JP2010282574A - 電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインの過電流保護をマイコンのI/Oポートを用いることなく実現することができる電子機器を提供する。
【解決手段】USBポート1と、直流安定化電源(トランジスタQ1、ツェナーダイオードZD1)と、前記電源の入力側に設けられ電源供給ピン11に接続される電源供給ラインを流れる電流を検出する電流検出部(抵抗R1、R2)と、前記電流検出部の出力電圧が過電流基準値以上になるとオンになるトランジスタQ3と、トランジスタQ3のオンに伴ってオフになるトランジスタQ5と、トランジスタQ3が一旦オンになった後に前記電流検出部の出力電圧が前記過電流基準値未満になってもトランジスタQ3のオン状態を維持するようにトランジスタQ3を制御する制御部(トランジスタQ4及び抵抗R7〜R9)とを備え、トランジスタQ5がオフであるときは前記電源の動作が停止する電子機器。
【選択図】図1
【解決手段】USBポート1と、直流安定化電源(トランジスタQ1、ツェナーダイオードZD1)と、前記電源の入力側に設けられ電源供給ピン11に接続される電源供給ラインを流れる電流を検出する電流検出部(抵抗R1、R2)と、前記電流検出部の出力電圧が過電流基準値以上になるとオンになるトランジスタQ3と、トランジスタQ3のオンに伴ってオフになるトランジスタQ5と、トランジスタQ3が一旦オンになった後に前記電流検出部の出力電圧が前記過電流基準値未満になってもトランジスタQ3のオン状態を維持するようにトランジスタQ3を制御する制御部(トランジスタQ4及び抵抗R7〜R9)とを備え、トランジスタQ5がオフであるときは前記電源の動作が停止する電子機器。
【選択図】図1
Description
本発明は、USB(Universal Serial Bus)ポートを備える電子機器に関する。
近年、USBポートを備える電子機器が種々市場に提供されている。USB2.0規格では、USBポートの電源供給ピンに供給される電流の最大値は500[mA]であり、USBポートの電源供給ピンに供給される電圧は5[V]±5%(=4.75〜5.25[V])である。したがって、USBポートを備える電子機器は、USBポートの電源供給ピンに供給される電流が500[mA]を越えると、USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインに対して過電流保護がかかる構成であることが望ましい。
また、USB3.0規格では、USBポートの電源供給ピンに供給される電流の最大値は900[mA]であるため、USB3.0規格に対応する場合には、USBポートの電源供給ピンに供給される電流が900[mA]を越えると、USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインに対して過電流保護がかかる構成にすることが望ましい。
また、USBポートを備える電子機器において、ファームウェアをアップデートするためのアップデート用データを格納している特定のUSBメディア(以下、「サービス用USBメディア」という)を、サービス対応で上記USBポートに接続することにより、ファームウェアをアップデートできる構成にすることが考えられる。上記USBポートを上記特定のUSBメディア専用のポートにした場合、上記USBポートからサービス用USBメディアに供給する電流は500[mA](USB2.0規格の最大供給電流)も必要ないため、上記USBポートの電源供給ピンに電源供給ラインを介して接続される電源回路の最大定格電流を500[mA]未満にして当該電源回路の低コスト化を図ることができる。しかしながら、上記USBポートをサービス用USBメディア専用のポートとし、その旨を取り扱い説明書や電子機器本体に明記したとしても、上記USBポートにサービス用USBメディア以外のUSBメディア(以下、「非サービス用USBメディア」という)を接続すること自体は物理的に可能である。このため、ユーザが、上記USBポートに非サービス用USBメディアを接続するおそれがある。非サービス用USBメディアの消費電流が上記USBポートの電源供給ピンに電源供給ラインを介して接続される電源回路の最大定格電流以下であれば、ユーザが上記USBポートに非サービス用USBメディアを接続しても特に問題は生じない。これに対して、非サービス用USBメディアの消費電流が上記USBポートの電源供給ピンに電源供給ラインを介して接続される電源回路の最大定格電流よりも大きければ、ユーザが上記USBポートに非サービス用USBメディアを接続すると、上記USBポートの電源供給ピンに電源供給ラインを介して接続される電源回路の異常発熱や破損などの問題が生じてしまう。このため、上記USBポートの電源供給ピンに供給される電流が上記USBポートの電源供給ピンに電源供給ラインを介して接続される電源回路の最大定格電流を越えると、上記USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインに対して過電流保護がかかる構成にすることが望ましい。
上述した通り過電流の設定値については様々な値が考えられるが、いずれにしてもUSBポートを備える電子機器は、USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインに対して過電流保護がかかる構成であることが望ましい。そして、USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインに対して過電流保護がかかる構成にする場合、USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインを流れる電流に応じた電圧と基準電圧とをコンパレータによって比較し(例えば特許文献3参照)、マイクロコンピュータが当該コンパレータの比較結果から過電流であるか否かを判定し、過電流と判定した場合に当該マイクロコンピュータが、USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインの通電と遮断を切り替えるスイッチ部を制御して、USBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインを遮断させる構成が一般的な過電流保護の構成である。
しかしながら、上記一般的な過電流保護の構成では、マイクロコンピュータの2つのI/OポートをUSBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインの過電流保護に用いることになり、過電流保護に用いたマイコンのI/Oポートを他の用途に割り振ることができないという問題がある。
なお、特許文献1ではUSBポートの電源供給ピンに接続される電流供給ラインに対する過電流保護に関する記載はあるが、過電流保護回路の具体的な構成については何ら開示していない。
また、特許文献2はUSBポートを備える電子機器(パーソナルコンピュータ)と当該USBポートに接続されるUSBデバイスに関するものである。特許文献2では、USBデバイス側に過電流保護回路に設けることは開示しているが、USBポートを備える電子機器側に過電流保護回路に設けることは開示していない。
本発明は、上記の状況に鑑み、USBポートを備える電子機器であって、当該USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインの過電流保護をマイクロコンピュータのI/Oポートを用いることなく実現することができる電子機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る電子機器は、USBポートと、前記USBポートの電源供給ピンに電圧を供給する直流安定化電源と、前記直流安定化電源の入力側に設けられ、前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部から出力される電圧が所定の過電流基準値以上になると、オンになる第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタのオンに伴ってオフになる第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタが一旦オンになった後に前記電流検出部から出力される電圧が前記過電流基準値未満になっても前記第1のトランジスタのオン状態を維持するように、前記第1のトランジスタを制御する制御部とを備え、前記第2のトランジスタがオフであるときは前記直流安定化電源の動作が停止する構成とする。
このような構成によると、USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインの過電流保護をマイクロコンピュータのI/Oポートを用いることなく実現することができる。また、このような構成によると、電流検出部を直流安定化電源の入力側に設けているので、大電流が流れた場合でも電流検出部での電圧降下がUSBポートの電源供給ピンに供給する電圧に及ぼす影響が小さくなり、USBポートの電源供給ピンに供給する電圧をUSB規格で定められた範囲に収めることが容易になり、各回路素子の回路定数の精度がさほど要求されないので、低コスト化を図ることができる。
また、直流安定化電源の入力側と出力側とをバイパスするバイパス経路を備え、前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流が所定値未満のときは前記バイパス経路が遮断し、前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流が前記所定値以上のときは前記バイパス経路が導通し、前記所定値を、前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流の過電流よりも小さくするようにしてもよい。また、前記バイパス経路が、前記バイパス経路が遮断/導通を切り替えるための第3のトランジスタを有するようにしてもよい。
上記のようなバイパス経路を備えた構成にする場合、低コスト化の観点から、前記直流安定化電源が、出力トランジスタと、前記出力トランジスタのベースに接続されるツェナーダイオードとを有し、前記出力トランジスタの周辺に放熱板を設けないようにすることが望ましい。
本発明によると、USBポートを備える電子機器において、USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインの過電流保護をマイクロコンピュータのI/Oポートを用いることなく実現することができる。
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。ここでは、本発明に係る電子機器として液晶テレビを例に挙げて説明を行う。本発明に係る液晶テレビの概略構成例を図1に示す。
図1に示す本発明に係る液晶テレビは、端子T1と、USBポート1と、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)2と、負荷3と、リモコン受光部4と、操作キー5と、コンデンサC1〜C3と、ダイオードD1及びD2と、トランジスタQ1〜Q5と、抵抗R1〜R12と、ツェナーダイオードZD1とを備えている。USBポート1は、電源供給ピン11と、データ+ピン12と、データ−ピン13と、グランドピン14とを有している。トランジスタQ1及びQ4はそれぞれNPNトランジスタであり、トランジスタQ2、Q3、及びQ5はそれぞれPNPトランジスタである。そして、トランジスタQ3が請求項に記載されている「第1のトランジスタ」の一例であり、トランジスタQ5が請求項に記載されている「第2のトランジスタ」の一例であり、トランジスタQ2が請求項に記載されている「第3のトランジスタ」の一例である。
なお、図1に示す本発明に係る液晶テレビは、当然の事ながら、端子T1に6.5[V]の電圧を供給する電源部やマイコン2、負荷3、リモコン受光部4、及び操作キー4用の電源部を備えているが、当該電源部は本発明の特徴部分ではないので、ここでは図示及び説明を省略する。また、USBポート1のデータ+ピン12、USBポート1のデータ−ピン13、負荷3、リモコン受光部4、及び操作キー4はそれぞれマイコン2の各I/Oポートに接続されるが、図1においてはこれらのI/Oポートの図示を省略する。
負荷3は、チューナ部31と、映像回路32と、音声回路33と、液晶表示部34と、スピーカ35とを含んでいる。チューナ部31は、アンテナ(不図示)から受け取ったテレビ放送信号の選局及び復調を行う。映像回路32は、チューナ部31から受け取った映像信号に各種処理(例えば輝度補正やガンマ補正など)を施し、その各種処理を施した映像信号を液晶表示部34に出力する。液晶表示部34は映像回路32の出力信号に基づく表示を行う。音声回路33は、チューナ部31から受け取った音声信号に各種処理(例えば音量調整など)を施し、その各種処理を施した音声信号をスピーカ35に出力する。スピーカ35は音声回路33の出力信号に基づく音声を発する。
リモコン受光部4はリモコン送信機(不図示)からの赤外線信号に応じた指示信号をマイコン2に出力する。操作キー5はユーザのキー操作に応じた指示信号をマイコン2に出力する。マイコン2は、リモコン受光部4又は操作キー5からの指示信号に基づき、負荷3の動作(例えばチューナ部31による選局動作や音声回路33による音量調整動作など)を制御する。
次に、USBポート1の電源供給ピン11への電源供給に関連する部分の回路構成について説明する。
端子T1とトランジスタQ1のコレクタとの間の電源供給ラインに、抵抗R1及びR2から成る並列回路と、抵抗R3及びR4から成る並列回路とが挿入されている。6.5[V]が印加される端子T1に抵抗R1の一端及び抵抗R2の一端が接続され、抵抗R1の他端及び抵抗R2の他端に抵抗R3の一端及び抵抗R4の一端が接続され、抵抗R3の他端及び抵抗R4の他端にトランジスタQ1のコレクタが接続される。
トランジスタQ1のエミッタとUSBポート1の電源供給ピン11との間の電源供給ラインにコンデンサC1及びコンデンサC2が設けられる。コンデンサC1の一端及びコンデンサC2の一端はトランジスタQ1のエミッタとUSBポート1の電源供給ピン11との間の電源供給ラインに接続され、コンデンサC1の他端及びコンデンサC2の他端はグランド電位に接続される。
トランジスタQ1のベースにツェナーダイオードZD1のカソードが接続され、ツェナーダイオードZD1のアノードがグランド電位に接続される。
トランジスタQ2のエミッタが抵抗R3の一端及び抵抗R4の一端に接続され、トランジスタQ2のベースが抵抗R3の他端、抵抗R4の他端、及びトランジスタQ1のコレクタに接続され、トランジスタQ2のコレクタが抵抗R5を介して、トランジスタQ1のエミッタに接続される。
トランジスタQ3のエミッタが抵抗R1の一端及び抵抗R2の一端に接続され、トランジスタQ3のベースが抵抗R6を介して抵抗R1の他端及び抵抗R2の他端に接続されるとともに抵抗R7を介してトランジスタQ4のコレクタに接続される。また、トランジスタQ4のエミッタがグランド電位に接続され、トランジスタQ4のベースが抵抗R8を介してトランジスタQ3のコレクタに接続されるとともに抵抗R9を介してグランド電位に接続される。
ダイオードD1のアノードが抵抗R1の一端及び抵抗R2の一端に接続され、ダイオードD1のカソードが抵抗R10を介してトランジスタQ5のエミッタに接続される。トランジスタQ5のコレクタがトランジスタQ1のベース及びツェナーダイオードZD1のカソードの接続ノードに接続され、トランジスタQ5のベースが抵抗R11を介してグランド電位に接続される。また、ダイオードD2のアノードがトランジスタQ3のコレクタに接続され、ダイオードD2のアノードがトランジスタQ5のベースに接続されるとともに抵抗R12を介してトランジスタQ5のエミッタに接続される。さらに、ダイオードD2のアノードがコンデンサC3の一端に接続され、コンデンサC3の他端がグランド電位に接続される。
続いて、上記のような回路構成である、USBポート1の電源供給ピン11への電源供給に関連する部分の回路動作について説明する。
尚、USBポート1の電源供給ピン11への電源供給に関連する部分の各回路素子の回路定数は、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]以上になるとトランジスタQ2がオンになり、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が520[mA]以上になるとトランジスタQ3がオンになるように、設定されている。
また、トランジスタQ1及びツェナーダイオードZD1が直流安定化電源として機能している。
また、抵抗R1及びR2から成る並列回路と抵抗R3及びR4から成る並列回路はそれぞれ、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流を検出する電流検出回路として機能している。電流検出回路を直流安定化電源の出力側に設ける回路構成では、大電流が流れた場合に電流検出回路での電圧降下の影響によりUSBポートの電源供給ピンに供給する電圧を4.75〜5.25[V]の範囲に収めることが困難となり、各回路素子の回路定数の精度が要求されることになり、コストが増大してしまう。これに対して、本発明のように、電流検出回路を直流安定化電源の入力側に設ける回路構成では、大電流が流れた場合でも電流検出回路での電圧降下がUSBポート1の電源供給ピン11に供給する電圧に及ぼす影響が小さくなり、USBポート1の電源供給ピン11に供給する電圧を4.75〜5.25[V]の範囲に収めることが容易になり、各回路素子の回路定数の精度がさほど要求されないので、低コスト化を図ることができる。
まず、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]未満の場合について説明する。
USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]未満の場合、抵抗R3及びR4から成る並列回路での電圧降下がトランジスタQ2のベース・エミッタ間閾値電圧よりも小さいため、トランジスタQ2がオフになり、抵抗R3の一端及び抵抗R4の一端とトランジスタQ1のエミッタとの間をバイパスするバイパス経路がトランジスタQ2により遮断される。
また、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]未満の場合、抵抗R1及びR2から成る並列回路での電圧降下がトランジスタQ3のベース・エミッタ間閾値電圧よりも小さいため、トランジスタQ3がオフになる。
トランジスタQ3のオフに伴って、トランジスタQ5がオンになり、ツェナーダイオードZD1がオン状態になり、トランジスタQ1がオンになり、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間電圧によって降圧され4.75〜5.25[V]の範囲に安定化された電圧がUSBポート1の電源供給ピン11に供給される。
したがって、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]未満の場合における、USBポート1の電源供給ピン11への電源供給に関連する部分の等価回路は、図2のようになる。
次に、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]以上520[mA]未満の場合について説明する。
USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]以上520[mA]未満の場合、抵抗R3及びR4から成る並列回路での電圧降下がトランジスタQ2のベース・エミッタ間閾値電圧以上であるため、トランジスタQ2がオンになり、抵抗R3の一端及び抵抗R4の一端とトランジスタQ1のエミッタとの間をバイパスするバイパス経路が導通する。
当該バイパス経路が導通することにより、トランジスタQ1で発生するコレクタ・エミッタ間飽和電圧による電圧降下を軽減することができる。これにより、トランジスタQ1における発熱を抑制することができるので、トランジスタQ1の近傍に放熱板を設けなくても済む。また、これにより、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間電圧による降圧量が大きく変動しないため、トランジスタQ1のベース電圧を細かく制御しなくても済み、本実施形態のように、ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧による制御が可能となる。
尚、上記バイパス経路並びに上記バイパス経路上のトランジスタQ2及び抵抗R5を廃止することも可能であるが、かかる廃止を実施する場合には必要に応じて、トランジスタQ1の近傍に放熱板を設ける対策や、ツェナーダイオードZD1をシャントレギュレータに代え、電源供給ピン11に供給される電圧を分圧して当該シャントレギュレータのリファレンス端子に供給する分圧回路を設ける対策を施すとよい。また、上記バイパス経路並びに上記バイパス経路上のトランジスタQ2及び抵抗R5を廃止しない場合でも必要に応じて、トランジスタQ1の近傍に放熱板を設ける構成や、ツェナーダイオードZD1をシャントレギュレータに代え、電源供給ピン11に供給される電圧を分圧して当該シャントレギュレータのリファレンス端子に供給する分圧回路を設ける構成を採用してもよい。
また、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]以上520[mA]未満の場合、抵抗R1及びR2から成る並列回路での電圧降下がトランジスタQ3のベース・エミッタ間閾値電圧よりも小さいため、トランジスタQ3がオフになる。
トランジスタQ3のオフに伴って、トランジスタQ5がオンになり、ツェナーダイオードZD1がオン状態になり、トランジスタQ1がオンになり、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間電圧によって降圧され4.75〜5.25[V]の範囲に安定化された電圧がUSBポート1の電源供給ピン11に供給される。
したがって、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が389[mA]以上520[mA]未満の場合における、USBポート1の電源供給ピン11への電源供給に関連する部分の等価回路は、図3のようになる。
最後に、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が520[mA]以上の場合について説明する。
USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が520[mA]未満から520[mA]以上に切り替わった直後は、トランジスタQ1及びQ2がオンであり、このとき、抵抗R1及びR2から成る並列回路での電圧降下がトランジスタQ3のベース・エミッタ間閾値電圧以上になるため、トランジスタQ3がオンになる。
トランジスタQ3のオンに伴って、トランジスタQ5がオフになり、ツェナーダイオードZD1がオフ状態になり、トランジスタQ1がオフになる。トランジスタQ1がオフになると、抵抗R1及びR2から成る並列回路に電流が流れなくなるが、トランジスタQ4がオンになることによりトランジスタQ3のオン状態が継続する。トランジスタQ4及び抵抗R7〜R9から成る回路が請求項に記載されている「制御部」の一例である。
したがって、USBポート1の電源供給ピン11に供給される電流が520[mA]以上の場合における、USBポート1の電源供給ピン11への電源供給に関連する部分の等価回路は、図4のようになり、USBポート1の電源供給ピン11に接続される電源供給ラインに対して過電流保護がかかっていることがわかる。そして、一旦過電流保護がかかれば、図1に示す本発明に係る液晶テレビをシャットオフしない限り、過電流保護から復帰しない。
また、図1及び図4から明らかなように、図1に示す本発明に係る液晶テレビでは、USBポート1の電源供給ピン11に接続される電源供給ラインの過電流保護をマイコン2のI/Oポートを用いることなく実現することができる。
昨今の電子機器はデジタル化が進み、ファームウェアへの依存が高まっているが、マイコンのI/Oポート数は有限である。このため、本発明のように、USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインの過電流保護をマイコンのI/Oポートを用いることなく実現することにより、過電流保護に用いなかったマイコンのI/Oポートを他の用途に有効活用できる意義は大きい。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。
1 USBポート
2 マイコン
3 負荷
4 リモコン受光部
5 操作キー
11 電源供給ピン
12 データ+ピン
13 データ−ピン
24 グランドピン
31 チューナ部
32 映像回路
33 音声回路
34 液晶表示部
35 スピーカ
C1〜C3 コンデンサ
D1、D2 ダイオード
Q1〜Q5 トランジスタ
R1〜R12 抵抗
ZD1 ツェナーダイオード
2 マイコン
3 負荷
4 リモコン受光部
5 操作キー
11 電源供給ピン
12 データ+ピン
13 データ−ピン
24 グランドピン
31 チューナ部
32 映像回路
33 音声回路
34 液晶表示部
35 スピーカ
C1〜C3 コンデンサ
D1、D2 ダイオード
Q1〜Q5 トランジスタ
R1〜R12 抵抗
ZD1 ツェナーダイオード
Claims (4)
- USBポートと、
前記USBポートの電源供給ピンに電圧を供給する直流安定化電源と、
前記直流安定化電源の入力側に設けられ、前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部から出力される電圧が所定の過電流基準値以上になると、オンになる第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのオンに伴ってオフになる第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタが一旦オンになった後に前記電流検出部から出力される電圧が前記過電流基準値未満になっても前記第1のトランジスタのオン状態を維持するように、前記第1のトランジスタを制御する制御部とを備え、
前記第2のトランジスタがオフであるときは前記直流安定化電源の動作が停止することを特徴とする電子機器。 - 直流安定化電源の入力側と出力側とをバイパスするバイパス経路を備え、
前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流が所定値未満のときは前記バイパス経路が遮断し、
前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流が前記所定値以上のときは前記バイパス経路が導通し、
前記所定値が、前記USBポートの電源供給ピンに接続される電源供給ラインを流れる電流の過電流よりも小さい請求項1に記載の電子機器。 - 前記バイパス経路が、前記バイパス経路が遮断/導通を切り替えるための第3のトランジスタを有する請求項3に記載の電子機器。
- 前記直流安定化電源が、出力トランジスタと、前記出力トランジスタのベースに接続されるツェナーダイオードとを有し、前記出力トランジスタの周辺に放熱板を設けない請求項2又は請求項3に記載の電子機器。
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