JP2019148967A

JP2019148967A - Ｕｓｂ給電装置

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Publication number: JP2019148967A
Application number: JP2018033014A
Authority: JP
Inventors: 土屋　真生; Masao Tsuchiya; 真生土屋
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2038-02-27
Also published as: JP6835011B2

Abstract

【課題】端末装置の充電量に応じて、供給する電流量をコントロールすることができるＵＳＢ給電装置を提供する。【解決手段】ＵＳＢで接続された端末装置２０に給電するＵＳＢ給電機能を有するＵＳＢ給電装置（本体装置１０）であって、動作モードを通常モードよりも省電力のスリープモードに設定する動作モード設定部１５と、ＵＳＢのホスト機能を有し、ポート設定をＳＤＰもしくはＣＤＰのいずれかに設定するＵＳＢホスト制御部１１と、を具備し、ＵＳＢホスト制御部１１は、通常モードではポート設定をＣＤＰに設定しており、動作モード設定部からスリープモードへの移行を通知され、端末装置２０の充電量が予め設定された閾値以上である場合、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し、ポート設定をＳＤＰに変更した後、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＳＢ給電機能を有するＵＳＢ給電装置に関する。

本体装置にタブレット等の充電可能な二次電池で駆動される端末装置をＵＳＢ接続して、操作パネルとして使用できるものがある。本体装置と端末装置とをＵＳＢ（Universal Serial Bus）で接続した場合、データ通信と共に、本体装置から端末装置へ給電によって二次電池の充電も可能となる。端末装置の二次電池の充電に対応した規格としてUSB Battery Chargingと呼ばれる規格（以下、ＵＳＢＢＣ規格と称す）がある。接続時のハンドシェイクにより本体装置がＵＳＢＢＣ規格のＣＤＰ（Charging Downstream Port）と認識された場合、１．５Ａまで給電可能であり、端末装置の電池残量が少ない場合、急速な充電が可能になる。

特許文献１では、端末装置側が電池の充電量に応じてモードを切り替えて、電流量を増やす技術が提案されている。また、特許文献２では、端末装置側の電池残量が一定量以下の場合、充電専用のデバイスとして設定することにより、電池の充電時間を短縮する技術が提案されている。

特開２０１０−１４０２６９号公報特開２０１３−８０３９２号公報

しかしながら、従来技術では、接続時のハンドシェイクにより、本体装置側の電流供給がどのような電源供給モードに対応しているかを端末装置側が確認し、端末装置側で引き込み電流を決定する仕組みとなっている。従って、接続時にＵＳＢＢＣ規格で１．５Ａの供給モードで設定されると、ＵＳＢ接続が解除されるまでの間デバイス側は端末の動作および充電のため１．５Ａの電流を引き込み続け、本体装置側が低消費電力モード（スリープモード）に移行する際に、充電を継続するとスリープモード時の電力消費が大きくなって省エネ効率が悪化するという問題点があった。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、端末装置の充電量に応じて、供給する電流量をコントロールすることができるＵＳＢ給電装置を提供することを目的とする。

本発明のＵＳＢ給電装置は、ＵＳＢで接続された端末装置に給電するＵＳＢ給電機能を有するＵＳＢ給電装置であって、動作モードを通常モードよりも省電力のスリープモードに設定する動作モード設定部と、ＵＳＢのホスト機能を有し、ポート設定をＳＤＰもしくはＣＤＰのいずれかに設定するＵＳＢホスト制御部と、を具備し、前記ＵＳＢホスト制御部は、前記通常モードでは前記ポート設定をＣＤＰに設定しており、前記動作モード設定部から前記スリープモードへの移行を通知され、前記端末装置の充電量が予め設定された閾値以上である場合、前記端末装置とのＵＳＢ接続を解除し、前記ポート設定をＳＤＰに変更した後、前記端末装置とのＵＳＢ接続を再接続することを特徴とする。

本発明によれば、スリープへの移行時に、端末装置２０の充電量が十分ある場合には、最大１．５の電流を供給し続ける必要はないため、端末装置２０にポート設定をＳＤＰとして認識させることにより、供給する電流量を０．５Ａ以下にすることが可能になり、端末装置の電池残量に応じて、供給する電流量をコントロールすることができるという効果を奏する。

本発明に係るＵＳＢ給電装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。本発明に係るＵＳＢ給電装置のスリープ移行時の給電動作を説明するフローチャートである。本発明に係るＵＳＢ給電装置のスリープ時の給電動作を説明するフローチャートである。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態の本体装置１０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）で接続された端末装置２０に給電するＵＳＢ給電機能を有するＵＳＢ給電装置であり、図１を参照すると、本体制御部１１と、ＵＳＢホスト制御部１２と、電源装置１３と、ＵＳＢコネクタ１４とを備えている。なお、図１において、実線は信号ラインを示し、点線は電源ラインを示している。

ＵＳＢコネクタ１４は、ＵＳＢケーブル３０によって本体装置１０と端末装置２０とを接続するコネクタである。ＵＳＢケーブル３０は、本体装置１０から端末装置２０に電力を供給するための電力配線であるＶ_ＢＵＳと、データ線であるＤ^＋ライン及びＤ⁻ラインと、図示しないＧＮＤラインとで構成される。

本体制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータ等の演算処理回路である。ＲＯＭには本体装置１０の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。本体制御部１１は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、本体装置１０の制御を行う。

また、本体制御部１１は、動作モード設定部１５として機能する。動作モード設定部１５は、ユーザーによる指示や所定の条件に合致すると、本体装置１０の動作モードを、通常モードよりも省電力で待機するスリープモードに設定する。

ＵＳＢホスト制御部１２は、ＵＳＢケーブル３０のＤ^＋ライン及びＤ⁻ラインを介して行う端末装置２０とのＵＳＢ通信プロトコルにおいて主導権を握るＵＳＢのホスト機能を有する。ＵＳＢホスト制御部１２は、論理回路であり、ハードウェアと、ソフトウェアと、各クラスドライバおよびＵＳＢアプリケーションドライバ等が協働することでそれぞれ機能しても良い。

ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定をUSB Battery Charging Specification Revision 1.2（以下、ＵＳＢ規格と称す）に規定されているＳＤＰ（Standard Downstream Port）もしくはＣＤＰ（Charging downstream port）のいずれかに設定する機能を有している。なお、０．１Ａ〜０．５Ａの給電が可能なポートであり、エニュメレーションによって最大０．５Ａまで給電可能になる。また、ＣＤＰは、エニュメレーション前のハンドシェイクによって最大１．５Ａまで給電可能なポートである。

電源装置１３は、本体装置１０の動作に必要な電力を供給する機能を有すると共に、ＵＳＢ規格に基づいて５Ｖ−１．５Ａまでの電力をＵＳＢケーブル３０のＶ_ＢＵＳ経由で端末装置２０に給電する機能を有している。

端末装置２０は、例えば、本体装置１０の操作部として機能するタブレットであり、図１を参照すると、ＵＳＢデバイス制御部２１と、充電制御部２２と、ＵＳＢコネクタ２３と、二次電池４０とを備えている。

ＵＳＢコネクタ２３は、ＵＳＢケーブル３０によって端末装置２０と本体装置１０とを接続するコネクタである。

ＵＳＢデバイス制御部２１は、ＵＳＢケーブル３０のＤ＋ライン及びＤ−ラインを介して行う本体装置１０とのＵＳＢ通信プロトコルにおいて従動的に動作するＵＳＢのデバイス機能を有する。ＵＳＢデバイス制御部２１は、論理回路であり、ハードウェアと、ソフトウェアと、各クラスドライバおよびＵＳＢアプリケーションドライバ等が協働することでそれぞれ機能しても良い。

ＵＳＢデバイス制御部２１は、ＵＳＢホスト制御部１２のポート設定を確認し、ＳＤＰとＣＤＰとのいずれに設定されているかを判定する機能を有している。

充電制御部２２は、ＵＳＢデバイス制御部２１によってＵＳＢホスト制御部１２のポート設定がＳＤＰと判定されると、０．１Ａ〜最大０．５Ａの電流（初期は０．１、エニュメレーションによって０．１Ａ〜０．５Ａ）を引き込んで二次電池４０の充電制御を行う。また、充電制御部２２は、ＵＳＢデバイス制御部２１によってＵＳＢホスト制御部１２のポート設定がＣＤＰと判定されると、最大１．５Ａの電流を引き込んで二次電池４０の充電制御を行う。

また、充電制御部２２は、二次電池４０の充電量を検出する充電量検出部としても機能する。充電制御部２２は、例えば、２次電池４０の充放電電流に基づいて、二次電池４０のＳＯＣ（State of charge）を算出する。充電制御部２２は、二次電池４０の充電電流と、放電電流とそれぞれ積算し、その差分値に基づいてＳＯＣを算出する。なお、ＳＯＣの算出は、二次電池４０の端子電圧等に基づいて算出しても良い。

次に、本体装置１０のスリープ移行時における給電動作について図２を参照して詳細に説明する。なお、通常モードにおいて、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定をＣＤＰに設定している。従って、通常モードにおいて端末装置２０がＵＳＢ接続されると、端末装置２０のＵＳＢデバイス制御部２１は、ＵＳＢホスト制御部１２のポート設定をＣＤＰと判定し、充電制御部２２は、ＵＳＢ接続が解除されるまでの間、端末装置２０の動作及び２次電池４０の充電のために最大１．５の電流を引き込み続けることになる。

本体制御部１１は、ユーザーによる指示や所定の条件に合致すると、動作モード設定部１５として機能し、動作モードをスリープモードに移行することをＵＳＢホスト制御部１２に通知する（ステップＳ１０１）。

スリープ移行が通知されたＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０が接続されているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２で端末装置２０が接続されている場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０のＵＳＢデバイス制御部２１に２次電池４０の充電量を問い合わせる（ステップＳ１０３）。端末装置２０のＵＳＢデバイス制御部２１は、充電制御部２２から２次電池４０の充電量を取得してＵＳＢホスト制御部１２に通知する。

次に、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０から通知された充電量が予め設定された閾値（例えば、７０％）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４で充電量が閾値以上である場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し（ステップＳ１０５）、ポート設定をＳＤＰに変更した後（ステップＳ１０６）、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続する（ステップＳ１０７）。

すなわち、スリープへの移行時に、端末装置２０の充電量が十分ある場合には、最大１．５Ａの電流を供給し続ける必要はないため、端末装置２０にポート設定をＳＤＰとして認識させることにより、供給する電流量を０．５Ａ以下にすることが可能になる。

次に、動作モード設定部１５は、本体装置１０をスリープモードに設定し（ステップＳ１０８）、スリープ移行時の動作を終了させる。

ステップＳ１０２で端末装置２０が接続されていない場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定をＳＤＰに変更した後（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０８に至る。これにより、スリープモードにおいて端末装置２０がＵＳＢ接続されると、端末装置２０のＵＳＢデバイス制御部２１は、ＵＳＢホスト制御部１２のポート設定をＳＤＰと判定し、充電制御部２２が引き込む電流は、最大０．５Ａまでに制限されることになる。

ステップＳ１０４で充電量が閾値未満である場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定を変更することなく、ステップＳ１０８に至る。すなわち、スリープへの移行時に、端末装置２０の充電量が十分でない場合には、最大１．５Ａの電流を供給し続けることになる。

なお、本実施の形態では、スリープ移行時の給電動作は、スリープモードの移行に先立って実行するように構成したが、スリープモードに移行した後に実行するようにしても良い。

次に、本体装置１０のスリープ時における給電動作について図２を参照して詳細に説明する。

動作モード設定部１５によって本体装置１０がスリープモードに設定されると、ＵＳＢホスト制御部１２は、経過時間のカウントを開始する（ステップＳ２０１）。

ＵＳＢホスト制御部１２は、予め設定された所定時間の経過を待機すると共に（ステップＳ２０２）、動作モード設定部１５からのスリープ復帰（スリープモードから通常モードへの復帰）の通知とを待機する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０２で所定時間が経過すると、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０のＵＳＢデバイス制御部２１に２次電池４０の充電量を問い合わせる（ステップＳ２０４）。端末装置２０のＵＳＢデバイス制御部２１は、充電制御部２２から２次電池４０の充電量を取得してＵＳＢホスト制御部１２に通知する。

次に、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０から通知された充電量が予め設定された閾値（例えば、７０％）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５で充電量が閾値以上である場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定がＣＤＰか否かを判断する（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６でポート設定がＣＤＰである場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し（ステップＳ２０７）、ポート設定をＳＤＰに変更した後（ステップＳ２０８）、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続し（ステップＳ２０９）、ステップＳ２０１に戻る。また、ステップＳ２０６でポート設定がＣＤＰでなく、ＳＤＰである場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定を変更することなく、ステップＳ２０１に戻る。

これにより、スリープ中で端末装置２０の充電量が十分である場合、端末装置２０にポート設定をＳＤＰとして認識させることにより、供給する電流量を０．５Ａ以下にすることが可能になる。

ステップＳ２０５で充電量が閾値未満である場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定がＳＤＰか否かを判断する（ステップＳ２１０）。

ステップＳ２１０でポート設定がＳＤＰである場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し（ステップＳ２１１）、ポート設定をＣＤＰに変更した後（ステップＳ２１２）、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続し（ステップＳ２１３）、ステップＳ２０１に戻る。また、ステップＳ２１０でポート設定がＳＤＰでなく、ＣＤＰである場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定を変更することなく、ステップＳ２０１に戻る。

これにより、スリープ中で端末装置２０の充電量が十分でない場合、端末装置２０にポート設定をＣＤＰとして認識させることにより、供給する電流量を最大１．５Ａにすることができ、素早い充電を行うことができる。

ステップＳ２０３で動作モード設定部１５からスリープ復帰が通知されると、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定がＳＤＰか否かを判断する（ステップＳ２１４）。

ステップＳ２１４でポート設定がＳＤＰである場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し（ステップＳ２１５）、ポート設定をＣＤＰに変更した後（ステップＳ２１６）、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続する（ステップＳ２１７）。

次に、動作モード設定部１５は、本体装置１０をスリープモードから復帰させ（ステップＳ２１８）、スリープ時の動作を終了させる。

また、ステップＳ２１４でポート設定がＣＤＰでなく、ＳＤＰである場合、ＵＳＢホスト制御部１２は、ポート設定を変更することなく、ステップＳ２１８に至る。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＵＳＢで接続された端末装置２０に給電するＵＳＢ給電機能を有するＵＳＢ給電装置（本体装置１０）であって、動作モードを通常モードよりも省電力のスリープモードに設定する動作モード設定部１５と、ＵＳＢのホスト機能を有し、ポート設定をＳＤＰもしくはＣＤＰのいずれかに設定するＵＳＢホスト制御部１１と、を具備し、ＵＳＢホスト制御部１１は、通常モードではポート設定をＣＤＰに設定しており、動作モード設定部からスリープモードへの移行を通知され、端末装置２０の充電量が予め設定された閾値以上である場合、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し、ポート設定をＳＤＰに変更した後、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続する。
この構成により、スリープへの移行時に、端末装置２０の充電量が十分ある場合には、最大１．５の電流を供給し続ける必要はないため、端末装置２０にポート設定をＳＤＰとして認識させることにより、供給する電流量を０．５Ａ以下にすることが可能になり、端末装置の電池残量に応じて、供給する電流量をコントロールすることができる。

さらに、本実施の形態において、スリープモードにおいて、ＵＳＢホスト制御部１１は、所定時間毎に端末装置２０の充電量を確認し、端末装置２０の充電量が閾値未満であり、ポート設定がＳＤＰである場合、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し、ポート設定をＣＤＰに変更した後、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続し、端末装置２０の充電量が閾値以上であり、ポート設定がＣＤＰである場合、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し、ポート設定をＳＤＰに変更した後、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続する。
この構成により、スリープ中で端末装置２０の充電量が十分である場合、端末装置２０にポート設定をＳＤＰとして認識させることにより、供給する電流量を０．５Ａ以下にすることが可能になる。また、スリープ中で端末装置２０の充電量が十分でない場合、端末装置２０にポート設定をＣＤＰとして認識させることにより、供給する電流量を最大１．５Ａにすることができ、素早い充電を行うことができる。

さらに、本実施の形態において、スリープモードにおいて、ＵＳＢホスト制御部１１は、動作モード設定部１５からスリープ復帰を通知されると、ポート設定がＳＤＰである場合、端末装置２０とのＵＳＢ接続を解除し、ポート設定をＣＤＰに変更した後、端末装置２０とのＵＳＢ接続を再接続する。
この構成により、通常モードではポート設定をＣＤＰとして効率良い給電を行うことができる。

さらに、本実施の形態において、ＵＳＢホスト制御部１１は、端末装置２０がＵＳＢ接続されていない状態で動作モード設定部１５からスリープモードへの移行を通知されると、ポート設定をＳＤＰに変更する。
この構成により、スリープモードにおいて端末装置２０がＵＳＢ接続されると、端末装置２０のＵＳＢデバイス制御部２１は、ＵＳＢホスト制御部１２のポート設定をＳＤＰと判定し、充電制御部２２が引き込む電流は、最大０．５Ａまでに制限されることになる。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

１０本体装置
１１本体制御部
１２ＵＳＢホスト制御部
１３電源装置
１４ＵＳＢコネクタ
１５動作モード設定部
２０端末装置
２１ＵＳＢデバイス制御部
２２充電制御部
２３ＵＳＢコネクタ
３０ＵＳＢケーブル
４０二次電池

Claims

ＵＳＢで接続された端末装置に給電するＵＳＢ給電機能を有するＵＳＢ給電装置であって、
動作モードを通常モードよりも省電力のスリープモードに設定する動作モード設定部と、
ＵＳＢのホスト機能を有し、ポート設定をＳＤＰもしくはＣＤＰのいずれかに設定するＵＳＢホスト制御部と、を具備し、
前記ＵＳＢホスト制御部は、前記通常モードでは前記ポート設定をＣＤＰに設定しており、前記動作モード設定部から前記スリープモードへの移行を通知され、前記端末装置の充電量が予め設定された閾値以上である場合、前記端末装置とのＵＳＢ接続を解除し、前記ポート設定をＳＤＰに変更した後、前記端末装置とのＵＳＢ接続を再接続することを特徴とするＵＳＢ給電装置。
前記スリープモードにおいて、前記ＵＳＢホスト制御部は、所定時間毎に前記端末装置の充電量を確認し、前記端末装置の充電量が前記閾値未満であり、前記ポート設定がＳＤＰである場合、前記端末装置とのＵＳＢ接続を解除し、前記ポート設定をＣＤＰに変更した後、前記端末装置とのＵＳＢ接続を再接続し、前記端末装置の充電量が前記閾値以上であり、前記ポート設定がＣＤＰである場合、前記端末装置とのＵＳＢ接続を解除し、前記ポート設定をＳＤＰに変更した後、前記端末装置とのＵＳＢ接続を再接続することを特徴とする請求項１記載のＵＳＢ給電装置。
前記スリープモードにおいて、前記ＵＳＢホスト制御部は、前記動作モード設定部からスリープ復帰を通知されると、前記ポート設定がＳＤＰである場合、前記端末装置とのＵＳＢ接続を解除し、前記ポート設定をＣＤＰに変更した後、前記端末装置とのＵＳＢ接続を再接続することを特徴とする請求項１又は２記載のＵＳＢ給電装置。
前記ＵＳＢホスト制御部は、前記端末装置がＵＳＢ接続されていない状態で前記動作モード設定部から前記スリープモードへの移行を通知されると、前記ポート設定をＳＤＰに変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＵＳＢ給電装置。