特開 2023-147364 光給電装置及び光システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147364

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】光給電装置及び光システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/35 20060101AFI20231005BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

H02J7/35 J

H02J1/00 306K

H02J1/00 308A

H02J1/00 308H

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054812

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304026696

【氏名又は名称】国立大学法人三重大学

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】川野 友裕

(72)【発明者】

【氏名】中江 和英

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 ひろし

(72)【発明者】

【氏名】片山 和典

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 哲也

【テーマコード（参考）】

5G165

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G165EA02

5G165EA03

5G165EA04

5G165GA04

5G165KA02

5G165KA05

5G165LA01

5G165NA05

5G165NA06

5G503AA06

5G503BA02

5G503BA07

5G503BB01

5G503DA04

5G503DA17

5G503DA18

(57)【要約】

【課題】本開示では、新たな光源を設置せずに、微弱な光から必要な電力を供給することを目的とする。
【解決手段】本開示に係る光給電装置は、入力された光を電力に変換する光電変換部と、前記光電変換部で変換された電力の一部を蓄える第１の蓄電部と、前記第１の蓄電部の電圧に基づき、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力を出力する起動部と、前記第１の蓄電部の電圧に基づき、前記光電変換部で変換された電力の残部を出力する蓄電制御部と、前記蓄電制御部から出力された電力を蓄える第２の蓄電部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された光を電力に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で変換された電力の一部を蓄える第１の蓄電部と、
前記第１の蓄電部の電圧に基づき、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力を出力する起動部と、
前記第１の蓄電部の電圧に基づき、前記光電変換部で変換された電力の残部を出力する蓄電制御部と、
前記蓄電制御部から出力された電力を蓄える第２の蓄電部と、
を備える光給電装置。

【請求項2】

前記蓄電制御部は、前記起動部が前記第１の蓄電部で蓄えられた電力を出力してから、前記光電変換部で変換された電力を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の光給電装置。

【請求項3】

前記起動部は、第１の閾値電圧と、前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧とを有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第１の閾値電圧以上になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を開始し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第２の閾値電圧以下になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を終了し、
前記蓄電制御部は、前記第１の閾値電圧より大きい第３の閾値電圧を有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第３の閾値電圧以上である場合に、前記光電変換部で変換された電力を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の光給電装置。

【請求項4】

前記蓄電制御部は、前記起動部が前記第１の蓄電部で蓄えられた電力を出力することと並行して、前記光電変換部で変換された電力を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の光給電装置。

【請求項5】

前記起動部は、第１の閾値電圧と、前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧とを有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第１の閾値電圧以上になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を開始し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第２の閾値電圧以下になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を終了し、
前記蓄電制御部は、前記第１の閾値電圧に等しい第３の閾値電圧を有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第３の閾値電圧以上である場合に、前記光電変換部で変換された電力を出力する
ことを特徴とする請求項４に記載の光給電装置。

【請求項6】

前記起動部は、
前記第１の蓄電部から出力された電圧を分圧する第１の分圧抵抗と、
前記第１の分圧抵抗で分圧された電圧が前記第１の閾値電圧以上になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を開始し、前記第１の分圧抵抗で分圧された電圧が前記第２の閾値電圧以下になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を終了するロードスイッチと、
を備えることを特徴とした請求項３又は５に記載の光給電装置。

【請求項7】

前記蓄電制御部は、
前記第１の蓄電部から出力された電圧を分圧する第２の分圧抵抗と、
前記第２の分圧抵抗で分圧された電圧に応じて、前記光電変換部から前記蓄電制御部へ出力された電力の一部の通電及び遮断を切り替えるＮチャンネルＦＥＴと、
前記ＮチャンネルＦＥＴにおける、前記光電変換部から前記蓄電制御部へ出力された電力の一部の通電及び遮断の切り替えに従って、前記光電変換部から前記蓄電制御部へ出力された電力の残部の通電及び遮断を切り替えるＰチャンネルＦＥＴと、を備え、
前記第３の閾値電圧は、少なくとも前記ＮチャンネルＦＥＴのゲート閾値電圧で決定される
ことを特徴とした請求項３、５又は６に記載の光給電装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれかに記載の光給電装置と、
前記第２の蓄電部で蓄えられた電力で動作する負荷装置と、
前記光電変換部が出力する電圧、前記第１の蓄電部の電圧及び前記第２の蓄電部の電圧に基づき前記負荷装置の動作を制御する制御装置と、
を備える光システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、容易に電源を確保できない地下マンホール内や、架空クロージャ内に設置された負荷装置を駆動するための電力を光給電により供給するための光給電装置及び光システムに関する。

【背景技術】

【0002】

これまでの光給電装置としては、例えばセンサーネットワークのための光給電ノード装置が提案されている。電力を供給するための給電用光源を設置し、給電用光源からの光信号を遠隔地に設置された複数のノード装置に伝送し電力を供給し、無線センサ又は有線センサを駆動しセンサ情報を取得する技術である（例えば、非特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Ｙ． Ｔａｎａｋａ， Ｓ． Ｋｏｂａｙａｓｈｉ， Ａ． Ｓｈｉｏｍｉｃｈｉ ａｎｄ Ｔ． Ｋｕｒｏｋａｗａ， “Ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｆｉｂｅｒ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｐｌｏｙｉｎｇ ｂｏｔｈ ｗｉｒｅｄ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｗｉｔｈ ＷＤＭ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，” ２０１６ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （ＩＰＣ）， ２０１６， ｐｐ． ８１９－８２０， ｄｏｉ： １０．１１０９／ＩＰＣｏｎ．２０１６．７８３１０８０．

【非特許文献2】ＴＥＸＡＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，“ＴＰＳ２２９１９－Ｑ１ ５．５Ｖ，１．５Ａ，９０ｍΩ 自己保護ロード・スイッチデータシート”， ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｉｊ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｊｐ／ＴＰＳ２２９１９－Ｑ１， （Ａｃｃｅｓｓｅｄ ｏｎｌｉｎｅ ２０２１．１０．１８）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

関連技術に係る装置では、無線センサ又は有線センサを駆動しセンサ情報を取得するために必要な電力は、それぞれ５１０μＷおよび１１８μＷ必要である。例えば５１０μＷの電力を供給するためには、光電変換器の効率を３０％とすると１．７ｍＷの光給電が必要になる。既設の光アクセスネットワークに供給されている光信号強度は０．１ｍＷ程度であるので、新たな光源を別途設置せずに、無線センサおよび有線センサに必要な電力を供給することは困難であるという課題があった。

【0005】

無線センサ又は有線センサ等の負荷装置を動作させるためには、まずマイクロプロセッサー等の制御装置を動作させる必要がある。マイクロプロセッサー等の制御装置は近年、低消費電力化が進められており、一旦起動した後にはスリープモード等の超低消費動作により、光信号強度０．１ｍＷ程度での動作を実現することが可能となっている。しかしながら、制御装置の起動時にはより多くの電力を必要としており、既設の光アクセスネットワークに供給されている微弱な光信号により制御装置を起動し、負荷装置を動作させることは困難であった。そのため、新たな光源を設置せずに、微弱な光信号により負荷装置を動作させることができないという課題があった。

【0006】

前記課題を解決するために、本開示は、新たな光源を設置せずに、微弱な光から必要な電力を供給することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の光給電装置は、光を電力に変換して２つの蓄電部に蓄電し、一方の蓄電部が所望の蓄電量に達したら起動部が電力の供給を始め、他方の蓄電部が蓄電を始める。

【0008】

具体的には、本開示に係る光給電装置は、
入力された光を電力に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で変換された電力の一部を蓄える第１の蓄電部と、
前記第１の蓄電部の電圧に基づき、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力を出力する起動部と、
前記第１の蓄電部の電圧に基づき、前記光電変換部で変換された電力の残部を出力する蓄電制御部と、
前記蓄電制御部から出力された電力を蓄える第２の蓄電部と、
を備える。

【0009】

本開示に係る光給電装置では、
前記蓄電制御部は、前記起動部が前記第１の蓄電部で蓄えられた電力を出力してから、前記光電変換部で変換された電力を出力してもよい。

【0010】

本開示に係る光給電装置では、
前記起動部は、第１の閾値電圧と、前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧とを有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第１の閾値電圧以上になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を開始し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第２の閾値電圧以下になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を終了し、
前記蓄電制御部は、前記第１の閾値電圧より大きい第３の閾値電圧を有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第３の閾値電圧以上である場合に、前記光電変換部で変換された電力を出力してもよい。

【0011】

本開示に係る光給電装置では、
前記蓄電制御部は、前記起動部が前記第１の蓄電部で蓄えられた電力を出力することと並行して、前記光電変換部で変換された電力を出力してもよい。

【0012】

本開示に係る光給電装置では、
前記起動部は、第１の閾値電圧と、前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧とを有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第１の閾値電圧以上になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を開始し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第２の閾値電圧以下になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を終了し、
前記蓄電制御部は、前記第１の閾値電圧に等しい第３の閾値電圧を有し、前記第１の蓄電部の電圧が前記第３の閾値電圧以上である場合に、前記光電変換部で変換された電力を出力してもよい。

【0013】

本開示に係る光給電装置では、
前記起動部は、
前記第１の蓄電部から出力された電圧を分圧する第１の分圧抵抗と、
前記第１の分圧抵抗で分圧された電圧が前記第１の閾値電圧以上になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を開始し、前記第１の分圧抵抗で分圧された電圧が前記第２の閾値電圧以下になった場合に、前記第１の蓄電部で蓄えられた電力の出力を終了するロードスイッチと、
を備えてもよい。

【0014】

本開示に係る光給電装置では、
前記蓄電制御部は、
前記第１の蓄電部から出力された電圧を分圧する第２の分圧抵抗と、
前記第２の分圧抵抗で分圧された電圧に応じて、前記光電変換部から前記蓄電制御部へ出力された電力の一部の通電及び遮断を切り替えるＮチャンネルＦＥＴと、
前記ＮチャンネルＦＥＴにおける、前記光電変換部から前記蓄電制御部へ出力された電力の一部の通電及び遮断の切り替えに従って、前記光電変換部から前記蓄電制御部へ出力された電力の残部の通電及び遮断を切り替えるＰチャンネルＦＥＴと、を備え、
前記第３の閾値電圧は、少なくとも前記ＮチャンネルＦＥＴのゲート閾値電圧で決定されてもよい。

【0015】

具体的には、本開示に係る光システムは、
前記光給電装置と、
前記第２の蓄電部で蓄えられた電力で動作する負荷装置と、
前記光電変換部が出力する電圧、前記第１の蓄電部の電圧及び前記第２の蓄電部の電圧に基づき前記負荷装置の動作を制御する制御装置と、
を備える。

【0016】

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、新たな光源を設置せずに、微弱な光信号から必要な電力を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係る光システムの構成の一例を示す。

【図2】実施形態に係る起動部の構成の一例を示す。

【図3】実施形態に係る蓄電制御部の構成の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0020】

（実施形態１）
本実施形態に係る光システムの概略構成の一例を図１に示す。光システム１０は、光給電装置１１と、制御装置７と、負荷装置８とを備える。

【0021】

光給電装置１１は、入力された光を電力に変換する光電変換部１と、光電変換部１で変換された電力の一部を蓄える第１の蓄電部として機能する起動用蓄電部３と、起動用蓄電部３の電圧に基づき、起動用蓄電部３で蓄えられた電力を出力する起動部６と、起動用蓄電部３の電圧に基づき、光電変換部１で変換された電力の残部を出力する蓄電制御部４と、前記蓄電制御部から出力された電力を蓄える第２の蓄電部として機能する動作用蓄電部５と、を備える。

【0022】

光電変換部１は、光ファイバ９と接続されている。光電変換部１は、光ファイバ９から入力された光を電力に変換し、変換した電力の一部を起動用蓄電部３へ出力し、変換した電力の残部を蓄電制御部４へ出力する。

【0023】

光給電装置１１は、光電変換部１と起動用蓄電部３との間、及び光電変換部１と蓄電制御部４との間にそれぞれ逆流防止部２－１、２－２を備え、電力の逆流を防止してもよい。例えば、逆流防止部２－１、２－２はショットキバリアダイオードであってもよい。

【0024】

起動用蓄電部３は、光電変換部１で変換した電力の一部が入力される。起動用蓄電部３は、光電変換部１からの電力を蓄電する。以下、起動用蓄電部３の電圧をＶｓｕｐｐｌｙとする。

【0025】

起動部６は、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙに基づいて、起動用蓄電部３に蓄電された電力を出力する。例えば、起動部６が図１に示すように、制御装置７と接続している場合は、起動部６が起動用蓄電部３に蓄積された電力を制御装置７へ出力することにより、制御装置７を起動させてもよい。起動部６の構成の一例は後述する。

【0026】

蓄電制御部４は、光電変換部１で変換した電力の残部が入力される。蓄電制御部４は、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙに基づいて、光電変換部１からの電力を出力する。例えば、蓄電制御部４は、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが、制御装置７を動作させるために必要な電圧に到達した段階で動作用蓄電部５が蓄電を開始するように光電変換部１からの電力の出力を制御してもよい。

【0027】

動作用蓄電部５は、蓄電制御部４からの電力を蓄電する。

【0028】

制御装置７は、光電変換部１が出力する電圧、起動用蓄電部３の電圧および動作用蓄電部５の電圧を監視し、これらに基づき負荷装置８の動作を制御する。例えば、光ファイバ９により供給される光が光信号であって、光信号を変調することで光電変換部１の出力電圧に動作指示信号を重畳させることができる。制御装置７は、動作指示信号により負荷装置８を動作させる指示があった場合には、動作用蓄電部５の電圧を確認し、負荷装置８を動作させるために必要な電力が蓄電されていることを確認した上で、負荷装置８に動作指示を与えてもよい。なお、本実施形態に係る制御装置７は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0029】

負荷装置８は、動作用蓄電部５に蓄えられた電力を用いて、制御装置７の動作指示に従って動作する。なお、本実施形態に係る負荷装置８としては、Ｎ×Ｍ光切替スイッチ、傾斜センサ、水位センサ、無線伝送装置、光伝送装置等、一般的な多種多様なデバイスを用いてもよい。

【0030】

起動部６の構成の一例を図２に示す。起動部６は、起動用分圧抵抗６０１と、ロードスイッチ６０２と、を備える。さらに、ロードスイッチ６０２は、入力端子６０３と、出力端子６０４と、出力制御端子６０５と、を備える。

【0031】

起動用分圧抵抗６０１は、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを分圧し、分圧した電圧をロードスイッチ６０２の出力制御端子６０５に入力する。

【0032】

ロードスイッチ６０２は、起動用蓄電部３で蓄電された電力Ｖｓｕｐｐｌｙが入力端子６０３に入力される。ロードスイッチ６０２は、出力制御端子６０５に入力される電圧に基づき、入力端子６０３に入力された電力Ｖｓｕｐｐｌｙを出力制御端子６０５から出力する。

【0033】

具体的には、ロードスイッチ６０２は、出力制御端子６０５に入力される電圧とロードスイッチ６０２の閾値電圧との大小関係に応じて、電力を入力端子６０３から出力端子６０４に導通又は遮断することができる半導体素子である。ロードスイッチ６０２には、市販品を利用してもよい。ロードスイッチ６０２の一例としては、非特許文献２が挙げられる。

【0034】

ここで、出力制御端子６０５の閾値電圧をＶｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、起動用分圧抵抗６０１の電圧側抵抗値をＲ１、グランド側抵抗値をＲ２とすると、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを用いて式（１）の関係を得る。
（数１）
Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝Ｖｓｕｐｐｌｙ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） （１）
式（１）の右辺が出力制御端子６０５に入力される電圧である。即ち、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが式（１）を満たす時に、入力端子６０３から出力端子６０４への電力の導通が開始され、制御装置７に電力が出力される。

【0035】

したがって、起動部６では、起動用分圧抵抗６０１の抵抗値を調整することで、任意の電圧で制御装置７を起動させることが可能となる。例えば、ロードスイッチ６０２の出力制御端子６０５の閾値電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄが１Ｖであったとする。この場合において、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが２Ｖであるときに制御装置７を起動させるためには、Ｒ１＝Ｒ２とする必要がある。これにより、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが２Ｖであるときには、起動用分圧抵抗６０１により出力制御端子６０５に１Ｖの電圧が入力される。この時、出力制御端子６０５の電圧が閾値電圧Ｖｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（＝１Ｖ）以上となるので、ロードスイッチ６０２は、起動用蓄電部３からの電力を、入力端子６０３から出力端子６０４へ通電する。その結果、ロードスイッチ６０２は、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが２Ｖになった時に、起動用蓄電部３からの電力を、出力端子６０４から制御装置７へ出力し始め、制御装置７を起動することが可能となる。

【0036】

なお、一般的なロードスイッチ６０２では出力制御端子６０５に入力される電圧をデジタル的に操作することから、出力制御端子６０５にはヒステリシス特性を持たせる。具体的には、ロードスイッチ６０２は閾値電圧を２つ有し、出力端子６０４からの出力をＯＦＦにする第２の閾値電圧を、出力端子６０４からの出力をＯＮにする第１の閾値電圧よりも低く設定する。

【0037】

従って、ロードスイッチ６０２は、出力制御端子６０５に入力された電圧が第１の閾値電圧以上になった場合に、出力端子６０４からの電力の出力を開始する。ロードスイッチ６０２は、出力端子６０４からの電力の出力を開始した後は、出力制御端子６０５に入力された電圧が第２の閾値電圧以下になった場合に、出力端子６０４からの電力の出力を終了する。

【0038】

起動部６は、ロードスイッチ６０２を用いることで、起動用蓄電部３に制御装置７の起動に必要な電力が蓄電されるまで起動用蓄電部３と制御装置７を電気的に切り離しておくことができる。起動部６は、起動用蓄電部３に必要な電力が蓄電された時に、出力制御端子６０５の電圧が第１の閾値電圧以上になるように蓄電制御用分圧抵抗４０３の抵抗値を設定する。これにより、起動部６は、制御装置７の起動に必要な電力を供給することが可能となる。即ち、起動部６は、光電変換部１から常時出力される電力に比して大きな電力を制御装置７に供給することが可能になるので、制御装置７を起動することができる。

【0039】

蓄電制御部４の構成の一例を図３に示す。蓄電制御部４は、ＮチャンネルＦＥＴ４０１、ＰチャンネルＦＥＴ４０２、蓄電制御用分圧抵抗４０３及びプルアップ抵抗４０４により構成されてもよい。また、光電変換部１から蓄電制御部４へ出力された電力の一部は、プルアップ抵抗４０４に入力され、残部はＰチャンネルＦＥＴ４０２のソース端子に入力される。

【0040】

蓄電制御用分圧抵抗４０３は、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを分圧し、分圧した電圧をＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子に入力する。

【0041】

ＮチャンネルＦＥＴ４０１は、前述したように、蓄電制御用分圧抵抗４０３で分圧した電圧がゲート端子に入力される。ＮチャンネルＦＥＴ４０１は、光電変換部１から蓄電制御部４へ出力された電力の一部がプルアップ抵抗４０４を介してドレイン端子に入力される。ＮチャンネルＦＥＴ４０１は、ソース端子がグランドと接続されている。ＮチャンネルＦＥＴ４０１は、ゲート端子に入力された電圧がゲート閾値電圧以上の場合に、ドレイン端子及びソース端子間を通電し、ドレイン端子に入力された電力をソース端子から出力する。

【0042】

ＰチャンネルＦＥＴ４０２は、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のドレイン端子の電圧がゲート端子に入力される。ＰチャンネルＦＥＴ４０２は、前述したように、光電変換部１から蓄電制御部４へ出力された電力の残部がソース端子に入力される。ＰチャンネルＦＥＴ４０２は、ドレイン端子が動作用蓄電部５に接続されている。

【0043】

ここで、ＮチャンネルＦＥＴ４０１では、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のドレイン端子及びソース端子間が通電すると、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のドレイン端子の電圧が０Ｖ付近まで低下する。これに伴い、ＰチャンネルＦＥＴ４０２のゲート端子の電圧も０Ｖ付近まで低下する。この時、ＰチャンネルＦＥＴ４０２は、ソース端子及びドレイン端子間を通電し、ソース端子に入力された電力をドレイン端子から動作用蓄電部５へ出力する。これにより、動作用蓄電部５は蓄電を開始する。

【0044】

つまり、ＮチャンネルＦＥＴ４０１がドレイン端子及びソース端子間の電力を通電又は遮断すると、これに従ってＰチャンネルＦＥＴ４０２もソース端子及びドレイン端子間の電力を通電又は遮断することになる。したがって、蓄電制御部４が動作用蓄電部５へ電力を出力するか否かは、起動用蓄電部３の電圧ＶｓｕｐｐｌｙとＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート閾値電圧との大小関係によって定まる。

【0045】

ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート閾値電圧をＶｇ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、蓄電制御用分圧抵抗４０３の電圧側抵抗値をＲ３、グランド側抵抗値をＲ４とすると、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを用いて式（２）の関係を得る。
（数２）
Ｖｇ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝Ｖｓｕｐｐｌｙ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４） （２）
式（２）の右辺がＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子に入力される電圧である。即ち、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが式（２）を満たす時に、前述したように、ＮチャンネルＦＥＴ４０１がドレイン端子及びソース端子間の電力を通電するとともに、ＰチャンネルＦＥＴ４０２がソース端子及びドレイン端子間の電力を通電し、動作用蓄電部５へ電力が出力される。

【0046】

したがって、蓄電制御部４では、蓄電制御用分圧抵抗４０３の抵抗値を調整することで、任意の電圧で動作用蓄電部５の蓄電を開始させることが可能となる。例えば、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート閾値電圧Ｖｇ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが１Ｖであったとする。この場合において、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが２Ｖである時に動作用蓄電部５の蓄電を開始させるためには、Ｒ３＝Ｒ４とする必要がある。これにより、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが２Ｖであるときには、蓄電制御用分圧抵抗４０３によりＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子に１Ｖの電圧が入力される。この時、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子の電圧がゲート閾値電圧Ｖｇ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（＝１Ｖ）以上となるので、ＮチャンネルＦＥＴ４０１は、ドレイン端子及びソース端子間の電力を通電する。これに伴い、ＰチャンネルＦＥＴ４０２がソース端子及びドレイン端子間の電力を通電する。その結果、ＰチャンネルＦＥＴ４０２は、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが２Ｖになった時に、光電変換部１から蓄電制御部４に入力された電力の残部を、ドレイン端子から動作用蓄電部５へ出力し始め、動作用蓄電部５の蓄電を開始させることが可能となる。

【0047】

なお、蓄電制御部４の動作は、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子の電圧がゲート閾値電圧以上になるとＰチャンネルＦＥＴ４０２のドレイン端子からの出力がＯＮとなる点で起動部６の動作と同様である。しかし、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子にヒステリシス特性はなく、ＰチャンネルＦＥＴ４０２のドレイン端子からの出力がＯＦＦになるＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート閾値電圧が、ＰチャンネルＦＥＴ４０２のドレイン端子からの出力がＯＮになるＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート閾値電圧と等しい点で異なる。

【0048】

したがって、起動用蓄電部３の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙが２Ｖ未満となると、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子に入力される電圧が１Ｖ未満となる。その結果、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート端子の電圧がゲート閾値電圧（＝１Ｖ）未満となるので、ＰチャンネルＦＥＴ４０２のドレイン端子から動作用蓄電部５への蓄電は停止する。蓄電制御部４では、蓄電制御用分圧抵抗４０３の抵抗値を調整することで、起動用蓄電部３の任意の電圧Ｖｓｕｐｐｌｙで動作用蓄電部５の蓄電を開始させることができる。

【0049】

本実施形態に係る光給電装置１１では、起動部６が起動用蓄電部３で蓄えられた電力を出力してから、蓄電制御部４が光電変換部１で変換された電力を出力してもよい。これは、例えば、蓄電制御用分圧抵抗４０３及び起動用分圧抵抗６０１が同じ構成である場合には、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート閾値電圧を起動部６の第１の閾値電圧より大きくすることにより実現できる。

【0050】

本実施形態に係る光給電装置１１では、起動部６が起動用蓄電部３で蓄えられた電力を出力することと並行して、蓄電制御部４が光電変換部１で変換された電力を出力してもよい。これは、例えば、蓄電制御用分圧抵抗４０３及び起動用分圧抵抗６０１が同じ構成である場合には、ＮチャンネルＦＥＴ４０１のゲート閾値電圧を起動部６の第１の閾値電圧に等しくすることにより実現できる。

【0051】

以上説明したように、本開示によって、新たな光源を設置せずに、微弱な光信号から必要な電力を供給することができる。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本開示に係る光給電装置及び光システムは、情報通信産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0053】

１：光電変換部
２－１、２－２：逆流防止部
３：起動用蓄電部
４：蓄電制御部
５：動作用蓄電部
６：起動部
７：制御装置
８：負荷装置
９：光ファイバ
１０：光システム
１１：光給電装置
４０１：ＮチャンネルＦＥＴ
４０２：ＰチャンネルＦＥＴ
４０３：蓄電制御用分圧抵抗
４０４：プルアップ抵抗
６０１：起動用分圧抵抗
６０２：ロードスイッチ
６０３：入力端子
６０４：出力端子
６０５：出力制御端子

【図1】

【図2】

【図3】