JP4423157B2 - 電力線通信装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機システムに電力を供給している直流電源と制御回路とを結線している電力線を用いて、複写機システムを制御するための電力線通信を行う電力線通信装置に関するものである。

従来、複写機システムにおいて、データ転送速度を必要としないユニットの制御では、データ転送をシリアル通信とすることで、通信及び制御信号線の信号線数を大幅に削減する方法が実施されている。しかし、それでも複写機システム全体としては、多くの信号線が複写機内のユニット間に配置され、多くの空間を占有している。

従来はシリアル通信を行い、ユニットの制御を行っていた。（例えば、特許文献１参照）信号には、シリアル通信の開始を認識させる信号、通信クロック、送信データ、ラッチ信号などを有して、データ通信の信頼性を向上させたシリアル通信が行われている。
特開平１１−２８４６０６公報 （第１−５頁、図１）

従来のシリアル通信の概要を図７を用いて説明する。制御する装置７０１、制御される装置７０２間で通信を行う。通信線７０３は、シリアル通信の開始を認識させる信号Ｓ−ＣＳ＊、通信クロックＳ−ＣＬＫ、送信データＳ−ＴＸＤＡＴＡ、受信データＳ−ＲＸＤＡＴＡ、送信データをラッチするデータラッチ信号Ｓ−ＬＣ＊の５種類の信号線で構成されていた。

複写機システムにおける機能が増えて、それに応じてユニット数が増えてきた。シリアル通信とはいえ、ユニット間に通信及び制御信号の通信線を結線しなければならず、信号線が増加する。１ユニットに対して、前記最低５本の通信・制御線が結線される。よって、複数ユニットを制御・動作する場合には、ユニット数×各５本の配線が必要であり、総本数は、ユニット（機能）増加に応じて増大する。

そのため、信号線数削減という課題に対して、シリアル通信が十分な対策とは言えなくなってきている。複写機システムの限られた中に、それらすべての信号線を配置するための空間を確保するのも困難で、機能を減らさずに、通信及び制御信号の通信線の確保を実現しなければならない課題が生じてきた。

また、本来通信線ではないケーブル、例えば電源と制御回路とを結ぶ電源供給用の電力線ケーブルを用いて通信を行うことも考えられるが、スイッチング電源のスイッチング素子のオンオフ時のノイズの影響で信号を正確に送信できない惧れがある。

本発明は、ユニット間の通信のための信号線を削減するとともに、ノイズの影響を受けない電力線通信装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明の電力線通信装置は、スイッチング電源と、前記スイッチング電源の電力を供給している複数のユニットを結ぶ電力線の間に設けられた通信手段と、前記複数のユニットに送信すべき制御信号を発生する制御手段と、前記スイッチング電源の出力を監視し、電源出力に存在するスイッチングノイズを検出し、検出信号を生成するスイッチングノイズ検出手段と、を有し、前記通信手段は、前記検出信号を同期信号として前記制御信号を電力線に重畳することを特徴とする。

また、本発明の電力線通信装置は、スイッチング電源と、前記スイッチング電源の電力を供給している複数のユニットを結ぶ電力線の間に設けられた通信手段と、前記複数のユニットに送信すべき制御信号を発生する制御手段と、を有し、前記通信手段は、前記スイッチング電源の内部に設けられスイッチング素子を駆動するスイッチング制御信号を同期信号として前記制御信号を電力線に重畳することを特徴とする。

また、本発明の電力線通信装置は、スイッチング電源と、前記スイッチング電源の出力が供給される制御対象のユニットと、前記ユニットを制御するための制御信号を生成する制御手段と、前記スイッチング電源に設けられたスイッチング素子をオンオフ制御しているときのオン期間中のみ或いはオフ期間中のみに前記制御手段により生成される制御信号を前記電力線に重畳し、前記ユニットに送信する送信手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、電力線を介して信号の通信を行うことにより信号線の束線数を削減できるとともに、電源のスイッチングノイズの発生タイミングを避けて通信をおこなうことにより、受信側での信号の誤検知を防止することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図を参照し詳細に説明する。

図１は本発明を適用可能な像形成装置の電源と各制御ユニットの構成を示すブロック図である。

商用電源１０１の交流電力を電源１０２に対して入力する。この電源１０２の出力は定電圧２４Ｖである。電源１０２の出力電圧は、像形成装置内の各ユニット１０６、１０７の負荷１０８や１０９（例えばモータ等）の駆動やユニット制御などで共通に使用する電圧とする。前記電源１０２の出力と複数のユニットが２４Ｖの電力線１１４で接続される。これにより、電源１０２の電力が、ユニット１（１０６）、ユニット２（１０７）に対して供給される。

前記電源１０２と複数のユニット間（１０６、１０７）を結ぶ電力線１１４に制御信号を重畳し、電力線通信を行う。

以下、構成を説明する。メインコントローラ部１０５に配置されたシステム制御用ＣＰＵ１０５で各ユニットを制御するための制御信号を生成し、通信回路１０４にその制御信号を送信する。通信回路１０４は電源１０２と各ユニット１０６、１０７を結ぶ電力線１１４の間に配置される。通信回路１０４は、制御信号を所定の搬送周波数に変調を行い、変調した制御信号を電力線１１４上に重畳する。重畳された制御信号と電圧２４Ｖが各ユニットに入力される。それぞれのユニット１０６、１０７の入力において、搬送周波数を選択（フィルタリング）し、復調器１１０において、制御信号への復調を行う。以上が、メインコントローラ１０５の制御信号を各ユニット１０６、１０７に送信を行う信号の流れである。

ユニット１０６、１０７へ送信する搬送周波数は、各ユニットの入力部のフィルタの周波数と合致させる。搬送周波数を異なる周波数に設定すれば、電力線１１４に対して、同時に複数の制御信号を重畳させることも可能である。逆に、各ユニットの入力部のフィルタの周波数が同一であれば、各制御信号の搬送周波数は同一にする。

ユニット１０６の構成について説明する。電力線１１４（２４Ｖ）に、復調器１１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１１１が接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１は電源１０２が供給した２４Ｖを、他のＤＣ電圧に変換する電圧変換器である。復調器１１０で復調された制御信号はユニット制御用のモジュール用ＣＰＵ１１２に入力され、負荷１０８（複写機システムではモータやファンに相当する）がドライバ及び制御回路１１３で駆動される。

電力線１１４に制御信号（送信データ）を重畳させるタイミングについて説明する。

電源１０２をスイッチング電源で構成した場合、スイッチング素子のオンオフのタイミングで電源部１０２の出力（２４Ｖ）にスイッチングノイズが発生する。ノイズ発生タイミングに、制御信号を送信した場合、ユニット１０６、１０７で制御信号を受信できなかったり、制御信号を誤検知したりする可能性がある。よって、このスイッチングノイズが発生するタイミングを確実に回避して、制御信号をユニットに対して送信する必要がある。

図４で、スイッチング素子をオンオフするためのスイッチング信号と出力電圧のノイズの関係を簡単に説明する。例えば、ＯＮ ｔｉｍｅ幅可変式のスイッチング電源では、ＯＦＦ Ｔｉｍｅ幅固定で、ＯＮ Ｔｉｍｅ幅を変化させ、電源の出力電圧に応じたＰＷＭ制御が行われている。出力電圧の設定を大きくする場合は、ＯＮ ｔｉｍｅ幅が広がる方向に制御され、逆に、出力電圧の設定を小さくする場合には、ＯＮ ｔｉｍｅ幅が狭まる方向にスイッチング信号が生成される。スイッチングノイズは、図示したように、スイッチング信号のＯＮ、ＯＦＦが切り替わるタイミングで発生する。ＯＮ ｔｉｍｅ幅＋ＯＦＦ Ｔｉｍｅ幅が一定のＰＷＭ制御を行う（ｄｕｔｙ可変式の）スイッチング電源も同様である。

図１に示すスイッチングノイズ検出回路１０３により、電源部１０２の出力電圧（２４Ｖ）をモニタし、発生するスイッチングノイズを検出し、このスイッチングノイズを同期信号（トリガ）即ち、データ転送イネーブル信号とし、メインコントローラ１０５から通信回路１０４に送信される。通信回路１０４はデータ転送イネーブル信号を受信すると、変調された制御信号を電力線１１４に対して重畳させる。

ＯＮ ｔｉｍｅ幅可変式のスイッチング電源の場合は、一気にＯＮ ｔｉｍｅ幅が大きく変化することは少ないので、通信回路１０４がデータ転送イネーブル信号の間隔を監視することにより、変調した制御信号の量がＯＮ ｔｉｍｅ期間中に送信可能か否かを判断するようにし、送信可能な場合には制御信号を重畳し、送信不能と判断した場合は、制御信号の重畳を行わず、ＯＮ ｔｉｍｅ幅が広くなるまで待つか、システム制御用ＣＰＵ１０５に対して制御信号を分割するよう指示しても良い。

このように電力線１１４のスイッチングノイズの検出に基づいてデータ転送同期信号を生成することで、スイッチングノイズの発生タイミングを確実に回避して、電力線通信を行うことが可能になる。

第１の実施形態によれば、電源部出力のスイッチングノイズを検出し、この検出結果から、データ転送イネーブル信号を生成しこれに同期して、電力線に送信データを重畳するので、スイッチングノイズが混入することがなくなる。よって、ユニット側で転送データの誤読みとりすることがなくなる。即ち、スイッチングノイズを回避し電力線通信を行うことで、ノイズの影響を受けにくい信頼性の高い通信システムを提供することが可能になる。また、電力線に制御データを重畳したことで、通信線を大幅に削減することができる。

（第２の実施形態）
電源１０２（スイッチング電源）の内部構成を図３で説明する。電源１０２に対して、商用電源１０１を供給する。その商用電源１０１の電圧がフィルタ３０１を介し、整流平滑１（３０１）で直流電圧に変換される。この直流電圧は絶縁トランス３０３の一次巻線の一方の端子に入力される。他方の端子には、共振コンデンサ３０５とスイッチング（ＳＷ）素子３０４が接続され、スイッチング（ＳＷ）信号のＯＮ・ＯＦＦ信号で、ＳＷ素子３０４が駆動され、絶縁トランス３０３の二次巻線に出力電圧が変換される。絶縁トランス出力に変換された電圧は整流平滑２（３０６）で直流電圧に整流平滑され、電源１０２の出力となる。電源１０２の出力電圧を所定の電圧（２４Ｖ）に制御するために、電圧検出手段３０７で電圧検出を行う。電圧検出手段３０７の電圧はフォトカプラ３０８を介して、一次側に帰還している。このフォトカプラ３０８は、二次側と一次側を絶縁するために配置されている。一次側に帰還された電圧は、ＳＷ素子３０４を制御するための制御用ＩＣ３０９に入力され、ＳＷ信号を生成することで、所定の電圧に制御が行われる。

この電源１０２内の制御用ＩＣ３０９のＳＷ信号を、データ送信タイミング生成回路３１０に入力する。データ送信タイミング生成回路３１０では、ＳＷ信号の立ち上がりと立ち下がりのタイミングを検出し、そのタイミングに対応する同期信号を生成し、電源１０２の外部に出力する。

図２は、本発明の第２の実施形態における画像形成装置の電力線通信に関する構成を示すブロック図である。

電源２０２からの同期信号は、データ転送イネーブル信号として、通信回路２０４とメインコントローラ２０５に入力される。メインコントローラ２０５では、このデータ転送イネーブル信号を監視する。また、メインコントローラ２０５に配置されたシステム制御用ＣＰＵで各ユニット２０６、２０７を駆動する制御信号を生成する。監視しているデータ転送イネーブル信号がＯＮになったことを検出した後、各ユニット駆動用の制御信号をメインコントローラ２０５から、通信回路２０４に送信する。

通信回路２０４は、各ユニットの有する復調器２１０の周波数に合致した搬送波に、受信したユニット駆動用信号を変調する。その後、変調した制御信号を電源２０２のデータ転送イネーブル信号を同期信号として、電力線２０３に制御信号（送信データ）を重畳させる。

ユニット１（２０６）で受信した信号は、復調器２１０で復調され、制御信号に変換される。ＤＣ−ＤＣコンバータでは、電力線２０３でユニット１（２０６）に供給された電圧（２４Ｖ）を負荷１（２０８）駆動のための電圧に変換し、ドライバ及び制御回路２１３に供給する。復調器２１０で取り出された制御信号は、モジュール用ＣＰＵ２１２に入力され、ドライバ及び制御回路２１３を制御して、負荷１（２０８）の駆動を行う。また、ユニット２（２０７）の構成は、ユニット１（２０６）と同一であり、メインコントローラ２０５からの制御信号に基づいて、負荷２（２０９）の駆動を行う。

電源２０２のＯＮ ＴｉｍｅとＯＦＦ Ｔｉｍｅを区別して、データ転送を行う方式を説明する。前述したように、スイッチング電源は所定電圧を出力するために、ＯＦＦ Ｔｉｍｅ幅は一定で、ＯＮ Ｔｉｍｅ幅を変化させ、出力電圧に応じたＰＷＭ制御が行われている。よって、ＯＦＦ Ｔｉｍｅ時には次のＯＮ Ｔｉｍｅになるタイミングが予測できるので、ＯＦＦ Ｔｉｍｅ期間中に送信できる所定量のデータの電力線通信が可能である。

一方で、ＯＮ Ｔｉｍｅ時には、出力電圧の大きさに応じて、ＯＮ Ｔｉｍｅ幅が変化する（図６）。よって、所定の電圧以下の場合には、電力線通信でデータ転送を行っている間に、ＯＮ ＴｉｍｅからＯＦＦ Ｔｉｍｅに変化し、この変化したタイミングでスイッチングノイズが混入し、ユニット側で転送データの誤読みとりになる可能性がある。この問題を回避するために、ＯＮ Ｔｉｍｅに電力線通信を行う場合には、スイッチングノイズが混入しないだけのＯＮ Ｔｉｍｅ幅を確保できる設定電圧になったのを確認してから、通信回路２０４で制御信号（送信データ）の電力線通信を行えばよい。

通信回路２０４は送信すべきデータ量と、電源回路の設定電圧とＯＮ ｔｉｍｅ期間との関係を示すデータを記憶した不図示のメモリを参照して、電力線通信を行うタイミングを決定する。

第２の実施形態によれば、電源部内のＳＷ信号から、データ転送イネーブル信号を生成し、これに同期して電力線に送信データを重畳するので、スイッチングノイズが混入することがなくなる。よって、ユニット側で転送データの誤読みとりすることがなくなる。また、電源の出力電圧が変動している期間には、ＳＷ信号のＯＮ Ｔｉｍｅ幅で電力線通信できない期間があるので、出力電圧が所定電圧を越えない場合には、ＯＮ Ｔｉｍｅでは電力線通信を行わない。即ち、スイッチングノイズを回避し電力線通信を行うことで、ノイズの影響を受けにくい信頼性の高い通信システムを提供することが可能になる。また、電力線に制御データを重畳したことで、通信線を大幅に削減することができる。

本発明の第一の実施形態における電力線通信のための構成を示すブロック図である。 本発明の第二の実施形態における電力線通信のための構成を示すブロック図である。 本発明の第二の実施形態におけるの電源部の構成を示す回路図である。 スイッチング信号と出力電圧のノイズの関係を示す図である。 データ通信タイミング（ｏｆｆ ｔｉｍｅ）を示す図である。 データ通信タイミング（ｏｎ ｔｉｍｅ）を示す図である。 従来の通信方法を示す図である。

符号の説明

１０１ 商用電源
１０２ 電源
１０３ スイッチングノイズ検出回路
１０４ 通信部
１０５ メインコントローラ
１０６ ユニット１
１０７ ユニット２
１０８ 負荷１
１０９ 負荷２
１１０ 復調器
１１１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１２ モジュール用ＣＰＵ
１１３ ドライバと制御回路
１１４ 電力線

Claims (10)

1. スイッチング電源と、
   前記スイッチング電源の電力を供給している複数のユニットを結ぶ電力線の間に設けられた通信手段と、
   前記複数のユニットに送信すべき制御信号を発生する制御手段と、
   前記スイッチング電源の出力を監視し、電源出力に存在するスイッチングノイズを検出し、検出信号を生成するスイッチングノイズ検出手段と、
   を有し、前記通信手段は、前記検出信号を同期信号として前記制御信号を電力線に重畳することを特徴とする電力線通信装置。
2. スイッチング電源と、
   前記スイッチング電源の電力を供給している複数のユニットを結ぶ電力線の間に設けられた通信手段と、
   前記複数のユニットに送信すべき制御信号を発生する制御手段と、
   を有し、前記通信手段は、前記スイッチング電源の内部に設けられスイッチング素子を駆動するスイッチング制御信号を同期信号として前記制御信号を電力線に重畳することを特徴とする電力線通信装置。
3. 前記スイッチング電源は、オンタイム幅可変、オフタイム幅固定で制御されるスイッチング電源であることを特徴とする請求項１又は２記載の電力線通信装置。
4. 前記通信手段は、前記スイッチング電源の設定電圧が所定値以上である場合のオンタイム期間中に前記制御信号を電力線上に重畳することを特徴とする請求項３記載の電力線通信装置。
5. スイッチング電源と、
   前記スイッチング電源の出力が電力線を介して供給される制御対象のユニットと、
   前記ユニットを制御するための制御信号を生成する制御手段と、
   前記スイッチング電源に設けられたスイッチング素子をオンオフ制御しているときのオン期間中のみ或いはオフ期間中のみに前記制御手段により生成される制御信号を前記電力線に重畳し、前記ユニットに送信する送信手段と、
   を有することを特徴とする電力線通信装置。
6. 前記スイッチング電源と前記ユニットは同一の装置内に設けられることを特徴とする請求項１〜５記載の電力線通信装置。
7. 前記同一の装置は画像形成装置であることを特徴とする請求項６記載の電力線通信装置。
8. 装置内に設けられたスイッチング電源と前記スイッチング電源の出力が供給される制御対象であるユニットとの間の電力線に制御信号を重畳して前記ユニットに前記制御信号を通信する電力線通信装置の制御方法であって、
   前記スイッチング電源で生じるスイッチングノイズが発生したことを示す検出信号に同期信号として前記制御信号を前記電力線に重畳する特徴とする電力線通信装置の制御方法。
9. 装置内に設けられたスイッチング電源と前記スイッチング電源の出力が供給される制御対象であるユニットとの間の電力線に制御信号を重畳して前記ユニットに前記制御信号を通信する電力線通信装置の制御方法であって、
   前記スイッチング電源に設けられたスイッチング素子をオンオフするためのスイッチング信号を同期信号として前記制御信号を前記電力線に重畳する特徴とする電力線通信装置の制御方法。
10. 装置内に設けられたスイッチング電源と前記スイッチング電源の出力が供給される制御対象であるユニットとの間の電力線に制御信号を重畳して前記ユニットに前記制御信号を通信する電力線通信装置の制御方法であって、
    前記スイッチング電源に設けられたスイッチング素子をオンオフ制御しているときのオン期間中のみ或いはオフ期間中のみに前記制御信号を前記電力線に重畳することを特徴とする電力線通信装置の制御方法。

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