JP2014166026A - 電力供給装置、acアダプタ、電子機器および電力供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力と複数の出力との間に配置され、複数の出力対応可能なDC/DCコンバータ13と、DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラ30と、複数の出力の電力情報を1次側コントローラにフィードバックする2次側コントローラ181・182と、2次側コントローラに接続され、複数の出力の電力情報を1次側コントローラにフィードバックすると共に、DC/DCコンバータの複数の出力電圧を一定に保持する制御用DC/DCコンバータ17とを備え、1次側コントローラは、複数の出力の電力情報に基づいて、DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にした電力供給装置4A、およびこの電力供給装置を搭載したACアダプタ、電子機器および電力供給システム。
【選択図】図6
Description
基本技術に係る第1の電力供給装置4は、図1に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD1・キャパシタC1およびトランス15の1次側インダクタンスL1に接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、出力に接続される誤差補償用のエラーアンプ21と、エラーアンプ21に接続され、出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするための絶縁回路20とを備える。
第1の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図6(a)に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・MOSトランジスタM1・M2・キャパシタC11・C21およびトランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるマルチポート出力対応可能な同期整流型のDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、キャパシタC12・C22を介して出力に接続され、出力電圧V01・V02と出力電流I01・I02を制御可能な2次側コントローラ(PD1)181・(PD2)182と、2次側コントローラ181・182に接続され、かつDC/DCコンバータ13のマルチ出力に接続され、マルチ出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするための制御用DC/DCコンバータ17と、制御用DC/DCコンバータ17に接続され、マルチ出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするための絶縁回路20とを備える。
第2の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図6(b)に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・スイッチS1・S2・キャパシタC11・C21およびトランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるマルチポート出力対応可能な同期整流型のDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、マルチポートの出力に接続された電圧モニタ183・184と、エラーアンプ(EA1)185・(EA2)186を介して電圧モニタ183・184に接続されたコンパレータ(COMP)187・188と、エラーアンプ185・186の出力を加算する加算器189と、加算器189の出力(マルチ出力情報)を1次側コントローラ30にフィードバックするための絶縁回路20とを備える。
第3の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図7に示すように、第1の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
第4の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図8に示すように、第2の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
第5の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図9に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD11・D21・キャパシタC01・C02およびトランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるマルチポート出力対応可能なダイオード整流型のDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、キャパシタC12・C22を介して出力に接続され、出力電圧V01・V02と出力電流I01・I02を制御可能な2次側コントローラ(PD1)181・(PD2)182と、2次側コントローラ181・182に接続され、かつDC/DCコンバータ13のマルチ出力に接続され、マルチ出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするための制御用DC/DCコンバータ17と、制御用DC/DCコンバータ17に接続され、マルチ出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックするための絶縁回路20とを備える。
第6の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図10に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD11・D21・キャパシタC01・C02およびトランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるマルチポート出力対応可能なダイオード整流型のDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、マルチポートの出力に接続された電圧モニタ183・184と、エラーアンプ(EA1)185・(EA2)186を介して電圧モニタ183・184に接続されたコンパレータ(COMP)187・188と、エラーアンプ185・186の出力を加算する加算器189と、加算器189の出力(マルチ出力情報)を1次側コントローラ30にフィードバックするための絶縁回路20とを備える。
第7の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図11に示すように、第5の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
第8の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図12に示すように、第6の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
第1〜第8の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図13(a)〜図13(c)および図14(a)〜図14(c)に示すように、ACアダプタ3に内蔵可能である。また、外部に配置された本実施の形態に係る電力供給装置(USBPD)5とケーブル若しくはUSBPDケーブル6を用いて接続可能である。
第1〜第8の実施の形態に係る電力供給装置41A・42Aは、図17(a)〜図17(b)および図18(a)〜図18(b)に示すように、電子機器7に内蔵可能である。電子機器としては、例えば、スマートホン、ラップトップPC、タブレットPC、モニタ若しくはTV、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、掃除機、冷蔵庫、洗濯機、電話器、ファクシミリ、プリンタ、レーザディスプレイなどさまざまな機器を適用可能である。
本実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図19(a)に示すように、1次側過電力保護回路(OPP1)81と、1次側過電力保護回路(OPP1)81と接続された2次側過電力保護回路(OPP2)82とを備えていても良い。
本実施の形態に係る電力供給装置(PD・USBPD)を搭載したアダプタ・電子機器に適用可能なプラグ85は、図20に示すように、例えばAC電源100V〜115Vを有するコンセントに接続可能であり、かつUSB接続可能である。
本実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいては、ケーブルの方向を変えることなく、電力のソースを切り替えることができる。例えば、外部機器からラップトップPCのバッテリーの充電と、ラップトップPCのバッテリーから外部機器(ディスプレイなど)の給電をケーブルの差し替えなしで実現可能である。
本実施の形態に係る電力供給装置(PD・USBPD)を適用可能な第1の電力供給システム100は、図30に示すように、プラグを介してコンセントに接続されるモニタ110と、USBPDケーブルを用いてモニタ110に接続された外部ハードディスクドライブ120・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160とを備える。
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
2…プラグ
3…ACアダプタ
4、41、42…電力供給装置(PD)
4A、5、41A、42A、43A、44A、51、52…電力供給装置(USBPD)
6、61、62…USBPDケーブル
7…電子機器
10…電源供給回路
11…ヒューズ
12…絶縁トランス
13、24…DC/DCコンバータ
14…ダイオードブリッジ
15…トランス
16、161、162、16A、16B、16C、16P、181(PD1)、182(PD2)…2次側コントローラ(PD CHIP、USB−PD IC)
17…制御用DC/DCコンバータ
21、185、186…エラーアンプ
19…増幅器
20…絶縁回路
30…1次側コントローラ
46…バッテリーチャージャーシステム
48、52…PC
50R、52R、56R、58R…受信器
50T、52T、56T、58T…送信器
53、62、158…バッテリーチャージャーIC(CHG)
54、112、144、164…パワーマネージメントIC(PMIC)
56、58…ユニット
60…AC/DCコンバータ
64…組込み型コントローラ(EMBC)
66、154、157、172…バッテリー
68、68A、68B、148…CPU
70…負荷
71、72…内部回路
81、83…1次側OPP回路部
82、84…2次側OPP回路部
85、86、87、88…プラグ
110…モニタ(TV)
120…外部ハードディスクドライブ(HDD)
122、132…CPUボード
130…セットトップボックス
140、140A、140B…ラップトップPC
142…NVDCチャージャーIC
146…EC
147…PCH
150…タブレットPC
152、170…USBリセプタクル
156、166…ACPU
159…DC/DCコンバータ
160…スマートホン
162…USBバッテリーチャージャーIC
166…ACPU
183、184…電圧モニタ
187、188…コンパレータ
189…加算器
230…USBPDアダプタ
Claims (33)
- 入力と複数の出力との間に配置され、複数の出力対応可能なDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、
前記複数の出力にAC結合され、前記複数の出力の電力情報を前記1次側コントローラにフィードバックする複数の2次側コントローラと、
前記複数の2次側コントローラに接続され、かつ前記DC/DCコンバータの複数の出力に接続され、前記複数の出力の電力情報を前記1次側コントローラにフィードバックすると共に、前記DC/DCコンバータの複数の出力電圧を一定に保持するための制御用DC/DCコンバータと
を備え、
前記1次側コントローラは、前記複数の出力の電力情報に基づいて、前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にしたことを特徴とする電力供給装置。 - 前記制御用DC/DCコンバータに接続され、前記複数の出力の電力情報を前記1次側コントローラにフィードバックする絶縁回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、同期整流型であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、
トランスと、
前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタと、
前記トランスの2次側インダクタンスと前記複数の出力との間に接続された複数のMOSトランジスタと、
前記複数の出力と接地電位との間に接続された複数のキャパシタと
を備えることを特徴とする請求項3に記載の電力供給装置。 - 前記DC/DCコンバータは、ダイオード整流型であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、
トランスと、
前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタと、
前記トランスの2次側インダクタンスと前記複数の出力との間に接続された複数のダイオードと、
前記複数の出力と接地電位との間に接続された複数のキャパシタと
を備えることを特徴とする請求項5に記載の電力供給装置。 - 前記複数のダイオードと、前記複数の出力との間に接続された複数のMOSトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の電力供給装置。
- 前記制御用DC/DCコンバータは、前記複数のMOSトランジスタのゲートに接続され、前記複数のMOSトランジスタを制御することによって、前記DC/DCコンバータの複数の出力電圧を一定に保持可能であることを特徴とする請求項4または7に記載の電力供給装置。
- 前記制御用DC/DCコンバータと前記1次側コントローラとの間には、同期信号が伝送可能であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記制御用DC/DCコンバータから前記1次側コントローラには、前記絶縁回路を介して、前記複数の出力の電力情報のみがフィードバックされることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 入力と複数の出力との間に配置され、複数の出力対応可能なDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、
前記複数の出力に接続された複数の電圧モニタと、
前記複数の電圧モニタに接続された複数のエラーアンプと、
前記複数のエラーアンプに接続され、前記DC/DCコンバータの複数の出力電圧を一定に保持するための複数のコンパレータと、
前記複数のエラーアンプの出力を加算し、前記複数の出力の電力情報を前記1次側コントローラにフィードバックする加算器と
を備え、
前記1次側コントローラは、前記複数の出力の電力情報に基づいて、前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にしたことを特徴とする電力供給装置。 - 前記加算器に接続され、前記複数の出力の電力情報を前記1次側コントローラにフィードバックする絶縁回路を備えることを特徴とする請求項11に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、同期整流型であることを特徴とする請求項11または12に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、
トランスと、
前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタと、
前記トランスの2次側インダクタンスと前記複数の出力との間に接続された複数のスイッチと、
前記複数の出力と接地電位との間に接続された複数のキャパシタと
を備えることを特徴とする請求項13に記載の電力供給装置。 - 前記DC/DCコンバータは、ダイオード整流型であることを特徴とする請求項11または12に記載の電力供給装置。
- 前記DC/DCコンバータは、
トランスと、
前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタと、
前記トランスの2次側インダクタンスと前記複数の出力との間に接続された複数のダイオードと、
前記複数の出力と接地電位との間に接続された複数のキャパシタと
を備えることを特徴とする請求項15に記載の電力供給装置。 - 前記複数のダイオードと、前記複数の出力との間に接続された複数のスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項16に記載の電力供給装置。
- 前記複数のコンパレータは、前記複数のスイッチを制御することによって、前記DC/DCコンバータの複数の出力電圧を一定に保持可能であることを特徴とする請求項14または17に記載の電力供給装置。
- 前記加算器から前記1次側コントローラには、前記絶縁回路を介して、前記複数の出力の電力情報のみがフィードバックされることを特徴とする請求項11〜18のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記複数の出力の電力情報は、
前記出力におけるDC情報と、
前記DC情報にAC重畳され、前記出力に外部入力されるAC情報と
を備えることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の電力供給装置。 - 前記入力と、前記1次側コントローラとの間に接続され、前記1次側コントローラに電源を供給する電源供給回路を備えることを特徴とする請求項1〜20のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- AC入力と、
前記AC入力と前記DC/DCコンバータの入力との間に接続されたAC/DCコンバータと
を備えることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の電力供給装置。 - 前記絶縁回路は、キャパシタ、フォトカプラ、若しくはトランスのいずれかを備えることを特徴とする請求項2または12に記載の電力供給装置。
- 過電流保護、過電力保護、過電圧保護、過負荷保護、過温度保護のいずれかの保護機能を備えることを特徴とする請求項1〜22のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 前記複数の出力における出力電圧と出力電流との関係は、矩形形状、逆台形形状、逆三角形形状、台形形状、若しくは五角形形状のずれかの形状を採用可能であることを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 請求項1〜25のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とするACアダプタ。
- 請求項1〜25のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
- 前記電子機器は、モニタ、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、ラップトップPC、タブレットPC、スマートホン、バッテリーチャージャーシステム、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、プリンタ、掃除機、冷蔵庫、ファクシミリ、電話機のいずれかであることを特徴とする請求項27に記載の電子機器。
- 請求項1〜25のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とする電力供給システム。
- 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続可能なモニタと、
前記モニタに、USBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、
セットトップボックスと、ラップトップPCと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項29に記載の電力供給システム。 - 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続可能なUSBPDアダプタ/チャージャーと、
前記USBPDアダプタ/チャージャーに、USBPDケーブルを用いて接続されたラップトップPCと、
前記ラップトップPCに、別のUSBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、モニタと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項29に記載の電力供給システム。 - 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続可能なUSBPDアダプタと、
前記USBPDアダプタに、USBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、モニタと、セットトップボックスと、ラップトップPCと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項29に記載の電力供給システム。 - 前記電力供給システムは、プラグを介してコンセントに接続される高機能USBPDアダプタ/チャージャーと、
前記高機能USBPDアダプタ/チャージャーに、USBPDケーブルを用いて接続された外部ハードディスクドライブと、モニタと、セットトップボックスと、ラップトップPCと、タブレットPCと、スマートホンと
を備えることを特徴とする請求項29に記載の電力供給システム。
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