JP5369415B2

JP5369415B2 - スピーカ装置

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Publication number: JP5369415B2
Application number: JP2007251923A
Authority: JP
Inventors: 治雄梶田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009086724A

Description

この発明は、少ない電力供給量でありながらも瞬間的に大きな電力消費を行うことができる電子機器に関する。

従来、携帯用のＵＳＢ機器はバスパワーにより駆動するものが知られている。しかし、ＵＳＢバスパワーは１００ｍＡ（最大でも５００ｍＡ程度）の電流しか供給できず、大電流を消費するＵＳＢ機器はＡＣアダプタを接続することが一般的である。

そこで、例えば特許文献１では、ＤＣコネクタとＵＳＢコネクタとの変換ケーブルを用いて２本のＵＳＢケーブルから電源供給をうけるものが開示されている。
特開２００５−１４１７３２号公報

しかし、特許文献１の電源供給法は、ＵＳＢの規格内の使用ではなく、安定した動作を保証できるものではなかった。また、パワーアンプ等のように、瞬間的に数Ａ程度の電流が必要となる機器においては、依然として供給量が不足していた。

そこで、この発明は、電流供給量を確保しながらも安定した動作を実現するスピーカ装置を提供することを目的とする。

この発明のスピーカ装置は、それぞれ異なる電流量の供給を受ける複数の電源入力部と、前記複数の電源入力部から入力される電流を、それぞれ異なる出力値で制限して出力する複数の電流制限回路と、前記複数の電流制限回路の各々の出力端に接続され、音声信号を増幅するメイン駆動回路と、前記複数の電流制限回路の各々の出力端と前記メイン駆動回路との接続点に接続される蓄電回路と、を備え、前記複数の電源入力部のいずれか一つから電流供給を受けたときは当該電源入力部に対応する電流制限回路から前記メイン駆動回路および前記蓄電回路に電流が供給され音声信号を増幅し、複数の前記電源入力部から電流供給を受けたときはそれぞれ対応する電流制限回路の出力電流が加算されて前記メイン駆動回路および前記蓄電回路に供給され音声信号を増幅し、前記メイン駆動回路は、前記複数の電流制限回路の出力電流が加算された電流よりも前記メイン駆動回路の消費電流が大きいとき、前記蓄電回路および前記複数の電流制限回路から電流の供給を受けることを特徴とする。

この構成では、異なる電流量の供給を受ける電源入力部を複数備えている。これらの電源入力部から入力された電流を電流制限回路で制限してメイン駆動回路（例えばパワーアンプ）に出力する。電流制限回路は、電源入力部から受ける電流量によって制限値が異なる。電流制限回路とメイン駆動回路の間には蓄電回路（コンデンサ）が接続されており、電力が蓄えられる。メイン駆動回路が電流制限回路の出力電流値以上の電力を消費すると蓄電回路から電流が供給される。ここで、電源入力部からの電流供給態様に基づいて、電源入力部と電流制限回路との接続形態を切り替える。例えば、大電流の供給を受ける場合は出力値の大きい電流制限回路にこの電源入力部を接続し、メイン駆動回路および蓄電回路に大きい電流を供給する。一方で小電流の供給を受ける場合は出力値の小さい電流制限回路にこの電源入力部を接続し、メイン駆動回路および蓄電回路に小さい電流を供給する。これにより安定した駆動を実現する。

また、この発明は、さらに、前記複数の電源入力部は、ホスト装置から電力供給を受けるバスパワー用電源入力部と、ＡＣアダプタから電力供給を受けるセルフパワー用電源入力部と、からなり、前記バスパワー用電源入力部は、前記複数の電流制限回路のうち小電流の出力値を有する電流制限回路に当該バスパワー用電源入力部を接続され、前記セルフパワー用電源入力部は、前記複数の電流制限回路のうち大電流の出力値を有する電流制限回路に当該セルフパワー用電源入力部を接続されることを特徴とする。

この構成では、ホスト装置からのバスパワーとＡＣアダプタによるセルフパワーとを切り替えて駆動する。バスパワー駆動の場合は出力値の小さい電流制限回路にバスパワー用電源入力部を接続し、メイン駆動回路および蓄電回路に小さい電流を供給する。セルフパワー駆動の場合は出力値の大きい電流制限回路にセルフパワー用電源入力部を接続し、メイン駆動回路および蓄電回路に大きい電流を供給する。なお、ホスト装置とＡＣアダプタの両方から電流供給を受ける場合はさらに大きい電流を供給することもできる。

また、この発明は、さらに、前記バスパワー用電源入力部は、ＵＳＢインタフェースからなり、前記制御部は、前記ホスト装置とネゴシエーションが成立した場合に、前記小電流の出力値を有する電流制限回路に前記バスパワー用電源入力部を接続する制御部を備えたことを特徴とする。

この構成では、ホスト装置とＵＳＢインタフェースで接続し、ネゴシエーションが成立した場合にバスパワー駆動を行う。ネゴシエーションできなかった場合は電源をオフすればよい。

また、この発明は、さらに、前記蓄電回路は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする。

この発明によれば、電流供給量を確保しながらも安定した動作を実現することができる。

以下、本実施形態に係る電子機器について説明する。この実施形態の電子機器は、携帯用のスピーカ装置であり、ＵＳＢ接続によるバスパワー、ＡＣアダプタ接続によるセルフパワー、またはバスパワーとセルフパワーの両方により駆動するものである。

図１は、本実施形態に係るスピーカ装置の電源回路構成を示すブロック図である。同図に示すように、スピーカ装置１は、ＵＳＢ電源入力回路１１、ＡＣアダプタ電源入力回路１２、レギュレータ（ＬＤＯ）１３、スイッチ（ＨＳＳＷ）１４、スイッチ（ＳＷ）１５、スイッチ（ＳＷ）１６、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ−ＤＣ）１７、レギュレータ（ＬＤＯ）１８、電流制限回路１９、電流制限回路２０、ＣＰＵ２１、デジタル回路２２、アナログ回路２３、パワーアンプ２４、およびコンデンサ２５を備えている。

ＣＰＵ２１は、スピーカ装置１を統括的に制御する制御部である。デジタル回路２２およびアナログ回路２３は、種々の音声処理を行う回路である。デジタル回路２２およびアナログ回路２３で処理された音声信号は、パワーアンプ２４で増幅されて外部に放音される。

ＵＳＢ電源入力回路１１は、ＰＣ等の情報処理装置（ホスト）から電源供給を受けるインタフェースであり、１００ｍＡまたは５００ｍＡの電源供給を受ける。スピーカ装置１は、ＵＳＢ電源入力回路１１から入力される電流をＣＰＵ２１、デジタル回路２２、およびアナログ回路２３に供給することで、バスパワー駆動を行う。ＵＳＢ機器ではホストと接続を行うとまず１００ｍＡの電源供給を受け、その後のネゴシエーションが成立すれば５００ｍＡの電源供給を受けることができ、ネゴシエーションできない場合はそのまま１００ｍＡの電源供給を受けるものである。

ＡＣアダプタ電源入力回路１２は、ＡＣアダプタから電源供給を受けるインタフェースであり、例えば７００ｍＡ程度の電源供給を受ける。スピーカ装置１は、ＡＣアダプタ電源入力回路１２から入力される電流をＣＰＵ２１、デジタル回路２２、およびアナログ回路２３に供給することで、セルフパワー駆動を行う。

ＬＤＯ１３は、電源入力に連動してオン、オフされるものであり、ＵＳＢ電源入力回路１１から電源供給を受けた場合にオンされ、出力電圧を３．３Ｖに安定化させる。ＡＣアダプタ電源入力回路１２から電源供給を受けた場合はオフされる。

ＨＳＳＷ１４は、ＣＰＵ２１により制御されるスイッチ回路であり、バスパワー駆動を行う場合にオン、それ以外の場合にオフされるものである。

ＳＷ１５は、ＣＰＵ２１により制御されるスイッチ回路であり、バスパワー駆動を行う場合にオンされるものである。

ＳＷ１６は、ＡＣアダプタ電源入力回路１２から電源供給を受けた場合にオンされるものである。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１７は、変圧を行うものであり、デジタル回路２２およびＣＰＵ２１への供給電圧を５Ｖから３．３Ｖに変圧する。

ＬＤＯ１８は、常時オンされており、アナログ回路２３への供給電圧を３．３Ｖに安定化させる。

電流制限回路１９および電流制限回路２０は、パワーアンプ２４およびコンデンサ２５への供給電流量を制限する回路である。電流制限回路１９は、出力電流を１００ｍＡに制限し、電流制限回路２０は、出力電流を１５０ｍＡに制限する。

コンデンサ２５は、非常に大きな静電容量（例えば数十μＦ以上）を有する電気二重層コンデンサである。コンデンサ２５は静電容量が非常に大きいため、ＵＳＢ電源入力回路１１やＡＣアダプタ電源入力回路１２からの供給電流を全て充電のために消費するとＣＰＵ２１等の動作ができない。そのため、スピーカ装置の各種回路を保護すべく、電流制限回路１９および電流制限回路２０を設け、電流を制限するものである。

本実施形態では、コンデンサ２５に電圧を蓄えるため、スピーカ装置が瞬間的に数Ｗ程度の電力消費を行う放音を行う場合に、このコンデンサ２５からパワーアンプ２４に電源供給することができるものである。本実施形態のスピーカ装置１は、大容量のコンデンサ２５に電圧を蓄えながら、安定した電源供給を行うために、ＵＳＢ電源入力回路１１およびＡＣアダプタ電源入力回路１２からの電源供給の形態に応じてＬＤＯ１３、ＨＳＳＷ１４、ＳＷ１５、ＳＷ１６のオン、オフ切り替えを行う。

図２は、状態切り替え一覧を示す図である。同図に示すように、スピーカ装置１は、６つの状態切り替えを行う。まず、ＵＳＢ電源入力回路１１およびＡＣアダプタ電源入力回路１２から電源供給が全くない状態、すなわちスピーカ装置１に何も接続されていない状態ではＣＰＵ２１は駆動せず、無論各種スイッチ類もオフのままである（状態１）。

スピーカ装置１がホストに接続され、ＵＳＢ電源入力回路１１から１００ｍＡの電流が入力されると、ＬＤＯ１３を経由してＣＰＵ２１に電源供給され、その結果ＣＰＵ２１が起動する（状態２）。ここで、ＣＰＵ２１は、ホストとのネゴシエーションを行う。ネゴシエーションできなければスピーカ装置が駆動できないとして再び状態１に切り替わり、電源がオフされる。

ＣＰＵ２１は、ネゴシエーションが成立すれば、５００ｍＡの入力によるバスパワー駆動が可能であるとして、ＨＳＳＷ１４およびＳＷ１５をオンに設定し、ＵＳＢ電源入力回路１１から入力される電流をデジタル回路２２、アナログ回路２３、および電流制限回路１９に供給する（状態３）。また、パワーアンプ２４の前段に５Ｖの電源供給を行う（＋５Ａ）。

ここで、電流制限回路１９は、出力電流を１００ｍＡに制限し、これをパワーアンプ２４に供給する。また、この電流によりコンデンサ２５の充電を行う。コンデンサ２５の電圧が２．７Ｖ程度に昇圧されると、バスパワー駆動であってもパワーアンプ２４に十分な電力（１００ｍＡを超える電流）を供給することができる。なお、実際にはマージンを考えて３〜３．５Ｖ程度に昇圧してから駆動を行えばよい。

すなわち、パワーアンプ２４は、電流制限回路１９から１００ｍＡの電流を受け、音声信号を増幅するが、増幅量によっては１００ｍＡを超える電流を消費する場合があり、このときにコンデンサ２５から不足分を補う。ここでパワーアンプ２４が１００ｍＡを超える電流消費を行うと、コンデンサ２５の電圧が降下する。しかし、電流制限回路１９から常時１００ｍＡの電流が供給されているため、パワーアンプ２４の電流消費が小さくなったときに再び充電がなされる。これにより、スピーカ装置１は、バスパワー駆動でありながらも瞬間的に数Ｗ程度の出力を行うことができ、安定した駆動を行うことができる。

次に、スピーカ装置１がホストに接続されず、ＡＣアダプタのみが接続されると、ＡＣアダプタ電源入力回路１２から７００ｍＡ程度の電流が入力される。この場合、ＳＷ１６がオンされてＣＰＵ２１に電源が供給される。その結果ＣＰＵ２１が起動する（状態４）。なお、ＡＣアダプタ電源入力回路１２からＤＣ−ＤＣコンバータ１７の電源ラインは、検出回路（図示せず）により監視されており、この電源ラインに電流が供給されるとＳＷ１６のスイッチがオンされるようになっている。

ＣＰＵ２１は、起動後にＬＤＯ１３、ＨＳＳＷ１４、およびＳＷ１５をオフする。その結果、ＡＣアダプタ電源入力回路１２から入力された電流を、デジタル回路２２、アナログ回路２３、および電流制限回路２０に供給する。また、パワーアンプ２４の前段に５Ｖの電源供給を行う。

ここで、電流制限回路２０は、出力電流を１５０ｍＡに制限し、これをパワーアンプ２４に供給する。また、この電流によりコンデンサ２５の充電を行う。上記と同様、コンデンサ２５の電圧が数Ｖ程度に昇圧されると、パワーアンプ２４に十分な電力を供給することができる。

セルフパワー駆動では、パワーアンプ２４は、電流制限回路２０から１５０ｍＡの電流を受け、音声信号を増幅するが、増幅量によっては１５０ｍＡを超える電流を消費する場合があり、このときにコンデンサ２５から不足分を補う。ここでパワーアンプ２４が１５０ｍＡを超える電流消費を行うと、コンデンサ２５の電圧が降下する。しかし、電流制限回路２０から常時１５０ｍＡの電流が供給されているため、パワーアンプ２４の電流消費が小さくなったときに再び充電がなされる。これにより、スピーカ装置１は、バスパワー駆動よりもさらに安定した駆動を行うことができる。

次に、セルフパワー駆動の状態でスピーカ装置１がホストに接続されると、ＵＳＢ電源入力回路１１から１００ｍＡの電流が入力される。この場合、ＣＰＵ２１はホストとのネゴシエーションを行う。ネゴシエーションできなければ各種スイッチはそのままでセルフパワー駆動を行う（状態５）。

ＣＰＵ２１は、ネゴシエーションが成立すれば、ＨＳＳＷ１４をオンし、ＵＳＢ電源入力回路１１から入力される電流を電流制限回路１９に供給する（状態６）。その結果、パワーアンプ２４には電流制限回路１９から１００ｍＡの電流が供給され、電流制限回路２０から１５０ｍＡの電流が供給される。そのため、パワーアンプ２４およびコンデンサ２５には２５０ｍＡの電流が供給される。

なお、バスパワー駆動の状態（状態３）でＡＣアダプタが接続された場合、ＣＰＵ２１は、ＳＷ１６をオンし、ＬＤＯ１３およびＳＷ１５をオフして上記状態６に切り替える。

図３および図４は、上記の動作（状態１〜６の切り替え）を示したフローチャートである。図３は、スピーカ装置１をホストに接続した場合の動作を示したフローチャートであり、図４はＡＣアダプタを接続した場合の動作を示したフローチャートである。

まず、図３において、スピーカ装置１がＵＳＢでホストに接続されると、ＬＤＯ１３がオンされ、ＣＰＵ２１が起動される（ｓ１１）。その後、ＣＰＵ２１は、ホストとのネゴシエーションを行う（ｓ１２）。ネゴシエーションが成立すれば、状態３に移行し、バスパワー駆動を行う（ｓ１２→ｓ１３）。

そして、ＡＣアダプタが接続されたか否か（ｓ１４）、ＵＳＢが切断されたか否か（ｓ１５）の確認を繰り返す。ＡＣアダプタが接続されず、ＵＳＢが切断された場合は、状態１に移行し（ｓ１６）、動作を終える（電源オフ状態となる）。

ＡＣアダプタが接続された場合、ＬＤＯ１３をオフにし、ＳＷ１６をオンする（ｓ１７）。そしてシステムを一旦リセットし（ｓ１８）、状態６に移行して（ｓ１９）バスパワーとセルフパワーの両方により駆動する。

その後、ＵＳＢが切断されたか否か（ｓ２０）、ＡＣアダプタが接続されたか否か（ｓ２１）、の確認を繰り返す。ＵＳＢが切断された場合は状態４に移行し（ｓ２０→ｓ２２）、動作を終える（電源はオンのままとなる）。

ＵＳＢが切断されず、ＡＣアダプタが切断された場合、ＬＤＯ１３をオンにし、ＳＷ１６をオフする（ｓ２３）。そしてシステムを一旦リセットし（ｓ２４）、状態３に移行してバスパワー駆動を行う（ｓ２４→ｓ１３）。

一方、ｓ１２の処理でネゴシエーションできなかった場合、状態２に移行して（ｓ３１）ＡＣアダプタが接続されたか否かを判断する（ｓ３２）。ＡＣアダプタが接続されなければ状態１に移行して（ｓ３３）動作を終える（電源オフ状態となる）。

ＡＣアダプタが接続されれば、ＳＷ１６をオンにし（ｓ３４）、状態５に移行して（ｓ３５）セルフパワー駆動を行う。その後、ＵＳＢが切断されたか否か（ｓ３６）、ＡＣアダプタが接続されたか否か（ｓ３７）、の確認を繰り返す。ＵＳＢが切断された場合は状態４に移行し（ｓ３６→ｓ２２）、動作を終える（電源はオンのままとなる）。

ＵＳＢが切断されず、ＡＣアダプタが切断された場合、ＬＤＯ１３をオンにし、ＳＷ１６をオフする（ｓ３８）。そしてシステムを一旦リセットし（ｓ３９）、状態２に移行する（ｓ３９→ｓ３１）。

次に、図４において、ＡＣアダプタが接続されると、ＳＷ１６がオンされ、ＣＰＵ２１が起動される（ｓ５１）。その後、スピーカ装置１がＵＳＢ接続されたか否かを判断する（ｓ５２）。ＵＳＢ接続されていなければ状態４に移行し（ｓ５３）、ＡＣアダプタが切断されたか否か（ｓ５４）、スピーカ装置１がＵＳＢ接続されたか否かの判断を繰り返す（ｓ５４→ｓ５２）。ＡＣアダプタが切断された場合、状態１に移行して（ｓ５５）動作を終える。

一方、ｓ５２においてＵＳＢ接続されていると判断した場合、ＣＰＵ２１はホストとのネゴシエーションを行う（ｓ５６）。ネゴシエーションが成立すれば、状態６に移行し、バスパワーとセルフパワーの両方により駆動する（ｓ５６→ｓ５７）。

そして、ＡＣアダプタが切断されたか否か（ｓ５８）、ＵＳＢが切断されたか否か（ｓ５９）の確認を繰り返す。ＡＣアダプタが切断されず、ＵＳＢが切断された場合は、状態４に移行する（ｓ５９→ｓ５３）。

ＡＣアダプタが切断された場合、ＬＤＯ１３をオンにし、ＳＷ１６をオフする（ｓ６０）。そしてシステムを一旦リセットし（ｓ６１）、状態３に移行して（ｓ６２）バスパワーにより駆動する。

その後、ＵＳＢが切断されたか否か（ｓ６３）、ＡＣアダプタが接続されたか否か（ｓ６５）、の確認を繰り返す。ＵＳＢが切断された場合は状態１に移行し（ｓ６３→ｓ６４）、動作を終える（電源をオフする）。

ＡＣアダプタが接続された場合、ＬＤＯ１３をオフにし、ＳＷ１６をオンする（ｓ６５→ｓ６６）。そしてシステムを一旦リセットし（ｓ６７）、状態６に移行してバスパワーとセルフパワーの両方により駆動する（ｓ６７→ｓ５７）。

ｓ５６においてネゴシエーションできないと判断した場合、状態５に移行してセルフパワー駆動を行う（ｓ５６→６８）。その後、ＡＣアダプタが切断されたか否か（ｓ６９）、ＵＳＢが切断されたか否か（ｓ７０）の確認を繰り返す。ＡＣアダプタが切断されず、ＵＳＢが切断された場合は、状態４に移行する（ｓ７０→ｓ５３）。

ＡＣアダプタが切断された場合、ＬＤＯ１３をオンにし、ＳＷ１６をオフする（ｓ７１）。そしてシステムを一旦リセットし（ｓ７２）、状態２に移行する（ｓ７３）。その後ＵＳＢが切断されたか否かを判断して（ｓ７４）切断された場合は状態１に移行して（ｓ７４→ｓ６４）動作を終える（電源をオフする）。

ＵＳＢが切断されていなければもう一度ＡＣアダプタが接続されたか否かを確認し（ｓ７５）、ＡＣアダプタが接続された場合はＬＤＯ１３をオフにし、ＳＷ１６をオンする（ｓ７６）。そしてシステムを一旦リセットし（ｓ７７）、状態５に移行してセルフパワー駆動を行う（ｓ７７→ｓ６８）。

以上のようにして、バスパワー、セルフパワー、あるいはその両方による駆動を切り替え、電流制限回路１９および電流制限回路２０からコンデンサへの電流供給量を切り替えることで、パワーアンプへの電流供給量を確保しながらも安定した動作を実現することができる。

なお、本実施形態では電子機器としてスピーカ装置を示したが、本発明は、ＵＳＢ接続によるバスパワー駆動とＡＣアダプタによるセルフパワー駆動を行うものであればどのような機器にも適用可能である。

本実施形態に係るスピーカ装置の電源回路構成を示すブロック図である。状態切り替え一覧を示す図である。スピーカ装置１をホストに接続した場合の動作を示したフローチャートである。ＡＣアダプタを接続した場合の動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１−スピーカ装置
１１−ＵＳＢ電源入力回路
１２−ＡＣアダプタ電源入力回路
１３−レギュレータ（ＬＤＯ）
１４−スイッチ（ＨＳＳＷ）
１５−スイッチ（ＳＷ）
１６−スイッチ（ＳＷ）
１７−ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ−ＤＣ）
１８−レギュレータ（ＬＤＯ）
１９−電流制限回路
２０−電流制限回路
２１−ＣＰＵ
２２−デジタル回路
２３−アナログ回路
２４−パワーアンプ
２５−コンデンサ

Claims

それぞれ異なる電流量の供給を受ける複数の電源入力部と、
前記複数の電源入力部から入力される電流を、それぞれ異なる出力値で制限して出力する複数の電流制限回路と、
前記複数の電流制限回路の各々の出力端に接続され、音声信号を増幅するメイン駆動回路と、
前記複数の電流制限回路の各々の出力端と前記メイン駆動回路との接続点に接続される蓄電回路と、
を備え、
前記複数の電源入力部のいずれか一つから電流供給を受けたときは
当該電源入力部に対応する電流制限回路から前記メイン駆動回路および前記蓄電回路に電流が供給され音声信号を増幅し、
複数の前記電源入力部から電流供給を受けたときは
それぞれ対応する電流制限回路の出力電流が加算されて前記メイン駆動回路および前記蓄電回路に供給され音声信号を増幅し、
前記メイン駆動回路は、前記複数の電流制限回路の出力電流が加算された電流よりも前記メイン駆動回路の消費電流が大きいとき、前記蓄電回路および前記複数の電流制限回路から電流の供給を受ける
ことを特徴とするスピーカ装置。
前記複数の電源入力部は、ホスト装置から電力供給を受けるバスパワー用電源入力部と、ＡＣアダプタから電力供給を受けるセルフパワー用電源入力部と、からなり、
前記バスパワー用電源入力部は、前記複数の電流制限回路のうち小電流の出力値を有する電流制限回路に接続され、
前記セルフパワー用電源入力部は、前記複数の電流制限回路のうち大電流の出力値を有する電流制限回路に接続される請求項１に記載のスピーカ装置。
前記バスパワー用電源入力部は、ＵＳＢインタフェースからなり、
前記ホスト装置とネゴシエーションが成立した場合に、
前記小電流の出力値を有する電流制限回路に前記バスパワー用電源入力部を接続する制御部を、備えた請求項２に記載のスピーカ装置。
前記蓄電回路は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３に記載のスピーカ装置。