(57)【要約】【課題】電源を接続するだけで外部機器に対する信号の送受信を行うこと。【解決手段】トランス１２の一次巻線とＦＥＴ１３との間にカップリング素子１７が接続され、ＦＥＴ１３がオン状態にあるとき、外部機器が交流電源の電力線１０を通信時のインターフェースとして互いに通信データを送受信させるための通信手段２０が設けられる。通信手段２０は、高周波回路２１、暗号／復号回路２２、変復調回路２３、信号処理回路２４を有し、外部機器のパソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮが通信データを送信したとき、その送信データを変調かつ暗号化させて高周波として交流電圧に重畳させることで出力する一方、交流電圧に重畳された通信データが入力されると、その通信データに基づいて復号かつ復調化させて、外部機器のＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮに入力させる。【選択図】  図３
2004304747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電圧をスイッチング素子によって所定の交流電圧に変換し、変換された交流電圧をトランスの一次巻線に印加し、トランスの二次巻線から取り出された交流電圧を、平滑化して出力端子に接続された外部機器に出力するスイッチング電源において、
前記トランスの一次巻線が印加されたとき、前記トランスの二次巻線の出力端子に接続された外部機器に対し、交流電源の電力線を通信回線として通信信号を送受信する通信手段を備えることを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチング電源において、
前記通信手段は、前記トランスの一次巻線とスイッチング素子間に接続されるカップリング素子を有することを特長とするスイッチング電源。
【請求項３】
請求項１又は２記載のスイッチング電源において、
前記通信手段は、スイッチング電源のデューティサイクルに基づき、該デューティサイクルの逆数よりも少し大きい値にて圧縮した通信を送信する一方、圧縮された通信データを伸張して取り込む手段を有することを特長とするスイッチング電源。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のスイッチング電源において、
前記通信手段は、前記外部機器に対して投入電源をオン／オフすることと、外部機器に対する投入電圧を可変することとを、前記電力線を通して得られた外部からの通信信号に基づき選択的に実行する制御回路を備えていることを特長とするスイッチング電源。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のスイッチング電源において、
前記通信手段は、高周波送受信回路、暗号／復号回路、スクランブル回路、変復調回路、信号処理回路とを有することを特長とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源に係り、特に交流入力電圧をスイッチング素子によって所定の交流電圧に変換し、変換された交流電圧をトランスの一次巻線に印加し、トランスの二次巻線から取り出された電圧を、平滑化して直流電圧を出力端子に出力するスイッチング電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源にあっては、例えば、交流電源の電力線に接続されたとき、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などからなるスイッチング素子によって所定の交流電圧に変換され、変換された交流電圧がトランスの一次巻線に印加されることで、トランスの二次巻線に電圧が発生する。発生した電圧は、平滑化されることで直流電圧として出力端子に出力される。
【０００３】
出力端子には種々の電気製品、例えば家庭内にあってはＴＶ、冷蔵庫、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称す）等が接続されている。一方、企業等の職場にあっては、複数のパーソナルコンピュータが接続され、互いにＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信等を行おうとすると、双方のパソコンにＬＡＮカードやターミナルアダプタ等を設置すると共に、ＬＡＮケーブルで接続する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング電源は、上述したように、交流電源に接続されることで、外部機器に直流電源を供給できるようになっているものの、外部機器に対して単なる電源の供給だけであり、それ以上の機能を有するものではなかった。
スイッチング電源に接続された外部機器がパソコンの場合には、双方のコンピュータがＬＡＮケーブルなどの手段で接続されることで通信を行えるようにしているものの、ＬＡＮケーブルで接続しないと通信データを送受信することができない等の問題があった。双方のコンピュータ間の通信が、無線ＬＡＮのように無線による場合は、配線はもともと無いが、無線ＬＡＮで必要なアクセスポイントなどの基地局設備あるいはリピータ等の設備がないと通信データを送受信することができない等の問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、外部機器に対して電源を供給するのみならず、外部機器に対する信号の送受信を行う機能を付加したスイッチング電源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、以下の手段を採用している。
即ち、請求項１に係る発明は、交流入力電圧をスイッチング素子によって所定の交流電圧に変換し、変換された交流電圧をトランスの一次巻線に印加し、トランスの二次巻線から取り出された交流電圧を、平滑化して出力端子に接続された外部機器に出力するスイッチング電源において、前記トランスの一次巻線が印加されたとき、前記トランスの二次巻線の出力端子に接続された外部機器に対し、交流電源の電力線を通信回線として通信信号を送受信する通信手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係るスイッチング電源によれば、交流電源の電力線にそれぞれスイッチング電源が接続されると共に、該それぞれのスイッチング電源に外部機器が接続されている場合、一方のスイッチング電源側の外部機器からの通信信号が、他方のスイッチング電源に送信されると、該スイッチング電源側の通信手段を介して外部機器に送信されるので、一方のスイッチング電源側の外部機器と他方のスイッチング電源側の外部機器と通信を行うことが可能となる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のスイッチング電源において、前記通信手段は、前記トランスの一次巻線とスイッチング素子間に接続されるカップリング素子を有することを特長とする。
請求項２に係るスイッチング電源によれば、トランスによって外部機器としての電源を得ることができるばかりでなく、カップリング素子によって通信手段の電源を得ることができ、またスイッチング素子がオン状態にあるとき、通信を確実に行うことができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載のスイッチング電源において、スイッチング電源のデューティサイクルに基づき、該デューティサイクルの逆数よりも少し大きい値にて圧縮した通信を送信する一方、圧縮された通信データを伸張して取り込む手段を有することを特長とする。
【００１０】
請求項３に係るスイッチング電源によれば、通信手段が、スイッチング電源のデューティサイクルに基づき、デューティサイクルの逆数よりも少し大きい値にて圧縮した通信データを送信したり、圧縮されたデータを伸張して取り込むように構成したので、圧縮された通信信号が入力されると、受信側ではいわゆるシームレスな信号を受信することができ、安定した通信を行うことができ、これにより、外部電源がオンのときだけ同期して通信しても、通信データが漏れるおそれを解消することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のスイッチング電源において、前記通信手段は、前記外部機器に対して投入電源をオン／オフすることと、外部機器に対する投入電圧を可変することとを、前記電力線を通して得られた外部からの通信信号により選択的に実行する制御回路を備えていることを特長とする。
請求項４に係るスイッチング電源によれば、選択された外部機器に対し、電源をオン／オフさせることができるばかりでなく、投入電圧を可変させることができるので、例えば外部機器が照明器具の場合には、照明器具をオン／オフさせることができると共に照明器具の調光を行うこともできる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のスイッチング電源において、前記通信手段は、高周波送受信回路、暗号／復号回路、スクランブル回路、変復調回路、信号処理回路とを有することを特長とする。
請求項５に係るスイッチング電源によれば、交流電源に接続されたスイッチング電源を介して接続された外部機器がパソコン同士の場合には、互いの通信を確実に行うことができ、しかも暗号／復号回路によって対象とする通信相手だけと安全且つ確実に通信を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源を示す概略図、図２はスイッチング電源に設けられた通信手段を示す回路図である。
本実施形態のスイッチング電源は、図２に示す交流電源の電力線１０と接続されることで外部機器に電力を供給するためのものであって、図１に示すように、トランス１２の一次側の前段に、平滑用コンデンサ１１と整流ダイオード１６とによる平滑回路を有し、その一次側の後段に交流電源をスイッチングして所定の交流電圧に変換するスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）１３を有している。
【００１４】
トランス１２の二次側には、ダイオード１４と、平滑用のコンデンサ１５とが設けられ、トランス１２の一次側においてＦＥＴ１３が周期的にオン／オフ制御されると、それに応じて一次側に交流電圧が印加される結果、トランス２の二次側に二次電圧が誘起され、その二次電圧がダイオード１４によって半波整流された後、コンデンサ１５で平滑化され、図示しない出力端子に接続された外部機器に直流電圧が供給されるようになっている。
外部機器としては、図２に示すように例えばパソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮからなっており、各々ＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮが交流電源の電力線１０と接続されたスイッチング電源の出力端子に接続されている。なお、図２において、符号１、２…Ｎはそれぞれのスイッチング電源を表している。
【００１５】
そして、このスイッチング電源は、トランス１２の一次側において、その一次巻線とＦＥＴ１３との間にカップリング素子１７が直列に接続され、ＦＥＴ１３がオン状態にあるとき、外部機器が交流電源の電力線１０を通信時のインターフェースとして利用できるよう、互いに通信データを送受信させるための通信手段２０が設けられている。
【００１６】
上記通信手段２０は、電力線１０に図２に示すようにパソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮがそれぞれ接続されてかつオン状態にある場合、例えば一方のＰＣ１から他方のＰＣ２に向けて通信データが出力されると、そのＰＣ１からの通信データが電力線１０を介し、ＰＣ２〜ＰＣＮと接続されているスイッチング電源２〜Ｎの一次側に流れる。他方のスイッチング電源２はＰＣ１からの通信データを選択的に受信し、他方のスイッチング電源２に設けられている通信手段２０が、パソコンＰＣ１からの通信データを他方のパソコンＰＣ２に出力し、これによってパソコンＰＣ１からの通信データがパソコンＰＣ２に送信できるようになっている。
【００１７】
この場合、パソコンＰＣ２からの送信情報が上記と逆形態となってパソコンＰＣ１に出力して通信できるようになっており、従って、パソコンＰＣ１とＰＣ２とが互いにスイッチング電源１、２及び電力線１０をインターフェースとして通信可能に構成されている。そのため、パソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮは詳細に図示していないが、スイッチング電源の出力端子に接続されると、通信データを送受信できるように構成されている。
【００１８】
さらに詳しく述べると、上記通信手段２０は、図１に示すように、高周波送受信回路（ＲＦ）２１、スクランブル回路２５、変復調回路（ＭＯＤＥＭ）２３、信号処理回路２４を有し、外部端子に接続されたパソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮが通信データを送信したとき、その送信データを変調かつスクランブル化させて高周波として交流電圧に重畳させることで出力する一方、交流電圧に重畳された通信データが入力されると、その通信データに基づいて復号かつ復調化させて、外部端子に接続されたＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮに入力させるようになっている。
【００１９】
その場合、パソコン間での通信内容は、通常実施されているインターネット通信の場合と同様のプロトコルを利用することで行われるようになっている。従って、通信手段２０は、パソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮに設けられる一般的な通信用のＬＡＮカードやターミナルアダプタ等と同等の機能を有することで、電力線１０を介して通信時の送受信データを対象パソコンで送受信するようになっている。
【００２０】
また、より、安全且つ確実に通信データを送受させるため、例えばスクランブル回路２５と変復調回路２３との間に、対応するパソコン同士のみの通信を的確に行えるようにするため、暗号／復号回路２２を接続することが好ましい。更には図示していないが、電力線通信が狭帯域通信の場合においては、搬送波（キャリア）周波数の使用状況又はその周波数での送信可否を判定するためキャリアセンス機能をもつ回路、また、受信信号のビットエラーレート（ＢＥＲ）、若しくはフレームエラーレート（ＦＥＲ）の監視機能を持たせるようにし、その状況により送信可否を判定する回路を、また、電力線通信が広帯域通信の場合においては、受信信号のビットエラーレート（ＢＥＲ）、若しくはフレームエラーレート（ＦＥＲ）の監視機能を持たせるようにし、その状況により送信可否を判定する回路を付加すれば、より良好な通信ができることは勿論である。このような通信手段２０は、図２に示すように、高周波回路２１は、トランス１２の二次巻線とＦＥＴ１３のゲート間に接続された制御回路２６の指令により、所定周波数の高周波を発振させるシンセサイザー２７に基づいて作動する。
【００２１】
このような通信手段２０は、制御回路２６によりＦＥＴのオンに連動してオンするが、通信時には通信信号を確実に同期させることができるよう、通信時には、電源のスイッチング時、即ちターンオン／ターンオフ時には送受信しないようにすることが好ましい。
【００２２】
本実施形態のスイッチング電源は、上記のように構成されているので、いま、交流電源の電力線１０に図２に示すように、スイッチング電源１、２…Ｎがそれぞれ接続され、それらにパソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮが各々接続されて、オン状態にあるものとする。
【００２３】
このとき、一方のパソコンＰＣ１から他方のパソコンＰＣ２に通信データを送信する場合には、パソコンＰＣ１側のスイッチング電源１においてトランス１２の一次側のＦＥＴ１３がオン状態にあるとき、パソコンＰＣ１から出力された通信データが、該パソコンＰＣ１を接続しているスイッチング電源１に内蔵された通信手段２０及びカップリング素子１７を介して通信データに変換されると共に、電力線１０を介して送信されると、通信相手側のスイッチング電源２に内蔵されている通信手段２０が通信データを復号化すると共に、パソコン上で使用される通常の信号帯域として処理することで、スイッチング電源２に接続されたパソコンＰＣ２に出力することとなる。
【００２４】
これにより、パソコンＰＣ１からの通信データがスイッチング電源１、２及び電力線１０を介してパソコンＰＣ２に送信され、このようなことは各パソコンＰＣ１〜ＰＣＮ間で互いに同様に行われるので、パソコン間をＬＡＮケーブルで接続することが不要になる。そのため、パソコンが通信のためのＬＡＮカードやモデム等のアダプタを設置することが不要になると共に、それだけパソコンの内部構成を簡素化できるので、パソコンの小型化かつコスト低減化を図ることもできる。このようなことは、有線ＬＡＮのみならず、無線ＬＡＮの場合も同様で、配線の代わりに無線ＬＡＮで必要なアクセスポイントなどの基地局設備あるいはリピータ等の設備が不要になると共に、パソコンに無線通信設備を付加することが不要になり、それだけパソコンの内部構成を簡素化できるので、パソコンの小型化かつコスト低減化を図ることもできる。各種センサと各種アクチュエータの通信を実現するＬＯＮ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム等の場合も同様である。
【００２５】
また、カップリング素子１７がトランス１２の一次巻線とＦＥＴ１３間に接続されいるが、通信手段２０は、通信相手に対し同期させて信号を確実に送信することができるように構成されているので、これにより、通信を良好に行うことができる。
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源を示している。この実施形態において、前述した実施形態と異なるのは、通信手段２０のモデム２３と信号処理回路２４間にデータを圧縮又は伸張させる圧縮／伸張回路２８が設けられた点にある。
【００２７】
通信手段２０は、ＦＥＴ１３のオンのときだけで、且つ相手と同期して通信するので、断続的にしか通信ができない。
【００２８】
そこで、圧縮／伸張回路２８は、図４（ｂ）に示すように、例えば通信データの送信時、その送信データＤを一周期分遅らせて圧縮させると共に、その圧縮データＤ１を送信するようにする。制御回路２６は、スイッチング電源のデューティサイクルを監視し、一次側の電力通電タイム時間にてスイッチング電源の一周期を除した値より少し大きな値にて、圧縮／伸張回路２８に対し通信データの圧縮を行わせるようになっている。また受信時には同図（ｃ）に示すように、受信された圧縮データを、受信信号の中に情報として折りこまれている送信側の圧縮率をもとに伸張して伸張データＤ２（＝Ｄ）を生成させ、かつその伸張データＤ２を得るようにしている。
従って、この通信手段２０は、送信時には、送信データが一周期遅れの圧縮データとして送信される一方、圧縮された送信データが入力されると、そのデータが圧縮／伸張回路によって伸張されて読み出されるようになっている。
スイッチング電源の場合、ＦＥＴ１３のターンオン（Ｔオン）とターンオフ（Ｔオフ）とに大きな且つ広帯域のノイズが含まれており、ターンオンとターンオフとの間は通信を避ける。圧縮の比率が、一次側の電力通電タイム時間にてスイッチング電源の一周期を除した値より少し大きな値にしてあるのは、このターンオン、ターンオフ時の送信を避けるためである。
【００２９】
この実施形態によれば、スイッチング電源のデューティサイクルに基づき、デューティサイクルの一周期を除した値より少し大きな値にて圧縮した通信データを送信したり、圧縮されたデータを受信した場合は、受信信号に内蔵されている送信側圧縮率にて伸張するように構成したので、圧縮された通信信号が入力されると、受信側ではいわゆるシームレスな信号を受信することができ、安定した通信を行うことができる。
【００３０】
図５及び図６は、本発明の他の実施の形態に係るスイッチング電源を示している。前述した実施形態においては、一台のスイッチング電源にそれぞれパソコンＰＣ１、ＰＣ２…ＰＣＮのみが接続された例を示したが、この実施形態では、図６に示すように、電力線１０にスイッチング電源１を介してパソコンＰＣ１が接続され、またスイッチング電源２を介してパソコンＰＣ２、照明器具３０及び冷蔵庫４０が接続されるのに適用したものである。つまり、このスイッチング電源には、外部機器としてパソコン（ＰＣ１、ＰＣ２）、照明器具３０、冷蔵庫４０など複数の電気製品が接続され、それぞれに電力を供給できるようになっている。本例ではこの場合の照明器具３０として、光量を変更できる調光機能を有している。
【００３１】
そして、スイッチング電源１、２に内蔵されている通信手段２０は、パソコンＰＣ１からの指令により外部機器に対するオン／オフ信号を出力させる信号のみならず、オン状態にあるときの光量を変更させる信号をも電力線１０によって送信できるようになっている一方、その電力線１０によって送信された信号を取り込むことで、外部機器に対する電源のオン／オフを実現できると共に、オン状態で光量の変更を実現できるようになっている。
【００３２】
そのため、スイッチング電源２の通信手段２０は、図５に示すように、制御回路２６によって外部機器に対する電力をオン／オフさせたり、電圧を変更させるためにＦＥＴ１９が設けられ、一方のパソコンＰＣ１から送信された信号に基づき、パソコンＰＣ２側の信号処理回路２４が処理することで、それに応じて制御回路２６がＦＥＴ１９を選択的に制御、つまり、照明器具３０や冷蔵庫４０に対して電源をオンやオフさせたり、照明器具３０に対する投入電圧を変えて調光させたりすることができるようになっている。
【００３３】
従って、この実施形態の通信手段２０としては、前述した実施形態のように信号処理回路２４がパソコンからの通信信号を送受信するばかりでなく、スイッチング電源に接続されている照明器具３０、冷蔵庫４０のような外部機器に対する投入電源をオン／オフしたり、また投入電圧を変化させたりすることができる。このようなことは、照明器具３０や冷蔵庫４０のみに限らず、ＴＶ等他の電気製品が接続された場合にも同様に適用させることができる。
【００３４】
また、通信手段２０のカップリング素子１７として、トランス１２の一次巻線側に設けられた巻線によって誘起される二次巻線とからなるトランスで構成された例を示したが、これに限らず、電力変換トランス１２の２次巻線でも可能であるし、例えばフォトカプラのトランジスタ及びダイオード等で代用することもでき、要は、スイッチング素子としてのＦＥＴ１３のオンと共にオンすることで通信手段２０が通信可能となるものであればよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力線に接続されている一方のスイッチング電源側の外部機器からの通信信号が、電力線に接続されている他方のスイッチング電源に送信されると、該スイッチング電源側の通信手段を介して外部機器に受信できるように構成したので、一方のスイッチング電源側の外部機器と他方のスイッチング電源側の外部機器と通信を行うことができ、従って、外部機器としての電源を得ることができるばかりでなく、スイッチング素子がオン状態にあるとき、通信を確実に行うことができる効果がある。
また、電力線を通信回線として使用することから、今まで電力線とは別に必要であった通信用回線が不要となる。
本発明の外部機器に対する信号の送受信を行う機能を付加したスイッチング電源は、電力線を使った単独の通信機器を別途使う場合よりも，通常電源内に搭載される避雷保護回路や安全装置としてのヒューズを兼用できることや、電力変換トランスをカップリング素子として用いることもでき、且つ本発明の第２の実施例で示したように、電源出力のＯＮ／ＯＦＦあるいは電圧調整機能を簡単に折り込める等の利点を有する。
【００３６】
また、送信時、圧縮された通信信号が入力されると、受信側ではいわゆる連続的に信号を受信することができ、安定した通信を行うことができ、これにより、電源がオンのときだけ同期して通信しても、通信データが漏れるおそれを解消することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源を示す回路図である。
【図２】図１のスイッチング電源の使用例を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源を示す回路図である。
【図４】通信手段に設けられた圧縮／伸張回路の作用を示す図であって、（ａ）は通信データを示す説明図、（ｂ）は送信信号を示す説明図、（ｃ）は受信データを示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るスイッチング電源を示す回路図である。
【図６】図５のスイッチング電源の使用例を示す回路図である。
【符号の説明】
１、２〜Ｎ…スイッチング電源
１０…交流電源の電力線
１２…トランス
１３…スイッチング素子（ＦＥＴ）
１７…カップリング素子
２０…通信手段
２１…高周波回路回路
２２…暗号／復号回路
２３…変復調回路
２４…信号処理回路
２５…スクランブル回路
２６…制御回路
２８…圧縮／伸張回路
【図１】
2004304747.tif 000003
【図２】
2004304747.tif 000004
【図３】
2004304747.tif 000005
【図４】
2004304747.tif 000006
【図５】
2004304747.tif 000007
【図６】
2004304747.tif 000008