JP2005078340A - Ｕｓｂバス電流制限回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、持ち運びに便利で、コストを低くでき、バス電流が制限電流値を超えることを防止するＵＳＢバス電流制限回路を提供することを目的とする。
【解決手段】 ＵＳＢにより上位装置に接続されるＵＳＢ接続機器でＵＳＢ２０の電源線を通して供給されるバス電流を所定の制限電流値で制限するＵＳＢバス電流制限回路であって、バス電流を検出し検出電流値が前記制限電流値を超える直前でレベル変化する制御信号を生成する検出手段Ｒ１，３２，３４，３６と、制御信号のレベル変化により前記ＵＳＢ接続機器の負荷２８に供給する信号レベルを減衰させるゲイン調整手段３８を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）バス電流制限回路に関し、特に、ＵＳＢ接続機器でＵＳＢの電源線を通して供給されるバス電流を制限電流値で制限するＵＳＢバス電流制限回路に関する。

パーソナルコンピュータ等の上位装置にＵＳＢで接続されてデータを供給されるＵＳＢ接続機器がある。ＵＳＢには電源線が用意されており、ＵＳＢ接続機器はＵＳＢの電源線を通して上位装置から供給される電源を使用して動作することができる。このＵＳＢバス電源の消費電流規定は５００ｍＡ以下に制限されている。

ＵＳＢ接続機器の一つとしてＵＳＢスピーカがある。ＵＳＢスピーカで再生する音源は、消費電流が５００ｍＡ以下で発音できる音源もあれば、発音するのに５００ｍＡを超える音源もある。このため、従来のＵＳＢスピーカではＵＳＢの他に外部から電源の供給を受ける構成とされている。

図４は、従来のＵＳＢスピーカの一例のブロック構成図を示す。同図中、ＵＳＢ１０は電源線Ｖｂｕｓ、アース線ＧＮＤ、２本のデータ線Ｄ＋，Ｄ−よりなり、ＵＳＢスピーカ１２内のＵＳＢコントローラ１４に接続されている。ＵＳＢコントローラ１４は電源線Ｖｂｕｓ及びアース線ＧＮＤから供給される電源と補助電源部１６から供給される電源を使用し、データ線Ｄ＋，Ｄ−から供給される音声データをアナログ化したのち、スピーカ１５に供給して発音させる。

また、ＡＣアダプタ等の外部電源から電源線Ｖ＋，アース線ＧＮＤから供給される電源はＵＳＢスピーカ１２内の補助電源部１６に供給される。補助電源部１６はＵＳＢコントローラ１４の消費電流が５００ｍＡを超えたときに電源を供給する。

また、例えば、特許文献１には、ＵＳＢスピーカ内にバッテリを設け、ＵＳＢスピーカの消費電流が制限電流値（５００ｍＡ）以下のときにバッテリを充電し、ＵＳＢスピーカの消費電流が制限電流値を超えＵＳＢからの供給電流が不足したときにバッテリから不足した電流を供給することが記載されている。
特開２０００−２９５４４号公報

図４に示す従来のＵＳＢスピーカでは、補助電源部１６が必要であるためコストアップとなり、また、ＡＣアダプタ等の外部電源が必要であるため持ち運びにも不便であるといった問題があった。

また、特許文献１に記載のＵＳＢスピーカでは、大音量が長時間続く場合にバッテリから供給する電流が足りなくなるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、持ち運びに便利で、コストを低くでき、バス電流が制限電流値を超えることを防止するＵＳＢバス電流制限回路を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ＵＳＢにより上位装置に接続されるＵＳＢ接続機器でＵＳＢ（２０）の電源線を通して供給されるバス電流を所定の制限電流値で制限するＵＳＢバス電流制限回路であって、
前記バス電流を検出し検出電流値が前記制限電流値を超える直前でレベル変化する制御信号を生成する検出手段（Ｒ１，３２，３４，３６）と、
前記制御信号のレベル変化により前記ＵＳＢ接続機器の負荷（２８）に供給する信号レベルを減衰させるゲイン調整手段（３８）を有することにより、
バス電流が制限電流値を超えることを防止することができ、持ち運びに便利でコストを低く抑えることができる。

請求項２に記載の発明では、前記検出手段は、
前記バス電流を電圧に変換する変換手段（Ｒ１，３２）と、
変換電圧の低域成分を抽出するフィルタ手段（３４）と、
前記フィルタ手段の出力を２値化するバッファ手段（３６）を有することにより、制御信号を生成することができる。

請求項３に記載の発明では、ゲイン調整手段（３８）は、
前記ＵＳＢ接続機器の負荷（２８）に供給する信号レベルを分圧する分圧回路（Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｃ３）と、
前記制御信号のレベル変化により前記分圧回路の動作を開始させるスイッチ手段（Ｑ２）を有することにより、負荷に供給する信号レベルのゲインを可変調整することができる。

請求項４に記載の発明では、前記変換手段は、
前記バス電流に基づく電流が流れる抵抗（Ｒ１）と、
前記抵抗の両端電圧を差動増幅する差動増幅器（３２）とよりなるため、バス電流を検出することができる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明によれば、バス電流が制限電流値を超えることを防止することができ、持ち運びに便利でコストを低く抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、制御信号を生成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、負荷に供給する信号レベルのゲインを可変調整することができる。

請求項４に記載の発明では、前記変換手段によれば、バス電流を検出することができる。

図１は、本発明回路を適用したＵＳＢスピーカの一例のブロック構成図を示す。同図中、ＵＳＢ２０は電源線Ｖｂｕｓ、アース線ＧＮＤ、２本のデータ線Ｄ＋，Ｄ−よりなり、ＵＳＢスピーカ２２内のＵＳＢコントローラ２４に接続されている。ＵＳＢコントローラ２４は電源線Ｖｂｕｓ及びアース線ＧＮＤから供給される電源を使用し、データ線Ｄ＋，Ｄ−から供給される音声データをアナログ化して音声信号とする。音声信号はＵＳＢバス電流制限回路２６を通してスピーカ２８に供給されて発音させる。

図２及び図３は、本発明のＵＳＢバス電流制限回路の一実施形態の構成図、回路図それぞれを示す。

図２及び図３において、端子３０には、電源線ＶｂｕｓからＵＳＢスピーカ２２に流れ込む電流の一部を取り出した電流Ｉ１が流れ込み、この電流Ｉ１は検出抵抗Ｒ１を流れる。検出抵抗Ｒ１の端子３０の一端は差動増幅回路３２の非反転入力端子に接続され、検出抵抗Ｒ１の他端は差動増幅回路３２の反転入力端子に接続されている。差動増幅回路３２は検出抵抗Ｒ１の両端電圧を差動増幅して電流Ｉ１を電圧に変換する。この差動増幅回路３２の増幅度は制御系のゲイン及び応答性を決定しており、その出力電圧は低域フィルタ（ＬＰＦ）３４に供給される。

低域フィルタ３４は、図３に示すように、一端を差動増幅回路３２の出力端子に接続され他端をダイオードＤ２のアノードに接続された抵抗Ｒ２と、ダイオードＤ２のカソードに一端を接続され他端を接地されたコンデンサＣ２と、ダイオードＤ２のカソードに一端を接続され他端をダイオードＤ３に接続された抵抗Ｒ３（Ｒ３＞Ｒ２）と、ダイオードＤ３のカソードに一端を接続され他端を接地された抵抗Ｒ４と、ダイオードＤ２のカソードに一端を接続され他端をｐｎｐトランジスタＱ１のベースに接続された抵抗Ｒ５とより構成されている。ダイオードＤ３のアノードには基準電圧Ｖｒｅｆ２が印加されている。

差動増幅回路３２の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２より低いときは、ダイオードＤ３がオンして低域フィルタ３４の時定数はＲ３・Ｃ２で大きくなり応答を遅くしており、差動増幅回路３２の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２より高いときは、ダイオードＤ２がオンして低域フィルタ３４の時定数はＲ２・Ｃ２で小さくなり応答を速くしており、発振状態にならないようにしている。

差動増幅回路３２の出力は低域フィルタ３４で低域成分を抽出されたのち、エミッタフォロア構成のトランジスタＱ１及び抵抗Ｒ６で構成されるバッファ３６に供給される。低域フィルタ３４の出力電圧が低い状態ではトランジスタＱ１はオンであるが、低域フィルタ３４の出力電圧が高くなってトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧が約０．６Ｖより低くなると、トランジスタＱ１はオフとなる。

トランジスタＱ１のコレクタ電圧は制御信号としてゲイン調整器３８に供給される。低域フィルタ３４の出力電圧が低いときトランジスタＱ１がオンするためバッファ３６が出力する制御信号はローレベルとなる。低域フィルタ３４の出力電圧が上昇してトランジスタＱ１がオフするとバッファ３６が出力する制御信号はハイレベルとなる。この制御信号がローレベルからハイレベルに変化するタイミングは、バス電流が制限電流値を超える直前である。

ゲイン調整器３８は、上記制御信号を供給されると共に、端子３９にＵＳＢコントローラ２４が出力する音声信号を供給され、制御信号がローレベルのとき音声信号に対するゲインを１とし、制御信号がハイレベルのとき音声信号に対するゲインを低下させ、端子４０から出力する音声信号をスピーカ２８に供給する。

ゲイン調整器３８は、制御信号をｎｐｎトランジスタＱ２のベースに供給する抵抗Ｒ１０と、エミッタに基準電圧Ｖｒｅｆ２を印加されたトランジスタＱ２と、トランジスタＱ２のコレクタに接続された抵抗Ｒ１１及びこれに並列接続された抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ３の直列接続回路よりなるコレクタ抵抗回路４２と、一端を端子３９に接続され他端を端子４０及びコレクタ抵抗回路４２に接続された抵抗Ｒ１３からなる。

制御信号がローレベルのときトランジスタＱ２はオフしており、端子３９から供給される音声信号はゲイン調整器３８で減衰されることなく抵抗Ｒ１３を通って端子４０から出力される。

制御信号がハイレベルのときトランジスタＱ２はオンする。このため、端子３９から供給される音声信号は、抵抗Ｒ１３とコレクタ抵抗回路４２で構成される分圧回路で分圧されることによって減衰され端子４０から出力される。

つまり、ＵＳＢコントローラ２４に流れ込む電流が５００ｍＡの制限電流値を超えようとした場合、差動増幅回路３２の出力電圧が大となり制御信号はローレベルからハイレベルとなり、ゲイン調整器３８は音声信号に対するゲインを低下させる。これによって、音声信号のレベルは低下し、スピーカ２８に供給される電流は低下するため、ＵＳＢコントローラ２４に流れ込む電流は制限電流値を超えることはない。

本実施例では、従来のような補助電源部が不要であるためコストを低く抑えることができ、また、ＡＣアダプタ等の外部電源が不要であるため持ち運びにも便利である
なお、図２、図３でゲイン調整器３８は１チャネル分を表示しているが、左右２チャネルの音声信号がある場合にはゲイン調整器３８を２回路設ける。

なお、上記実施例では、ＵＳＢスピーカを例にとって説明したが、ＵＳＢ接続機器としてはモータやプランジャ等のＵＳＢアクチュエータであっても良く、上記実施例に限定されない。

本発明回路を適用したＵＳＢスピーカの一例のブロック構成図である。 本発明のＵＳＢバス電流制限回路の一実施形態の構成図である。 本発明のＵＳＢバス電流制限回路の一実施形態の回路図である。 従来のＵＳＢスピーカの一例のブロック構成図である。

符号の説明

２０ ＵＳＢ
２２ ＵＳＢスピーカ
２４ ＵＳＢコントローラ
２６ ＵＳＢバス電流制限回路
２８ スピーカ
３２ 差動増幅回路
３４ 低域フィルタ
３６ バッファ
３８ ゲイン調整器
４２ コレクタ抵抗回路
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
Ｑ１〜Ｑ３ トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１３ 抵抗

Claims (4)

1. ＵＳＢにより上位装置に接続されるＵＳＢ接続機器でＵＳＢの電源線を通して供給されるバス電流を所定の制限電流値で制限するＵＳＢバス電流制限回路であって、
   前記バス電流を検出し検出電流値が前記制限電流値を超える直前でレベル変化する制御信号を生成する検出手段と、
   前記制御信号のレベル変化により前記ＵＳＢ接続機器の負荷に供給する信号レベルを減衰させるゲイン調整手段を
   有することを特徴とするＵＳＢバス電流制限回路。
2. 請求項１記載のＵＳＢバス電流制限回路において、
   前記検出手段は、
   前記バス電流を電圧に変換する変換手段と、
   変換電圧の低域成分を抽出するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段の出力を２値化するバッファ手段を
   有することを特徴とするＵＳＢバス電流制限回路。
3. 請求項１または２記載のＵＳＢバス電流制限回路において、
   前記ゲイン調整手段は、
   前記ＵＳＢ接続機器の負荷に供給する信号レベルを分圧する分圧回路と、
   前記制御信号のレベル変化により前記分圧回路の動作を開始させるスイッチ手段を
   有することを特徴とするＵＳＢバス電流制限回路。
4. 請求項２記載のＵＳＢバス電流制限回路において、
   前記変換手段は、
   前記バス電流に基づく電流が流れる抵抗と、
   前記抵抗の両端電圧を差動増幅する差動増幅器とよりなる
   ことを特徴とするＵＳＢバス電流制限回路。

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