JP2006517692A - バス制御型パワースイッチ - Google Patents

Abstract

周辺装置は、電源を動作するためのバス制御型のスイッチングアレンジメントを有する。装置は、バスを介してリモート装置と通信するために適合されるバスインタフェースを備えている。スイッチ回路は、バスインタフェースと電源との間に接続される。スイッチ回路は、電源が不作動状態にあるとき、バスアクティビティを感知し、感知されたバスアクティビティに応答して電源をアクチベートするための信号を発生するために作用する。該スイッチ回路は、バス上でアクティビティが感知されないときに電力を消散しない。

Description

本発明は、電源全般に関し、より詳細には、電源をオン及びオフするための技術に関する。

本出願は、２００２年１０月１８日に提出された米国特許仮出願６０／４１９，６３２号に関して３５ＵＳＣ１１９に基づいて優先権を主張するものである。

ルータ、ハブ、プリンタ、スキャナ等のような周辺装置は、コンピュータ及び／又は１以上のバスシステムを介して互いに接続されることがある。ＳＯＨＯ（Ｓｍａｌｌ Ｏｆｆｉｃｅ ａｎｄ Ｈｏｍｅ Ｏｆｆｉｃｅ）及びＤＨＴ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｍｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ）のような比較的小規模のネットワークでは、大部分の周辺装置は、中央のパワースイッチを介して、又は装置のそれぞれを個々にオンすることでオンされる。しかし、このアクチベーション動作は、周辺装置がコンピュータと同じ部屋にないとき、より不便になる。電力制御の問題は、複数の周辺装置がネットワークにおいて互いに離れて位置されるか、又はコンピュータから離れて位置されるときに悪化する。結果的に、かかる装置は、オフされないことがあるがスタンバイモードのままにされ、これにより一定に電力を消費する。バス上でのアクティビティのないときに、感知回路において電力を消失することなしに装置を維持しつつ、バスの休止を感知する周辺装置が高く望まれる。

周辺装置は、電源を動作させるためのバス制御型のスイッチングアレンジメントを有している。装置は、バスを介してリモート装置と通信するために適合されるバスインタフェースを備えている。スイッチ回路は、バスインタフェースと電源との間に接続されている。スイッチ回路は、電源が不作動（インアクティブ）状態にあるとき、バスのアクティビティを感知し、感知されたバスのアクティビティに応答して電源をアクチベートするための信号を発生するために作用し、スイッチ回路は、バスでのアクティビティが感知されないとき、電力の消失がない。

図１は、バスインタフェース３０に接続されるバス２５を介して、コンピュータのような別の電子装置２０に接続される、プリンタのような周辺装置１０を示している。なお、装置１０は、バス２５及びバスインタフェース３０を介して外部装置２０に直接的に接続されるか、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークのようなコンピュータネットワークを通して結合される場合がある。図１に示されるように、バスインタフェース３０は、プリンタ１０への電力及び／又はデータ信号、及び／又はプリンタ１０からのデータ信号を伝達するために接続されるＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｂｕｓ）を備えている。図１に示される実施の形態では、入力ライン３４のペアは、データ信号をＵＳＢコントローラ１２にコンピュータ２０から伝達する。電力ライン３４は、コンピュータ２０からコネクタ３０を介してパワースイッチ４０に電力信号を伝達する。パワースイッチ４０は、シンプルなリレー、固体スイッチ、又は電源ラインのパワーコネクションを電源６０に切り替え可能に接続可能な他のスイッチング装置を備えている。動作において、コンピュータ２０が電源オンされたとき、ＵＳＢ電力ライン３２は作動（アクティブ）状態となり、スイッチ４０を閉じさせ、これにより電源６０をアクチベートし、外部装置から受信されたデータを処理するためにコントローラ１２に電力を供給可能にする。なお、アクチベーションに応じて、装置は、スタンバイ動作モード又はラン動作モードのいずれかに入る場合があることが理解される。コンピュータ２０がオフされるか、ＵＳＢコネクションが除かれたとき、電力ライン３４の信号は、スイッチ４０の状態を替えさせて「オープン」にし、これにより電源ラインのコネクション５０からの電源６０のコネクションをディスエーブルにし、これによりプリンタ１０を自動的に「オフ」にする。

図２は、本発明の態様を実施するのに有効な例示的なシステムを示している。図２に示されるように、バスインタフェース３０’は、周辺装置１０’を外部装置（図示せず）にバス２５’を介して接続するためのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）コネクタを備えている。この実施の形態では、バスシステムは、外部装置からの電力分散なしに実現される。コネクタ３０’からの入力ライン３４’のペアは、データ信号をＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）コントローラ１２’に伝達する。出力ライン３６のペアは、ネットワーク上の外部装置に経路制御するため、バス２５での転送のためにコントローラ１２’からＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）コネクタ３０’に出力信号を送る。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークのようなネットワーク（たとえば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）１０／１００ｂａｓｅ−Ｔ ｎｅｔｗｏｒｋｓ）では、（ＰＣのような）マスター装置は、入力ライン３４’に周期的な走査パルスを供給することでバス２５を周期的に走査する。これらの走査パルスは、パッシブ型信号検出器３８により検出される。検出器３８により検出された走査パルスにおける少量の走査エネルギーにより、該検出器は、コントローラ１２’に電力を供給するため、電源６０をアクチベートするか、電源６０を「オン」にするための信号３９を生成する。

電源６０がアクチベートされたとき、コントローラ又はマイクロプロセッサ１２’は、その入力ＲＸ＋，ＲＸ−で、バス２５が使用されているか又はシステムから切り離されているかを検出するために作用する。コントローラ１２’が予め決定された時間インターバルを通してバスのアクティビティがないこと、又はシステムからのバスインタフェースの切り離されていることを感知した場合、コントローラは、電源６０をオフにするためにコマンド信号６２を発生する。

なお、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークのようなネットワークは、電力を伝送しないことを理解されたい。しかし、先に説明されたように、バスアクティビティは、ネットワークを進行するパルスパッケージにより特徴づけされる。これらのパルスパッケージは、周辺装置をオンするために検出及び使用することができる。図３は、周辺装置が不作動状態にあるとき、電力を消費することなしにバスの不作動状態を感知するために作用する例示的な詳細な回路を示している。図３に示されるように、周辺装置は、この機能性を提供するための回路３００を含んでいる。バス２５’上を伝送されるパルスパッケージ２３は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）バスコネクタ３０’で受信され、ポートＲＤ＋，ＲＤ−からの信号ライン３４’を通して回路３００に入力される。信号ラインは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）コントローラ／受信機１２’の入力ポートに、バスアクティビティを示すデータ信号を伝送する。また、信号ライン３４は、変圧器４１に接続され、この変圧器は、電源からバスを分離する。変圧器Ｔ１の出力Ｖ１ａは、ネットワーク２５の入力インピーダンスを提供する、抵抗Ｒ３によりｐｎｐトランジスタＱ１のベースｂ１に接続される。変圧器Ｔ１の出力Ｖ１ｂは、ノード３００ｂでトランジスタＱ１のエミッタｅｌに接続される。トランジスタＱ１のコレクタは、ノード３００ａでキャパシタＣ３に接続されている。ツェナーダイオードＤ５及び抵抗Ｒ４は、互いに並列に、及びキャパシタＣ３と並列に接続される。金属酸化膜電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２は、ノード３００ａで接続されるゲート端子ｇ２を有している。トランジスタＱ２のドレイン端子ｄ２は、抵抗Ｒ２を介してノード３００ｂに接続され、ソース端子ｓ２は、ノード３００ｃでキャパシタＣ２を充電するために接続される。スイッチモード電源制御回路７４について電力を供給するため、キャパシタＣ２に十分な電流をなお供給しつつ、抵抗Ｒ２の値は、電源のアクティブモードの間にかなりの電力量を消散しないように、比較的大きな値を有するために選択される。スイッチモード電源（ＳＭＰＳ： Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）７０は、制御回路７４において供給電圧ＶＣＣを受信するために第一の入力７２でノード３００ｃに接続される。ＳＭＰＳ７０は、変圧器Ｔ２の一次巻線ｗ１に周期的に電圧を印加するため、制御回路７４の出力に応答するスイッチ７６を更に含んでいる。

本発明の態様によれば、周辺装置は、バスの不作動状態を感知する感知回路が不作動状態にあるときに電力を消散しないように構成される。より詳細には、装置が不作動状態にあり、ライン３４’でのバスのアクティビティがないとき、トランジスタＱ１はオフであり、感知回路により電力が消散されない。トランジスタＱ１がオフであるとき、キャパシタＣ３は充電されない。したがって、トランジスタＱ２において電力が消散されないように、トランジスタＱ２もオフである。入力ライン３４’にパルスが存在しないとき、トランジスタＱ１及びＱ２はエネルギーを消散しない。

しかし、図３に示されるように、トランジスタＱ１は、トランジスタＱ２をオンにバイアスさせるためにキャパシタＣ３を充電するため、バスアクティビティがオンである入力ライン３４’に応答する。これは、つぎに、出力電源電圧ＶＳを提供するため、ＳＭＰＳ７０の制御回路７４をアクチベートするため、電圧ＶＣＣを供給するためにキャパシタＣ２に充電させる。特に、図３に支援されるように、バスアクティビティを示すパルス信号２３は、ライン３４’を通して受信され、ステップダウン変圧器Ｔ１により分離される。ベース端子ｂ１でのパルス信号入力は、トランジスタＱ１が分離されたパルス信号を整流し、キャパシタＣ３を充電するように、トランジスタＱ１をオンにバイアスする役割を果たす。キャパシタＣ３間の電圧は、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２の動作を制御し、このＭＯＳＦＥＴ Ｑ２を充電する。より詳細には、キャパシタＣ３間の電圧がトランジスタＱ２の予め決定された閾値レベルに到達したとき、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ２は、キャパシタＣ２を充電するための電流を供給するためにオンにバイアスされる。電圧Ｖがオンであるとき、キャパシタＣ２は、閾値となる開始電圧ＶＣＣに到達し、電源制御回路７４は、周辺装置のためのスイッチモード出力供給電圧ＶＳを発生するため、変圧器Ｔ２をＧＮＤと周期的に接続するため、スイッチ７６をアクチベートするための周期的なスイッチング信号３９を発生するためにアクチベートされる。電源は、バスアクティビティのないことが回路３００により検出されるまで、及びＲ４，Ｃ３、及びＲ２，Ｃ２回路コンポーネントの時定数により生じる更なる遅延まで、アクティブすなわち「オン」のままである。なお、時定数は、回路３００にとって更なる雑音安定度を提供する。バスインタフェースにパルスが存在しないとき、キャパシタＣ２は、最小の動作値（Ｖｏｐ）以下に最終的に放電し、制御回路をアクティブではない状態にさせ、電源をオフにさせる。なお、電源をアクティブではない状態にするための最小の動作電圧は、閾値である開始電圧ＶＣＣと同じであるか、より好ましくは該開始電圧以下である場合があることを理解されたい。これは、開始電圧が電源を動作するための通常又は平均電圧レベルよりも典型的に大きいためである。いずれの場合であっても、キャパシタＣ２が当該レベル以下に放電されるように、キャパシタＣ２での最小動作電圧レベルが存在し、制御回路がアクティブではない状態となり電源がオフされることを理解されたい。

バイパススイッチＳ１は、先に説明されたバス制御型の動作モードのためのバイパスを提供する。より詳細には、バイパススイッチＳ１により、ユーザは、バス２５’からの入力パルスを感知し、電源をアクチベートするトランジスタＱ１，Ｑ２及び関連する回路をバイパス可能であり、代わりに、キャパシタＣ２を直接充電するために抵抗Ｒ２及びスイッチＳ１を通して電流を供給する。このコンフィギュレーションでは、スイッチＳ１が閉じたとき、電源は、バス上のアクティビティとは独立に、電源ライン電圧Ｖｍａｉｎｓとの接続に応じてアクチベートされる。スイッチＳ１が開いているとき、周辺装置は、リモートスタートアップモードにあり、バスからのデータ信号は、電源をアクチベートするために使用される。勿論、先に説明されたように、スイッチＳ１が開いているとき、バス上には入力パルス信号２３がなく、バスの不作動状態を感知するための回路は、トランジスタＱ１及びＱ２を含めて、不作動状態にあるときに電力を消費しない。

本実施の形態で説明されたように、図３の回路は、パルス２３が入力ラインでもはや存在しないとき、バスが不作動状態にあることで、トランジスタＱ１及びＱ２のシャットオフとなり、回路の時間遅延に係るキャパシタＣ２のその後の放電となった後に電源がオフになるように作用する。しかし、先に記載されたシャットダウン方法は、プリンタが所定のプリント動作を実行するためにコンピュータからの命令を受信し、そのタスクを実行するための処理を始動するときのような、所定のアプリケーションでは望まれない。このケースでは、周辺装置は、ネットワーク上にバスのアクティビティが存在しないときでさえも、プリント動作を完了するためにアクティブのままである。図４は、バスのアクティビティがないにも拘らず、電源を作動状態に維持するための例示的な実施の形態を例示している。

図４に例示されるように、電源７０’は、（通常閉じている）スイッチ７８を通してキャパシタＣ２に結合される、ダイオードＤ２に接続される更なるウィンドウｗ３を含んでいる。トランジスタＱ２がオンであるとき、キャパシタＣ２を充電するために抵抗Ｒ２及びトランジスタＱ２を通して電流が流れる。閾値である開始電圧レベルＶＣＣに到達したとき、制御回路７４は、スイッチ７６の周期的なスイッチングをＧＮＤにさせるためにアクチベートされる。これにより、変圧器Ｔ２は、二次巻線ｗ２を通して二次側に電力を伝送するように、周期的に電圧が印加される。このケースでは、変圧器Ｔ２の一次側に結合されるとともに、スイッチ７８を通してキャパシタＣ２にダイオードＤ２により接続される巻線ｗ３は、電源７０’の入力で、電圧を効果的にラッチするため、制御回路７４にキャパシタＣ２への付加的な電源を供給する。これにより、キャパシタＣ２は、バス上のパルス信号２３の後続する停止とは独立に、電源のアクチベーションを維持するため、適切なレベルに充電されることが補償される。したがって、図４の電源は、（たとえば、バスアクティビティの感知により）電源がはじめにアクチベートされた後、後のバスアクティビティがないにも拘らず、装置は動作を継続することができるように作用する。

電源は、電源７０’の制御入力７５で制御信号ＣＩを介してオフにされる場合がある。制御信号ＣＩは、コントローラ／受信機１２’におけるマイクロプロセッサから入力される場合がある。このコントローラ／受信機は、予め決定された時間インターバルを通してバス上の信号のアクティビティが存在しないことを検出した後、そのタスクの完了（たとえば、プリント動作の完了）に応じて、スイッチ７８を開くために制御信号ＣＩを発生する。これにより、キャパシタＣ２は放電され、制御回路７４は不作動状態となり、電源７０’はオフとなる。なお、マイクロプロセッサ受信機に関連する制御入力及びシャットオフ機能は、電源に関連するラッチ及びシャットダウン処理と同様に、ソフトウェアでの実行可能な命令として、ハードウェアでの回路素子及び／又はコンポーネントとして、ファームウェアでのプログラマブルメモリとして、並びにその組み合わせとして実現される場合があることを理解されたい。

本発明は、例示的な実施の形態の観点で記載されたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。特許請求の範囲は、本発明の等価の範囲から逸脱することなしに当業者によりなされる場合がある本発明の他の変形例及び実施の形態を広く含むものとして解釈されるべきである。

本発明の原理を理解するのに有効なバス制御型のスイッチングアレンジメントを有する周辺装置を例示する図である。 本発明の原理を実施するのに有効なバス制御型のスイッチングアレンジメントを有する周辺装置を別に例示する図である。 本発明の原理を実施するのに有効なバス制御型のスイッチングアレンジメントを有する周辺装置を別に例示する図である。 本発明の原理を実施するのに有効なバス制御型のスイッチングアレンジメントを有する周辺装置を別に例示する図である。

Claims (17)

1. 電源を動作するためのバス制御型のスイッチング構成を有する周辺装置であって、
   バスを介してリモート装置と通信するために適合されるバスインタフェースと、
   該バスインタフェースと電源との間に接続され、該電源が不作動状態にあるとき、バスアクティビティを感知し、感知されたアクティビティに応答して該電源をアクチベートするための電圧信号を供給するために作用するスイッチ回路とを備え、
   該スイッチ回路は、アクティビティがバス上にないときに電力を消散しない、
   ことを特徴とする周辺装置。
2. 該スイッチ回路は、該バスインタフェースに結合される入力を有する第一のスイッチングトランジスタを備え、該第一のスイッチングトランジスタは、該入力にパルス信号が存在するときに非導通状態から導通状態になる、
   請求項１記載の装置。
3. 該スイッチ回路は、キャパシタに結合される入力を有する第二のスイッチングトランジスタを更に備え、該第二のスイッチングトランジスタは、該第一のトランジスタが該導通状態にあるとき、閾値レベルを超えるキャパシタの充電に応答して、非導通状態から導通状態になる、
   請求項２記載の装置。
4. 該スイッチ回路は、入力電圧のレベルに従って該電源を作動又は不作動にするため、該電源の制御回路に入力電圧を供給するため、該第二のスイッチングトランジスタの出力に結合されるキャパシタを更に備える、
   請求項３記載の装置。
5. 該電源は、該バスアクティビティとは独立に該電源を作動状態に維持するために十分な電圧信号を電源に供給するため、該電源の最初のアクチベーションに応答するラッチ回路を更に含む、
   請求項１記載の装置。
6. 該電源を不作動状態にさせるための制御信号を受信するため、該電源に結合される制御入力を更に備える、
   請求項５記載の装置。
7. バスアクティビティとは独立に電源のアクチベーションを生じるため、入力供給電圧源から該電源への経路を提供するため、該スイッチ回路をバイパスするための手段を更に備える、
   請求項１記載の装置。
8. 該電源は、バスアクティビティが存在しないことに基づく所与の時間遅延の後に不作動状態となる、
   請求項１記載の装置。
9. 電源を動作するためにバス制御型のスイッチング構成を有する周辺装置であって、
   バスを介してリモート装置と通信するために適合されるバスインタフェースと、
   第一及び第二のスイッチングトランジスタと、
   第一のキャパシタが該第一のスイッチングトランジスタに結合され、第二のキャパシタが該第二のスイッチングトランジスタと電源との間に結合される第一及び第二のキャパシタとを備え、
   該第一のスイッチングトランジスタは、該バスインタフェースに結合され、該バスインタフェースにパルスが存在しないときに電力を消散せず、
   該バスインタフェース上にパルスが存在することに応答して、該第一のスイッチングトランジスタは、該電源をアクチベートするために十分な電圧信号を該第二のキャパシタで発生するため、該第二のスイッチングトランジスタをアクチベートするために該第一のキャパシタを充電するためにアクチベートされる、
   ことを特徴とする周辺装置。
10. 該電源は、予め決定されたインターバルにわたる該バスインタフェースの不作動状態に応答して制御信号を受信し、該制御信号に応答して電源を不作動状態にするための制御入力を更に含む、
    請求項９記載の装置。
11. 該第二のトランジスタが導通しているとき、該電源を作動にするために十分な電圧にまで該第二のキャパシタを充電するため、入力電圧源に結合され、該第二のスイッチングトランジスタに結合される抵抗を更に備える、
    請求項９記載の装置。
12. 該電源は、バスのアクティビティがないことに基づく所与の時間遅延の後に不作動状態となる、
    請求項９記載の装置。
13. 該時間遅延は、バスアクティビティが感知されないとき、該スイッチング回路における該第一及び第二のキャパシタの放電に関連する遅延を含む、
    請求項１２記載の装置。
14. 該バスは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）バスであり、該バスアクティビティは、走査パルスの系列を備える、
    請求項９記載の装置。
15. バスに送出される入力データ信号に応答する周辺装置であって、
    周辺装置のための電源を制御するための電源コントローラと、
    入力供給電圧源に結合される第一の主要な電流導通端子、該コントローラの入力供給端子に結合される第二の主要な電流導通端子、及び該制御端子に印加され、トランジスタの閾値電圧を超える振幅を有する該データ信号に応答する制御端子を有するトランジスタとを備え、
    該データ信号は、該閾値電圧を超えたときに該コントローラに電圧を印加するためのバスアクティビティを示すとき、該トランジスタは、該コントローラへの電圧の印加が停止されたままにするため、バスの不作動状態を示す該データ信号がないときに電力を消散することなしに、パッシブな非導通状態のままである、
    ことを特徴とする周辺装置。
16. 該第二の主要な電流導通端子は、雑音安定性を提供するためにフィルタキャパシタに結合される、
    請求項１５記載の周辺装置。
17. 該閾値電圧は、該トランジスタのエミッタ−ベース接合により決定される、
    請求項１５記載の周辺装置。

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