(57)【要約】  給電ラインから電源が供給される負荷に関し、負荷の消費電流に応じて回路構成を自動的に変更することができる電源回路、及び電源回路の制御方法を提供する。  電源回路は、縦続接続される複数のツェナーダイオード（ＺＤ）であって、給電ラインから電源が供給される負荷（１０）に対して並列に接続された複数のツェナーダイオードと、オンオフ制御されるスイッチ（ＳＷ）であって、上記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに対して並列に又は上記複数のツェナーダイオード間に接続され、オン制御されることにより電流経路を形成するスイッチと、上記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段（２）と、上記電流監視手段が監視した電流と、基準電流（３）とを比較する比較手段（４）と、上記比較手段の比較結果に基づいて上記スイッチをオンオフ制御する制御手段（５）とを含む。
2020166636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦続接続される複数のツェナーダイオードであって、給電ラインから電源が供給される負荷に対して並列に接続された複数のツェナーダイオードと、  オンオフ制御されるスイッチであって、前記複数のツェナーダイオード間又は前記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに並列に接続され、オン制御されることにより電流経路を形成するスイッチと、  前記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段と、  前記電流監視手段が監視した電流と、基準電流とを比較する比較手段と、  前記比較手段の比較結果に基づいて前記スイッチをオンオフ制御する制御手段とを含む、電源回路。
【請求項２】
前記電流監視手段は、前記負荷に対して並列に接続された前記複数のツェナーダイオードに対して直列に接続されている、請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記比較手段は、前記電流監視手段が監視した電流を変換した電圧値と、前記基準電流を変換した電圧値とを比較して、上記比較結果を出力する、請求項１又は請求項２に記載の電源回路。
【請求項４】
前記縦続接続される複数のツェナーダイオードのうち、一つのツェナーダイオードと隣接するツェナーダイオードとの接続点と、上記一つのツェナーダイオードとは異なるツェナーダイオードと隣接するツェナーダイオードとの接続点とを選択して、前記負荷に対して並列に接続された複数のツェナーダイオードの電流経路を、前記比較手段の比較結果に基づいて切り替えるセレクタをさらに含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電源回路。
【請求項５】
前記スイッチは、第１スイッチ及び第２スイッチを含み、  前記縦続接続される複数のツェナーダイオードは、第１ツェナーダイオード、第２ツェナーダイオード及び第３ツェナーダイオードを含み、  前記第１スイッチは、前記第１ツェナーダイオードと前記第２ツェナーダイオードとの間に接続され、  前記第２スイッチは、前記第２ツェナーダイオードと前記第３ツェナーダイオードとの間に接続される、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電源回路。
【請求項６】
前記スイッチは、第１スイッチ及び第２スイッチを含み、  前記縦続接続される複数のツェナーダイオードは、第１ツェナーダイオード及び第２ツェナーダイオードを含み、  前記第１スイッチは、直列接続された前記第１ツェナーダイオードと前記電流監視手段に対して並列に接続され、  前記第２スイッチは、前記第２ツェナーダイオードに対して並列に接続される、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電源回路。
【請求項７】
縦続接続される複数のツェナーダイオードであって、給電ラインから電源が供給される負荷に対して並列に接続された複数のツェナーダイオードと、  オンオフ制御されるスイッチであって、前記複数のツェナーダイオード間又は前記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに並列に接続され、オン制御されることにより電流経路を形成するスイッチとを含む電源回路の制御方法であって、  前記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視し、  監視した電流と基準電流とを比較し、この比較結果に基づいて前記スイッチをオンオフ制御する、電源回路の制御方法。
【請求項８】
前記縦続接続される複数のツェナーダイオードのうち、一つのツェナーダイオードと隣接するツェナーダイオードとの接続点と、上記一つのツェナーダイオードとは異なるツェナーダイオードと隣接するツェナーダイオードとの接続点とを選択して、前記負荷に対して並列に接続された複数のツェナーダイオードの電流経路を切り替える、請求項５に記載の電源回路の制御方法。
【請求項９】
前記スイッチは、第１スイッチ及び第２スイッチを含み、  前記縦続接続される複数のツェナーダイオードは、第１ツェナーダイオード、第２ツェナーダイオード及び第３ツェナーダイオードを含み、  前記第１スイッチは、前記第１ツェナーダイオードと前記第２ツェナーダイオードとの間に接続され、  前記第２スイッチは、前記第２ツェナーダイオードと前記第３ツェナーダイオードとの間に接続される、請求項７又は請求項８に記載の電源回路の制御方法。
【請求項１０】
前記スイッチは、第１スイッチ及び第２スイッチを含み、  前記縦続接続される複数のツェナーダイオードは、第１ツェナーダイオード及び第２ツェナーダイオードを含み、  前記第１スイッチは、直列接続された前記第１ツェナーダイオードと前記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段に対して並列に接続され、  前記第２スイッチは、前記第２ツェナーダイオードに対して並列に接続される、請求項７又は請求項８に記載の電源回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電源回路、及び電源回路の制御方法に関し、特に海底機器の電源回路、及び電源回路の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  海底ケーブルシステムは、陸地にある陸上装置と海底に敷設される海底機器とを含めた総長が１万ｋｍ以上になることもあるシステムである。海底ケーブルシステムでは、陸地の給電装置から海底の海底機器に対して定電圧を送電することが不可能であることから、電源ケーブルを通じて電流を給電する給電方式となっている。ここで電源ケーブルを通じて、陸地の給電装置から海底の海底機器に対して給電される電流を、システム電流と呼ぶ。【０００３】  図４は、背景技術の電源回路の一部を示す回路図である。海底中継器に代表される海底機器の内部は、電源負荷１００と、電源負荷１００に並列に接続された、ツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１〜ＺＤｎ）をｎ個縦続接続した構成とを含む。図４の電源回路では、ツェナーダイオードＺＤのカソード・アノード間に電圧を印加した場合のツェナー効果による降伏電圧Ｖｚを利用して定電圧を得る。こうして得た定電圧と上記システム電流の乗算結果が海底機器内部の消費電力に相当することから、消費電力に応じてツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１〜ＺＤｎ）を縦続接続する個数を選択することが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１５９６４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、上述した背景技術の電源回路には、次のような課題がある。システム仕様毎に海底機器内部の消費電流とツェナーダイオードに流す電流の配分を最適化する必要があるが、この配分の最適化が困難であった。【０００６】  システム電流で決まる給電能力に対して余剰電力分の電流が全てツェナーダイオードＺＤに流れてしまうと、ツェナーダイオードＺＤの過大な発熱に至る。このツェナーダイオードＺＤの過大な発熱は、海底機器の内部温度上昇を招いて部品の長期信頼性に悪影響を及ぼす。このため、電源回路の設計は多大な労力が必要であり、コスト増加を招いている。【０００７】  また、Open Cableのトレンドに従い、海底ケーブルシステムの陸上区間と海底区間を別の機器メーカが請け負う考え方が急速に浸透しており、そうした時代の海底機器メーカは、最適な電源回路の実現解を迅速に提示する必要があり、対応が遅い海底機器メーカは海底ケーブルシステム市場で淘汰されるリスクがある。【０００８】  特許文献１は海底機器の給電方式に関するものであり、電源回路に備えられたツェナーダイオードのアノードとカソードとの間に電圧を印加した際に生じるツェナー効果による降伏電圧を利用して定電圧を得ることが提案されている。特許文献１では、海底機器への電源負荷の取り付けや取り外しを検知してスイッチの状態を制御し、これによりシステム電流が流れるツェナーダイオード群を選択することが提案されている。【０００９】  しかしながら特許文献１を用いても、システム仕様毎に海底機器内部の消費電流とツェナーダイオードに流す電流の配分を最適化することは難しいという課題がある。【００１０】  本発明の目的は、給電ラインから電源が供給される負荷に関し、負荷の消費電流に応じて回路構成を自動的に変更することができる電源回路、及び電源回路の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  前記目的を達成するため、本発明に係る電源回路は、  縦続接続される複数のツェナーダイオードであって、給電ラインから電源が供給される負荷に対して並列に接続された複数のツェナーダイオードと、オンオフ制御されるスイッチであって、上記複数のツェナーダイオード間又は上記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに並列に接続され、オン制御されることにより電流経路を形成するスイッチと、上記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段と、上記電流監視手段が監視した電流と、基準電流とを比較する比較手段と、上記比較手段の比較結果に基づいて上記スイッチをオンオフ制御する制御手段とを含むことを特徴とする。【００１２】  本発明に係る電源回路の制御方法は、  縦続接続される複数のツェナーダイオードであって、給電ラインから電源が供給される負荷に対して並列に接続された複数のツェナーダイオードと、  オンオフ制御されるスイッチであって、上記複数のツェナーダイオード間又は上記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに並列に接続され、オン制御されることにより電流経路を形成するスイッチとを含む電源回路の制御方法であって、  上記複数のツェナーダイオードのうちの一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視し、  監視した電流と基準電流とを比較し、この比較結果に基づいて上記スイッチをオンオフ制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】  本発明は、給電ラインから電源が供給される負荷に関し、負荷の消費電流に応じて回路構成を自動的に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の電源回路の回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態の電源回路の回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態の電源回路の回路図である。
【図４】背景技術の電源回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】  〔第１実施形態〕  初めに、本発明の第１実施形態による電源回路、及び電源回路の制御方法について、説明する。図１は、本発明の第１実施形態の電源回路の回路図である。
【００１７】  （構成の説明）  図１の電源回路は、給電ラインから電源が供給される電源負荷１０に対して、並列に接続される電源回路である。図１の電源回路は、給電ラインからのシステム電流を定電圧に変換する複数のツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３、ＺＤ４、…、ＺＤｎ−１、ＺＤｎ）と、オンオフ制御されるスイッチＳＷ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１）とを含む。複数のツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３、ＺＤ４、…、ＺＤｎ−１、ＺＤｎ）は、縦続接続されている。なおここでｎは２以上の整数であり、図１に素子シンボルとして具体的に図示されているツェナーダイオードＺＤの数や、図１に素子シンボルとして具体的に図示されているスイッチＳＷの数に限られるものではない。
【００１８】  さらに図１の電源回路は、複数のツェナーダイオードＺＤのうち一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段の一例としての電流検知部２と、基準電流部３と、比較部４とを含む。基準電流部３は、図１の電源回路に求められるツェナーダイオードＺＤがツェナー効果による降伏電圧を維持できる電流値を、電圧に変換して、比較部４へ閾値として出力する。比較部４は、電流検知部２が監視した電流と、基準電流部３からの閾値とを比較して、比較結果に応じて制御部５を制御する。
【００１９】  制御部５は比較部４からの比較結果に基づいて、ツェナーダイオードＺＤの縦続接続数を切り替えるようにスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）を制御すると共に、ツェナーダイオードＺＤの縦続接続数の切り替えに同期してシステム電流が流れる電流経路を切り替えるようにセレクタ６を制御する。
【００２０】  図１の電源回路では、スイッチＳＷ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１）は複数のツェナーダイオード間に接続されて、オン制御されることにより電流経路を形成する。本実施形態では特に、スイッチＳＷ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１）は縦続接続された複数のツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３、ＺＤ４、…、ＺＤｎ−１、ＺＤｎ）の隣接するツェナーダイオードＺＤ間に挿入されている。例えば、スイッチＳＷ１は電流検知部２とツェナーダイオードＺＤ２のカソードとの間に挿入されており、スイッチＳＷ１がオンに制御されることにより電流検知部２とツェナーダイオードＺＤ２との間に電流経路が形成される。スイッチＳＷ２はツェナーダイオードＺＤ２とツェナーダイオードＺＤ３との間に挿入されており、スイッチＳＷ２がオンに制御されることによりツェナーダイオードＺＤ２とツェナーダイオードＺＤ３との間に電流経路が形成される。以下同様に、スイッチＳＷｎ−１はツェナーダイオードＺＤｎ−１とツェナーダイオードＺＤｎとの間に挿入されており、スイッチＳＷｎ−１がオンに制御されることによりツェナーダイオードＺＤｎ−１とツェナーダイオードＺＤｎとの間に電流経路が形成される。
【００２１】  さらに図１の電源回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、システム電流が流れる給電ラインのツェナーダイオードＺＤ１の両端に発生する降伏電圧から、海底機器の構成要素毎に必要となる電圧を生成する。
【００２２】  図１の電源回路では、陸上の給電装置からシステム電流が流れる給電ラインにツェナーダイオードＺＤがｎ個、縦続に配置される。これと並列に、光アンプの制御回路や各種機能モジュールなどの、電源負荷１０が接続される。
【００２３】  図１の電源回路では、ツェナーダイオードＺＤ２のカソードはスイッチＳＷ１を介して制御部５と接続され、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードはツェナーダイオードＺＤ３のカソードとスイッチＳＷ２を介して制御部５と接続される。以降、同様に、ツェナーダイオードＺＤｎのカソードとＺＤｎ−１のアノードはスイッチＳＷｎ−１を介して制御部５と接続される。このように縦続に配置された複数のツェナーダイオードＺＤ１からＺＤｎは、その間に挿入されたスイッチＳＷによって電気的に分離されている。各ツェナーダイオードＺＤのアノード側は、システム電流が流れる経路を切り替えるセレクタ６の入力に接続される。セレクタ６の出力は、電源負荷１０と接続され給電ラインとなる。
【００２４】  電源負荷１０の消費電力Ｗは、電源負荷１０を流れる電流Ｉと電源負荷１０に与えられる電圧Ｖとの積で表され、電源負荷１０に何がしかの変動がなければ一定である。電源負荷１０の消費電力Ｗが増加し電源負荷１０を流れる電流Ｉが増加すると、ツェナーダイオードＺＤへ流れる電流は減少する。また電源負荷１０を流れる電流を減少させると、ツェナーダイオードＺＤへ流れる電流が増加する。
【００２５】  （動作の説明）  次に図１の電源回路の動作や、電源回路の制御方法について説明する。初期状態では、図１の電源回路の複数のスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）はオフしているものとする。特に、ツェナーダイオードＺＤ１に最も近いスイッチＳＷ１はオフしているものとする。例えば仕様上の電源負荷１０の電源電圧を、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧の複数倍として、以下に説明する。
【００２６】  陸上の給電装置から図１の電源回路にシステム電流が給電されると、数１０ｍＡ程度でツェナーダイオードＺＤ１の両端に降伏電圧が得られる。この降伏電圧をもとにＤＣ／ＤＣコンバータ１は、海底機器の構成要素毎に必要となる電圧を生成する。例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１は、図１の比較部４、制御部５や、セレクタ６の動作に必要な各種電圧を生成する。電源負荷１０には、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧による定電圧が与えられて、それに応じた電流が流れる。
【００２７】  システム電流は、ツェナーダイオードＺＤ１に流れるだけでなく、電源負荷１０側にも流れる。この電源負荷１０側にも電流が流れることにより電源負荷１０側の消費電力が増加し、これに伴ってツェナーダイオードＺＤ側に流れる電流がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流へと低下していく。例えば、システム電流が１Ａで、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できる最小電流が０．１Ａとした場合、電源負荷１０の消費電流は最大０．９Ａまで許容できる。そして電源負荷１０側の消費電流が０．９Ａよりも多くなる場合は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できる最小電流０．１Ａを奪うため、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない状態に陥る。これに対応するため図１の電源回路では、比較部４で電流検知部２の電圧と基準電流部３の電圧とを比較し、電流検知部２の電圧が基準電流部３の電圧よりも低くなった場合、制御部５はスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えて、ツェナーダイオードＺＤ２のアノード側を経路とする給電ラインになるようにセレクタ６を切り替える。なお、基準電流部３の電圧は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流よりも少し高い電流を閾値として、降伏電圧が維持できなくなることを回避する。ツェナーダイオードＺＤの縦続数を２つに切り替えると、電源負荷１０はツェナーダイオードＺＤの縦続数に対応した降伏電圧による定電圧が与えられて電源負荷１０側に電流が流れる。この電源負荷１０側にも電流が流れることにより電源負荷１０側の消費電力が増加し、これに伴ってツェナーダイオードＺＤ側に流れる電流がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流へと低下する。これに対応するために、さらにスイッチＳＷ２をオフからオンに切り替えて、ツェナーダイオードＺＤ３のアノード側を経路とする給電ラインになるようにセレクタ６を切り替える。
【００２８】  こうして電流検知部２の電圧が基準電流部３の電圧よりも高くなるまで、ツェナーダイオードＺＤの縦続数と給電ラインの経路切り替えを繰り返す。
【００２９】  （効果の説明）  本実施形態によれば、海底ケーブルシステムを構成する海底機器において、海底機器の内部消費電力に応じて海底機器内部の電源回路の構成を自動的に変更することができる。電源回路の縦続接続されたツェナーダイオードＺＤに流れる電流がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流へと低下しないように監視し、監視結果に基づいて縦続接続するツェナーダイオードＺＤの縦続数が変更されたものとなるよう電流経路を変更している。これにより、給電能力に対して余剰電力分の電流が全てツェナーダイオードＺＤに流れてしまい、ツェナーダイオードＺＤの過大な発熱に至る、といった課題を解決することができる。
【００３０】  より具体的には本実施形態によれば、次の効果を奏する。
【００３１】  第１の効果は、給電電流の仕様が異なる様々な海底ケーブルシステムに対しても、１種類の電源回路を共通プラットフォーム化しておくことで、システム仕様毎に海底機器内部の消費電流とツェナーダイオードに流す電流の配分を最適化することが可能になることである。その理由は、海底機器内部の消費電力に応じて電源回路のツェナーダイオードＺＤの縦続接続数と給電ラインの経路を自動的に切り替えるようにしたからである。
【００３２】  第２の効果は、海底機器の開発、製造コストの削減を図れることである。その理由は、海底ケーブルシステムの仕様に合わせた個別の電源回路を準備する必要がなくなり、海底機器のラインナップ集約、整理が可能になるからである。
【００３３】  第３の効果は、競合他社との競争力や優位性を維持できることである。その理由は、カスタマイズ対応で発生するコスト増加を解消し、開発リードタイムを短縮し、市場への早期投入を図ることが可能になるからである。
【００３４】  〔第２実施形態〕  次に、本発明の第２実施形態による電源回路、及び電源回路の制御方法について、説明する。図２は、本発明の第２実施形態の電源回路の回路図である。本実施形態は第１実施形態と同様に、給電ラインから電源が供給される電源負荷１０に対して、並列に接続される電源回路である。第１実施形態と同様な要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明を省略することとする。本実施形態は縦続接続されたツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１〜ＺＤｎ）に対する、スイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）の接続と、スイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）をオンにしたときに形成される電流経路が第１実施形態とは異なる。
【００３５】  図２の電源回路は第１実施形態と同様に、給電ラインからのシステム電流を定電圧に変換する複数のツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３、ＺＤ４、…、ＺＤｎ−１、ＺＤｎ）と、オンオフ制御されるスイッチＳＷ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１）とを含む。複数のツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３、ＺＤ４、…、ＺＤｎ−１、ＺＤｎ）は第１実施形態と同様に、縦続接続されている。なおここで本実施形態においてもｎは２以上の整数であり、図２に素子シンボルとして具体的に図示されているツェナーダイオードＺＤの数や、図２に素子シンボルとして具体的に図示されているスイッチＳＷの数に限られるものではない。
【００３６】  さらに図２の電源回路は、複数のツェナーダイオードＺＤのうち一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段の一例としての電流検知部２ａと、基準電流部３ａと、比較部４ａとを含む。本実施形態では、オンオフ制御されるスイッチＳＷのオンオフ制御される順番や方向などを考慮して、電流検知部２ａはツェナーダイオードＺＤ２のカソード側に挿入されている。基準電流部３ａは、図２の電源回路に求められるツェナーダイオードＺＤがツェナー効果による降伏電圧を維持できる電流値を、電圧に変換して、比較部４ａへ閾値として出力する。比較部４ａは、電流検知部２ａが監視した電流と、基準電流部３ａからの閾値とを比較して、比較結果に応じて制御部５ａを制御する。
【００３７】  制御部５ａは比較部４ａからの比較結果に基づいて、ツェナーダイオードＺＤの縦続接続数を切り替えるようにスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）を制御し、システム電流が流れる電流経路を切り替える。
【００３８】  図２の電源回路では、スイッチＳＷ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１）は複数のツェナーダイオードＺＤのうちの一つのツェナーダイオードに並列に接続されており、オン制御されることにより電流経路を形成する。本実施形態では例えば、スイッチＳＷ１は直列接続された電流検知部２ａ及びツェナーダイオードＺＤ２に対して並列に接続されている。スイッチＳＷ２はツェナーダイオードＺＤ３に対して並列に接続されており、スイッチＳＷ３はツェナーダイオードＺＤ４に対して並列に接続されている。以下同様に、スイッチＳＷｎ−１はツェナーダイオードＺＤｎに並列に接続されており、スイッチＳＷｎ−１がオンに制御されることによりツェナーダイオードＺＤｎ−１を経由せずバイパスする電流経路が形成される。
【００３９】  さらに図２の電源回路は第１実施形態と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、システム電流が流れる給電ラインのツェナーダイオードＺＤ１の両端に発生する降伏電圧から、海底機器の構成要素毎に必要となる電圧を生成する。
【００４０】  図２の電源回路では、陸上の給電装置からシステム電流が流れる給電ラインにツェナーダイオードＺＤがｎ個、縦続に配置される。これと並列に光アンプの制御回路や各種機能モジュールなどの電源負荷１０が接続される。
【００４１】  （動作の説明）  次に図２の電源回路の動作や、電源回路の制御方法について説明する。
【００４２】  （動作１）  ツェナーダイオードの短絡除去により、縦続接続数を変更するといった制御による場合を初めに説明する。この制御の場合、初期状態では、図２の電源回路の複数のスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）は全てオンしているものとする。
【００４３】  システム電流は、ツェナーダイオードＺＤ１に流れるだけでなく、電源負荷１０側にも流れる。電源負荷１０側の消費電力が大きくなる場合など電源負荷１０側に流れる電流が増加すると、ツェナーダイオードＺＤ側に流れる電流がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流へと低下していく。これに対応するため図２の電源回路では、比較部４ａで電流検知部２ａの電圧と基準電流部３ａの電圧とを比較し、電流検知部２ａの電圧が基準電流部３ａの電圧よりも低くなった場合、制御部５ａはスイッチＳＷｎ−１をオンからオフに切り替えるよう制御する。このとき制御部５ａは、スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎのオン状態を維持している。これによりツェナーダイオードＺＤの縦続数が２つに切り替えられる。その結果、ツェナーダイオードＺＤ１及びツェナーダイオードＺＤｎを経由し、さらにスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎ−２を経由する電流経路が形成される。なお、基準電流部３ａの電圧は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流よりも少し高い電流を閾値として、降伏電圧が維持できなくなることを回避する。ツェナーダイオードＺＤの縦続数を２つに切り替えると、電源負荷１０はツェナーダイオードＺＤの縦続数に対応した降伏電圧による定電圧が与えられて電源負荷１０側に電流が流れる。この電源負荷１０側にも電流が流れることにより電源負荷１０側の消費電力が増加し、これに伴ってツェナーダイオードＺＤ側に流れる電流がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流へと低下する。これに対応するために、さらにスイッチＳＷｎ−２をオンからオフに切り替えて、ツェナーダイオードＺＤ１、ツェナーダイオードＺＤｎ−１及びツェナーダイオードＺＤｎ−２を経由し、さらにスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷｎ−３（図示せず）を経由する電流経路が形成される。
【００４４】  こうして電流検知部２ａの電圧が基準電流部３ａの電圧よりも高くなるまで、ツェナーダイオードＺＤの縦続数の変更と給電ラインの経路の切り替えを繰り返す。
【００４５】  （動作２）  次に上述した動作１とは異なる制御である、給電ラインからシステム電流が供給されて電源回路など海底機器が動作しており、その消費電力が減少していく場合の縦続接続数の変更といった制御による場合を、説明する。この場合、上限電流を基準電流部３ａの基準値の中に設定する。この制御の場合、初期状態では、図２の電源回路の複数のスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）は全てオフしているものとする。このときツェナーダイオードＺＤの縦続数はｎである。
【００４６】  陸上の給電装置から図２の電源回路にシステム電流が給電されて電源回路が動作している。電源回路の電流検知部２ａはツェナーダイオードＺＤに流れる電流を監視している。比較部４ａは電流検知部２ａの電圧と基準電流部３ａの電圧とを比較しているが、消費電流が減少していき、電流検知部２ａの電圧が基準電流部３ａの電圧よりも高くなった場合、制御部５ａはスイッチＳＷｎ−１をオフからオンに切り替えるよう制御する。これによりツェナーダイオードＺＤ１〜ツェナーダイオードＺＤｎ−１を経由し、スイッチＳＷｎ−１を経由する電流経路が形成され、ツェナーダイオードＺＤの縦続数はｎ−１に変更される。言い換えると制御部５ａは、ツェナーダイオードＺＤの縦続数はｎからｎ―１に変更され、ツェナーダイオードＺＤｎ−１のアノードからの電流が選択され出力されるように、スイッチＳＷｎ−１を制御する。
【００４７】  こうして電流検知部２ａの電圧が基準電流部３ａの電圧よりも低くなるまで、ツェナーダイオードＺＤの縦続数の変更と給電ラインの経路の切り替えを繰り返す。
【００４８】  本実施形態の上述した動作１及び動作２をまとめると、本実施形態ではツェナーダイオードＺＤの縦続数を増やす場合には、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１の順にオフしていく、言い換えるとスイッチを開放していく制御となる。また本実施形態ではツェナーダイオードＺＤの縦続数を減らす場合には、スイッチＳＷｎ−１、ＳＷｎ−２、…、ＳＷ３、ＳＷ２、ＳＷ１の順にオンしていく、言い換えるとスイッチを短絡していく制御となる。
【００４９】  （効果の説明）  本実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、海底ケーブルシステムを構成する海底機器において、海底機器の内部消費電力に応じて海底機器内部の電源回路の構成を自動的に変更することができる。電源回路の縦続接続されたツェナーダイオードＺＤに流れる電流を監視し、監視結果に基づいて縦続接続するツェナーダイオードＺＤの縦続数が変更されたものとなるよう電流経路を変更している。これにより、給電能力に対して余剰電力分の電流が全てツェナーダイオードＺＤに流れてしまい、ツェナーダイオードＺＤの過大な発熱に至る、といった課題を解決することができる。
【００５０】  さらに本実施形態では、縦続接続されたツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１〜ＺＤｎ）に対する、スイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）の接続形態を変更して、スイッチをオン制御したときに形成される電流経路を変更している。これにより第１実施形態のセレクタ６を省略しつつ、海底機器の内部消費電力に応じて海底機器内部の電源回路の構成を自動的に変更することができる。
【００５１】  〔第３実施形態〕  次に、本発明の第３実施形態による電源回路、及び電源回路の制御方法について、説明する。図３は、本発明の第３実施形態の電源回路の回路図である。本実施形態は第１実施形態及び第２実施形態と同様に、給電ラインから電源が供給される電源負荷１０に対して、並列に接続される電源回路である。上述した実施形態と同様な要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明を省略することとする。なお本実施形態は、第２実施形態の変形例である。
【００５２】  図３の電源回路は第１実施形態及び第２実施形態と同様に、給電ラインからのシステム電流を定電圧に変換する複数のツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３、ＺＤ４、…、ＺＤｎ−１、ＺＤｎ）と、オンオフ制御されるスイッチＳＷ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１）とを含む。複数のツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３、ＺＤ４、…、ＺＤｎ−１、ＺＤｎ）は第１実施形態及び第２実施形態と同様に、縦続接続されている。なおここで本実施形態においてもｎは２以上の整数であり、図３に素子シンボルとして具体的に図示されているツェナーダイオードＺＤの数や、図３に素子シンボルとして具体的に図示されているスイッチＳＷの数に限られるものではない。
【００５３】  さらに図３の電源回路は、複数のツェナーダイオードＺＤのうち一つのツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段の一例としての電流検知部２ｂと、基準電流部３ｂと、比較部４ｂとを含む。本実施形態では、オンオフ制御されるスイッチＳＷのオンオフ制御される順番や方向などを考慮して、電流検知部２ｂはツェナーダイオードＺＤｎのアノード側に挿入されている。基準電流部３ｂは、図３の電源回路に求められるツェナーダイオードＺＤがツェナー効果による降伏電圧を維持できる電流値を、電圧に変換して、比較部４ｂへ閾値として出力する。比較部４ｂは、電流検知部２ｂが監視した電流と、基準電流部３ｂからの閾値とを比較して、比較結果に応じて制御部５ｂを制御する。
【００５４】  制御部５ｂは比較部４ｂからの比較結果に基づいて、ツェナーダイオードＺＤの縦続接続数を切り替えるようにスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）を制御し、システム電流が流れる電流経路を切り替える。
【００５５】  図３の電源回路では、スイッチＳＷ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１）は複数のツェナーダイオードＺＤのうちの一つのツェナーダイオードに並列に接続されており、オン制御されることにより電流経路を形成する。本実施形態では例えば、スイッチＳＷｎ−１は直列接続されたツェナーダイオードＺＤｎ及び電流検知部２ｂに対して並列に接続されている。スイッチＳＷｎ−２はツェナーダイオードＺＤｎ−１に対して並列に接続されており、スイッチＳＷ３はツェナーダイオードＺＤ４に対して並列に接続されている。以下同様に、スイッチＳＷ１はツェナーダイオードＺＤ２に並列に接続されており、スイッチＳＷ１がオンに制御されることによりツェナーダイオードＺＤ２を経由せずにバイパスする電流経路が形成される。
【００５６】  さらに図３の電源回路は第１実施形態及び第２実施形態と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、システム電流が流れる給電ラインのツェナーダイオードＺＤ１の両端に発生する降伏電圧から、海底機器の構成要素毎に必要となる電圧を生成する。
【００５７】  図３の電源回路では、陸上の給電装置からシステム電流が流れる給電ラインにツェナーダイオードＺＤがｎ個、縦続に配置される。これと並列に光アンプの制御回路や各種機能モジュールなどの電源負荷１０が接続される。
【００５８】  （動作の説明）  次に図３の電源回路の動作や、電源回路の制御方法について説明する。
【００５９】  （動作１）  ツェナーダイオードの短絡除去により、縦続接続数を変更するといった制御による場合を初めに説明する。この制御の場合、初期状態では、図３の電源回路の複数のスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）は全てオンしているものとする。
【００６０】  システム電流は、ツェナーダイオードＺＤ１に流れるだけでなく、電源負荷１０側にも流れる。電源負荷１０側の消費電力が大きくなる場合など電源負荷１０側に流れる電流が増加すると、ツェナーダイオードＺＤ側に流れる電流がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流へと低下していく。これに対応するため図３の電源回路では、比較部４ｂは電流検知部２ｂの電圧と基準電流部３ｂの電圧とを比較し、電流検知部２ｂの電圧が基準電流部３ｂの電圧よりも低くなった場合、制御部５ｂはスイッチＳＷ１をオンからオフに切り替えるよう制御する。このとき制御部５ａは、スイッチＳＷ２〜スイッチＳＷｎ−１のオン状態を維持している。これによりツェナーダイオードＺＤの縦続数が２つに切り替えられる。その結果、ツェナーダイオードＺＤ１及びツェナーダイオードＺＤ２を経由し、さらにスイッチＳＷ２〜スイッチＳＷｎ−１を経由する電流経路が形成される。なお、基準電流部３ｂの電圧は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流よりも少し高い電流を閾値として、降伏電圧が維持できなくなることを回避する。ツェナーダイオードＺＤの縦続数を２つに切り替えると、電源負荷１０はツェナーダイオードＺＤの縦続数に対応した降伏電圧による定電圧が与えられて電源負荷１０側に電流が流れる。この電源負荷１０側にも電流が流れることにより電源負荷１０側の消費電力が増加し、これに伴ってツェナーダイオードＺＤ側に流れる電流がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を維持できない電流へと低下する。これに対応するために、さらにスイッチＳＷ２をオンからオフに切り替えて、ツェナーダイオードＺＤ１、ツェナーダイオードＺＤ２及びツェナーダイオードＺＤ３を経由し、さらにスイッチＳＷ３〜スイッチＳＷｎ−１を経由する電流経路が形成される。
【００６１】  こうして電流検知部２ｂの電圧が基準電流部３ｂの電圧よりも高くなるまで、ツェナーダイオードＺＤの縦続数の変更と給電ラインの経路の切り替えを繰り返す。
【００６２】  （動作２）  次に上述した動作１とは異なる制御である、給電ラインからシステム電流が供給されて電源回路など海底機器が動作しており、その消費電力が減少していく場合の縦続接続数の変更といった制御による場合を、説明する。この場合、上限電流を基準電流部３ｂの基準値の中に設定する。この制御の場合、初期状態では、図３の電源回路の複数のスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）は全てオフしているものとする。このときツェナーダイオードＺＤの縦続数はｎである。
【００６３】  陸上の給電装置から図３の電源回路にシステム電流が給電されて電源回路が動作している。電源回路の電流検知部２ｂはツェナーダイオードＺＤに流れる電流を監視している。比較部４ｂは電流検知部２ｂの電圧と基準電流部３ｂの電圧とを比較しているが、消費電流が減少していき、電流検知部２ｂの電圧が基準電流部３ｂの電圧よりも高くなった場合、制御部５ｂはスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えるよう制御する。これによりツェナーダイオードＺＤ１、ツェナーダイオードＺＤ３〜ツェナーダイオードＺＤｎ−１を経由し、スイッチＳＷ１を経由する電流経路が形成され、ツェナーダイオードＺＤの縦続数はｎ−１に変更される。言い換えると制御部５ｂは、ツェナーダイオードＺＤの縦続数はｎからｎ―１に変更され、ツェナーダイオードＺＤ２を経由せずにバイパスした電流経路が選択され出力されるように、スイッチＳＷ１を制御する。
【００６４】  こうして電流検知部２ｂの電圧が基準電流部３ｂの電圧よりも低くなるまで、ツェナーダイオードＺＤの縦続数の変更と給電ラインの経路の切り替えを繰り返す。
【００６５】  本実施形態の上述した動作１及び動作２をまとめると、本実施形態ではツェナーダイオードＺＤの縦続数を増やす場合には、スイッチＳＷｎ−１、ＳＷｎ−２、…、ＳＷ３、ＳＷ２、ＳＷ１の順にオフしていく、言い換えるとスイッチＳＷを開放していく制御となる。また本実施形態ではツェナーダイオードＺＤの縦続数を減らす場合には、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…、ＳＷｎ−２、ＳＷｎ−１の順にオンしていく、言い換えるとスイッチを短絡していく制御となる。
【００６６】  （効果の説明）  本実施形態によれば、上述した第１実施形態や第２実施形態と同様に、海底ケーブルシステムを構成する海底機器において、海底機器の内部消費電力に応じて海底機器内部の電源回路の構成を自動的に変更することができる。電源回路の縦続接続されたツェナーダイオードＺＤに流れる電流を監視し、監視結果に基づいて縦続接続するツェナーダイオードＺＤの縦続数が変更されたものとなるよう電流経路を変更している。これにより、給電能力に対して余剰電力分の電流が全てツェナーダイオードＺＤに流れてしまい、ツェナーダイオードＺＤの過大な発熱に至る、といった課題を解決することができる。
【００６７】  さらに本実施形態では第２実施形態と同様に、縦続接続されたツェナーダイオードＺＤ（ＺＤ１〜ＺＤｎ）に対する、スイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ−１）の接続形態を変更して、スイッチをオン制御したときに形成される電流経路を変更している。これにより第２実施形態と同様に、第１実施形態のセレクタ６を省略しつつ、海底機器の内部消費電力に応じて海底機器内部の電源回路の構成を自動的に変更することができる。
【００６８】  〔その他の実施形態〕  以上、本発明をいくつかの実施形態と共に説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、実施形態の電源負荷１０は、海底ケーブルシステムの海底機器の光アンプの制御回路や、各種機能モジュールから構成することができる。そして特許文献１の図１のように、電圧変化器やＤＣ−ＤＣコンバータを含む構成とすることができる。また、電圧変化器とＤＣ−ＤＣコンバータからなる構成を、複数含むようにしてもよい。図１乃至図３のＤＣ／ＤＣコンバータ１によって、実施形態の電源回路のうち、比較部、制御部や、セレクタのように、実施形態の電源回路が動作するため常に駆動する必要のあるモジュールに供給するための電力を生成することができる。なお電源負荷１０への動作電源投入時など、ツェナーダイオードの降伏電圧と、仕様上の電源負荷１０の電源電圧との関係で決まる定常状態でのツェナーダイオードの縦続数とから、この縦続数を増加させていく制御が想定できる場合には、ツェナーダイオードに流れる電流を監視する電流監視手段を省略することも考えられる。
【００６９】  以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。例えば第１実施形態の図１の電源回路の電流検知部２を、セレクタ６の出力側に挿入し、セレクタ６の出力電流を監視するといった配置も考えられる。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【００７０】  この出願は、２０１９年２月１５日に出願された日本出願特願２０１９−２５０８４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７１】  １    ＤＣ／ＤＣコンバータ  ２、２ａ、２ｂ    電流検知部  ３、３ａ、３ｂ    基準電流部  ４、４ａ、４ｂ    比較部  ５、５ａ、５ｂ    制御部  ６    セレクタ  １０    電源負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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