JP2959634B2 - 電源制御方式 - Google Patents

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
電圧レギュレータ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1
06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、あるいは誘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を構成るるトランジス
タに加えられることになる。電力伝送手段102の損失電
圧が変化すると上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103aを
一方の入力端子に入力し、負荷103の他端103b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
調光信号から第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。

電圧変換手段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
きる。

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
発光ダイオード、半導体レーザーダイオード、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で受信されて
パルス状の光出力に対応する電気パルス信号に変換され
る。

受光手段は半導体PINホトダイオード、半導体アバラ
ンシェホトダイオード等からなり、受光手段により電気
パルス信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、ｖ−ｆ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
スクリミネータ方式、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108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えるための
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の送出するため
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動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
用い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
ワイヤハーネスを配置しているため、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
圧ある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10Aとし、その一部分を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1A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で、
光ファイバの送端および受端にそれぞれ号波器および分
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、対応する電源と
負荷を複数組配設し、各組の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共用光伝送手段を
通して帰還させ、各組の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であっ
て、各組の負荷の状態を検出する検出手段、及び検出手
段による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ともに、これに対応し
て各組の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、さらに共用光
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、各組の各電光変換手段からの異なる波長の
光信号を前記合波手段により合成して共用光伝送手段を
通して多重伝送し、前記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組の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。

〔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、12は第２の電光変換手段、13は第２の光電
変換手段、14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、合波手段９と、光伝達手段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トランジスタが
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npnト
ランジスタ、22はnpnトランジスタ21のエミッタ抵抗
器、23はnpnトランジスタ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段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24によ
りnpnトランジスタ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段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く、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。

センス手段11の電気信号出力は、第１図に示すように
第２の電光変換手段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14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
電力制御信号１に入力され、電力制御手段１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
コンパレータ、17はツェナーダイオード、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ード17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
力ポ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10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λ_１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10の第２の出力ポートに対応する波
長λ_２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10の第３の出力ポート
に対応する波長入力λ_３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GI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カメラで撮影し、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10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
メラにより撮影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、32,42
はそれぞれ電力伝送手段、33,34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。

電力制御手段31と、電力伝達手段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合波手段の出
力ポ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、合波手段の入力ポートならびに分
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
含む制御を行う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ることができるため、
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サ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、13……第２の
光電変換手段、14……警報手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 G05F 1/10 - 1/56

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対応する電源と負荷を複数組配設し、各組
   の負荷側の電圧または電流を検出し、検出信号を光信号
   に変換して共用光伝送手段を通して帰還させ、各組の電
   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であって、各組の負荷の状態を検出
   する検出手段及び検出手段による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、これに対応して各組の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、さらに共用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、各組の各電光変換手
   段からの異なる波長の光信号を前記合波手段により合成
   して共用光伝送手段を通して多重伝送し、前記受信端の
   分波手段で異なる波長の光信号をそれぞれ分波して各組
   の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. 【請求項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. 【請求項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記載を電源制御方式。
4. 【請求項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. 【請求項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。