JP2020198671A

JP2020198671A - 受電装置およびその制御回路、給電装置と受電装置のネゴシエーションの方法

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Publication number: JP2020198671A
Application number: JP2019102331A
Authority: JP
Inventors: 望古謝; Nozomi Koja
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: JP7328010B2

Abstract

【課題】さまざまなＰＤＯリストを有する給電装置から、適切な電力供給を受けることが可能な受電装置あるいはその制御回路を提供する。【解決手段】制御回路３０１は、給電装置２００から電力を受ける受電装置３００に用いられる。メモリ３２０は、最小要求電力ＰＭＩＮを保持する。受電側コントローラ３１０は、給電装置２００から、給電装置２００が供給可能な電圧Ｖおよび電流Ｉの組み合わせを規定する第１データのリストを受信する。そしてリストに含まれる第１データそれぞれについて、それに含まれる電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐを計算し、電力Ｐが最小要求電力ＰＭＩＮより大きい第１データを選択し、選択した第１データにもとづく第２データを給電装置に送信する。【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）に対応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、ＰＤ規格という）が策定されている。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。ＰＤ規格は、ＵＳＢｔｙｐｅ−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、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格に対応しており、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を含む。ＳＯＵＲＣＥＰＤＯ（Power Data Object）のリストあるいはテーブル（以下、単にＰＤＯリストともいう）２０６には、給電装置２００Ｒが供給可能な電圧および電流の組み合わせ（ＰＤＯ）を、最大７個まで規定可能である。

電子機器４００のレセプタクル４０４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４０４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４０４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）端子を含む。ＣＣ端子は、レセプタクルタイプにおいては２個設けられるが、本明細書では１個に省略して示している。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は、ＵＳＢケーブル１０６を介して、受電側のＰＤコントローラ（以下、受電側コントローラ）３１０と接続される。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と受電装置３００Ｒの間の通信機能を提供する。

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、電源回路３０６、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８、受電側コントローラ３１０、ＳＩＮＫＰＤＯのリストあるいはテーブル（以下、単にＰＤＯリストともいう）３１２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。

負荷４０２は、たとえばシステム電圧Ｖ_ＳＹＳ＝２０Ｖ、最大電流２．２５Ａ（電力４５Ｗ）で動作する。一方で、電子機器４００は、２０Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳに加えて、１５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳをサポートする。ＰＤＯリスト３１２には、電子機器４００が要求する電圧および電流がＰＤＯとして宣言されている。この例では、（２０Ｖ，２．２５Ａ）と、（１５Ｖ，３Ａ）が、ＰＤＯとして宣言される。またＵＳＢＰＤ規格では、給電側、受電側ともに、５Ｖ（電流は規定されず）をサポートすることが要求される。

このために充電回路３０４の前段には、電源回路３０６が設けられる。電源回路３０６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８は、Ｖ_ＢＵＳ＝１５Ｖ（あるいは５Ｖ）である場合に、それを昇圧し、２０Ｖのアダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰを生成する。

受電側コントローラ３１０は、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃに関するポートコントローラであり、ＣＣラインを介して給電側コントローラ２０４と接続される。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、ＰＤＯリスト２０６とＰＤＯリスト３１２にもとづいて、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルが決定される。

図２は、図１のＵＳＢＰＤ規格におけるネゴシエーションのシーケンス図である。はじめに、給電側コントローラ２０４は、受電側コントローラ３１０に対してＰＤＯリスト２０６を送信し、供給可能な電圧・電流を宣言する（Source Capabilityと称する）（Ｓ１００）。

受電側コントローラ３１０はＰＤＯリスト３１２を参照して、ＰＤＯリスト２０６の中から最適なＰＤＯを１個選択する（Ｓ１０２）。そして受電側コントローラ３１０は、選択したＰＤＯと、使用する電流量を含むＲＤＯ（Request Data Object）を送信する（Ｓ１０４）。もし、給電装置２００Ｒが供給可能な電流量が、受電装置３００Ｒが要求する電流量に対して不足する場合、ＲＤＯはミスマッチを示す情報を含む。これにより、受電装置３００Ｒから給電装置２００Ｒに対して、本意でないＰＤＯにネゴシエーションしたことが通知される。

ＲＤＯを受信した給電側コントローラ２０４は、電源回路２０２の出力電圧Ｖ_ＢＵＳを、ＲＤＯが指示する値にセットする（Ｓ１０６）。なお、必ずしもＰＤＯリスト３１２が要求する電流Ｉ_ＲＱと、ＰＤＯリスト２０６に宣言される電流は一致するとは限らない。

たとえば給電装置２００Ｒが、図１のＰＤＯリスト２０６に宣言された４個のＰＤＯ１〜ＰＤＯ４をサポートしているとする。受電装置３００Ｒ側に着目すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８による電圧変換は電力損失を生ずることから、２０Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳの方が、高効率に動作可能である。そこで受電側コントローラ３１０は、ステップＳ１００で受信したＰＤＯリストの中から、ＰＤＯ４（２０Ｖ，２．２５Ａ）を選択し、ＰＤＯ４と電子機器４００が消費する電流２．２５Ａを含むＲＤＯを送信する。このケースでは、給電システム１００Ｒは、うまく動作している。

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

本発明者は、図１の給電システム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。

ＵＳＢＰＤ規格の電力規則（Power Rule）には、給電装置２００ＲのＰＤＯリスト２０６について、電圧値が最大であるＰＤＯが、最大電力を有すべきことが定められている。この電力規則に準拠したアダプタ１０２との組み合わせにおいては、受電装置３００Ｒは、電圧が最大であるＰＤＯ（この例ではＰＤＯ４）を選択することにより、自ずと最大電力（４５Ｗ）での給電を受けることができる。

ところがアダプタ１０２の中には、電力規則に準拠しないＰＤＯリスト２０６を有するものが存在する。たとえば給電装置２００Ｒは、以下のようなＰＤＯリストを有するとする。
ＰＤＯ１：５Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ２：９Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ３：１５Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ４：２０Ｖ，０．５Ａ

この場合に、受電装置３００Ｒが、電圧値が最大のＰＤＯ４を選択すると、４５Ｗ（１５Ｖ×３Ａ）の給電能力を有する給電装置２００Ｒから、１０Ｗ（２０Ｖ×０．５Ａ）の電力しか受けることができない状況が生ずる。すなわち供給電力１０Ｗが要求電力４５Ｗを下回るため、電子機器４００を適切に動作させることができなくなる。

受電装置３００Ｒのネゴシエーションの方式は、設計者に委ねられている。別の例として、受電装置３００Ｒに、ＰＤＯリスト３１２ではなく、要求電圧範囲（最大電圧と最小電圧）と、要求電流Ｉ_ＲＱを規定しておく方式も考えられる。この場合、受電装置３００Ｒは、給電装置２００Ｒから受信したＰＤＯリストの中から、要求電圧範囲内で電圧値が最大であるＰＤＯを選択し、要求電流Ｉ_ＲＱを付加してＲＤＯを生成する。

要求電流Ｉ_ＲＱを、受電装置３００Ｒがシンクする最小電流とする場合を考える。たとえば、受電装置３００Ｒに規定される要求電圧範囲が１５〜２０Ｖ、要求電流Ｉ_ＲＱ＝２．２５Ａとする。また、給電装置２００Ｒ側のＰＤＯリストが、
（例１）
ＰＤＯ１＝５Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ２＝９Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ３＝１５Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ４＝２０Ｖ，２．２５Ａ
であるとする。この場合、受電装置３００Ｒは、ＰＤＯ１〜ＰＤＯ４のうち、電圧が要求電圧範囲内で最大であるＰＤＯ４を選択する。このとき、２０Ｖ，２．２５Ａでネゴシエーションが成立する。

（例２）
もし、給電装置２００Ｒ側のＰＤＯリストが、
ＰＤＯ１＝５Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ２＝９Ｖ，３Ａ
ＰＤＯ３＝１５Ｖ，３Ａ
であった場合、電圧が要求電圧範囲内で最大であるＰＤＯ３が選択され、１５Ｖ，２．２５Ａでネゴシエーションが行われ、供給電力３３．７５は、要求電力４５Ｗに満たないという問題が発生する。

この問題を解決するために、要求電流Ｉ_ＲＱを、最小電流ではなく、要求電力と、要求電圧範囲の最低値から定めておく方法が考えられる。この例では要求電力は４５Ｗであり、要求電圧範囲の最低値は１５Ｖであるから、要求電流Ｉ_ＲＱは、４５Ｗ，１５Ｖ＝３Ａとなる。この場合、例２のＰＤＯリストに対しては、ＰＤＯ３（１５Ｖ）が選択され、１５Ｖと要求電流Ｉ_ＲＱである３Ａの組み合わせでネゴシエーションが成立する。

ところが、例１のＰＤＯリストに対しては、ＰＤＯ４（２０Ｖ）が選択され、２０Ｖと
要求電流Ｉ_ＲＱである３Ａの組み合わせでネゴシエーションが行われる。給電装置２００Ｒは、（２０Ｖ，３Ａ）の供給能力を有していないから、ネゴシエーションは不成立となる。

なおこのような問題は、ＵＳＢＰＤ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、さまざまなＰＤＯリストを有する給電装置から、適切な電力供給を受けることが可能な受電装置あるいはその制御回路の提供にある。

本発明のある態様は、給電装置から電力を受ける受電装置の制御回路に関する。制御回路は、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを保持するメモリと、給電装置から、給電装置が供給可能な電圧Ｖおよび電流Ｉの組み合わせを規定する第１データのリストを受信し、リストに含まれる第１データそれぞれについて、それに含まれる電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐを計算し、電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮより大きい第１データを選択し、選択した第１データにもとづく第２データを給電装置に送信するコントローラと、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係る受電装置によれば、さまざまな給電装置との組み合わせにおいて、適切な電圧、電流の組み合わせで給電を受けることが可能となる。

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ＵＳＢＰＤ規格におけるネゴシエーションのシーケンス図である。実施の形態１に係る給電システムのブロック図である。図４（ａ）、（ｂ）は、給電システムの動作を説明する図である。変形例１に係る給電システムの動作を説明する図である。図６（ａ）、（ｂ）は、変形例２に係る給電システムの動作を説明する図である。変形例３に係る給電システムの動作を説明する図である。変形例４に係る給電システムの動作を説明する図である。

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、給電装置から電力を受ける受電装置に使用される制御回路に関する。制御回路は、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを保持するメモリと、給電装置から、給電装置が供給可能な電圧Ｖおよび電流Ｉの組み合わせを規定する第１データのリストを受信し、リストに含まれる第１データそれぞれについて、それに含まれる電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐを計算し、電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮより大きい第１データを選択し、選択した第１データにもとづく第２データを給電装置に送信するコントローラと、を備える。

この実施の形態によると、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを下回る電圧、電流の組み合わせによる給電を防止できる。

コントローラは、電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超える第１データが複数、存在するとき、電力Ｐが最大である第１データを選択してもよい。これは受電装置がバッテリの充電器を含むような場合において有効であり、充電時間を短縮できる。

コントローラは、電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超える第１データが複数、存在するとき、電圧Ｖが最大である第１データを選択してもよい。これにより電力損失を低減できる。

コントローラは、電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超える第１データが複数、存在するとき、電力Ｐが最大である第１データを選択する電力優先モードと、電圧Ｖが最大である第１データを選択する電圧優先モードと、が選択可能であってもよい。これにより受電装置を搭載する電子機器の動作状態に応じて、２つのモードを選択することができる。

メモリは、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸをさらに保持してもよい。コントローラは、第１データの電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが最大要求電力Ｐ_ＭＡＸを超えるとき、電流をＩ’＝Ｐ_ＭＡＸ／Ｖに修正し、修正した第１データを選択する場合、修正後の電流を要求電流Ｉ_ＲＱとする。これにより、給電装置の能力を最大に生かして、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸによる給電が可能となる。

メモリは最大電流Ｉ_ＭＡＸをさらに保持してもよい。コントローラは、電流Ｉが最大電流Ｉ_ＭＡＸを超える第１データが存在するとき、当該第１データの電流Ｉを最大電流Ｉ_ＭＡＸに修正してもよい。これにより最大電流を超えない範囲で、給電装置はその供給能力を最大限に発揮できる。

第１データに電圧Ｖの範囲が規定されるとき、コントローラは、電圧Ｖの範囲の最小値と電流Ｉの積を電力Ｐとしてもよい。

メモリは、受電装置が要求する電圧範囲をさらに保持してもよい。コントローラは、電圧Ｖが電圧範囲から外れている第１データを除外してもよい。

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。

制御回路は、ＵＳＢＰＤ規格に対応してもよい。「対応」とは、コンプライアンス試験をパスした準拠した場合（Compliant）、あるいは、コンプライアンス試験にはパスしていないが動作はサポートする場合（Compatible）を含む。

（実施の形態）
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、実施の形態に係る給電システム１００のブロック図である。給電システム１００は、図１と同様にＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格に対応しており、ＵＳＢケーブル１０６を介して接続される給電装置２００と受電装置３００を備える。たとえば給電装置２００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３００は、スマートホン、タブレット端末、ノートＰＣ、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２００および受電装置３００それぞれの基本的な機能は図１を参照して説明したとおりである。

給電装置２００は、可変のバス電圧Ｖ_ＢＵＳを発生可能な電源回路２０２および制御回路２０１を備える。制御回路２０１は、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、ＰＤＯ（第１データ）のリスト２０６を格納するメモリ２０７を備える。制御回路２０１は、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣであってもよい。電源回路２０２、給電側コントローラ２０４、ＰＤＯのリスト２０６は図１を参照して説明した通りである。

ＰＤＯリスト２０６は、電源回路２０２によって供給可能な電圧Ｖおよび電流Ｉを規定するデータ（ＰＤＯ）を少なくともひとつ含む。ｉ番目（ｉ＝１，２…）のＰＤＯをＰＤＯｉと表記し、その電圧値をＶ_ｉ、電流値をＩ_ｉと表記する。給電側コントローラ２０４は、受電装置３００の受電側コントローラ３１０との間で通信可能であり、ＰＤＯリスト２０６を利用して供給電圧をネゴシエーションし、決定した供給電圧を電源回路２０２に発生させる。

続いて受電装置３００の構成を説明する。受電装置３００は、制御回路３０１、バッテリ３０２、充電回路３０４、電源回路３０６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を介して給電装置２００からのバス電圧Ｖ_ＢＵＳ（受電装置３００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、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。

制御回路３０１は、受電側コントローラ３１０およびメモリ３２０を備え、ひとつの半導体基板に集積化された機能ＩＣである。なお、制御回路３０１には、受電側コントローラ３１０やメモリ３２０に加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８のコントローラや、充電回路３０４が集積化されてもよい。

メモリ３２０は、受電装置３００の最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを保持している。

受電側コントローラ３１０は、給電装置２００から、給電装置２００が供給可能な電圧Ｖおよび電流Ｉの組み合わせを規定するＰＤＯ（第１データ）のリストを受信する。そして、リスト２０６に含まれるＰＤＯｉ（ｉ＝１，２…，ｎ）それぞれについて、それに含まれる電圧Ｖ_ｉと電流Ｉ_ｉの積である電力Ｐ_ｉを計算する。そして、複数のＰＤＯ１〜ＰＤＯｎの中から、電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮより大きいひとつを選択する。

そして、選択したＰＤＯデータにもとづく第２データ（以下、ＲＤＯ：Request Data Objectと称する）を給電装置２００に送信する。給電装置２００は、受電装置３００から受信したＲＤＯにもとづいて、電源回路２０２が発生する電圧Ｖ_ＢＵＳを設定する。

以上が給電システム１００の構成である。続いてその動作を説明する。

図４（ａ）、（ｂ）は、給電システム１００の動作を説明する図である。たとえばメモリ３２０に規定される最小要求電力Ｐ_ＭＩＮが２７Ｗであるとする。図４（ａ）の例では、ＰＤＯリスト２０６は２個のＰＤＯ１，ＰＤＯ２を含む。
ＰＤＯ１：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝３Ａ
ＰＤＯ２：Ｖ_２＝９Ｖ，Ｉ_２＝３Ａ

受電側コントローラ３１０は、２個のＰＤＯ１，ＰＤＯ２それぞれの電力Ｐ_１，Ｐ_２を計算する。
Ｐ_１＝Ｖ_１×Ｉ_１＝１５Ｗ
Ｐ_２＝Ｖ_２×Ｉ_２＝２７Ｗ

２つの電力Ｐ_１，Ｐ_２のうち、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮより大きいのは、Ｐ_２のみである。したがって受電側コントローラ３１０は、二番目のＰＤＯ２にもとづいて、ＲＤＯを決定する。この場合のＲＤＯは、電圧Ｖ＝９Ｖ，Ｉ＝３Ａの情報を含む。

図４（ｂ）の例では、ＰＤＯリスト２０６は４個のＰＤＯ１〜ＰＤＯ４を含む。
ＰＤＯ１：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝３Ａ
ＰＤＯ２：Ｖ_２＝９Ｖ，Ｉ_２＝３Ａ
ＰＤＯ３：Ｖ_３＝１５Ｖ，Ｉ_３＝３Ａ
ＰＤＯ４：Ｖ_４＝２０Ｖ，Ｉ_４＝１．３５Ａ

受電側コントローラ３１０は、４個のＰＤＯ１〜ＰＤＯ４それぞれの電力Ｐ_１〜Ｐ_４を計算する。
Ｐ_１＝Ｖ_１×Ｉ_１＝１５Ｗ
Ｐ_２＝Ｖ_２×Ｉ_２＝２７Ｗ
Ｐ_３＝Ｖ_３×Ｉ_３＝４５Ｗ
Ｐ_４＝Ｖ_４×Ｉ_４＝２７Ｗ

４つの電力Ｐ_１〜Ｐ_４のうち、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮより大きいのは、Ｐ_２〜Ｐ_４である。この場合には、受電側コントローラ３１０は、３個のＰＤＯ２〜ＰＤＯ４のいずれかを選択して、ＲＤＯを決定することとなる。以下、複数のＰＤＯの候補から、ひとつのＰＤＯを選択する方法を説明する。

（第１の方法）
たとえば受電側コントローラ３１０は、電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超えるＰＤＯが複数、存在するとき、電力Ｐが最大であるＰＤＯを選択してもよい。この例では、Ｐ_３＝４５Ｗで最大であるから、ＰＤＯ３が選択され、ＰＤＯ３にもとづいてＲＤＯが決定される。バッテリ３０２を内蔵する機器において、バッテリ３０２を充電する際には、供給電力が大きいほど、充電時間を短縮することができる。

なお電力Ｐが最大であるＰＤＯが複数存在する場合、それらの中から、電圧Ｖが最大のものを選択するようにしてもよい。

（第２の方法）
受電側コントローラ３１０は、電力Ｐが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超えるＰＤＯが複数、存在するとき、電圧Ｖが最大であるＰＤＯを選択してもよい。この例では、Ｖ_４＝２０Ｖで最大であるから、ＰＤＯ４が選択され、ＰＤＯ４にもとづいてＲＤＯが決定される。

電源回路２０２から充電回路３０４に至る電力供給パスの直流抵抗をＲとするとき、この電力供給パスにおける損失は、Ｒ×Ｉ^２となる。同じ電力を供給する際には、電圧Ｖが大きいほど電流Ｉは小さくなるため、電力損失を低減できる。

なお電圧Ｖが最大であるＰＤＯが複数存在する場合、それらの中から、電力Ｐが最大のものを選択するようにしてもよい。

（第３の方法）
受電側コントローラ３１０は、電力優先モードと電圧優先モードを、電子機器４００の状態に応じて動的に切り替え可能であってもよい。すなわち、バッテリ３０２の満充電状態では電圧優先モードを選択し、バッテリ３０２の残量が少ないときには、電力優先モードを選択するようにしてもよい。

あるいは受電側コントローラ３１０は、電圧の優先順位を保持してもよい。たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ３０８の変換効率が、入力電圧（すなわちＶ_ＢＵＳ）の依存性を有する場合がある。この場合、変換効率が高い電圧の順序をメモリ３２０に保持しておき、最も高い変換効率を与える電圧を含むＰＤＯを選択するようにしてもよい。

以上が給電システム１００の基本構成および動作である。この給電システム１００によれば、給電装置２００から受電装置３００への供給電力を最適化することができる。具体的には、給電装置２００から受電装置３００への供給電力が、受電装置３００の要求電力を下回るのを防止できる。

また、電圧優先か電力優先かを定めておくことにより、電子機器４００を最適な状態で動作させることができる。

続いて受電装置３００の変形例を説明する。

（変形例１）
受電装置３００が受電可能な電力に上限がある場合を考える。メモリ３２０は、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮに加えて、電力の上限（以下、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸという）を保持している。

受電側コントローラ３１０は、ＰＤＯｊの電圧Ｖ_ｊと電流Ｉ_ｊの積である電力Ｐ_ｊ＝Ｖ_ｊ×Ｉ_ｊが最大要求電力Ｐ_ＭＡＸを超えるとき、そのＰＤＯｉの電流を、Ｉ_ｉ’＝Ｐ_ＭＩＮ／Ｖ_ｉに修正する。そして修正したＰＤＯｉを選択する場合、ＲＤＯに含まれる要求電流Ｉ_ＲＱを、Ｉ_ｉ’とする。

図５は、変形例１に係る給電システム１００の動作を説明する図である。メモリ３２０に規定される最小要求電力Ｐ_ＭＩＮは２７Ｗであり、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸは４５Ｗである。ＰＤＯリスト２０６は４個のＰＤＯ１〜ＰＤＯ４を含む。
ＰＤＯ１：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝３Ａ
ＰＤＯ２：Ｖ_２＝９Ｖ，Ｉ_２＝３Ａ
ＰＤＯ３：Ｖ_３＝１２Ｖ，Ｉ_３＝３Ａ
ＰＤＯ４：Ｖ_４＝２０Ｖ，Ｉ_４＝３Ａ

受電側コントローラ３１０は、４個のＰＤＯ１〜ＰＤＯ４それぞれの電力Ｐ_１〜Ｐ_４を計算する。
Ｐ_１＝Ｖ_１×Ｉ_１＝１５Ｗ
Ｐ_２＝Ｖ_２×Ｉ_２＝２７Ｗ
Ｐ_３＝Ｖ_３×Ｉ_３＝３６Ｗ
Ｐ_４＝Ｖ_４×Ｉ_４＝６０Ｗ

この例では、３個のＰＤＯ２，ＰＤＯ３，ＰＤＯ４の電力Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４が最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超えているから、選択の候補となる。

ここでＰＤＯ４に関しては、その電力Ｐ_４が、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸを超えているから、電流Ｉ_４が、Ｉ_４’＝４５Ｗ／２０Ｖ＝２．２５Ａに修正される。図５には、電流の修正後のＰＤＯ４を、ＰＤＯ４’として示す。

電圧優先の場合、ＰＤＯ２，ＰＤＯ３およびＰＤＯ４’の中から、電圧値が最大のＰＤＯ４’が選択され、ＰＤＯ４’がＲＤＯとして給電装置２００に送信される。電力優先の場合も、ＰＤＯ４’が選択される。

なお複数のＰＤＯの中から、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮにもとづいて１個のＰＤＯを選択した後に、選択したＰＤＯの電力が、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸを超える場合に、この電流値の修正を行ってもよい。

変形例１の利点は、以下の比較技術との対比によって明確となる。比較技術では、電力Ｐ_ｉが最大要求電力Ｐ_ＭＡＸを超えるＰＤＯについては、候補から除外される。この場合、ＰＤＯ４は候補から外れ、ＰＤＯ３が選択される。すなわち給電装置２００は、最大６０Ｗの電力供給能力を有するにもかかわらず、実際の供給電力はＰ_３＝３６Ｗとなってしまう。

これに対して、変形例１では、ＰＤＯ４を補正した上でＲＤＯが決定されるため、Ｖ_４×Ｉ_ＲＱ＝２０Ｖ×２．２５Ａ＝４５Ｗでの給電が可能となる。

（変形例２）
変形例２において、メモリ３２０は、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮ、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸに加えて、受電装置３００がシンクしうる最大電流Ｉ_ＭＡＸを保持する。

受電側コントローラ３１０は、電流Ｉが最大電流Ｉ_ＭＡＸを超えるＰＤＯｊが存在するとき、当該ＰＤＯｊを、その電流Ｉ_ｊをＩ_ＭＡＸに修正する。修正後のＰＤＯｊ”の電力Ｐ_ｊ”は、Ｐ_ｊ”＝Ｖ_ｊ×Ｉ_ＭＡＸとして計算される。最終的にＰＤＯｊ”を選択するとき、ＲＤＯは、（Ｖ_ｊ，Ｉ_ＭＡＸ）となる。

図６（ａ）、（ｂ）は、変形例２に係る給電システム１００の動作を説明する図である。最小要求電力Ｐ_ＭＩＮは２７Ｗであり、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸは４５Ｗである。また最大電流Ｉ_ＭＡＸは３Ａであるとする。

図６（ａ）において、ＰＤＯリスト２０６はＰＤＯ１，ＰＤＯ２を含む。
ＰＤＯ１：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝５Ａ
ＰＤＯ２：Ｖ_２＝１２Ｖ，Ｉ_２＝５Ａ

この例では、ＰＤＯ１，ＰＤＯ２の電流Ｉ_１，Ｉ_２はいずれも最大電流Ｉ_ＭＡＸを超えており、したがってＰＤＯ１，ＰＤＯ２は、以下のように修正される。
ＰＤＯ１”：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝３Ａ
ＰＤＯ２”：Ｖ_２＝１２Ｖ，Ｉ_２＝３Ａ

そして受電側コントローラ３１０は、修正後のＰＤＯ１”，ＰＤＯ２”について電力Ｐ_１”，Ｐ_２”を計算する。
Ｐ_１”＝１５Ｗ
Ｐ_２”＝３６Ｗ

この場合、Ｐ_２”のみが最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超えているから、ＰＤＯ２”が選択され、ＲＤＯ（１２Ｖ，３Ａ）が給電装置２００に送信される。

図６（ｂ）の例において、ＰＤＯリスト２０６はＰＤＯ１〜ＰＤＯ３を含む。
ＰＤＯ１：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝５Ａ
ＰＤＯ２：Ｖ_２＝１２Ｖ，Ｉ_２＝５Ａ
ＰＤＯ３：Ｖ_３＝２０Ｖ，Ｉ_３＝５Ａ

この例では、ＰＤＯ１〜ＰＤＯ３の電流Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３はいずれも最大電流Ｉ_ＭＡＸを超えている。またＰＤＯ３については、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸを超えている。

ＰＤＯｊの電流Ｉ_ｊが、最大電流Ｉ_ＭＡＸとＩ_ｊ’＝Ｐ_ＭＡＸ／Ｖ_ｊの両方を超えている場合、Ｉ_ＭＡＸとＩ_ｊ’のうち小さい方に修正される。したがってＰＤＯ１〜ＰＤＯ３は、以下のように修正される。
ＰＤＯ１”：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝３Ａ
ＰＤＯ２”：Ｖ_２＝１２Ｖ，Ｉ_２＝３Ａ
ＰＤＯ３’：Ｖ_３＝２０Ｖ，Ｉ_３＝２．２５Ａ

そして受電側コントローラ３１０は、修正後のＰＤＯ１”，ＰＤＯ２”，ＰＤＯ３’について電力Ｐ_１”，Ｐ_２”，Ｐ_３’を計算する。
Ｐ_１”＝１５Ｗ
Ｐ_２”＝３６Ｗ
Ｐ_３’＝４５Ｗ

電圧優先の場合、ＰＤＯ３’が選択され、ＲＤＯとして給電装置２００に送信される。電力優先の場合も同様にＰＤＯ３’が選択される。

（変形例３）
メモリ３２０は、受電装置３００の要求電圧範囲をさらに保持してもよい。たとえば要求電圧範囲は、その下限である最低電圧Ｖ_ＭＩＮと、その上限である最高電圧Ｖ_ＭＡＸの少なくとも一方、あるいはそれらの両方によって規定される。

受電側コントローラ３１０は、その電圧Ｖが、要求電圧範囲Ｖ_ＭＩＮ〜Ｖ_ＭＡＸから外れているＰＤＯを除外する。

図７は、変形例３に係る給電システム１００の動作を説明する図である。図７の例では、要求電圧範囲の最小値Ｖ_ＭＩＮは９Ｖ，最大値Ｖ_ＭＡＸは１５Ｖである。ＰＤＯリストは図６（ｂ）の場合と同様である。ＰＤＯ３’については、電圧Ｖ_３＝２０Ｖは、要求電圧範囲外であるから除外され、ＰＤＯ２”がＲＤＯとなる。

（変形例４）
これまでの説明では、給電装置２００のＰＤＯは、電圧値Ｖを指定する形式で定められていたが、電圧範囲ＶＲとして定められてもよい。このようなＰＤＯを可変（variable）ＰＤＯと称する。受電側コントローラ３１０は、可変ＰＤＯに関しては、電圧範囲ＶＲの最小値と電流Ｉの積を電力Ｐとして計算する。

図８は、変形例４に係る給電システム１００の動作を説明する図である。図８の例では、ＰＤＯリスト２０６はＰＤＯ１〜ＰＤＯ３を含む。ＰＤＯ３が、可変ＰＤＯであり、電圧範囲ＶＲ_３は、１５〜２０Ｖとなっている。
ＰＤＯ１：Ｖ_１＝５Ｖ，Ｉ_１＝３Ａ
ＰＤＯ２：Ｖ_２＝２０Ｖ，Ｉ_２＝２．２５Ａ
ＰＤＯ３：ＶＲ_３＝１５〜２０Ｖ，Ｉ_３＝２．５Ａ

ＰＤＯ１〜ＰＤＯ３の電力Ｐ_１〜Ｐ_３は以下のように計算される。
Ｐ_１＝５Ｖ×３Ａ＝１５Ｗ
Ｐ_２＝２０Ｖ×２．２５Ａ＝４５Ｗ
Ｐ_３＝１５Ｖ×２．５Ａ＝３７．５Ｗ

ＰＤＯ２，ＰＤＯ３の電力Ｐ_２，Ｐ_３は、Ｐ_ＭＩＮより大きく、Ｐ_ＭＡＸより小さい。電力優先モードの場合、４５ＷであるＰＤＯ２が選択される。

電圧優先モードでは、電圧範囲ＶＲの最小値を用いることとし、ＰＤＯ３の電圧Ｖ_３は１５Ｖとして扱われる。Ｖ_２＞Ｖ_３であるから電圧優先モードの場合も、ＰＤＯ２が選択される。

（その他の変形例）
実施の形態では、本発明の用途のひとつとしてＵＳＢＰＤ規格を例示的に説明したが、本発明は、ＵＳＢＰＤ規格と類似したプロトコルを有する別の規格や、将来策定されるであろうＵＳＢＰＤの次世代規格にも適用することができる。

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
１０６ＵＳＢケーブル
２００給電装置
２０１制御回路
２０２電源回路
２０４給電側コントローラ
２０６ＰＤＯリスト
４００電子機器
４０２負荷
４０４レセプタクル
３００受電装置
３０１制御回路
３０２バッテリ
３０４充電回路
３０６電源回路
３０８ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１０受電側コントローラ
３２０メモリ

Claims

給電装置から電力を受ける受電装置の制御回路であって、
最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを保持するメモリと、
前記給電装置から、前記給電装置が供給可能な電圧Ｖおよび電流Ｉの組み合わせを規定する第１データのリストを受信し、前記リストに含まれる前記第１データそれぞれについて、それに含まれる電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐを計算し、前記電力Ｐが前記最小要求電力Ｐ_ＭＩＮより大きい前記第１データを選択し、選択した第１データにもとづく第２データを前記給電装置に送信するコントローラと、
を備えることを特徴とする制御回路。
前記コントローラは、電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが前記最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超える前記第１データが複数、存在するとき、電力Ｐが最大である前記第１データを選択することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
前記コントローラは、電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが前記最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超える前記第１データが複数、存在するとき、電圧Ｖが最大である前記第１データを選択することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
前記コントローラは、電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが前記最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを超える前記第１データが複数、存在するとき、電力Ｐが最大である前記第１データを選択する電力優先モードと、電圧Ｖが最大である前記第１データを選択する電圧優先モードと、が選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
前記メモリは、最大要求電力Ｐ_ＭＡＸをさらに保持しており、
前記コントローラは、前記第１データの電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐが前記最大要求電力Ｐ_ＭＡＸを超えるとき、電流をＩ’＝Ｐ_ＭＡＸ／Ｖに修正す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制御回路。
前記メモリは最大電流Ｉ_ＭＡＸをさらに保持しており、
前記コントローラは、前記電流Ｉが前記最大電流Ｉ_ＭＡＸを超える前記第１データが存在するとき、当該第１データの電流Ｉを前記最大電流Ｉ_ＭＡＸに修正することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御回路。
前記メモリは、前記受電装置が要求する電圧範囲をさらに保持しており、
前記コントローラは、前記電圧Ｖが前記電圧範囲から外れている前記第１データを除外することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御回路。
前記第１データに前記電圧Ｖの範囲が規定されるとき、前記コントローラは、前記電圧Ｖの範囲の最小値と前記電流Ｉの積を前記電力Ｐとすることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の制御回路。
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７のいずれかに記載の制御回路。
ＵＳＢＰＤ規格に対応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制御回路。
請求項１から１０のいずれかに記載の前記制御回路を備えることを特徴とする受電装置。
給電装置と受電装置のネゴシエーションの方法であって、
前記受電装置のメモリに、最小要求電力Ｐ_ＭＩＮを保持しておくステップと、
前記給電装置のメモリに、前記給電装置が供給可能な電圧Ｖおよび電流Ｉの組み合わせを規定する第１データのリストを保持しておくステップと、
前記給電装置から前記受電装置に、前記第１データのリストを送信するステップと、
前記受電装置が、前記リストに含まれる前記第１データそれぞれについて、それに含まれる電圧Ｖと電流Ｉの積である電力Ｐを計算し、前記電力Ｐが前記最小要求電力Ｐ_ＭＩＮより大きい前記第１データを選択し、選択した第１データにもとづく第２データを前記給電装置に送信するステップと、
を備えることを特徴とするネゴシエーションの方法。