JP2006171860A - 過電流防止装置付きｕｓｂデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はUSBホスト側に過電流防止装置が実装されていない場合であって，USBケーブルの配線ミスなどにより，過電流が流れて故障に至るような場合であっても，USBデバイスやUSBホスト，USBケーブルが故障しない仕組みを提供することを目的とする。
【解決手段】 USBインタフェースを持つUSBデバイスであって，デバイス側のUSB BタイプレセクタプルとUSBファンクションコントローラとの間のD+信号線やD-信号線，Ground線に過電流防止手段を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は，USBデバイスの安全性に関するものである。

USB-IF(USB Implementers Forum)が定めるUSB規格においては，バスパワードデバイスのために，電源をホストから供給するためのVBUS線(電源線)，および差動信号を伝達するためのD+/D-線，グランド線(Ground)，外来ノイズから保護するためのシールド線(Shield)の5本の線がUSBケーブルの線として規定されている。

VBUSは+5Vを供給する電源ラインであるが，コネクタの逆挿しや，不意の電源-信号線間のショート等によるデバイスの過電流保護は，ホスト側の役割として規定されており，ホスト側に過電流保護機構を実装することが必須となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３３９０６７号公報

ホスト側の過電流保護機構としては，PTCヒューズや，過電流保護IC，または過電流検出ICと電流制御トランジスタの組み合わせによる保護回路などがあり，USB規格では保護機能が働いた後に復帰可能であることが必須とされているが，市場にはこれらの機構を実装していない(すなわち，USB-IFの定める規格に準じていない)ホストインタフェースが存在する。

また，市場には，VBUSとGroundの配線を間違えているUSBケーブルが存在する。USBケーブルが正常である場合であっても，市場には，ユーザが取り付け作業を行うUSBホストインタフェース用コネクタがあり，USBホストインタフェース用コネクタが正常に設置されていない場合も発生する。

このようなホストインタフェースとUSBケーブルを組み合わせて使用した場合，USBデバイス側には過電流防止機構がないため，VBUSから供給される+5VとGroundが低インピーダンスでショートし，過電流が流れ，最悪の場合にはUSBデバイスが破壊され，発火を起こす恐れがある。

本発明は，上記のような問題に鑑み，USBデバイス側に過電流防止装置を導入し，システムの安全性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、本出願に関わる発明は、USBインタフェースを持つUSBデバイスであって，デバイス側のD+信号線やD-信号線，Ground線に過電流防止装置を持つ事によって，USBホスト側に過電流防止機構がない場合であっても安全性を得ることが可能となる。

以上説明したように，本発明によれば，USBホスト側に過電流防止装置が実装されていない場合であって，USBケーブルの配線ミスなどにより，過電流が流れて故障に至るような場合であっても，USBデバイスやUSBホスト，USBケーブルが故障しない仕組みを提供することが可能となる。

＜実施形態１＞
以下，添付図面を参照して本発明に係る実施形態の一例を詳細に説明する。図1は，本発明のUSBデバイス用過電流防止装置を含むシステムの実施形態である。図1中，USBデバイス装置10は，USBホスト装置20とUSBケーブル30を介して接続される。図1中，USBデバイス装置10は，USB Bタイプレセクタプル100，過電流防止装置101，USBファンクションコントローラ102，電源103で構成されている。図1中，USBホスト装置20は，USB Aタイプレセクタプル200，過電流防止装置201，USBホストコントローラ202，電源203で構成されている。

図2は，過電流防止装置が実装されていないUSBホスト装置21と，配線ミスのあるUSBケーブル31，およびUSBデバイス装置10を接続した場合の構成を示す。図2中，過電流防止装置が実装されていないUSBホスト装置21は，図1のUSBホスト装置20と同様の構成であるが，過電流防止装置201が実装されていない点が異なる。図2中，配線ミスのあるUSBケーブル31は，USB Aプラグ側VBUS信号線とUSB Bプラグ側のGround信号線が，またUSB Aプラグ側Ground信号線とUSB Bプラグ側VBUS信号線が，各々結線されている。

図2を用いて，過電流防止装置が実装されていないUSBホスト装置21と，配線ミスのあるUSBケーブル31，およびUSBデバイス装置10を接続した場合に，USBデバイス装置10やUSBホスト装置21，配線ミスのあるUSBケーブル31が故障しない仕組みを具体的に説明する。

過電流防止装置101は具体的にはPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒューズであると仮定する。PTCヒューズは通常時においては抵抗値が低いデバイスであるが，電流が流れると熱を発生し，設定された電流以上の過電流が流れたときに熱により抵抗値が大きくなり，過電流状態を抑止するデバイスである。PTCヒューズはケーブルを抜去するなどして過電流状態ではなくなった場合に，温度が低下すると抵抗値が低くなり，導通を示すリセット可能なヒューズである。

Step1：USBホスト装置20のVBUS端子21には，USBホスト装置20内部の電源22より，+5Vの電圧が供給されている。

Step2：USBホスト装置20と，配線ミスのあるUSBケーブル30，およびUSBデバイス装置10が接続される。USBホスト装置20のVBUS端子とUSBデバイス10のGround端子が低インピーダンスで接続され，過電流が流れる。

Step3：過電流が経路40を通って瞬間的に流れるものの，USBデバイス用過電流防止装置101が過電流を検出し，過電流を阻止する。瞬間的に流れた過電流では，電力量が小さいため素子や基板パターン等の破壊には至らない。

以上のようにして，過電流防止装置が実装されていないUSBホスト装置20と，配線ミスのあるUSBケーブル30，およびUSBデバイス装置10を接続した場合であっても，USBデバイス装置10やUSBホスト装置20，配線ミスのあるUSBケーブル30が故障しない仕組みを提供することができる。

なお，本実施例では配線ミスのあるUSBケーブル31においてVBUSとGroundが接続される事例を取り上げたが，VBUSとD+やVBUSとD-などが接続される場合であっても同様の仕組みでUSBデバイス装置やUSBホスト装置，USBケーブルが故障しない仕組みを提供することができる。

本発明のUSBデバイス用過電流防止装置を含むシステムの実施形態図 実施例における過電流状態発生時の構成図

符号の説明

１０ ＵＳＢデバイス装置
２０ ＵＳＢホスト装置
２１ 過電流防止装置の実装されていないＵＳＢホスト装置
３０ ＵＳＢケーブル
３１ 配線ミスのあるＵＳＢケーブル
１００ ＵＳＢ Ｂタイプレセクタプル
１０１ 過電流防止装置
１０２ ＵＳＢファンクションコントローラ
１０３ 電源
２００ ＵＳＢ Ａタイプレセクタプル
２０１ 過電流防止装置
２０２ ＵＳＢホストコントローラ
２０３ 電源

Claims (6)

1. USB(Universal Serial Bus)ケーブルを介してホスト手段との間でデータ通信を行う通信手段を備えるデバイスであって，信号線や電力線に過電流防止装置を備えており，配線ミスのあるUSBケーブルを用いた場合や，ホスト手段における信号線や電力線の接続ミス，または，不意の信号ショートが生じた場合であっても，前記USBデバイス側に備える過電流防止装置によって過電流による装置の破壊や発煙，発火を防止する安全性を得ることが可能となることを特徴とするUSBデバイス。
2. 請求項1に記載の過電流防止装置は，ヒューズであることを特徴とするUSBデバイス。
3. 請求項1に記載の過電流防止装置は，温度ヒューズであることを特徴とするUSBデバイス。
4. 請求項1に記載の過電流防止装置は，PTC(Positive temperature coefficient)ヒューズであることを特徴とするUSBデバイス。
5. 請求項1,2,3または4に記載の過電流防止装置は，USBのGround線に挿入されることを特徴とするUSBデバイス。
6. 請求項1,2,3,4または5に記載の過電流防止装置は，USBのD+信号線とD-信号線に挿入されることを特徴とするUSBデバイス。

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