(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線を伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いられ、前記電力線に前記高周波信号を注入・取出しする電力線搬送通信用信号結合装置において、
前記電力線に接続された高耐圧コンデンサと、
この高耐圧コンデンサに直列接続され、直列共振回路を形成するドレインコイルと、
このドレインコイルに1次巻線が並列接続され、前記電力線と通信用ケーブルとを絶縁するマッチングトランスと、
前記ドレインコイルと前記マッチングトランスとの間において前記ドレインコイルに並列接続され、並列共振回路を形成する並列コンデンサとを備えた
ことを特徴とする電力線搬送通信用信号結合装置。
【請求項２】
前記高耐圧コンデンサと前記ドレインコイルによって決まる直列共振周波数が、前記ドレインコイルと前記並列コンデンサによって決まる並列共振周波数より低いことを特徴とする請求項１記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
【請求項３】
前記高耐圧コンデンサの容量が前記並列コンデンサの容量より大きいことを特徴とする請求項１記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力線を伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いる信号結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力線搬送（以下PLCという。PLC=Power  Line  Communication）システムは、電力線に2MHz〜40MHzの伝送信号を重畳させてデータ通信などの高周波信号の通信を行うものである。そのPLCシステムにおいて、電力線に伝送信号を注入・取出しする信号結合装置は、高耐圧コンデンサを用いたキャパシティブカップラ（以下CCUという。CCU=Capacitive  Coupling  Unit）で構成されている。特許文献１に、CCUの構成が示されている。同特許文献１では、CCU100は、電力線を取り付ける端子102と大地接地を行う端子106の間に取り付けられた高耐圧コンデンサ110とドレインコイル114によって、電力線の高電圧をカットし、マッチングトランス202と２次回路に設けたコンデンサ204にて構成されたマッチング回路201を経て通信モデムへ高周波信号を取り出す。
【特許文献１】US2001/0038329(段落0050,0051,0055及びFIG.1,2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電力線の特性インピーダンスは50Ωから400Ωであるのに対し、通信モデム入出力部の特性インピーダンスは50Ωである。このため、CCU内部には、インピーダンスマッチングを行う回路が設けられている。インピーダンスマッチング回路には、１次側と２次側の巻き数比が異なったマッチングトランスが用いられる。しかしながら、マッチングトランスだけでは、10MHz以上の高周波領域において、出力電圧が低下するという問題点があった。以降、架空線から信号結合装置への入力電圧と信号結合装置から通信モデムへの出力電圧の比を結合効率と呼ぶ。【０００４】
また、サージ電圧の保護素子として用いられるアレスタでは、十分に電力線からのサージ電圧を吸収できないという問題点があった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、高周波領域での結合効率を増加させると共に、十分にサージ電圧を低減することのできる電力線搬送通信用信号結合装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、電力線を伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いられ、前記電力線に前記高周波信号を注入・取出しする電力線搬送通信用信号結合装置において、前記電力線に接続された高耐圧コンデンサと、この高耐圧コンデンサに直列接続され、直列共振回路を形成するドレインコイルと、このドレインコイルに1次巻線が並列接続され、前記電力線と通信用ケーブルとを絶縁するマッチングトランスと、前記ドレインコイルと前記マッチングトランスとの間において前記ドレインコイルに並列接続され、並列共振回路を形成する並列コンデンサとを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の電力線搬送通信用信号結合装置によれば、ドレインコイルとマッチングトランスとの間においてドレインコイルと並列に設けたコンデンサによって、高周波領域の結合効率を増加させると共に、電力線からのサージ電圧をマッチングトランスに達する前に十分低減することができ、マッチングトランスの１次側と２次側の間の絶縁破壊を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による信号結合装置の回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による並列コンデンサの容量と結合効率の関係を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるアレスタの特性を示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるマッチングトランスの巻線を示す図である。
【符号の説明】
【０００９】
１  高耐圧コンデンサ、２  ドレインコイル、３  並列コンデンサ、  ４  保護素子、５  マッチングトランス、６  保護素子、７  コネクタ、21  磁気コア、51  磁気コア
52  高抵抗もしくはインダクタンス
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力線搬送通信用信号結合装置100の回路構成を示す図である。図１において、１は電力線８に接続された高耐圧コンデンサ、２はこの高耐圧コンデンサ１に直列接続されたドレインコイルで、磁気コア21にコイルが巻かれて構成されている。
３はこのドレインコイル２に並列接続された並列コンデンサ、５はこの並列コンデンサ３と並列に接続されたマッチングトランスで、磁気コア51に１次巻線W1と２次巻線W2が巻かれて構成されている。このマッチングトランス５の１次側と２次側にサージアレスタなどの保護素子４，６が設けられている。７は入出力端子となるコネクタで、ケーブルを介して通信モデム（図示せず）と接続される。【００１１】
次に動作について説明する。図１に示した高耐圧コンデンサ１とドレインコイル２は直列共振回路を形成し、ドレインコイル２と並列コンデンサ３は並列共振回路を形成する。直列共振周波数f1は高耐圧コンデンサ１の容量C1とドレインコイル２のインダクタンスLによってきまり、並列共振周波数f2は並列コンデンサ３の容量C2とドレインコイル２のインダクタンスLによって決まる。それぞれの共振周波数は、次式にて与えられる。【００１２】
【数１】
0004668279.tif 000002
【００１３】
図２に並列コンデンサ３の容量を0,100,200,500,1000Pfに変化させたときの結合効率の計算結果を示す。並列コンデンサ３が無い（0pF）ときは、直列共振回路のみとなるため、共振周波数が１つだけとなり、結合効率は１箇所のみにて極大値を示す（図２に示した例では、6MHz）。並列コンデンサ３を設けることにより、直接共振周波数と並列共振周波数の２箇所にて極大値を示す。２つの共振周波数を調整することにより、結合効率の高周波特性を増加させることができる。すなわち、並列共振周波数f2を直列共振周波数f1よりも高く設定することにより、信号結合装置の高周波特性を増加させることができる。すなわち、C1>C2の条件を満たせばよい。【００１４】
図３に保護素子４，６として用いるガスアレスタの特性を示す。アレスタにパルス電圧を加えたときの印加電圧波形とアレスタ両端電圧波形を示す図である。図３(a)に示すように、立ち上がり時間が数μsのパルス電圧を加えた場合、アレスタ印加電圧がアレスタ動作電圧を超えると、アレスタが動作し、アレスタ両端電圧は0Vとなり、電力線からのサージ電圧に対して他の素子を保護する。図３(b)に示すように、立ち上がり時間が数nsのパルス電圧を加えた場合、アレスタ印加電圧がアレスタ動作電圧を超えても、アレスタの動作遅れ時間T1に達するまで、アレスタは動作しない。この場合、アレスタ動作電圧以上の電圧が他の素子に加わることになり、他の素子を保護することができない。【００１５】
このように非線形素子のみを用いて電力線からの立ち上がり時間の短い高速サージ電圧を保護することは不可能である。この場合、ドレインコイル２に並列にコンデンサ３を設け、この並列コンデンサ３に高速サージ電圧を吸収させ、他の素子を保護することが可能となる。10pFから500pFの容量の並列コンデンサ３を用いることにより、立ち上がり時間が数nsのパルス電圧を十分減少させることが可能である。【００１６】
なお、保護素子４，６として、一定の電圧に達したときに保護素子が動作し両端の電圧が０Ｖになる非線形素子が用いられる。このような保護素子としては、サージアレスタ、ガスギャップアレスタ、ガスアレスタ、バリスタ、ダイオードなどが用いられる。どれかひとつの素子でも良いし、いろいろな素子を組み合わせても良い。【００１７】
以上のように、実施の形態1によれば、電力線８を伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いられ、電力線８に高周波信号を注入・取出しする電力線搬送通信用信号結合装置において、電力線に接続された高耐圧コンデンサ１と、この高耐圧コンデンサ１に直列接続され、直列共振回路を形成するドレインコイル２と、このドレインコイルに1次巻線が並列接続され、電力線と通信用ケーブルとを絶縁するマッチングトランス５と、ドレインコイル２とマッチングトランス５との間においてドレインコイル２に並列接続され、並列共振回路を形成する並列コンデンサ３とを備えることにより、高周波領域の結合効率を増加させると共に、電力線からのサージ電圧をマッチングトランスに達する前に十分低減することができ、マッチングトランスの１次側と２次側の間の絶縁破壊を防止することができる効果がある。
【００１８】
また、高耐圧コンデンサ１とドレインコイル２によって決まる直列共振周波数をドレインコイル２と並列コンデンサ３とによって決まる並列共振周波数より低くすることにより、結合効率が２つの周波数で極大値を示すことになり、コンデンサの容量を調整することにより、広い周波数範囲にて高い結合効率を有する信号結合装置を得ることができる。【００１９】
更に、高耐圧コンデンサ１の容量を並列コンデンサ３の容量より大きくすることにより、直列共振周波数を並列共振周波数より低く設定することができ、並列コンデンサ３の容量を調整することにより、広い周波数範囲にて高い結合効率を有する信号結合装置を得ることができる。【００２０】
並列コンデンサ３としては、セラミックコンデンサや電界コンデンサなどコンデンサ素子を用いても良いし、基板パターンやコイル巻き線間の浮遊容量を用いてもよい。また、基板内に容量成分を内蔵しても良い。【００２１】
通信速度を向上させるためには、信号の周波数帯域をあげる必要性がある。このため、結合効率の周波数特性が高い周波数にてフラットな信号結合装置が必要となる。しかしながら、電力線には、雷や断路機の開閉サージのようなパルス性のノイズが発生する。このノイズが信号結合装置を介して通信装置に伝わると通信装置の入力部を損傷してしまう。このため、高い周波数の結合効率を意識的にカットする必要がある。例えば、40MHz以上の周波数において急速に結合効率を低下させる必要がある。このような場合にも、実施の形態１は有効である。
実施の形態２．
実施の形態１では、ドレインコイル２に並列に設けたコンデンサ３により、立ち上がり時間が数nsの高速サージ電圧を十分減少させることができることを示した。減少したサージ電圧が、通信モデムに伝わらないようにするには、マッチングトランス５の１次側と２次側の間の絶縁耐電圧が十分高いことが必要である。所定の絶縁耐電圧を満足することにより、信号結合装置と通信モデムを接続するケーブルの種類や設置状態によらず電力線と通信モデムの間の絶縁が保証され、安全な信号結合装置を提供することができる。【００２２】
マッチングトランス５の絶縁耐電圧の評価方法には、１次側巻線W1に高電圧を印加し、２次側と１次側の絶縁が破壊する電圧（ブレークダウン電圧）を測定する。ブレークダウン電圧が十分高ければ、マッチングトランス５の絶縁耐電圧は保障される。ブレークダウン電圧として、5kV以上の絶縁耐電圧を有すれば、コネクタ７に5kV以上の電圧を発生することはない。また、通信モデムの入力端子は、ESD（Electro  Static  Discharge）保護のため、通常5kVのパルスノイズに耐える設計になっている。このため、マッチングトランス５の絶縁耐電圧として、２次側と１次側の絶縁耐電圧（ブレークダウン電圧）5kVを達成すればよい。【００２３】
この様な絶縁耐電圧を達成するための方法として、図４(a)に示すようにマッチングトランス５に用いる磁気コア51としてNiZnフェライトのように固有抵抗の高い材料を用いることが必要である。また、１次巻線W1と２次巻線W2を対向巻きにしたり、被覆銅線を用いたりすることによって所定の絶縁耐電圧を達成させる。また、マッチングトランス５の１次側と２次側のグランド端子を接続しないか、図４(b)に示すように高抵抗もしくはインダクタンス52を介して接続することによって所定の絶縁耐電圧を達成できる。【００２４】
また、磁気コア51の磁気飽和を利用して、高電圧の磁気飽和を低減させることができる。【００２５】
以上のように、実施の形態２によれば、並列コンデンサ３と並列にマッチングトランス５を接続すると共に、マッチングトランス５の１次側と２次側の絶縁耐電圧を5kV以上に設定することにより、信号結合装置と通信モデムを接続するケーブルの種類や状態によらず高周波サージ電圧を十分減衰することができる。
【図１】
0004668279.tif 000003
【図２】
0004668279.tif 000004
【図３】
0004668279.tif 000005
【図４】
0004668279.tif 000006