ｉｓとを制御回路１１に入力する構成を採用している。すなわち、出力電圧信号Ｖｓと出力電流信号Ｉｓとに基づいて、定常時に信号線３に流す電流値を実施形態２と同様の手順で求めるのである。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
なお、上述の実施形態において、送信回路１５を構成するスイッチング素子としてトランジスタＱを用いているが、スイッチング素子としてはトランジスタではなく、ＭＯＳＦＥＴなどを用いてもよいのはもちろんのことである。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、２線式の信号線を介して給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した電圧信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給している受信期間において受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電端末は、送信期間に電圧信号と一致した波形の電圧制御信号を発生するとともに送信期間以外に信号線に流す電流の電流値を規定する電流制御信号を発生する制御回路と、電圧信号よりも十分に高い周波数でスイッチングされるスイッチング素子を備え直流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、与えられたデューティ制御信号に応じてスイッチング素子のオンデューティを変化させる時比率変換回路と、送信期間に信号線の線間電圧を電圧制御信号に応じて変化させるようにデューティ制御信号を生成する定電圧制御回路と、信号線に流れる電流の電流値を検出するとともに送信期間以外に信号線に流す電流が電流制御信号により規定された電流値を保つようにデューティ制御信号を発生する定電流制御回路とを備えるものであり、高周波でオンオフされるスイッチング素子を備えるＤＣ−ＤＣコンバータを送信回路として用いているから、給電端末の送信回路にはインダクタンスの大きなインダクタが不要であり、とくにスイッチング素子をオンオフする周波数を高くすることによって給電端末の小型化が可能になるという利点がある。また、ＤＣ−ＤＣコンバータではスイッチング素子のスイッチングによる電力変換を行なうから、直列制御形の電源回路を用いる場合に比較すると電力変換効率が高くなるという利点がある。さらに、定電流制御回路を設けることによって送信期間以外には信号線に流す電流を定電流化しているから、信号線上に複数の給電端末を接続しても各給電端末がそれぞれ出力電流を管理することになり、各給電端末において出力する電流値を適宜に設定しておくことによって複数台の給電端末を信号線に接続することが可能になる。このように複数台の給電端末を信号線に接続しておけば、１台当たりの給電端末の電流負担を小さくすることができ、給電端末の小型化につながる。また、１台当たりの給電端末の電流負担が従来と同じであるとすれば、受電端末の台数の増加に容易に対応することができる。さらに、複数台の給電端末が信号線上に存在していれば、給電端末が故障しても他の給電端末で代用することが可能になり、システムダウンの可能性が低減されて信頼性を高めることができる。
【００４１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、定電圧制御回路が、送信回路の出力電圧と制御回路から出力される電圧制御信号の信号値との差を検出するとともに、送信回路の出力電圧と電圧制御信号の信号値との差を一定に保つようにデューティ制御信号を生成するものであり、送信回路の出力電圧をフィードバック制御することになるから、送信期間における電圧信号を電圧制御信号に応じた波形に制御することができ、電圧信号の歪みが少なくなるという利点を有する。
【００４２】
請求項３の発明は、２線式の信号線を介して給電端末と受電端末とを接続し、直流電圧に送信データを重畳した電圧信号を送信期間において給電端末から信号線に送出し、給電端末から信号線に直流を供給している受信期間において受電端末で信号線の線間のインピーダンスを変化させることにより受電端末から給電端末に返信データを伝送するデータ伝送装置において、給電端末は、送信期間に電圧信号と一致した波形になるとともに送信期間以外に信号線に流す電流の電流値を規定する電流制御信号を発生する制御回路と、電圧信号よりも十分に高い周波数でスイッチングされるスイッチング素子を備え直流電源を入力電源としスイッチング素子のオンデューティに応じて変化する出力電圧を信号線の線間に印加するＤＣ−ＤＣコンバータよりなる送信回路と、与えられたデューティ制御信号に応じてスイッチング素子のオンデューティを変化させる時比率変換回路と、信号線に流れる電流の電流値を検出するとともに、送信期間には信号線の線間電圧を電流制御信号に応じて変化させ送信期間以外には信号線に流す電流を電流制御信号により規定された電流値に保つようにデューティ制御信号を発生する定電流制御回路とを備えるものであり、高周波でオンオフされるスイッチング素子を備えるＤＣ−ＤＣコンバータを送信回路として用いているから、給電端末の送信回路にはインダクタンスの大きなインダクタが不要であり、とくにスイッチング素子をオンオフする周波数を高くすることによって給電端末の小型化が可能になるという利点がある。また、ＤＣ−ＤＣコンバータではスイッチング素子のスイッチングによる電力変換を行なうから、直列制御形の電源回路を用いる場合に比較すると電力変換効率が高くなるという利点がある。さらに、定電流制御回路を設けることによって送信期間以外には信号線に流す電流を定電流化しているから、信号線上に複数の給電端末を接続しても各給電端末がそれぞれ出力電流を管理することになり、各給電端末において出力する電流値を適宜に設定しておくことによって複数台の給電端末を信号線に接続することが可能になる。このように複数台の給電端末を信号線に接続しておけば、１台当たりの給電端末の電流負担を小さくすることができ、給電端末の小型化につながる。また、１台当たりの給電端末の電流負担が従来と同じであるとすれば、受電端末の台数の増加に容易に対応することができる。さらに、複数台の給電端末が信号線上に存在していれば、給電端末が故障しても他の給電端末で代用することが可能になり、システムダウンの可能性が低減されて信頼性を高めることができる。加えて、送信期間以外だけではなく送信期間においても定電流制御回路の出力を用いて信号線の線間電圧を制御するから、給電端末の回路構成が簡単なものになり、給電端末のより一層の小型化につながる。
【００４３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、送信回路が、直流電源の両端間に接続したスイッチング素子とインダクタとコンデンサとの直列回路と、インダクタとコンデンサとの直列回路に並列接続された還流用のダイオードとを備える降圧形のチョッパ回路であって、コンデンサの両端電圧が信号線に印加され、インダクタとコンデンサとからなるローパスフィルタがスイッチング素子のスイッチング周波数を阻止し電圧信号を通過させるように設定されているものであり、一般的な構成の降圧形のチョッパ回路を送信回路に用いることになるから、スイッチング素子のオンデューティの制御だけで信号線の線間電圧を容易に制御することができる。
【００４４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、制御回路に、送信期間以外における電流制御信号を規定する電流値設定部を付加したものであり、送信期間以外での信号線の電流値を電流値設定部により規定するから、使用者が電流値を適宜に設定することができ、システム構成に応じた電流値を指定することが可能になる。
【００４５】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、送信回路の出力電圧と出力電流とを検出する電流電圧検出部を設け、電流電圧検出部で検出した電圧と電流との関係に基づいて送信期間以外における電流制御信号を決定する機能を制御回路に設けたものであり、電流制御信号を送信回路の出力電圧と出力電流とに基づいて自動的に設定するから、システムの構成に応じた電流値が自動的に設定されることになり、電流値の設定作業が不要になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す回路図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態２を示す回路図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】本発明の実施形態３を示す回路図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】本発明の実施形態４を示す回路図である。
【図９】従来例を示すブロック図である。
【図１０】同上の回路図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１  給電端末
２  受電端末
３  信号線
１１  制御回路
１５  送信回路
１７  電流値設定部
３１  定電圧制御回路
３２  時比率変換回路
３６  定電流制御回路
Ｃ０  コンデンサ
Ｄ０  ダイオード
Ｅ  直流電源
Ｉｒｅｆ  電流制御信号
Ｌ０  インダクタ
Ｑ０  スイッチング素子
Ｒ１０，Ｒ１１  抵抗
Ｒｓ  検出抵抗
Ｖｒｅｆ  電圧制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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