JP2014048880A - 携帯式バッテリ装置 - Google Patents

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Hitoshi Tazaki
斉 田崎
Takashi Makita
喬 牧田
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ルネサスエレクトロニクス株式会社
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

【課題】携帯式バッテリ装置でUSB通信を可能にする。
【解決手段】携帯式バッテリ装置(2)は、電子機器(1)と接続可能な第1USB端子(21)と、USBデバイス(4)と接続可能な第2USB端子(22)とを含む。さらに上記携帯式バッテリ装置(2)は、USB切替えスイッチ(25A,25B)と、上記USB切替えスイッチの信号経路切替え動作を制御可能な制御部(23)とを含む。上記制御部は、USB切替えスイッチを制御して、上記制御部と上記第2USB端子との間の信号パス(B)、上記制御部と上記第1USB端子との間の信号パス(A)、上記第1USB端子と上記第2USB端子との間の信号パス(C)を形成する。上記信号パスが形成されることで、携帯式バッテリ装置でUSB通信が可能になる。
【選択図】図1

Description

本発明は携帯式バッテリ装置に関し、特にユニバーサル・シリアル・バス(Universal Serial Bus;USB)対応の端子を有する携帯式バッテリ装置に好適に利用できるものである。
特許文献1には、携帯式電源が示される。この携帯式電源は、第1の区画と、第1の区画上に配置された第2の区画と、第1の区画内に取外し可能に配置された電子デバイスと、第2の区画内に配置された電源アセンブリと、第2の区画上に配置され、電源アセンブリの残余電力を表示するパワーインジケータを備える。さらにこの携帯式電源は、充電ソケットと、コードを介して電子デバイスと接続すると共に電子デバイスに電力を供給する電源ソケットと、コンピュータと電子デバイス間でデータをやりとりすべくケーブルを介してコンピュータに接続するコンピュータポートとを備える。
特許文献2には、バッテリバックアップ装置が示される。このバッテリバックアップ装置は、第1コネクタと、第2コネクタと、第1コネクタによって外部から提供されたデータを第2コネクタに伝送するデータラインと、データラインと接続し、データを選択的に保存する保存部、および第1コネクタによって外部から提供された第1電源電圧の入力を受けて充電し、第2電源電圧を第2コネクタに出力する充電部を含む。
特開2005−323486号公報 特開2009−123177号公報
特許文献1に記載されているような携帯式電源では、両方のコネクタが接続状態のときは、どちらかの機能を停止する必要がある。例えば、携帯式電源と携帯機器の両方を充電したい場合には、携帯式電源と携帯機器の接続を手動で切断して、両方を個別的にパーソナルコンピュータ(「パソコン」という)に接続する必要がある。そしてこの場合、パソコンの接続コネクタを二つ使用することとなり利便性が低い。また、接続コネクタはUSBが一般的であるが、一般的な携帯式バッテリはUSB通信機能を持たないため、USBにおける電源ライン(VBUS)の電流値においてUSB規格を遵守できないおそれがある。
特許文献2に記載のバッテリバックアップ装置では、USBラインの切替えがハードウェア的に成されておらず、単なるワイヤードオアによって三者間が接続されている。USB通信は、基本的に二者間で行う通信方式であり、単なるワイヤードオアで三者間を接続した場合には、二者間の通信には必要の無い配線によって生ずる反射などの影響で信号が劣化するおそれがある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
課題を解決するための手段のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、携帯式バッテリ装置は、USBにおける信号経路の切替えを行うUSB切替えスイッチと、USB切替えスイッチの信号経路切替え動作を制御可能な制御部とを含む。上記制御部は、第1USB端子が未接続の状態で、第2USB端子にUSBデバイスが接続された場合には、USB切替えスイッチを介して、制御部と第2USB端子との間の信号パスを形成する。上記制御部は、第2USB端子が未接続の状態で、第1USB端子に電子機器が接続された場合には、USB切替えスイッチを介して、制御部と第1USB端子との間の信号パスを形成する。上記制御部は、第2USB端子にUSBデバイスが接続された状態で、第1USB端子に電子機器が接続された場合には、USB切替えスイッチを介して、第1USB端子と第2USB端子との間の信号パスを形成する。上記制御部は、第1USB端子に電子機器が接続された状態で、第2USB端子にUSBデバイスが接続された場合には、USB切替えスイッチを介して、第1USB端と第2USB端子との間の信号パスを形成する。
課題を解決するための手段のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、USBホスト機能を有する電子機器と携帯式バッテリ装置との間、USBインタフェースを有するUSBデバイスと携帯式バッテリ装置との間、及び上記携帯式バッテリ装置を介して上記電子機器と上記USBデバイスとの間で、USB通信を行うことができる。
携帯式バッテリ装置の構成例ブロック図である。 図1に示される携帯式バッテリ装置を用いた場合のUSB通信の説明図である。 図1に示される携帯式バッテリ装置における状態遷移の説明図である。 図1に示される携帯式バッテリ装置における状態遷移を示すフローチャートである。 図1に示される携帯式バッテリ装置における状態遷移を示すフローチャートである。 図1に示される携帯バッテリ装置にパソコンと携帯機器とが接続されている場合の二次電池への充電及び携帯機器への給電の制御例の説明図である。 携帯式バッテリ装置の構成例ブロック図である。 携帯式バッテリ装置の構成例ブロック図である。 携帯式バッテリ装置の構成例ブロック図である。
1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔1〕代表的な実施の形態に係る携帯式バッテリ装置(2)は、USBホスト機能を有する電子機器(1)と接続可能な第1USB端子(21)と、USBインタフェースを有するUSBデバイス(4)と接続可能な第2USB端子(22)とを含む。また上記携帯式バッテリ装置(2)は、上記第1USB端子に接続された上記電子機器からの電源供給によって充電され、その充電による蓄積電荷を、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスに供給可能な二次電池(29)を含む。さらに上記携帯式バッテリ装置(2)は、USBにおける信号経路の切替えを行うUSB切替えスイッチ(25A,25B)と、上記USB切替えスイッチの信号経路切替え動作を制御可能な制御部(23)とを含む。
上記制御部は、上記第1USB端子が未接続の状態で、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第2USB端子との間の信号パス(B)を形成する。この信号パス(B)の形成により、上記携帯式バッテリ装置とUSBデバイスとの間のUSB通信が可能になる。
また上記制御部は、上記第2USB端子が未接続の状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第1USB端子との間の信号パス(A)を形成する。この信号パス(A)の形成により、上記電子機器と上記携帯式バッテリ装置との間のUSB通信が可能になる。
さらに上記制御部は、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続された状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端子と上記第2USB端子との間の信号パス(C)を形成する。この信号パス(C)の形成により、上記電子機器と上記USBデバイスとの間のUSB通信が可能になる。
そして上記制御部は、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された状態で、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端と上記第2USB端子との間の信号パス(C)を形成する。この信号パス(C)の形成により、上記電子機器と上記USBデバイスとの間のUSB通信が可能になる。
上記電子機器の一例として、パーソナルコンピュータを挙げることができ、上記USBデバイスの一例として携帯機器を挙げることができる。
〔2〕上記携帯式バッテリ装置は、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスに流れる電流を検出する電流検出ブロックを含んで構成することができる。上記制御部は、上記電流検出ブロックでの電流検出結果に基づいて、上記第2USB端子と上記USBデバイスとの接続状態を認識するように構成することができる。
かかる構成によれば、電流検出ブロックは、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続されることで上記USBデバイスに流れる電流を検出し、上記制御部は、上記電流検出ブロックでの電流検出結果に基づいて、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続されたことを認識することができる。
〔3〕上記制御部は、上記第1USB端子を介して上記電子機器との間で行われる通信によって、上記電子機器から上記第1USB端子を介して供給可能な電流の最大値を把握し、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスとの間で行われる通信によって、上記USBデバイスからの電流の要求値を把握する。そして上記制御部は、上記電流の最大値及び上記電流の要求値に基づいて、上記二次電池の充電電流値と、上記USBデバイスに供給する電流値とを制御する。このような制御が行われることで、USBにおける電流源の過負荷を回避することができる。
〔4〕上記携帯式バッテリ装置には、第1ポジションと第2ポジションとを選択的に形成可能なポジション切替えスイッチ(37)を設けることができる。
上記第1ポジションでは、上記USB切替えスイッチの状態を、上記第1USB端子及び上記第2USB端子の接続状態にかかわらず、上記制御部と上記第1USB端子との間の信号パスが形成された状態に固定される。
上記第2ポジションでは、上記USB切替えスイッチの状態を、上記第1USB端子及び上記第2USB端子の接続状態にかかわらず、上記制御部と上記第2USB端子との間の信号パスが形成された状態に固定される。
上記の構成によれば、第1ポジションが指示された場合には、第2USB端子にUSBデバイスが接続されても、状態遷移は行われない。また、第2ポジションが指示された場合には、第1USB端子に電子機器が接続されても、状態遷移は行われない。このため、第1USB端子に電子機器が接続され、第2USB端子22にUSBデバイスが接続された状態で、ポジション切替えスイッチの操作によって通信経路(信号パスA,B)の切替えが可能となる。
〔5〕上記制御部は、USBインタフェース機能を含んで一つの半導体基板に形成されたマイクロコンピュータ(24)によって形成することができる。
〔6〕上記制御部は、マイクロコンピュータ(34)と、供給能力検出ブロック(35)と、消費電流検出ブロック(36)とを含んで構成することができる。上記供給能力検出ブロックは、上記マイクロコンピュータの制御下で、上記第1USB端子を介して上記電子機器との間で行われる通信によって、上記電子機器から上記第1USB端子を介して供給可能な電流の最大値を検出する。上記消費電流検出ブロックは、上記マイクロコンピュータの制御下で、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスとの間で行われる通信によって、上記USBデバイスからの電流の要求値を検出する。上記マイクロコンピュータと、供給能力検出ブロックと、上記消費電流検出ブロックとは互いに異なる半導体チップによって形成される。
上記制御部を、マイクロコンピュータと、供給能力検出ブロックと、消費電流検出ブロックとを含んで構成する場合、上記マイクロコンピュータには汎用品を適用することができる。
〔7〕上記携帯式バッテリ装置内に上記電流検出ブロックが設けられない場合にも、上記制御部は、上記電流の最大値及び上記電流の要求値に基づいて、上記二次電池の充電電流値と、上記USBデバイスに供給する電流値とを制御することができる。すなわち上記制御部は、上記第1USB端子を介して上記電子機器との間で行われる通信によって、上記電子機器から上記第1USB端子を介して供給可能な電流の最大値を把握し、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスとの間で行われる通信によって、上記USBデバイスからの電流の要求値を把握することができる。そして、上記電流の最大値及び上記電流の要求値に基づいて、上記二次電池の充電電流値と、上記USBデバイスに供給する電流値とを制御することができる。
〔8〕携帯式バッテリ装置に、第2USB端子にUSBデバイスが接続されていることを制御部に指示するための接続指示スイッチ(33)を設けることができる。上記制御部は、上記第1USB端子が未接続の状態で、上記接続指示スイッチがオンされている場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第2USB端子との間の信号パスを形成する。上記制御部は、上記接続指示スイッチがオフされている状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第1USB端子との間の信号パスを形成する。上記制御部は、上記接続指示スイッチがオンされている状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端子と上記第2USB端子との間の信号パスを形成する。上記制御部は、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された状態で、上記接続指示スイッチがオンされている場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端と上記第2USB端子との間の信号パスを形成する。
上記の構成によれば、実際には第2USB端子にUSBデバイスが接続された状態で、USBデバイスの接続状態と、USBデバイスを切り離した状態とを、接続指示スイッチの操作によって任意に切り替えることができる。
2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
《実施の形態1》
図1には、携帯式バッテリ装置が示される。
図1に示される携帯式バッテリ装置2には、第1USB端子21と、第2USB端子22とが設けられる。第1USB端子21及び第2USB端子22は、それぞれUSB対応の標準レセクタプルとされる。第1USB端子21には、USBホスト機能を有する電子機器の一例とされるパーソナルコンピュータ(「パソコン」という)1が結合される。第1USB端子21とパソコン1との結合は、USBケーブル11を介して行われる。USBケーブル11の端部には、USB対応の標準プラグが設けられおり、この標準プラグが第1USB端子21(標準レセクタプル)に嵌合されることで、第1USB端子21とパソコン1とが結合される。また、第2USB端子22には、USBインタフェースを有するUSBデバイスの一例とされる携帯機器4が結合される。第2USB端子22と携帯機器4との結合は、USBケーブル41を介して行われる。USBケーブル41の端部には、USB対応の標準プラグが設けられおり、この標準プラグが第2USB端子22(標準レセクタプル)に嵌合されることで、第2USB端子22と携帯機器4とが結合される。USBは、VBUS、GND、D+、D−という4本のラインを有する。VBUSは電源ライン、GNDはグラウンドライン、D+とD−は信号ラインである。電源ラインVBUSには、グラウンドラインGNDを基準とする5Vの電圧が印加される。USBの規格として、電源ラインVBUSからは500mAの電流を取り出すことができるものとする。
尚、第1USB端子21側の電源ラインをVBUS_inとし、第2USB端子22側の電源ラインをVBUS_outとして、両者を区別する。
携帯式バッテリ装置2は、制御部23、USB切替えスイッチ25A,25B、電流制御ブロック26、二次電池29、電圧変換回路30、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)31、電流検出ブロック32を有する。
USB切替えスイッチ25A,25Bは、制御部23と第1USB端子21との間の信号パスA、制御部23と第2USB端子22との間の信号パスB、及び上記第1USB端子と上記第2USB端子との間の信号パスCの切替えを行うために設けられる。USB切替えスイッチ25A,25Bは、MOSFETなどの半導体デバイスによって形成される。USB切替えスイッチ25Aによって信号経路133が選択されることで信号パスAが形成される。USB切替えスイッチ25Bによって信号経路133が選択されることで信号パスBが形成される。USB切替えスイッチ25A,25Bによって信号経路134が選択されることで信号パスCが形成される。USB切替えスイッチ25の動作制御は、制御部23によって行われる。
USB切替えスイッチ25によって信号パスAが形成された場合、図2の(B)に示されるように、パソコン1と携帯式バッテリ装置2との間のUSB通信が可能となる。この状態で、パソコン1から携帯式バッテリ装置2へ供給される電流の制限が可能になる。
USB切替えスイッチ25によって信号パスBが形成された場合、図2の(C)に示されるように、携帯式バッテリ装置2と携帯機器4との間のUSB通信が可能になる。この状態で、携帯式バッテリ装置2から携帯機器4へ供給される電流の制限が可能になる。
USB切替えスイッチ25によって信号パスCが形成された場合、図2の(A)に示されるように、パソコン1と携帯機器4とのUSB通信が可能になる。この状態で、パソコン1から携帯式バッテリ装置2へ供給される電流の制限や、携帯式バッテリ装置2から携帯機器4へ供給される電流の制限が可能となる。
制御部23には、USB通信におけるインタフェース機能を備えたマイクロコンピュータ(「USBマイコン」という)24が適用される。USBマイコン24は、電源ラインVBUS_inが結合されるVBUS検出端子、信号ラインD+/D−が結合されるD+/D−端子、電流検出ブロック32の検出結果が伝達される第1入力端子in1、USB切替えスイッチの動作制御信号を出力するための第1出力端子out1及び第2出力端子out2を有する。またUSBマイコン24は、MOSFET31の動作制御信号を出力するための第3出力端子out3、電流制御ブロック26の動作制御信号を出力するための第4出力端子out4を有する。USBマイコン24は、第1USB端子21を介してパソコン1との間で行われる通信によって、パソコン1から第1USB端子21を介して供給可能な電流の最大値を把握し、第2USB端子22を介して携帯機器4との間で行われる通信によって、携帯機器4からの電流の要求値を把握する機能を有する。このような機能は、例えばUSBのデバイスエニュメレーションを利用することで容易に実現できる。さらにUSBマイコン24は、パソコン1から第1USB端子21を介して供給可能な電流の最大値、及び携帯機器4からの電流の要求値に基づいて、上記二次電池29の充電電流値や、携帯機器4に供給する電流値とを制御する機能を備える。このようなUSBマイコン24は、特に制限されないが、公知の半導体集積回路製造技術によって一つの半導体基板に形成されている。
二次電池29は、第1USB端子21に接続されたパソコン1からの電源供給によって充電され、その充電による蓄積電荷を、第2USB端子22を介して携帯機器4に供給するために設けられる。二次電池29の負極側端子はグラウンドラインGNDに結合される。二次電池29の正極側端子は電流制御ブロック26に結合される。
電流制御ブロック26は、USBマイコン24の制御下で二次電池29の充放電電流を制限する。この電流制御ブロック26は、給電電流制限回路27、充電電流制限回路28を含む。給電電流制限回路27は、二次電池29の蓄積電荷を使って携帯機器4の充電を行う場合の給電電流を制限する機能を有する。充電電流制限回路28は、二次電池29の充電電流を制限する機能を有する。
二次電池29の端子電圧が5Vよりも低い場合、電圧変換回路30では、二次電池29の出力電圧を5Vに変換してから出力する。電圧変換回路30の出力電圧は、MOSFET31に伝達される。MOSFET31は、USBマイコン24の第3出力端子out3から出力される動作制御信号によってオンオフ動作が制御される。USBマイコン24によってMOSFET31がオンされた場合に、電圧変換回路30の出力電圧は、MOSFET31を介して電流検出ブロック32に伝達され、さらに電源ラインVBUS_out及び第2USB端子22を介して外部出力される。この出力電圧は、携帯機器4の充電に用いられる。
電流検出ブロック32は、出力電圧VBUS_outが携帯機器4に供給された場合の電流を検出する。電流検出ブロック3の電流検出機能は、MOSFET31から第2USB端子22に至る経路中に設けられた微小抵抗の両端に生ずる電圧を演算増幅器等で参照電圧と比較することで容易に実現することができる。電流検出ブロック32での電流検出結果は、USBマイコン24に伝達される。
図3には、携帯式バッテリ装置2の基本的な状態遷移が示される。
携帯式バッテリ装置2の未接続状態において、第1USB端子21にパソコン1が接続されると、携帯式バッテリ装置2では、USBマイコン24の制御により信号パスAが形成される。信号パスAが形成された状態は、パソコン1からの電源供給によって二次電池29への充電が可能になるため、「入力状態」と称する。この入力状態において、第1USB端子21からパソコン1が切り離されると、携帯式バッテリ装置2は再び未接続状態に遷移する。
上記入力状態において、第2USB端子22に携帯機器4が接続されると、携帯式バッテリ装置2では、USBマイコン24の制御により信号パスCが形成される。信号パスCが形成された状態は、パソコン1からの電源供給によって二次電池29への充電や、二次電池29の蓄積電荷を携帯機器4に出力することで、携帯機器4の内蔵電池の充電が可能になるため、「入出力状態」と称する。この入出力状態で、第2USB端子22から携帯機器4が切り離されると、携帯式バッテリ装置2は再び入力状態に遷移する。
携帯式バッテリ装置2の未接続状態において、第2USB端子22に携帯機器4が接続されると、携帯式バッテリ装置2では、USBマイコン24の制御により信号パスBが形成される。信号パスBが形成された状態は、二次電池29の蓄積電荷を携帯機器4に出力することで、携帯機器4の内蔵電池の充電が可能になるため、「出力状態」と称する。この出力状態において、第2USB端子22から携帯機器4が切り離されると、携帯式バッテリ装置2は再び未接続状態に遷移する。
上記出力状態において、第1USB端子21にパソコン1が接続されると、携帯式バッテリ装置2では、USBマイコン24の制御により信号パスCが形成され、携帯式バッテリ装置2は入出力状態に遷移する。この入出力状態において、第1USB端子21からパソコン1が切り離されると、携帯式バッテリ装置2は再び出力状態に遷移する。
図4A及び図4Bには、携帯式バッテリ装置2の状態遷移のフローチャートが示される。
尚、図4Aに示されるフローチャートと、図4Bに示されるフローチャートとは、携帯式バッテリ装置2の状態遷移を示すフローチャートとして連続している。
<未接続状態から入力状態への遷移>
未接続状態400では、USBマイコン24によりMOSFET31がオンされて、電源ラインVBUS_outに5Vが供給されているものとする。携帯式バッテリ装置2の未接続状態(400)において、第1USB端子21にパソコン1が接続されると、電源ラインVBUS_inの電圧が5Vにされる。USBマイコン24は、電源ラインVBUS_inの5Vを検出すると、第1USB端子21にパソコン1が接続されたことを認識する(401)。するとUSBマイコン24は、携帯式バッテリ装置2をパソコン1に対応するペリフェラルとして機能させるため、USBポートをペリフェラル設定に変更する(402)。その後、信号パスAを形成するようにUSB切替えスイッチ25Aを制御する(403)。そしてUSBマイコン24は、信号ラインD+/D−をプルアップし、パソコン1とのUSB通信を行ってパソコン1のVBUS給電能力を検出する(404)。つまり、パソコン1とのUSB通信において、パソコン1のVBUS給電能力に関する情報(供給可能な電流の最大値)がパソコン1からUSBマイコン24に伝達され、それにより、パソコン1のVBUS給電能力がUSBマイコン24に認識される。そしてUSBマイコン24は、パソコン1のVBUS給電能力に従って、充電電流制限回路28での充電電流制限値を設定する(405)。この充電電流制限値は、パソコン1のVBUS給電能力の範囲内で設定される。この設定により、充電電流の最大値が制限された状態で、二次電池29の充電が行われ(406)、携帯式バッテリ装置2は入力状態になる(407)。
<入力状態から未接続状態への遷移>
上記ステップ407の入力状態において、第1USB端子21からパソコン1が切り離されると、パソコン1から電源ラインVBUS_inへの電圧供給が停止され、そのことが、USBマイコン24に認識され(408)、二次電池29の充電が停止され(409)、携帯式バッテリ装置2はステップ400の未接続状態に遷移する。
<未接続状態から出力状態への遷移>
携帯式バッテリ装置2の未接続状態(400)において、第2USB端子22に携帯機器4が接続されると、電源ラインVBUS_outから第2USB端子22を介して携帯機器4に電流が流れ、その電流が電流検出ブロック32によって検出されると、その検出結果がUSBマイコン24に通知される(415)。すると、USBマイコン24はMOSFET31をオフして、電源ラインVBUS_outへの電圧供給を停止する。そして、USBマイコン24は、USBポートをホスト設定に変更し(416)、信号パスBを形成するようにUSB切替えスイッチ25Bを制御する(417)。USBマイコン24は、MOSFET31をオンして、電源ラインVBUS_outに5Vを供給する。そしてUSBマイコン24は、携帯機器4とUSB通信を行い、携帯機器4が要求する電流(消費VBUS電流)値を検出する(418)。つまりUSBマイコン24は、携帯機器4が要求する電流(消費VBUS電流)値の情報をUSB通信によって取得する。USBマイコン24は、取得した情報に従って、給電電流制限回路27に給電電流制限を設定する(419)。そして設定された給電電流制限の範囲で、携帯機器4への給電が行われ(420)、携帯式バッテリ装置2は出力状態になる(421)。
<出力状態から未接続状態への遷移>
上記ステップ421の出力状態において、第2USB端子22から携帯機器4が切り離されると、そのことが、電流検出ブロック32によって検出され、USBマイコン24に通知される(422)。第2USB端子22から携帯機器4が切り離されることで、携帯機器4への給電が停止され(423)、携帯式バッテリ装置2はステップ400の未接続状態に遷移する。
<入力状態から入出力状態への遷移>
上記ステップ407の入力状態において、第2USB端子22に携帯機器4が接続された場合には、電源ラインVBUS_outから第2USB端子22を介して携帯機器4に電流が流れ、その電流が電流検出ブロック32によって検出されると、その検出結果がUSBマイコン24に通知される(410)。すると、USBマイコン24は、MOSFET31をオフし、電源ラインVBUS_outへの電供給を停止する。そして、USBマイコン24の制御下で電流制限回路28により二次電池29の充電電流が例えば0mAに制限される(411)。そしてUSBマイコン24により、信号ラインD+/D−のプルアップが解除されて、パソコン1とのUSB通信が切断される(412)。その後、給電電流制限に関する処理Bが行われる(413)。この給電電流制限に関する処理Bは、上記ステップ416〜419までの処理に等しい。すなわち、USBマイコン24は、USBポートをホスト設定に変更し、信号パスBを形成するようにUSB切替えスイッチ25Bを制御し、USBマイコン24は、MOSFET31をオンして、電源ラインVBUS_outに5Vを供給する。そしてUSBマイコン24は、携帯機器4とUSB通信を行い、携帯機器4が要求する電流(消費VBUS電流)値を検出し、その検出結果に従って、給電電流制限回路27に給電電流制限を設定する(419)。給電電流制限に関する処理B(413)の終了後に、USBマイコン24によりMOSFET31がオフされ、携帯機器4とのUSB通信が切断される(414)。その後、USBマイコン24は、信号パスCを形成するように、USB切替えスイッチ25A,25Bを制御し(429)、MOSFET31をオンして電源ラインVBUS_outに5Vを供給することにより、パソコン1と携帯機器4との間の通信を開始させる(430)。そして、電流制御ブロック26の制御下で二次電池29への充電、及び携帯機器4への給電が行われ(431)、携帯式バッテリ装置2は、入出力状態になる(432)。二次電池29への充電においては、パソコン1との間の通信によって得られた情報に従って、充電電流制限回路28により電流制限が行われる。携帯機器4への給電においては、携帯機器4との間の通信によって得られた情報に従って、給電電流制限回路27により電流制限が行われる。
<出力状態から入出力状態への遷移>
上記ステップ432の入出力状態において、第2USB端子22から携帯機器4が切り離された場合には、それが電流検出ブロック32によって検出され、USBマイコン24に伝達される(433)。すると、USBマイコン24の制御により、二次電池29への充電が例えば0mAに制限される(434)。そして、USBマイコン24は、USBポートをペリフェラル設定に変更し(435)、信号パスAを形成するようにUSB切替えスイッチ25A,25Bを制御し(436)、さらに電流制御ブロック26を介して二次電池29の充電制限を解除する(437)。これにより携帯式バッテリ装置2は、ステップ407の入力状態となる。
<出力状態から入出力状態への遷移>
上記ステップ421の出力状態において、第1USB端子21にパソコン1が接続された場合には、電源ラインVBUS_inの電圧が5Vにされる。USBマイコン24は、電源ラインVBUS_inのプルアップを検出すると、第1USB端子21にパソコン1が接続されたことを認識する(424)。すると、USBマイコン24は、携帯機器4への給電を例えば0mAに制限し(425)、MOSFET31をオフして、携帯機器4とUSB通信を切断する(426)。その後、充電電流制限に関する処理Aが行われる(427)。この充電電流制限に関する処理Aは、上記ステップ402〜405までの処理に等しい。すなわち、USBマイコン24は、USBポートをペリフェラル設定に変更し、信号パスAを形成するようにUSB切替えスイッチ25Aを制御し、信号ラインD+/D−をプルアップし、パソコン1とのUSB通信を行ってパソコン1のVBUS給電能力を検出する。そしてUSBマイコン24は、パソコン1のVBUS給電能力に従って、充電電流制限回路28での充電電流制限値を設定する。充電電流制限に関する処理A(427)の終了後に、D+/D−のプルアップが解除されて、パソコン1とのUSB通信が切断される(428)。その後、USBマイコン24は、信号パスCを形成するように、USB切替えスイッチ25A,25Bを制御し(429)、MOSFET31をオンして、パソコン1と携帯機器4との間の通信を開始させる(430)。そして二次電池29への充電及び携帯機器4への給電が行われ(431)、携帯式バッテリ装置2は入出力状態となる(432)。
<入出力状態から出力状態への遷移>
上記ステップ432における携帯式バッテリ装置2の入出力状態において、第1USB端子21からパソコン1が切り離された場合には、パソコン1から電源ラインVBUS_inへの電圧供給が停止され、そのことが、USBマイコン24に認識され(438)、携帯機器4への給電が例えば0mAに制限される(439)。そして、USBマイコン24は、USBポートをホスト設定に変更し(440)、信号パスBを形成するようにUSB切替えスイッチ25A,25Bを制御し(441)、携帯機器4への給電制限を解除する(442)。これにより携帯式バッテリ装置2は、ステップ421の出力状態になる。
上記ステップ431での充電及び給電は、USBマイコン24の制御下で、以下のように行われる。
図5には、携帯バッテリ装置2にパソコン1と携帯機器4とが接続されている場合の二次電池29への充電及び携帯機器4への給電の制御例が示される。
パソコン1の電源ラインVBUSへの電流供給能力が500mA、携帯機器4での消費VBUS電流が100mAの場合には、パソコン1のVBUS電流供給能力に400(=500−100)mAの余裕があるため、それを二次電池29の充電に用いることができる。この場合、充電電流制限回路28により、二次電池29の充電を400mAに制限する。
パソコン1の電源ラインVBUSへの電流供給能力が500mA、携帯機器4での消費VBUS電流が500mAの場合には、二次電池29の充電のための電流を確保することができないので、充電電流制限回路28により、二次電池29の充電を0mAに制限する。また、給電電流制限回路27により、二次電池29から携帯機器4への給電電流を0mAに制限することで、携帯機器4での消費VBUS電流は、全てパソコン1から供給されることになる。
パソコン1の電源ラインVBUSへの電流供給能力が500mA、携帯機器4での消費VBUS電流が1000mAの場合には、携帯機器4での消費VBUS電流を全てパソコン1で賄うことができない。そこで充電電流制限回路28により、二次電池29の充電を0mAに制限し、給電電流制限回路27により、二次電池29から携帯機器4への供給電流を500mAに制限する。この場合、パソコン1からの500mAと二次電池29からの500mAとで、合計1000mAの電流を携帯機器4に供給することができる。
実施の形態1によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)USBマイコン24は、第1USB端子21が未接続の状態で、第2USB端子22に携帯機器4が接続された場合には、USB切替えスイッチ25Bを介して、USBマイコン24と第2USB端子22との間の信号パスBを形成する。この信号パスBの形成により、携帯式バッテリ装置2と携帯機器4との間のUSB通信が可能になる。またUSBマイコン24は、第2USB端子22が未接続の状態で、第1USB端子21にパソコン1が接続された場合には、USB切替えスイッチ25Aを介して、USBマイコン24と第1USB端子21との間の信号パスAを形成する。この信号パスAの形成により、パソコン1と携帯式バッテリ装置2との間のUSB通信が可能になる。さらにUSBマイコン24は、第2USB端子22に携帯機器4が接続された状態で、第1USB端子21にパソコン1が接続された場合には、USB切替えスイッチ25A,25Bを介して、第1USB端子21と第2USB端子22との間の信号パスCを形成する。この信号パスCの形成により、パソコン1と携帯機器4との間のUSB通信が可能になる。そしてUSBマイコン24は、第1USB端子21にパソコン1が接続された状態で、第2USB端子22に携帯機器4が接続された場合には、USB切替えスイッチ25A,25Bを介して、第1USB端21と第2USB端子22との間の信号パスCを形成する。この信号パスCの形成により、パソコン1と携帯機器4との間のUSB通信が可能になる。
(2)携帯式バッテリ装置2には、第2USB端子22を介して携帯機器4に流れる電流を検出する電流検出ブロック32が設けられている。このときUSBマイコン24は、電流検出ブロック32での電流検出結果に基づいて、第2USB端子22と携帯機器4との接続状態を認識するように構成することができる。このような構成によれば、電流検出ブロック32は、第2USB端子22に携帯機器4が接続されることで携帯機器4に流れる電流を検出し、USBマイコン24は、電流検出ブロック32での電流検出結果に基づいて、第2USB端子22に携帯機器4が接続されたことを認識することができる。
(3)USBマイコン24は、第1USB端子21を介してパソコン1との間で行われる通信によって、パソコン1から第1USB端子21を介して供給可能な電流の最大値を把握し、第2USB端子22を介して携帯機器4との間で行われる通信によって、携帯機器4からの電流の要求値を把握する。そしてUSBマイコン24は、上記電流の最大値及び上記電流の要求値に基づいて、上記二次電池29の充電電流値と、携帯機器4に供給する電流値とを制御する。このような制御が行われることで、USBにおける電流源の過負荷を回避することができる。
(4)パソコン1と、USBマイコン24と、携帯機器4との間のUSB通信における経路切替えが、USB切替えスイッチ25A,25Bによって行われるため、例えばパソコン1と、USBマイコン24と、携帯機器4との間を単なるワイヤードオアで接続する場合に比べて、USB通信には必要の無い配線によって生ずる反射などの影響を低減することができる。
《実施の形態2》
図6には、携帯式バッテリ装置2の別の構成例が示される。
図6に示される携帯式バッテリ装置2が、図1に示されるのと大きく相違するのは、電流検出ブロック32に代えて、接続指示スイッチ33が設けられている点である。接続指示スイッチ33は、USBマイコン24の第1入力端子in1に接続されている。接続指示スイッチ33がオンされた状態は、第2USB端子22に携帯機器4が接続されたことが、図1の電流検出ブロック32によって検出された場合と等価とされる。図6に示される構成では、第2USB端子22に携帯機器4が接続されたことは、接続指示スイッチ33がオフされた状態では、USBマイコン24に認識されない。USBマイコン24は、接続指示スイッチ33がオンされたことで、第2USB端子22に携帯機器4が接続されていることを認識する。このように図6に示される構成によれば、実際には第2USB端子22に携帯機器4が接続された状態で、携帯機器4の接続状態と、携帯機器4を切り離した状態とを、接続指示スイッチ33の操作によって任意に切り替えることができる。
《実施の形態3》
図7には、携帯式バッテリ装置2の別の構成例が示される。
図7に示される携帯式バッテリ装置2が、図1に示されるのと大きく相違するのは、制御部23が、汎用マイコン34と、供給能力検出ブロック35と、消費電流検出ブロック36とを含んで構成されている点である。供給能力検出ブロック35と、消費電流検出ブロック36とは、それぞれ汎用マイコン34とは別チップで形成される。
供給能力検出ブロック35は、エニュメレーション機能を有し、USB切替えスイッチ25Aによって信号経路133が選択されて信号パスAが形成されている状態で、パソコン1との間で通信を行い、パソコン1から第1USB端子21を介して供給可能な電流の最大値を検出する。この検出結果は、汎用マイコン34に伝達される。
消費電流検出ブロック36は、エニュメレーション機能を有し、USB切替えスイッチ25Bによって信号経路133が選択されて信号パスBが形成されている状態で、携帯機器4との間で通信を行い、携帯機器4からの電流の要求値を検出する。この検出結果は、汎用マイコン34に伝達される。
上記供給能力検出ブロック35のエニュメレーション機能や、消費電流検出ブロック36のエニュメレーション機能は、例えばUSBバッテリ充電の仕様(Battery Charging Specification,Rev1.2)に基づいて形成することができる。
汎用マイコン34は、供給能力検出ブロック35での検出結果と、消費電流検出ブロック36での検出結果に基づいて、図1に示される場合と同様に、上記二次電池29の充電電流値や、携帯機器4に供給する電流値とを制御する。
このように図7に示される構成によれば、供給能力検出ブロック35によって、パソコン1から第1USB端子21を介して供給可能な電流の最大値が検出され、消費電流検出ブロック36によって、携帯機器4からの電流の要求値が検出されるので、制御部23には、このような検出機能を有さない汎用マイコン34を適用することができる。
《実施の形態4》
図8には、携帯式バッテリ装置2の別の構成例が示される。
図8に示される携帯式バッテリ装置2が、図1に示されるのと大きく相違するのは、USB接続状態を手動操作によって可能にするためのポジション切替えスイッチ37が設けられている点である。
ポジション切替えスイッチ37は、USBマイコン24の第2入力端子in2に結合され、第1ポジション、第2ポジション、第3ポジションの3種類のポジションをUSBマイコン24に指示することができる。
ポジション切替えスイッチ37によって第1ポジションが指示された場合、第1USB端子21や第2USB端子22の状態に拘わらず、USBマイコン24によって、信号パスAが形成された入力状態(図4Aのステップ407参照)に固定される。
ポジション切替えスイッチ37によって第2ポジションが指示された場合、第1USB端子21や第2USB端子22の状態に拘わらず、USBマイコン24によって、信号パスBが形成された出力状態(図4Aのステップ421参照)に固定される。
ポジション切替えスイッチ37によって第3ポジションが指示された場合、実施の形態1と同様に、第1USB端子21や第2USB端子22の状態に応じて携帯式バッテリ装置2の状態が遷移される。
上記の構成によれば、ポジション切替えスイッチ37によって第1ポジションが指示された場合には、第2USB端子22に携帯機器4が接続されても、状態遷移は行われない。また、ポジション切替えスイッチ37によって第2ポジションが指示された場合には、第1USB端子21にパソコン1が接続されても、状態遷移は行われない。このため、第1USB端子21にパソコン1が接続され、第2USB端子22に携帯機器4が接続された状態で、ポジション切替えスイッチ37の操作によって通信経路(信号パスA,B)の切替えが可能となる。
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1 パソコン
2 携帯式バッテリ装置
4 携帯機器
21 第1USB端子
22 第2USB端子
23 制御部
24 USBマイコン
25A,25B USB切替えスイッチ
26 電流制御ブロック
27 給電電流制限回路
28 充電電流制限回路
29 二次電池
30 電圧変換回路
31 MOSFET
32 電流検出ブロック
33 接続指示スイッチ
34 汎用マイコン
35 供給能力検出ブロック
36 消費電流検出ブロック
37 ポジション切替えスイッチ

Claims (8)

  1. USBホスト機能を有する電子機器と接続可能な第1USB端子と、
    USBインタフェースを有するUSBデバイスと接続可能な第2USB端子と、
    上記第1USB端子に接続された上記電子機器からの電源供給によって充電され、その充電による蓄積電荷を、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスに供給可能な二次電池と、
    USBにおける信号経路の切替えを行うUSB切替えスイッチと、
    上記USB切替えスイッチの信号経路切替え動作を制御可能な制御部と、を含み、
    上記制御部は、上記第1USB端子が未接続の状態で、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第2USB端子との間の信号パスを形成し、
    上記制御部は、上記第2USB端子が未接続の状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第1USB端子との間の信号パスを形成し、
    上記制御部は、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続された状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端子と上記第2USB端子との間の信号パスを形成し、
    上記制御部は、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された状態で、上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端と上記第2USB端子との間の信号パスを形成する、携帯式バッテリ装置。
  2. 上記携帯式バッテリ装置は、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスに流れる電流を検出する電流検出ブロックを含み、
    上記制御部は、上記電流検出ブロックでの電流検出結果に基づいて、上記第2USB端子と上記USBデバイスとの接続状態を認識する、請求項1記載の携帯式バッテリ装置。
  3. 上記制御部は、上記第1USB端子を介して上記電子機器との間で行われる通信によって、上記電子機器から上記第1USB端子を介して供給可能な電流の最大値を把握し、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスとの間で行われる通信によって、上記USBデバイスからの電流の要求値を把握し、上記電流の最大値及び上記電流の要求値に基づいて、上記二次電池の充電電流値と、上記USBデバイスに供給する電流値とを制御する、請求項2記載の携帯式バッテリ装置。
  4. 上記携帯式バッテリ装置は、第1ポジションと第2ポジションとを選択的に形成可能なポジション切替えスイッチを備え、
    上記第1ポジションは、上記USB切替えスイッチの状態を、上記第1USB端子及び上記第2USB端子の接続状態にかかわらず、上記制御部と上記第1USB端子との間の信号パスを形成する状態に固定するモードとされ、
    上記第2ポジションは、上記USB切替えスイッチの状態を、上記第1USB端子及び上記第2USB端子の接続状態にかかわらず、上記制御部と上記第2USB端子との間の信号パスを形成する状態に固定するモードとされる、請求項3記載の携帯式バッテリ装置。
  5. 上記制御部は、USBインタフェース機能を含んで一つの半導体基板に形成されたマイクロコンピュータとされる、請求項4記載の携帯式バッテリ装置。
  6. 上記制御部は、マイクロコンピュータと、
    上記マイクロコンピュータの制御下で、上記第1USB端子を介して上記電子機器との間で行われる通信によって、上記電子機器から上記第1USB端子を介して供給可能な電流の最大値を検出するための供給能力検出ブロックと、
    上記マイクロコンピュータの制御下で、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスとの間で行われる通信によって、上記USBデバイスからの電流の要求値を検出するための消費電流検出ブロックと、を含み、上記マイクロコンピュータと、供給能力検出ブロックと、上記消費電流検出ブロックとは互いに異なる半導体チップによって形成される、請求項4記載の携帯式バッテリ装置。
  7. USBホスト機能を有する電子機器と接続可能な第1USB端子と、
    USBインタフェースを有するUSBデバイスと接続可能な第2USB端子と、
    上記第1USB端子に接続された上記電子機器からの電源供給によって充電され、その充電による蓄積電荷を、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスに供給可能な二次電池と、
    USBにおける信号経路の切替えを行うUSB切替えスイッチと、
    上記USB切替えスイッチの信号経路切替え動作を制御可能な制御部と、を含み、
    上記制御部は、上記第1USB端子を介して上記電子機器との間で行われる通信によって、上記電子機器から上記第1USB端子を介して供給可能な電流の最大値を把握し、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスとの間で行われる通信によって、上記USBデバイスからの電流の要求値を把握し、上記電流の最大値及び上記電流の要求値に基づいて、上記二次電池の充電電流値と、上記USBデバイスに供給する電流値とを制御する、携帯式バッテリ装置。
  8. USBホスト機能を有する電子機器と接続可能な第1USB端子と、
    USBインタフェースを有するUSBデバイスと接続可能な第2USB端子と、
    上記第1USB端子に接続された上記電子機器からの電源供給によって充電され、その充電による蓄積電荷を、上記第2USB端子を介して上記USBデバイスに供給可能な二次電池と、
    USBにおける信号経路の切替えを行うUSB切替えスイッチと、
    上記USB切替えスイッチの信号経路切替え動作を制御可能な制御部と、
    上記第2USB端子に上記USBデバイスが接続されていることを上記制御部に指示するための接続指示スイッチと、を含み、
    上記制御部は、上記第1USB端子が未接続の状態で、上記接続指示スイッチがオンされている場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第2USB端子との間の信号パスを形成し、
    上記制御部は、上記接続指示スイッチがオフされている状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記制御部と上記第1USB端子との間の信号パスを形成し、
    上記制御部は、上記接続指示スイッチがオンされている状態で、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端子と上記第2USB端子との間の信号パスを形成し、
    上記制御部は、上記第1USB端子に上記電子機器が接続された状態で、上記接続指示スイッチがオンされている場合には、上記USB切替えスイッチを介して、上記第1USB端と上記第2USB端子との間の信号パスを形成する、携帯式バッテリ装置。
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JP2017525053A (ja) * 2014-08-05 2017-08-31 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド 迅速なusb充電のための方法、電子デバイス、および充電器装置
JP2018018283A (ja) * 2016-07-27 2018-02-01 富士通株式会社 拡張装置、システム及びプログラム

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