JP2016012958A - 電源選択回路およびそれを用いた信号処理回路、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】適切なチャンネルの電源電圧を選択可能な電源選択回路を提供する。【解決手段】複数のクランプ回路１０は、それぞれが対応する電源電圧ＶＤＤを所定のクランプ電圧ＶＣＬ以下にクランプする。複数の第１スイッチＳＷ１は、対応するクランプ回路１０と並列に設けられる。複数の第２スイッチＳＷ２は、対応するクランプ回路１０の出力端子と内部バス２０の間に設けられる。複数の電圧判定器３０は、対応する電源電圧ＶＤＤの電圧レベルを判定する。コントローラ４０は、複数チャンネルＣＨの優先順位が定められており、優先順位および複数の電圧判定器３０の出力にもとづいて、複数の第１スイッチＳＷ１および複数の第２スイッチＳＷ２を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、マルチ電源システムに使用される電源選択回路に関する。

内蔵バッテリを有する電子機器は、内蔵バッテリからの電力に加えて、外部の電源アダプタやバスからの電力を利用して動作可能に構成される。こうしたマルチ電源対応の電子機器に搭載されるＩＣ（Integrated Circuit）は、電池電圧と外部電源からの電圧それぞれを受ける複数の電源端子を備え、ＩＣに内蔵される電源選択回路によって電源電圧を選択し、動作可能となっている。

図１は、本発明者が検討した電源選択回路１００ｒを備える信号処理回路２００ｒの回路図である。
信号処理回路２００ｒは、複数の電源端子ＶＤＤ１〜ＶＤＤ３、キャパシタ接続端子ＲＥＧ、電源選択回路１００ｒ、内部回路２０２、２０６、電源回路２０４、を備える。キャパシタ接続端子ＲＥＧには、外付けのキャパシタＣ１が接続される。複数の電源端子ＶＤＤ１〜ＶＤＤ３には、異なる電源からの電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤ３が供給される。たとえば信号処理回路２００ｒがノートＰＣに搭載される場合、電源端子ＶＤＤ１〜ＶＤＤ３にはそれぞれ、ＵＳＢホストからのバス電圧Ｖ_ＢＵＳ、電池からの電池電圧Ｖ_ＢＡＴ、ＡＣアダプタからの電圧Ｖ_ＡＣ、が供給される。

電源選択回路１００ｒは、複数の電源電圧Ｖ_ＢＵＳ，Ｖ_ＢＡＴ、Ｖ_ＡＣのうち、現在入力されている電源電圧を選択し、所定レベルに降圧して内部バス２０に出力する。内部バス２０は、ＲＥＧ端子と接続される。

電源選択回路１００ｒは、複数のクランプ回路１０＿１〜１０＿３を備える。クランプ回路１０はダイオードクランプ回路であり、同じ構成を有する。具体的にはクランプ回路１０は、ツェナーダイオード１２、第１トランジスタ１４、第２トランジスタ１６、抵抗Ｒ１を備える。第１トランジスタ１４および第２トランジスタ１６はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、ボディダイオードが逆向きとなるように対向配置される。第１トランジスタ１４および第２トランジスタ１６のゲートは共通に接続され、抵抗Ｒ１を介して、対応する電源端子ＶＤＤと接続される。第１トランジスタ１４および第２トランジスタ１６のゲートと接地の間には、ツェナーダイオード１２が設けられる。

電源端子Ｖ_ＤＤに電圧が供給されると、ツェナーダイオード１２によって第１トランジスタ１４および第２トランジスタ１６のゲート電圧が、ツェナー電圧Ｖｚにクランプされる。そして内部バス２０には、ゲート電圧Ｖｚから、第１トランジスタ１４のゲートソース間電圧Ｖ_Ｆ降下した電圧Ｖ_ＲＥＧが発生する。Ｖｚ＝５．５Ｖ、Ｖ_Ｆ＝０．５Ｖとすれば、内部電圧Ｖ_ＲＥＧはＶｚ−Ｖ_Ｆ≒５Ｖとなる。

クランプ回路１０＿１〜１０＿３は、いわゆるダイオードＯＲ回路を構成する。したがって複数の電源電圧が供給された場合、それらが同じ電圧レベルに降圧されて、内部バス２０に発生する。

内部バス２０には、内部回路２０２、２０６、電源回路２０４が接続される。内部回路２０２は、５Ｖ系の回路である。電源回路２０４は、たとえばＬＤＯ（Low Drop Output）であり、内部電源Ｖ_ＲＥＧを１．５Ｖに降圧する。内部回路２０６は、１．５Ｖ系の回路である。

特開２０１１−２３９４８２号公報 特開２００８−０７８７２３号公報

本発明者は、図１の電源選択回路１００ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図１の電源選択回路１００ｒでは、複数の電源端子ＶＤＤ１〜ＶＤＤ３は平等であり、優先順位はない。したがって、たとえば電源端子ＶＤＤ２に１９Ｖの電圧Ｖ_ＡＣが、電源端子ＶＤＤ３に８．４Ｖの電池電圧Ｖ_ＢＡＴが同時に供給されたとすると、内部回路２０２、電源回路２０４には、電源アダプタと電池の両方から電力が供給されることになる。

ここで、信号処理回路２００ｒを搭載する電子機器のある設計者は、内蔵電池の持続時間を伸ばしたいと考える場合には、内蔵電池が消費されることを望まないであろう。あるいは別の電子機器の設計者は、電力損失の観点からは、内蔵電池を優先消費することを望むかもしれない。図１の電源選択回路１００では、こうした設計者の要望に添うことができないという問題がある。

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、適切なチャンネルの電源電圧を選択可能な電源選択回路の提供にある。

本発明のある態様は、複数チャンネルの電源から異なる複数の電源電圧を受ける電源選択回路に関する。電源選択回路は、複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する電源電圧を受ける複数の電源端子と、内部バスと、複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する電源電圧を所定のクランプ電圧以下にクランプする複数のクランプ回路と、複数チャンネルに対応し、それぞれが対応するクランプ回路と並列に設けられた複数の第１スイッチと、複数チャンネルに対応し、それぞれが対応するクランプ回路の出力端子と内部バスの間に設けられた複数の第２スイッチと、複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する電源電圧の電圧レベルを判定する複数の電圧判定器と、複数チャンネルの優先順位が定められており、優先順位および複数の電圧判定器の出力にもとづいて、複数の第１スイッチおよび複数の第２スイッチを制御するコントローラと、を備える。

この態様によると、電源選択回路を搭載する機器の設計者は、優先して使用すべき電源を、優先順位の高いチャンネルの電源端子に接続することにより、最適なチャンネルの電源を選択して使用することができる。

電圧判定器は、対応する電源電圧が所定の正常電圧範囲に含まれるか否かを判定するよう構成されてもよい。コントローラは、正常電圧範囲に含まれる電源電圧が複数存在するとき、それらのうち最も優先順位の高いチャンネルの第１スイッチおよび第２スイッチをオン状態とし、それ以外のチャンネルの第２スイッチをオフ状態としてもよい。
第１スイッチをオンすることで、ダイオードクランプ回路がバイパスされ、電圧降下を小さくして電力損失を低減できる。それに加えて、優先順位が低いチャンネルの第２スイッチをオフすることで、それらのチャンネルの電源から電力が消費されるのを確実に防止できる。

コントローラは、各チャンネルについて、電源電圧が正常電圧範囲に含まれるとき第１スイッチをオンしてもよい。この場合、各チャンネルの第１スイッチを、そのチャンネルの電源電圧のみにもとづいて制御すればよく、他のチャンネルを参照する必要がないため、コントローラの制御を簡素化できる。

複数の第１スイッチはそれぞれ、起動時においてオフするよう構成されてもよい。
これにより、あるチャンネルに過電圧が入力されたときに、クランプ回路がバイパスされて、電源バスに過電圧が供給されるのを防止できる。

コントローラは、内部バスの電圧を受けて動作するものであってもよい。複数の第２スイッチはそれぞれ、起動時においてオンとなるよう構成されてもよい。これにより、少なくともひとつの電源電圧が、クランプ回路を経由して内部バスに供給されることが保証され、コントローラを確実に動作させることができる。

第１スイッチは、ボディダイオードが逆向きとなるよう直列に対向配置された２個のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。これにより、電流の逆流を防止できる。

第２スイッチは、ソースが対応するクランプ回路の出力端子と接続され、ドレインが内部バスと接続されたＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。

電圧判定器は、電源電圧を所定の正常電圧範囲の上側しきい値と比較する過電圧ロックアウト回路と、電源電圧を所定の正常電圧範囲の下側しきい値と比較する低電圧ロックアウト回路と、を含んでもよい。

コントローラは、最優先の第１チャンネルにおいて、（１Ａ）第１チャンネルの電源電圧が正常電圧範囲に含まれるとき、第１チャンネルの第１スイッチをオンし、（１Ｂ）含まれないとき第１チャンネルの第１スイッチをオフし、（２Ａ）第１チャンネルの電源電圧が上側しきい値より高く、かつ、その他の少なくともひとつのチャンネルの電源電圧が正常電圧範囲に含まれるとき、第１チャンネルの第２スイッチをオフし、（２Ｂ）それ以外のとき第１チャンネルの第２スイッチをオンしてもよい。

コントローラは、２番目に優先の第２チャンネルにおいて、（１Ａ）第２チャンネルの電源電圧が正常電圧範囲に含まれるとき、第２チャンネルの第１スイッチをオンし、（１Ｂ）含まれないとき第２チャンネルの第１スイッチをオフしてもよい。

電圧選択回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。

電圧選択回路は、内部バスと接続されるキャパシタ接続端子を備え、キャパシタ接続端子に、キャパシタが外付け可能となっていてもよい。これにより内部バスの電圧を安定化できる。

複数チャンネルの電源のひとつは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ホストであってもよい。複数チャンネルの電源のひとつは、ＡＣアダプタであってもよい。複数チャンネルの電源のひとつは、電源選択回路が搭載される電池駆動型電子機器の内蔵電池であってもよい。

本発明の別の態様は、信号処理回路に関する。信号処理回路は、上述のいずれかの電源選択回路と、電源選択回路の内部バスの電圧を受けて動作する内部回路と、を備え、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。

信号処理回路は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）−ＰＤ（Power Delivery）規格に準拠してもよい。電源選択回路のひとつの電源端子は、ＵＳＢバスと接続され、内部回路は、ＵＳＢバスを介して、ＵＳＢホストの電源と通信し、給電されるバス電圧をネゴシエートしてもよい。

本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、上述の信号処理回路を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、適切なチャンネルの電源電圧を選択できる。

本発明者が検討した電源選択回路を備える信号処理回路の回路図である。 実施の形態に係る電源選択回路を備える信号処理回路の回路図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、第１スイッチおよび第２スイッチの構成例を示す回路図である。 複数の第１スイッチの制御に関するフローチャートである。 図５（ａ）〜（ｃ）は、複数の第２スイッチの真理値表である。 実施の形態に係る信号処理回路を備える電子機器のブロック図である。 電子機器の外観図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。また、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係る電源選択回路１００を備える信号処理回路２００の回路図である。信号処理回路２００は、電源選択回路１００および内部回路２０２ａ〜２０２ｃ、電源回路２０４ａ、２０４ｂを備え、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。

電源選択回路１００は、複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３の電源ＰＳ１〜ＰＳ３から異なる複数の電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤ３を受け、内部バス２０に接続される内部回路２０２や電源回路２０４に供給する。なおチャンネル数は任意でよいが、本実施の形態では、理解の容易化のため、３チャンネルの場合を説明する。

電源選択回路１００は、複数の電源端子ＶＤＤ１〜ＶＤＤ３、キャパシタ接続端子ＲＥＧ、内部バス２０、複数のクランプ回路１０＿１〜１０＿３、複数の電圧判定器３０＿１〜３０＿３、コントローラ４０、複数の第１スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ１＿３、複数の第２スイッチＳＷ２＿１〜ＳＷ２＿３を備える。

複数の電源端子ＶＤＤは、複数チャンネルＣＨに対応しており、それぞれが対応する電源電圧Ｖ_ＤＤを受ける。

複数のクランプ回路１０は、複数チャンネルＣＨに対応し、それぞれが対応する電源電圧Ｖ_ＤＤを所定のクランプ電圧Ｖ_ＣＬ以下にクランプする。たとえばクランプ回路１０は、ツェナーダイオード１２、第１トランジスタ１４、第２トランジスタ１６、抵抗Ｒ１を含むダイオードクランプ回路であってもよい。ただしクランプ回路１０の構成はそれには限定されない。たとえばクランプ電圧Ｖ_ＣＬは５Ｖ付近に設定される。

複数の第１スイッチＳＷ１は、複数チャンネルＣＨに対応し、それぞれが対応するクランプ回路１０と並列に設けられる。複数の第２スイッチＳＷ２は、複数チャンネルＣＨに対応し、それぞれが対応するクランプ回路１０の出力端子と内部バス２０の間に設けられる。図３（ａ）、（ｂ）は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の構成例を示す回路図である。
図３（ａ）に示すように第１スイッチＳＷ１は、ボディダイオードが逆向きとなるよう直列に対向配置された２個のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを含む。
図３（ｂ）に示すように、第２スイッチＳＷ２は、ソースが対応するクランプ回路１０の出力端子と接続され、ドレインが内部バス２０と接続されたＰチャンネルＭＯＳＦＥＴである。

図２に戻る。複数の電圧判定器３０は、複数チャンネルＣＨに対応し、それぞれが対応する電源電圧Ｖ_ＤＤの電圧レベルを判定する。より具体的には、電圧判定器３０は、対応する電源電圧Ｖ_ＤＤが所定の正常電圧範囲に含まれるか否かを判定するよう構成される。電圧判定器３０は、電源電圧Ｖ_ＤＤを所定の正常電圧範囲の上限しきい値をＶ_ＯＶＬＯと比較する過電圧ロックアウト回路３２と、電源電圧Ｖ_ＤＤを正常電圧範囲の下限しきい値をＶ_ＵＶＬＯとする低電圧ロックアウト回路３４を含んでもよい。

上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯは、クランプ電圧Ｖ_ＣＬよりも高く、下側しきい値Ｖ_ＵＶＬＯは、クランプ電圧Ｖ_ＣＬよりも低く定められる。たとえばクランプ電圧Ｖ_ＣＬが５Ｖであるとき、上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯは５．５Ｖ、下側しきい値Ｖ_ＵＶＬＯは４．５Ｖ付近に定められる。

コントローラ４０には、複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３の優先順位が定められている。本実施の形態では、ＣＨ１が最も優先順位が高く、ＣＨ２、ＣＨ３の順で低くなるものとする。

コントローラ４０は、この優先順位および複数の電圧判定器３０の出力にもとづいて、複数の第１スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ１＿３および複数の第２スイッチＳＷ２＿１〜ＳＷ２＿３を制御するように構成される。

内部バス２０には、複数の第１スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ１＿３および複数の第２スイッチＳＷ２＿１〜ＳＷ２＿３のオン、オフ状態に応じて、任意の電源ＰＳからの電力が供給される。内部バス２０は、キャパシタ接続端子ＲＥＧと接続されており、キャパシタ接続端子ＲＥＧには、大容量のキャパシタＣ１が外付けされる。キャパシタＣ１によって、負荷変動やスイッチの切りかえにおいて、内部バス２０に生ずる内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧが変動するのを抑制できる。

内部回路２０２および電源回路２０４は、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧを受けて動作する。
内部回路２０２ｃは、５Ｖ系の回路であり、Ｖ_ＣＬ＝５Ｖ付近の内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧを直接受けて動作可能である。内部回路２０２ａは２．８Ｖ系であり電源回路２０４ａは、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧを２．８Ｖに降圧し、内部回路２０２ａに供給する。内部回路２０２ｂは１．５Ｖ系であり電源回路２０４ｂは、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧを１．５Ｖに降圧し、内部回路２０２ｂに供給する。なお、内部回路２０２の動作電圧は特に限定されない。

なおコントローラ４０および電圧判定器３０＿１〜３０＿３は、内部バス２０の電圧Ｖ_ＲＥＧを受けて動作するものであり、したがって内部回路２０２ａ〜２０２ｃのいずれかに属する。続いて、コントローラ４０による具体的な制御を説明する。

コントローラ４０は、正常電圧範囲に含まれる電源電圧Ｖ_ＤＤが複数存在するとき、それらのうち最も優先順位の高いチャンネルＣＨｉの第１スイッチＳＷ１＿ｉおよび第２スイッチＳＷ２＿ｉをオン状態とし、それ以外のチャンネルの第２スイッチＳＷ＿ｊ（ｊ≠ｉ）をオフ状態とする。これがコントローラ４０の基本動作である。

より具体的にはコントローラ４０は、以下の制御を行ってもよい。コントローラ４０は、信号処理回路２００の起動時において、複数の第１スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ１＿３をオフ、複数の第２スイッチＳＷ２＿１〜ＳＷ２＿３をオンとし、その後、判定処理を行う。

コントローラ４０は、各チャンネルｋについて、電源電圧Ｖ_ＤＤｋが正常電圧範囲に含まれるとき第１スイッチＳＷ１＿ｋをオンする。

コントローラ４０の制御をまとめると以下の通りである。
最優先の第１チャンネルＣＨ１：
ＳＷ１＿１： （１Ａ）第１チャンネルＣＨ１の電源電圧Ｖ_ＤＤ１が正常電圧範囲に含まれるとき、第１チャンネルＣＨ１の第１スイッチＳＷ１＿１をオンし、（１Ｂ）含まれないとき第１チャンネルＣＨ１の第１スイッチＳＷ１＿１をオフする。
ＳＷ２＿１： （２Ａ）第１チャンネルＣＨ１の電源電圧Ｖ_ＤＤ１が上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯより高く、かつ、その他のチャンネルの電源電圧Ｖ_ＤＤ２、Ｖ_ＤＤ３の少なくともひとつが正常電圧範囲に含まれるとき、第１チャンネルＣＨ１の第２スイッチＳＷ２＿１をオフし、（２Ｂ）それ以外のとき第１チャンネルＣＨ１の第２スイッチＳＷ２＿１をオンする。

２番目に優先の第２チャンネルＣＨ２：
ＳＷ１＿２： （１Ａ）第２チャンネルＣＨ２の電源電圧Ｖ_ＤＤ２が正常電圧範囲に含まれるとき、第２チャンネルＣＨ２の第１スイッチＳＷ１＿２をオンし、（１Ｂ）含まれないとき第２チャンネルの第１スイッチＳＷ１＿２をオフする。
ＳＷ２＿２： （２Ａ）（i）第１チャンネルＣＨ１の電源電圧Ｖ_ＤＤ１が上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯより高いとき、または、（ii）第１チャンネルＣＨ１および第２チャンネルＣＨ２の電源電圧Ｖ_ＤＤ１、Ｖ_ＤＤ２が上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯより高く、かつ他のチャンネルＣＨ３の電源電圧Ｖ_ＤＤ３が正常電圧範囲に含まれるとき、または、（iii）すべてのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ３の電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤ３が上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯより高いときに、第２チャンネルＣＨ２の第２スイッチＳＷ２をオフする。（２Ｂ）それ以外のとき第２チャンネルＣＨ２の第２スイッチＳＷ２をオンする。

３番目に優先の第３チャンネルＣＨ３：
ＳＷ１＿３： （１Ａ）第３チャンネルＣＨ３の電源電圧Ｖ_ＤＤ３が正常電圧範囲に含まれるとき、第３チャンネルＣＨ３の第１スイッチＳＷ１＿３をオンし、（１Ｂ）含まれないとき第３チャンネルＣＨ３の第１スイッチＳＷ１＿３をオフする。
ＳＷ２＿３： （２Ａ）（i）他のチャンネルＣＨ１、ＣＨ２の電源電圧Ｖ_ＤＤ１、Ｖ_ＤＤ２の少なくともひとつが正常電圧範囲に含まれるとき、または（ii）すべてチャンネルＣＨ１〜ＣＨ３の電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤ３が上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯより高いとき、第３チャンネルＣＨ３の第３スイッチＳＷ３をオフする。（２Ｂ）それ以外のとき第３チャンネルＣＨ３の第３スイッチＳＷ３をオンする。

コントローラ４０は、信号処理回路２００の起動完了後、電圧判定器３０＿１〜３０＿３の出力を監視し続け、その出力が変化すると、第１スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ１＿３および第２スイッチＳＷ２＿１〜ＳＷ２＿３の状態を更新する。

以上が電源選択回路１００の構成である。続いてその動作を説明する。
図４は、複数の第１スイッチＳＷ１の制御に関するフローチャートである。
信号処理回路２００が起動すると、全チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３の第１スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ１＿３がオフされる（Ｓ１００）。これにより、過電圧の電源電圧が入力されたときに、クランプ回路１０を経由せずに内部バス２０に印加されることを防止できる。

コントローラ４０および複数の電圧判定器３０＿１〜３０＿３が動作可能となると、第１スイッチＳＷ１の制御が開始される。コントローラ４０は、複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３それぞれについて（Ｓ１０２）、電源電圧Ｖ_ＤＤｉが正常電圧範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ１０４）。そしてｉ番目のチャンネルＣＨｉにおいて含まれるとき（Ｓ１０４のＹ）、そのチャンネルＣＨｉの第１スイッチＳＷ１＿ｉをオンする（Ｓ１０６）。含まれないとき（Ｓ１０４のＮ）、第１スイッチＳＷ１＿ｉをオフする（Ｓ１０８）。

コントローラ４０は、処理Ｓ１０２を所定の周期で繰り返し行う。なお、コントローラ４０は、複数チャンネルの第１スイッチＳＷ１の制御を同時に行ってもよい。

図５（ａ）〜（ｃ）は、複数の第２スイッチＳＷ２＿１〜ＳＷ２＿３の真理値表である。真理値表の空欄はオン（ＯＮ）を示す。

図５（ａ）を参照する。第１チャンネルＣＨ１の第２スイッチＳＷ２＿１は、Ｖ_ＤＤ１＜Ｖ_ＯＶＬＯである限りオンを維持する。Ｖ_ＯＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ１の場合、第２チャンネルＣＨ２もしくは第３チャンネルＣＨ３の電源電圧Ｖ_ＤＤ２、Ｖ_ＤＤ３が正常電圧範囲に含まれる場合にはオフとされ、それ以外の場合はオンを維持する。

図５（ｂ）を参照する。第２チャンネルＣＨ２の第２スイッチＳＷ２＿２は、自分より優先順位の高いチャンネルＣＨ１が正常電圧範囲に含まれるとき（Ｖ_ＵＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ１＜Ｖ_ＯＶＬＯ）、オフである。
また自分より優先順位の高いチャンネルＣＨ１が低電圧状態である場合（Ｖ_ＤＤ１＜Ｖ_ＵＶＬＯ）、自らが過電圧状態（Ｖ_ＤＤ２＜Ｖ_ＯＶＬＯ）であり、かつ自分より優先順位の低いチャンネルＣＨ３が正常電圧範囲に含まれる（Ｖ_ＵＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ３＜Ｖ_ＯＶＬＯ）ときにオフであり、それ以外のときにオンである。
自分より優先順位の高いチャンネルＣＨ１が過電圧状態（Ｖ_ＯＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ１）であるときには、自らが過電圧状態（Ｖ_ＤＤ２＜Ｖ_ＯＶＬＯ）であり、かつ自分より優先順位の低いチャンネルＣＨ３が低電圧状態でない（Ｖ_ＵＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ３）ときにオフであり、それ以外のときにオンとなる。

図５（ｃ）を参照する。第３チャンネルＣＨ３の第２スイッチＳＷ２＿３は、最上位のチャンネルＣＨ１が正常電圧範囲に含まれるとき（Ｖ_ＵＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ１＜Ｖ_ＯＶＬＯ）、オフである。
また第２スイッチＳＷ２＿３は、最上位のチャンネルＣＨ１が低電圧状態（Ｖ_ＤＤ１＜Ｖ_ＵＶＬＯ）である場合、（i）第２チャンネルＣＨ２が正常電圧範囲であるとき（Ｖ_ＵＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ２＜Ｖ_ＯＶＬＯ）、または（ii）第２チャンネルＣＨ２、第３チャンネルＣＨ３が両方過電圧状態であるとき（Ｖ_ＯＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ２ ＆＆ Ｖ_ＯＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ３）、オフである。それ以外のときオンである。
また第２スイッチＳＷ２＿３は、最上位のチャンネルＣＨ１が過電圧状態（Ｖ_ＯＶＬＯ＜_ＶＤＤ１）である場合、（i）第２チャンネルＣＨ２が正常電圧範囲であるとき（Ｖ_ＵＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ２＜Ｖ_ＯＶＬＯ）、または（ii）第３チャンネルＣＨ３が過電圧状態であるとき（Ｖ_ＯＶＬＯ＜Ｖ_ＤＤ３）、オフである。それ以外のときオンである。

以上が電源選択回路１００の動作である。続いてその利点を説明する。

この電源選択回路１００によれば、複数のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ３を優先付けし、優先順位の高いチャンネルの電力を優先して使用することとした。したがって、信号処理回路２００を搭載する機器の設計者は、優先して使用すべき電源を、優先順位の高いチャンネルの電源端子に接続することにより、最適なチャンネルの電源を選択して使用することができる。

この電源選択回路１００では、クランプ回路１０と並列に第１スイッチＳＷ１を設け、使用チャンネルの第１スイッチＳＷ１をオンすることで、クランプ回路１０がバイパスされ、電圧降下を小さくして電力損失を低減できる。それに加えて、優先順位が低い不使用チャンネルの第２スイッチＳＷ２をオフすることで、そのチャンネルＣＨ２の電源から電力が消費されるのを確実に防止できる。

またコントローラ４０は、各チャンネルについて、電源電圧が正常電圧範囲に含まれるとき第１スイッチをオンする。つまり各チャンネルの第１スイッチを、そのチャンネルの電源電圧のみにもとづいて制御するため、他のチャンネルを参照する必要がなくなる。これによりコントローラ４０の制御を簡素化できる。

また、複数の第１スイッチＳＷ１を起動時においてオフするよう構成した。これにより、あるチャンネルに過電圧が入力されたときに、クランプ回路１０がバイパスされて、内部バス２０に過電圧が供給されるのを防止できる。

また複数の第２スイッチＳＷ２を、起動時においてオンとなるよう構成した。これにより、少なくともひとつの電源電圧が、クランプ回路を経由して内部バス２０に供給されることが保証され、コントローラ４０を確実に動作させることができる。

（用途）
続いて、信号処理回路２００の用途を説明する。図６は、実施の形態に係る信号処理回路２００を備える電子機器５００のブロック図である。図７は、電子機器５００の外観図である。
電子機器５００は、ノートＰＣ、スマートホン、タブレット端末、デジタルカメラ、ポータブルオーディオプレイヤなどである。
電子機器５００は、信号処理回路２００に加えて、ＵＳＢポート５０２、ＡＣアダプタポート５０４、内蔵電池５０６、ＵＳＢトランシーバ５０８、充電回路５１０、電源回路５１２、ＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４、および負荷５２０を備える。

内蔵電池５０６は、リチウムイオンやニッケル水素などの二次電池であり、電池残量に応じた４〜８．４Ｖの電池電圧Ｖ_ＢＡＴを出力する。ＵＳＢポート５０２には、ＵＳＢケーブル６０４を介してホスト機器６００が着脱可能に接続される。ホスト機器６００は、ＵＳＢケーブル６０４のバスライン６０６を介して、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを供給する。またホスト機器６００と電子機器５００は、データライン（６０８）Ｄ＋、Ｄ−を介してデータ通信が可能である。このデータラインＤ＋、Ｄ−を介した通信は、ＵＳＢトランシーバ５０８が行う。

ＡＣアダプタポート５０４にはＡＣアダプタ６０２が着脱可能に接続される。ＡＣアダプタ６０２は、交流電圧Ｖ_ＡＣを直流電圧Ｖ_ＤＣに変換し、ＡＣアダプタポート５０４に供給する。

電子機器５００は、ＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠している。ＵＳＢポート５０２にＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠したホスト機器６００が接続された場合、電子機器５００とホスト機器６００は、バスライン６０６を介した通信により、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルおよび充電電流をネゴシエートする。ネゴシエート前のバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルは５Ｖである。ＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４は、バスライン６０６を介して、バス電圧Ｖ_ＢＵＳおよび充電電流のネゴシエートのための通信を行うためのＩＣである。ホスト機器６００は、ネゴシエートにより決定された電圧レベルのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを電子機器５００に供給する。ネゴシエートにより決定されたバス電圧および充電電流は、充電回路５１０に通知される。

充電回路５１０は、ホスト機器６００からのバス電圧Ｖ_ＢＵＳあるいはＡＣアダプタ６０２からの直流電圧Ｖ_ＤＣを受け、内蔵電池５０６を充電する。たとえば直流電圧Ｖ_ＤＣは１２Ｖである。ホスト機器６００からの電力によって内蔵電池５０６を充電する場合、充電回路５１０は、ネゴシエートにより決定された充電電流量で、内蔵電池５０６を充電する。

充電回路５１０は、ホスト機器６００およびＡＣアダプタ６０２が接続されていない場合、電池電圧Ｖ_ＢＡＴを電源回路５１２に出力する。ホスト機器６００あるいはＡＣアダプタ６０２が接続されている場合、それらからの電力を優先して電源回路５１２に出力する。

電源回路５１２は、充電回路５１０を介して電池電圧Ｖ_ＢＡＴ、バス電圧Ｖ_ＢＵＳ、直流電圧Ｖ_ＤＣを受ける。電源回路５１２は、マルチチャンネル電源であり、ＤＣ／ＤＣコンバータあるいはリニアレギュレータ（ＬＤＯ）を含む。各チャンネルの電源は、充電回路５１０からの電圧を昇圧あるいは降圧し、負荷５２０に供給する。たとえば負荷５２０は、ＣＰＵ５２０ａ、メモリ５２０ｂ、ディスプレイ５２０ｃなどを含む。

実施の形態に係る電源選択回路１００は、ＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４に好適に用いることができる。すなわちＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４が、図２の信号処理回路２００に対応する。ＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４（２００）は、電源選択回路１００、ＵＳＢ−ＰＤ通信部２０２ｄ、電源回路２０４を備える。

ＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４のＶＤＤ１端子は、バスライン６０６を介してホスト機器６００（ＰＳ１）と接続される。ＶＤＤ２端子は、ＡＣアダプタ６０２（ＰＳ２）と接続される。ＶＤＤ３端子は、内蔵電池５０６（ＰＳ３）と接続される。電源選択回路１００は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳ、電池電圧Ｖ_ＢＡＴ、直流電圧Ｖ_ＤＣからひとつを選択し、内部バス２０に出力する。電源回路２０４は、内部バス２０の電圧を降圧する。ＵＳＢ−ＰＤ通信部２０２ｄは図２の内部回路２０２に対応し、バスライン６０６を介したネゴシエーションを行う。

以上が電子機器５００の構成である。この電子機器５００によれば、最優先のＶＤＤ１端子に、ホスト機器６００が接続されるため、ホスト機器６００の電力が最優先で使用されることとなる。上述のように、ネゴシエート前のバス電圧Ｖ_ＢＵＳの初期値は５Ｖであるのに対して、ＡＣアダプタ６０２からの直流電圧Ｖ_ＤＣは１２Ｖであるため、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを優先使用することにより、電源選択回路１００での電力損失を大幅に低減できる。

続いて、ＶＤＤ２端子に接続されるＡＣアダプタ６０２が優先となり、ＶＤＤ３端子に接続される内蔵電池５０６をなるべく使用しないようになっている。これにより、内蔵電池５０６の持続時間を長くすることができる。

なお電子機器５００において、内蔵電池５０６の持続時間よりも、ＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４の発熱の低減を優先させたい場合には、内蔵電池５０６をＶＤＤ２端子に、ＡＣアダプタ６０２をＶＤＤ３端子に接続してもよい。

あるいは、ＡＣアダプタ６０２からの直流電圧Ｖ_ＤＣの定格電圧が５Ｖであり、電源選択回路１００の正常電圧範囲に含まれる場合には、ＡＣアダプタ６０２をＶＤＤ１端子に接続して最優先としてもよい。

このように、実施の形態に係る電源選択回路１００を利用することにより、電子機器５００の設計者は、電子機器５００の要求仕様に応じて、優先使用すべき電源を決定して使用することができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
実施の形態では、電源選択回路１００が３個の電源電圧を受ける場合を説明したが、電源電圧は２個であってもよいし、４個以上であってもよい。

（第２変形例）
図２において、電圧判定器３０＿１〜３０＿３は、同じ構成を有するため、ひとつの電圧判定器３０を時分割で使用してもよい。

（第３変形例）
実施の形態における第１スイッチＳＷ１〜第２スイッチＳＷ２の制御は例示であり、さまざまな変形例が存在する。たとえば、実施の形態では、不使用チャンネルＣＨｉにおいて、電源電圧Ｖ_ＤＤｉが正常電圧範囲に含まれる限り第１スイッチＳＷ１＿ｉはオンとする構成としたが、不使用チャンネルＣＨｉの第１スイッチＳＷ１＿ｉはオフとしてもよい。

第２スイッチＳＷ２に関しても、オン、オフの条件は、図５の真理値表には限定されない。

（第４変形例）
実施の形態では、電圧判定器３０によって、電源電圧Ｖ_ＤＤを上側しきい値Ｖ_ＯＶＬＯおよび下側しきい値Ｖ_ＵＶＬＯそれぞれと比較する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。電圧判定器３０は、電源電圧Ｖ_ＤＤを、単一のしきい値（Ｖ_ＵＶＬＯのみ、Ｖ_ＯＶＬＯのみ、あるいは別の電圧レベル）と比較してもよいし、３つ以上の電圧レベルと比較してもよい。

（第５変形例）
図６のＵＳＢ−ＰＤコントローラ５１４は、充電回路５１０のＩＣと一体に構成されてもよい。

実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

１００…電源選択回路、１０…クランプ回路、Ｒ１…抵抗、１２…ツェナーダイオード、１４…第１トランジスタ、１６…第２トランジスタ、２０…電源バス、ＶＤＤ…電源端子、Ｃ１…キャパシタ、３０…電圧判定器、３２…過電圧ロックアウト回路、３４…低電圧ロックアウト回路、４０…コントローラ、２００…信号処理回路、２０２…内部回路、２０４…電源回路、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＰＳ…電源、ＶＤＤ…電源端子、５００…電子機器、５０２…ＵＳＢポート、５０４…ＡＣアダプタポート、５０６…内蔵電池、５０８…ＵＳＢトランシーバ、５１０…充電回路、５１２…電源回路、５１４…ＵＳＢ−ＰＤコントローラ、５２０…負荷、５２０ａ…ＣＰＵ、５２０ｂ…メモリ、５２０ｃ…ＬＣＤ、６００…ホスト機器、６０２…ＡＣアダプタ。

Claims (18)

1. 複数チャンネルの電源から異なる複数の電源電圧を受ける電源選択回路であって、
   前記複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する電源電圧を受ける複数の電源端子と、
   内部バスと、
   前記複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する電源電圧を所定のクランプ電圧以下にクランプする複数のクランプ回路と、
   前記複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する前記クランプ回路と並列に設けられた複数の第１スイッチと、
   前記複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する前記クランプ回路の出力端子と前記内部バスの間に設けられた複数の第２スイッチと、
   前記複数チャンネルに対応し、それぞれが対応する電源電圧の電圧レベルを判定する複数の電圧判定器と、
   前記複数チャンネルの優先順位が定められており、前記優先順位および前記複数の電圧判定器の出力にもとづいて、前記複数の第１スイッチおよび前記複数の第２スイッチを制御するコントローラと、
   を備えることを特徴とする電源選択回路。
2. 前記電圧判定器は、対応する電源電圧が所定の正常電圧範囲に含まれるか否かを判定するよう構成され、
   前記コントローラは、前記正常電圧範囲に含まれる電源電圧が複数存在するとき、それらのうち最も優先順位の高いチャンネルの前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオン状態とし、それ以外のチャンネルの前記第２スイッチをオフ状態とすることを特徴とする請求項１に記載の電源選択回路。
3. 前記コントローラは、各チャンネルについて、前記電源電圧が前記正常電圧範囲に含まれるとき前記第１スイッチをオンすることを特徴とする請求項２に記載の電源選択回路。
4. 前記複数の第１スイッチはそれぞれ、起動時においてオフするよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電源選択回路。
5. 前記コントローラは、前記内部バスの電圧を受けて動作するものであり、
   前記複数の第２スイッチはそれぞれ、起動時においてオンするよう構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電源選択回路。
6. 前記第１スイッチは、ボディダイオードが逆向きとなるよう直列に対向配置された２個のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電源選択回路。
7. 前記第２スイッチは、ソースが対応する前記クランプ回路の出力端子と接続され、ドレインが前記内部バスと接続されたＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電源選択回路。
8. 前記電圧判定器は、
   前記電源電圧を所定の正常電圧範囲の上側しきい値と比較する過電圧ロックアウト回路と、
   前記電源電圧を所定の正常電圧範囲の下側しきい値と比較する低電圧ロックアウト回路と、
   を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電源選択回路。
9. 前記コントローラは、最優先の第１チャンネルにおいて、
   （１Ａ）前記第１チャンネルの前記電源電圧が前記正常電圧範囲に含まれるとき、前記第１チャンネルの前記第１スイッチをオンし、（１Ｂ）含まれないとき前記第１チャンネルの前記第１スイッチをオフし、
   （２Ａ）前記第１チャンネルの前記電源電圧が前記上側しきい値より高く、かつ、その他のチャンネルの電源電圧が前記正常電圧範囲に含まれるとき、前記第１チャンネルの前記第２スイッチをオフし、（２Ｂ）それ以外のとき前記第１チャンネルの前記第２スイッチをオンすることを特徴とする請求項８に記載の電源選択回路。
10. 前記コントローラは、２番目に優先の第２チャンネルにおいて、
    （１Ａ）前記第２チャンネルの前記電源電圧が前記正常電圧範囲に含まれるとき、前記第２チャンネルの前記第１スイッチをオンし、（１Ｂ）含まれないとき前記第２チャンネルの前記第１スイッチをオフすることを特徴とする請求項９に記載の電源選択回路。
11. ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の電源選択回路。
12. 前記内部バスと接続されるキャパシタ接続端子を備え、前記キャパシタ接続端子に、キャパシタが外付け可能となっていることを特徴とする請求項１１に記載の電源選択回路。
13. 前記複数チャンネルの電源のひとつは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ホストであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の電源選択回路。
14. 前記複数チャンネルの電源のひとつは、ＡＣアダプタであることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の電源選択回路。
15. 前記複数チャンネルの電源のひとつは、前記電源選択回路が搭載される電池駆動型電子機器の内蔵電池であることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の電源選択回路。
16. 請求項１から１０のいずれかに記載の電源選択回路と、
    前記電源選択回路の前記内部バスの電圧を受けて動作する内部回路と、
    を備え、ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする信号処理回路。
17. 前記信号処理回路は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）−ＰＤ（Power Delivery）規格に準拠しており、
    前記電源選択回路のひとつの電源端子は、ＵＳＢバスと接続され、
    前記内部回路は、前記ＵＳＢバスを介して、ＵＳＢホストの電源と通信し、給電されるバス電圧をネゴシエートすることを特徴とする請求項１６に記載の信号処理回路。
18. 請求項１６または１７に記載の信号処理回路を備えることを特徴とする電子機器。

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