JP2009158960A - 単一の光電変換コンポーネントを用いた電子回路への光学的パワー供給 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的なパワー供給の利点を生かすとともに高い費用効率が得られるシステム及び方法を提供する。
【解決手段】光学的なパワー供給は、離れた孤立の回路を動作させるために個別の金属ワイヤではなく光を用いる。光学的パワー供給システム１００は、光の照射を受けて第１の電圧を供給する単一の光電変換コンポーネント１１０を備える。電圧ブースター１２０は、光電変換コンポーネント１１０から第１の電圧を受け、第１の電圧よりも大きな第２の電圧の信号をＶ_ＯＵＴ端子に供給する。光学的パワー供給システム１００は、電圧ブースター１２０からの第２の電圧によってパワーが供給されるセンサーと一体に構成してもよい。上記光電変換コンポーネント１１０は、安価な発光ダイオードでもよい。
【選択図】図１

Description

本願発明は、光学的パワー供給の分野、特に電子回路への光学的パワー供給の分野に関するものである。

光学的パワー供給は、電気的なパワーを供給する金属ワイヤを必要としないで、離れた孤立の回路を動作させるために光を用いる。光の照射を受けて回路へ光学的にパワーを供給するように多数のフォトダイオードが直列接続された特注の光電変換式パワーコンバータを使用することが知られている。例えば、カリフォルニア州のミルピタス（Milpitas）にあるＪＤＳＵ社は、電子回路にパワーを供給することができる光電変換式パワーコンバータを製造している。単一のシリコンフォトダイオードでは、回路にパワーを供給するための十分に大きな電圧（約７Ｖ）を発生することができないため、直列接続されたフォトダイオードが使用される。また、上記特注のコンバータは、高価な部品であり、その製造元もほとんどない可能性がある。

光学的パワー供給の一応用例は、燃料タンク内のセンサーへのパワー供給である。この光学的パワー供給は、燃料タンク内で金属ワイヤを使用しないことによって燃料タンクの爆発の危険性を軽減しつつ、燃料タンク内の圧力等の状態を監視するためのセンサーにパワーを供給することができる、という利点を有する。また、他の例では、上記光学的パワー供給は、金属のワイヤを使用しないため重量が軽くなるという利便性を有する。しかしながら、前述のように、上記光学的パワー供給を使用すると、燃料タンク内のセンサー又は他の回路に十分な大きな電圧を供給するため多数のフォトダイオードを有する特注のコンバータを備える必要があり、コストが上昇する可能性がある。

以上の背景の下、光学的なパワー供給の利点を生かすとともに高い費用効率が得られるシステムを提供することが望まれている。

〔発明の概要〕
本発明に係るシステムは、光学的なパワー供給システムであって、光の照射を受けて第１の電圧を供給する単一の光電変換（photovoltaic）コンポーネントを備える。電圧ブースターは、前記光電変換コンポーネントに接続され、前記光電変換コンポーネントから前記第１の電圧を受け前記第１の電圧よりも大きな第２の電圧を発生する。前記光電変換コンポーネントは発光ダイオードであってもよく、その発光ダイオードは光ファイバーコネクションを含んでもよい。前記電圧ブースターは、チャージポンプ型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び／又は、インダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。前記インダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電圧がオフになった後しばらく動作するものであってもよい。前記第１の電圧は３Ｖよりも小さく、前記第２の電圧は３Ｖよりも大きくてもよい。前記電圧ブースターは、前記光電変換コンポーネントへ光が照射されている状態を示すデジタル出力を含んでもよい。

更に、本発明に係る他のシステムは、センサーシステムであって、光の照射を受けて第１の電圧を供給する単一の光電変換コンポーネントを備える。電圧ブースターは、前記光電変換コンポーネントに接続され、前記光電変換コンポーネントから前記第１の電圧を受け前記第１の電圧よりも大きな第２の電圧を発生する。回路は、前記電圧ブースターに接続され、前記第２の電圧を受け、前記第２の電圧は、前記回路へパワーを供給するために十分に大きな電圧である。前記光電変換コンポーネントは、発光ダイオードであってもよい。前記回路は、燃料タンク圧力センサー等のセンサーであってもよい。前記回路は通信システムを含んでもよく、前記通信システムは、光変調された通信信号を認識するものであってもよい。前記光電変換コンポーネント、前記電圧ブースター及び前記回路はすべてハウジングの中に配置してもよい。光は、光ファイバーコネクションを介して前記光電変換コンポーネントに供給されるようにしてもよい。前記電圧ブースターは、チャージポンプ型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び／又は、インダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。前記インダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電圧がオフになった後しばらく動作するものであってもよい。前記第１の電圧は３Ｖよりも小さく、前記第２の電圧は３Ｖよりも大きく、前記回路はパワー供給のために少なくとも約３Ｖを必要とするものであってもよい。前記電圧ブースターは、前記光電変換コンポーネントへ光が照射されている状態を示すデジタル出力を含んでもよい。

更に、本発明に係る方法は、回路に対して光学的にパワーを供給する方法であって、照射光を受けて第１の電圧を供給する単一の光電変換コンポーネントを配置することを含む。電圧ブースターは、前記光電変換コンポーネントに接続され、前記第１の電圧を受け前記第１の電圧よりも大きな第２の電圧を供給する。回路は、前記電圧ブースターに接続され、前記第２の電圧によってパワーが供給される。前記光電変換コンポーネントは発光ダイオードであってもよい。前記センサーは燃料タンクセンサーであってもよい。前記照射光は、前記回路と通信するために前記照射光を変調してもよい。

〔図面の簡単な説明〕
前記システムや方法の実施形態は、図面における複数の図を参照して説明される。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学的パワー供給システムを示す概略図である。
図２は、本発明の他の一実施形態に係る光学的パワー供給システムを示す概略図である。
図３は、本発明の一実施形態に係るセンサーシステムを図示する説明図である。同センサーシステムは、光学的パワー供給システム及びセンサー、並びに／又は、他の回路を含む。

〔各種実施態様の詳細説明〕
図面における各図を参照すると、各図は本明細書の一部を構成しており、前記システムや方法の実施形態を例示している。いくつかの例では、前記システムや方法の様々な態様が概略的に示され、又は、前記システムや方法を容易に理解できるよう強調されたり変更されたりしている。

本明細書に記載されたシステムの一実施形態では、特注の電圧コンバータの代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びＤＣ／ＤＣ電圧ブースターを光学的パワー供給システムに使用することができる。これらのＬＥＤ及びＤＣ／ＤＣ電圧ブースターのコンポーネントは、一般的に入手可能な在庫のコンポーネントである。ＬＥＤは、通常、光を発するために用いられるが、照射光にさらされたときには、より高い電圧（例えば１Ｖ強）を発生できるフォトダイオードと同様に、電気的なパワーを発生するためにも用いることができる。光センサーのための回路のように光の照射に応答するＬＥＤの光電変換電圧をうまく利用し本実施形態のシステムに接続することができる回路が知られている。ＬＥＤからの電圧の大きさは、多くの回路にパワーを供給するには十分ではないが、例えば単一セルのバッテリーの電圧を上げるために通常使用されるＤＣ／ＤＣ電圧ブースターを動作させるには十分である。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学的パワー供給システム１００を示す概略図である。ＬＥＤ１１０は、図示のようにＤＣ／ＤＣ電圧ブースター１２０に接続されている。ＬＥＤ１１０は、そのＬＥＤ上への光の照射に応答して電圧ブースター１２０のＶ_ＩＮ端子に電圧を供給する。例えば、ＬＥＤ１１０は、１Ｖよりも若干大きな電圧を前記Ｖ_ＩＮ端子に供給してもよい。また、一実施例では、ＬＥＤ１１０は、例えば光ファイバーコネクションを有するＨＦＢＲ−１４１４コンポーネント等の、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara）にあるアジレントテクノロジーズ（Agilent Technologies）社のＨＦＢＲ−１４シリーズから選択されたコンポーネントであってもよい。電圧ブースター１２０は、ＬＥＤ１１０からの入力電圧をＶ_ＩＮ端子で受け、昇圧した電圧をＶ_ＯＵＴ端子に供給する。例えば、電圧ブースター１２０は、回路にパワーを供給するのに十分な３．３ボルトの出力電圧を供給してもよい。また、例えば、電圧ブースター１２０からの出力電圧は、燃料タンク内の圧力センサー等のセンサーにパワーを供給するのに十分な大きさの電圧であってもよい。また、圧力センサーのほか、燃料の液面高さ、体積、密度、流れ、不純物混入などを測定する、静電容量センサー、温度センサー、超音波センサー、電気抵抗センサーにも他のタイプのセンサーへのパワー供給にも適用できる。

また、一実施例では、前記電圧ブースター１２０は、例えばＬＴＣ１５０２−３．３コンポーネント等の、アメリカ合衆国カリフォルニア州ミルピタス（Milpitas）にあるリニアテクノロジー（Linear Technology）社から入手可能な安定化チャージポンプ型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。また、前記電圧ブースター１２０の適切な動作のため、図１に示すＶ_ＩＮ端子、Ｖ_ＯＵＴ端子、Ｃ１^＋端子、Ｃ１⁻端子、Ｃ３^＋端子、Ｃ３⁻端子及びＣ２端子に接続される５個の外部コンデンサー１２２ａ〜１２２ｅ等の外部コンデンサーを設けてもよい。様々な実施例では、前記コンデンサーは１μＦ以上１０μＦ以下の範囲内の静電容量を有するものであってもよい。

図２は、本発明の他の一実施形態に係る光学的パワー供給システム２００を示す概略図である。ＬＥＤ２１０は、図示のようにＤＣ／ＤＣ電圧ブースター２２０に接続されている。ＬＥＤ２１０は、そのＬＥＤ上への光の照射に応答して電圧ブースター２２０のＶ_ＩＮ端子に電圧を供給するものであり、本明細書の他の箇所に記載されたＬＥＤ１１０と同様なものであってもよい。例えば、ＬＥＤ２１０は、１Ｖよりも若干大きな電圧を前記Ｖ_ＩＮ端子に供給してもよい。また、電圧ブースター２２０は、図１に関連して示したチャージポンプ型のＤＣ／ＤＣコンバータよりも効率がよいインダクター型の電圧ブースターであってもよい。電圧ブースター２２０は、入力電圧をＶ_ＩＮ端子で受け、センサー等の回路にパワーを供給するのに十分な出力電圧をＶ_ＯＵＴ端子に供給する。一実施例では、電圧ブースター２２０は、例えば３Ｖを出力するＬＴＣ３５２５Ｌ−３コンポーネント等の、アメリカ合衆国カリフォルニア州ミルピタス（Milpitas）にあるリニアテクノロジー（Linear Technology）社から入手可能なマイクロパワー同期整流式昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。また、電圧ブースター２２０は、適切な動作のため、図２に示すように２個のコンデンサー２２２ａ，２２２ｂ及びインダクター２２２ｃを含む外部コンポーネントを備えてもよい。インダクター２２２ｃは、図示のようにＶ_ＩＮ端子とスイッチ（ＳＷ）入力端子との間に接続される。また、電圧ブースター２２０は、電圧ブースター２２０のオン／オフに使用することができるシャットダウン制御（ＳＨＤＮ）端子を備えてもよい。

また、一実施例では、電圧ブースター２２０は、その電圧ブースターの電源がオンされる前に入力エネルギーを立ち上げることが可能になる遅延スタートアップ特性を備えてもよい。インダクター型の電圧ブースターでは比較的大きなスタートアップ電流を必要とするため、上記スタートアップの遅延が発生する。更に、前記光の照射は、電圧ブースター２２０のパワー出力を妨げることがないように短い時間だけオフしてもよい。この光の照射の変調は、後で更に詳しく説明するように、パワーが供給されるセンサー又は他の回路との間の通信に使用してもよい。また、電圧ブースター２２０は、前記光の照射の状態を示すデジタル出力を備えてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係るセンサーシステム３００を図示する説明図である。このセンサーシステム３００は、光学的パワー供給システム３０５及びセンサー３３０、並びに／又は他の回路を備える。光学的パワー供給システム３０５は、本明細書の他の箇所で説明したコンポーネント１１０、２１０、１２０、２２０と同様にそれぞれ動作することができる、ＬＥＤ３１０と電圧ブースター３２０とを備える。光学的パワー供給システム３０５はセンサー３３０に接続され、光学的パワー供給システム３０５及びセンサー３３０はハウジング３０２内に配設してもよい。センサーシステム３００のハウジング３０２は、ＬＥＤ３１０のところで照射光を受けることができるようにする光路３０４を提供するように構成してもよい。また、一実施例では、ＬＥＤ３１０への光路３０４は、光ファイバー通信リンクを介するように構成してもよい。この光ファイバー通信リンクのためのコネクションは、ＬＥＤ３１０と一体に構成してもよい。また、前記照射光の変調は、センサー３３０との通信に用いてもよい。これに応じて、センサー３３０は、光変調信号を認識する通信システムを備えてもよい。また、本明細書に記載されたシステムにおける通信には、例えばセンサー３３０から無線で送信された信号を受信し及び／又はセンサーのデータを含む信号を無線で送信する無線通信を行うことができる無線通信システムなどの他の通信システムを用いてもよい。

本明細書に記載された各システムには、他のタイプのＬＥＤ、及び／又は、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させるのに十分な電圧を発生する、ＬＥＤ以外の光電変換コンポーネント、及び／又は、他のタイプの電圧ブースター等の、他のコンポーネントを使用してもよい。例えば、ＧａＡｓフォトダイオードを使用してもよい。

本明細書の記載を考慮し及び本発明を実施することで、当業者には、本発明に係る他の実施形態が明らかとなる。この明細書及び例示は典型的なものに過ぎず、本発明の真の範囲及び趣旨は、添付の特許請求の範囲により定められる。

本発明の一実施形態に係る光学的パワー供給システムを示す概略図。 本発明の他の一実施形態に係る光学的パワー供給システムを示す概略図。 本発明の一実施形態に係るセンサーシステムを図示する説明図。

符号の説明

１００，２００，３０５ 光学的パワー供給システム
１１０，２１０，３１０ ＬＥＤ
１２０，２２０，３２０ ＤＣ／ＤＣ電圧ブースター
３００ センサーシステム
３０２ ハウジング
３０４ 光路
３３０ センサー

Claims (25)

1. 光の照射を受けて第１の電圧を供給する単一の光電変換コンポーネントと、
   前記光電変換コンポーネントに接続され前記光電変換コンポーネントから前記第１の電圧を受け前記第１の電圧よりも大きな第２の電圧を発生する電圧ブースターと、
   を備える、光学的パワー供給システム。
2. 前記光電変換コンポーネントは発光ダイオードである、請求項１の光学的パワー供給システム。
3. 前記発光ダイオードは光ファイバーコネクションを含む、請求項２の光学的パワー供給システム。
4. 前記電圧ブースターはチャージポンプ型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである、請求項１の光学的パワー供給システム。
5. 前記電圧ブースターはインダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである、請求項１の光学的パワー供給システム。
6. 前記インダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電圧がオフになった後しばらく動作する、請求項５の光学的パワー供給システム。
7. 前記第１の電圧は３Ｖよりも小さく、前記第２の電圧は３Ｖよりも大きい、請求項１の光学的パワー供給システム。
8. 前記電圧ブースターは、前記光電変換コンポーネントへ光が照射されている状態を示すデジタル出力を含む、請求項１の光学的パワー供給システム。
9. 光の照射を受けて第１の電圧を供給する単一の光電変換コンポーネントと、
   前記光電変換コンポーネントに接続され前記光電変換コンポーネントから前記第１の電圧を受け前記第１の電圧よりも大きな第２の電圧を発生する電圧ブースターと、
   前記電圧ブースターに接続され前記第２の電圧を受ける回路と、備え、
   前記第２の電圧は、前記回路へパワーを供給するために十分に大きな電圧である、センサーシステム。
10. 前記光電変換コンポーネントは発光ダイオードである、請求項９のセンサーシステム。
11. 前記回路はセンサーである、請求項９のセンサーシステム。
12. 前記センサーは燃料タンク圧力センサーである、請求項１１のセンサーシステム。
13. 前記回路は通信システムを含む、請求項９のセンサーシステム。
14. 前記通信システムは光変調された通信信号を認識する、請求項１３のセンサーシステム。
15. 前記光電変換コンポーネント、前記電圧ブースター及び前記回路が配置されたハウジングを更に備える、請求項９のセンサーシステム。
16. 光ファイバーコネクションを介して前記光電変換コンポーネントに光が供給される、請求項９のセンサーシステム。
17. 前記電圧ブースターはチャージポンプ型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである、請求項９のセンサーシステム。
18. 前記電圧ブースターはインダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである、請求項９のセンサーシステム。
19. 前記インダクター型の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電圧がオフになった後しばらく動作する、請求項１８のセンサーシステム。
20. 前記第１の電圧は３Ｖよりも小さく、前記第２の電圧は３Ｖよりも大きく、前記回路はパワー供給のために少なくとも約３Ｖを必要とする、請求項９のセンサーシステム。
21. 前記電圧ブースターは、前記光電変換コンポーネントへ光が照射されている状態を示すデジタル出力を含む、請求項９のセンサーシステム。
22. 回路に対して光学的にパワーを供給する方法であって、
    照射光を受けて第１の電圧を供給する単一の光電変換コンポーネントを配置することと、
    前記第１の電圧を受け前記第１の電圧よりも大きな第２の電圧を供給する電圧ブースターを、前記光電変換コンポーネントに接続することと、
    前記第２の電圧によってパワーが供給される前記回路を、前記電圧ブースターに接続することと、を含む方法。
23. 前記光電変換コンポーネントは発光ダイオードである、請求項２２の方法。
24. 前記センサーは燃料タンクセンサーである、請求項２２の方法。
25. 前記回路と通信するために前記照射光を変調することを更に含む、請求項２２の方法。

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