JP2016140211A - 給電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】コスト及び消費電力を低減すること。
【解決手段】実施の形態に係る給電システムは、USBコネクタ8を備え、当該USBコネクタ8を介して電源回路5から給電動作を行う。給電装置1は、複数の電源電圧を出力する電源回路5の第1電源ラインVBUSと、複数の電源電圧に対応する降伏電圧をそれぞれ有する複数の定電圧ダイオードT1、T2、T3と、電源回路5から出力される電源電圧として複数の電源電圧から一つの電源電圧を選択し、選択された電源電圧に応じて、複数の定電圧ダイオードT1、T2、T3から第1電源ラインVBUSに接続される定電圧ダイオードを選択する制御回路6とを備える。
【選択図】図2
【解決手段】実施の形態に係る給電システムは、USBコネクタ8を備え、当該USBコネクタ8を介して電源回路5から給電動作を行う。給電装置1は、複数の電源電圧を出力する電源回路5の第1電源ラインVBUSと、複数の電源電圧に対応する降伏電圧をそれぞれ有する複数の定電圧ダイオードT1、T2、T3と、電源回路5から出力される電源電圧として複数の電源電圧から一つの電源電圧を選択し、選択された電源電圧に応じて、複数の定電圧ダイオードT1、T2、T3から第1電源ラインVBUSに接続される定電圧ダイオードを選択する制御回路6とを備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、給電システムに関し、例えば、充電電圧を選択可能な給電システムに関する。
従来から、定電圧ダイオードを使用し、電源ラインに発生したサージ電圧を減衰させる技術が知られている。特許文献1では、電源ラインとGNDラインとの間に所定の降伏電圧値を有する定電圧ダイオードが設けられている。降伏電圧を超えるパルス状のサージ電圧が定電圧ダイオードのカソードに印加されると、定電圧ダイオードが導通してインピーダンスが低下し、サージ電圧の最大値が降伏電圧値以下に抑えられる。
近年、パーソナルコンピュータをはじめとした多くの電子機器は、USB(Universal Serial Bus)インターフェースを備えている。スマートフォンやタブレット端末等のUSBデバイスは、USBインターフェースを介して電子機器と接続され、データ通信を行うことができる。
また、USBデバイスは、USBインターフェースを介して電子機器から電力の供給を受けることができる。このため、USBデバイスのバッテリーを、USBインターフェースを介して供給される電力を用いて充電することができる。USBパワーデリバリー規格に対応した電子機器では、接続されるUSBデバイスに応じて、5V、12V、20Vの電源電圧を選択可能である。
USBパワーデリバリー規格では、複数の電源電圧が選択的に同一の電源ラインに供給される。USBパワーデリバリー規格の導入に伴い、USBインターフェースに出力する電源電圧を可変とすることができるようになり、電源電圧のサポート範囲に応じて、効果的にサージ電圧への対策をとる必要が生じてきた。
特許文献1に記載の技術では、単一の定電圧ダイオードのみが設けられている。定電圧ダイオードの降伏電圧は一意に決まっている。したがって、電源電圧とサージ許容電圧とに対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードが使用される。
USBパワーデリバリー規格に対応する電子機器におけるサージ電圧の対策として、特許文献1のように単一の定電圧ダイオードを使用する場合、サポートする最大電源電圧とサージ許容電圧とに対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードを使用する必要がある。しかしながら、サポートする最少電源電圧が選択される場合、定電圧ダイオードにより抑制された後のサージ電圧の値が大きくなるという問題がある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、給電システムは、USBインターフェースを備え、当該USBインターフェースを介して電源回路から給電動作を行う給電システムであって、複数の電源電圧を出力する前記電源回路の第1電源ラインと、前記複数の電源電圧に対応する降伏電圧をそれぞれ有する複数の定電圧ダイオードと、前記電源回路から出力される電源電圧として複数の前記電源電圧から一つの電源電圧を選択し、選択された電源電圧に応じて、前記複数の定電圧ダイオードから前記第1電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する制御回路とを備える。
前記一実施の形態によれば、電源ラインに異なる電源電圧を供給する給電システムにおいて、サージ電圧を効果的に抑制することが可能となる。
以下、図面を参照しながら、好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項などについては、適宜、省略及び簡略化がなされている。
実施の形態は、USBパワーデリバリー規格に対応し、複数の電源電圧を選択可能な給電システムに関する。実施の形態に係る給電システムは、活線挿抜時に発生するサージ電圧を減衰させるサージ吸収回路を備える。
図1を参照して、実施の形態に係る給電システム100の概略構成について説明する。図1に示すように、実施の形態に係る給電システム100は、給電装置1、受電装置2、接続ケーブル3を備える。給電装置1は、接続ケーブル3を用いて受電装置2と接続されている。給電装置1は、USBデバイスである受電装置2に電力を供給する。
なお、ここでは、給電装置1と受電装置2とが接続ケーブル3を用いて接続される例を示したが、給電装置1のUSB端子と受電装置2のUSB端子とが直接接続されるように構成することも可能である。給電装置1と受電装置2とは、接続ケーブル3の第1電源ラインVBUS、第2電源ラインGND及び信号ライン(Data lines)を介して接続される。
給電装置1と受電装置2とは、負荷4以外の構成は同様であるため、重複した説明を適宜省略する。給電装置1は、電源回路5、制御回路6、サージ吸収回路7を備える。受電装置2は、給電装置1の構成に加えて、電力が供給される負荷4を備える。
電源回路5は、異なる複数の電源電圧を、第1電源ラインVBUSを用いて出力する。ここでは、電源回路5は、接続される受電装置2に応じて、5V、12V、20Vの電源電圧を選択可能であるものとする。電源回路5は、第1電源ラインVBUS、第2電源ラインGNDに接続されている。電源回路5と接続ケーブル3との間の第1電源ラインVBUS上には、DC結合用インダクタL1が設けられている。DC結合用インダクタL1は、第1電源ラインVBUSを伝搬する信号からDC成分のみを電源回路5へ伝搬させるために設けられている。
制御回路6は、電源回路5における電源電圧の設定及び後述するサージ吸収回路7の制御を行う。制御回路6は、AC結合用キャパシタC1を介して、第1電源ラインVBUSに接続されている。AC結合用キャパシタC1は、第1電源ラインVBUSを伝搬する信号からAC成分のみを制御回路6へ伝搬させるために設けられている。
制御回路6は、第1電源ラインVBUSを用いて供給される信号のAC成分(パワーデリバリー信号(以下、PD信号とする))に基づいて、複数の電源電圧のうちのいずれかを選択するための電源制御信号を生成する。電源制御信号は、電源回路5に供給される。また、制御回路6は、電源制御信号に基づいて、サージ吸収回路7を制御するためのSW制御信号を生成する。SW制御信号は、サージ吸収回路7に供給される。
サージ吸収回路7は、接続ケーブル3の挿抜時のサージ電圧の吸収を行う。サージ吸収回路7は、第1電源ラインVBUSと第2電源ラインGNDとの間に設けられている。実施の形態では、電源回路5で選択される異なる電源電圧それぞれに対応して、効果的にサージ電圧を抑制するためにサージ吸収回路7が設けられている。以下、サージ吸収回路7を含む給電システム100の詳細な構成例について説明する。以下の図において、図1と同一の構成要素には同一の符号を付している。
<実施の形態1>
図2は、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2に示すように、給電システム100は、給電装置1、受電装置2、接続ケーブル3を備える。上述したように、給電装置1と受電装置2とは、負荷4以外の構成は同一である。まず、給電装置1について説明する。
図2は、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2に示すように、給電システム100は、給電装置1、受電装置2、接続ケーブル3を備える。上述したように、給電装置1と受電装置2とは、負荷4以外の構成は同一である。まず、給電装置1について説明する。
給電装置1は、電源回路5、制御回路6、サージ吸収回路7、USBコネクタ8、USBコントローラ13を備えている。USBコネクタ8は、USBインターフェースである。USBコネクタ8に、接続ケーブル3が接続される。
接続ケーブル3は、USBケーブルプラグ11、USBケーブル12を有する。給電装置1、受電装置2のそれぞれのUSBコネクタ8に、接続ケーブル3のUSBケーブルプラグ11が挿入される。接続ケーブル3のUSBケーブルプラグ11間は、USBケーブル12で接続されている。USBケーブル12は、図1において説明した第1電源ラインVBUS、第2電源ラインGND、信号ラインを含む。接続ケーブル3は、給電装置1と受電装置2との間のUSBパワーデリバリー信号通信(PD信号通信)、電源供給、USBデータ通信を行う。
制御回路6は、USBパワーデリバリーコントローラ9、信号生成回路10を有する。制御回路6は、1チップで構成可能である。USBパワーデリバリーコントローラ9は、給電装置1と受電装置2との間でPD信号を用いて通信を行い、電源回路5から第1電源ラインVBUSに出力される電源電圧として、複数の電源電圧から一つの電源電圧を選択するための電源制御信号を生成する。電源制御信号は、電源回路5と信号生成回路10とに供給される。信号生成回路10は、電源制御信号に基づいて、サージ吸収回路7の制御を行うためのSW制御信号を生成する。
サージ吸収回路7は、第1定電圧ダイオードT1、第2定電圧ダイオードT2、第3定電圧ダイオードT3、第1スイッチM1、第2スイッチM2、第3スイッチM3を有する。第1〜第3スイッチM1〜M3は、例えば、FET(Field effect transistor)で形成されている。第1定電圧ダイオードT1のカソードは、第1スイッチM1を介して第1電源ラインVBUSに接続されている。第1定電圧ダイオードT1のアノードは、第2電源ラインGNDに接続されている。
第2定電圧ダイオードT2のカソードは、第2スイッチM2を介して第1電源ラインVBUSに接続されている。第2定電圧ダイオードT2のアノードは、第2電源ラインGNDに接続されている。また、第3定電圧ダイオードT3のカソードは、第3スイッチM3を介して第1電源ラインVBUSに接続されている。第3定電圧ダイオードT3のアノードは、第2電源ラインGNDに接続されている。すなわち、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3は、第1電源ラインVBUSと第2電源ラインGNDとの間に並列に接続されている。
第1定電圧ダイオードT1は、20Vの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を有している。すなわち、第1定電圧ダイオードT1は、電源電圧20Vとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第2定電圧ダイオードT2は、12Vの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を有している。すなわち、第2定電圧ダイオードT2は、電源電圧12Vとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第3定電圧ダイオードT3は、5Vの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を有している。すなわち、第3定電圧ダイオードT3は、電源電圧5Vとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。
第1〜第3スイッチM1〜M3は、信号生成回路10から供給されるSW制御信号により制御される。第1〜第3スイッチM1〜M3のいずれかが、SW制御信号に応じてオンとなる。すなわち、信号生成回路10は、電源制御信号により選択された電源電圧に応じて、第1電源ラインVBUSに接続する定電圧ダイオードとして、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3から一つ選択する。
第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3は、それぞれの対応する電源電圧が選択されたときにおいて、その降伏電圧を超えるサージ電圧が印加されたときに、サージ電圧の最大値をそれぞれの降伏電圧値に抑える機能を果たす。
USBコントローラ13は、給電装置1と受電装置2との間のUSBデータ通信を制御する。USBコントローラ13の下流側は、接続ケーブル3に接続されている。なお、USBコントローラ13の上流側は、図示しない上位の装置やバス等と接続されている。
次に、受電装置2について説明する。受電装置2は、給電装置1の構成に加えて、負荷4を備えている。負荷4は、電源回路5と第2電源ラインGNDに接続されている。
ここで、図2に示す給電システム100の動作について説明する。給電装置1と受電装置2とが接続ケーブル3により接続されると、まず、給電装置1では、電源回路5において既定の電源電圧5Vが選択される。給電装置1では、この電源電圧5Vが降圧され、3.3V電源電圧がUSBパワーデリバリーコントローラ9に供給される。
一方、受電装置2では、電源回路5に電源電圧5Vが供給され、この電源電圧5Vが降圧され、3.3V電源電圧がUSBパワーデリバリーコントローラ9に供給される。このとき、負荷4駆動用の電源電圧の生成は行われず、負荷4には電源電圧の供給はなされない。
給電装置1及び受電装置2の各信号生成回路10は、まず、5Vの電源電圧に対応した降伏電圧特性を有する第3定電圧ダイオードT3をオンとするSW制御信号を生成する。これにより、接続ケーブル3の挿入時において発生するサージ電圧を抑制することが可能となる。
USBパワーデリバリーコントローラ9が立ち上がると、給電装置1、受電装置2のそれぞれのUSBパワーデリバリーコントローラ9は、第1電源ラインVBUSを利用して、PD信号通信(FSK(Frequency Shift Keying)通信)を行う。給電装置1側のUSBパワーデリバリーコントローラ9は、PD信号に基づいて、電源電圧を選択する電源制御信号を生成する。これにより、給電装置1から受電装置2へ供給される電源電圧が決定される。
給電装置1側の電源回路5は、USBパワーデリバリーコントローラ9から出力された電源制御信号に応じて電源電圧を変更し、受電装置2へ出力する。同時に、電源制御信号は、信号生成回路10に供給される。信号生成回路10は、電源制御信号に応じて、サージ吸収回路7を制御するSW制御信号を生成する。第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3を選択するSW制御信号は、電源制御信号と略等価な論理信号として信号生成回路10にて簡単に生成可能である。
一方、受電装置2では、給電装置1から入力される電源電圧を用い、第1電源ラインVBUSを介して負荷4へ電力を供給する。このとき、受電装置2側の電源回路5は、負荷4駆動用の電源電圧の生成は行わない。ただし、受電装置2側の電源回路5は、受電装置2側のUSBパワーデリバリーコントローラ9へ供給するために3.3V電源電圧の生成を継続する。
また、受電装置2側のUSBパワーデリバリーコントローラ9においても、PD信号に基づいて電源制御信号が生成されている。受電装置2の信号生成回路10は、当該電源制御信号に応じて、受電装置2側のサージ吸収回路7を制御するSW制御信号を生成する。
給電装置1、受電装置2のサージ吸収回路7の第1〜第3スイッチM1〜M3は、それぞれの信号生成回路10から入力されるSW制御信号によりオン/オフ制御される。これにより、選択された電源電圧に適した第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3のうちの一つが選択される。
例えば、20Vの電源電圧が選択された場合、第1スイッチM1がオン、第2スイッチM2がオフ、第3スイッチM3がオフとなる。これにより、電源電圧20Vに適した降伏電圧特性を有する第1定電圧ダイオードT1が有効となる。
同様に、12Vの電源電圧が選択された場合、第1スイッチM1がオフ、第2スイッチM2がオン、第3スイッチM3がオフとなる。これにより、電源電圧12Vに適した降伏電圧特性を有する第2定電圧ダイオードT2が有効となる。
さらに、5Vの電源電圧が選択された場合、第1スイッチM1がオフ、第2スイッチM2がオフ、第3スイッチM3がオンとなる。これにより、電源電圧5Vに適した降伏電圧特性を有する第3定電圧ダイオードT3が有効となる。このように、実施の形態1に係る給電システムでは、USBパワーデリバリーコントローラ9が生成する、電源回路5の電源電圧(20V、12V、5V)を制御するための電源制御信号を用いて、電源電圧設定に適した降伏電圧特性を有する定電圧ダイオードを選択することが可能となる。
ここで、図9を参照して、上述したUSBパワーデリバリー規格に対応した給電システムにおいて、一つの定電圧ダイオードのみをサージ吸収回路として設けた比較例について説明する。電源回路5は、5V、12V、20Vの電源電圧を選択可能である。図9に示すように、第1電源ラインVBUSと第2電源ラインGNDとの間には、第4定電圧ダイオードT4が設けられている。
上述したように、USBパワーデリバリー規格に対応する電子機器におけるサージ電圧の対策として、単一の定電圧ダイオードを使用する場合、サポートする最大電源電圧とサージ許容電圧とに対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードを使用する必要がある。
図9に示す比較例では、第4定電圧ダイオードT4は、20Vの電源電圧及びサージ許容電圧の和に対応した降伏電圧特性を有する。図10A、10Bに、図9の比較例におけるサージ電圧の波形を示す。第4定電圧ダイオードT4の降伏電圧をT4閾値とする。図10Aは、電源電圧として20Vが選択された場合であり、図10Bは、電源電圧として5Vが選択された場合である。
図10Aに示すように、電源電圧20Vの場合、T4閾値に電位がクランプされ、サージ電圧が抑制されている。一方、図10Bに示すように、電源電圧5Vの場合でも同様にT4閾値に電位がクランプされるが、T4閾値は20Vの電源電圧対策用に設定されたものであるため、サージ電圧の抑制効果が低くなり、サージ電圧の値が大きくなってしまう。このサージ電圧は、図9に示すUSBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号が入力される端子にAC結合で伝搬する。このため、USBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号の入力端子に接続される回路の破壊につながる恐れがある。
これに対して、図3A〜3Cに、実施の形態1に係る給電システム100におけるサージ電圧の波形を示す。図3Aは電源電圧として20Vが選択された場合であり、図3Bは電源電圧として12Vが選択された場合であり、図3Cは電源電圧として5Vが選択された場合である。第1定電圧ダイオードT1の降伏電圧をT1閾値とし、第2定電圧ダイオードT2の降伏電圧を第2定電圧ダイオードT2閾値とし、第3定電圧ダイオードT3の降伏電圧をT3閾値とする。
実施の形態では、電源電圧20V、12V、5Vの選択に応じて、適切な降伏電圧特性を有する定電圧ダイオードが選択される。このため、20V、12V、5Vのいずれの電源電圧が選択された場合でも、通常動作時に第1電源ラインVBUSから不要に電流を引き抜く動作とはならない。
また、選択される定電圧ダイオードは、それぞれの電源電圧に対して適した降伏電圧特性となっている。このため、図3A〜3Cに示すように、いずれの電源電圧が選択された場合でも、活線挿抜時のサージ電圧を効果的に抑制することができる。従って、図9に示した比較例と異なり、低い電源電圧が選択された場合にサージ電圧の値が大きくなるという問題を回避することができる。これにより、サージ吸収回路7で抑制されたサージ電圧が、USBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号の入力端子に伝搬したとしても、当該入力端子に接続される回路の破壊を回避することが可能となる。
なお、USBデータ通信は、給電装置1及び受電装置2のUSBコントローラ13間で行われるが、USBパワーデリバリーコントローラ9によるPD信号通信とは独立して行われる。このため、実施の形態に係る発明は、USBデータ通信を行わず、電力供給のみを行う給電システムにおいても適用可能である。図4に、実施の形態1に係る給電システムの他の構成を示す。図4に示すように、給電装置1、受電装置2がUSBコントローラ13を備えず、データ通信を行わない構成をとることも可能である。
例えば、コンセントから電源を得るUSB充電器においても、実施の形態に係る給電システムを適用することが可能である。コンセントに挿入するアダプタ側に、電源電圧を選択可能な制御回路6、サージ吸収回路7等を有する給電装置1を設け、給電装置1に受電装置2を接続する構成とすることにより、実施の形態に係る給電システムを適用したUSB充電器を実現可能である。
<実施の形態2>
図5を参照して、実施の形態2に係る給電システム200の構成について説明する。以下、実施の形態1と同様の構成については記載を省略し、実施の形態1と異なる内容を記載する。給電システム200では、給電装置1、受電装置2は、それぞれ実施の形態1の構成に加え、第4スイッチM4、インバータ素子14、接続検出部15を有する。
図5を参照して、実施の形態2に係る給電システム200の構成について説明する。以下、実施の形態1と同様の構成については記載を省略し、実施の形態1と異なる内容を記載する。給電システム200では、給電装置1、受電装置2は、それぞれ実施の形態1の構成に加え、第4スイッチM4、インバータ素子14、接続検出部15を有する。
USBコネクタには、USBケーブルプラグが挿入されたことを検出できる機能を備えたコネクタが存在する。実施の形態2では、この機能を備えたUSBコネクタを採用する。図5に示すように、給電装置1、受電装置2のUSBコネクタ8は、USBケーブルプラグ11が挿入されたことを検出する接続検出部15を有している。
接続検出部15は、USBケーブルプラグ11が挿入されたか否かを検出し、この検出信号であるID信号を出力する。接続検出部15は、接続ケーブル3の挿抜時にハイレベルのID信号を出力し、接続ケーブル3が安定して接続されている状態ではローレベルのID信号を出力する。
AC結合用キャパシタC1と第1電源ラインVBUSとの間には、第4スイッチM4が設けられている。第4スイッチM4は、FETにより形成されている。第4スイッチM4のゲートには、インバータ素子14の出力端子が接続されている。インバータ素子14の入力端子には、ID信号が入力される。第4スイッチM4は、ID信号に応じてUSBパワーデリバリーコントローラ9が第1電源ラインVBUSと接続される状態と、切断される状態との切り替えを行う。
信号生成回路10には、電源制御信号に加えて、ID信号が入力される。信号生成回路10は、電源制御信号及びID信号に基づいて、サージ吸収回路7を制御する。信号生成回路10は、電源制御信号に応じて、選択される電源電圧に適した定電圧ダイオードを選択する他に、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3すべてを第1電源ラインVBUSから切断する信号を生成可能である。
ここで、実施の形態2に係る給電システム200の動作について説明する。接続ケーブル3の挿入時は、ID信号はハイレベルとなる。ID信号はインバータ素子14により反転され、第4スイッチM4がオフとなる。これにより、USBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号の入力端子は、第1電源ラインVBUSから切り離される。
上述したように、給電装置1及び受電装置2が接続ケーブル3により接続されると、給電装置1、受電装置2では、既定の電源電圧5Vが選択される。従って、まず、給電装置1、受電装置2それぞれの信号生成回路10は、5Vの電源電圧に対応した降伏電圧特性を有する第3定電圧ダイオードT3をオンとするSW制御信号を生成する。これにより、接続ケーブル3の挿入時において発生するサージ電圧を適切に抑制することが可能となる。
そして、接続ケーブル3が安定的に接続されている状態では、ID信号はローレベルとなる。ID信号は、インバータ素子14にて反転され、第4スイッチM4がオンとなる。これにより、第1電源ラインVBUSとUSBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号の入力端子とが接続され、PD信号通信が可能な状態となる。給電装置1、受電装置2それぞれのUSBパワーデリバリーコントローラ9は、入力されるPD信号に応じて、電源制御信号を生成する。また、このとき、信号生成回路10は、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3すべてを第1電源ラインVBUSから切断する。
接続ケーブル3の抜去時は、ID信号はハイレベルとなる。ID信号は、インバータ素子14にて反転され、第4スイッチM4がオフとなる。これにより、USBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号の入力端子は、第1電源ラインVBUSから切り離される。このとき、給電装置1、受電装置2それぞれの信号生成回路10は、選択されている電源電圧に応じて第1定電圧ダイオードT1から第3定電圧ダイオードT3のいずれか一つを選択する。これにより、接続ケーブル3の抜去時において発生するサージ電圧を、選択される電源電圧に応じて適切に抑制することが可能となる。
上述したように、実施の形態2では、接続検出部15からのID信号に基づき、USBパワーデリバリーコントローラ9が第1電源ラインVBUSに接続される状態と、定電圧ダイオードのいずれかが前第1電源ラインVBUSに接続される状態とが切り替えられる。このため、接続ケーブル3の挿抜時には、定電圧ダイオードが有効となり、USBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号入力端子は、第1電源ラインVBUSから切り離されている。
図6A〜6Cに、実施の形態2に係る給電システムにおける、接続ケーブル3の抜去時のサージ電圧の波形を示すグラフである。図6Aは電源電圧として20Vが選択された場合であり、図6Bは電源電圧として12Vが選択された場合であり、図6Cは電源電圧として5Vが選択された場合である。第1定電圧ダイオードT1の降伏電圧をT11閾値とし、第2定電圧ダイオードT2の降伏電圧を第2定電圧ダイオードT21閾値とし、第3定電圧ダイオードT3の降伏電圧をT31閾値とする。
実施の形態2では、図6A〜6Cに示すように、いずれの電源電圧が選択された場合でも、活線挿抜時のサージ電圧を効果的に抑制することができる。また、接続ケーブル3の挿抜時には、USBパワーデリバリーコントローラ9が第1電源ラインVBUSから切り離されている。このため、接続ケーブル3の挿抜時には、第1電源ラインVBUSを経由したPD信号通信は行われない。
このため、実施の形態1よりも、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3のそれぞれの降伏電圧の値が低いものを用いることが可能となる。すなわち、T1閾値よりもT11閾値の方が低く、T2閾値よりもT21閾値の方が低く、T3閾値よりもT31閾値の方が低い。これにより、実施の形態1よりもさらにサージ電圧を低く抑えることが可能となる。
また、接続ケーブル3が安定的に接続されている状態では、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3はすべて第1電源ラインVBUSから切り離されている。このため、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3のUSBパワーデリバリーコントローラ9が第1電源ラインVBUS経由で行うPD信号通信(FSK通信)に対する影響を小さくすることが可能となる。
<実施の形態3>
図7を参照して、実施の形態3に係る給電システム300の構成について説明する。以下、実施の形態1と同様の内容については記載を省略し、実施の形態1と異なる内容を記載する。
図7を参照して、実施の形態3に係る給電システム300の構成について説明する。以下、実施の形態1と同様の内容については記載を省略し、実施の形態1と異なる内容を記載する。
USBコネクタには、USBケーブルプラグが挿入されたことを検出できる機能に加え、給電装置1と受電装置2とを判別する機能を有するものがある。実施の形態3では、このような機能を備えたUSBコネクタを採用する。
図7に示すように、USBコネクタ8は、CC(Control Channel)端子を備えている。給電装置1側のUSBコネクタ8のCC端子には、プルアップ抵抗R1が接続されている。受電装置2のCC端子には、プルダウン抵抗R2が接続されている。給電装置1、受電装置2は、さらにコンパレータ16を有する。
給電装置1と受電装置2とが接続されていない場合、給電装置1におけるCC端子はハイレベル、受電装置2におけるCC端子はローレベルである。給電装置1と受電装置2とが接続されると、それぞれのCC端子は、抵抗分圧により中間レベルとなる。コンパレータ16は、入力されるCC端子レベルを基準信号Vrefと比較することにより、中間レベルの信号を検出することができる。
コンパレータ16により検出された信号は、実施の形態2のID信号と類似した役割を果たす信号として使用することができる。これにより、USBパワーデリバリーコントローラ9が第1電源ラインVBUSに接続される状態と、定電圧ダイオードのいずれかが前第1電源ラインVBUSに接続される状態とが切り替えることが可能となる。これにより、実施の形態1よりもさらにサージ電圧を低く抑えることが可能となる。また、第1〜第3定電圧ダイオードT1〜T3のUSBパワーデリバリーコントローラ9が第1電源ラインVBUS経由で行うPD信号通信に対する影響を小さくすることが可能となる。
<他の実施の形態>
上述の実施の形態では、図8Aに示すように、サージ吸収回路7の第1定電圧ダイオードT1、第2定電圧ダイオードT2、第3定電圧ダイオードT3は、第1電源ラインVBUS、第2電源ラインGND間に並列に接続されている。
上述の実施の形態では、図8Aに示すように、サージ吸収回路7の第1定電圧ダイオードT1、第2定電圧ダイオードT2、第3定電圧ダイオードT3は、第1電源ラインVBUS、第2電源ラインGND間に並列に接続されている。
上述の実施の形態において、サージ吸収回路7の代わりに、図8Bに示すサージ吸収回路7aを用いることができる。図8Bに示すように、サージ吸収回路7aは、直列に接続された第5定電圧ダイオードT5、第6定電圧ダイオードT6、第7定電圧ダイオードT7を有する。
第5定電圧ダイオードT5は、5Vの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を持つ。すなわち、第5定電圧ダイオードT5は、電源電圧5Vとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第6定電圧ダイオードT6は7V電源電圧に対して適した降伏電圧特性を持つ。すなわち、第6定電圧ダイオードT6は、電源電圧7Vとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。
第7定電圧ダイオードT7は、8V電源電圧に対して適した降伏電圧特性を持つ。すなわち、第7定電圧ダイオードT7は、電源電圧8Vとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第5定電圧ダイオードT5、第6定電圧ダイオードT6、第7定電圧ダイオードT7にはそれぞれ並列に、第5スイッチM5、第6スイッチM6、第7スイッチM7が接続されている。
信号生成回路10から入力されるSW制御信号に応じて、第5スイッチM5、第6スイッチM6、第7スイッチM7が制御され、選択される宣言電圧に適した第5定電圧ダイオードT5、第6定電圧ダイオードT6、第7定電圧ダイオードT7が選択される。
20Vの電源電圧が選択された場合、第5スイッチM5がオフ、第6スイッチM6がオフ、第7スイッチM7がオフとなる。これにより、電源電圧20Vに適した降伏電圧特性を持つ定電圧ダイオード接続となる。
また、12Vの電源電圧が選択された場合、第5スイッチM5がオフ、第6スイッチM6がオフ、第7スイッチM7がオンとなる。これにより、電源電圧12Vに適した降伏電圧特性を持つ定電圧ダイオード接続となる。
さらに、5Vの電源電圧が選択された場合、第5スイッチM5がオフ、第6スイッチM6がオン、第7スイッチM7がオンとなる。これにより、電源電圧5Vに適した降伏電圧特性を持つ定電圧ダイオード接続となる。
したがって、サージ吸収回路7aを用いた場合でも、電源電圧20V、12V、5Vの選択に応じて、適切な降伏電圧特性を有する定電圧ダイオードが選択される。このため、通常動作時に第1電源ラインVBUSから不要に電流を引き抜く動作とはならない。また、いずれの電源電圧が選択された場合でも、活線挿抜時のサージ電圧を効果的に抑制することができ、USBパワーデリバリーコントローラ9のPD信号の入力端子の破壊を回避することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
1 給電装置
2 受電装置
3 接続ケーブル
4 負荷
5 電源回路
6 制御回路
7 サージ吸収回路
8 USBコネクタ
9 USBパワーデリバリーコントローラ
10 信号生成回路
11 USBケーブルプラグ
12 USBケーブル
13 USBコントローラ
14 インバータ素子
15 接続検出部
16 コンパレータ
100 給電システム
200 給電システム
300 給電システム
T1 第1定電圧ダイオード
T2 第2定電圧ダイオード
T3 第3定電圧ダイオード
T4 第4定電圧ダイオード
T5 第5定電圧ダイオード
T6 第6定電圧ダイオード
T7 第7定電圧ダイオード
M1 第1スイッチ
M2 第2スイッチ
M3 第3スイッチ
M4 第4スイッチ
M5 第5スイッチ
M6 第6スイッチ
M7 第7スイッチ
C1 AC結合用キャパシタ
L1 DC結合用インダクタ
R1 プルアップ抵抗
R2 プルダウン抵抗
VBUS 第1電源ライン
GND 第2電源ライン
2 受電装置
3 接続ケーブル
4 負荷
5 電源回路
6 制御回路
7 サージ吸収回路
8 USBコネクタ
9 USBパワーデリバリーコントローラ
10 信号生成回路
11 USBケーブルプラグ
12 USBケーブル
13 USBコントローラ
14 インバータ素子
15 接続検出部
16 コンパレータ
100 給電システム
200 給電システム
300 給電システム
T1 第1定電圧ダイオード
T2 第2定電圧ダイオード
T3 第3定電圧ダイオード
T4 第4定電圧ダイオード
T5 第5定電圧ダイオード
T6 第6定電圧ダイオード
T7 第7定電圧ダイオード
M1 第1スイッチ
M2 第2スイッチ
M3 第3スイッチ
M4 第4スイッチ
M5 第5スイッチ
M6 第6スイッチ
M7 第7スイッチ
C1 AC結合用キャパシタ
L1 DC結合用インダクタ
R1 プルアップ抵抗
R2 プルダウン抵抗
VBUS 第1電源ライン
GND 第2電源ライン
Claims (7)
- USBインターフェースを備え、当該USBインターフェースを介して電源回路から給電動作を行う給電システムであって、
複数の電源電圧を出力する前記電源回路の第1電源ラインと、
前記複数の電源電圧に対応する降伏電圧をそれぞれ有する複数の定電圧ダイオードと、
前記電源回路から出力される電源電圧として複数の前記電源電圧から一つの電源電圧を選択し、選択された電源電圧に応じて、前記複数の定電圧ダイオードから前記第1電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する制御回路と、
を備える給電システム。 - 前記制御回路は、前記第1電源ラインを用いて、前記USBインターフェースに接続されたUSBデバイスに応じて前記複数の電源電圧から一つの電源電圧を選択するための、パワーデリバリー信号通信を行う、
請求項1に記載の給電システム。 - 前記USBインターフェースにUSBデバイスが接続されたか否かを検出する接続検出部をさらに備え、
前記接続検出部からの検出信号に基づき、前記制御回路が前記第1電源ラインに接続される状態と、前記定電圧ダイオードが前記第1電源ラインに接続される状態とが切り替えられる、
請求項1に記載の給電システム。 - 前記USBインターフェースへの前記USBデバイスの挿抜時に、前記定電圧ダイオードが前記第1電源ラインに接続され、
前記USBインターフェースに前記USBデバイスが接続されている時に、前記制御回路が前記第1電源ラインに接続される、
請求項3に記載の給電システム。 - 前記USBインターフェースに前記USBデバイスが挿入されるとき、複数の前記電源電圧のうち最小の電源電圧に対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードが前記第1電源ラインに接続され、
前記USBインターフェースから前記USBデバイスが抜去されるとき、前記USBデバイスに応じて選択された前記電源電圧に対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードが前記第1電源ラインに接続される、
請求項3に記載の給電システム。 - 複数の前記定電圧ダイオードは、前記第1電源ラインと第2電源ラインとの間にそれぞれスイッチを介して並列に接続されており、
前記制御回路は、前記スイッチを制御することにより、前記第1電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する、
請求項1に記載の給電システム。 - 複数の前記定電圧ダイオードは、前記第1電源ラインと第2電源ラインとの間に直列に接続されており、
複数の前記定電圧ダイオードにそれぞれ並列に接続された複数のスイッチを備え、
前記制御回路は、前記スイッチを制御することにより、前記第1電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する、
請求項1に記載の給電システム。
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