特許 7521610 電源回路及び光海底ケーブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】電源回路及び光海底ケーブル

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20240717BHJP

   H04B 3/44 20060101ALI20240717BHJP

   H04B 10/29 20130101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 H

H04B3/44

H04B10/29

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022576598

(86)(22)【出願日】2022-01-07

(86)【国際出願番号】 JP2022000319

(87)【国際公開番号】W WO2022158311

(87)【国際公開日】2022-07-28

【審査請求日】2023-07-10

(31)【優先権主張番号】P 2021008076

(32)【優先日】2021-01-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】新井 成浩

【審査官】武内 大志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１７１３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７８９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－７８１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６０７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１５４３１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００

Ｈ０４Ｂ ３／４４

Ｈ０４Ｂ １０／２９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の電圧を入力し、フィードバック制御用の制御信号に基づき調整した電圧を、所定の電流を流すことによって動作する負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧に応じて参照電圧を生成する分圧抵抗と、
前記負荷に流れる電流に応じた電流検出電圧を生成する電流検出抵抗と、
前記参照電圧及び前記電流検出電圧を比較し、比較結果を表す前記制御信号を前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するフィードバック回路と
を含む電流制御回路、及び
各前記ＤＣ／ＤＣコンバータに前記所定の電圧を入力する端子において並列に接続された１つ以上のツェナーダイオード
を含む回路要素を複数個備え、
複数個の前記回路要素のそれぞれが互いに直列に接続され、
互いに直列に接続された複数個の前記回路要素に外部電源からシステム電流が供給される
電源回路。

【請求項2】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記所定の電圧の入力中に前記所定の電圧を常に昇圧した電圧を出力する
請求項１に記載の電源回路。

【請求項3】

前記フィードバック回路は、前記参照電圧と前記電流検出電圧を比較し、比較結果を表す前記制御信号を前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するコンパレータである
請求項１又は２に記載の電源回路。

【請求項4】

前記フィードバック回路は、前記参照電圧と前記電流検出電圧を比較し、比較結果を表す前記制御信号を前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するオペアンプである
請求項１又は２に記載の電源回路。

【請求項5】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧を安定化するための、ショットキーダイオード、コイル、及びコンデンサを含み、
前記ショットキーダイオードは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧を出力する正極端子及び負極端子に接続され、
前記コイルは、前記正極端子と前記負荷の正側端との間に接続され、
前記コンデンサは、前記正側端と前記負極端子との間に接続された
請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源回路。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか１項に記載の電源回路と、
光ファイバーと、
入力側の前記光ファイバーを伝搬してきた光信号を増幅して出力側の前記光ファイバーへ出力する、互いに直列に接続された複数の光増幅器と、
前記光増幅器に含まれる前記負荷であるレーザーモジュール
を備えた光海底ケーブル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１本の電源ラインに互いに直列に接続された複数の負荷のそれぞれに所定の電流を供給する電源回路に関する。

【背景技術】

【0002】

海底ケーブルシステムは、陸地に設置される端局装置と、海底に設置される海底装置と、全長が数千キロメートルに及ぶこともあるケーブルとを含む。海底ケーブルシステムでは、電源ケーブルを通じて定電流（以下、「システム電流」と称す）を供給する給電方式を採用している。このような海底ケーブルシステムを構成する海底装置として、光ファイバーを伝送されることによって減衰した光信号を増幅して元の光信号レベルに回復させる海底中継器がある。

【0003】

世界的な情報通信量の増大に伴い、海底ケーブルシステムの大容量化が著しい。このようなデータ通信を実現するために、海底中継器にはより高い光出力が求められている。更に、海底ケーブルシステムの大容量化に伴い、海底中継器の所要数量も大幅に増加する傾向にある。しかしながら、陸上局から給電可能な電力には限界があるため、電源効率が高い海底中継器が必要とされている。

【0004】

電源ケーブルに互いに直列に接続された複数の海底中継器に電流を供給する技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の光海底中継器の電源回路では、給電線の途中に直列に挿入された各ツェナーダイオードの両端に現れる直流定電圧を電源として、各ツェナーダイオードに並列に接続された、光海底中継器の各中継器回路が動作する。通常、光海底中継器は、レーザーモジュールを内蔵し、レーザーモジュール駆動回路によってレーザーモジュールに所定の電流を流すことによって光出力を得る。

【0005】

本発明で参照する光海底中継器用の電源回路について説明する。

【0006】

本発明で参照する電源回路の構成について説明する。図３は、本発明で参照する電源回路の構成の一例を示す回路図である。電源回路１０９には、外部電源３００からシステム電流が供給される。電源回路１０９は、電流制御回路１５９と、１つ以上のツェナーダイオード１６０とを含む。１つ以上のツェナーダイオード１６０のそれぞれは、互いに直列に接続される。尚、図３では、１つのツェナーダイオード１６０が例示されているが、ツェナーダイオード１６０は、実際には、２つ以上のツェナーダイオードを含んでもよい。電流制御回路１５９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９と、分圧抵抗１２０と、電流検出抵抗１３０と、レーザーモジュール駆動回路１４９とを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９は、所定の電圧Ｖ_ｉｎを入力し、所定の電圧Ｖ_ｏｕｔを、直列に接続された、レーザーモジュール２０９、レーザーモジュール駆動回路１４９、及び電流検出抵抗１３０に出力する。分圧抵抗１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔに応じて参照電圧Ｖ_ｒｅｆを生成する。電流検出抵抗１３０は、レーザーモジュール２０９に流れる電流Iに応じた電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎを生成する。レーザーモジュール駆動回路１４９は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆと電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎが一致するように、レーザーモジュール２０９に流れる電流Iを調節する。レーザーモジュール駆動回路１４９は、ＩＣ（Integrated Circuit）及びトランジスタを含む。ツェナーダイオード１６０は、システム電流が入力される端子間に接続される。

【0007】

電源回路１０９の動作の一例について説明する。尚、以下の説明では、説明を簡単にするために、電源回路１０９の電流制御回路１５９における変換損失を無視することとする。又、陸上の給電装置（外部電源３００）から海底ケーブルには、最大１Ａ（アンペア）のシステム電流しか流せないこととする。又、レーザーモジュール２０９において、１．２Ａの電流が消費されることとする。又、レーザーモジュール２０９は、動作電圧が２Ｖ（ボルト）のレーザーダイオードを２個含むこととする。又、レーザーモジュール駆動回路１４９のトランジスタにおける電圧降下は２Ｖであることとする。又、電流検出抵抗１３０における電圧降下は１Ｖであることとする。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力側における消費電力は、（２Ｖ×２＋２Ｖ＋１Ｖ）×１．２Ａ=８．４Ｗ（ワット）である。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の入力側に必要な電圧は、８．４Ｗ／１Ａ＝８．４Ｖである。しかしながら、光海底中継器で利用可能な高信頼度ツェナーダイオードのツェナー電圧の種類は限定されている。例えば、ツェナーダイオードのツェナー電圧が７Ｖであれば、ツェナーダイオード１６０として、直列に接続された２個のツェナーダイオードが使用される（合計のツェナー電圧が１４Ｖ）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の入力側における消費電力は１４Ｖ×１Ａ＝１４ＷでありＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の入力側対出力側における電力効率は、８．４Ｗ／１４Ｗ＝６０%となる。

【0008】

高い電源効率で電流を供給する技術の一例が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（Direct Current to Direct Current Converter）と、検出抵抗と、指示電圧生成部と、コンパレータと、電源部と、位相補償部とを備える。コンパレータは、検出電圧が指示電圧より大きい場合、ハイレベルのフィードバック電圧を生成し、検出電圧が指示電圧より小さい場合、ローレベルのフィードバック電圧を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、フィードバック電圧が内部のリファレンス電圧より大きい場合、発光ダイオードの駆動電流を低下させ、フィードバック電圧がリファレンス電圧より小さい場合、駆動電流を上昇させる。上記構成の結果、特許文献２に記載の電源装置では、高い電源効率で発光ダイオードの調光を実現する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開昭６３－００５６３０号公報

【文献】特開２０１９－１０３２８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明で参照する電源回路１０９のレーザーモジュール駆動回路１４９には、レーザーモジュール２０９が直列に接続されるので、レーザーモジュール２０９と同じ大きさの電流（例えば、前述した１．２Ａ）が流れる。その結果、レーザーモジュール駆動回路１４９に含まれるトランジスタにおける電圧降下（例えば、前述した２Ｖ）が発生する。そのため、電源回路１０９には、レーザーモジュール駆動回路１４９で発生する電圧降下に起因して電源効率が低いという問題があった。

【0011】

電源回路１０９における課題について、より詳細に説明する。もしも、レーザーモジュール駆動回路１４９における電圧降下（例えば、前述した２Ｖ）が無ければ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の出力側における消費電力は、（２Ｖ×２＋１Ｖ）×１．２Ａ=６Ｗである。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の入力側に必要な電圧は、６Ｗ／１Ａ＝６Ｖである。例えば、ツェナーダイオードのツェナー電圧が７Ｖであれば、ツェナーダイオード１６０として、１個のツェナーダイオードが使用される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の入力側における消費電力は７Ｖ×１Ａ＝７Ｗであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１９の入力側対出力側における電力効率は、６Ｗ／７Ｗ＝８６%となる。即ち、本例と比較すると、電源回路１０９に関する上述の例では、レーザーモジュール駆動回路１４９における電圧降下（例えば、前述した２Ｖ）に起因して、電力効率が８６%から６０%に低下し、外部電源３００の供給電圧が７Ｖから１４Ｖに上昇している。このように、レーザーモジュール駆動回路１４９における電圧降下は、電源回路１０９における電力効率を大幅に低下させる原因になり得る。

【0012】

特許文献２に記載の電源装置は、定電圧を入力する。しかしながら、１本の電源ラインにシステム電流（定電流）が供給される場合に、互いに直列に接続された複数の電源装置のそれぞれに定電圧を供給することが考慮されていない。そのため、特許文献２に記載の電源装置では、そのままでは、１本の電源ラインに定電流が供給される場合に、互いに直列に接続された複数の電源装置のそれぞれは定電圧の供給を受けられない。従って、特許文献２に記載の電源装置には、１本の電源ラインに定電流が供給される場合に、複数の負荷のそれぞれに対して、所定の電流を供給することが困難であるという問題があった。尚、複数の電源装置が電流制御する各発光ダイオードに流す電流を１本の電源ラインに供給される定電流に一致させるという方法を採用することも一般的には困難である。その理由は、例えば、各発光ダイオードが必要とする電流が同一でない（出力の異なる発光ダイオードが混在する）ことが一般的であり、更に発光ダイオード毎の入出力特性の経年変化が発生するからである。

【0013】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、１本の電源ラインに定電流が供給される場合に、複数の負荷のそれぞれに高い電源効率で所定の電流を供給することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一態様において、電源回路は、所定の電圧を入力し、フィードバック制御用の制御信号に基づき調整した電圧を、所定の電流を流すことによって動作する負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧に応じて参照電圧を生成する分圧抵抗と、負荷に流れる電流に応じた電流検出電圧を生成する電流検出抵抗と、参照電圧及び電流検出電圧を比較し、比較結果を表す制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するフィードバック回路とを含む電流制御回路、及び各ＤＣ／ＤＣコンバータに所定の電圧を入力する端子において並列に接続された１つ以上のツェナーダイオードを含む回路要素を複数個含み、複数個の回路要素のそれぞれが互いに直列に接続され、互いに直列に接続された複数個の回路要素に外部電源からシステム電流が供給される。

【0015】

本発明の一態様において、光海底ケーブルは、所定の電圧を入力し、フィードバック制御用の制御信号に基づき調整した電圧を、所定の電流を流すことによって動作する負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧に応じて参照電圧を生成する分圧抵抗と、負荷に流れる電流に応じた電流検出電圧を生成する電流検出抵抗と、参照電圧及び電流検出電圧を比較し、比較結果を表す制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するフィードバック回路とを含む電流制御回路、及び各ＤＣ／ＤＣコンバータに所定の電圧を入力する端子において並列に接続された１つ以上のツェナーダイオードを含む回路要素を複数個含み、複数個の回路要素のそれぞれが互いに直列に接続され、互いに直列に接続された複数個の回路要素に外部電源からシステム電流が供給される電源回路と、光ファイバーと、入力側の光ファイバーを伝搬してきた光信号を増幅して出力側の光ファイバーへ出力する、互いに直列に接続された複数の光増幅器と、光増幅器に含まれる負荷であるレーザーモジュールとを含む。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、１本の電源ラインに定電流が供給される場合に、複数の負荷のそれぞれに高い電源効率で所定の電流を供給することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１実施形態における電源回路の構成の一例を示す回路図である。

【図2】本発明の第２実施形態における電源回路の構成の一例を示す回路図である。

【図3】本発明で参照する電源回路の構成の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、すべての図面において、同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の各実施形態の基本である第１実施形態について説明する。

【0019】

本実施形態における構成について説明する。

【0020】

図１は、本発明の第１実施形態における電源回路１００の構成の一例を示す回路図である。

【0021】

本実施形態における電源回路１００は、複数個の回路要素１７０を含む。複数個の回路要素１７０のそれぞれは、互いに直列に接続される。互いに直列に接続された複数個の回路要素１７０には、外部電源３００からシステム電流が供給される。

【0022】

それぞれの回路要素１７０は、電流制御回路１５０と、１つ以上のツェナーダイオード１６０とを含む。

【0023】

１つ以上のツェナーダイオード１６０のそれぞれは、互いに直列に接続される。尚、図１では、１つのツェナーダイオード１６０が例示されているが、ツェナーダイオード１６０は、実際には、２つ以上のツェナーダイオードを含んでもよい。

【0024】

電流制御回路１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０と、分圧抵抗１２０と、電流検出抵抗１３０と、フィードバック回路１４０とを含む。

【0025】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、所定の電圧Ｖ_ｉｎを入力し、フィードバック制御用の制御信号Ｓ_ｆｂに基づき調整した電圧Ｖ_ｏｕｔを負荷２００に出力する。ここで、負荷２００は、所定の電圧の範囲（電流の変化する割合の範囲に比べて相対的に狭い電圧の変化する割合の範囲）内で電流を流すことによって動作する負荷（以下、「電流駆動負荷」と称す）であることとする。電流駆動負荷は、例えば、レーザーダイオード、発光ダイオードである。

【0026】

分圧抵抗１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔに応じて参照電圧Ｖ_ｒｅｆを生成する。

【0027】

電流検出抵抗１３０は、負荷２００に流れる電流に応じた電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎを生成する。

【0028】

フィードバック回路１４０は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ及び電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎを比較し、比較結果を表す制御信号Ｓ_ｆｂをＤＣ／ＤＣコンバータ１１０へ出力する。フィードバック回路１４０は、例えば、コンパレータ、又はオペアンプである。

【0029】

ツェナーダイオード１６０は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０に所定の電圧Ｖ_ｉｎを入力する端子において並列に接続される。

【0030】

本実施形態における動作について説明する。

【0031】

１つ以上のツェナーダイオード１６０は、外部電源３００から供給されたシステム電流に応じて、所定の電圧Ｖ_ｉｎを発生させる。

【0032】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、所定の電圧Ｖ_ｉｎを入力し、フィードバック制御用の制御信号Ｓ_ｆｂに基づき調整した電圧Ｖ_ｏｕｔを負荷２００に出力する。

【0033】

電流検出抵抗１３０（抵抗値はＲ_１で表す）は、負荷２００に流れる電流Ｉに応じた電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎ＝Ｉ×Ｒ_１を生成する。

【0034】

分圧抵抗１２０（抵抗値はＲ_２及びＲ_３で表す）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔに応じて参照電圧Ｖ_ｒｅｆ＝Ｖ_ｏｕｔＲ_２／（Ｒ_２＋Ｒ_３）を生成する。ここで、分圧抵抗１２０の抵抗値Ｒ_２及びＲ_３は、負荷２００に流すべき電流Ｉについて、Ｉ×Ｒ_１＝Ｖ_ｏｕｔＲ_２／（Ｒ_２＋Ｒ_３）となるように予め決定されていることとする。

【0035】

フィードバック回路１４０は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ及び電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎを比較し、参照電圧Ｖ_ｒｅｆと電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎの比較結果に応じた制御信号Ｓ_ｆｂをＤＣ／ＤＣコンバータ１１０（図２の例ではＦＥＥＤＢＡＣＫ端子）へ出力する。ここで、制御信号Ｓ_ｆｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する電圧Ｖ_ｏｕｔを増加又は減少させるための信号である。制御信号Ｓ_ｆｂがデジタル信号の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、例えば、制御信号Ｓ_ｆｂが“－１”の場合に電圧Ｖ_ｏｕｔを所定量（微小量）だけ増加させ、制御信号Ｓ_ｆｂが“１”の場合に電圧Ｖ_ｏｕｔを所定量（微小量）だけ減少させる。制御信号Ｓ_ｆｂがアナログ信号の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、例えば、制御信号Ｓ_ｆｂが負値の場合に電圧Ｖ_ｏｕｔを負値の絶対値に応じた微小量だけ増加させ、制御信号Ｓ_ｆｂが正値の場合に電圧Ｖ_ｏｕｔを正値の絶対値に応じた微小量だけ減少させる。

【0036】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、入力された制御信号Ｓ_ｆｂに応じて、参照電圧Ｖ_ｒｅｆと電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎが等しくなるように、調整した電圧Ｖ_ｏｕｔを負荷２００に出力する。ここで、負荷２００に流すべき電流Ｉは設計時に決まるので、電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎの負荷２００の動作時に期待される値も設計時に決まる。又、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する電圧Ｖ_ｏｕｔの負荷２００の動作時に期待される値は、負荷２００及び電流検出抵抗１３０に流すべき電流Ｉに応じて、設計時に決まる。又、参照電圧Ｖ_ｒｅｆの負荷２００の動作時に期待される値は、電圧Ｖ_ｏｕｔの負荷２００の動作時に期待される値に応じて、設計時に決まる。そして、負荷２００は電流駆動負荷なので、電流Ｉの変化の割合が、電圧Ｖ_ｏｕｔの変化の割合に比べて相対的に大きく変化する。

【0037】

以上説明したように、本実施形態の電源回路１００では、各回路要素１７０には、外部電源３００からシステム電流が供給される。そして、各回路要素１７０に含まれるツェナーダイオード１６０は、各回路要素１７０に含まれるＤＣ／ＤＣコンバータ１１０に所定の電圧Ｖ_ｉｎを供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆと電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎが等しくなるように、調整した電圧Ｖ_ｏｕｔを負荷２００に出力する。ここで、負荷２００に流すべき電流Ｉについて、電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎ＝Ｉ×Ｒ_１且つ参照電圧Ｖ_ｒｅｆ＝Ｖ_ｏｕｔＲ_２／（Ｒ_２＋Ｒ_３）である。各電流制御回路１５０における電力の損失は、抵抗値Ｒ_１を負荷２００の内部抵抗に比べて十分に小さくし、且つ抵抗値Ｒ_２＋Ｒ_３を負荷２００の内部抵抗に比べて十分に大きくすることにより、必要なだけ小さくできる。即ち、本発明で参照する電源回路１０９における、レーザーモジュール駆動回路１４９を必要とせず、レーザーモジュール駆動回路１４９における電圧降下が発生しない。従って、本実施形態の電源回路１００には、１本の電源ラインに定電流が供給される場合に、複数の負荷のそれぞれに高い電源効率で所定の電流を供給することができるという効果がある。

【0038】

尚、本実施形態の電源回路１００では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、所定の電圧Ｖ_ｉｎの入力中に所定の電圧Ｖ_ｉｎを常に昇圧した電圧Ｖ_ｏｕｔを出力してもよい。この場合には、本実施形態の電源回路１００には、システム電流を供給する際に必要な電圧を抑制できるという効果がある。

【0039】

本実施形態における効果について、本発明で参照する電源回路１０９の説明における例と対比して（各数値例を援用）、より詳細に説明する。本実施形態の電源回路１００には、フィードバック回路１４０による電圧降下が無いので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力側における消費電力は、（２Ｖ×２＋１Ｖ）×１．２Ａ=６Ｗである。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力側に必要な電圧は、６Ｗ／１Ａ＝６Ｖである。例えば、ツェナーダイオードのツェナー電圧が７Ｖであれば、ツェナーダイオード１６０として、１個のツェナーダイオードが使用される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力側における消費電力は７Ｖ×１Ａ＝７Ｗであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力側対出力側における電力効率は、６Ｗ／７Ｗ＝８６%となる。即ち、上述した電源回路１０９の説明における例と比較すると、フィードバック回路１４０における電圧降下（例えば、前述した２Ｖ）が無いことに起因して、電力効率が６０%から８６%に向上し、外部電源３００の供給電圧が１４Ｖから７Ｖに低下している。このように、本実施形態の電源回路１００では、本発明で参照する電源回路１０９に比べて、電源回路１００における電力効率を大幅に向上させ、外部電源３００の供給電圧を大幅に低下させ得る。例えば、海底中継器は、伝送される光信号の減衰特性に合わせて、通常、６０ｋｍ（キロメートル）乃至８０ｋｍの間隔で設置される。海底ケーブルの総長が１２０００ｋｍである場合、６０ｋｍ間隔ならば約２００台の中継器が必要となる。この場合、上述した外部電源３００（陸上の給電装置）の供給電圧は、２００台×１４Ｖ＝２８００Ｖから、２００台×７Ｖ＝１４００Ｖに抑制できる。そのため、安価で安全性が高い海底ケーブルシステムの構築が可能になる。

【0040】

又、本実施形態の電源回路１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔを安定化するための、ショットキーダイオード７１５（ショットキーバリアダイオード）、コイル７２５、及びコンデンサ７３５等を含んでもよい（後述する図２参照）。ここで、例えば、ショットキーダイオード７１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の電圧Ｖ_ｏｕｔを出力する正極端子ＯＵＴ及び負極端子ＧＮＤに接続される。又、コイル７２５は、正極端子ＯＵＴと負荷２００の正側端との間に接続される。又、コンデンサ７３５は、正側端と負極端子ＧＮＤとの間に接続される。この場合には、本実施形態の電源回路１００には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔを安定化することができるという効果がある。

【0041】

又、本実施形態の電源回路１００は、光海底ケーブル６００に含まれてもよい（後述する図２参照）。ここで、光海底ケーブル６００は、例えば、光ファイバー４００と、複数の光増幅器５００と、各光増幅器５００に含まれる、負荷２００であるレーザーモジュール２０５と、複数の電源回路１０５とを含む。ここで、複数の光増幅器５００のそれぞれは、互いに直列に接続される。そして、各光増幅器５００は、入力側の光ファイバー４００を伝搬してきた光信号を増幅して出力側の光ファイバー４００へ出力する。
（第２実施形態）
本発明の第１実施形態を基本とする、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態における電源回路は、光海底ケーブルの光増幅器に含まれるレーザーモジュールを駆動する電源回路である。

【0042】

本実施形態における構成について説明する。

【0043】

図２は、本発明の第２実施形態における電源回路の構成の一例を示す回路図である。更に、図２では、レーザーモジュールを含む光増幅器を含む光海底ケーブルを模式的に図示している。

【0044】

本実施形態の光海底ケーブル６００は、光ファイバー４００と、複数の光増幅器５００と、各光増幅器５００に含まれる、負荷であるレーザーモジュール２０５と、複数の電源回路１０５とを含む。

【0045】

複数の光増幅器５００のそれぞれは、互いに直列に接続される。各光増幅器５００は、入力側の光ファイバー４００を伝搬してきた光信号を増幅して出力側の光ファイバー４００へ出力する。

【0046】

レーザーモジュール２０５は、電流駆動負荷である。レーザーモジュール２０５は、実際には、２つ以上のレーザーモジュール（レーザーダイオード）を含んでもよい。その場合、レーザーモジュール２０５のそれぞれは、互いに直列接続される。尚、図２では、１つのレーザーモジュール２０５が１つのレーザーダイオードである例を示している。

【0047】

電源回路１０５は、複数個の回路要素１７５を含む。

【0048】

複数個の回路要素１７５のそれぞれは、互いに直列に接続される。互いに直列に接続された複数個の回路要素１７５には、外部電源３００からシステム電流が供給される。それぞれの回路要素１７５は、電流制御回路１５５と、１つ以上のツェナーダイオード１６０とを含む。

【0049】

１つ以上のツェナーダイオード１６０のそれぞれは、互いに直列に接続される。尚、図２では、１つのツェナーダイオード１６０が例示されているが、ツェナーダイオード１６０は、実際には、２つ以上のツェナーダイオードを含んでもよい。

【0050】

電流制御回路１５５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０と、ショットキーダイオード７１５（ショットキーバリアダイオード）と、コイル７２５と、コンデンサ７３５と、分圧抵抗１２０と、電流検出抵抗１３０と、フィードバック回路１４０とを含む。

【0051】

ツェナーダイオード１６０は、陸上に設置される給電装置（外部電源３００）からシステム電流が供給される給電ラインに、アノードからカソードへの向きとシステム電流の向きとが反対になるように接続される。以降、アノードからカソードへの向きと外部から供給される電流の向きとが反対になるように接続されることを「逆接続」と、アノードからカソードへの向きと外部から供給される電流の向きとが一致するように接続されることを「順接続」と称することとする。

【0052】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力側（入力端子（ＩＮ端子）及びグラウンド端子（ＧＮＤ端子））は、ツェナーダイオード１６０に並列接続される。

【0053】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力側（出力端子（ＯＵＴ端子）及びＧＮＤ端子）は、ショットキーダイオード７１５、並びに、それぞれコイル７２５に直列接続された、コンデンサ７３５、分圧抵抗１２０、及び電流検出抵抗１３０に直列接続されたレーザーモジュール２０５に並列接続される。ここで、ショットキーダイオード７１５は逆接続され、レーザーモジュール２０５は順接続される。

【0054】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、給電装置からのシステム電流によってツェナーダイオード１６０の両端に発生する降伏電圧Ｖ_ｉｎを入力し、レーザーモジュール２０５の駆動に必要な電圧Ｖ_ｏｕｔを出力する。

【0055】

ショットキーダイオード７１５、コンデンサ７３５、及びコイル７２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔを安定化する。

【0056】

フィードバック回路１４０は、レーザーモジュール２０５のカソード側と電流検出抵抗１３０とを結ぶ点における電圧を電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎとして入力する。又、フィードバック回路１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力された電圧Ｖ_ｏｕｔを分圧抵抗１２０で分圧した電圧を参照電圧Ｖ_ｒｅｆとして入力する。そして、フィードバック回路１４０は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆと電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎの差分に応じた信号をＤＣ／ＤＣコンバータ１１０のフィードバック端子（ＦＥＥＤＢＡＣＫ端子）へ制御信号Ｓ_ｆｂとして出力する。

【0057】

本実施形態における動作について説明する。

【0058】

陸上に設置される給電装置（外部電源３００）は、海底機器（例えば、光増幅器５００）に対して給電ライン（電源ケーブル）を通じて一定値の電流（システム電流）を供給する。海底機器（例えば、光増幅器５００）に並列接続されたツェナーダイオード１６０のカソード側に正電圧、ツェナーダイオード１６０のアノード側に負電圧が印加される。ツェナーダイオード１６０のカソードとアノードの間に電圧が印加されると、システム電流が流れた場合のツェナー効果による降伏電圧によって、カソードとアノードの間の電圧が一定に保たれる。このツェナーダイオード１６０で生成した電圧を１次側の電圧Ｖ_ｉｎ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０で出力する電圧を２次側の電圧Ｖ_ｏｕｔと称することとする。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、２次側の電圧Ｖ_ｏｕｔとしてレーザーモジュール２０５の駆動に必要な電圧を出力する。海底機器が海底中継器である場合には、海底機器に含まれる電流制御回路１５５のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が、レーザーモジュール２０５に定電流を流すための電圧Ｖ_ｏｕｔを出力する。電流検出抵抗１３０は、レーザーモジュール２０５を流れる電流Ｉを電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎに変換する。フィードバック回路１４０は、電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎと参照電圧Ｖ_ｒｅｆとの差分に応じた制御信号Ｓ_ｆｂをＤＣ／ＤＣコンバータ１１０のフィードバック端子（ＦＥＥＤＢＡＣＫ端子）へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、電圧Ｖ_ｏｕｔが期待電圧になるようにフィードバック制御を行う。ここで、期待電圧は、レーザーモジュール２０５に所望の定電流を流した時のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力電圧である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力電圧が期待電圧に一致した際に、電流検出電圧Ｖ_ｍｏｎが参照電圧Ｖ_ｒｅｆに一致するように、参照電圧Ｖ_ｒｅｆが決定されていることとする。尚、レーザーモジュール２０５は、電流駆動負荷であるため電圧制御では光出力が不安定になり易いので、電流Ｉが制御される必要がある。又、レーザーモジュール２０５の特性の経年劣化に対応するためにも、電流Ｉが制御される必要がある。

【0059】

本実施形態における効果について説明する。

【0060】

第１の効果は、レーザーモジュール２０５の駆動に必要な電圧Ｖ_ｏｕｔを、電流検出抵抗１３０における電圧降下分を除いて、レーザーモジュール２０５の順方向における電圧降下分に抑制できることである。ここで、電流検出抵抗１３０は、レーザーモジュール２０５の順方向における電圧降下に対応する内部抵抗に比べて、十分に小さな抵抗値に設定できる。

【0061】

本効果が生じる理由は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力電圧制御におけるフィードバックループ（ＯＵＴ端子―レーザーモジュール２０５―電流検出抵抗１３０－フィードバック回路１４０―ＦＥＥＤＢＡＣＫ端子）に、レーザーモジュール２０５の駆動回路の電流一定制御におけるフィードバックループを兼ねさせたからである。これにより、本発明で参照する電源回路１０９におけるレーザーモジュール駆動回路１４９を必要とせず、レーザーモジュール駆動回路１４９における電圧降下が発生しない。又、レーザーモジュール２０５の駆動に必要な電圧Ｖ_ｏｕｔを抑制でき、延いては電圧Ｖ_ｉｎを抑制できる。

【0062】

第２の効果は、海底中継器（光増幅器５００）の消費電力を抑制できることである。

【0063】

本効果が生じる理由は、レーザーモジュール２０５の駆動に必要な電圧Ｖ_ｏｕｔを、電流検出抵抗１３０における電圧降下分を除いて、レーザーモジュール２０５の順方向における電圧降下分に抑制できるからである。即ち、本発明で参照する電源回路１０９における、レーザーモジュール２０９に直列に接続されたレーザーモジュール駆動回路１４９を必要とせず、レーザーモジュール駆動回路１４９における電圧降下が発生しない。又、電流検出抵抗１３０及び分圧抵抗１２０における損失を必要なだけ小さくできることは、第１実施形態で説明した通りである。これにより、レーザーモジュール２０５の駆動に必要な消費電力を抑制することができる。その結果、例えば、１本の光海底ケーブル６００に、より多数の海底中継器を収容することができ、延いては光海底ケーブル６００の大容量化を実現することができる。

【0064】

従って、本実施形態の電源回路１０５には、１本の電源ラインに定電流が供給される場合に、複数の負荷のそれぞれに高い電源効率で所定の電流を供給することができるという効果がある。本効果は、電源供給が困難な海底に設置される海底中継器に電源を供給する用途において顕著である。

【0065】

本実施形態における効果について、本発明で参照する電源回路１０９の説明における例と対比して（各数値例を援用）、より詳細に説明する。本実施形態の電源回路１０５には、フィードバック回路１４０による電圧降下が無いので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力側における消費電力は、（２Ｖ×２＋１Ｖ）×１．２Ａ=６Ｗである。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力側に必要な電圧は、６Ｗ／１Ａ＝６Ｖである。例えば、ツェナーダイオードのツェナー電圧が７Ｖであれば、ツェナーダイオード１６０として、１個のツェナーダイオードが使用される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力側における消費電力は７Ｖ×１Ａ＝７Ｗであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力側対出力側における電力効率は、６Ｗ／７Ｗ＝８６%となる。即ち、上述した電源回路１０９の説明における例と比較すると、フィードバック回路１４０における電圧降下（例えば、前述した２Ｖ）が無いことに起因して、電力効率が６０%から８６%に向上し、外部電源３００の供給電圧が１４Ｖから７Ｖに低下している。このように、本実施形態の電源回路１０５では、本発明で参照する電源回路１０９に比べて、電源回路１０５における電力効率を大幅に向上させ、外部電源３００の供給電圧を大幅に低下させ得る。

【0066】

又、本実施形態の電源回路１０５では、ショットキーダイオード７１５、コンデンサ７３５、及びコイル７２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔを安定化する。従って、本実施形態の電源回路１０５には、レーザーモジュール２０５の駆動に必要な電圧Ｖ_ｏｕｔが安定化するという効果がある。

【0067】

以上、本発明を、上述した各実施形態およびその変形例によって例示的に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態およびその変形例に記載した範囲に限定されない。当業者には、係る実施形態に対して多様な変更又は改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更又は改良を加えた新たな実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、特許請求の範囲に記載した事項から明らかである。

【0068】

この出願は、２０２１年１月２１日に出願された日本出願特願２０２１－００８０７６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。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、海底、湖底、山岳、高所、地底、トンネル内等の電源供給が困難な場所に設置される電流駆動型の機器に電源を供給する用途において利用できる。

【符号の説明】

【0070】

１００、１０５、１０９ 電源回路
１１０、１１９ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２０ 分圧抵抗
１３０ 電流検出抵抗
１４０ フィードバック回路
１４９ レーザーモジュール駆動回路
１５０、１５５、１５９ 電流制御回路
１６０ ツェナーダイオード
１７０、１７５ 回路要素
２００ 負荷
２０５、２０９ レーザーモジュール
３００ 外部電源
４００ 光ファイバー
５００ 光増幅器
６００ 光海底ケーブル
７１５ ショットキーダイオード
７２５ コイル
７３５ コンデンサ

【図1】

【図2】

【図3】