JPH02230830A

JPH02230830A - 電源制御方式

Info

Publication number: JPH02230830A
Application number: JP1051365A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ikeda; 池田　弘明
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1990-09-13
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JP2959634B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光ファイバリンクを帰還路に使用した電源制御
方式の改良に関し、特に多波長光通信方式により情報を
伝達する電源制御方式に関するものである。

〔従来の技術］従来、光ファイバをセンス線として使用した電源制御方
式は第５図に示すように構成されている。

第５図は従来の電源制御方式の１実施例を示すブロック
図であり、負荷両端における電圧を一定に保つための電
圧レギュレー夕より構成されている。図中、１０１は直
流電力を受けて制御し規定電圧を出力するための電力制
御手段、１０２は電力制御手段の出力電力を負荷１０３
に供給するための電力伝送手段、１０３は負荷、１０４
は負荷１０３の両端の電圧を検出して第１の電圧情報を
生成し送出するための負荷電圧検出手段、１０５は負荷
電圧検出手段１０４により検出された第１の電圧情報を
光情報に変換するための電光変換手段、１０６は電光変
換手段１０５により得られた光情報を伝送するための光
伝送手段、１０７は光伝送手段１０６により伝送された
光情報を第２の電圧情報に変換するための光電変換手段
、１０８は第２の電圧情報と基準値とを比較することに
より電力制御手段１０１を制御して規定電圧を生成する
ための帰還制御手段である。

図において、電力制御手段１０１は伝送される電力をア
ナログ的に制御する場合と、ディジタル的に制御する場
合とがある。アナログ的に制御する場合においては、電
力制御手段１０１は１個あるいはそれ以上の数のトラン
ジスタより成るアナログ式電圧制御抵抗素子のアレイで
あり、帰還制御手段１０８は電力制御手段１０１をアナ
ログ的に制御するための手段である。一方、ディジタル
的に制御する場合においては、電力制御手段１０１は１
個あるいはそれ以上の数のトランジスタよりなるディジ
タル幅変調式電圧制御スイッチ素子のアレイであり、帰
還制御手段１０８は電力制御手段１０１をディジタル的
にオン時間幅変調制御する手段である。

アナログ的、或いはディジタル的制御のどちらにおいて
も、１個あるいはそれ以上の数のトランジスタはバイポ
ーラ形トランジスタ、ＭＯＳ形電界効果形トランジスタ
、あるいは静電誘導形トランジスタとして構成される。

アナログ式の場合には、各トランジスタはアナログ動作
をし、従って、負荷１０３の両端に印加される直流電圧
、および電力伝送手段１０２において損失となる直流電
圧の和を考えると、電力線１０９上のＤＣ入力電圧とこ
の和の電圧との差が電力制御手段１０１を構成するトラ
ンジスタに加えられることになる。電力伝送手段１０２
の損失電圧が変化すると下記和電圧は変化するので、上
記トランジスタに加えられる電圧は安定化電源の動作状
態でトランジスタをアナログ動作させるに足りるだけの
大きさをもっていなければならない。このため、各トラ
ンジスタの損失が大きくなってしまう。

一方、デジタル式の場合においては、各トランジスタの
導通角は帰還制御手段１０８によって制御されるため、
上記アナログ動作方式のような損失は各トランジスタに
生ずることがない。

第５図の構成において、電力伝送手段１０２は１対の導
線、あるいはケーブルから構成される。

なお、電力伝送手段１０２と光伝送手段１０６とをシー
ス内に収容してシースケーブル構成とすることもできる
。

負荷電圧検出手段１０４は、例えば負荷１０３の一端１
０３ａを一方の入力端子に入力し、負荷１０３の他端１
０３ｂを他の入力端子に入力することのできる差動増幅
回路によって構成され、負荷１０３の両端に発生する直
流電圧、およびその変動成分を検出して、これらの信号
を直流成分を含む広帯域信号として電光変換手段１０５
に送出する。

電光変換手段１０５は、第１の電圧情報を第１の搬送波
信号により変調して第１の被変調電気信号を生成するた
めの変調手段と、第１の被変調信号により被変調光信号
を生成するための発光手段とから構成され、一方、光電
変換手段１０７は、光伝送手段１０６を介して受信され
た被変調光儒号から第２の被変調電気信号を生成するた
めの受光手段と、受光手段により生成された第２の被変
調電気信号から第２の電圧情報を生成するための復調手
段とから構成されている。

電光変換手段１０５の変調手段は、第１の電圧情報を幅
変調パルス信号、振幅変調パルス信号、周期変調パルス
信号、符号変調パルス信号あるいはＡ／Ｄ変換信号に変
換するためのもので、例えば、ｖ　−　ｆ変換回路を使
用し、その出力を周期変調パルス信号として出力するこ
とができろ。

負荷電圧検出手段１０４より負荷１０３の両端の電圧を
表す信号が入力されるとｖ−ｆ変換回路の出力周波数は
入力信号に応じて変化する。Ｖ−ｆ変換回路の出力は周
期変調パルス発生回路に加えられ、パルス整形されて周
期変調パルスが生成される。ｖ−ｆ変換回路に正の入力
信号が加えられると周波数が増加し、負の入力信号が加
えられると周波数が減少するような周期変調パルスを得
る周期変調パルス発生回路ではパルス幅と周期とが共に
変化する方形波信号が得られる。この方形波信号は、半
導体発光ダイ才−ド、半導体レーザ−ダイオード、ある
いはその他の光信号を変調することが可能な発光手段に
加えられる。通常、これらの発光手段は電流強度変調方
式により変調されるので、パルス状発光出力が得られる
。

こうして得られた光信号は、グレーテッドインデックス
形光ファイバ、プラスチック形光ファイバ等からなる光
伝送手段１０６を介して光電変換手段１０７に加えられ
る。このように光伝送手段１０６をセンス信号線として
使用しているため、高周波信号などの電磁波の影響は完
全に除去できる。

光伝送手段１０６を介して伝送された光信号は、受光手
段及び復調手段からなる光電変換手段１０７で受倍され
てパルス状の光出力に対応する電気パルス儒号に変換さ
れる。

受光手段は半導体ＰＩＮホトダイオード、半導体アバラ
ンシエホトダイ才一ド等からなり、受光手段により電気
パルス借号に変換された周期変調パルス信号は復調手段
に入力される。

復調手段は、ｆ−ｖ変換回路と直流増幅回路とにより構
成される。ｆ−ｖ変換回路は、例えば積分方式、ディス
クリミネー夕方式、あるいはＰＬＬ方式とすることがで
きる。直流増幅回路は、ｆ−Ｖ変換回路の出力を増幅し
て帰還制御手段１ｏ８が誤動作することのない程度にま
で増幅するとともに、帰還ループ利得を増加させるため
のものである。

なお、直流電流を安定化する直流電流安定化装置におい
ては負荷電圧検出手段１０４の代わりに負荷電流検出手
段が使われる。

負荷電流検出手段１０４は、負荷に流れる直流電流およ
びその変動成分を検出して、これらの信号を直流成分を
含む広帯域信号として電光変換手段１０５に送出するた
めのものである。負荷電流検出手段は、例えば負荷の一
端を一方の入力端子に入力し、電力伝送手段の他端を他
の入力端子に入力することのできる差勤増幅回路より成
る負荷電流検出回路と、電圧降下が無視できる程度の低
抵抗値の抵抗器とによって構成することができる。

〔発明が解決すべき課題〕

上述した従来の光ファイバリンクをセンス線として使用
した電源制御方式では光ファイバリンクを使用している
ため、電源制御部と負荷とが離れて設置されている場合
にも安定、且つ正確に電圧あるいは電流を制御できる反
面、光ファイバリンクに許容されている情報量よりも、
はるかに小さい容量の信号しか伝送していないという欠
点がある。

一方、電子機器などの盤間配線では狭い空間に多量のワ
イヤハーネスを設置しているため、１本の線にのせるこ
とのできる情報量をできる限り多くすることが望ましい
。また、重量やコストを低減する必要性から、ワイヤハ
ーネスの量を大幅に削減することが強く望まれている。

さらに、従来の電源制御方式では一般に負荷両端の電圧
あいは負荷に流れる電流を一定に保つことによって負荷
全体に供給する電力を制御しているため、負荷の一部の
みが好ましくない状態になっても、電源制御側から検出
することは極めて困難である。例えば、負荷全体の電流
をＩＯＡとし、その一部分の負荷耐量の小さな部分の電
流容量を１０ｍＡとした場合、１０ｍＡの部分の電流が
ｌ八に増加しても一般に電源側からは異常とは認められ
ないという欠点がある。

一方、負荷の信頼性と安定性とは負荷全体の温度上昇に
よっても制約されるが、例えば負荷が加熱されて許容温
度上昇限度以上になっても、従来方式によれば直接的に
は異常を検出できないという欠点がある。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、センス線
に光ファイバリンクを使用して光ファイバを介して制御
信号を帰還制御させる方式の電源制御方式において、光
ファイバの送端および受端にそれぞれ合波器および分波
器を挿入し、複数の波長の光情報を同時伝送することに
より、帰還情報量を多くして制御することにより負荷の
信頼性を向上させ、安全且つ確実に動作できる電源制御
方式を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明の電源制御方式は、電力制御手段の帰
還路を形成するセンス線の代わりに光ファイバによる光
伝達手段を使用し、センスされた負荷両端の電圧あるい
は負荷に流れる電流を表す情報を電光変換手段により光
信号に変換し、光信号の形で光ファイバによって制御側
に帰還し、制御側で光電変換手段により電気信号に変換
するように構成したものであって、負荷の状態を検出す
る検出手段及び検出信号をそれぞれ異なる波長の光信号
に変換する電光変換手段を複数設けると共に、これに対
応して電源側に異なる波長の光信号をそれぞれ電気信号
に変換する複数の光電変換手段を設け、さらに光伝送手
段の送信端に合波手段を、受信端に分波手段をそれぞれ
設け、各電光変換手段からの異なる波長の光信号を合波
手段により合成して光伝送手段を通して多重伝送し、受
信端の分波手段で分渡して各光電変換手段により電気信
号に変換することを特徴とする。

〔作用〕

本発明の電源制御方式は、複数の検出器により負荷の様
々な状態を検出してそれぞれ異なる波長の光信号に変換
し、これらの光信号を多重伝送して電源側でそれぞれの
光信号に分離し、複数の検出情報を基にして電源制御す
る。このようにすることにより、負荷の状態を詳細に監
視し、必要に応じて容易に電力を遮断、制限あるいは減
少させることができるため、装置の信頼性が向上でき・
る。

また２台以上の電源制御装置を１本の光ファイバによる
センス線を共用して構成すればワイヤハーネスを簡易化
し、安定化することができる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による電源制御方式の一実施例を示すブ
ロック図である。図中、１は電力制御手段、２は電力伝
送手段、３は負荷、４は負荷電圧／電流検出手段、５は
電光変換手段、６は光伝達手段、７は光電変換手段、８
は帰還制御手段、９は合波手段、１０は分波手段、１１
はセンス手段、ｌ２は第２の電光変換手段、１３は第２
の光電変換手段、ｌ４は警報手段である。

図において、電力制御手段１と、電力伝送手段２と、負
荷３と、負荷電圧／電流検出手段４と、電光変換手段５
と、合波手没９と、光伝達手没６と、分波手段１０と、
光電変換手段７と、帰還制御手段８とは通常の帰還形直
流電源安定化装置を形成している。負荷電圧／電流検出
手段４は、必要に応じて負荷３の両端の電圧を検出する
ための負荷電圧検出手段として動作するか、あるいは負
荷３に流れる電流を微小値を有する抵抗の両端に生ずる
微小電流によって検出するものである。いずれの場合も
、負荷３の両端の電圧を一定に保つか、あるいは負荷３
に流れる電流を一定に保つためのものである。

センス手段１１は負荷３の状態情報をセンスするための
ものであり、例えば負荷３の一部分に流れる電流、ある
いは負荷３の温度上昇をセンスする。

第２図は負荷３の一部分に電力形ｎｐｎ｝ランジスタが
含まれた実例を示す回路図であり、第２図（ａ）はエミ
ッタ電流を検出する場合、第２図（ｂ）はコレクタ温度
を検出する場合を示している。図中、２１は電力形ｎｐ
ｎ｝ランジスタ、２２はｎｐｎ｝ランジスタ２１のエミ
ッタ抵抗器、２３はｎｐｎ｝ランジスタ２１のエミッタ
電流を検出するための微小値を有する抵抗器、２４は白
金・コンスタンタン、あるいはアルメル・クロメル接合
による温度センサである。

第２図（ａ＞において、ｎｐｎトランジスタ２１のエミ
ッタ電流が規定範囲を越え、抵抗器２３の両端の電圧が
規定電圧を越えるか否かをセンス手没１１により監視し
ている。一方、第２図（ｂ）においては、温度センサ２
４によりｎｐｎ｝ランジスタ２１のコレクタ温度が許容
最大限を越えるか否かをセンス手没１１により監視して
いる。

センス手段１１に入力される信号は、上述したエミッタ
電流あるいはコレクタ温度に限定されるものではな《、
電圧、電流、温度、光量など、電気信号出力に変換でき
る情報であれば制限はない。

センス手没１１の電気信号出力は、第１図に示すように
第２の電光変換出力１２を介して光情報に変換されたの
ち合波手段９に入力され、合波手段９の出力は光伝達出
力６を介して分波手段１０に入力される。分波手段１０
の光情報出力は第２の光電変換手段１３を介して電気信
号に変換され、警報手段１４に入力される。警報手段ｌ
４では、センスされた情報が許容範囲、或いは規定値を
含む許容範囲を外れているか否かを判断し、許容範囲外
であれば警報信号を出力する。警報手段１４から出力さ
れた警報信号は電力制御手段ｌに入力され、電力制御手
段ｌに内蔵された第３図の負荷電力監視制御手段１５に
より負荷に供給する出力電力を遮断、制限あるいは減少
させる。

第３図は第１図に示す電力制御手段の構成を示すブロッ
ク図である。図中、１５は負荷電力監視制御手段、１６
はコンバレー夕、ｌ７はツエナーダイオード、１８はコ
ントローラである。

負荷電力監視制御手段は、例えば負荷の温度状態、振動
状態、煙の発生の有無等の情報にもとづいて随時コント
ローラ１８に制御信号を入力し、また帰還制御手段８か
らの入力とツェナーダイオ一ドｌ７により設定された基
準値とが比較され、その差信号が同様に制御信号として
コントローラに入力される。コントローラ１８は、これ
らの制御入力により出力電圧、出力電流を制御し、負荷
への電力供給をコントロールしている。

第１図に示す合波手段９は、例えば３個の入力ポートを
有し、１個の出力ポートを有するデバイスであり、各入
力ポートはそれぞれ異なった波長の光入力信号を通過さ
せる帯域濾波器としての特性を有するものである。出力
ボートは各入力ポートに加えられた異なる波長の光信号
を同時に多重して出力する。

第１図に示す分波手段１０は、例えば１個の入力ポート
を有し、３個の出力ポートを有するデバイスであり、入
力ポートに複数波長を有する光信号が加えられると各出
力ポートはそれぞれ異なった波長の入力信号を同時に出
力させる帯域濾波器としての特性を有する。

第１図における合波手段９および分波手段ＩＯは、それ
ぞれ３個の入力ポートおよび３個の出力ポートを有する
ものであるが、３個に限定されるものではなく２個以上
であれば何個でもかまわないことはいうまでもない。

第１図において、合波手段９の第１の入力ポートは分波
手段１０の第１の出力ポートに対応する波長λ１の光信
号を通過させる帯域特性を有し、合波出力９の第２の入
力ポートは分波出力ＩＯの第２の出力ポートに対応する
波長λ２の光信号を通過させる帯域特性を有し、合波出
力９の第３の入力ポートは分波出力ｌＯの第３の出力ポ
ートに対応する波長入力λ，の光信号を通過させる帯域
特性を有している。

光伝達手段６はＧｌ形やステップインデックス形のマル
チモード用光ファイバケーブル、シングルモード用の光
ファイバケーブルあるいはプラスチック形の光ファイバ
ケーブルとすることができるが、これらに限定されるも
のではなく、空間伝送系あるいはミラーなどによって形
成された導波伝送系であってもよい。

合波手段９の第３の入力ポートには、任意の負荷側情報
を入力することができる。例えば、負荷３に比較的大形
の機器、あるいは可動部分を含むメカニカル部品を含む
場合、これらの状態をＣＣＤカメラで撮像し、画像情報
として負荷側から電力制御側に伝達することができる。

この場合、分波手段ｌＯの第３の出力ポートから得られ
た情報を光電変換した後、画像モニタ装置に接続して構
成することができる。さらに、画像情報としては赤外線
カメラにより撮像された温度情報とすることも可能であ
り、このような場合には負荷３の著して温度上昇のプロ
ファイルを画像情報として得ることができる。なお、こ
の他に負荷近傍に、煙感知器を配置して煙の発生の有無
を検出したり、アクチュエータの位置情報、電磁波の強
度等種々の信号を検出してこれを制御情報として電源側
に送信するようにしてもよい。

第４図は本発明による電源制御方式の他の実施例を示す
ブロック図で、３１．４１はそれぞれ電力制御手段、３
２．４２はそれぞれ電力伝送手段、３３．４３はそれぞ
れ負荷、３４．４４はそれぞれ負荷電圧／電流検出手段
、３５．４５はそれぞれ電光変換手段、３６は光伝達手
段、３７．４７は光電変換手段、３８．４８はそれぞれ
帰還制御手段、５１は合波手段、５２は分波手段である
。

第４図においては２台の安定化電源を使用する場合にお
いて、センス線を構成する光伝達手段３６を共用する方
式を示したものである。第４図において、合波手段５１
および分波手段５２は２台の安定化電源で共用している
。

電力制御手没３１と、電力伝送手段３２と、負荷３３と
、負荷電圧／電流検出手段３４と、電光変換手段３５と
、合波手段５１と、光伝達手段３６と、分波手段５２と
、光電変換手段３７と、帰還制御手段３８とにより第１
の帰還形直流電源安定化装置が構成され、電力制御手段
４１と電力伝送手段４２と、負荷４３と、負荷電圧／電
流検出手段４４と、電光変換手段４５と、合波手段５１
と、光伝達手段３６と、分波手段５２と、光電変換手段
４７と、帰還制御手段４８とにより第２の帰還形直流電
源安定化装置が構成されている。

第１および第２の帰還形直流電源安定化装置はそれぞれ
上記第１の実施例に示すような動作をする。この実施例
においては、２台の電源制御装置について取り扱ってい
るが、合波手段の入力ポート数ならびに分波手段の出力
ボート数を増加させれば、これらのポート数に応じた数
の電源制御装置を並列して接続し、同時に動作させるこ
とができる。また、合波手段の入力ボートならびに分波
手段の出力ポートの数に余裕があれば、複数台の電源制
御装置によって光伝達手段を共用するほか、これらの装
置の状態監視情報や電力の遮断、制限あるいは減少を含
む制御を行った・めの制御情報によっても共用できるこ
とはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、センス線にファイバリン
クを使用して光ファイバを介して制御信号を帰還制御さ
せる方式の電源制御方式において、光ファイバの送端お
よび受端にそれぞれ合波器および分波器を挿入し、複数
の波長の光情報を同時に伝送して帰還させることにより
、負荷についての多くの情報を得ることができるので、
負荷の状態を詳細に監視し、必要に応じて容易に電力を
遮断、制限あるいは減少させ名ことができるため、装置
の信頼性が向上でき、また２台以上の電源制御装置を１
本の光ファイバによるセンス線を共用して構成できるた
め、ワイヤハーネスが簡易化されるとともに安定を損な
われないという効果がある。さらに光ファイバセンス線
情報以外の各種情報も通すことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電源制御方式の第１の実施例を示
すブロック図、第２図は第１図に示すセンス手段と負荷
との関係を表したブロック図、第３図は第１図の電力制
御手段の構成を示すブロック図、第４図は本発明の第２
の実施例を示す図、第５図は従来の電源制御方式の１例
を示すブロック図である。１・・・電力制御手段、２・・・電力伝送手段、３・・
・負荷、４・・・負荷電圧／電流検出手段、５・・・電
光変換手段、６・・・光伝達手段、７・・・光電変換手
段、８・・・帰還制御手段、９・・・合波手段、１０・
・・分波手段、１１・・・センス手段、１２・・・第２
の電光変換手段、ｌ３・・・第２の光電変換手段、１４
・・・警報手段。出

Claims

【特許請求の範囲】

（１）負荷側の電圧または電流を検出し、検出信号を光
信号に変換して光伝送手段を通して帰還させ、電源側で
光信号を電気信号に変換して電源を制御するようにした
電源制御方式において、負荷の状態を検出する検出手段
及び検出信号をそれぞれ異なる波長の光信号に変換する
電光変換手段を複数設けると共に、これに対応して電源
側に異なる波長の光信号をそれぞれ電気信号に変換する
複数の光電変換手段を設け、さらに光伝送手段の送信端
に合波手段を、受信端に分波手段をそれぞれ設け、各電
光変換手段からの異なる波長の光信号を合波手段により
合成して光伝送手段を通して多重伝送し、受信端の分波
手段で異なる波長の光信号をそれぞれ分波して各光電変
換手段により電気信号に変換するようにしたことを特徴
とする電源制御方式。
（２）少なくとも１つの光電変換手段の出力を警報手段
に入力させると共に、警報出力により供給電力の遮断、
制限等の制御を行うようにしたことを特徴とする請求項
１記載の電源制御方式。
（３）少なくとも検出手段の１つが赤外線カメラであり
、負荷の温度状態を検出して帰還させ、電源を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の電源制御方式。
（４）少なくとも１つの光電変換手段の出力をモニタに
入力し、画像化することを特徴とする請求項１記載の電
源制御方式。
（５）合波手段は複数の入力ポートと１つの出力ポート
を、分波手段は１つの入力ポートと複数の出力ポートを
有する請求項１記載の電源制御方式。
（６）請求項１記載の電源制御方式であって、対応する
電源と負荷を複数組配設し、各組の帰還伝送路として光
伝送手段を共用するようにしたことを特徴とする電源制
御方式。