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【アコン技術情報】開発その12;電力線伝送装置

2015.04.13 Monday カテゴリ:アコン技術情報
以前、電力線伝送装置を開発したことがありました。これは高圧電力線にデジタル信号を印可し、発電システムのブレーカを制御するものです。
高圧電力線には磁気結合(いわるゆトランス)にてデジタル信号を印可します。
もちろんデジタル信号は変調しますので、急峻なフィルタを使って、その変調信号が隣にもれないようにします。この信号は高郡20ch、低郡20chほど用意されています。

システム本体の話は面白くないので、ここではこの急峻なフィルタについて紹介します。


●急峻なBPFを開発する

BPFの仕様は、

・通過帯域;3960Hz±230Hz(リップル1dB程度)
・減衰域;3960Hz±380Hzで40dB以上

というものです。
客先の要望は、現在モジュールで購入しているがこれを内製にして、しかもメイン基板と同じ基板に実装したいとのこと。しかも、調整レスが希望。
調整レスというのは購入モジュールがそうだからということですが、後で調べてみると調整されたものが納品されていたそうで、客先では調整レスと思いこんでいたようです。
「こんな急峻なフィルタをよく調整レスで作れるなぁ」と感心しつつ、そうであればOPアンプ4個のカスケードが良かろうと試作したのが図1です。




図1:2段カスケード回路


これは良く知られているフィルタの定番回路です。5次BPFですが、これを二つカスケードにしました(トータル10次)。
ところが製作した回路では、各段のf0とQを調整しないと、仕様の性能にはならないのです。
図の回路は素子感度は低いのですが、それでも仕様を満足するには調整が必要になってしまうのです(逆に言えば、この仕様が相当厳しいと言えます)。基板は客先ですべて作るため、A/Wなどは客まかせです。どんな性能になるかは神のみぞ知るでした。

ある日客先から電話があり、フィルタが規定の仕様に入らないとのこと。しかし、調整レスにVRを入れるのは許されないので、私が客先に出張して、スペアナを見ながらコンデンサの値を調整することになりました。私が半田することは厳禁ですので、その値のコンデンサを半田付け免許を持った方が実装してくれます。作る数も知れていましたので、この方法でなんとか凌ぐことができました。


●改善回路とその特性

これより先の製造はないとのことでしたが、大きな会社ですので、当然改善回路の提案を要求されました。当時、素子感度の低いフィルタ回路としては、

・LCシミュレーション型
・リープフロッグ型

が本に紹介されていました。リープフロッグ型も検討はしたのですが、良さそうには思えなかったので、LCシミュレーション型で行くことにしました。
図2にその回路図を示します。図3に周波数特性を示します。CRには1%を使用し、コンデンサはセラミック・コンデンサを、抵抗には金属皮膜抵抗を採用しています。OPアンプは低価格のμPC844です。もちろん調整は一切行っていません。
なお、図3のリップルは約1dBですので、実際にはもう少し設計リップル値を小さくしたほうが良さそうです。




図2:LCシュミレーション型BPF (エリプティック特性)
 




(a) ゲイン特性
 




(b) ゲイン特性 (拡大)

図3:図2特性


図4が8次での検討結果です。参考に載せています。私はフィルタをこのようにして設計します。すべて手計算です。最近ではフィルタ開発ソフトもあるようですが、フィルタの設計頻度が少ないためこのようにしています。




図4:8次での検討結果


最初に述べたように、調整レスの勘違いのためたいへんな仕事になってしまいましたが、おかげでさらにフィルタを深く知ることができたことは幸いでした。若いころの苦労はしておくべきと思い直しました。
 

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