JP2018011442A - 受電装置およびその制御回路、電子機器、給電システムの動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受電装置における短絡を安全に検出する。【解決手段】受電装置３００は、ケーブルを介して給電装置２００からのバス電圧を受け、負荷回路４０２に供給する。受電側コントローラ３１０は、バススイッチＳＷ２よりもレセプタクル４０４側のバスライン３１２ａ上の電圧ＶＡＤＰを電源として受ける。受電側コントローラ３１０は、給電装置２００の給電側コントローラ２０４との間で通信可能であり、ネゴシエーションによって供給電圧を決定するとともに、バススイッチＳＷ２を制御する。短絡検出回路３２０は、バススイッチＳＷ２のオフ状態において、バススイッチＳＷ２よりも負荷回路４０２側のバスライン３１２ｂの短絡を検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器への給電技術に関する。

携帯電話端末、スマートホン、タブレット端末、ノート型コンピュータ、ポータブルオーディオプレイヤをはじめとする電池駆動デバイスは、再充電可能な二次電池とともに、それを充電するための充電回路を内蔵する。充電回路には、外部からＵＳＢケーブルを介して供給されたＤＣ電圧（バス電圧Ｖ_ＢＵＳ）や、外部のＡＣアダプタからのＤＣ電圧にもとづいて二次電池を充電するものが存在する。

現在、モバイル機器に搭載される充電回路は、USB Battery Charging Specificationと呼ばれる規格（以下、ＢＣ規格という）に準拠したものが主流である。ＵＳＢホストあるいはチャージャ（以下、ＵＳＢ給電装置と総称する）には、いくつかの種類が存在する。ＢＣ revision 1.2規格においては、ＵＳＢ給電装置の種類として、ＳＤＰ（Standard Downstream Port）、ＤＣＰ（Dedicated Charging Port）、ＣＤＰ（Charging Downstream Port）が定義されている。そしてＵＳＢ給電装置が供給できる電流（電流容量）は、その種類に応じて規定されている。具体的には、ＤＣＰ、ＣＤＰでは１５００ｍＡ、ＳＤＰでは、ＵＳＢのバージョンに応じて１００ｍＡ、５００ｍＡ、９００ｍＡのように規定されている。

ＵＳＢを利用した次世代の二次電池充電の方式、システムとして、USB Power Deliveryと呼ばれる規格（以下、ＵＳＢ−ＰＤ規格という）が策定されている。ＵＳＢ−ＰＤ規格では、供給可能な電力がＢＣ規格の７．５Ｗから、最大１００Ｗまで大幅に増大する。具体的にはＵＳＢ−ＰＤ規格では、ＵＳＢバス電圧として、５Ｖより高い電圧（具体的には、９Ｖ，１２Ｖ，１５Ｖ，２０Ｖ等）の供給が許容されており、充電電流も、ＢＣ規格よりも大きな量（具体的には、２Ａ，３Ａ、５Ａ等）の供給が許容される。ＵＳＢ−ＰＤ規格は、ＵＳＢ ｔｙｐｅ−Ｃ規格にも採用されている。

図１は、本発明者が検討した給電システム１００Ｒのブロック図である。この給電システム１００Ｒは、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格に準拠しており、ＵＳＢケーブル１０６を介して接続される給電装置２００Ｒと受電装置３００Ｒを備える。たとえば給電装置２００ＲはＡＣアダプタ１０２に搭載され、あるいは電子機器に搭載される。受電装置３００Ｒは、スマートホン、タブレット端末、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ポータブルオーディオプレイヤなど、電池駆動型の電子機器４００に搭載される。

給電装置２００Ｒは、電源回路２０２、給電側のＰＤコントローラ（以下、給電側コントローラという）２０４およびバススイッチＳＷ１を含む。電子機器４００のレセプタクル１０８にはＵＳＢケーブル１０６が着脱可能に接続される。なおレセプタクル１０８が省略され、ＵＳＢケーブル１０６がＡＣアダプタ１０２と一体となっている充電アダプタも存在する。

レセプタクル１０８は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを供給するためのＶＢＵＳ端子、接地電圧Ｖ_ＧＮＤを供給するためのＧＮＤ端子ならびにＣＣ（Configuration Channel）ポートを含む。電源回路２０２は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを発生する。電源回路２０２は、図示しない外部電源（たとえば商用交流電源）からのＡＣ１００Ｖを受け、それを直流のバス電圧Ｖ_ＢＵＳに変換するＡＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。電源回路２０２が発生したバス電圧Ｖ_ＢＵＳは、ＵＳＢケーブル１０６のバスラインおよびバススイッチＳＷ１を介して受電装置３００Ｒに供給される。

給電側コントローラ２０４および受電側コントローラ３１０はそれぞれ、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃに関するポートコントローラであり、ＣＣラインを介して互いに接続され、通信機能を提供する。給電側コントローラ２０４と受電側コントローラ３１０は、給電装置２００Ｒが供給すべきバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルをネゴシエートする。給電側コントローラ２０４は、決定した電圧レベルが得られるように電源回路２０２を制御し、またバススイッチＳＷ１のオン、オフを制御する。

電子機器４００は、受電装置３００Ｒに加えて負荷（システム）４０２を備える。負荷回路４０２は、ＣＰＵやメモリ、液晶ディスプレイ、オーディオ回路などを含む。レセプタクル４０４にはＵＳＢケーブル１０６を介してＡＣアダプタ１０２が着脱可能に接続される。

受電装置３００Ｒは、バッテリ３０２、充電回路３０４、受電側コントローラ３１０、バススイッチＳＷ２を備える。

バッテリ３０２は再充電可能な２次電池である。充電回路３０４は、ＵＳＢケーブル１０６およびバススイッチＳＷ２を介して給電装置２００Ｒからのバス電圧Ｖ_ＢＵＳ（受電装置３００Ｒ側において、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰとも表記する）を受け、バッテリ３０２を充電する。充電回路３０４は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、リニアレギュレータあるいはそれらの組み合わせで構成される。

充電回路３０４から負荷回路４０２へは、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰおよびバッテリ３０２の電圧Ｖ_ＢＡＴの少なくとも一方に応じたシステム電圧Ｖ_ＳＹＳが供給される。負荷回路４０２は、パワーマネージメントＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＣ／ＤＣコンバータやリニアレギュレータなどを含むマルチチャンネル電源や、マイコン、液晶ディスプレイ、ディスプレイドライバなどを含む。

受電側コントローラ３１０は、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰを電源として動作するよう接続されており、したがってバススイッチＳＷ１がオンした後に動作可能となる。受電側コントローラ３１０には、受電装置３００Ｒが要求するバス電圧Ｖ_ＢＵＳおよび最大電流を規定するデータ（要求ＰＤＯ：Power Data Object）が規定されている。ＡＣアダプタ１０２と電子機器４００が接続されると、給電側コントローラ２０４と受電側コントローラ３１０とがネゴシエーションを行い、要求ＰＤＯにもとづいてバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルが決定される。また受電側コントローラ３１０は、バススイッチＳＷ２のオン、オフを制御する。

図２は、図１の給電システム１００の動作シーケンス図である。給電装置２００Ｒと受電装置３００ＲがＵＳＢケーブル１０６を介して接続されると、給電側コントローラ２０４は、ＣＣポートの状態にもとづいてその接続を検出する（Ｓ１００）。そしてバススイッチＳＷ１をオンし（Ｓ１０２）、デフォルトの５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを供給する。バススイッチＳＷ１がオンすると、受電側コントローラ３１０が動作可能となる。

続いて、給電側コントローラ２０４と受電側コントローラ３１０がネゴシエーションを行い、要求電圧にもとづいてバス電圧Ｖ_ＢＵＳを決定する（Ｓ１０４）。給電側コントローラ２０４は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを、５Ｖの初期電圧から要求電圧に変更する（Ｓ１０６）。

バス電圧Ｖ_ＢＵＳの要求電圧への変更が完了すると、そのことが給電側コントローラ２０４から受電側コントローラ３１０に通知される（Ｓ１０８）。受電側コントローラ３１０は、この通知に応答して、バススイッチＳＷ２をオンする（Ｓ１１０）。これにより充電回路３０４および負荷回路４０２にバス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給される（Ｓ１１２）。

特開２０１３−１９８２６２号公報 特開２００６−６０９７７号公報 特開２００６−３０４５００号公報

給電システム１００Ｒにおいて短絡が生ずると発熱の原因となり、あるいは過電流により回路素子の信頼性が低下するおそれがあるため、短絡保護はきわめて重要な技術である。本発明者は、図１の給電システム１００Ｒにおける短絡保護について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

一般的に電源回路２０２は、その出力端子の短絡保護（ＳＣＰ：Short Circuit Protection）機能を備える。図１の給電システム１００Ｒにおいて、図中（i）で示すような、電源回路２０２の出力とバススイッチＳＷ１の間の短絡異常（本明細書において、第１モードと称する）については、電源回路２０２のＳＣＰ機能によって検出および保護することができる。

図２のシーケンス図を参照すると、バススイッチＳＷ１をオンする（Ｓ１０２）の前、５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを生成する段階において、電源回路２０２は出力のショートを検出でき、したがって電源回路２０２を停止し、その状態をラッチすることができる。

ところが図１の給電システム１００Ｒにおいて、電源回路２０２のＳＣＰ機能では、図中（ii）で示すような、バススイッチＳＷ２よりも負荷回路４０２側における短絡（本明細書において、第２モードと称する）を検出、保護することができない。

この理由を説明する。バススイッチＳＷ２がオンするより前に、第２モードの短絡経路はシステムに何の影響も及ぼさず、したがって図２のシーケンス図の処理Ｓ１０８までは正常に進行する。

受電装置３００Ｒ側のバススイッチＳＷ２がオンすると、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰ、すなわち受電側コントローラ３１０の電源電圧がゼロ付近まで低下し、受電側コントローラ３１０がシャットダウンする。受電側コントローラ３１０がシャットダウンすると、バススイッチＳＷ２がオフするため、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰは、電源回路２０２の出力電圧Ｖ_ＢＵＳ付近まで復帰する。

つまり電源回路２０２から見ると、バススイッチＳＷ２がオンであるごく短い期間のみ、出力が短絡していることとなる。電源回路２０２のＳＣＰ機能では、このように短い期間の出力の短絡を検出することは困難である。

なおこのような問題は、ＵＳＢ−ＰＤに限らず、それと類似するプロトコルを有する給電システムにおいても生じうる。

本発明はかかる課題に鑑み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、受電装置における短絡を安全に検出可能な給電システムおよび受電装置の提供にある。

本発明のある態様は、ケーブルを介して給電装置からのバス電圧を受け、負荷回路に供給する受電装置に関する。受電装置は、ケーブルが挿入されるレセプタクルから負荷回路へと延びるバスラインと、バスラインの経路上に設けられるバススイッチと、バススイッチよりもレセプタクル側のバスライン上の電圧を電源として受け、給電装置の給電側コントローラとの間で通信可能であり、ネゴシエーションによって供給電圧を決定するとともに、バススイッチを制御する受電側コントローラと、バススイッチのオフ状態において、バススイッチよりも負荷回路側の前記バスラインの短絡を検出する短絡検出回路と、を備える。
この態様によれば、バススイッチをオンするより前に短絡検出回路を動作させることで、給電装置側の電源回路に影響を与えることなく、受電装置の内部において、短絡を安全に検出できる。

短絡検出回路は、オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態においてバススイッチよりも負荷回路側のバスラインを充電する充電回路を含み、バスラインの電圧にもとづいて、短絡を検出してもよい。
バススイッチのオフ状態では、バススイッチよりも負荷回路側のバスラインの電圧は実質的にゼロである。バススイッチよりも負荷回路側のバスラインが短絡していなければ、充電回路による充電によって、バスラインの電圧は上昇する。一方、バスラインが短絡していると、充電にかかわらず、バスラインの電圧は実質的にゼロ電位を維持する。この態様によれば、バススイッチよりも負荷回路側の短絡を検出できる。

充電回路は、バススイッチと並列なサブ経路上に設けられた充電スイッチを含み、充電回路のインピーダンスは、バススイッチのインピーダンスより高くてもよい。充電回路のインピーダンスを高くすることにより、短絡が発生していた場合に、大電流が流れるのを防止できる。

充電回路は、サブ経路上に充電スイッチと直列に設けられた充電抵抗をさらに含んでもよい。充電抵抗の抵抗値に応じて、短絡時に流れる電流量を制限することができる。

充電スイッチのインピーダンスは、バススイッチのインピーダンスより高くてもよい。充電スイッチを、短絡時の電流量を制限する素子として利用するとともに、充電スイッチを小型化できる。

充電回路は、電流源を含んでもよい。これにより、短絡時に流れる電流量を制限することができる。

短絡検出回路は、バスラインの電圧を所定のしきい値電圧と比較するコンパレータを含んでもよい。コンパレータは、受電側コントローラと同一チップに内蔵されてもよい。

受電装置は、ＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠してもよい。

受電装置は、ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格に準拠してもよい。受電側コントローラは、短絡検出回路により短絡が検出されると、ＣＣ（Configuration Channel）ポートに接続されるプルダウン抵抗をオープンとしてもよい。これにより、ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣポートの宣言を取り下げることとなり、給電装置は、受電装置をＵＳＢ−ＴｙｐｅＣのデバイスと認識しなくなるため、給電を停止できる。

受電側コントローラは、短絡検出回路により短絡が検出されると、バススイッチをオフ状態で固定してもよい。これにより、もし給電装置からバス電圧が供給され続けたとしても、給電装置と短絡箇所は、オフのバススイッチによって遮断されるため、システムを安全な状態に維持できる。

本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、上述のいずれかの受電装置を備えてもよい。

本発明の別の態様は、制御回路である。この制御回路は、ケーブルを介して給電装置からのバス電圧を受け、当該バス電圧を負荷回路に供給する受電装置に使用される。受電装置は、制御回路に加えて、ケーブルが挿入されるレセプタクルから負荷回路へと延びるバスラインと、バスラインの経路上に設けられるバススイッチと、オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態においてバススイッチよりも負荷回路側のバスラインを充電する充電回路と、を備える。制御回路は、給電装置の給電側コントローラとの間で通信する通信回路と、給電側コントローラとのネゴシエーションによって供給電圧を決定するとともに、バススイッチを制御するロジック回路と、ロジック回路がバススイッチをオフした状態において、バススイッチよりも負荷回路側のバスラインの短絡を検出する短絡検出回路と、を備える。

制御回路は、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。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

充電回路は、制御回路と同じ半導体基板に集積化されてもよい。これによりさらに回路部品の個数を削減できる。

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、受電装置における短絡を安全に検出できる。

本発明者が検討した給電システムのブロック図である。 図１の給電システムの動作シーケンス図である。 実施の形態に係る受電装置を備える給電システムのブロック図である。 図３の給電システムの動作シーケンス図である。 第１構成例に係る受電装置のブロック図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、図５の受電装置の動作波形図である。 第２構成例に係る受電装置のブロック図である。 第３構成例に係る受電装置のブロック図である。 受電装置を備える電子機器を示す図である。

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や、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「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、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図３は、実施の形態に係る受電装置３００を備える給電システム１００のブロック図である。給電システム１００は、給電装置２００および受電装置３００を備える。本実施の形態において、給電システム１００は、ＵＳＢ−ＰＤ規格、特にＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格に準拠しており、給電装置２００と受電装置３００は、ＵＳＢケーブル１０６を介して接続される。給電装置２００はアダプタ１０２に内蔵され、受電装置３００は電子機器４００に内蔵される。給電装置２００の構成は、図１の給電装置２００ｒと同様である。

受電装置３００は、ＵＳＢケーブル１０６を介して給電装置２００からのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを受け、負荷回路４０２に供給する。なお本実施の形態において、図１のバッテリ３０２や充電回路３０４は、負荷回路４０２に含まれるものとし、省略している。

バスライン３１２は、ＵＳＢケーブル１０６が挿入されるレセプタクル４０４から、負荷回路４０２へと延びる。バススイッチＳＷ２は、バスライン３１２の経路上に設けられる。バスライン３１２のうち、バススイッチＳＷ２よりもレセプタクル４０４側を第１バスライン３１２ａ、負荷回路４０２側を第２バスライン３１２ｂと称する。

受電側コントローラ３１０は、第１バスライン３１２ａ上の電圧（アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰとも称する）を電源として受ける。受電側コントローラ３１０は、給電装置２００の給電側コントローラ２０４との間で通信可能であり、ネゴシエーションによって供給電圧を決定するとともに、バススイッチＳＷ２を制御する。

短絡検出回路３２０は、バススイッチＳＷ２のオフ状態において、バススイッチＳＷ２よりも負荷回路４０２側の第２バスライン３１２ｂにおける短絡４０６を検出する。

以上が受電装置３００の構成である。続いてその動作を説明する。図４は、図３の給電システム１００の動作シーケンス図である。ステップＳ１００〜Ｓ１０８までは、図２と同様である。

本実施の形態では、ステップＳ１０８において、給電の完了が通知された後に、バススイッチＳＷ２をオンする前に、短絡検出回路３２０による短絡検出が行われる（Ｓ１２０）。そして、短絡が発生していない場合には、バススイッチＳＷ２をオンし（Ｓ１１０）、負荷回路４０２が動作可能となる（Ｓ１１２）。

ステップＳ１２０において、短絡が検出された場合には、適切な短絡保護処理が行われる。

たとえば受電装置３００は短絡が検出されたとき、バススイッチＳＷ２をオフ状態で固定する。これにより、もし給電装置２００からバス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給され続けたとしても、給電装置２００の電源回路２０２と短絡箇所４０６は、オフのバススイッチＳＷ２によって遮断されるため、給電システム１００を安全な状態に維持できる。

また、後述するように、受電側コントローラ３１０は、短絡が検出されたとき、ＣＣポートに接続されるプルダウン抵抗Ｒｄ（図３に不図示）をオープンとしてもよい。これにより、ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣポートの宣言を取り下げることとなり、給電装置２００は、受電装置３００をＵＳＢ−ＴｙｐｅＣのデバイスと認識しなくなるため、速やかに給電を停止できる。

また受電側コントローラ３１０は、短絡が検出されたとき、ＣＣラインでの通信を利用して、負荷側の短絡を給電側コントローラ２０４に通知してもよい。給電側コントローラ２０４は、この通知に応答して、電源回路２０２を停止することができる。

本発明は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。

図５は、第１構成例に係る受電装置３００ａのブロック図である。受電装置３００ａは、バススイッチＳＷ２および制御回路３３０ａを備える。制御回路３３０ａは、図３の受電側コントローラ３１０と、短絡検出回路３２０の一部を集積化した機能ＩＣである。

通信回路３３２およびロジック回路３３４の一部は、図３の受電側コントローラ３１０に対応する。通信回路３３２は、給電側コントローラ２０４との間の通信機能を提供する。ロジック回路３３４は、給電側コントローラ２０４とのネゴシエーションによって供給電圧を決定するとともに、バススイッチＳＷ２を制御する。

短絡検出回路３２０は、充電回路３２２、コンパレータＣＯＭＰ１およびロジック回路３３４の一部を含む。充電回路３２２は、オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態において、第２バスライン３１２ｂを充電する。充電回路３２２のオン、オフは、ロジック回路３３４によって制御される。

短絡検出回路３２０は、充電回路３２２による充電の結果、第２バスライン３１２ｂに生ずる電圧（内部電圧と称する）Ｖ_ＩＮＴにもとづいて、短絡を検出する。コンパレータＣＯＭＰ１は、制御回路３３０ａに集積化されており、ＶＳ（電圧検出）端子を介して第２バスライン３１２ｂと接続される。コンパレータＣＯＭＰ１は、第２バスライン３１２ｂの電圧Ｖ_ＩＮＴを、所定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨと比較する。そしてＶ_ＩＮＴ＜Ｖ_ＴＨのときに、短絡保護（ＳＣＰ）信号をアサート（たとえばハイレベル）する。ＳＣＰ信号は、ロジック回路３３４に入力される。

より詳しくは、充電回路３２２は、バススイッチＳＷ２と並列なサブ経路３２３上に、直列に設けられた充電スイッチＳＷ３および充電抵抗Ｒ３を含む。バススイッチＳＷ２のオンが、充電回路３２２のオンに対応しており、ロジック回路３３４は、充電スイッチＳＷ３のオン、オフを制御する。充電回路３２２のインピーダンスは、バススイッチＳＷ２のインピーダンスより高いことが好ましい。充電回路３２２のインピーダンスを高くすることにより、短絡が発生していた場合に、大電流が流れるのを防止できる。なお充電抵抗Ｒ３を省略して、充電スイッチＳＷ３のインピーダンスを充電抵抗Ｒ３に相当する程度に十分に大きく設計してもよい。

制御回路３３０ａには、プルダウンスイッチＳＷ４およびプルダウン抵抗Ｒｄが内蔵されている。プルダウンスイッチＳＷ４およびプルダウン抵抗Ｒｄは、ＣＣポートと接地の間に直列に設けられる。なお実際にはＣＣポートは２個設けられるが、ここでは理解の容易化のため、そのうちの１個を省略している。プルダウン抵抗ＲｄやプルダウンスイッチＳＷ４は、外付けのチップ部品であってもよい。

ロジック回路３３４は、短絡検出回路３２０により短絡が検出されると、プルダウンスイッチＳＷ４をオフとし、ＣＣポートに接続されるプルダウン抵抗Ｒｄをオープンとする。これにより、ＣＣポートの宣言が取り消される。またロジック回路３３４は、短絡が検出されると、バススイッチＳＷ２をオフ状態で固定する。

以上が制御回路３３０ａおよび受電装置３００ａの構成である。続いてその動作を説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、図５の受電装置３００ａの動作波形図である。はじめに図６（ａ）を参照して、短絡が生じていない正常時の動作を説明する。時刻ｔ０に、充電スイッチＳＷ３がオンすると、充電回路３２２によって、第２バスライン３１２ｂが充電され、内部電圧Ｖ_ＩＮＴが増大する。そして時刻ｔ１にしきい値電圧Ｖ_ＴＨを超えると、ＳＣＰ信号がネゲートされる。ロジック回路３３４は、ＳＣＰ信号のネゲートを条件としてバススイッチＳＷ２をオンする。

続いて図６（ｂ）を参照して、短絡時の動作を説明する。時刻ｔ０に、充電スイッチＳＷ３がオンすると、充電回路３２２によって、第２バスライン３１２ｂが充電される。ところが第２バスライン３１２ｂが短絡経路によって接地されていると、内部電圧Ｖ_ＩＮＴが上昇せず、しきい値電圧Ｖ_ＴＨより低い状態を維持する。そうすると、ＳＣＰ信号がアサートされ続ける。ロジック回路３３４は、ＳＣＰ信号のアサートが所定時間τ持続すると、時刻ｔ３に、バススイッチＳＷ２をオフに固定する。

図７は、第２構成例に係る受電装置３００ｂのブロック図である。この受電装置３００ｂでは、充電回路３２２ｂが制御回路３３０ｂに集積化されており、その他の構成は、図６と同様である。充電回路３２２ｂを集積化することにより、部品点数を削減できる。

図８は、第３構成例に係る受電装置３００ｃのブロック図である。この受電装置３００ｃにおいて、充電回路３２２ｃは、電流源３２４を含む。電流源３２４はロジック回路３３４からの制御に応じて、オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態において、ＶＳ端子を介して第２バスライン３１２ｂを充電する。その他の構成は、図６と同様である。これにより、短絡時に流れる電流量を制限することができる。なお、電流源３２４の一部あるいは全部を、図６と同様に、制御回路３３０ｃの外側にディスクリート部品を用いて構成してもよい。

（変形例）
実施の形態では、図４に示すように、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの供給完了の通知（Ｓ１０８）の後、バススイッチＳＷ２をオンする前に、短絡検出を行ったが本発明はそれに限定されない。短絡検出は、バススイッチＳＷ２をオンするより前に実行されればよく、かつ、バススイッチＳＷ２のオンは短絡の非検出を条件としていればよい。たとえばネゴシエーションの最中に、短絡検出を行ってもよい。

（用途）
最後に受電装置３００の用途を説明する。図９は、受電装置３００を備える電子機器９００を示す図である。ここで例示する電子機器９００は、スマートホンやタブレット端末である。電子機器９００は、レセプタクル９０２、筐体９０４、ディスプレイパネル９０６、ＣＰＵ９１０やベースバンドＩＣ９１２に加えて、上述の受電装置３００を備える。受電装置３００は、レセプタクル９０２に供給されるバス電圧を受け、バッテリ３０２を充電するとともに、ＣＰＵ９１０やベースバンドＩＣ９１２などの負荷に、電源電圧を供給する。なお電子機器９００は、ノートＰＣやデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、オーディオプレイヤなどであってもよい。受電装置３００は、上述したように、充電回路３２２や制御回路３３０、バススイッチＳＷ２（不図示）などを含むことができる。

実施の形態にもとづき、具体的な用語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認められる。

１００…給電システム、１０２…アダプタ、１０６…ＵＳＢケーブル、１０８…レセプタクル、２００…給電装置、２０２…電源回路、２０４…給電側コントローラ、ＳＷ１…バススイッチ、２０６…５Ｖ電源、３００…受電装置、３０２…バッテリ、３０４…充電回路、３１０…受電側コントローラ、ＳＷ２…バススイッチ、３１２…バスライン、３１２ａ…第１バスライン、３１２ｂ…第２バスライン、３２０…短絡検出回路、Ｒｄ…プルダウン抵抗、３２２…充電回路、ＳＷ３…充電スイッチ、Ｒ３…充電抵抗、３２４…電流源、ＣＯＭＰ１…コンパレータ、３３０…制御回路、３３２…通信回路、３３４…ロジック回路、ＳＷ４…プルダウンスイッチ、９００…電子機器。

Claims (25)

1. ケーブルを介して給電装置からのバス電圧を受け、負荷回路に供給する受電装置であって、
   前記ケーブルが挿入されるレセプタクルから前記負荷回路へと延びるバスラインと、
   前記バスラインの経路上に設けられるバススイッチと、
   前記バススイッチよりも前記レセプタクル側の前記バスライン上の電圧を電源として受け、前記給電装置の給電側コントローラとの間で通信可能であり、ネゴシエーションによって供給電圧を決定するとともに、前記バススイッチを制御する受電側コントローラと、
   前記バススイッチのオフ状態において、前記バススイッチよりも前記負荷回路側の前記バスラインの短絡を検出する短絡検出回路と、
   を備えることを特徴とする受電装置。
2. 前記短絡検出回路は、オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態において前記バススイッチよりも前記負荷回路側の前記バスラインを充電する充電回路を含み、前記バスラインの電圧にもとづいて、短絡を検出することを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
3. 前記充電回路は、前記バススイッチと並列なサブ経路上に設けられた充電スイッチを含み、前記充電回路のインピーダンスは、前記バススイッチのインピーダンスより高いことを特徴とする請求項２に記載の受電装置。
4. 前記充電回路は、前記サブ経路上に前記充電スイッチと直列に設けられた充電抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の受電装置。
5. 前記充電回路は、電流源を含むことを特徴とする請求項２に記載の受電装置。
6. 前記短絡検出回路は、前記バスラインの電圧を所定のしきい値電圧と比較するコンパレータ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受電装置。
7. 前記コンパレータは、前記受電側コントローラと同一チップに内蔵されることを特徴とする請求項６に記載の受電装置。
8. ＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠することを特徴とする請求項１または７のいずれかに記載の受電装置。
9. ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格に準拠しており、
   前記受電側コントローラは、前記短絡検出回路により短絡が検出されると、ＣＣ（Configuration Channel）ポートに接続されるプルダウン抵抗をオープンとすることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の受電装置。
10. 前記受電側コントローラは、前記短絡検出回路により短絡が検出されると、前記バススイッチをオフ状態で固定することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の受電装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の受電装置を備えることを特徴とする電子機器。
12. ケーブルを介して給電装置からのバス電圧を受け、当該バス電圧を負荷回路に供給する受電装置に使用される制御回路であって、
    前記受電装置は、前記制御回路に加えて、
    前記ケーブルが挿入されるレセプタクルから前記負荷回路へと延びるバスラインと、
    前記バスラインの経路上に設けられるバススイッチと、
    を備え、
    前記制御回路は、
    前記給電装置の給電側コントローラとの間で通信する通信回路と、
    前記給電側コントローラとのネゴシエーションによって供給電圧を決定するとともに、前記バススイッチを制御するロジック回路と、
    前記ロジック回路が前記バススイッチをオフした状態において、前記バススイッチよりも前記負荷回路側の前記バスラインの短絡を検出する短絡検出回路と、
    を備えることを特徴とする制御回路。
13. 前記受電装置は、
    オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態において前記バススイッチよりも前記負荷回路側の前記バスラインを充電する充電回路をさらに備え、
    前記短絡検出回路は、前記充電回路をオンした状態における前記バスラインの電圧にもとづいて、前記バスラインの短絡を検出することを特徴とする請求項１２に記載の制御回路。
14. 前記充電回路は、前記バススイッチと並列なサブ経路上に設けられた充電スイッチを含み、前記充電回路のインピーダンスは、前記バススイッチのインピーダンスより高いことを特徴とする請求項１３に記載の制御回路。
15. 前記充電回路は、前記サブ経路上に前記充電スイッチと直列に設けられた充電抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の制御回路。
16. 前記充電回路は、電流源を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御回路。
17. 前記短絡検出回路は、前記バスラインの電圧を所定のしきい値電圧と比較するコンパレータを含むことを特徴とする請求項１２から１６のいずれかに記載の制御回路。
18. ＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠することを特徴とする請求項１２から１７のいずれかに記載の制御回路。
19. ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格に準拠しており、
    前記制御回路は、前記短絡検出回路により短絡が検出されると、ＣＣ（Configuration Channel）ポートに接続されるプルダウン抵抗をオープンとすることを特徴とする請求項１２から１８のいずれかに記載の制御回路。
20. 前記制御回路は、前記短絡検出回路により短絡が検出されると、前記バススイッチをオフ状態で固定することを特徴とする請求項１２から１９のいずれかに記載の制御回路。
21. 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１２から２０のいずれかに記載の制御回路。
22. 前記充電回路がさらに同じ半導体基板に集積化されることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の制御回路。
23. ＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠する給電システムの動作方法であって、
    前記給電システムは、給電装置と受電装置を含み、
    前記受電装置は、
    ケーブルが挿入されるレセプタクルから負荷回路へと延びるバスラインと、
    前記バスラインの経路上に設けられるバススイッチと、
    を備え、
    前記動作方法は、
    前記給電装置と前記受電装置がネゴシエーションし、バス電圧を決定するステップと、
    前記給電装置が、ネゴシエーションにおいて決定された前記バス電圧を前記受電装置に供給するステップと、
    前記給電装置は、前記受電装置に、前記バス電圧の供給を通知するステップと、
    前記受電装置が、前記通知に応答して前記バススイッチをオンするより前に、前記バススイッチよりも負荷回路側の短絡を検出するステップと、
    前記受電装置が、前記短絡の非検出を条件として、前記バススイッチをオンするステップと、
    を備えることを特徴とする動作方法。
24. 前記受電装置が、前記短絡が検出されたとき、前記バススイッチをオフ状態で固定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の動作方法。
25. 前記給電システムは、ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格に準拠しており、
    前記受電装置が、前記短絡が検出されたとき、ＣＣ（Configuration Channel）ポートに接続されるプルダウン抵抗をオープンとするステップをさらに備えることを特徴とする請求項２３または２４に記載の動作方法。

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