JP2019118177A - Usb power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＵＳＢ給電装置に関する。 The present invention relates to a USB power supply apparatus.
近年、スマートフォン、タブレット端末等のＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタを備える電子デバイスの普及に伴い、各種形態のＵＳＢ給電装置が提供されている。ここで、ＵＳＢ給電装置とは、ＵＳＢコネクタを備え、そのＵＳＢコネクタに接続された電子デバイスに電力を供給する装置である。 2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of electronic devices provided with a USB (Universal Serial Bus) connector such as a smartphone and a tablet terminal, various forms of USB power supply devices have been provided. Here, the USB power supply device is a device that has a USB connector and supplies power to an electronic device connected to the USB connector.
従来、ＵＳＢ給電装置として、例えば、商用電源のコンセントに差し込んで用いる電源アダプタの形態（例えば、特許文献１等参照）、あるいは、壁等に埋め込んで固定される埋込型配線器具の形態のものが提案されている。 Conventionally, as a USB power supply device, for example, a form of a power supply adapter used by plugging into a commercial power outlet (for example, see Patent Document 1 etc.) or a form of an embedded wiring fixture embedded and fixed in a wall or the like Has been proposed.
しかしながら、上記特許文献１の電源アダプタでは、異常な温度上昇に対する対策が施されていない。そのために、ＵＳＢ給電装置から電子デバイスに大電流が流れる状態が継続した場合には、ＵＳＢ給電装置において大電流が流れる箇所の温度が上昇し、半田クラック等が生じることにより、ＵＳＢ給電装置が正常に動作しなくなってしまう可能性がある。 However, in the power supply adapter of Patent Document 1, no countermeasure against abnormal temperature rise is taken. Therefore, when a state in which a large current flows from the USB power supply device to the electronic device continues, the temperature of the portion where the large current flows in the USB power supply device rises, and a solder crack or the like is generated. May not work.
その対策として、ＵＳＢ給電装置に、温度上昇に対する保護機能を設けることが考えられる。しかしながら、ＵＳＢ給電装置に温度上昇に対する保護機能を設けた場合には、ＵＳＢ給電装置の回路規模が大きくなってしまうために、コンパクトなＵＳＢ給電装置を実現することが困難となる。また、ＵＳＢ給電装置で使用される電子部品が増加するために、ＵＳＢ給電装置のコストが増大してしまう。 As a countermeasure therefor, it is conceivable to provide a USB power supply apparatus with a protection function against temperature rise. However, when the USB power supply apparatus is provided with a protection function against temperature rise, the circuit scale of the USB power supply apparatus becomes large, and it is difficult to realize a compact USB power supply apparatus. In addition, the increase in the number of electronic components used in the USB power supply device increases the cost of the USB power supply device.
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたＵＳＢ給電装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a USB power supply device which is devised to realize a protective function against temperature rise with a small number of electronic components.
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係るＵＳＢ給電装置は、ＵＳＢコネクタと、前記ＵＳＢコネクタを支持する回路基板と、前記回路基板に実装された部品を有し、前記ＵＳＢコネクタの電源端子に電力を供給する電源回路とを備え、前記電源回路は、フライバックトランスと、入力された交流電力を整流し、得られた直流電力を前記フライバックトランスの一次巻線に供給する第一整流回路と、前記一次巻線と直列に接続されるスイッチング素子と、半導体素子を有し、前記半導体素子を用いて、前記フライバックトランスの二次巻線から出力される交流電力を整流し、得られた直流電力を前記電源端子に供給する第二整流回路と、前記電源端子の電圧に応じた量の光を発する発光回路、及び、前記発光回路が発した光を受光する受光回路を有するフォトカプラと、前記受光回路が受光した光の量に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御回路と、サーミスタを有し、前記サーミスタを用いて、前記電源端子及び前記半導体素子の少なくとも一方の温度を検知し、検知した温度に応じて前記発光回路を制御する温度検知回路とを備える。 In order to achieve the above object, a USB power supply device according to an aspect of the present invention includes a USB connector, a circuit board supporting the USB connector, and a component mounted on the circuit board A power supply circuit for supplying power to a power supply terminal, wherein the power supply circuit rectifies a flyback transformer and input AC power, and supplies the obtained DC power to a primary winding of the flyback transformer; A rectifier circuit, a switching element connected in series with the primary winding, and a semiconductor element, and using the semiconductor element to rectify AC power output from the secondary winding of the flyback transformer A second rectification circuit for supplying the obtained DC power to the power supply terminal, a light emission circuit emitting light of an amount according to the voltage of the power supply terminal, and light emitted from the light emission circuit A photocoupler having a light receiving circuit; a control circuit that controls switching of the switching element according to an amount of light received by the light receiving circuit; and a thermistor, and using the thermistor, the power supply terminal and the semiconductor And a temperature detection circuit that detects the temperature of at least one of the elements and controls the light emitting circuit in accordance with the detected temperature.
本発明により、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたＵＳＢ給電装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a USB power supply device devised to realize a protection function against temperature rise with a small number of electronic components.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、動作手順等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each embodiment described below shows one specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, operation procedures, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the components in the following embodiments, components not described in the independent claim showing the highest concept of the present invention are described as optional components. Moreover, each figure is not necessarily illustrated exactly. In the drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted or simplified.
図１は、実施の形態に係るＵＳＢ給電装置１０の設置例を示す図である。ここでは、ＵＳＢ給電装置１０は、埋込型配線器具として、商用電源コンセント８の横に並ぶ位置に、部屋２の壁４に埋め込まれて固定されている様子が図示されている。ＵＳＢ給電装置１０の前面には、電子デバイスを接続するためのＵＳＢコネクタＵＳＢ１が取り付けられている。ＵＳＢコネクタＵＳＢ１は、例えば、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ａのレセプタクル（メス）である。
FIG. 1 is a diagram showing an installation example of the USB
図２Ａは、図１に示されたＵＳＢ給電装置１０の構造を示す外観図である。なお、本図では、ＵＳＢ給電装置１０を壁４に取り付けて固定するためのプレート（例えば、樹脂製のプレート）及び取付枠（例えば、金属製の取付枠）の図示は省略されている。ＵＳＢ給電装置１０は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１及びフライバックトランスＴ１等を備える絶縁型のスイッチング電源である。構造的には、ＵＳＢ給電装置１０は、一次側モジュール２１と二次側モジュール２２とがフライバックトランスＴ１を介して結合された構造を有する。
FIG. 2A is an external view showing the structure of the USB
一次側モジュール２１は、フライバックトランスＴ１の一次側の回路（つまり、一次側回路１１ａ）を構成するモジュールであり、回路基板２３ａと、回路基板２３ａに実装された各種電子部品で構成される。二次側モジュール２２は、フライバックトランスＴ１の二次側の回路（つまり、二次側回路１１ｂ）を構成するモジュールであり、回路基板２３ｂと、回路基板２３ｂに実装された、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１を含む各種電子部品で構成される。なお、フライバックトランスＴ１、一次側回路１１ａ及び二次側回路１１ｂによって、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳに電力を供給する電源回路１１が構成されている。
The
一次側モジュール２１の回路基板２３ａの裏面と、二次側モジュール２２の表面とが、フライバックトランスＴ１を介して結合されている。ここで、回路基板の表面とは、回路基板の両面のうち、より多くの電子部品が実装されている面である。ＵＳＢコネクタＵＳＢ１は、二次側モジュール２２の回路基板２３ｂの裏面に実装されている。
The back surface of the circuit board 23a of the
図２Ｂは、図２Ａに示された二次側モジュール２２の回路基板２３ｂの表面を見た外観図である。回路基板２３ｂの中央には、反対側（回路基板２３ｂの裏面）に取り付けられたＵＳＢコネクタＵＳＢ１の端子が貫通してはんだ付けで固定されている。ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の端子のうち、本図における左端に位置する端子が、このＵＳＢ給電装置１０が給電する直流電圧（ここでは、５Ｖ）を供給する電源端子ＶＢＵＳであり、右端に位置する端子がグランド端子ＧＮＤである。
FIG. 2B is an external view of the surface of the
また、回路基板２３ｂの左上には、交流電力を整流して直流電力を出力する半導体素子の一例であるスイッチング素子ＴＲ１０が実装されている。
Further, on the upper left of the
ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及びスイッチング素子ＴＲ１０は、発熱するリスクの高い電子部品である。よって、本実施の形態では、回路基板２３ｂの平面視における電源端子ＶＢＵＳとスイッチング素子ＴＲ１０との間に、これらの電源端子ＶＢＵＳ及びスイッチング素子ＴＲ１０の温度を検知するサーミスタＴＨ１が実装されている。つまり、サーミスタＴＨ１は、電源端子ＶＢＵＳ及びスイッチング素子ＴＲ１０の両方の温度を検知するセンサを兼ねている。
The power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the switching element TR10 are electronic components having a high risk of heat generation. Therefore, in the present embodiment, the thermistor TH1 for detecting the temperatures of the power supply terminal VBUS and the switching element TR10 is mounted between the power supply terminal VBUS and the switching element TR10 in a plan view of the
図３は、図１に示されたＵＳＢ給電装置１０が備える電源回路１１の回路図である。ＵＳＢ給電装置１０は、商用交流電力を入力とし、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳに直流電圧（ここでは、５Ｖ）を供給する絶縁型のスイッチング電源であり、図３に示される電源回路１１を備える。
FIG. 3 is a circuit diagram of the
電源回路１１は、大きく分けて、フライバックトランスＴ１と、一次側回路１１ａと、二次側回路１１ｂとで構成される。
The
フライバックトランスＴ１は、入力となる一次巻線Ｔ１ａ、出力となる二次巻線Ｔ１ｂ、及び、一次側の補助巻線Ｔ１ｃを有するトランスである。 The flyback transformer T1 is a transformer having a primary winding T1a as an input, a secondary winding T1b as an output, and an auxiliary winding T1c on the primary side.
一次側回路１１ａは、ダイオードブリッジＤＢ１、コンデンサＣ１〜Ｃ５、コイルＬ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、ダイオードＤ１〜Ｄ３、スイッチング素子ＴＲ１、受光トランジスタＰＣＴＲ１、及び、制御回路ＩＣ１で構成される。
The
ダイオードブリッジＤＢ１は、入力された商用交流電力（ここでは、ＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖ）を整流し、得られた直流電力をフライバックトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに供給する第一整流回路１２を構成している。
The diode bridge DB1 configures a
ダイオードブリッジＤＢ１の出力側に接続されたコンデンサＣ１及びＣ２、並びに、コイルＬ１は、ダイオードブリッジＤＢ１で整流された電圧を平滑化する平滑化回路を構成している。 The capacitors C1 and C2 connected to the output side of the diode bridge DB1 and the coil L1 constitute a smoothing circuit that smoothes the voltage rectified by the diode bridge DB1.
フライバックトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに接続された抵抗Ｒ１、コンデンサＣ３及びダイオードＤ１は、スイッチング素子ＴＲ１のオフ時に一次巻線Ｔ１ａに発生する高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。 The resistor R1, the capacitor C3 and the diode D1 connected to the primary winding T1a of the flyback transformer T1 constitute a snubber circuit that absorbs a high voltage generated in the primary winding T1a when the switching element TR1 is off.
スイッチング素子ＴＲ１は、フライバックトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに直列に接続され、上記平滑化回路で生成された直流電圧をチョッピングする素子であり、例えば、ＭＯＳトランジスタである。 The switching element TR1 is an element connected in series to the primary winding T1a of the flyback transformer T1 and chops the DC voltage generated by the smoothing circuit, and is, for example, a MOS transistor.
抵抗Ｒ２は、一次巻線Ｔ１ａ及びスイッチング素子ＴＲ１を流れる電流を検知し、検知した信号（つまり、電圧）を制御回路ＩＣ１の電流監視端子ＩＳに入力させるための抵抗である。 The resistor R2 is a resistor for detecting the current flowing through the primary winding T1a and the switching element TR1, and inputting the detected signal (that is, voltage) to the current monitoring terminal IS of the control circuit IC1.
ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ３は、上記平滑化回路で生成された直流電圧を制御回路ＩＣ１の電圧入力端子ＶＩＮに入力させる保護回路を構成している。 The diode D2 and the resistor R3 constitute a protection circuit for inputting the DC voltage generated by the smoothing circuit to the voltage input terminal VIN of the control circuit IC1.
補助巻線Ｔ１ｃに接続されたダイオードＤ３及びコンデンサＣ４は、補助巻線Ｔ１ｃで生成された交流電圧を整流及び平滑化して制御回路ＩＣ１の電源端子ＶＣＣに直流電圧を供給する電源回路を構成している。また、補助巻線Ｔ１ｃと並列に接続された抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５は、補助巻線Ｔ１ｃの電圧を分圧して制御回路ＩＣ１のゼロクロス入力端子ＺＣＤに入力させる分圧回路を構成している。 The diode D3 and the capacitor C4 connected to the auxiliary winding T1c constitute a power supply circuit that rectifies and smoothes the AC voltage generated by the auxiliary winding T1c and supplies the DC voltage to the power supply terminal VCC of the control circuit IC1. There is. The resistors R4 and R5 connected in parallel to the auxiliary winding T1c constitute a voltage dividing circuit that divides the voltage of the auxiliary winding T1c and inputs the voltage to the zero cross input terminal ZCD of the control circuit IC1.
受光トランジスタＰＣＴＲ１は、二次側回路１１ｂの発光ダイオードＰＣＤ１とともにフォトカプラＰＣ１を構成しており、発光ダイオードＰＣＤ１が発光した光を受光する受光回路を構成している。受光トランジスタＰＣＴＲ１は、受光した光の量に応じた信号（つまり、電流）を制御回路ＩＣ１のフィードバック端子ＦＢに出力する。受光トランジスタＰＣＴＲ１に接続されたコンデンサＣ５は、受光トランジスタＰＣＴＲ１が出力する信号を平滑化する。
The light receiving transistor PCTR1 constitutes a photocoupler PC1 together with the light emitting diode PCD1 of the
制御回路ＩＣ１は、受光トランジスタＰＣＴＲ１が受光した光の量に応じて、スイッチング素子ＴＲ１のスイッチングを制御する回路である。本実施の形態では、制御回路ＩＣ１は、フィードバック端子ＦＢに入力される受光トランジスタＰＣＴＲ１からの信号の量が一定となるように、スイッチング素子ＴＲ１をオンオフさせるＩＣである。具体的には、制御回路ＩＣ１は、ゼロクロス入力端子ＺＣＤに入力される電圧に基づいて、スイッチング素子ＴＲ１を流れる平均電流が一定となるように、駆動端子ＯＵＴからスイッチング素子ＴＲ１の制御端子にＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）用の制御信号を出力する。 The control circuit IC1 is a circuit that controls switching of the switching element TR1 in accordance with the amount of light received by the light receiving transistor PCTR1. In the present embodiment, the control circuit IC1 is an IC that turns on and off the switching element TR1 so that the amount of the signal from the light receiving transistor PCTR1 input to the feedback terminal FB becomes constant. Specifically, based on the voltage input to the zero cross input terminal ZCD, the control circuit IC1 performs PWM (from the drive terminal OUT to the control terminal of the switching element TR1) so that the average current flowing through the switching element TR1 becomes constant. Output control signal for Pulse Width Modulation).
二次側回路１１ｂは、第二整流回路１３、コンデンサＣ１０、Ｃ１１、コイルＬ１０、抵抗Ｒ１０、フィードバック回路１４、及び、温度検知回路１５で構成される。
The
第二整流回路１３は、図２Ｂに示された半導体素子（ここでは、スイッチング素子ＴＲ１０）を有し、半導体素子を用いてフライバックトランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂから出力される交流電力を整流する回路である。整流によって得られた直流電力は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳに供給される。具体的には、第二整流回路１３は、フライバックトランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂに接続されたスイッチング素子ＴＲ１０、及び、スイッチング素子ＴＲ１０を制御する制御回路ＩＣ１０で構成される。制御回路ＩＣ１０は、スイッチング素子ＴＲ１０がダイオードのように半波整流（つまり、同期整流）するように、スイッチング素子ＴＲ１０のオンオフを制御する。
The
なお、第二整流回路１３は、本実施の形態のようにスイッチング素子ＴＲ１０及び制御回路ＩＣ１０で構成されるだけでなく、これに代えて、整流用ダイオード、ダイオードブリッジ、又は、サイリスタ等の他のスイッチング素子で構成されてもよい。
The
二次巻線Ｔ１ｂと接続されたコンデンサＣ１０及びコイルＬ１０、並びに、コンデンサＣ１１は、スイッチング素子ＴＲ１０によって整流された電圧を平滑化する平滑化回路を構成している。 The capacitor C10 and the coil L10 connected to the secondary winding T1 b and the capacitor C11 constitute a smoothing circuit that smoothes the voltage rectified by the switching element TR10.
コンデンサＣ１１と並列に接続された抵抗Ｒ１０は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１に電子デバイスが接続されていない場合であっても電源端子ＶＢＵＳとグランド端子ＧＮＤとの間に電流を流させるためのダミー負荷である。 The resistor R10 connected in parallel to the capacitor C11 is a dummy load for causing a current to flow between the power supply terminal VBUS and the ground terminal GND even when an electronic device is not connected to the USB connector USB1.
フィードバック回路１４は、電源端子ＶＢＵＳの電圧を示す信号と、温度検知回路１５で検知された温度を示す信号とを合成し、合成後の信号を一次側回路１１ａの制御回路ＩＣ１にフィードバックさせる回路である。フィードバック回路１４は、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、コンデンサＣ１２、発光ダイオードＰＣＤ１、シャントレギュレータＺ１で構成される。抵抗Ｒ１２及びＲ１３によって、電源端子ＶＢＵＳの電圧が分圧されてシャントレギュレータＺ１の制御端子に入力される。シャントレギュレータＺ１は、フォトカプラＰＣ１を構成する発光ダイオードＰＣＤ１と直列に接続され、制御端子に入力された分圧電圧と内部に有する基準電圧との差に応じた電流を流すように発光ダイオードＰＣＤ１を駆動する。抵抗Ｒ１１は、発光ダイオードＰＣＤ１を流れる電流を制限する抵抗である。抵抗Ｒ１４及びコンデンサＣ１２は、抵抗Ｒ１２及びＲ１３による分圧電圧の変化分（交流成分）を発光ダイオードＰＣＤ１とシャントレギュレータＺ１との接続点に伝達する回路である。
The
温度検知回路１５は、サーミスタＴＨ１を有し、サーミスタＴＨ１を用いて、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及びスイッチング素子ＴＲ１０の少なくとも一方（ここでは、両方）の温度を検知し、検知した温度に応じて発光回路を制御する回路である。具体的には、温度検知回路１５は、電源端子ＶＢＵＳとグランドとの間に直列に接続されたサーミスタＴＨ１及び抵抗Ｒ１５、並びに、それらの接続点と分圧回路（抵抗Ｒ１２及びＲ１３）の接続点とを接続するダイオードＤ１０で構成される。サーミスタＴＨ１は、本実施の形態では、温度が上がると抵抗値が減る負特性サーミスタである。 The temperature detection circuit 15 has a thermistor TH1 and uses the thermistor TH1 to detect the temperature of at least one (here, both) of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the switching element TR10, according to the detected temperature It is a circuit that controls a light emitting circuit. Specifically, the temperature detection circuit 15 includes a thermistor TH1 and a resistor R15 connected in series between the power supply terminal VBUS and the ground, and a connection point between them and a voltage dividing circuit (the resistors R12 and R13). And a diode D10 connecting the In the present embodiment, the thermistor TH1 is a negative characteristic thermistor whose resistance value decreases as the temperature rises.
次に、以上のように構成された本実施の形態に係るＵＳＢ給電装置１０の動作について説明する。
Next, the operation of the USB
まず、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳに出力される直流電圧（ここでは、５Ｖ）の安定化について、説明する。 First, stabilization of the DC voltage (here, 5 V) output to the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 will be described.
フィードバック回路１４において、電源端子ＶＢＵＳの電圧は、分圧回路（抵抗Ｒ１２及びＲ１３）で検知され、分圧回路から出力される分圧電圧がシャントレギュレータＺ１の制御端子に入力される。シャントレギュレータＺ１は、制御端子に入力された分圧電圧と内部に有する基準電圧との差に応じた電流を流すように発光ダイオードＰＣＤ１を駆動する。発光ダイオードＰＣＤ１で発光した光は、受光トランジスタＰＣＴＲ１で受光され、受光した光の量に応じた信号（つまり、電流）が受光トランジスタＰＣＴＲ１から制御回路ＩＣ１のフィードバック端子ＦＢに入力される。
In the
制御回路ＩＣ１は、フィードバック端子ＦＢに入力された受光トランジスタＰＣＴＲ１からの信号の量（つまり、電流）が一定（制御目標値）となるように、駆動端子ＯＵＴからスイッチング素子ＴＲ１の制御端子に制御信号を出力する。 The control circuit IC1 transmits a control signal from the drive terminal OUT to the control terminal of the switching element TR1 so that the amount (ie, current) of the signal from the light receiving transistor PCTR1 input to the feedback terminal FB becomes constant (control target value). Output
例えば、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳの電圧が目標電圧（ここでは、５Ｖ）よりも大きくなった場合には、制御回路ＩＣ１のフィードバック端子ＦＢに制御目標値を超える信号が入力される。よって、制御回路ＩＣ１は、スイッチング素子ＴＲ１のスイッチングにおけるオン期間を減少させるように、スイッチング素子ＴＲ１を制御する。その結果、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳの電圧は、目標電圧に向けて下降する。 For example, when the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 becomes larger than the target voltage (here, 5 V), a signal exceeding the control target value is input to the feedback terminal FB of the control circuit IC1. Thus, the control circuit IC1 controls the switching element TR1 so as to reduce the on period in switching of the switching element TR1. As a result, the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 drops toward the target voltage.
一方、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳの電圧が目標電圧（ここでは、５Ｖ）よりも小さくなった場合には、制御回路ＩＣ１のフィードバック端子ＦＢに制御目標値よりも小さな信号が入力される。よって、制御回路ＩＣ１は、スイッチング素子ＴＲ１のスイッチングにおけるオン期間を増加させるように、スイッチング素子ＴＲ１を制御する。その結果、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳの電圧は、目標電圧に向けて上昇する。 On the other hand, when the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 becomes smaller than the target voltage (here, 5 V), a signal smaller than the control target value is input to the feedback terminal FB of the control circuit IC1. Thus, the control circuit IC1 controls the switching element TR1 so as to increase the on period in switching of the switching element TR1. As a result, the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 rises toward the target voltage.
このような制御により、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳの電圧が目標電圧（ここでは、５Ｖ）に維持される。なお、この目標電圧は、分圧回路（抵抗Ｒ１２及びＲ１３）の分圧比、シャントレギュレータＺ１の基準電圧、制御回路ＩＣ１における制御目標値等を変えることによって、変更することができる。 By such control, the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 is maintained at the target voltage (here, 5 V). The target voltage can be changed by changing the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit (resistors R12 and R13), the reference voltage of the shunt regulator Z1, the control target value in the control circuit IC1, and the like.
次に、本実施の形態に係るＵＳＢ給電装置１０の特徴的な機能である温度検知について、説明する。
Next, temperature detection which is a characteristic function of the USB
温度検知回路１５において、電源端子ＶＢＵＳとグランドとの間に直列に接続されたサーミスタＴＨ１及び抵抗Ｒ１５によって分圧回路が構成されている。よって、サーミスタＴＨ１の抵抗値の変化は、この分圧回路の出力信号となって、ダイオードＤ１０を介して、フィードバック回路１４の分圧回路（抵抗Ｒ１２及びＲ１３）の接続点に入力される。
In the temperature detection circuit 15, a voltage dividing circuit is configured by a thermistor TH1 and a resistor R15 connected in series between the power supply terminal VBUS and the ground. Therefore, the change in the resistance value of the thermistor TH1 becomes an output signal of this voltage dividing circuit, and is input to the connection point of the voltage dividing circuit (resistors R12 and R13) of the
これにより、分圧回路（Ｒ１２及びＲ１３）の接続点における電圧は、電源端子ＶＢＵＳの直流電圧に起因して定まる分圧電圧よりも高い電圧が温度検知回路１５から出力された場合には、ダイオードＤ１０を介してより高い電圧が重畳されることとなり、上昇する。よって、負特性をもつサーミスタＴＨ１が異常な温度上昇を検知して抵抗値が減少した（つまり、閾値よりも小さな抵抗値を示す）場合には、温度検知回路１５から出力される電圧が分圧回路（Ｒ１２及びＲ１３）の接続点の電圧を上昇させる。その結果、フィードバック回路１４では、電源端子ＶＢＵＳの電圧が異常に上昇したときと同様の事象（分圧回路（Ｒ１２及びＲ１３）からの分圧電圧が上昇すること）が生じる。よって、制御回路ＩＣ１によって、電源端子ＶＢＵＳの電圧を下降させる制御が行われ、温度上昇が抑制される。
Thus, when the voltage at the connection point of the voltage dividing circuit (R12 and R13) is higher than the divided voltage determined due to the DC voltage of the power supply terminal VBUS, the temperature detection circuit 15 outputs a diode A higher voltage will be superimposed via D10 and will rise. Therefore, when the thermistor TH1 having a negative characteristic detects an abnormal temperature rise and the resistance value decreases (that is, a resistance value smaller than the threshold value is indicated), the voltage output from the temperature detection circuit 15 is divided. Raise the voltage at the connection point of the circuit (R12 and R13). As a result, in the
このように、分圧回路（Ｒ１２及びＲ１３）において、温度検知回路１５からの信号と、電源端子ＶＢＵＳの電圧に応じた信号とが合成され、フォトカプラＰＣ１を介して制御回路ＩＣ１にフィードバックされる。よって、温度上昇に対する独立した保護回路が不要となり、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたＵＳＢ給電装置１０が実現される。
As described above, in the voltage dividing circuit (R12 and R13), the signal from the temperature detection circuit 15 and the signal according to the voltage of the power supply terminal VBUS are synthesized and fed back to the control circuit IC1 via the photocoupler PC1. . Therefore, it becomes unnecessary to provide an independent protection circuit against temperature rise, and the USB
なお、サーミスタＴＨ１によって検知される温度が正常状態における温度である場合には、サーミスタＴＨ１の抵抗値は一定値以上の値（閾値以上の値）を示す。よって、サーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１５との接続点における電圧は、分圧回路（抵抗Ｒ１２及びＲ１３）の接続点での電圧よりも低くなり、ダイオードＤ１０の整流作用によって、温度検知回路１５からの信号がフィードバック回路１４に流入することはない。つまり、この状態では、温度検知回路１５が機能していない状態と同じであり、電源端子ＶＢＵＳの電圧の安定化だけが図られる。
When the temperature detected by the thermistor TH1 is a temperature in a normal state, the resistance value of the thermistor TH1 indicates a value equal to or higher than a predetermined value (a value equal to or higher than a threshold). Therefore, the voltage at the connection point of the thermistor TH1 and the resistor R15 becomes lower than the voltage at the connection point of the voltage dividing circuit (the resistors R12 and R13), and the signal from the temperature detection circuit 15 becomes It does not flow into the
なお、本実施の形態では、サーミスタＴＨ１は負特性サーミスタであったが、温度が上がると抵抗値が増える正特性サーミスタであってもよい。その場合には、分圧回路を構成するサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１５との接続位置を入れ替える等の変更をすればよい。 Although the thermistor TH1 is a negative characteristic thermistor in the present embodiment, it may be a positive characteristic thermistor in which the resistance value increases as the temperature rises. In such a case, the connection position of the thermistor TH1 and the resistor R15 constituting the voltage dividing circuit may be changed, for example.
以上のように、本実施の形態に係るＵＳＢ給電装置１０は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１と、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１を支持する回路基板２３ｂと、回路基板２３ｂに実装された部品を有し、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳに電力を供給する電源回路１１とを備える。電源回路１１は、フライバックトランスＴ１と、入力された交流電力を整流し、得られた直流電力をフライバックトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに供給する第一整流回路１２と、一次巻線Ｔ１ａと直列に接続されるスイッチング素子ＴＲ１と、第二整流回路１３と、フォトカプラＰＣ１と、制御回路ＩＣ１と、温度検知回路１５とを備える。第二整流回路１３は、半導体素子（ここでは、スイッチング素子ＴＲ１０）を有し、半導体素子を用いて、フライバックトランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂから出力される交流電力を整流し、得られた直流電力を電源端子ＶＢＵＳに供給する。フォトカプラＰＣ１は、電源端子ＶＢＵＳの電圧に応じた量の光を発する発光回路（ここでは、発光ダイオードＰＣＤ１）、及び、発光回路が発した光を受光する受光回路（ここでは、受光トランジスタＰＣＴＲ１）を有する。制御回路ＩＣ１は、受光回路が受光した光の量に応じて、スイッチング素子ＴＲ１のスイッチングを制御する。温度検知回路１５は、サーミスタＴＨ１を有し、サーミスタＴＨ１を用いて、電源端子ＶＢＵＳ及び半導体素子の少なくとも一方の温度を検知し、検知した温度に応じて発光回路を制御する。
As described above, the USB
このように、ＵＳＢ給電装置１０には、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及び整流用の半導体素子の少なくとも一方の温度を検知するサーミスタＴＨ１を有し、検知した温度に応じてフォトカプラＰＣ１の発光回路を制御する温度検知回路１５が設けられる。よって、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及び半導体素子の少なくとも一方についての温度上昇に対する保護機能が実現される。
Thus, the USB
しかも、独立した保護回路を設けるのではなく、温度検知回路１５によってフォトカプラＰＣ１の発光回路を制御する構成となっている。つまり、温度検知回路１５からの信号と、電源端子ＶＢＵＳの電圧に応じた信号とが合成されて、フォトカプラＰＣ１の発光回路を介して制御回路ＩＣ１にフィードバックされる。よって、温度上昇に対する独立した保護回路が不要となり、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたＵＳＢ給電装置１０が実現される。
Moreover, instead of providing an independent protection circuit, the temperature detection circuit 15 controls the light emission circuit of the photocoupler PC1. That is, the signal from the temperature detection circuit 15 and the signal according to the voltage of the power supply terminal VBUS are synthesized, and are fed back to the control circuit IC1 through the light emission circuit of the photocoupler PC1. Therefore, it becomes unnecessary to provide an independent protection circuit against temperature rise, and the USB
また、温度検知回路１５は、サーミスタＴＨ１が閾値よりも大きな抵抗値又は小さな抵抗値を示す（本実施の形態では、閾値よりも小さな値を示す）ときに、発光回路が発する光の量が増加するように、発光回路を制御する。 Further, the temperature detection circuit 15 increases the amount of light emitted from the light emission circuit when the thermistor TH1 exhibits a resistance value larger or smaller than the threshold value (in the present embodiment, a smaller value than the threshold value). Control the light emitting circuit as
これにより、温度上昇があった場合に、発光回路が発する光の量が増加するように制御されるので、制御回路ＩＣ１による負のフィードバック制御を利用することで、温度上昇を抑制するようにスイッチング素子ＴＲ１が制御される。 As a result, when the temperature rises, the amount of light emitted from the light emitting circuit is controlled to be increased. Therefore, the negative feedback control by the control circuit IC1 is used to suppress the temperature rise. The element TR1 is controlled.
また、温度検知回路１５は、１個のサーミスタＴＨ１を用いて、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及び整流用の半導体素子（ここでは、スイッチング素子ＴＲ１０）の温度を検知する。 Further, the temperature detection circuit 15 detects the temperature of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the rectifying semiconductor element (here, the switching element TR10) using one thermistor TH1.
これにより、温度上昇が生じ易いＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及び半導体素子の２箇所に対して１個のサーミスタＴＨ１によって温度が検知される。よって、２個のサーミスタを用いる場合に比べ、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能が実現される。 As a result, the temperature is detected by the single thermistor TH1 with respect to the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 which easily causes a temperature rise and two places of the semiconductor element. Therefore, a protective function against temperature rise is realized with fewer electronic components than when two thermistors are used.
また、整流用の半導体素子（ここでは、スイッチング素子ＴＲ１０）は、回路基板２３ｂに実装され、サーミスタＴＨ１は、回路基板２３ｂを平面視した場合に、回路基板２３ｂにおける電源端子ＶＢＵＳと半導体素子の間に実装されている。
In addition, a semiconductor element for rectification (here, switching element TR10) is mounted on the
これにより、サーミスタＴＨ１は、回路基板２３ｂにおける電源端子ＶＢＵＳと半導体素子の間に実装されるので、確実に、電源端子ＶＢＵＳ及び半導体素子の２箇所に対して温度検知が行われる。
Thus, the thermistor TH1 is mounted between the power supply terminal VBUS and the semiconductor element on the
また、ＵＳＢ給電装置１０は、埋込型配線器具である。
Also, the USB
これにより、壁４等に埋め込んで固定される埋込型配線器具の形態で、コンパクトでかつコストが抑えられたＵＳＢ給電装置１０が実現される。
As a result, the compact and low-cost USB
以上、本発明に係るＵＳＢ給電装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。 As mentioned above, although the USB electric power feeding apparatus which concerns on this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this embodiment. Without departing from the spirit of the present invention, various modifications that can be conceived by those skilled in the art may be applied to the present embodiment, or another embodiment constructed by combining some of the components in the embodiments may be included within the scope of the present invention. Contained within.
例えば、上記実施の形態では、ＵＳＢ給電装置１０は、埋込型配線器具であったが、この実現形態に限られず、商用電源のコンセントに差し込んで用いる電源アダプタの形態であってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the USB
また、上記実施の形態では、ＵＳＢ給電装置１０は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１として、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ａのレセプタクル（メス）を備えたが、これに限られず、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｂ、あるいは、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃのコネクタであってもよい。
In the above embodiment, the USB
また、上記実施の形態では、ＵＳＢ給電装置１０は、１個のＵＳＢコネクタＵＳＢ１を備えたが、複数のＵＳＢコネクタを備えてもよい。その場合には、温度検知回路１５は、複数のＵＳＢコネクタの温度を検知するのが好ましい。
Further, in the above-described embodiment, the USB
また、上記実施の形態では、温度検知回路１５は、サーミスタＴＨ１、抵抗Ｒ１５及びダイオードＤ１０で構成されたが、このような回路構成に限られない。サーミスタＴＨ１及び抵抗Ｒ１５だけで構成されたり、演算増幅器等のアクティブ素子を含んで構成されたりしてもよい。 Further, although the temperature detection circuit 15 is configured by the thermistor TH1, the resistor R15, and the diode D10 in the above embodiment, the present invention is not limited to such a circuit configuration. It may be configured only by the thermistor TH1 and the resistor R15, or may be configured to include an active element such as an operational amplifier.
また、上記実施の形態では、温度検知回路１５のサーミスタＴＨ１は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及びスイッチング素子ＴＲ１０の両方の温度を検知したが、これらのうちの一方だけの温度を検知してもよい。 Further, in the above embodiment, although the thermistor TH1 of the temperature detection circuit 15 detects the temperature of both the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the switching element TR10, even if the temperature of only one of these is detected. Good.
また、上記実施の形態では、温度検知回路１５は、１個のサーミスタＴＨ１だけを有したが、２個以上のサーミスタを有してもよい。これによって、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子ＶＢＵＳ及び整流用のスイッチング素子ＴＲ１０の温度だけでなく、ダイオードブリッジＤＢ１、フライバックトランスＴ１、スイッチング素子ＴＲ１、２つ目のＵＳＢコネクタの電源端子等の発熱するリスクがある他の電子部品の温度も検知できる。 Further, although the temperature detection circuit 15 has only one thermistor TH1 in the above embodiment, it may have two or more thermistors. As a result, not only the temperature of the power terminal VBUS of the USB connector USB1 and the temperature of the switching element TR10 for rectification but also the risk of heat generation of the diode bridge DB1, the flyback transformer T1, the power terminal of the switching element TR1, the second USB connector, etc. It can also detect the temperature of other electronic components.
１０ ＵＳＢ給電装置
１１ 電源回路
１２ 第一整流回路
１３ 第二整流回路
１５ 温度検知回路
２３ａ、２３ｂ 回路基板
ＴＲ１ スイッチング素子
ＴＲ１０ スイッチング素子（半導体素子の一例）
ＩＣ１、ＩＣ１０ 制御回路
ＰＣ１ フォトカプラ
ＰＣＤ１ 発光ダイオード（発光回路の一例）
ＰＣＴＲ１ 受光トランジスタ（受光回路の一例）
ＵＳＢ１ ＵＳＢコネクタ
ＶＢＵＳ 電源端子
DESCRIPTION OF
IC1, IC10 Control circuit PC1 Photocoupler PCD1 Light emitting diode (an example of light emitting circuit)
PCTR1 Light receiving transistor (an example of a light receiving circuit)
USB1 USB connector VBUS power supply terminal
Claims (5)
前記ＵＳＢコネクタを支持する回路基板と、
前記回路基板に実装された部品を有し、前記ＵＳＢコネクタの電源端子に電力を供給する電源回路とを備え、
前記電源回路は、
フライバックトランスと、
入力された交流電力を整流し、得られた直流電力を前記フライバックトランスの一次巻線に供給する第一整流回路と、
前記一次巻線と直列に接続されるスイッチング素子と、
半導体素子を有し、前記半導体素子を用いて、前記フライバックトランスの二次巻線から出力される交流電力を整流し、得られた直流電力を前記電源端子に供給する第二整流回路と、
前記電源端子の電圧に応じた量の光を発する発光回路、及び、前記発光回路が発した光を受光する受光回路を有するフォトカプラと、
前記受光回路が受光した光の量に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御回路と、
サーミスタを有し、前記サーミスタを用いて、前記電源端子及び前記半導体素子の少なくとも一方の温度を検知し、検知した温度に応じて前記発光回路を制御する温度検知回路とを備える
ＵＳＢ給電装置。 USB connector,
A circuit board supporting the USB connector;
A power supply circuit having components mounted on the circuit board and supplying power to the power supply terminal of the USB connector;
The power supply circuit is
Flyback transformer,
A first rectifier circuit that rectifies input AC power and supplies the obtained DC power to a primary winding of the flyback transformer;
A switching element connected in series with the primary winding;
A second rectification circuit having a semiconductor element, rectifying the AC power output from the secondary winding of the flyback transformer using the semiconductor element, and supplying the obtained DC power to the power supply terminal;
A light emitting circuit that emits light in an amount corresponding to the voltage of the power supply terminal; and a photocoupler having a light receiving circuit that receives light emitted from the light emitting circuit.
A control circuit that controls switching of the switching element in accordance with the amount of light received by the light receiving circuit;
A USB power supply device comprising: a temperature detection circuit having a thermistor, detecting temperature of at least one of the power supply terminal and the semiconductor element using the thermistor, and controlling the light emitting circuit according to the detected temperature.
請求項１記載のＵＳＢ給電装置。 The USB according to claim 1, wherein the temperature detection circuit controls the light emitting circuit such that an amount of light emitted from the light emitting circuit is increased when the thermistor exhibits a resistance value or a resistance value larger than a threshold value. Power supply device.
請求項１又は２記載のＵＳＢ給電装置。 The USB power supply device according to claim 1, wherein the temperature detection circuit detects a temperature of the power supply terminal and the semiconductor element using one of the thermistors.
前記サーミスタは、前記回路基板を平面視した場合に、前記回路基板における前記電源端子と前記半導体素子の間に実装されている
請求項３記載のＵＳＢ給電装置。 The semiconductor device is mounted on the circuit board,
The USB power supply device according to claim 3, wherein the thermistor is mounted between the power supply terminal on the circuit board and the semiconductor element when the circuit board is viewed in plan.
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＵＳＢ給電装置。 The USB power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the USB power supply device is an embedded wiring device.
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