JP6111091B2 - 電力供給装置、acアダプタ、電子機器および電力供給システム - Google Patents
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Description
基本技術に係る第1の電力供給装置4は、図1に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD1・キャパシタC1およびトランス15の1次側インダクタンスL1に接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、出力に接続される誤差補償用のエラーアンプ21と、エラーアンプ21に接続され、出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするための絶縁回路20とを備える。
第1の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図6(a)に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD1・キャパシタC1およびトランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるDC/DCコンバータと、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、DC/DCコンバータ13の出力に接続され、かつキャパシタC2を介して出力端子に接続された絶縁双方向回路34と、絶縁双方向回路34に接続され、出力側の電力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするDC/AC成分分離回路32とを備える。
第2の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図7に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD1・キャパシタC1およびトランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるDC/DCコンバータと、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、DC/DCコンバータ13の出力に接続され、かつキャパシタC2を介して出力端子に接続された2次側コントローラ(PD CHIP)16と、DC/DCコンバータ13の出力に接続され、かつ2次側コントローラ(PD CHIP)16に接続された絶縁双方向回路34と、絶縁双方向回路34に接続され、出力側の電力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするDC/AC成分分離回路32とを備える。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
第3の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図8に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・MOSトランジスタQ3・キャパシタC1およびトランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成される同期整流型のDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、DC/DCコンバータ13の出力およびキャパシタC2を介して出力端子に接続された2次側コントローラ(PD CHIP)16と、2次側コントローラ(PD CHIP)16に接続された絶縁双方向回路34と、絶縁双方向回路34に接続され、出力側の電力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするDC/AC成分分離回路32とを備える。
第4の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図9に示すように、第3の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
第5の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図10に示すように、第1の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
第6の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図11に示すように、第2の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
第7の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図12に示すように、第1の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える点は、第4の実施の形態と同様である。
第1〜第7の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図13(a)〜図13(c)および図14(a)〜図14(c)に示すように、ACアダプタ3に内蔵可能である。また、外部に配置された本実施の形態に係る電力供給装置(USBPD)5とケーブル若しくはUSBPDケーブル6を用いて接続可能である。
第1〜第7の実施の形態に係る電力供給装置41A・42Aは、図17(a)〜図17(b)および図18(a)〜図18(b)に示すように、電子機器7に内蔵可能である。電子機器としては、例えば、スマートホン、ラップトップPC、タブレットPC、モニタ若しくはTV、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、掃除機、冷蔵庫、洗濯機、電話器、ファクシミリ、プリンタ、レーザディスプレイなどさまざまな機器を適用可能である。
本実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図19(a)に示すように、1次側過電力保護回路(OPP1)81と、1次側過電力保護回路(OPP1)81と接続された2次側過電力保護回路(OPP2)82とを備えていても良い。
本実施の形態に係る電力供給装置(PD・USBPD)を搭載したアダプタ・電子機器に適用可能なプラグ85は、図20に示すように、例えばAC電源100V〜115Vを有するコンセントに接続可能であり、かつUSB接続可能である。
本実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいては、ケーブルの方向を変えることなく、電力のソースを切り替えることができる。例えば、外部機器からラップトップPCのバッテリーの充電と、ラップトップPCのバッテリーから外部機器(ディスプレイなど)の給電をケーブルの差し替えなしで実現可能である。
本実施の形態に係る電力供給装置(PD・USBPD)を適用可能な第1の電力供給システム100は、図30に示すように、プラグを介してコンセントに接続されるモニタ110と、USBPDケーブルを用いてモニタ110に接続された外部ハードディスクドライブ120・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160とを備える。
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
2…プラグ
3…ACアダプタ
4、41、42…PD
4A、5、41A、42A、43A、44A、51、52…電力供給装置(USBPD)
6、61、62…USBPDケーブル
7…電子機器
8…電源回路部
10…電源供給回路
11…ヒューズ
12…絶縁トランス(チョークコイル)
13、24…DC/DCコンバータ
14…ダイオードブリッジ
15…トランス
16、161、162、16A、16B、16C、16P…PDチップ(USB−PD IC)
19…増幅器
20…絶縁回路
21…エラーアンプ(EA)
30…1次側コントローラ
32…DC/AC成分分離回路
34…絶縁双方向回路
35、37…絶縁単方向回路
36…ローパスフィルタ(LPF)
38…DC成分除去回路
46…バッテリーチャージャーシステム
48、52…PC
50R、52R、56R、58R…受信器
50T、52T、56T、58T…送信器
53、62、158…バッテリーチャージャーIC(CHG)
54、112、144、164…パワーマネージメントIC(PMIC)
56、58…ユニット
60…AC/DCコンバータ
64…組込み型コントローラ(EMBC)
66、154、157、172…バッテリー
68、68A、68B、148…CPU
70…負荷
71、72…内部回路
81、83…1次側OPP回路部
82、84…2次側OPP回路部
85、86、87、88…プラグ
110…モニタ(TV)
120…外部ハードディスクドライブ(HDD)
122、132…CPUボード
130…セットトップボックス
140、140A、140B…ラップトップPC
142…NVDCチャージャーIC
146…EC
147…PCH
150…タブレットPC
152、170…USBリセプタクル
156、166…ACPU
159…DC/DCコンバータ
160…スマートホン
162…USBバッテリーチャージャーIC
168…CCPU
230…USBPDアダプタ
Claims (35)
- 入力と出力との間に配置されたDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、
前記出力にAC結合され、かつ前記DC/DCコンバータの出力にDC結合された絶縁双方向回路と、
前記絶縁双方向回路に接続され、前記出力の電力情報を前記1次側コントローラにフィードバックするDC/AC成分分離回路と
を備え、
前記DC/AC成分分離回路は、ローパスフィルタとDC成分除去回路とを含み、
前記1次側コントローラは、フィードバックされた前記電力情報に基づいて、前記入力電流を制御することによって、前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にしたことを特徴とする電力供給装置。 - 前記絶縁双方向回路は、前記1次側コントローラにおけるAC情報を前記出力にフィードバックすることを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。
- 前記出力と前記絶縁双方向回路間に配置されたキャパシタを備え、
前記絶縁双方向回路は、前記キャパシタを介して前記出力にAC結合されることを特徴とする請求項1または2に記載の電力供給装置。 - 前記絶縁双方向回路は、絶縁ドライバ付き双方向トランス若しくは双方向素子を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記絶縁双方向回路は、複数の絶縁単方向回路若しくは複数の単方向素子を組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記電力情報は、
前記出力におけるDC情報と、
前記DC情報にAC重畳され、前記出力に外部入力されるAC情報と
を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力供給装置。 - 前記入力と、前記1次側コントローラとの間に接続され、前記1次側コントローラに電源を供給する電源供給回路を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- AC入力と、
前記AC入力と前記DC/DCコンバータの入力との間に接続されたAC/DCコンバータと
を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力供給装置。 - 前記DC/DCコンバータは、ダイオード整流型であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、
トランスと、
前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタおよび電流センス用の抵抗と、
前記トランスの2次側インダクタンスと前記出力との間に接続されたダイオードと、
前記出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタと
を備えることを特徴とする請求項9に記載の電力供給装置。 - 前記DC/DCコンバータは、同期整流型であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、
トランスと、
前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタおよび電流センス用の抵抗と、
前記トランスの2次側インダクタンスと前記出力との間に接続された第2MOSトランジスタと、
前記出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタと
を備えることを特徴とする請求項11に記載の電力供給装置。 - 入力と出力との間に配置されたDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、
前記出力にAC結合され、かつ前記DC/DCコンバータの出力にDC結合された2次側コントローラと、
前記2次側コントローラに接続され、かつ前記DC/DCコンバータの出力にDC結合された絶縁双方向回路と、
前記絶縁双方向回路に接続され、前記出力の電力情報を前記1次側コントローラにフィードバックするDC/AC成分分離回路と
を備え、
前記DC/AC成分分離回路は、ローパスフィルタとDC成分除去回路とを含み、
前記1次側コントローラは、フィードバックされた前記電力情報に基づいて、前記入力電流を制御することによって、前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にしたことを特徴とする電力供給装置。 - 前記絶縁双方向回路は、前記1次側コントローラにおけるAC情報を前記2次側コントローラを介して前記出力にフィードバックすることを特徴とする請求項13に記載の電力供給装置。
- 前記出力と前記2次側コントローラ間に配置されたキャパシタを備え、
前記2次側コントローラは、前記キャパシタを介して前記出力にAC結合されることを特徴とする請求項13または14に記載の電力供給装置。 - 前記絶縁双方向回路は、絶縁ドライバ付き双方向トランス若しくは双方向素子を備えることを特徴とする請求項13〜15のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記絶縁双方向回路は、複数の絶縁単方向回路若しくは複数の単方向素子を組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項13〜15のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記電力情報は、
前記出力におけるDC情報と、
前記DC情報にAC重畳され、前記出力に外部入力されるAC情報と
を備えることを特徴とする請求項13〜17のいずれか1項に記載の電力供給装置。 - 前記入力と、前記1次側コントローラとの間に接続され、前記1次側コントローラに電源を供給する電源供給回路を備えることを特徴とする請求項13〜18のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- AC入力と、
前記AC入力と前記DC/DCコンバータの入力との間に接続されたAC/DCコンバータと
を備えることを特徴とする請求項13〜19のいずれか1項に記載の電力供給装置。 - 前記DC/DCコンバータは、同期整流型であることを特徴とする請求項13〜20のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、
トランスと、
前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタおよび電流センス用の抵抗と、
前記トランスの2次側インダクタンスと前記出力との間に接続された第2MOSトランジスタと、
前記出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタと
を備えることを特徴とする請求項21に記載の電力供給装置。 - 前記第2MOSトランジスタは、前記2次側コントローラによって制御されることを特徴とする請求項22に記載の電力供給装置。
- 前記2次側コントローラは、前記DC/DCコンバータに接続された第2のDC/DCコンバータに内蔵されたことを特徴とする請求項13に記載の電力供給装置。
- 前記第2のDC/DCコンバータは、前記2次側コントローラによって制御される第3MOSトランジスタを備えることを特徴とする請求項24に記載の電力供給装置。
- 過電流保護、過電力保護、過電圧保護、過負荷保護、過温度保護のいずれかの保護機能を備えることを特徴とする請求項1〜25のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 出力電圧と出力電流との関係は、矩形形状、逆台形形状、逆三角形形状、台形形状、若しくは五角形形状のずれかの形状を採用可能であることを特徴とする請求項1〜26のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 請求項1〜27のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とするACアダプタ。
- 請求項1〜27のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
- 前記電子機器は、モニタ、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、ラップトップPC、タブレットPC、スマートホン、バッテリーチャージャーシステム、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、プリンタ、掃除機、冷蔵庫、ファクシミリ、電話機のいずれかであることを特徴とする請求項29に記載の電子機器。
- 請求項1〜28のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とする電力供給システム。
- 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続可能なモニタと、
前記モニタに、USBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、
セットトップボックスと、ラップトップPCと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。 - 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続可能なUSBPDアダプタ/チャージャーと、
前記USBPDアダプタ/チャージャーに、USBPDケーブルを用いて接続されたラップトップPCと、
前記ラップトップPCに、別のUSBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、モニタと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。 - 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続可能なUSBPDアダプタと、
前記USBPDアダプタに、USBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、モニタと、セットトップボックスと、ラップトップPCと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。 - 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続される高機能USBPDアダプタ/チャージャーと、
前記高機能USBPDアダプタ/チャージャーに、USBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、モニタと、セットトップボックスと、ラップトップPCと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。
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