JP2016140211A - 給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】コスト及び消費電力を低減すること。
【解決手段】実施の形態に係る給電システムは、ＵＳＢコネクタ８を備え、当該ＵＳＢコネクタ８を介して電源回路５から給電動作を行う。給電装置１は、複数の電源電圧を出力する電源回路５の第１電源ラインＶＢＵＳと、複数の電源電圧に対応する降伏電圧をそれぞれ有する複数の定電圧ダイオードＴ１、Ｔ２、Ｔ３と、電源回路５から出力される電源電圧として複数の電源電圧から一つの電源電圧を選択し、選択された電源電圧に応じて、複数の定電圧ダイオードＴ１、Ｔ２、Ｔ３から第１電源ラインＶＢＵＳに接続される定電圧ダイオードを選択する制御回路６とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、給電システムに関し、例えば、充電電圧を選択可能な給電システムに関する。

従来から、定電圧ダイオードを使用し、電源ラインに発生したサージ電圧を減衰させる技術が知られている。特許文献１では、電源ラインとＧＮＤラインとの間に所定の降伏電圧値を有する定電圧ダイオードが設けられている。降伏電圧を超えるパルス状のサージ電圧が定電圧ダイオードのカソードに印加されると、定電圧ダイオードが導通してインピーダンスが低下し、サージ電圧の最大値が降伏電圧値以下に抑えられる。

特許第４６３５５３５号明細書

近年、パーソナルコンピュータをはじめとした多くの電子機器は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースを備えている。スマートフォンやタブレット端末等のＵＳＢデバイスは、ＵＳＢインターフェースを介して電子機器と接続され、データ通信を行うことができる。

また、ＵＳＢデバイスは、ＵＳＢインターフェースを介して電子機器から電力の供給を受けることができる。このため、ＵＳＢデバイスのバッテリーを、ＵＳＢインターフェースを介して供給される電力を用いて充電することができる。ＵＳＢパワーデリバリー規格に対応した電子機器では、接続されるＵＳＢデバイスに応じて、５Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖの電源電圧を選択可能である。

ＵＳＢパワーデリバリー規格では、複数の電源電圧が選択的に同一の電源ラインに供給される。ＵＳＢパワーデリバリー規格の導入に伴い、ＵＳＢインターフェースに出力する電源電圧を可変とすることができるようになり、電源電圧のサポート範囲に応じて、効果的にサージ電圧への対策をとる必要が生じてきた。

特許文献１に記載の技術では、単一の定電圧ダイオードのみが設けられている。定電圧ダイオードの降伏電圧は一意に決まっている。したがって、電源電圧とサージ許容電圧とに対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードが使用される。

ＵＳＢパワーデリバリー規格に対応する電子機器におけるサージ電圧の対策として、特許文献１のように単一の定電圧ダイオードを使用する場合、サポートする最大電源電圧とサージ許容電圧とに対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードを使用する必要がある。しかしながら、サポートする最少電源電圧が選択される場合、定電圧ダイオードにより抑制された後のサージ電圧の値が大きくなるという問題がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、給電システムは、ＵＳＢインターフェースを備え、当該ＵＳＢインターフェースを介して電源回路から給電動作を行う給電システムであって、複数の電源電圧を出力する前記電源回路の第１電源ラインと、前記複数の電源電圧に対応する降伏電圧をそれぞれ有する複数の定電圧ダイオードと、前記電源回路から出力される電源電圧として複数の前記電源電圧から一つの電源電圧を選択し、選択された電源電圧に応じて、前記複数の定電圧ダイオードから前記第１電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する制御回路とを備える。

前記一実施の形態によれば、電源ラインに異なる電源電圧を供給する給電システムにおいて、サージ電圧を効果的に抑制することが可能となる。

実施の形態に係る給電システムの概略構成を示す図である。 実施の形態１に係る給電システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る給電システムにおけるサージ電圧の波形を示すグラフである。 実施の形態１に係る給電システムにおけるサージ電圧の波形を示すグラフである。 実施の形態１に係る給電システムにおけるサージ電圧の波形を示すグラフである。 実施の形態１に係る給電システムの他の構成を示す図である。 実施の形態２に係る給電システムの構成を示す図である。 実施の形態２に係る給電システムにおけるサージ電圧の波形を示すグラフである。 実施の形態２に係る給電システムにおけるサージ電圧の波形を示すグラフである。 実施の形態２に係る給電システムにおけるサージ電圧の波形を示すグラフである。 実施の形態３に係る給電システムの構成を示す図である。 実施の形態に係る給電システムで使用されるサージ吸収回路の構成を示す図である。 実施の形態に係る給電システムで使用されるサージ吸収回路の他の構成を示す図である。 給電システムの比較例を示す図である。 給電システムの比較例におけるサージ電圧の波形を示す図である。 給電システムの比較例におけるサージ電圧の波形を示す図である。

以下、図面を参照しながら、好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項などについては、適宜、省略及び簡略化がなされている。

実施の形態は、ＵＳＢパワーデリバリー規格に対応し、複数の電源電圧を選択可能な給電システムに関する。実施の形態に係る給電システムは、活線挿抜時に発生するサージ電圧を減衰させるサージ吸収回路を備える。

図１を参照して、実施の形態に係る給電システム１００の概略構成について説明する。図１に示すように、実施の形態に係る給電システム１００は、給電装置１、受電装置２、接続ケーブル３を備える。給電装置１は、接続ケーブル３を用いて受電装置２と接続されている。給電装置１は、ＵＳＢデバイスである受電装置２に電力を供給する。

なお、ここでは、給電装置１と受電装置２とが接続ケーブル３を用いて接続される例を示したが、給電装置１のＵＳＢ端子と受電装置２のＵＳＢ端子とが直接接続されるように構成することも可能である。給電装置１と受電装置２とは、接続ケーブル３の第１電源ラインＶＢＵＳ、第２電源ラインＧＮＤ及び信号ライン（Data lines）を介して接続される。

給電装置１と受電装置２とは、負荷４以外の構成は同様であるため、重複した説明を適宜省略する。給電装置１は、電源回路５、制御回路６、サージ吸収回路７を備える。受電装置２は、給電装置１の構成に加えて、電力が供給される負荷４を備える。

電源回路５は、異なる複数の電源電圧を、第１電源ラインＶＢＵＳを用いて出力する。ここでは、電源回路５は、接続される受電装置２に応じて、５Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖの電源電圧を選択可能であるものとする。電源回路５は、第１電源ラインＶＢＵＳ、第２電源ラインＧＮＤに接続されている。電源回路５と接続ケーブル３との間の第１電源ラインＶＢＵＳ上には、ＤＣ結合用インダクタＬ１が設けられている。ＤＣ結合用インダクタＬ１は、第１電源ラインＶＢＵＳを伝搬する信号からＤＣ成分のみを電源回路５へ伝搬させるために設けられている。

制御回路６は、電源回路５における電源電圧の設定及び後述するサージ吸収回路７の制御を行う。制御回路６は、ＡＣ結合用キャパシタＣ１を介して、第１電源ラインＶＢＵＳに接続されている。ＡＣ結合用キャパシタＣ１は、第１電源ラインＶＢＵＳを伝搬する信号からＡＣ成分のみを制御回路６へ伝搬させるために設けられている。

制御回路６は、第１電源ラインＶＢＵＳを用いて供給される信号のＡＣ成分（パワーデリバリー信号（以下、ＰＤ信号とする））に基づいて、複数の電源電圧のうちのいずれかを選択するための電源制御信号を生成する。電源制御信号は、電源回路５に供給される。また、制御回路６は、電源制御信号に基づいて、サージ吸収回路７を制御するためのＳＷ制御信号を生成する。ＳＷ制御信号は、サージ吸収回路７に供給される。

サージ吸収回路７は、接続ケーブル３の挿抜時のサージ電圧の吸収を行う。サージ吸収回路７は、第１電源ラインＶＢＵＳと第２電源ラインＧＮＤとの間に設けられている。実施の形態では、電源回路５で選択される異なる電源電圧それぞれに対応して、効果的にサージ電圧を抑制するためにサージ吸収回路７が設けられている。以下、サージ吸収回路７を含む給電システム１００の詳細な構成例について説明する。以下の図において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。

＜実施の形態１＞
図２は、実施の形態１に係る給電システムの構成を示す図である。図２に示すように、給電システム１００は、給電装置１、受電装置２、接続ケーブル３を備える。上述したように、給電装置１と受電装置２とは、負荷４以外の構成は同一である。まず、給電装置１について説明する。

給電装置１は、電源回路５、制御回路６、サージ吸収回路７、ＵＳＢコネクタ８、ＵＳＢコントローラ１３を備えている。ＵＳＢコネクタ８は、ＵＳＢインターフェースである。ＵＳＢコネクタ８に、接続ケーブル３が接続される。

接続ケーブル３は、ＵＳＢケーブルプラグ１１、ＵＳＢケーブル１２を有する。給電装置１、受電装置２のそれぞれのＵＳＢコネクタ８に、接続ケーブル３のＵＳＢケーブルプラグ１１が挿入される。接続ケーブル３のＵＳＢケーブルプラグ１１間は、ＵＳＢケーブル１２で接続されている。ＵＳＢケーブル１２は、図１において説明した第１電源ラインＶＢＵＳ、第２電源ラインＧＮＤ、信号ラインを含む。接続ケーブル３は、給電装置１と受電装置２との間のＵＳＢパワーデリバリー信号通信（ＰＤ信号通信）、電源供給、ＵＳＢデータ通信を行う。

制御回路６は、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９、信号生成回路１０を有する。制御回路６は、１チップで構成可能である。ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９は、給電装置１と受電装置２との間でＰＤ信号を用いて通信を行い、電源回路５から第１電源ラインＶＢＵＳに出力される電源電圧として、複数の電源電圧から一つの電源電圧を選択するための電源制御信号を生成する。電源制御信号は、電源回路５と信号生成回路１０とに供給される。信号生成回路１０は、電源制御信号に基づいて、サージ吸収回路７の制御を行うためのＳＷ制御信号を生成する。

サージ吸収回路７は、第１定電圧ダイオードＴ１、第２定電圧ダイオードＴ２、第３定電圧ダイオードＴ３、第１スイッチＭ１、第２スイッチＭ２、第３スイッチＭ３を有する。第１〜第３スイッチＭ１〜Ｍ３は、例えば、ＦＥＴ（Field effect transistor）で形成されている。第１定電圧ダイオードＴ１のカソードは、第１スイッチＭ１を介して第１電源ラインＶＢＵＳに接続されている。第１定電圧ダイオードＴ１のアノードは、第２電源ラインＧＮＤに接続されている。

第２定電圧ダイオードＴ２のカソードは、第２スイッチＭ２を介して第１電源ラインＶＢＵＳに接続されている。第２定電圧ダイオードＴ２のアノードは、第２電源ラインＧＮＤに接続されている。また、第３定電圧ダイオードＴ３のカソードは、第３スイッチＭ３を介して第１電源ラインＶＢＵＳに接続されている。第３定電圧ダイオードＴ３のアノードは、第２電源ラインＧＮＤに接続されている。すなわち、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３は、第１電源ラインＶＢＵＳと第２電源ラインＧＮＤとの間に並列に接続されている。

第１定電圧ダイオードＴ１は、２０Ｖの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を有している。すなわち、第１定電圧ダイオードＴ１は、電源電圧２０Ｖとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第２定電圧ダイオードＴ２は、１２Ｖの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を有している。すなわち、第２定電圧ダイオードＴ２は、電源電圧１２Ｖとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第３定電圧ダイオードＴ３は、５Ｖの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を有している。すなわち、第３定電圧ダイオードＴ３は、電源電圧５Ｖとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。

第１〜第３スイッチＭ１〜Ｍ３は、信号生成回路１０から供給されるＳＷ制御信号により制御される。第１〜第３スイッチＭ１〜Ｍ３のいずれかが、ＳＷ制御信号に応じてオンとなる。すなわち、信号生成回路１０は、電源制御信号により選択された電源電圧に応じて、第１電源ラインＶＢＵＳに接続する定電圧ダイオードとして、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３から一つ選択する。

第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３は、それぞれの対応する電源電圧が選択されたときにおいて、その降伏電圧を超えるサージ電圧が印加されたときに、サージ電圧の最大値をそれぞれの降伏電圧値に抑える機能を果たす。

ＵＳＢコントローラ１３は、給電装置１と受電装置２との間のＵＳＢデータ通信を制御する。ＵＳＢコントローラ１３の下流側は、接続ケーブル３に接続されている。なお、ＵＳＢコントローラ１３の上流側は、図示しない上位の装置やバス等と接続されている。

次に、受電装置２について説明する。受電装置２は、給電装置１の構成に加えて、負荷４を備えている。負荷４は、電源回路５と第２電源ラインＧＮＤに接続されている。

ここで、図２に示す給電システム１００の動作について説明する。給電装置１と受電装置２とが接続ケーブル３により接続されると、まず、給電装置１では、電源回路５において既定の電源電圧５Ｖが選択される。給電装置１では、この電源電圧５Ｖが降圧され、３．３Ｖ電源電圧がＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９に供給される。

一方、受電装置２では、電源回路５に電源電圧５Ｖが供給され、この電源電圧５Ｖが降圧され、３．３Ｖ電源電圧がＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９に供給される。このとき、負荷４駆動用の電源電圧の生成は行われず、負荷４には電源電圧の供給はなされない。

給電装置１及び受電装置２の各信号生成回路１０は、まず、５Ｖの電源電圧に対応した降伏電圧特性を有する第３定電圧ダイオードＴ３をオンとするＳＷ制御信号を生成する。これにより、接続ケーブル３の挿入時において発生するサージ電圧を抑制することが可能となる。

ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が立ち上がると、給電装置１、受電装置２のそれぞれのＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９は、第１電源ラインＶＢＵＳを利用して、ＰＤ信号通信（ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）通信）を行う。給電装置１側のＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９は、ＰＤ信号に基づいて、電源電圧を選択する電源制御信号を生成する。これにより、給電装置１から受電装置２へ供給される電源電圧が決定される。

給電装置１側の電源回路５は、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９から出力された電源制御信号に応じて電源電圧を変更し、受電装置２へ出力する。同時に、電源制御信号は、信号生成回路１０に供給される。信号生成回路１０は、電源制御信号に応じて、サージ吸収回路７を制御するＳＷ制御信号を生成する。第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３を選択するＳＷ制御信号は、電源制御信号と略等価な論理信号として信号生成回路１０にて簡単に生成可能である。

一方、受電装置２では、給電装置１から入力される電源電圧を用い、第１電源ラインＶＢＵＳを介して負荷４へ電力を供給する。このとき、受電装置２側の電源回路５は、負荷４駆動用の電源電圧の生成は行わない。ただし、受電装置２側の電源回路５は、受電装置２側のＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９へ供給するために３．３Ｖ電源電圧の生成を継続する。

また、受電装置２側のＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９においても、ＰＤ信号に基づいて電源制御信号が生成されている。受電装置２の信号生成回路１０は、当該電源制御信号に応じて、受電装置２側のサージ吸収回路７を制御するＳＷ制御信号を生成する。

給電装置１、受電装置２のサージ吸収回路７の第１〜第３スイッチＭ１〜Ｍ３は、それぞれの信号生成回路１０から入力されるＳＷ制御信号によりオン／オフ制御される。これにより、選択された電源電圧に適した第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３のうちの一つが選択される。

例えば、２０Ｖの電源電圧が選択された場合、第１スイッチＭ１がオン、第２スイッチＭ２がオフ、第３スイッチＭ３がオフとなる。これにより、電源電圧２０Ｖに適した降伏電圧特性を有する第１定電圧ダイオードＴ１が有効となる。

同様に、１２Ｖの電源電圧が選択された場合、第１スイッチＭ１がオフ、第２スイッチＭ２がオン、第３スイッチＭ３がオフとなる。これにより、電源電圧１２Ｖに適した降伏電圧特性を有する第２定電圧ダイオードＴ２が有効となる。

さらに、５Ｖの電源電圧が選択された場合、第１スイッチＭ１がオフ、第２スイッチＭ２がオフ、第３スイッチＭ３がオンとなる。これにより、電源電圧５Ｖに適した降伏電圧特性を有する第３定電圧ダイオードＴ３が有効となる。このように、実施の形態１に係る給電システムでは、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が生成する、電源回路５の電源電圧（２０Ｖ、１２Ｖ、５Ｖ）を制御するための電源制御信号を用いて、電源電圧設定に適した降伏電圧特性を有する定電圧ダイオードを選択することが可能となる。

ここで、図９を参照して、上述したＵＳＢパワーデリバリー規格に対応した給電システムにおいて、一つの定電圧ダイオードのみをサージ吸収回路として設けた比較例について説明する。電源回路５は、５Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖの電源電圧を選択可能である。図９に示すように、第１電源ラインＶＢＵＳと第２電源ラインＧＮＤとの間には、第４定電圧ダイオードＴ４が設けられている。

上述したように、ＵＳＢパワーデリバリー規格に対応する電子機器におけるサージ電圧の対策として、単一の定電圧ダイオードを使用する場合、サポートする最大電源電圧とサージ許容電圧とに対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードを使用する必要がある。

図９に示す比較例では、第４定電圧ダイオードＴ４は、２０Ｖの電源電圧及びサージ許容電圧の和に対応した降伏電圧特性を有する。図１０Ａ、１０Ｂに、図９の比較例におけるサージ電圧の波形を示す。第４定電圧ダイオードＴ４の降伏電圧をＴ４閾値とする。図１０Ａは、電源電圧として２０Ｖが選択された場合であり、図１０Ｂは、電源電圧として５Ｖが選択された場合である。

図１０Ａに示すように、電源電圧２０Ｖの場合、Ｔ４閾値に電位がクランプされ、サージ電圧が抑制されている。一方、図１０Ｂに示すように、電源電圧５Ｖの場合でも同様にＴ４閾値に電位がクランプされるが、Ｔ４閾値は２０Vの電源電圧対策用に設定されたものであるため、サージ電圧の抑制効果が低くなり、サージ電圧の値が大きくなってしまう。このサージ電圧は、図９に示すＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号が入力される端子にＡＣ結合で伝搬する。このため、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号の入力端子に接続される回路の破壊につながる恐れがある。

これに対して、図３Ａ〜３Ｃに、実施の形態１に係る給電システム１００におけるサージ電圧の波形を示す。図３Ａは電源電圧として２０Ｖが選択された場合であり、図３Ｂは電源電圧として１２Ｖが選択された場合であり、図３Ｃは電源電圧として５Ｖが選択された場合である。第１定電圧ダイオードＴ１の降伏電圧をＴ１閾値とし、第２定電圧ダイオードＴ２の降伏電圧を第２定電圧ダイオードＴ２閾値とし、第３定電圧ダイオードＴ３の降伏電圧をＴ３閾値とする。

実施の形態では、電源電圧２０Ｖ、１２Ｖ、５Ｖの選択に応じて、適切な降伏電圧特性を有する定電圧ダイオードが選択される。このため、２０Ｖ、１２Ｖ、５Ｖのいずれの電源電圧が選択された場合でも、通常動作時に第１電源ラインＶＢＵＳから不要に電流を引き抜く動作とはならない。

また、選択される定電圧ダイオードは、それぞれの電源電圧に対して適した降伏電圧特性となっている。このため、図３Ａ〜３Ｃに示すように、いずれの電源電圧が選択された場合でも、活線挿抜時のサージ電圧を効果的に抑制することができる。従って、図９に示した比較例と異なり、低い電源電圧が選択された場合にサージ電圧の値が大きくなるという問題を回避することができる。これにより、サージ吸収回路７で抑制されたサージ電圧が、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号の入力端子に伝搬したとしても、当該入力端子に接続される回路の破壊を回避することが可能となる。

なお、ＵＳＢデータ通信は、給電装置１及び受電装置２のＵＳＢコントローラ１３間で行われるが、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９によるＰＤ信号通信とは独立して行われる。このため、実施の形態に係る発明は、ＵＳＢデータ通信を行わず、電力供給のみを行う給電システムにおいても適用可能である。図４に、実施の形態１に係る給電システムの他の構成を示す。図４に示すように、給電装置１、受電装置２がＵＳＢコントローラ１３を備えず、データ通信を行わない構成をとることも可能である。

例えば、コンセントから電源を得るＵＳＢ充電器においても、実施の形態に係る給電システムを適用することが可能である。コンセントに挿入するアダプタ側に、電源電圧を選択可能な制御回路６、サージ吸収回路７等を有する給電装置１を設け、給電装置１に受電装置２を接続する構成とすることにより、実施の形態に係る給電システムを適用したＵＳＢ充電器を実現可能である。

＜実施の形態２＞
図５を参照して、実施の形態２に係る給電システム２００の構成について説明する。以下、実施の形態１と同様の構成については記載を省略し、実施の形態１と異なる内容を記載する。給電システム２００では、給電装置１、受電装置２は、それぞれ実施の形態１の構成に加え、第４スイッチＭ４、インバータ素子１４、接続検出部１５を有する。

ＵＳＢコネクタには、ＵＳＢケーブルプラグが挿入されたことを検出できる機能を備えたコネクタが存在する。実施の形態２では、この機能を備えたＵＳＢコネクタを採用する。図５に示すように、給電装置１、受電装置２のＵＳＢコネクタ８は、ＵＳＢケーブルプラグ１１が挿入されたことを検出する接続検出部１５を有している。

接続検出部１５は、ＵＳＢケーブルプラグ１１が挿入されたか否かを検出し、この検出信号であるＩＤ信号を出力する。接続検出部１５は、接続ケーブル３の挿抜時にハイレベルのＩＤ信号を出力し、接続ケーブル３が安定して接続されている状態ではローレベルのＩＤ信号を出力する。

ＡＣ結合用キャパシタＣ１と第１電源ラインＶＢＵＳとの間には、第４スイッチＭ４が設けられている。第４スイッチＭ４は、ＦＥＴにより形成されている。第４スイッチＭ４のゲートには、インバータ素子１４の出力端子が接続されている。インバータ素子１４の入力端子には、ＩＤ信号が入力される。第４スイッチＭ４は、ＩＤ信号に応じてＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が第１電源ラインＶＢＵＳと接続される状態と、切断される状態との切り替えを行う。

信号生成回路１０には、電源制御信号に加えて、ＩＤ信号が入力される。信号生成回路１０は、電源制御信号及びＩＤ信号に基づいて、サージ吸収回路７を制御する。信号生成回路１０は、電源制御信号に応じて、選択される電源電圧に適した定電圧ダイオードを選択する他に、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３すべてを第１電源ラインＶＢＵＳから切断する信号を生成可能である。

ここで、実施の形態２に係る給電システム２００の動作について説明する。接続ケーブル３の挿入時は、ＩＤ信号はハイレベルとなる。ＩＤ信号はインバータ素子１４により反転され、第４スイッチＭ４がオフとなる。これにより、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号の入力端子は、第１電源ラインＶＢＵＳから切り離される。

上述したように、給電装置１及び受電装置２が接続ケーブル３により接続されると、給電装置１、受電装置２では、既定の電源電圧５Ｖが選択される。従って、まず、給電装置１、受電装置２それぞれの信号生成回路１０は、５Ｖの電源電圧に対応した降伏電圧特性を有する第３定電圧ダイオードＴ３をオンとするＳＷ制御信号を生成する。これにより、接続ケーブル３の挿入時において発生するサージ電圧を適切に抑制することが可能となる。

そして、接続ケーブル３が安定的に接続されている状態では、ＩＤ信号はローレベルとなる。ＩＤ信号は、インバータ素子１４にて反転され、第４スイッチＭ４がオンとなる。これにより、第１電源ラインＶＢＵＳとＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号の入力端子とが接続され、ＰＤ信号通信が可能な状態となる。給電装置１、受電装置２それぞれのＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９は、入力されるＰＤ信号に応じて、電源制御信号を生成する。また、このとき、信号生成回路１０は、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３すべてを第１電源ラインＶＢＵＳから切断する。

接続ケーブル３の抜去時は、ＩＤ信号はハイレベルとなる。ＩＤ信号は、インバータ素子１４にて反転され、第４スイッチＭ４がオフとなる。これにより、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号の入力端子は、第１電源ラインＶＢＵＳから切り離される。このとき、給電装置１、受電装置２それぞれの信号生成回路１０は、選択されている電源電圧に応じて第１定電圧ダイオードＴ１から第３定電圧ダイオードＴ３のいずれか一つを選択する。これにより、接続ケーブル３の抜去時において発生するサージ電圧を、選択される電源電圧に応じて適切に抑制することが可能となる。

上述したように、実施の形態２では、接続検出部１５からのＩＤ信号に基づき、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が第１電源ラインＶＢＵＳに接続される状態と、定電圧ダイオードのいずれかが前第１電源ラインＶＢＵＳに接続される状態とが切り替えられる。このため、接続ケーブル３の挿抜時には、定電圧ダイオードが有効となり、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号入力端子は、第１電源ラインＶＢＵＳから切り離されている。

図６Ａ〜６Ｃに、実施の形態２に係る給電システムにおける、接続ケーブル３の抜去時のサージ電圧の波形を示すグラフである。図６Ａは電源電圧として２０Ｖが選択された場合であり、図６Ｂは電源電圧として１２Ｖが選択された場合であり、図６Ｃは電源電圧として５Ｖが選択された場合である。第１定電圧ダイオードＴ１の降伏電圧をＴ１１閾値とし、第２定電圧ダイオードＴ２の降伏電圧を第２定電圧ダイオードＴ２１閾値とし、第３定電圧ダイオードＴ３の降伏電圧をＴ３１閾値とする。

実施の形態２では、図６Ａ〜６Ｃに示すように、いずれの電源電圧が選択された場合でも、活線挿抜時のサージ電圧を効果的に抑制することができる。また、接続ケーブル３の挿抜時には、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が第１電源ラインＶＢＵＳから切り離されている。このため、接続ケーブル３の挿抜時には、第１電源ラインＶＢＵＳを経由したＰＤ信号通信は行われない。

このため、実施の形態１よりも、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３のそれぞれの降伏電圧の値が低いものを用いることが可能となる。すなわち、Ｔ１閾値よりもＴ１１閾値の方が低く、Ｔ２閾値よりもＴ２１閾値の方が低く、Ｔ３閾値よりもＴ３１閾値の方が低い。これにより、実施の形態１よりもさらにサージ電圧を低く抑えることが可能となる。

また、接続ケーブル３が安定的に接続されている状態では、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３はすべて第１電源ラインＶＢＵＳから切り離されている。このため、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３のＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が第１電源ラインＶＢＵＳ経由で行うＰＤ信号通信（ＦＳＫ通信）に対する影響を小さくすることが可能となる。

＜実施の形態３＞
図７を参照して、実施の形態３に係る給電システム３００の構成について説明する。以下、実施の形態１と同様の内容については記載を省略し、実施の形態１と異なる内容を記載する。

ＵＳＢコネクタには、ＵＳＢケーブルプラグが挿入されたことを検出できる機能に加え、給電装置１と受電装置２とを判別する機能を有するものがある。実施の形態３では、このような機能を備えたＵＳＢコネクタを採用する。

図７に示すように、ＵＳＢコネクタ８は、ＣＣ（Control Channel）端子を備えている。給電装置１側のＵＳＢコネクタ８のＣＣ端子には、プルアップ抵抗Ｒ１が接続されている。受電装置２のＣＣ端子には、プルダウン抵抗Ｒ２が接続されている。給電装置１、受電装置２は、さらにコンパレータ１６を有する。

給電装置１と受電装置２とが接続されていない場合、給電装置１におけるＣＣ端子はハイレベル、受電装置２におけるＣＣ端子はローレベルである。給電装置１と受電装置２とが接続されると、それぞれのＣＣ端子は、抵抗分圧により中間レベルとなる。コンパレータ１６は、入力されるＣＣ端子レベルを基準信号Ｖｒｅｆと比較することにより、中間レベルの信号を検出することができる。

コンパレータ１６により検出された信号は、実施の形態２のＩＤ信号と類似した役割を果たす信号として使用することができる。これにより、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が第１電源ラインＶＢＵＳに接続される状態と、定電圧ダイオードのいずれかが前第１電源ラインＶＢＵＳに接続される状態とが切り替えることが可能となる。これにより、実施の形態１よりもさらにサージ電圧を低く抑えることが可能となる。また、第１〜第３定電圧ダイオードＴ１〜Ｔ３のＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９が第１電源ラインＶＢＵＳ経由で行うＰＤ信号通信に対する影響を小さくすることが可能となる。

＜他の実施の形態＞
上述の実施の形態では、図８Ａに示すように、サージ吸収回路７の第１定電圧ダイオードＴ１、第２定電圧ダイオードＴ２、第３定電圧ダイオードＴ３は、第１電源ラインＶＢＵＳ、第２電源ラインＧＮＤ間に並列に接続されている。

上述の実施の形態において、サージ吸収回路７の代わりに、図８Ｂに示すサージ吸収回路７ａを用いることができる。図８Ｂに示すように、サージ吸収回路７ａは、直列に接続された第５定電圧ダイオードＴ５、第６定電圧ダイオードＴ６、第７定電圧ダイオードＴ７を有する。

第５定電圧ダイオードＴ５は、５Ｖの電源電圧に対して適した降伏電圧特性を持つ。すなわち、第５定電圧ダイオードＴ５は、電源電圧５Ｖとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第６定電圧ダイオードＴ６は７Ｖ電源電圧に対して適した降伏電圧特性を持つ。すなわち、第６定電圧ダイオードＴ６は、電源電圧７Ｖとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。

第７定電圧ダイオードＴ７は、８Ｖ電源電圧に対して適した降伏電圧特性を持つ。すなわち、第７定電圧ダイオードＴ７は、電源電圧８Ｖとサージ許容電圧との和に対応する降伏電圧を有している。第５定電圧ダイオードＴ５、第６定電圧ダイオードＴ６、第７定電圧ダイオードＴ７にはそれぞれ並列に、第５スイッチＭ５、第６スイッチＭ６、第７スイッチＭ７が接続されている。

信号生成回路１０から入力されるＳＷ制御信号に応じて、第５スイッチＭ５、第６スイッチＭ６、第７スイッチＭ７が制御され、選択される宣言電圧に適した第５定電圧ダイオードＴ５、第６定電圧ダイオードＴ６、第７定電圧ダイオードＴ７が選択される。

２０Ｖの電源電圧が選択された場合、第５スイッチＭ５がオフ、第６スイッチＭ６がオフ、第７スイッチＭ７がオフとなる。これにより、電源電圧２０Ｖに適した降伏電圧特性を持つ定電圧ダイオード接続となる。

また、１２Ｖの電源電圧が選択された場合、第５スイッチＭ５がオフ、第６スイッチＭ６がオフ、第７スイッチＭ７がオンとなる。これにより、電源電圧１２Ｖに適した降伏電圧特性を持つ定電圧ダイオード接続となる。

さらに、５Ｖの電源電圧が選択された場合、第５スイッチＭ５がオフ、第６スイッチＭ６がオン、第７スイッチＭ７がオンとなる。これにより、電源電圧５Ｖに適した降伏電圧特性を持つ定電圧ダイオード接続となる。

したがって、サージ吸収回路７ａを用いた場合でも、電源電圧２０Ｖ、１２Ｖ、５Ｖの選択に応じて、適切な降伏電圧特性を有する定電圧ダイオードが選択される。このため、通常動作時に第１電源ラインＶＢＵＳから不要に電流を引き抜く動作とはならない。また、いずれの電源電圧が選択された場合でも、活線挿抜時のサージ電圧を効果的に抑制することができ、ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ９のＰＤ信号の入力端子の破壊を回避することが可能となる。

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、本発明は既に述べた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において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ 給電装置
２ 受電装置
３ 接続ケーブル
４ 負荷
５ 電源回路
６ 制御回路
７ サージ吸収回路
８ ＵＳＢコネクタ
９ ＵＳＢパワーデリバリーコントローラ
１０ 信号生成回路
１１ ＵＳＢケーブルプラグ
１２ ＵＳＢケーブル
１３ ＵＳＢコントローラ
１４ インバータ素子
１５ 接続検出部
１６ コンパレータ
１００ 給電システム
２００ 給電システム
３００ 給電システム
Ｔ１ 第１定電圧ダイオード
Ｔ２ 第２定電圧ダイオード
Ｔ３ 第３定電圧ダイオード
Ｔ４ 第４定電圧ダイオード
Ｔ５ 第５定電圧ダイオード
Ｔ６ 第６定電圧ダイオード
Ｔ７ 第７定電圧ダイオード
Ｍ１ 第１スイッチ
Ｍ２ 第２スイッチ
Ｍ３ 第３スイッチ
Ｍ４ 第４スイッチ
Ｍ５ 第５スイッチ
Ｍ６ 第６スイッチ
Ｍ７ 第７スイッチ
Ｃ１ ＡＣ結合用キャパシタ
Ｌ１ ＤＣ結合用インダクタ
Ｒ１ プルアップ抵抗
Ｒ２ プルダウン抵抗
ＶＢＵＳ 第１電源ライン
ＧＮＤ 第２電源ライン

Claims (7)

1. ＵＳＢインターフェースを備え、当該ＵＳＢインターフェースを介して電源回路から給電動作を行う給電システムであって、
   複数の電源電圧を出力する前記電源回路の第１電源ラインと、
   前記複数の電源電圧に対応する降伏電圧をそれぞれ有する複数の定電圧ダイオードと、
   前記電源回路から出力される電源電圧として複数の前記電源電圧から一つの電源電圧を選択し、選択された電源電圧に応じて、前記複数の定電圧ダイオードから前記第１電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する制御回路と、
   を備える給電システム。
2. 前記制御回路は、前記第１電源ラインを用いて、前記ＵＳＢインターフェースに接続されたＵＳＢデバイスに応じて前記複数の電源電圧から一つの電源電圧を選択するための、パワーデリバリー信号通信を行う、
   請求項１に記載の給電システム。
3. 前記ＵＳＢインターフェースにＵＳＢデバイスが接続されたか否かを検出する接続検出部をさらに備え、
   前記接続検出部からの検出信号に基づき、前記制御回路が前記第１電源ラインに接続される状態と、前記定電圧ダイオードが前記第１電源ラインに接続される状態とが切り替えられる、
   請求項１に記載の給電システム。
4. 前記ＵＳＢインターフェースへの前記ＵＳＢデバイスの挿抜時に、前記定電圧ダイオードが前記第１電源ラインに接続され、
   前記ＵＳＢインターフェースに前記ＵＳＢデバイスが接続されている時に、前記制御回路が前記第１電源ラインに接続される、
   請求項３に記載の給電システム。
5. 前記ＵＳＢインターフェースに前記ＵＳＢデバイスが挿入されるとき、複数の前記電源電圧のうち最小の電源電圧に対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードが前記第１電源ラインに接続され、
   前記ＵＳＢインターフェースから前記ＵＳＢデバイスが抜去されるとき、前記ＵＳＢデバイスに応じて選択された前記電源電圧に対応する降伏電圧を有する定電圧ダイオードが前記第１電源ラインに接続される、
   請求項３に記載の給電システム。
6. 複数の前記定電圧ダイオードは、前記第１電源ラインと第２電源ラインとの間にそれぞれスイッチを介して並列に接続されており、
   前記制御回路は、前記スイッチを制御することにより、前記第１電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する、
   請求項１に記載の給電システム。
7. 複数の前記定電圧ダイオードは、前記第１電源ラインと第２電源ラインとの間に直列に接続されており、
   複数の前記定電圧ダイオードにそれぞれ並列に接続された複数のスイッチを備え、
   前記制御回路は、前記スイッチを制御することにより、前記第１電源ラインに接続される定電圧ダイオードを選択する、
   請求項１に記載の給電システム。

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