CN113243071B - 受电装置以及光纤供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制因负载的增减而引起光供电的能量损耗增加、或者产生能量的供给不足的受电装置、供电装置以及光纤供电系统。受电装置具备：光电变换元件，将供电光变换为电力；检测部，检测从光电变换元件向负载发送的电力的大小；以及信号输出部，将检测部的检测信号向装置外部输出。供电装置具备：激光振荡部，将电力变换为供电光并向受电装置发送；信号输入部，从装置外部输入表示供给的电力的大小的检测信号；以及输出控制部，基于被输入的检测信号控制激光振荡部的输出。

Description

受电装置以及光纤供电系统
技术领域
本公开涉及受电装置、供电装置以及光纤供电系统。
背景技术
近年来，正在研究将电力变换为光(被称为供电光)并传输，将该供电光变换为电能而作为电力来利用的光供电系统。在专利文献1中记载了一种光通信装置，其具备：光发送机，发送通过电信号调制过的信号光以及用于供给电力的供电光；光纤，具有传输上述信号光的纤芯、形成在上述纤芯的周围、折射率小于上述纤芯并传输上述供电光的第一包层、和形成在上述第一包层的周围、折射率小于上述第一包层的第二包层；以及光接收机，通过对由上述光纤的第一包层传输的上述供电光进行变换得到的电力而动作，并将由上述光纤的纤芯传输的上述信号光变换为上述电信号。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-135989号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
在以往的光供电中，即使在供电目的地的负载的大小在较短的期间变化的情况下，从供电装置向受电装置发送的供电光的能量也大致恒定。因此，存在负载减小时供电光的剩余能量损耗而使光电变换元件发热这样的课题。或者，存在负载变大时产生供电光的能量不足这样的课题。
-用于解决课题的手段-
本公开所涉及的受电装置，具备：
光电变换元件，将供电光变换为电力；
检测部，检测从所述光电变换元件向负载发送的电力的大小；以及
信号输出部，将所述检测部的检测信号向装置外部输出。
本公开所涉及的供电装置，具备：
激光振荡部，将电力变换为供电光并向受电装置发送；
信号输入部，从装置外部输入表示供给的电力的大小的检测信号；以及
输出控制部，基于被输入的所述检测信号控制所述激光振荡部的输出。
本公开所涉及的光纤供电系统，具备：
上述受电装置；
上述供电装置；
第一光纤，传输所述供电光；以及
信号路径，传输所述检测信号。
附图说明
图1是本公开的第一实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
图2是本公开的第二实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
图3是本公开的第二实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图，图示了光连接器等。
图4是本公开的另一实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
图5是表示应用了供电光的能量控制单元的第四实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
图6是表示负载的输出和检测信号的一例的波形图。
图7是表示应用了供电光的能量控制单元的第五实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
图8是表示应用了供电光的能量控制单元的第六实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本公开的一实施方式进行说明。
(1)系统概要
〔第一实施方式〕
如图1所示，本实施方式的光纤供电(PoF：Power over Fiber)系统1A具备供电装置(PSE：Power Sourcing Equipment)110、光纤电缆200A、受电装置(PD：Powered Device)310。
另外，本公开中的供电装置是将电力变换为光能而供给的装置，受电装置是接受光能的供给并将该光能变换为电力的装置。
供电装置110包括供电用半导体激光器111。
光纤电缆200A包含形成供电光的传输路径的光纤250A。
受电装置310包括光电变换元件311。
供电装置110与电源连接，对供电用半导体激光器111等进行电驱动。
供电用半导体激光器111通过来自上述电源的电力进行激光振荡，从而输出供电光112。
光纤电缆200A的一端201A能够与供电装置110连接，另一端202A能够与受电装置310连接，从而传输供电光112。
来自供电装置110的供电光112被输入到光纤电缆200A的一端201A，供电光112在光纤250A中传播，并从另一端202A输出到受电装置310。
光电变换元件311将穿过光纤电缆200A而传输来的供电光112变换为电力。被光电变换元件311变换得到的电力被设为在受电装置310内需要的驱动电力。进而，受电装置310能够将由光电变换元件311变换得到的电力输出到外部设备用。
构成实现供电用半导体激光器111以及光电变换元件311的光-电间的变换效果的半导体区域的半导体材料被设为具有500nm以下的短波长的激光波长的半导体。
具有短波长的激光波长的半导体的带隙大且光电变换效率高，因而可提高光供电的发电侧以及受电侧的光电变换效率，从而光供电效率提高。
因此，作为该半导体材料，例如也可以使用金刚石、氧化镓、氮化铝、GaN等激光波长(基波)为200～500nm的激光介质的半导体材料。
此外，作为该半导体材料，可应用具有2.4eV以上的带隙的半导体。
例如，也可以使用金刚石、氧化镓、氮化铝、GaN等带隙2.4～6.2eV的激光介质的半导体材料。
另外，激光处于波长越长则传输效率越好、并且波长越短则光电变换效率越好的倾向。因此，在长距离传输的情况下，也可以使用激光波长(基波)大于500nm的激光介质的半导体材料。此外，在优先光电变换效率的情况下，也可以使用激光波长(基波)小于200nm的激光介质的半导体材料。
这些半导体材料也可以应用于供电用半导体激光器111以及光电变换元件311的任一者。可提高供电侧或受电侧的光电变换效率，从而光供电效率提高。
〔第二实施方式〕
如图2所示，本实施方式的光纤供电(PoF：Power over Fiber)系统1包括经由光纤的供电系统和光通信系统，具备包括供电装置(PSE：Power Sourcing Equipment)110的第一数据通信装置100、光纤电缆200、和包括受电装置(PD：Powered Device)310的第二数据通信装置300。
供电装置110包括供电用半导体激光器111。第一数据通信装置100除供电装置110之外，还包括进行数据通信的发送部120和接收部130。第一数据通信装置100相当于数据终端装置(DTE：Data Terminal Equipment)、中继器(Repeater)等。发送部120包括信号用半导体激光器121和调制器122。接收部130包括信号用光电二极管131。
光纤电缆200包括光纤250，光纤250具有形成信号光的传输路径的纤芯210、和配置在纤芯210的外周且形成供电光的传输路径的包层220。
受电装置310包括光电变换元件311。第二数据通信装置300除受电装置310之外，还包括发送部320、接收部330和数据处理单元340。第二数据通信装置300相当于电力终端站(Power End Station)等。发送部320包括信号用半导体激光器321和调制器322。接收部330包括信号用光电二极管331。数据处理单元340是对接收到的信号进行处理的单元。此外，第二数据通信装置300是通信网络中的节点。或第二数据通信装置300也可以是与其他节点进行通信的节点。
第一数据通信装置100与电源连接，对供电用半导体激光器111、信号用半导体激光器121和调制器122、信号用光电二极管131等进行电驱动。此外，第一数据通信装置100是通信网络中的节点。或第一数据通信装置100也可以是与其他节点进行通信的节点。
供电用半导体激光器111通过来自上述电源的电力而进行激光振荡，从而输出供电光112。
光电变换元件311将穿过光纤电缆200而传输来的供电光112变换为电力。由光电变换元件311变换得到的电力被设为发送部320、接收部330以及数据处理单元340的驱动电力、在其他第二数据通信装置300内需要的驱动电力。进而，第二数据通信装置300也可以能够将由光电变换元件311变换得到的电力输出到外部设备用。
另一方面，发送部120的调制器122基于发送数据124对来自信号用半导体激光器121的激光123进行调制，并作为信号光125而输出。
接收部330的信号用光电二极管331将穿过光纤电缆200而传输来的信号光125解调为电信号，并向数据处理单元340输出。数据处理单元340将基于该电信号的数据发送到节点，另一方面，从该节点接收数据，并作为发送数据324而向调制器322输出。
发送部320的调制器322基于发送数据324，对来自信号用半导体激光器321的激光323进行调制，并作为信号光325而输出。
接收部130的信号用光电二极管131将穿过光纤电缆200而传输来的信号光325解调为电信号并输出。基于该电信号的数据被发送到节点，另一方面，来自该节点的数据被设为发送数据124。
来自第一数据通信装置100的供电光112以及信号光125输入到光纤电缆200的一端201，供电光112在包层220中传播，信号光125在纤芯210中传播，并从另一端202向第二数据通信装置300输出。
来自第二数据通信装置300的信号光325输入到光纤电缆200的另一端202，在纤芯210中传播，并从一端201向第一数据通信装置100输出。
另外，如图3所示，在第一数据通信装置100设置有光输入输出部140和附设于其的光连接器141。此外，在第二数据通信装置300设置有光输入输出部350和附设于其的光连接器351。设置在光纤电缆200的一端201的光连接器230与光连接器141连接。设置在光纤电缆200的另一端202的光连接器240与光连接器351连接。光输入输出部140将供电光112引导至包层220，将信号光125引导至纤芯210，并将信号光325引导至接收部130。光输入输出部350将供电光112引导至受电装置310，将信号光125引导至接收部330，并将信号光325引导至纤芯210。
如以上那样，光纤电缆200的一端201被设为能够与第一数据通信装置100连接，另一端202被设为能够与第二数据通信装置300连接，并传输供电光112。进而，在本实施方式中，光纤电缆200对信号光125、325进行双向传输。
作为构成实现供电用半导体激光器111以及光电变换元件311的光-电间的变换效果的半导体区域的半导体材料，可应用与上述第一实施方式同样的半导体材料，可实现较高的光供电效率。
另外，如图4所示的光纤供电系统1B的光纤电缆200B那样，也可以单独地设置传输信号光的光纤260和传输供电光的光纤270。光纤电缆200B也可以包含多根。
(2)供电光的能量控制单元
接下来，对应用了供电光的能量控制单元的光纤供电系统进行说明。
(第三实施方式〕
图5是表示应用了供电光的能量控制单元的第三实施方式的光纤供电系统的结构图。在图5中，对与上述相同的结构要素标注相同的相同符号并省略详细的说明。
第三实施方式的光纤供电系统1C具备供电装置110C、受电装置310C、光纤250A、以及作为检测信号319的信号路径的金属线291。
受电装置310C具备将供电光变换为电力的光电变换元件311、将变换后的电力向负载380传输的输电线313、检测向负载380传送的电力的大小的检测部315以及将检测部315的检测信号向受电装置310C的外部输出的信号输出部314。检测部315例如包括检测流过输电线313的电流的检测电阻316、放大检测电阻316的两端间电压而生成检测信号319的放大器317。
图6是表示负载的输出和检测信号的波形图。负载380也可以是具有输出变动的功率放大器的模块，例如，输出伴随振幅调制的被调制波382的通信机等。通信机也可以是无线机。检测部315检测经由输电线313流过负载380的电流，生成检测信号319。在这样的结构的情况下，发送到负载380的电力根据被调制波382的振幅而变化，检测信号319成为从负载380输出的被调制波382的包络线(参照图6)。
在此，在流过输电线313的电流中包括与负载380的载波对应的频率分量的情况下，检测部315也可以采用包括除去该频率分量的滤波器、或具有除去该频率分量的频率特性的放大器317。也可以是在负载380的输入电流中不出现与载波对应的频率分量的结构，在该情况下，检测部315也可以采用以平坦的频率特性检测流过输电线313的电流的结构。
供电装置110C具备：作为激光振荡部的供电用半导体激光器111；从供电装置110C的外部输入检测信号319的信号输入部114；以及基于输入的检测信号319控制供电用半导体激光器111的输出功率的输出控制部115。输出控制部115基于检测信号319进行控制，使得在向负载380供给的电力较大时供电用半导体激光器111的输出功率变大，并且在向负载380供给的电力较小时供电用半导体激光器111的输出功率变小。
根据第三实施方式的光纤供电系统1C，即使在负载380所消耗的电力的大小在短时间内变化的情况下，也将表示电力的大小的检测信号319从受电装置310C发送至供电装置110C。然后，输出控制部115根据检测信号319控制供电用半导体激光器111的输出，根据由负载380消耗的电力的增减，供电光112的强度发生变化。因此，能够抑制在负载380的消耗电力较小时，供电光112的剩余能量增加这样的情形，进而，能够抑制在负载380的消耗电力变大时，产生供电光112的能量不足这样的情形。
进而，根据第三实施方式的光纤供电系统1C，检测信号319相当于从负载380输出的被调制波382的包络线。因此，在负载380是例如使用功率放大器输出被调制波382的大输出的通信机等的情况下，功率放大器的输入电力和输出电力均衡，功率放大器的电力附加效率提高。因此，能够实现负载380内的电力变换效率的提高以及发热的抑制。
在此，在使供电光112的功率恒定的同时，在输电线313中设置对输入电力进行平滑的电路，与对应于负载380的消耗电力的增减的结构进行比较。如果以较大的功率输出伴随振幅调制的被调制波382时那样，在较短的期间存在比较大的电力的增减的情况下，为了应对对电力进行平滑的电路，需要高成本的电路元件。另一方面，在第三实施方式的结构中，能够廉价地构成检测部315，能够降低系统的部件成本。
第三实施方式的光纤供电系统1C例如在将伴随大的电力变动的负载380设置于规定位置时，在负载380的设置位置的周边铺设有光纤250A和金属线291的情况下是有效的。在这样的情况下，通过应用光纤供电系统1C，不需要新铺设流过大电力的输电线，能够利用铺设完毕的光纤250A以及金属线291从电源向负载380高效率地供给电力。
第三实施方式所示的供电光的能量控制单元也可以应用于图1、图2、图4的系统结构。具体而言，通过将图1、图2、图4的供电装置110置换为第三实施方式的供电装置110C，将受电装置310置换为第三实施方式的受电装置310C，进而追加传输检测信号319的金属线291，能够实现上述的应用。在应用于图2的系统结构的情况下，供电光112经由光纤250传输，在应用于图4的系统结构的情况下，供电光112经由光纤270传输。
(第四实施方式〕
图7是表示应用了供电光的能量控制单元的第四实施方式的光纤供电系统的结构图。在图7中，对与上述相同的结构要素标注相同的符号并省略详细的说明。第四实施方式的光纤供电系统1D构成为将检测信号319变换为信号光319D，经由光纤291D从受电装置310D向供电装置110D传输。光纤291D相当于检测信号319的信号路径。
第四实施方式的光纤供电系统1D具备受电装置310D、供电装置110D、传输供电光112的光纤(相当于第一光纤)250A以及传输信号光319D的光纤(相当于第二光纤)291D。光纤291D、250A是相互独立的结构。
受电装置310D具备光电变换元件311、输电线313以及检测部315、将检测信号319变换为信号光319D的发光部(例如信号用半导体激光)318、将信号光319D向受电装置310D的外部输出的信号输出部314D。发光部318也可以置换为将作为载波输出激光的激光振荡器和对激光进行调制的调制器组合而成的结构。
供电装置110D包括供电用半导体激光器111以及输出控制部115、从供电装置110D的外部输入信号光319D的信号输入部114D、以及将信号光319D变换为电信号即检测信号319的光电变换部(例如信号用光电二极管)118。
根据第四实施方式的光纤供电系统1D，与第三实施方式同样地，供电光112的强度根据负载380所消耗的电力而变化，基于此的效果与第三实施方式同样地发挥。
第四实施方式的光纤供电系统1D在例如将伴随大的电变动的负载380设置于规定位置时，在负载380的设置位置的周边铺设有光供电用的光纤250A和信号光用的光纤291D这样的情况下是有效的。在这样的情况下，通过应用光纤供电系统1D，不需要新铺设流过大电力的输电线、以及金属线，能够利用铺设完毕的光纤250A、291D从电源向负载380高效率地供给电力。
第四实施方式所示的供电光的能量控制单元也可以应用于图1、图2、图4的系统结构。具体而言，通过将图1、图2、图4的供电装置110置换为第四实施方式的供电装置110D，将受电装置310置换为第四实施方式的受电装置310D，进而，追加传输信号光319D的光纤291D，能够实现上述的应用。在应用于图2的系统结构的情况下，供电光112经由光纤250传输，在应用于图4的系统结构的情况下，供电光112经由光纤270传输。
在应用于图4的系统结构的情况下，信号光319D也可以与信号光125、325一起经由光纤260传输。进而，也可以省略光纤291D。此外，检测信号319可以使用发送部320变换为信号光319D，也可以使用接收部130将信号光319D变换为检测信号319。进而，信号光325也可以设为包括检测信号319的信息的结构。
〔第五实施方式〕
图8是表示应用了供电光的能量控制单元的第五实施方式的光纤供电系统的结构图。在图8中，对与上述相同的结构要素标注相同的符号并省略详细的说明。
第五实施方式的光纤供电系统1E除了供电光112的传输路径和表示检测信号319的信号光319D的传输路径包括在1条光纤250E中之外，与第四实施方式相同。具备纤芯和多个包层，纤芯和多个包层中的任意2个被设定为第一传输路径以及第二传输路径，经由第一传输路径传输供电光112，经由第二传输路径传输信号光319D。
根据第五实施方式的光纤供电系统1E，与第三实施方式以及第四实施方式同样地，供电光112的强度根据负载380所消耗的电力而变化，基于此的效果与第三实施方式以及第四实施方式同样地发挥。
第五实施方式的光纤供电系统1E在例如将伴随大的电力变动的负载380设置在规定位置时，在铺设有能够向负载380的设置位置的周边传输供电光和信号光的光纤250E的情况下是有效的。在这样的情况下，通过应用第五实施方式的光纤供电系统1E，不需要新铺设流过大电力的输电线、以及金属线，能够利用铺设完毕的光纤250E从电源向负载380高效率地供给电力。
第五实施方式所示的供电光的能量控制单元也可以应用于图1、图2、图4的系统结构。具体而言，通过将图1、图2、图4的供电装置110置换为第五实施方式的供电装置110D，将受电装置310置换为第五实施方式的受电装置310D。进而，在应用于图1、图4的系统结构的情况下，通过将传输供电光112的光纤250A、270置换为第五实施方式的光纤250E，能够实现上述的应用。在应用于图2的系统结构的情况下，也可以经由光纤250传输供电光112和信号光319D。在图2的系统结构的情况下，检测信号319也可以使用发送部320变换为信号光319D，信号光319D也可以使用接收部130变换为检测信号319，信号光325也可以设为包括检测信号319的信息的结构。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子而示出的，能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行结构要素的省略、置换、变更。例如，从受电装置供给电的负载不限于通信机或无线机，可以是任何设备。检测电力的大小的检测部的结构不限于实施方式所示的具体例，也可以采用各种电路结构。
-产业上的可利用性-
本公开能够用于受电装置、供电装置以及光纤供电系统。
-符号说明-
1A 光纤供电系统
1 光纤供电系统
1B 光纤供电系统
1C 光纤供电系统
1D 光纤供电系统
1E 光纤供电系统
100 第一数据通信装置
110 供电装置
110C 供电装置
110D 供电装置
111 供电用半导体激光器(激光振荡部)
112 供电光
114 信号输入部
114D 信号输入部
115 输出控制部
118 光电变换部
120 发送部
125 信号光
130 接收部
140 光输入输出部
141 光连接器
200A 光纤电缆
200 光纤电缆
200B 光纤电缆
210 纤芯
220 包层
250A 光纤
250 光纤
250E 光纤
260 光纤
270 光纤
291 金属线
291D 光纤
300 第二数据通信装置
310 受电装置
310C 受电装置
310D 受电装置
311 光电变换元件
313 输电线
314 信号输出部
314D 信号输出部
315 检测部
316 检测电阻
317 放大器
318 发光部
319 检测信号
319D 信号光(检测信号)
320 发送部
325 信号光
330 接收部
350 光输入输出部
351 光连接器
380 负载
382 被调制波。

Claims (5)

1.一种受电装置，具备：
光电变换元件，将供电光变换为电力；
检测部，检测从所述光电变换元件经由电力线流向负载的电流并生成检测信号；以及
信号输出部，将所述检测信号向装置外部输出，
所述负载输出伴随振幅调制的被调制波，
所述检测信号是表示由所述负载输出的所述被调制波的包络线的信号。
2.一种光纤供电系统，具备：
权利要求1所述的受电装置；
供电装置，该供电装置具有将电力变换为供电光并向所述受电装置发送的激光振荡部、从供电 装置外部输入所述检测信号的信号输入部、以及基于被输入的所述检测信号控制所述激光振荡部的输出的输出控制部；
第一光纤，传输所述供电光；以及
信号路径，传输所述检测信号。
3.根据权利要求2所述的光纤供电系统，其中，
所述信号路径是金属线。
4.根据权利要求2所述的光纤供电系统，其中，
所述信号路径是与所述第一光纤不同的第二光纤。
5.根据权利要求2所述的光纤供电系统，其中，
所述第一光纤具有包括纤芯和包层的多个传输路径，
所述信号路径是与所述多个传输路径中的与所述供电光的传输路径不同的传输路径。
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