(57)【要約】【課題】定電圧変換部における損失を低減し、電力利用効率を高める。【解決手段】実施の形態に係る給電システム１００は、ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う定電圧変換部１０１と、負荷の電力状態を監視する電力監視部１０２と、負荷の電力状態の監視結果に基づいて、変換電圧値を変更する制御部１０３とを備える。負荷の電力状態の変動に応じて、電圧変換部の変換電圧値を可変とすることで、電圧変換部における損失を低減し、電力利用効率を高めることが可能となる。【選択図】図１
2020078197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う定電圧変換部と、
前記負荷の電力状態を監視する電力監視部と、
前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、前記変換電圧値を変更する制御部と、
を備える、
給電システム。
【請求項２】
前記負荷に印加される電圧及び電流を検出する検出部をさらに備え、
前記電力監視部は、前記負荷に印加される電圧及び電流に基づいて、前記負荷の消費電力を監視し、
前記制御部は、前記消費電力を維持し、前記ツェナーダイオードに流れる電流を減少させるように、前記変換電圧値を変更する、
請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記定電圧変換部は、直列に接続された複数の前記ツェナーダイオードと、複数の前記ツェナーダイオードとそれぞれ並列に接続された複数のスイッチとを備え、
前記制御部は、複数の前記スイッチを制御して前記変換電圧値を変更する、
請求項１又は２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記電力監視部は、前記変換電圧値が前記負荷の動作電圧下限値より小さくならないように、前記制御部が制御する前記スイッチの個数を固定する、
請求項３に記載の給電システム。
【請求項５】
前記定電圧変換部は、前記ツェナーダイオードと並列に接続されたスイッチと、前記ツェナーダイオードによる電圧を電圧変換する降圧型コンバータとを備え、
前記制御部は、前記スイッチをＰＷＭ制御して前記変換電圧値を変更する、
請求項１又は２に記載の給電システム。
【請求項６】
前記電力監視部は、前記変換電圧値が前記負荷の動作電圧下限値より小さくならないように、前記制御部が行うＰＷＭ制御のデューティを固定する、
請求項５に記載の給電システム。
【請求項７】
前記負荷は、陸上又は海上に設けられた前記定電流を出力する給電装置とケーブルを介して接続される海底機器であり、
陸上又は海上に設けられ、前記制御部による前記変換電圧値の制御状態をモニターするモニター部をさらに備える、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の給電システム。
【請求項８】
ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行い、
電力の供給をうける前記負荷の電力状態を監視し、
前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、前記変換電圧値を変更する、
給電方法。
【請求項９】
前記負荷を海底に配置し、陸上又は海上に設けられた前記定電流を出力する給電装置とケーブルを介して接続し、
陸上又は海上から、前記変換電圧値の制御状態をモニターする、
請求項８に記載の給電方法。
【請求項１０】
ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う処理と、
電力の供給をうける前記負荷の電力状態を監視する処理と、
前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、前記変換電圧値を変更する処理と、
をコンピュータに実行させる、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流給電方式の給電システム、給電方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海底ケーブルシステム等の長距離伝送を行うシステムは、中継器等の機器を、ケーブルを介して数珠繋ぎにした構成を有している。一般的に、海底ケーブルシステムでは、電力ケーブルを介して陸上の給電装置から海中の海底機器へ、電源として定電流を用いる定電流給電方式が採用されている。
【０００３】
特許文献１には、入力された定電流から定電圧を取出し、所望の大きさの駆動電流に変換して複数の駆動素子に出力する、定電流供給装置が開示されている。定電圧は、直列に接続された複数のツェナーダイオードにより取り出される。特許文献１では、複数の駆動素子にはそれぞれ並列に電流制御素子が接続されており、駆動素子の動作内容に応じて、対応する電流制御素子に流れる駆動電流の大きさを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０３３４３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、海底通信ケーブルシステムでは、中継器への電力は、定電流を入力とし、定電圧変換部のツェナーダイオードで定電圧に変換して供給される。使用可能な最大の電力Ｗは、定電流源からの電流Ｉｃとツェナーダイオードの電圧Ｖｚの乗算で決定される。
Ｗ＝Ｖｚ×Ｉｃ
【０００６】
ここで、電流Ｉｃと電圧Ｖｚは一定値であることから、この使用可能な最大の電力Ｗは一定である。また、電力Ｗは、中継器の消費電力Ｗｏとツェナーダイオードの損失Ｗｚの和である。
Ｗ＝Ｗｏ＋Ｗｚ＝一定
【０００７】
従って、中継器の消費電力Ｗｏが減れば、ツェナーダイオードの損失Ｗｚが増える。また、中継器の消費電力Ｗｏが増えれば、ツェナーダイオードの損失Ｗｚが減る。中継器に流れる負荷電流以外の電流は全てツェナーダイオードに流れて損失となり、熱エネルギーとしてラジエター等で処理される。中継器の負荷が軽いほどツェナーダイオードでの損失が大きくなることから、ツェナーダイオードでの損失が増加し、省エネ化の妨げとなっていた。
【０００８】
本開示の目的は、上述した問題を鑑み、定電圧変換部における損失を低減し、電力利用効率を高めることが可能な給電システム、給電方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る給電システムは、ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う定電圧変換部と、前記負荷の電力状態を監視する電力監視部と、前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、前記変換電圧値を変更する制御部と、を備える
【００１０】
本発明の一態様に係る給電方法は、ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行い、電力の供給をうける前記負荷の電力状態を監視し、前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、前記変換電圧値を変更する。
【００１１】
本発明の一態様に係るプログラムは、ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う処理と、電力の供給をうける前記負荷の電力状態を監視する処理と、前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、前記変換電圧値を変更する処理とをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、定電圧変換部における損失を低減し、電力利用効率を高めることが可能な給電システム、給電方法及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る給電システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る給電システムの構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る給電方法を説明するフロー図である。
【図４】実施の形態２に係る給電システムの構成を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る給電方法を説明するフロー図である。
【図６】比較例の給電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回線で構成することができる。また、本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。従って、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。
【００１５】
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-Transitory computer Readable Medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage Medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（Transitory computer Readable Medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００１６】
実施の形態は、入力された定電流を定電圧に変換する定電流給電方式の給電システムにおける、定電圧変換技術に関する。実施の形態について説明する前に、図６を参照して、比較例の給電システムの問題点について説明する。図６は、比較例の給電システムの構成を示す図である。図６に示す給電システムは、一定の電流Ｉｃを供給する定電流源１を有する。定電流源１から流れる電流Ｉｃは、数珠つなぎされた中継器等の機器２の各々に入力される。すなわち、定電流源１が機器２の電力供給源となる。
【００１７】
機器２は、定電圧変換回路３、負荷４を含む。定電圧変換回路３はツェナーダイオード５を有している。電流Ｉｃは、機器２に入力されると、ツェナーダイオード５に流れるツェナー電流Ｉｚと負荷４に流れる電流Ｉｏとに分流する。電流Ｉｃ、Ｉｚ、Ｉｏとの間には、以下の式（１）が成り立つ。
Ｉｃ＝Ｉｚ＋Ｉｏ＝（一定）  ・・・（１）
【００１８】
定電圧変換回路３では、供給された電流がツェナーダイオード５のツェナー電圧Ｖｚにより定電圧化され、一定値となる。このツェナー電圧Ｖｚが、負荷４に印加される。従って、各機器２の消費電力Ｗは、ツェナー電圧Ｖｚと電流Ｉｃとの積となる。式（１）から、ツェナーダイオード５に流れるツェナー電流Ｉｚと負荷４に流れる電流Ｉｏとの和は一定（Ｉｃ）であるため、各機器２の消費電力Ｗは、負荷４の状態に左右されずに一定となる。
Ｗ＝Ｖｚ×Ｉｃ＝Ｖｚ×（Ｉｚ＋Ｉｏ）＝（一定）  ・・・（２）
【００１９】
一般的に、多くの機器２は、常に最大負荷では動作していない。例えば、機器２の起動時には最大負荷となるが、定常時は軽負荷となる。このように、機器２は、ある短時間の条件で最大負荷となるが、その他の状態では軽負荷となる場合が多い。すなわち、機器２は、ほとんどの稼働時間において軽負荷状態であることが多い。この場合、負荷４で消費される電流Ｉｏ以外は、全てツェナーダイオード５に流れ込み、損失となる。そのため、ツェナーダイオード５が発熱し、ラジエター等の熱対策が必要なり、機器２の小型化の妨げとなっていた。また、このツェナーダイオード５の損失は、全て熱となり消費される無駄なエネルギーであり、システム全体の省エネルギー化の妨げの要因であった。
【００２０】
そこで、このような問題を解決するべく、本発明者は以下の構成を考案した。図１に、実施の形態に係る給電システム１００の構成を示す。実施の形態に係る給電システム１００は、ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う定電圧変換部１０１と、負荷の電力状態を監視する電力監視部１０２と、負荷の電力状態の監視結果に基づいて、変換電圧値を変更する制御部１０３とを備える。このように、負荷の電力状態の変動に応じて、電圧変換部の変換電圧値を可変とすることで、電圧変換部における損失を低減し、電力利用効率を高めることが可能となる。
以下、実施の形態の具体的な例について、図面を参照して説明する。
【００２１】
実施の形態１．
図２は、実施の形態１に係る給電システム１００の構成を示す図である。給電システム１００は、例えば、定電流源を含む給電装置（不図示）、中継器等の複数の機器２及びこれらを接続するケーブル（不図示）を備える、海底ケーブルシステムに適用される。海底ケーブルシステムでは、給電装置は陸地又は海上に設けられ、数珠つなぎされる複数の機器２は海底に設けられて、長距離伝送が行われる。給電システム１００は、電源として定電流を用いる定電流給電方式を採用している。
【００２２】
図２に示すように、機器２は、定電圧変換回路３、負荷４、電圧／電流検出回路６、電力監視回路７、スイッチ制御回路８を含む。定電圧変換回路３は、直列接続された複数のツェナーダイオード５と、これら複数のツェナーダイオード５にそれぞれ並列に接続された複数のスイッチ９を含む。機器２には、一定の電流Ｉｃが入力される。定電圧変換回路３は、ツェナーダイオード５を用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して、負荷４に電力の供給を行う。負荷４は、海底に設置される海底機器であり、例えば、加速度計や水圧計等、目的や用途に応じて様々な計測を行う素子である。負荷４は、陸上又は海上に設けられた定電流を出力する給電装置と、ケーブルを介して接続されることとなる。
【００２３】
定電圧変換回路３の変換電圧値は、直列に接続されるツェナーダイオード５の個数で決定される。直列に接続されるツェナーダイオード５の個数は、各スイッチ９のオン／オフで制御することができる。例えば、オンするスイッチ９の個数を増やすことで、パスするツェナーダイオード５の個数を増加させ、変換電圧値を下げることができる。
【００２４】
電圧／電流検出回路６は、負荷４に印加される電圧Ｖｏ及び電流Ｉｏを検出する。電力監視回路７は、負荷４の電力状態を監視する。具体的には、電力監視回路７は、電圧／電流検出回路６により検出された電圧Ｖｏ及び電流Ｉｏに基づき、負荷４の消費電力を監視する。そして、電力監視回路７は、負荷４の電力状態に基づき、定電圧変換回路３の最適な変換電圧値を計算する。すなわち、電力監視回路７は、最適な変換電圧値が得られる、直列に接続されるべきツェナーダイオード５の個数を計算する。この定電圧変換回路３の変換電圧値の計算については、後に詳述する。
【００２５】
スイッチ制御回路８は、電力監視回路７での監視結果に基づいて、スイッチ９のオン／オフを制御し、直列に接続されるツェナーダイオード５の個数を決定する。これにより、スイッチ制御回路８は、定電圧変換回路３における変換電圧値を最適値に変更することができる。
【００２６】
なお、ここでは図示していないが、給電システム１００は、スイッチ制御回路８による変換電圧値の制御状態をモニターするモニター部をさらに備えてもよい。このモニター部は、例えば、陸上又は海上に設けられた給電装置内に設けることができる。モニター部は、変換電圧値の制御状態に限らず、電圧／電流検出回路６における電圧Ｖｏ、電流Ｉｏの監視や、電力監視回路７における負荷４の電力状態の監視における不具合等をモニターすることも可能である。
【００２７】
次に、図３を参照して、実施の形態１に係る給電方法について説明する。図３は、実施の形態１に係る給電方法を説明するフロー図である。機器２の起動時には、負荷４の状態は不明である。従って、最初に、すべてのスイッチ９をオフとし、最大の変換電圧値状態で機器２を起動する（ステップＳ１１）。次に、電圧／電流検出回路６で、負荷４に印加される電圧Ｖｏ及び電流Ｉｏを検出する（ステップＳ１２）。
【００２８】
そして、電圧／電流検出回路６で検出された電圧Ｖｏ、電流Ｉｏを用いて、電力監視回路７で負荷４の消費電力Ｗｏが計算される（ステップＳ１３）。消費電力Ｗｏは、以下の式（３）で求められる。
Ｗｏ＝Ｖｏ×Ｉｏ  ・・・（３）
これにより、負荷４の電力状態が把握される。
【００２９】
負荷４を安定して動作させ、定電圧変換回路３での損失Ｗｚを低減するためには、消費電力Ｗｏを維持しつつ、ツェナーダイオード５に流れるツェナー電流Ｉｚを減少させる必要がある。式（３）から、定電圧変換回路３の変換電圧値を変更して、負荷に印加される電圧Ｖｏを下げることにより、電流Ｉｏが増加する。これにより、ツェナーダイオード５に流れ込むツェナー電流Ｉｚを減少させることができ、定電圧変換回路３の損失が改善される。
【００３０】
負荷４に印加される電圧Ｖｏを下げる方法として、実施の形態１では、スイッチ９のオン／オフを制御し、直列接続されるツェナーダイオード５の個数Ｎｏを制御する。
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で得られた消費電力Ｗｏと、定電圧変換回路３の最大消費電力Ｗとの比率αを計算する。
α＝Ｗｏ／Ｗ  ・・・（４）
【００３１】
次に、式（４）を用いて、消費電力Ｗｏを得るのに最低必要なツェナーダイオード５の個数Ｎｏを計算する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５では、以下の処理を行う。
最大消費電力Ｗは、ツェナーダイオードの全個数をＮ、ツェナー電圧Ｖｚを得るために必要な最小のツェナー電流Ｉｚ（ｍｉｎ）とすると、以下の式（５）より得られる。
Ｗ＝（Ｖｚ×Ｎ）×（Ｉｃ−Ｉｚ（ｍｉｎ））  ・・・（５）
【００３２】
ツェナーダイオード５の直列接続数Ｎｏのときの、負荷４に印加される電圧Ｖｏ、電流Ｉｏは以下の式（６）、（７）でそれぞれ表される。
Ｖｏ＝Ｖｚ×Ｎｏ  ・・・（６）
Ｉｏ＝Ｉｃ−Ｉｚ（ｍｉｎｉ）  ・・・（７）
【００３３】
式（４）に、式（３）、（５）、（６）、（７）を代入すると、以下のようになる。
α＝Ｗｏ／Ｗ
＝［（Ｖｏ×Ｉｏ）］／［（Ｖｚ×Ｎ）×（Ｉｃ−Ｉｚ（ｍｉｎ））］
＝［（Ｖｚ×Ｎｏ）×（Ｉｃ−Ｉｚ（ｍｉｎｉ））］／［（Ｖｚ×Ｎ）×（Ｉｃ−Ｉｚ（ｍｉｎ））］
＝Ｎｏ／Ｎ
従って、消費電力Ｗｏを得るのに最低必要なツェナーダイオード５の個数Ｎｏは、以下の式（８）を満たす正の整数となる。
Ｎｏ＞α×Ｎ  （Ｎ、Ｎｏは正の整数）・・・（８）
【００３４】
ここで、負荷４には、動作電圧の下限値Ｖｏ（ｍｉｎ）以上の電圧の確保が必須である。従って、ステップＳ１６では、負荷の動作電圧下限値Ｖｏ（ｍｉｎ）を確保するのに最低必要なツェナーダイオードの個数Ｎ（ｍｉｎ）を、以下の式（９）により計算する。
Ｎ（ｍｉｎ）＞（Ｖｏ（ｍｉｎ）／Ｖｚ）  ・・・（９）
【００３５】
そして、ＮｏがＮ（ｍｉｎ）より小さい場合（ステップＳ１７、ＹＥＳ）、直列接続されるべきツェナーダイオード５の個数はＮ（ｍｉｎ）に固定され（ステップＳ１８）、ステップＳ１９に移行する。ＮｏがＮ（ｍｉｎ）以上である場合（ステップＳ１７）、直列接続されるべきツェナーダイオード５の個数はＮｏとなり、ステップＳ１９に移行する。
【００３６】
ステップＳ１９では、ステップＳ１７、ステップＳ１８で決定されたように、直列接続されるツェナーダイオード５の個数がＮｏ又はＮ（ｍｉｎ）となるように、スイッチ制御回路８によりスイッチ９のオン／オフが制御され、負荷４の電力状態に最適な変換電圧値に変更される。
【００３７】
上述したように、定電圧変換回路３の変換電圧値が固定の場合、負荷の電流Ｉｏ以外は、ツェナー電流Ｉｚとして定電圧変換回路３のツェナーダイオード５に流れ込む。従って、軽負荷になるほど変換効率が悪化することから省エネ化の妨げとなっていた。また、この損失は全て熱として消費されるため、ラジエター等の熱対策が必要となり、小型化の妨げとなっていた。
【００３８】
これに対し、実施の形態１では、負荷４の電力状態の変動に応じて、定電圧変換回路３の変換電圧値を変更することができる。つまり、負荷４が軽い場合は、オン状態とするスイッチ９の個数を増やすことで、ツェナーダイオード５の直列接続数を減らして、変換電圧値を下げる。これにより、現状と同じ消費電力Ｗｏを維持する場合、負荷４に印加される電圧Ｖｏを下げて、負荷電流Ｉｏを増加させ、ツェナーダイオードに流れるＩｚを減少させることが可能となる。これにより、定電圧変換回路３の変換効率を向上させ、省エネ化を実現することが可能となる。また、定電圧変換回路３の損失を低減させることができ、ラジエター等の熱対策が容易となり、装置の小型化／低価格化を実現することができる。
【００３９】
また、陸上又は海上モニター部を設けることにより、スイッチ制御回路８による変換電圧値の制御状態や、電圧Ｖｏ、電流Ｉｏの監視や、負荷４の電力状態の監視における不具合等を把握することができる。これにより、海底に配置された機器２に対して、不具合等を解消する対応を行うことが可能となる。
【００４０】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る給電システム１００の構成を示す図である。図４において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、負荷４の電力状態に応じて、定電圧変換回路３の変換電圧値を変更する。実施の形態１では、負荷４に印加される電圧Ｖｏを下げる方法として、スイッチ９のオン／オフを制御し、直列接続されるツェナーダイオード５の個数Ｎｏを制御した。これに対し、実施の形態２では、スイッチ９のオン／オフをＰＷＭ制御して変換電圧値を変更する。
【００４１】
図４に示すように、機器２は、定電圧変換回路３、負荷４、電圧／電流検出回路６、電力監視回路７、ＰＷＭ制御回路１０を含む。定電圧変換回路３は、ツェナーダイオード５と、このツェナーダイオード５に並列に接続されたスイッチ９を含む。機器２には、一定の電流Ｉｃが入力される。電流Ｉｃは、ツェナーダイオード５に流れるツェナー電流Ｉｚと負荷４に流れる電流Ｉｏとに分流する。
【００４２】
また、定電圧変換回路３は、整流ダイオード１１、転流ダイオード１２、チョークコイル１３、コンデンサ１４を含む。ツェナーダイオード５には、整流ダイオード１１及び転流ダイオード１２からなる出力整流回路が接続される。この出力整流回路の出力端に、チョークコイル１３お及びコンデンサ１４からなる出力平滑回路が接続される。これらは、降圧型のコンバータを構成する。コンデンサ１４の両端間に、負荷４が接続される。スイッチ９のオン／オフを切り替えることで、ツェナーダイオード５のツェナー電圧Ｖｚによる矩形波Ｖｋが生成される。スイッチ９のオン／オフをＰＷＭ制御することで、負荷４の電力状態に応じて変換電圧値を変更することができる。
【００４３】
次に、図５を参照して、実施の形態２に係る給電方法について説明する。図５は、実施の形態２に係る給電方法を説明するフロー図である。図５において、ステップＳ２１〜ステップＳ２３は、図３のステップ１１〜Ｓ１３と同一である。機器２の起動時には、負荷４の状態は不明であるため、最初に、スイッチ９をオフとし、最大の変換電圧値状態で機器２を起動する（ステップＳ２１）。次に、電圧／電流検出回路６で、負荷４に印加される電圧Ｖｏ及び電流Ｉｏを検出する（ステップＳ２２）。
【００４４】
そして、電圧／電流検出回路６で検出された電圧Ｖｏ、電流Ｉｏを用いて、電力監視回路７で負荷４の消費電力Ｗｏが計算される（ステップＳ２３）。消費電力Ｗｏは、上述の式（３）で求められる。これにより、負荷４の電力状態が把握される。
【００４５】
上述の通り、負荷４を安定して動作させ、定電圧変換回路３での損失Ｗｚを低減するためには、消費電力Ｗｏを維持しつつ、ツェナーダイオード５に流れるツェナー電流Ｉｚを減少させる必要がある。実施の形態２では、負荷４に流れる電流Ｉｏとして最大分流できる電流の値は、一定の電流Ｉｃから、ツェナー電圧Ｖｚを得るために最低必要なツェナー電流Ｉｚ（ｍｉｎ）を減算した値である。
【００４６】
従って、ステップＳ２４では、この最大分流できる電流（Ｉｃ−Ｉｚ（ｍｉｎ））を用い、定電圧変換回路３の損失Ｗｚを最小にする、消費電力Ｗｏを得るのに最適な電圧Ｖｏ’を算出する。電圧Ｖｏ’は、以下の式（１０）により計算される。
Ｖｏ’＝Ｗｏ／（Ｉｃ−Ｉｚ（ｍｉｎ））  ・・・（１０）
【００４７】
ここで、負荷４には、動作電圧の下限値Ｖｏ（ｍｉｎ）以上の電圧の確保が必須である。従って、ステップＳ２５では、ステップＳ２４で計算された電圧Ｖｏ’が、負荷４の動作電圧下限値Ｖｏ（ｍｉｎ）より小さいかが判定される。電圧Ｖｏ’が動作電圧下限値Ｖｏ（ｍｉｎ）以上である場合（ステップＳ２５、ＮＯ）、ステップＳ２４で計算した電圧Ｖｏ’となるように、スイッチ９のデューティＤが計算される（ステップＳ２６）。デューティＤは、以下の式（１１）により計算される。
Ｄ＝Ｖｏ’／Ｖｚ  ・・・（１１）
【００４８】
一方、電圧Ｖｏ’が動作電圧下限値Ｖｏ（ｍｉｎ）より小さい場合（ステップＳ２５、ＹＥＳ）、これ以上電圧が下がらないように、スイッチ９のデューティは、以下の式（１１）のデューティＤ’に固定される（ステップＳ２７）。
Ｄ’＝Ｖｏ（ｍｉｎ）／Ｖｚ  ・・・（１２）
【００４９】
そして、ステップＳ２８では、ステップＳ２６又はステップＳ２７で決定されたデューティＤ又はＤ’でスイッチ９のオン／オフがＰＷＭ制御され、負荷４の電力状態に最適な変換電圧値に変更される。
【００５０】
このように、実施の形態２では、実施の形態１と同様に、負荷４の電力状態の変動に応じて、定電圧変換回路３の変換電圧値を変更することができる。これにより、実施の形態１と同様の効果を得られる。また、実施の形態１では、複数のツェナーダイオード５の直列接続数を変化させるため、変換電圧値がステップで変化するのに対し、実施の形態２では、スイッチ９のＰＷＭ制御により変換電圧値をリニアに変化させることができる。これにより、定電圧変換回路３の変換電圧値をよりきめ細かく制御することが可能となる。また、実施の形態１と比較して、実施の形態２では、ツェナーダイオード５及びスイッチ９の数を大幅に削減でき、装置のさらなる簡素化、小型化、及び低価格化が実現できる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。定電圧変換回路３は、各実施の形態に示す回路構成に限定されない。また、実施の形態２に、実施の形態１で説明したモニター部を設けることも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  定電流源
２  機器
３  定電圧変換回路
４  負荷
５  ツェナーダイオード
６  電圧／電流検出回路
７  電力監視回路
８  スイッチ制御回路
９  スイッチ
１０  ＰＷＭ制御回路
１１  整流ダイオード
１２  転流ダイオード
１３  チョークコイル
１４  コンデンサ
１００  給電システム
１０１  定電圧変換部
１０２  電力監視部
１０３  制御部
【図１】
2020078197.tif 000003
【図２】
2020078197.tif 000004
【図３】
2020078197.tif 000005
【図４】
2020078197.tif 000006
【図５】
2020078197.tif 000007
【図６】
2020078197.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月29日(2019.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う定電圧変換部と、
前記負荷の電力状態を監視する電力監視部と、
前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、前記変換電圧値を変更する制御部と、
を備え、
前記定電圧変換部は、直列に接続された複数の前記ツェナーダイオードと、複数の前記ツェナーダイオードとそれぞれ並列に接続された複数のスイッチとを備え、
前記制御部は、複数の前記スイッチを制御して前記変換電圧値を変更する、
給電システム。
【請求項２】
前記負荷に印加される電圧及び電流を検出する検出部をさらに備え、
前記電力監視部は、前記負荷に印加される電圧及び電流に基づいて、前記負荷の消費電力を監視し、
前記制御部は、前記消費電力を維持し、前記ツェナーダイオードに流れる電流を減少させるように、前記変換電圧値を変更する、
請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記電力監視部は、前記変換電圧値が前記負荷の動作電圧下限値より小さくならないように、前記制御部が制御する前記スイッチの個数を固定する、
請求項１又は２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記負荷は、陸上又は海上に設けられた前記定電流を出力する給電装置とケーブルを介して接続される海底機器であり、
陸上又は海上に設けられ、前記制御部による前記変換電圧値の制御状態をモニターするモニター部をさらに備える、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電システム。
【請求項５】
直列に接続された複数のツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行い、
電力の供給をうける前記負荷の電力状態を監視し、
前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、複数の前記ツェナーダイオードとそれぞれ並列に接続された複数のスイッチを制御して前記変換電圧値を変更する、
給電方法。
【請求項６】
前記負荷を海底に配置し、陸上又は海上に設けられた前記定電流を出力する給電装置とケーブルを介して接続し、
陸上又は海上から、前記変換電圧値の制御状態をモニターする、
請求項５に記載の給電方法。
【請求項７】
直列に接続された複数のツェナーダイオードを用いて、入力された定電流を所定の変換電圧値の定電圧に変換して負荷に電力の供給を行う処理と、
電力の供給をうける前記負荷の電力状態を監視する処理と、
前記負荷の電力状態の監視結果に基づいて、複数の前記ツェナーダイオードとそれぞれ並列に接続された複数のスイッチを制御して前記変換電圧値を変更する処理と、
をコンピュータに実行させる、
プログラム。