CN107925439A - 恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、以及恒定电流供应方法 - Google Patents

Abstract

为了向受驱动元件供应必要的电源，同时即使在高速执行电源的开/关控制或所述受驱动元件的各种操作设定的情况下也能维持恒定电流电源供应系统，恒定电流供应设备(10)设置有：恒定电压获取装置(20)，用于从供应的恒定电流提取恒定电压；转换装置(30)，用于将所述提取到的恒定电压转换为期望大小的驱动电流并且输出驱动电流；以及控制装置(60)，用于根据受驱动元件(41‑4n)、电流控制元件(51‑5n)、和受驱动元件(4k)的n个集合的控制内容来控制流到电流控制元件(5k)的驱动电流的大小，所述受驱动元件(41‑4n)、电流控制元件(51‑5n)、和受驱动元件(4k)彼此并联连接并且将所述驱动电流输入到它们中。

Description

恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、以及恒定电流供应 方法

技术领域

本发明涉及恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、以及恒定电流供应方法，并且更具体地，涉及供应恒定电流作为电源的恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、以及恒定电流供应方法。

背景技术

试图通过将适合于各种目的和预期用途的各个传感器安装在构成海底电缆系统的海底设备中来将海底电缆系统应用为地震、资源等的观测系统。在用作这种观测系统的海底电缆系统中，通过包含在放置在海床上的设备(诸如，海底中继器等)中的传感器来测量在海床上已经出现的物理现象，诸如，振动、水压变化、磁性变化等。例如，在专利文献(PTL)1和PTL 2中公开了用作观测系统的海底电缆系统。

此处，对于海底电缆系统来说，存在许多包括构建在陆地上的终端设备和构建在海床上的海底设备的距离的总长度长于或等于1000km的情况。在总长度长于或等于1000km的情况下，难以将恒定电压从陆地上的电源设备供应给海面下的海底设备。因此，在PTL 1中的海底电缆系统中，采用了恒定电流电源供应方案。此处，恒定电流电源供应方案是一种用于经由电力电缆来将恒定电流作为电源从陆地上的电源设备供应给海面下的海底设备的方案。

在图5中图示了在PTL 1中公开的海底设备的配置框图。在图5中，PTL 1中的海底设备900包括开关电路910、变换器920、整流器电路930、齐纳二极管940、散热器950、以及观测设备电路960。

开关电路910执行由陆地上的电源设备供应的恒定电流的开关，并且生成矩形波电压。变换器920将通过开关电路910的开关而产生的矩形波电压转换为期望电压，并且将该电压供应给整流器电路930。整流器电路930将供应的期望大小的矩形波电压整流并转换为直流电压，并且将恒定电流供应给观测设备电路960。通过来自陆地的远程控制对观测设备电路960进行电源开/关控制和各种操作设定，并且观测设备电路960由整流器电路930供应的恒定电流驱动。

同时，齐纳二极管940设置为与观测设备电路960并联以吸收观测设备电路960中的功耗的变化部分，并且通过散热器950将吸收的功率作为热量消散到海水中。

齐纳二极管940吸收观测设备电路960的功耗的变化部分，并且因此，观测设备电路960的功耗和齐纳二极管940的功耗的总和始终是恒定的。观测设备电路960的功耗和齐纳二极管940的功耗的总和等同于整流器电路930的输出电流，并且因此，整流器电路930的输出电流取恒定值。因此，PTL 1中的海底设备900基于恒定电流操作。

[引用列表]

[专利文献]

[PTL 1]日本未审专利申请公开No.H 11-150492

[PTL 2]日本未审专利申请公开No.2010-239563

发明内容

[技术问题]

然而，在观测设备电路960中的功耗迅速变化的情况下，难以使通过齐纳二极管940的吸收能够紧跟这种迅速变化。即，在执行来自陆地的远程控制的情况下，需要考虑齐纳二极管940中的功耗的吸收速度；否则，难以立即对观测设备电路960执行电源开/关控制和各种设定。

鉴于上面的缺点已经提出了本发明，并且本发明的目的是：提供即使在对受驱动元件高速执行电源开/关控制和各种操作设定中的任一项的情况下，也能将必要的电源供应给受驱动元件，同时维持恒定电流电源供应方案的恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、和恒定电流供应方法。

[问题的解决方案]

为了实现上面的目的，根据本发明的第一方面的恒定电流供应设备包括：电压获取装置，该电压获取装置用于从供应的恒定电流提取恒定电压；转换装置，该转换装置用于将提取到的恒定电压转换为期望大小的驱动电流，并且输出该驱动电流；受驱动元件和电流控制元件，该受驱动元件和电流控制元件彼此并联连接并且将驱动电流输入到该受驱动元件和电流控制元件；以及控制装置，该控制装置用于响应于受驱动元件的至少一个控制内容中的每个控制内容来控制构成输入驱动电流并流过电流控制元件的驱动电流的大小。

为了实现上面的目的，根据本发明的第二方面的恒定电流供应系统包括：电源设备，该电源设备放置在陆地上用于供应恒定电流；以及上述恒定电流供应设备，该恒定电流供应设备放置在海床上并且经由海底电缆向该恒定电流供应设备供应恒定电流。

为了实现上面的目的，根据本发明的第三方面的恒定电流供应方法是使用与通过供应恒定电流来操作的受驱动元件并联连接的电流控制元件的恒定电流供应方法，并且包括：从供应的恒定电流提取恒定电压的过程；将提取到的恒定电压转换为期望大小的驱动电流并且输出该驱动电流的过程；将输出驱动电流供应给受驱动元件和电流控制元件的过程；以及响应于受驱动元件的至少一个控制内容中的每个控制内容来控制构成供应的驱动电流并流过电流控制元件的驱动电流的大小的过程。

[发明的有利效果]

根据本发明的上述方面，即使在对受驱动元件高速执行电源开/关控制和各种操作设定中的任一项的情况下，也可以将必要的电源供应给受驱动元件，同时维持恒定电流电源供应方案。

附图说明

图1是根据第一示例实施例的恒定电流供应设备10的配置框图。

图2是根据第二示例实施例的海底电缆系统100的系统配置图。

图3是根据第二示例实施例的海底设备300的电路配置图。

图4是根据第二示例实施例的另一个海底设备300B的电路配置图。

图5是在PTL 1中的海底设备900的配置框图。

具体实施方式

<第一示例实施例>

将描述本发明的第一示例实施例。在图1中图示了根据该示例实施例的恒定电流供应设备的配置框图。在图1中，恒定电流供应设备10包括恒定电压获取装置20、转换装置30、受驱动元件41至4n和电流控制元件51至5n的n个集合、以及控制装置60。

向恒定电压获取装置20供应来自恒定电流供应设备(未在图1中图示)的恒定电流，并且从供应的恒定电流提取恒定电压。

转换装置30将已经通过恒定电压获取装置20提取到的恒定电压转换为期望大小的驱动电流，并且输出该驱动电流。将从转换装置30输出的驱动电流供应给受驱动元件41至4n和电流控制元件51至5n的n个集合中的每个集合。

受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件都通过由转换装置30供应的驱动电流驱动，并且基于来自控制装置60的指令操作。作为受驱动元件41至4n，例如，可以应用用于测量与海床上的周围环境等有关的数据的加速度计、水压计等。

电流控制元件51至5n中的每个电流控制元件都并联连接至受驱动元件41至4n中的一个相应受驱动元件。作为电子负载351至35n，例如，可以应用可变电阻器。

控制装置60使受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件都能够执行预定操作并且同时响应于受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件的操作内容来控制流过电流控制元件51至5n中的一个相应电流控制元件的驱动电流的大小。控制装置60对流过电流控制元件51至5n中的每个电流控制元件的驱动电流的大小的控制使得能够向受驱动元件41至4n中的一个相应受驱动元件供应其操作所必需的驱动电流。

此处，可以将控制装置60中的允许流过电流控制元件51至5n中的每个电流控制元件的驱动电流的大小、控制的速度、电流控制元件51至5n中的每个电流控制元件的控制的顺序预先存储为控制程序。在这种情况下，控制装置60响应于受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件的操作内容来提取并执行控制程序，并且因此能够响应于受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件的操作内容来适当地控制流过电流控制元件51至5n中的一个相应电流控制元件的驱动电流。

如上所述，在该示例实施例中，响应于受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件的操作内容，控制装置60前瞻性地控制流过电流控制元件51至5n中的一个相应电流控制元件的驱动电流的大小。在这种情况下，与使用齐纳二极管等主动地吸收流过受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件的驱动电流的变化的情况相比较，可以在电流控制元件51至5n中的一个相应电流控制元件上高速设定最适合于受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件的操作内容的电流，因此使受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件能够立即操作。因此，即使在对受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件高速执行电源开/关控制和各种操作设定中的任一项的情况下，根据该示例实施例的恒定电流供应设备10也能够将必要的驱动电流供应给受驱动元件41至4n中的每个受驱动元件，同时维持恒定电流电源供应方案。

<第二示例实施例>

将描述第二示例实施例。在图2中图示了根据该示例实施例的海底电缆系统的系统配置图。在图2中，海底电缆系统100包括终端设备200，该终端设备200包括电源设备、海底设备300、以及使这两者相互连接的海底电缆400。海底电缆系统100是包括构建在陆地上的终端设备200和构建在海床上的海底设备300的距离的总长度长于或等于1000km的系统。难以将恒定电压从构建在陆地上的电源设备供应给海面下的海底设备300，并且因此，在海底电缆系统100中采用恒定电流电源供应方案。即，通过海底电缆400将恒定电流(在下文中被称为系统电流)从构建在陆地上的电源设备供应给构建在海床上的海底设备300。

在图3中图示了根据该示例实施例的海底设备300的电路配置图。图3中的海底设备300包括m个齐纳二极管311至31m、变换器320、直流(DC)/DC转换器330、n个传感器341至34n、n个电子负载351至35n、以及控制电路360。要注意的是，在不需要单独地识别齐纳二极管、传感器、和电子负载的情况下，分别将齐纳二极管、传感器、和电子负载仅写为齐纳二极管310、传感器340、和电子负载350。

m个齐纳二极管311至31m串联连接。正电极连接至齐纳二极管311的阴极，并且负电极连接至齐纳二极管31m的阳极。进一步地，允许由电源设备供应的恒定电流流过m个齐纳二极管311至31m，因此使得能够在齐纳二极管311的阴极与齐纳二极管31m的阳极之间生成电压。在齐纳二极管311的阴极与齐纳二极管31m的阳极之间生成电压使得能够利用由齐纳效应产生的击穿电压来获得恒定电压。此处，通过串联连接的多个齐纳二极管310获得的恒定电压和上面提及的系统电流的值相乘的结果变为供应给海底设备300的电力。因为系统电流的值是恒定的，所以其数目(在该示例实施例中是m)与海底设备300内的功耗有关的齐纳二极管310是串联连接的。

变换器320在由m个齐纳二极管311至31m构成的电压区域内转换电压，并且将转换后的电压供应给由DC/DC转换器330构成的电压区域。此处，由m个齐纳二极管311至31m构成的电压区域被称为初级侧，并且由DC/DC转换器330构成的电压区域被称为次级侧。具体地，流过m个齐纳二极管311至31m的系统电流在变换器320的初级线圈中生成磁场能，并且生成的磁场能被传输到变换器320的次级线圈，因此使传感器驱动电流能够在DC/DC转换器330侧流动。此处，转换器320还包括隔离/分离初级侧的电压区域与次级侧的电压区域的功能，在初级侧，具有高电压的恒定电流正在流动，并且将预定大小的电压从次级侧供应给传感器341至34n。

DC/DC转换器330将供应给变换器320的次级侧的电磁能转换为海底设备300的内部构成元件中所必需的独立的电压，并且将转换后的电压供应给海底设备300的内部构成元件。此处，根据该示例实施例的DC/DC转换器330将供应电流A₀供应给传感器340和电子负载350的n个集合中的每个集合作为用于驱动传感器341至34n中的每个传感器的电源。

n个传感器340中的每个传感器都通过由DC/DC转换器330供应的电源驱动，并且基于来自控制电路360的指令测量与周围环境有关的数据。测量与海床上的周围环境等有关的数据使海底设备300能够用作用于观测地震、资源等的观测设备。作为传感器340，例如，可以应用加速度计、水压计等。要注意的是，对于传感器340来说，可以应用响应于各种目的和预期用途来进行各种测量的元件。

电子负载351至35n中的每个电子负载都并联连接至传感器341至34n中的一个相应传感器。电子负载351至35n中的每个电子负载都由控制电路360控制并且因此调整流过传感器341至34n中的一个相应传感器的电流的大小，传感器341至34n并联连接至电子负载351至35n中的每个电子负载。在该示例实施例中，作为电子负载351至35n，可以应用可变电阻器。电子负载351至35n中的每个电子负载的电阻值由控制电路360控制，因此使期望大小的恒定电流能够流过传感器341至34n中的一个相应传感器。

控制电路360由构建在陆地上的终端设备200控制，并且因此控制电源和对海底设备300的内部构成元件的其它操作设定。当接通/断开传感器341至34n中的每个传感器的电源或对传感器341至34n中的每个传感器执行各种操作设定中的一种操作设定时，根据该示例实施例的控制电路360基于预定的控制程序来控制电子负载351至35n中的一个相应电子负载的电阻值。此处，针对传感器341至34n中的每个传感器的每个操作内容，控制程序不仅包括在电子负载351至35n之中的并且与传感器341至34n中的每个传感器相对应的电子负载的电阻值，还包括各种控制信息，诸如，电阻值的变化速度、控制的顺序等。

具体地，在传感器34k的电源处于断开状态的情况下，控制电路360按照没有电流流过传感器34k的这种方式来控制并联连接至传感器34k的电子负载35k的电阻值。即，由DC/DC转换器330供应的所有供应电流A₀都流过电子负载35k侧。

进一步地，当将传感器34k的电源从断开状态变成接通状态时，控制电路360基于用于接通电源的预定控制程序来控制电子负载35k的电阻值。例如，在接通传感器34k的电源时传感器34k中需要供应电流A₁的情况下，控制电路360通过基于用于接通电源的控制程序控制电子负载35k的电阻值来将流过电子负载35k的电流从电流值A₀减小到电流值(A₀-A₁)。进一步地，当流过电子负载35k的电流已经达到预定电流值(A₀-A₁)时，接通传感器34k的电源。按照这种配置，将用于接通传感器34k的电源所必需的供应电流A₁供应给传感器34k，从而接通传感器34k的电源。

而且，在允许传感器34k执行各种操作之中的一种操作的情况下，控制电路360基于用于开始该操作的预定控制程序来控制电子负载35k的电阻值。例如，在允许传感器34k执行该操作需要供应电源A₂(>A₁)的情况下，控制电路360通过基于用于开始该操作的控制程序控制电子负载35k的电阻值来将流过电子负载35k的电流立即减小到预定电流值(A₀-A₂)。进一步地，当流过电子负载35k的电流已经达到预定电流值(A₀-A₂)时，允许开始传感器34k的操作。流过电子负载35k的电流达到电流值(A₀-A₂)，因此使得能够供应使传感器34k能够执行该操作所需要的供应电流A₂，从而传感器34k开始操作。

另一方面，在使传感器34k的操作停止的情况下，控制电路360通过基于用于停止该操作的预定控制程序控制电子负载35k的电阻值来将流过电子负载35k的电流增大到电流值(A₀-A₁)。进一步地，当流过电子负载35k的电流已经达到预定电流值(A₀-A₁)时，控制电路360停止传感器34k的操作。而且，当将传感器34k的电源从接通状态变成断开状态时，控制电路360通过基于用于断开电源的预定程序控制电子负载35k的电阻值来使所有供应电流A₀都能够流到电子负载35k侧。进一步地，当流过电子负载35k的电流已经达到电流值A₀时，控制电路360断开传感器34k的电源。

如上所述，根据该示例实施例的控制电路360基于针对传感器34k的每个控制内容预定的控制程序来前瞻性地控制并联连接至传感器34k的电子负载35k的电阻值以使流过电子负载35k的电流值能够立即改变至预定电流值。按照这种配置，与使用齐纳二极管等主动地吸收流过传感器34k的电流的变化的情况相比较，可以在电子负载35k上高速设定最适合于传感器34k的操作内容的电流，因此使传感器34k能够立即开始操作。因此，即使在对传感器341至34n中的每个传感器高速执行电源开/关控制和各种操作设定中的任一项的情况下，根据该示例实施例的海底设备300也能够将必要的驱动电流供应给传感器341至34n中的每个传感器，同时维持恒定电流电源供应方案。

另外，可以将上面提及的控制程序预先保存在海底设备300中，并且在图4中图示了在这种情况下的海底设备的配置框图。在图4中的海底设备300B中，针对传感器341至34n中的每个传感器的每个操作内容，存储器370将用于控制在电子负载351至35n之中的并且与传感器341至34n中的每个传感器相对应的电子负载的电阻值的控制程序存储在存储器370中。进一步地，控制电路360B从存储器370检索与由终端设备200指令的控制内容相对应的控制程序，并且基于检索到的控制程序来控制电子负载351至35n中的其中一个电子负载的电阻值。

此处，可以将上述控制程序存储在外部存储设备中。在这种情况下，终端设备200从该外部存储设备检索必要的控制程序，并且基于检索到的控制程序来对控制电路360进行远程控制。

本发明并不限于前面提及的示例实施例，并且即使存在落入不脱离本发明的主旨的范围内的任何设计修改等，该设计修改也包括在本发明中。

本申请基于并且要求于2015年8月24日提交的日本专利申请No.2015-164938的优先权，该申请的公开内容通过引用全部并入本文。

[参考标记列表]

10 恒定电流供应设备

20 恒定电压获取装置

30 转换装置

41至4n 驱动元件

51至5n 电流控制元件

60 控制装置

100 海底电缆系统

200 终端设备

300和300B 海底设备

311至31m 齐纳二极管

320 变换器

330 DC/DC转换器

341至34n 传感器

351至35n 电子负载

360和360B 控制电路

370 存储器

400 海底电缆

900 海底设备

910 开关电路

920 变换器

930 整流器电路

940 齐纳二极管

950 散热器

960 观测设备电路

Claims (10)

1.一种恒定电流供应设备，包括：

电压获取装置，所述电压获取装置用于从供应的恒定电流提取恒定电压；

转换装置，所述转换装置用于将提取的所述恒定电压转换为期望大小的驱动电流，并且输出所述驱动电流；

受驱动元件和电流控制元件，所述受驱动元件和所述电流控制元件彼此并联连接并且所述驱动电流被输入到所述受驱动元件和所述电流控制元件；以及

控制装置，所述控制装置用于响应于所述受驱动元件的至少一个控制内容中的每个控制内容，来控制流过所述电流控制元件的驱动电流的大小。

2.根据权利要求1所述的恒定电流供应设备，

其中，

在将具有电流值A₀的驱动电流从所述转换装置供应给所述受驱动元件和所述电流控制元件；在所述受驱动元件的通电期间消耗具有电流值A₁的电流；以及在所述受驱动元件的操作期间消耗具有大于所述电流值A₁的电流值A₂的电流的情况下，

所述控制装置：

当接通所述受驱动元件的电源时，将流过所述电流控制元件的所述驱动电流从具有所述电流值A₀的电流减小到具有电流值(A₀-A₁)的电流，所述电流值(A₀-A₁)是通过从所述电流值A₀减去所述电流值A₁得到的；

当开始所述受驱动元件的操作时，将流过所述电流控制元件的所述驱动电流从具有所述电流值(A₀-A₁)的电流减小到具有电流值(A₀-A₂)的电流，所述电流值(A₀-A₂)是通过从所述电流值A₀减去所述电流值A₂得到的；

当停止所述受驱动元件的操作时，将流过所述电流控制元件的所述驱动电流从具有所述电流值(A₀-A₂)的电流增大到具有所述电流值(A₀-A₁)的电流；以及

当断开所述受驱动元件的电源时，将流过所述电流控制元件的所述驱动电流从具有所述电流值(A₀-A₁)的电流增大到具有所述电流值A₀的电流。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的恒定电流供应设备，进一步包括存储装置，所述存储装置用于针对所述受驱动元件的所述至少一个控制内容中的每个控制内容，将用于控制流过所述受驱动元件的所述驱动电流的大小的控制程序存储在所述存储装置自身中，

其中，所述控制装置检索与所述受驱动元件的所述至少一个控制内容中的每个控制内容相对应的所述控制程序，并且基于检索到的所述控制程序来控制流过所述电流控制元件的所述驱动电流的大小。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的恒定电流供应设备，其中，所述电流控制元件是可变电阻器。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的恒定电流供应设备，进一步包括变换装置，所述变换装置设置在所述恒定电压获取装置与所述转换装置之间，并且被配置为将所述恒定电压变换为预定的驱动电压，

其中，

所述转换装置根据供应给所述转换装置的所述驱动电压输出所述驱动电流。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的恒定电流供应设备，其中，

每个由彼此并联连接的所述受驱动元件和所述电流控制元件构成的多个集合被连接至所述转换装置。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的恒定电流供应设备，其中，

经由海底电缆，从放置在陆地上的电源设备给所述恒定电压获取装置供应所述恒定电流，并且所述受驱动元件是用于在海床上进行各种测量的传感器元件中的一个。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的恒定电流供应设备，其中，所述恒定电压获取装置由串联连接的多个齐纳二极管构成。

9.一种恒定电流供应系统，包括：

电源设备，所述电源设备被放置在陆地上用于供应恒定电流；以及

根据权利要求1至8中的任一项所述的恒定电流供应设备，其中，所述恒定电流供应设备被放置在海床上并且经由海底电缆被供应有所述恒定电流。

10.一种恒定电流供应方法，所述恒定电流供应方法使用电流控制元件，所述电流控制元件与通过被供应有恒定电流来操作的受驱动元件并联连接，所述方法包括：

从供应的恒定电流提取恒定电压；

将提取的所述恒定电压转换为期望大小的驱动电流，并且输出所述驱动电流；

将输出的所述驱动电流供应给所述受驱动元件和所述电流控制元件；以及

响应于所述受驱动元件的至少一个控制内容中的每个控制内容，来控制流过所述电流控制元件的驱动电流的大小。