CN114094722B - 光纤供电系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种光纤供电系统(1)，具备：供电装置(110)，包含通过电力进行激光振荡并输出供电光(112)的半导体激光器(111)；受电装置(310)，包含将基于供电装置(110)的供电光(112)转换为电力的光电转换元件(311)；以及光纤电缆(200)，将供电光(112)从供电装置(110)传输到受电装置(310)，所述光纤供电系统(1)具备检测光电转换元件(311)的温度的温度传感器(312)，在该温度传感器(312)检测到的温度为给定的阈值以上的情况下，执行降低供电光(112)的输出电平的处理，在检测到的温度小于给定的阈值的情况下，执行提高供电光(112)的输出电平的处理。

Description

光纤供电系统
本申请是申请日为2020年5月21日、申请号为202080003949.0、发明名称为“光纤供电系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及光供电。
背景技术
最近，研究了将电力转换为光(被称为供电光)进行传输，并将该供电光转换为电能而作为电力利用的光供电系统。
在专利文献1记载了如下的光通信装置，具备：光发送机，发送由电信号调制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且折射率比上述纤芯小并且传输上述供电光的第1包层、以及形成在上述第1包层的周围且折射率比上述第1包层小的第2包层；以及光接收机，通过将在上述光纤的第1包层传输的上述供电光转换的电力来进行动作，并将在上述光纤的纤芯传输的上述信号光转换为上述电信号。
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
然而，在光纤供电系统中，为了对光接收机供给电力，在光发送机以固定的输出发送供电光的情况下，即使光接收机侧的电力消耗的负载变轻，也会继续对光接收机供给该供电光，因此过剩的电能有时会成为热而损失。因此，优选减低这样的能量损耗。
用于解决课题的技术方案
本公开的一个方式的光纤供电系统是一种光纤供电系统，具备：供电装置，包含通过电力进行激光振荡并输出供电光的半导体激光器；受电装置，包含将基于所述供电装置的供电光转换为电力的光电转换元件；以及光纤电缆，将所述供电光从所述供电装置传输到所述受电装置，所述光纤供电系统具备：
温度传感器，检测所述光电转换元件的温度；
第1数据通信装置，包含所述供电装置；
第2数据通信装置，包含所述受电装置并与所述第1数据通信装置进行光通信；以及
控制部，在所述温度传感器检测到的温度为给定的阈值以上的情况下，执行降低所述供电光的输出电平的处理，在所述温度小于给定的阈值的情况下，执行提高所述供电光的输出电平的处理，
所述控制部具有：受电侧控制部，包含于所述第2数据通信装置，获取所述温度传感器检测到的温度信息；以及供电侧控制部，包含于所述第1数据通信装置，根据所述受电侧控制部获取的所述温度信息，执行对所述半导体激光器输出的所述供电光的输出电平进行切换的处理。
此外，所述受电侧控制部执行通过光通信来将所述温度信息通知给所述供电侧控制部的处理，
所述供电侧控制部执行如下处理：基于被通知的所述温度信息来判断降低还是提高所述供电光的输出电平，并对所述供电光的输出电平进行切换。
附图说明
图1是本公开的第1实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
图2是本公开的第2实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
图3是本公开的第2实施方式涉及的光纤供电系统的结构图，并图示了光连接器等。
图4是本公开的另一个实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
图5是本公开的第2实施方式涉及的光纤供电系统的结构图，并增加控制部(受电侧控制部、供电侧控制部)而进行了图示。
-符号说明-
1A：光纤供电系统(光供电系统)；
1：光纤供电系统(光供电系统)；
1B：光纤供电系统(光供电系统)；
100：第1数据通信装置；
110：供电装置；
111：供电用半导体激光器；
112：供电光；
120：发送部；
125：信号光；
130：接收部；
140：光输入输出部；
141：光连接器；
150：供电侧控制部；
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；
260：光纤；
270：光纤；
300：第2数据通信装置；
310：受电装置；
311：光电转换元件；
312：温度传感器；
320：发送部；
325：信号光；
330：接收部；
350：光输入输出部；
351：光连接器；
360：受电侧控制部。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的一个实施方式进行说明。
(1)系统概要
〔第1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转换为光能并进行供给的装置，受电装置是接受光能的供给并将该光能转换为电力的装置。
供电装置110包含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包含光电转换元件311。
供电装置110与电源连接，且供电用半导体激光器111等被电驱动。
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并输出供电光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，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。
光电转换元件311将通过光纤电缆200A传输来的供电光112转换为电力。通过光电转换元件311转换的电力成为受电装置310中所需的驱动电力。进而，受电装置310能够将通过光电转换元件311转换的电力输出为外部设备用。
构成发挥供电用半导体激光器111以及光电转换元件311的光-电间的转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由于带隙大，光电转换效率高，所以可提高光供电的发电侧以及受电侧的光电转换效率，光供电效率提高。
为此，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，激光处于越是长波长传输效率越好、越是短波长光电转换效率越好的倾向。因此，在长距离传输的情况下，也可以使用激光波长(基波)比500nm大的激光介质的半导体材料。此外，在优先光电转换效率的情况下，也可以使用激光波长(基波)比200nm小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以及光电转换元件311中的任一方。可提高供电侧或受电侧的光电转换效率，光供电效率提高。
〔第2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包含经由光纤的供电系统和光通信系统，并具备包含供电装置(PSE：Power Sourcing Equipment)110的第1数据通信装置100、光纤电缆200、以及包含受电装置(PD：Powered Device)310的第2数据通信装置300。
供电装置110包含供电用半导体激光器111。第1数据通信装置100除了供电装置110以外，还包含进行数据通信的发送部120和接收部130。第1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包含信号用半导体激光器121和调制器122。接收部130包含信号用光电二极管131。
光纤电缆200包含具有形成信号光的传输路径的纤芯210和配置在纤芯210的外周并形成供电光的传输路径的包层220的光纤250。
受电装置310包含光电转换元件311。第2数据通信装置300除了受电装置310以外，还包含发送部320、接收部330、数据处理单元340。第2数据通信装置300相当于电力端站(Power End Station)等。发送部320包含信号用半导体激光器321和调制器322。接收部330包含信号用光电二极管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2数据通信装置300是通信网络中的节点。或者，第2数据通信装置300也可以是与其他节点进行通信的节点。
第1数据通信装置100与电源连接，供电用半导体激光器111、信号用半导体激光器121、调制器122、信号用光电二极管131等被电驱动。此外，第1数据通信装置100是通信网络中的节点。或者，第1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进行激光振荡并输出供电光112。
光电转换元件311将通过光纤电缆200传输来的供电光112转换为电力。通过光电转换元件311转换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、其他第2数据通信装置300内所需的驱动电力。进而，第2数据通信装置300也可以能够将通过光电转换元件311转换的电力输出为外部设备用。
另一方面，发送部120的调制器122基于发送数据124来调制来自信号用半导体激光器121的激光123，输出为信号光125。
接收部330的信号用光电二极管331将通过光纤电缆200传输来的信号光125解调为电信号，并输出到数据处理单元340。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而输出到调制器322。
发送部320的调制器322基于发送数据324来调制来自信号用半导体激光器321的激光323，输出为信号光325。
接收部130的信号用光电二极管131将通过光纤电缆200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，从该节点，数据被设为发送数据124。
来自第1数据通信装置100的供电光112以及信号光125被输入到光纤电缆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输出到第2数据通信装置300。
来自第2数据通信装置300的信号光325被输入到光纤电缆200的另一端202，在纤芯210中传播，从一端201输出到第1数据通信装置100。
另外，如图3所示，在第1数据通信装置100设置有光输入输出部140和附设于该光输入输出部140的光连接器141。此外，在第2数据通信装置300设置有光输入输出部350和附设于该光输入输出部350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引导到包层220，将信号光125引导到纤芯210，将信号光325引导到接收部130。光输入输出部350将供电光112引导到受电装置310，将信号光125引导到接收部330，将信号光325引导到纤芯210。
如以上那样，光纤电缆200的一端201能够与第1数据通信装置100连接，另一端202能够与第2数据通信装置300连接，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。
作为构成发挥供电用半导体激光器111以及光电转换元件311的光-电间的转换效果的半导体区域的半导体材料，可应用与上述第1实施方式同样的材料，实现高光供电效率。
另外，如图4所示的光纤供电系统1B的光纤电缆200B那样，也可以分别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也可以包含多条。
(2)关于供电光的输出电平的切换
接着，说明根据受电装置310的光电转换元件311的温度变化来对供电装置110的供电用半导体激光器111输出的供电光112的输出电平进行切换的处理。
图5所示的光纤供电系统1具备：包含供电装置110的第1数据通信装置100、包含受电装置310的第2数据通信装置300、以及用于第1数据通信装置100和第2数据通信装置300进行光通信的光纤电缆200。
如图5所示，在第2数据通信装置300包含的受电装置310，设置有检测光电转换元件311的温度的温度传感器312。
此外，第2数据通信装置300为了进行对供电光112的输出电平进行切换的处理，具备获取温度传感器312检测到的温度信息的受电侧控制部360。
此外，第1数据通信装置100具备供电侧控制部150，该供电侧控制部150执行根据受电侧控制部360获取的温度信息来对半导体激光器111输出的供电光112的输出电平进行切换的处理。
该受电侧控制部360和供电侧控制部150进行协作，由此作为如下的控制部发挥功能，即，在温度传感器312检测到的温度为给定的阈值以上的情况下，执行降低供电光112的输出电平的处理，在温度传感器312检测到的温度小于给定的阈值的情况下，执行提高供电光112的输出电平的处理。
另外，针对作为阈值的温度，可设定为如下的温度，即，适合于光电转换元件311将供电光112效率优良地转换为电力的温度、光电转换元件311能够不过热地将供电光112转换为电力的温度。
例如，受电侧控制部360执行获取温度传感器312检测到的温度信息、并将获取到的温度信息通知给供电侧控制部150的处理，供电侧控制部150执行如下处理：基于被通知的温度信息来判断降低还是提高供电光112的输出电平，并对供电光112的输出电平进行切换。
具体地，受电侧控制部360从发送部320将获取的温度信息作为信号光325而输出，并通知给供电侧控制部150。
供电侧控制部150基于从受电侧控制部360通知的温度信息，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度为给定的阈值以上的情况下，执行降低半导体激光器111输出的供电光112的输出电平的处理，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度小于给定的阈值的情况下，执行提高半导体激光器111输出的供电光112的输出电平的处理。
例如，供电用半导体激光器111在供电侧控制部150的控制下，能够输出占空比不同的PWM方式的供电光112，并输出占空比小的供电光112以使得降低供电光112的输出电平，输出占空比大的供电光112以使得提高供电光112的输出电平。
在此，在供电用半导体激光器111能够将供电光112的占空比切换为0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0这六个等级而输出的情况下，使供电装置110的供电用半导体激光器111输出占空比0.6的供电光112，对包含受电装置310的第2数据通信装置300供给电力。
然后，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度为给定的阈值以上的情况下，供电用半导体激光器111切换为输出降低了一个等级输出电平的占空比0.4的供电光112。
而且，在给定时间后，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度还是给定的阈值以上的情况下，供电用半导体激光器111切换为进一步降低一个等级输出电平而输出占空比0.2的供电光112。
另一方面，在给定时间后，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度小于给定的阈值的情况下，供电用半导体激光器111切换为提高一个等级输出电平而输出占空比0.6的供电光112。
此外，在供电装置110的供电用半导体激光器111输出占空比0.6的供电光112的状态下，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度小于给定的阈值的情况下，供电用半导体激光器111切换为输出提高了一个等级输出电平的占空比0.8的供电光112。
而且，在给定时间后，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度还小于给定的阈值的情况下，供电用半导体激光器111切换为进一步提高一个等级输出电平而输出占空比1.0的供电光112。
另一方面，在给定时间后，温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度为给定的阈值以上的情况下，供电用半导体激光器111切换为降低一个等级输出电平而输出占空比0.6的供电光112。
这样，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度为给定的阈值以上的情况下，降低供电用半导体激光器111输出的供电光112的输出电平而能够抑制向受电装置310(光电转换元件311)的供电光112的供给，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度小于给定的阈值的情况下，提高供电用半导体激光器111输出的供电光112的输出电平而能够积极地进行向受电装置310(光电转换元件311)的供电光112的供给。
像这样，根据温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度，切换供电用半导体激光器111输出的供电光112的输出电平，由此光电转换元件311的温度变得难以变动，且变得容易维持规定为阈值的温度。
也就是说，根据受电装置310的光电转换元件311的温度变化，切换供电装置110的供电用半导体激光器111输出的供电光112的输出电平，由此能够抑制供电光112的过剩供给，而不会因供电光112的过剩供给而光电转换元件311发热至高温，并能够减低作为供电光112而供给到受电装置310(光电转换元件311)的电能成为热而损失的能量损耗。
特别是，如果使得将光电转换元件311的温度维持在适合于光电转换元件311将供电光112效率优良地转换为电力的温度，则能够从供电装置110对受电装置310效率优良地供给电力。
此外，如果使得维持为光电转换元件311的温度不会变得过高，则能够防止光电转换元件311过热等损伤。
此外，在上述实施方式中，供电侧控制部150执行如下处理：基于从受电侧控制部360通知的温度信息来判断降低还是提高供电光112的输出电平，并对供电光112的输出电平进行切换，但是也可以受电侧控制部360基于温度信息来判断降低还是提高供电光112的输出电平。
也就是说，受电侧控制部360执行如下处理：基于获取的温度信息来判断降低还是提高供电光112的输出电平，并将判断出的输出电平的切换信息通知给供电侧控制部150，供电侧控制部150执行基于被通知的输出电平的切换信息来对供电光112的输出电平进行切换的处理。
具体地，受电侧控制部360基于获取的温度信息，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度为给定的阈值以上的情况下，判断为降低供电光112的输出电平，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度小于给定的阈值的情况下，判断为提高供电光112的输出电平，将该判断出的输出电平的切换信息作为信号光325而从发送部320输出，并通知给供电侧控制部150。
供电侧控制部150在从受电侧控制部360通知的输出电平的切换信息是降低供电光112的输出电平的切换信息时，执行降低半导体激光器111输出的供电光112的输出电平的处理，并在从受电侧控制部360通知的输出电平的切换信息是提高供电光112的输出电平的切换信息时，执行提高半导体激光器111输出的供电光112的输出电平的处理。
另外，在此，供电用半导体激光器111也在供电侧控制部150的控制下，输出占空比小的供电光112使得降低供电光112的输出电平，输出占空比大的供电光112使得提高供电光112的输出电平。
像这样，即使基于受电侧控制部360获取的温度信息来判断降低还是提高供电光112的输出电平，并对供电装置110的供电用半导体激光器111输出的供电光112的输出电平进行切换，也能够抑制供电光112的过剩供给，并能够减低作为供电光112而供给到受电装置310(光电转换元件311)的电能成为热而损失的能量损耗。
另外，在上述的供电光112的输出电平的切换处理中，以给定的阈值规定一个边界，根据温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度是否超过该阈值来切换降低或者提高供电光的输出电平，但是给定的阈值也可以不规定一个边界，而以上限的阈值和下限的阈值来规定两个边界。
在该情况下，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度为上限的阈值以上的情况下，切换为降低供电光112的输出电平，在温度传感器312检测到的光电转换元件311的温度小于下限的阈值的情况下，切换为提高供电光112的输出电平即可。
以上说明了本公开的实施方式，但是该实施方式是作为例子而示出的，能够以其他各种各样的方式进行实施，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。
产业上的可利用性
本发明如以上那样构成，因此能够利用为光纤供电系统。

Claims (5)

1.一种光纤供电系统，具备：供电装置，包含通过电力进行激光振荡并输出供电光的半导体激光器；受电装置，包含将基于所述供电装置的供电光转换为电力的光电转换元件；以及光纤电缆，将所述供电光从所述供电装置传输到所述受电装置，所述光纤供电系统具备：
温度传感器，检测所述光电转换元件的温度；
第1数据通信装置，包含所述供电装置；
第2数据通信装置，包含所述受电装置并与所述第1数据通信装置进行光通信；以及
控制部，在所述温度传感器检测到的温度为给定的阈值以上的情况下，执行降低所述供电光的输出电平的处理，在所述温度小于给定的阈值的情况下，执行提高所述供电光的输出电平的处理，
所述控制部具有：受电侧控制部，包含于所述第2数据通信装置，获取所述温度传感器检测到的温度信息；以及供电侧控制部，包含于所述第1数据通信装置，根据所述受电侧控制部获取的所述温度信息，执行对所述半导体激光器输出的所述供电光的输出电平进行切换的处理。
2.根据权利要求1所述的光纤供电系统，其中，
所述受电侧控制部执行通过光通信来将所述温度信息通知给所述供电侧控制部的处理，
所述供电侧控制部执行如下处理：基于被通知的所述温度信息来判断降低还是提高所述供电光的输出电平，并对所述供电光的输出电平进行切换。
3.根据权利要求1所述的光纤供电系统，其中，
所述受电侧控制部执行如下处理：基于所述温度信息来判断降低还是提高所述供电光的输出电平，并通过光通信来将判断出的输出电平的切换信息通知给所述供电侧控制部，
所述供电侧控制部执行基于被通知的输出电平的切换信息来对所述供电光的输出电平进行切换的处理。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光纤供电系统，其中，
构成发挥所述半导体激光器的光-电间的转换效果的半导体区域的半导体材料被设为激光波长500nm以下的激光介质。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光纤供电系统，其中，
构成发挥所述光电转换元件的光-电间的转换效果的半导体区域的半导体材料被设为激光波长500nm以下的激光介质。
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