JP2006262610A

JP2006262610A - 電源回路

Info

Publication number: JP2006262610A
Application number: JP2005075920A
Authority: JP
Inventors: Junji Takeshita; 順司竹下; Yasuhiro Tokumaru; 泰博徳丸; Koichiro Sakamoto; 康一郎坂本
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-28
Also published as: US20060209578A1; US7679321B2

Abstract

【課題】負荷に電源を供給する電源回路に関し、電源の電流供給能力に応じて電源を供給できる電源回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、電流供給能力の異なる電源に接続され、電源から負荷に供給する駆動電源を供給する電源回路において、外部からの切替信号に応じて負荷に供給する駆動電源の駆動電源供給能力を切り替える切替手段（１４１、１４２、１４３、１４４、Ｍ３、Ｒ11、Ｒ12）を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は電源回路に係り、特に、負荷に電源を供給する電源回路に関する。

近年、携帯電話、ポータブルミュージックプレーヤ、ディジタルカメラなどの機器は、ディジタルデータなどを扱うため、パーソナルコンピュータとの連携が要求されている。これに伴い、携帯電話、ポータブルミュージックプレーヤ、ディジタルカメラなどの機器には、パーソナルコンピュータのインタフェースであり、汎用性の高いＵＳＢポートが設けられている。これによって、携帯電話、ポータブルミュージックプレーヤ、ディジタルカメラなどの機器を直接パーソナルコンピュータに接続可能となっている。

携帯電話、ポータブルミュージックプレーヤ、ディジタルカメラなどの機器は、通常、電池によって駆動されている。これらの機器をパーソナルコンピュータに接続して使用する場合、データ転送中に電池が消耗して、システムがシャットダウンすると、データを消失する恐れがある。このため、通常、これらの機器をパーソナルコンピュータに接続して使用する場合、商用電源から電源を供給するようにしていた。商用電源から供給される交流電源は、ＡＣアダプタなどにより直流電源に変換された後、電池及びシステムに供給される。

従来のこの種の電子機器では、ＡＣアダプタの接続が必須であり、操作性や携帯性が悪かった。そこで、ＡＣアダプタなしで、電源を電池及びシステムに供給できるシステムが望まれていた。

ＡＣアダプタなしで、電源を電池及びシステムに供給できるシステムとしては、ＵＳＢなどの電源ラインを有するインタフェースなどの電源ラインから電源を取得して、供給する方法が提案されていた（特許文献１）。
特開２００２−３００２５６号公報

しかるに、ＵＳＢなどのインタフェースは、複数の電源供給能力を認めている。例えば、セルフパワー仕様及びバスパワー仕様がある。バスパワー仕様では電流供給能力が最大１００ｍＡに設定されており、セルフパワー仕様では電流供給能力が最大５００ｍＡに設定されていた。

したがって、このような電源供給能力の異なる複数の仕様をもつインタフェースなどから電池やシステムなどに電源を供給する場合には、インタフェースの仕様にあった電源供給能力で電源を供給する必要があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、電源の電流供給能力に応じて電源を供給できる電源回路を提供することを目的とする。

本発明は、電流供給能力の異なる電源に接続され、電源から負荷に供給する駆動電源を供給する電源回路において、外部からの切替信号に応じて負荷に供給する駆動電源の駆動電源供給能力を切り替える切替手段（１４１、１４２、１４３、１４４、Ｍ３、Ｒ11、Ｒ12）を有することを特徴とする。駆動電源供給能力は、電流供給能力であることを特徴とする。

また、駆動電源は、ＵＳＢインタフェースの電源ラインであり、切替手段はＵＳＢインタフェースのセルフパワー仕様とバスパワー仕様とに応じて駆動電流を切り替えることを特徴とする。

駆動電源供給能力の切り替えは、印加電圧によることを特徴とする。

駆動電源により電池（１３２）を充電することを特徴とする。

切替手段（１４１、１４２、１４３、１４４、Ｍ３、Ｒ11、Ｒ12）は、電流供給能力を外部に接続された抵抗（Ｒ11、Ｒ12）によって設定されることを特徴とする。

なお、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、切替手段により外部からの切替信号に応じて負荷に供給する駆動電源の駆動電源供給能力を切り替えることにより、ＵＳＢインタフェースなどの電源からの電流供給能力が異なる仕様の電源が接続された場合であっても電源の電源供給能力に応じて駆動電源の電源供給能力を最適に設定することができる。

〔第１実施例〕
図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。

本実施例のシステム１００は、パーソナルコンピュータ１１１と電子機器１１２とをＵＳＢケーブル１１３を介して接続した構成とされている。

図２は電子機器１１２のブロック構成図を示す。

電子機器１１２は、主に、ＵＳＢポート１２１、電源装置１２２、機器本体１２３から構成されている。ＵＳＢポート１２１は、ＵＳＢソケットコネクタから構成され、ＵＳＢケーブル１１３の一端のプラグコネクタが挿入される。ＵＳＢポート１２１は、接点Ｔbus、ＴD+、ＴD-、ＴGNDを有する。

接点Ｔbusには、ＵＳＢケーブル１１３の電源ラインが接続される。接点ＴD+には、ＵＳＢケーブル１１３の非反転信号ラインが接続される。接点ＴD-には、ＵＳＢケーブル１１３の反転信号ラインが接続される。接点ＴGNDには、ＵＳＢケーブル１１３の接地ラインが接続される。

接点Ｔbusは、電源装置１２２に接続される。また、接点ＴD+は、機器本体１２３の端子Ｔ23に接続される。接点ＴD-は、機器本体１２３の端子Ｔ22に接続される。接点ＴGNDは、接地される。

電源装置１２２は、電源制御ＩＣ１３１、電池１３２、抵抗Ｒ11、Ｒ12から構成されている。

電源制御ＩＣ１３１は、端子Ｔ11に接点Ｔbusから５Ｖの電源電圧が印加されている。電源ＩＣ１３１は、端子Ｔ11に印加された電圧に基づいて４．２Ｖの充電電圧を生成し、端子Ｔ12から出力する。電源制御ＩＣ１３１の端子Ｔ12は、電池１３２及び機器本体１２３に接続されており、電池１３２を充電するとともに、機器本体１２３に駆動電源を供給する。

電池１３２は、例えば、リチウムイオン電池から構成されており、電源制御ＩＣ１３１の端子Ｔ12に接続されており、電源制御ＩＣ１３１の端子Ｔ12からの電圧によって充電される。また、電池１３２は、機器本体１２３に接続されており、機器本体１２３に駆動電源を供給する。

図３は電源制御ＩＣ１３１のブロック構成図を示す。

電源制御ＩＣ１３１は、トランジスタＭ１〜Ｍ３、制御回路１４１、コンパレータ１４２、ドライブ回路１４３を含む構成とされている。

トランジスタＭ１は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタから構成され、ドレイン−ソース間が端子Ｔ12と端子Ｔ11との間に接続され、ゲートは制御回路１４１に接続されている。トランジスタＭ２は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタから構成され、ドレイン−ソース間が端子Ｔ13と端子Ｔ11との間に接続され、ゲートは制御回路１４１に接続されている。

トランジスタＭ１とトランジスタＭ２とは、カレントミラー回路を構成しており、トランジスタＭ２に流れる電流の10,000倍の電流がトランジスタＭ１に流れる構成とされている。

制御回路１４１は、端子Ｔ12に接続されており、端子Ｔ12の電圧を検出し、端子Ｔ12の電圧が所定の電圧、例えば、４．２ＶとなるようにトランジスタＭ１を制御する。また、制御回路１４１は、端子Ｔ13に接続されている。端子Ｔ13には、抵抗Ｒ11、Ｒ12の一端が接続されている。抵抗Ｒ11の他端は、電源制御ＩＣ１３１の端子Ｔ14に接続されている。抵抗Ｒ12の他端は、接地されている。

トランジスタＭ３は、電源制御ＩＣ１３１の内部で、ドレイン−ソース間が端子Ｔ14と端子Ｔ15との間に接続され、ゲートがドライブ回路１４３に接続されている。なお、端子Ｔ15は、電源制御ＩＣ１３１内部で接地されている。

端子Ｔ16には、機器本体１２３の端子Ｔ24が接続されており、端子Ｔ24から電流供給能力切替信号が供給される。端子Ｔ16は、電源制御ＩＣ１３１内部でコンパレータ１４２の反転入力端子に接続されている。

コンパレータ１４２の非反転入力端子には、基準電圧源１４４より基準電圧Ｖrefが供給されている。コンパレータ１４２は、端子Ｔ16に供給される電流供給能力切替信号と基準電圧Ｖrefとを比較し、電流供給能力切替信号が基準電圧Ｖrefより大きいときには、出力をローレベル、電流供給能力切替信号が基準電圧Ｖrefより小さいときには、出力をハイレベルとする。電流供給能力切替信号は、電流供給能力を大きくするときにはハイレベルとされ、電流供給能力を小さくするときにはローレベルとされる。電流供給能力切替信号は、ハイレベルのときには、基準電圧Ｖrefより大きいレベルとなり、ローレベルのときには、基準電圧Ｖrefより小さいレベルとなる。

電流供給能力切替信号がハイレベルのときには、コンパレータ１４２の出力がローレベルとなり、ドライブ回路１４３の出力はハイレベルとなる。ドライブ回路１４３の出力がハイレベルになると、トランジスタＭ３はオンする。トランジスタＭ３がオフすると、抵抗Ｒ11の他端はトランジスタＭ３を介して接地されるので、端子Ｔ13には抵抗Ｒ12と抵抗Ｒ11との並列回路が接続された状態となる。

端子Ｔ13に抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との並列回路が接続された状態では、端子Ｔ13と接地との間の抵抗は、抵抗Ｒ12のみが接続された状態より小さくなるので、トランジスタＭ２に電流がより多く流れる。これによって、トランジスタＭ１の電流供給能力が大きくなる。

電流供給能力切替信号がローレベルのときには、コンパレータ１４２の出力がハイレベルとなり、ドライブ回路１４３の出力はローレベルとなる。ドライブ回路１４３の出力がローレベルになると、トランジスタＭ３はオフする。トランジスタＭ３がオフすると、抵抗Ｒ11の他端は開放されるので、端子Ｔ13には抵抗Ｒ12のみが接続された状態となる。

端子Ｔ13に抵抗Ｒ12のみが接続された状態では、端子Ｔ13と接地との間の抵抗は、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との並列回路が接続された状態より大きくなるので、トランジスタＭ２に電流に流れる電流は小さくなる。これによって、トランジスタＭ１の電流供給能力は小さくなる。

なお、トランジスタＭ３、コンパレータ１４２、ドライブ回路１４３、基準電圧源１４４は、端子Ｔ16に供給される信号によるリセット機能を構成している。

〔動作〕
図４は本発明の一実施例の動作波形図を示す。図４（Ａ）は端子Ｔ12から出力される電流の特性、図４（Ｂ）端子Ｔ16の電圧変化を示す。

制御回路１４１は、時刻ｔ１でＵＳＢケーブル１１３がＵＳＢポート１２１に接続されると、前段階として僅かな電流Ｉ１を流すようにする。また、制御回路１４１の端子Ｔ16に機器本体１２３の端子Ｔ24から供給される電流供給能力切替信号は、図４（Ｂ）に示すようにローレベルとなる。これによって、トランジスタＭ３はオフする。トランジスタＭ３がオフすることにより、抵抗Ｒ11の他端が開放され、端子Ｔ13と接地間には抵抗Ｒ12のみが接続されることになる。これによって、端子Ｔ12からの電池１３２及び端子Ｔ21に供給される電流の最大電流供給能力は、小さい方の電流Ｉ２、例えば、１００ｍＡに制限される。例えば、ＵＳＢインタフェースの場合、電流供給能力の最大が１００ｍＡとなるように設定される。

制御回路１４１は、時刻ｔ２で電流供給能力切替信号に応じた電流となるようにトランジスタＭ１、Ｍ２を制御する。このとき、機器本体１２３は、ディスクリプタによって電流供給能力などの情報を取得する。

機器本体１２３は、例えば、時刻ｔ２で電流供給能力が５００ｍＡであることを認識すると、図４（Ｂ）に示すように端子Ｔ24から制御回路１４１の端子Ｔ16に供給する電流供給能力切替信号をハイレベルにする。これによって、トランジスタＭ３をオンする。トランジスタＭ３がオンすることにより、端子Ｔ13と接地との間に抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12とが並列に接続される。これによって、端子Ｔ12からの電池１３２及び端子Ｔ21に供給される電流の最大電流供給能力は、大きい方の電流Ｉ３、例えば、５００ｍＡに制限される。例えば、ＵＳＢインタフェースの場合、電流供給能力が最大５００ｍＡとなるように設定される。これによって、電池１３２を高速に充電できる。

制御回路１４１は、時刻ｔ３で電池１３２の充電状態が満充電状態に近づくと、端子Ｔ12から出力する電流を徐々に低減し、時刻ｔ４で電流Ｉ４状態とする。なお、このとき、機器本体１２３に電流を供給しているときには、機器本体１２３に対しても電流を供給する。このとき、機器本体１２３に供給される電流は、電流Ｉ１〜Ｉ３の範囲で最適となるように制御される。

〔第２実施例〕
図５は本発明の第２実施例のシステム構成図、図６は電子機器２１２のブロック構成図、図７は電源制御ＩＣ２３１のブロック構成図を示す。

本実施例のシステム２００は、電子機器２１２の構成が第１実施例とは相違する。本実施例の電子機器２１２は、電源制御ＩＣ２３１の構成が第１実施例の電子機器１１２とは相違する。

本実施例の電源制御ＩＣ２３１は、トランジスタＭ２を削除し、端子Ｔ13を制御回路２４１に接続した構成とされている。制御回路２４１は、端子Ｔ13に電圧を印加し、端子Ｔ13に流れる電流に応じてトランジスタＭ１のゲート電圧を制御して、端子Ｔ12の電圧を制御することにより、出力電圧を切り替え可能としたものである。

なお、このとき、本実施例では、外付けの抵抗Ｒ11、Ｒ12により出力電圧を調整可能としている。

また、機器本体１２３は、端子Ｔ24から電源制御ＩＣ２３１の端子Ｔ16に電圧切替信号を供給している。電圧切替信号は出力電圧を高電圧にするときにはローレベルとなり、低電圧とするときにはハイレベルとなる。

図８は本発明の第２実施例の動作説明図を示す。図８（Ａ）は端子Ｔ12の電圧、図８（Ｂ）は端子Ｔ16の電圧を示す。

制御回路２４１は、時刻ｔ11でＵＳＢケーブル１１３がＵＳＢポート１２１に接続されると、トランジスタＭ１を制御して徐々に出力電圧を増加させる。また、制御回路２４１の端子Ｔ16に機器本体１２３の端子Ｔ24から供給される電圧切替信号は、図８（Ｂ）に示すようにローレベルとなる。これによって、トランジスタＭ３はオフする。トランジスタＭ３がオフすることにより、抵抗Ｒ11の他端が開放され、端子Ｔ13と接地間には抵抗Ｒ12のみが接続されることになる。これによって、端子Ｔ12の出力電圧は、時刻ｔ12で例えば、４．２Ｖとされる。

機器本体１２３は、例えば、時刻ｔ13で電池１３２により機器本体１２３を駆動するために、図４（Ｂ）に示すように端子Ｔ24から制御回路２４１の端子Ｔ16に供給する電圧切替信号をハイレベルにする。制御回路１４１は電流供給能力切替信号がハイレベルになると、トランジスタＭ３をオンする。トランジスタＭ３がオンすることにより、端子Ｔ13と接地との間に抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12とが並列に接続される。これによって、端子Ｔ12の電圧は４.１Ｖに低減される。これによって、電池１３２から機器本体１２３に電流が供給される。

〔その他〕
なお、本実施例では、インタフェースとしてＵＳＢインタフェースを例に説明を行なったが、これに限定されるものではなく、他のインタフェースであってもよい。

また、本実施例では、電流、電圧を切り替える構成について説明したが、トランジスタＭ３、コンパレータ１４２、ドライブ回路１４３、基準電圧源１４４により端子Ｔ16に供給される信号を制御することによるリセット機能を利用して、電流制御ＩＣのイネーブル機能を制御するようにしてもよい。

さらに、リセット機能により、異常検出時などにタイムアップ用のタイマの起動を行なったり、ＬＥＤなどを駆動して、状態表示を行なったり、電池電圧の定電圧制御機能のオン・オフを行なったりするようにしてもよい。また、上記リセット機能の出力は、アクティブハイ、アクティブローのいずれであってもよい。

本発明の第１実施例のシステム構成図である。電子機器１１２のブロック構成図である。電源制御ＩＣ１３１のブロック構成図である。本発明の第２実施例の動作説明図である。本発明の第２実施例のシステム構成図である。電子機器２１２のブロック構成図である。電源制御ＩＣ２３１のブロック構成図である。本発明の第２実施例の動作説明図である。

符号の説明

１００、２００システム
１１１パーソナルコンピュータ、１１２、２１２電子機器、１１３ＵＳＢケーブル
１２１ＵＳＢポート、１２２電源装置、１２３機器本体
１３１、２３１電源制御ＩＣ、１３２電池、Ｒ11、Ｒ12 抵抗
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３トランジスタ
１４１制御回路、１４２コンパレータ、１４３ドライブ回路、１４４基準電圧源

Claims

電流供給能力の異なる電源に接続され、該電源から負荷に供給する駆動電源を供給する電源回路において、
外部からの切替信号に応じて前記負荷に供給する前記駆動電源の駆動電源供給能力を切り替える切替手段を有することを特徴とする電源回路。
前記駆動電源供給能力は、電流供給能力であることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
前記駆動電源は、ＵＳＢインタフェースの電源ラインであり、
前記切替手段は、前記ＵＳＢインタフェースのセルフパワー仕様とバスパワー仕様とに応じて前記駆動電流を切り替えることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
前記駆動電源供給能力の切り替えは、印加電圧によることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
前記駆動電源により電池を充電することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の電源回路。
前記切替手段は、前記電流供給能力を外部に接続された抵抗によって設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の電源回路。