JP5091706B2 - 電源装置及び出力切替方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の出力端子を有する電源装置及び出力切替方法に関する。

従来、このような分野の技術として、特開平５３３６５３号公報がある。この公報では、複数の出力経路と、各出力経路に配置した負荷装置の検出手段と排他的な出力切替え手段とを具備した電源ジャック排他的出力自動切替装置が記載されている。
特開平５−３３６６５３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の電源ジャック排他的出力自動切替装置では、複数の出力経路を備えているものの、最初に接続された出力ケーブルが優先されてしまい、後から接続された負荷装置への出力先の切替えが困難であった。

そこで、本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、電圧出力の効率的な切替えが可能な電源装置及び出力切替方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る電源装置は、電力源からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電圧変換部と、複数の出力端子での負荷装置の接続状態を検出し、接続状態に対応する負荷検知信号を発生させる接続状態検出部と、接続状態検出部により発生した負荷検知信号の受信に応じて、予め定められた複数の出力端子の給電優先順位に基づいて、複数の出力端子のうち出力電圧が供給される１つの出力端子を決定する制御部と、決定された１つの出力端子に出力電圧を選択的に切り替えて供給する第１の切替手段と、電力源と電圧変換部との間に接続された第２の切替手段とを備え、第２の切替手段は、スイッチと、負荷検知信号に基づいてスイッチの切替状態を制御するスイッチ制御部とを有し、スイッチ制御部は、複数の出力端子ごとの負荷検知信号に基づいて複数の出力端子のうち少なくとも１つの出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときにスイッチをオンにする負論理オア回路を含み、１つの出力端子への出力電圧の供給を、接続状態検出部による負荷検知信号に基づいて複数の出力端子のうち一以上の出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときに開始することを特徴とする。

本発明に係る電源装置では、制御部により予め定められた複数の出力端子の給電に関する優先順位に基づいて、出力電圧が供給される１つの出力端子が決定される。すなわち、後から負荷装置が接続された出力端子であっても、予め定められた給電優先順位に基づいて電圧変換部により変換された所定の出力電圧の供給を受けることができる。そのため、本発明に係る電源装置によれば、電源給電先の効率的な切替えが可能となる。また、本発明に係る電源装置に電力源が内蔵された場合において、決定された１つの出力端子に出力電圧が供給されるため、複数の負荷装置が同時に接続される場合であっても、電力源は接続した各負荷装置が要求する最大電力の合計電力を供給する必要はなく、それ故に電力源の肥大化を防ぐことができる。その結果、電源装置の小型化、軽量化及びコスト削減を図ることができる。また、これにより、無負荷の状態で電力が消費されることを防ぐことができ、消費電力を低減することができる。また、この場合、負荷の接続状態に応じて電力源と電圧変換部との間の接続をオンオフすることで消費電力を低減することができる。また、この場合、少なくとも１つの負荷装置が出力端子に接続されている場合に電力源と電圧変換部とが接続されるので、無負荷の状態での電力消費を低減することができる。

また、制御部は、所定の出力電圧が１つの出力端子に対して予め定められた電圧値となるように電圧変換部を制御することが好適である。これにより、出力端子毎にその出力端子に接続される負荷装置の種類を一対一に対応させることができる。その結果、出力端子の出力特性を出力端子に接続される負荷装置の入力電気特性に一致させることができる。

制御部は、負荷装置の接続が検出された出力端子の中から、給電優先順位がより高い出力端子を１つの出力端子に決定する優先出力先判定部と、優先出力先判定部からの制御信号に応じて１つの出力端子に排他的に出力電圧を切替える論理否定部とを含むことが好適である。この場合には、優先度の高い１つの出力端子に排他的に出力電圧を出力させることができる。

本発明に係る出力切替方法は、電圧変換部が、電力源からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電圧変換ステップと、接続状態検出部が、複数の出力端子での負荷装置の接続状態を検出し、該接続状態に対応する負荷検知信号を発生させる接続状態検出ステップと、スイッチ制御部が、負荷検知信号に基づいて電力源と電圧変換部との間に接続されたスイッチの切替状態を制御するスイッチ制御ステップと、制御部が、接続状態検出部により発生した負荷検知信号の受信に応じて、予め定められた複数の出力端子の給電優先順位に基づいて、複数の出力端子のうち出力電圧が供給される１つの出力端子を決定する制御ステップと、第１の切替手段が、決定された１つの出力端子に出力電圧を選択的に切り替えて供給する切替ステップと、を備え、スイッチ制御ステップでは、複数の出力端子ごとの負荷検知信号に基づいて複数の出力端子のうち少なくとも１つの出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときにスイッチをオンにし、１つの出力端子への出力電圧の供給を、接続状態検出部による負荷検知信号に基づいて複数の出力端子のうち一以上の出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときに開始することを特徴とする。

本発明に係る出力切替え方法では、制御部による制御ステップにおいて、予め定められた複数の出力端子の給電に関する優先順位に基づいて出力電圧が供給される１つの出力端子が決定される。すなわち、後から負荷装置が接続された出力端子であっても、予め定められた給電優先順位に基づいて電圧変換部により変換された所定の出力電圧の供給を受け得る。そのため、本発明に係る出力切替え方法によれば、電源供給先の効率的な切替えが可能となる。また、本発明に係る出力切替え方法が利用される電源装置に電力源が内蔵された場合に、切替による切替ステップにおいて決定された１つの出力端子に出力電圧が供給されるため、複数の負荷装置が同時に接続される場合であっても、電力源は接続した各負荷装置が要求する最大電力の合計電力を供給する必要はなく、それ故に電力源の肥大化を防ぐことができる。その結果、本発明に係る出力切替え方法が利用される電源装置の小型化、軽量化及び安価化を図ることができる。

本発明によれば、電圧出力の切替えを効率的に行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電源装置１Aの回路ブロック図である。

電源装置１Aは、複数の出力端子のうち予め定められた複数の出力端子の給電優先順位の基づいて定められた出力端子に電圧を供給するものであり、第２の切替手段（スイッチ２１、スイッチ制御部７）と、電圧変換部１０と、制御部１１と、スイッチ部（第１の切替手段）１２_１〜１２_Ｎと、出力端子１３_１〜１３_Nと、接続状態検出部１４_１〜１４_Nとから構成されている。

電源３０は、電源装置１Aの電力源であり、ＡＣアダプタあるいは電池によって構成されている。ここで、電源３０は、必要に応じて電源装置１Aに内蔵されていてもよい。

スイッチ２１は、電源３０と電圧変換部１０との電気的な接続又は遮断を制御するもので、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチ２１は、ソースが外部の電源３０に接続されおり、ドレインが電圧変換部１０及び制御部１１に接続されている。また、そのゲートは後述するスイッチ制御部７に接続されている。

スイッチ制御部７は、後述する接続状態検出部１４_１〜１４_Nによる負荷検知信号に基づいて複数の出力端子１３_１〜１３_Nのうち少なくとも１つの出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときにスイッチ２１をオンさせるためのものであり、ダイオード２３_１〜２３_Nと抵抗２２，２４_１〜２４_Nとを備える。ダイオード２３_１〜２３_Nのそれぞれのアノードは、スイッチ２１のゲートに接続されていると共に、抵抗２２を介してスイッチ２１のソースと電源３０との間に接続されている。ダイオード２３_１〜２３_Nのそれぞれのカソードは、対応する接続状態検出部１４_１〜１４_Nに接続していると共に、対応する抵抗２４_１〜２４_Nを介して電源３０とスイッチ２１のソースとの間に接続されている。なお、ダイオード２３_１〜２３_Nは、複数の出力端子１３_１〜１３_Nごとの負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎに基づいて複数の出力端子１３_１〜１３_Nのうち少なくとも１つの出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときにスイッチ２１をオンにする負論理オア回路を構成する。

電圧変換部１０は、後述する制御部１１からの指示に基づいて電源３０からの電圧を予め定められた出力端子の所定の出力電圧に変換するもので、スイッチングコンバータ又はシリーズレギュレータである。電圧変換部１０は、一端がスイッチ２１のドレインに接続されており、他端がそれぞれスイッチ部１２_１〜１２_Nを介して出力端子１３_１〜１３_Nに接続されている。なお、スイッチ部１２_１〜１２_Nは、ＭＯＳＦＥＴからなるものである。出力端子１３_１〜１３_Nそれぞれは、負荷装置の電源端子につながる形状を有するコネクタ６９_１〜６９_Ｎが嵌合可能にされている。

また、出力端子１３_１〜１３_Nそれぞれには、それぞれの出力端子での負荷装置の接続状態を検出し、それに対応する負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎを発生させる接続状態検出部１４_１〜１４_Nが接続されている。負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎは、負荷装置が接続されていない場合には電源３０の出力電圧（信号Ｓ_Ｈ）に設定され、負荷装置が接続された場合には、グランド電位（信号Ｓ_Ｌ）に設定される。接続状態検出部１４_１〜１４_Nは、負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎを生成し、その負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎを後述する制御部１１に出力する。

制御部１１は、接続状態検出部１４_１〜１４_Nからの負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎの受信、出力端子の給電の優先順位判定、出力電圧同定、電圧変換部１０への出力電圧の供給指示、及びスイッチ部１２_１〜１２_Nへのスイッチ制御信号Ｑ_１〜Ｑ_Ｎ出力によるスイッチ部１２_１〜１２_Nの切替状態の制御を行うもので、例えばロジック回路及びマイコンから構成されている。制御部１１は、スイッチ２１のドレインと電圧変換部１０との間、接続状態検出部１４_１〜１４_N、スイッチ部１２_１〜１２_Ｎ及び電圧変換部１０に接続されている。

スイッチ部１２_１〜１２_Nは、制御部１１により決定された1つの出力端子に電圧変換部１０からの出力電圧を選択的に切替えて供給するものであって、例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチ部１２_１〜１２_Nは、ソースのそれぞれが電圧変換部１０に接続されており、ドレインのそれぞれは対応する出力端子１３_１〜１３_Nに接続されている。またスイッチ部１２_１〜１２_Nのゲートのそれぞれは制御部１１に接続されている。スイッチ部１２_１〜１２_Nによる１つの出力端子への出力電圧の供給は、接続状態検出部１４_１〜１４_Nによる負荷検知信号に基づいて複数の出力端子のうち一以上の出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときに開始される。なお、本実施形態において、出力端子１３_１は携帯電話との接続のための端子であり、出力端子１３_２はＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースを有する機器との接続のための端子である。

以下に、電源装置１Ａの動作を説明する。

電源３０がスイッチ２１に接続された状態で、まず、接続状態検出部１４_１〜１４_Nにより出力端子１３_１〜１３_Ｎに負荷装置のコネクタ６９_１〜６９_Ｎが接続されたか検出され、接続状態に対応する負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Nが発生される。具体的には、出力端子１３_１〜１３_Ｎいずれにも負荷装置が接続されていない場合には、接続状態検出部１４_１〜１４_Nは負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎ全てを信号Ｓ_Ｈとして発生させる。この状態では、抵抗２２と抵抗２４₁〜２４_Nにより、スイッチ２１のゲートソース間の電位差は０ボルト近傍であり、スイッチ２１はオフの状態にある。一方、出力端子１３_１〜１３_Ｎのいずれかの出力端子に負荷装置が接続されると、その負荷装置が接続された出力端子の負荷検知信号を信号Ｓ_Ｌとして発生させる。例えば、出力端子１３_２に負荷装置が接続されると、接続状態検出部１４_２から信号Ｓ_Ｌが発生し、制御部１１に出力される。

接続状態検出部１４_２から信号Ｓ_Ｌが発生すると、スイッチ２１のゲート電圧は、ダイオード２３_２を経由してグランド電位まで低下し、スイッチ２１はオンとなる。スイッチ２１がオンとなると、電圧変換部１０と制御部１１とに電源３０から電圧が供給されるが、この段階では、制御部１１からスイッチ部１２_１〜１２_Ｎに、スイッチ制御信号Ｑ_１〜Ｑ_Ｎは出力されないのでスイッチ部１２_１〜１２_Nはオフ状態にあり、それ故に、出力端子１３_１〜１３_Ｎには電圧変換部１０からの出力電圧は供給されない。

次に、制御部１１により、接続状態検出部１４_１〜１４_Nにより発生した負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎが受信され、予め定められた出力端子の給電優先順位に基づいて出力電圧が供給される出力端子が決定される。すなわち、制御部１１は、負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎを受信し、信号Ｓ_Ｌとして出力された負荷検出信号を特定することによって負荷装置が接続された出力端子１３_１〜１３_Ｎを特定する。そして、特定された出力端子１３_１〜１３_Ｎの中から給電優先順位が最も高い出力端子を１つ特定し、その出力端子を出力電圧が供給される出力端子として決定する。

次に、制御部１１は、例えば、出力端子１３_２が出力先として決定された場合は出力端子１３_２にあらかじめ決められた出力電圧を同定し、同定した出力電圧に対応する出力電圧指示信号を電圧変換部１０に出力する。電圧変換部１０は出力電圧指示信号を受信して、電源３０からの電圧を出力電圧指示信号に対応する出力電圧に変換する。

次に、制御部１１は、スイッチ制御信号Ｑ_２を出力端子１３_２のスイッチ部１２_２に出力し、これに従って、スイッチ部１２_２はオンされ、コネクタ６９_２を介して負荷装置が接続されている出力端子１３_２に出力電圧を供給する。制御部１１は上記機能を定常的に繰り返し実行することで、すでに負荷装置に給電中の状態にあっても、更に優先度の高い負荷が接続された場合には迅速に出力を切替えることができる。

本実施形態に係る電源装置１Ａでは、制御部１１により予め定められた複数の出力端子１３_１〜１３_Ｎの給電に関する優先順位に基づいて出力電圧が供給される１つの出力端子が決定される。すなわち、後から負荷装置が接続された出力端子であっても、予め定められた給電優先順位に基づいて電圧変換部１０により変換された所定の出力電圧の供給を受け得る。そのため、本実施形態の電源装置によれば、電源給電先の効率的な切替えが可能となる。また、電源装置に電源３０が内蔵された場合において、決定された１つの出力端子に出力電圧が供給されるため、複数の負荷装置が同時に接続される場合であっても、電源３０は接続した各負荷装置が要求する最大電力の合計電力を供給する必要はなく、それ故に電源３０の肥大化を防ぐことができる。その結果、電源装置１Ａの小型化、軽量化及びコスト削減を図ることができる。

また、制御部１１は、出力電圧が、１つの出力端子に対して予め定められた電圧値となるように電圧変換部１０を制御する。これにより、出力端子毎にその出力端子に接続される負荷装置の種類を一対一に対応させることができる。その結果、出力端子１３_１〜１３_Ｎの出力特性を出力端子１３_１〜１３_Ｎに接続される負荷装置の入力電気特性に一致させることができる。

また、１つの出力端子への出力電圧の供給を、接続状態検出部１４_１〜１４_Ｎに負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎに基づいて複数の出力端子１３_１〜１３_Ｎのうち一以上の出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときに開始する。これにより、無負荷の状態で電力が消費されることを防ぐことができ、消費電力を低減することができる。

また、電源３０と電圧変換部１０との間に接続された第２の切替手段を更に備え、第２の切替手段は、スイッチ２１と、負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎに基づいてスイッチ２１の切替状態を制御するスイッチ制御部７とを有する。これにより、負荷の接続状態に応じて電源３０と電圧変換部１０との間の接続をオンオフすることで消費電力を低減することができる。

スイッチ制御部７は、ダイオード２３_１〜２３_Ｎから構成されており、複数の出力端子ごとの負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎに基づいて複数の出力端子１３_１〜１３_Ｎのうち少なくとも１つの出力端子に負荷装置が接続されていると判断されたときにスイッチ２１をオンにする負論理オア回路を含む。そのため、少なくとも１つの負荷装置が出力端子１３_１〜１３_Ｎに接続されている場合に電源３０と電圧変換部１０とが接続されるので、無負荷の状態での電力消費を低減することができる。
（第２実施形態）

図２は、第２実施形態に係る電源装置１Ｂの回路ブロック図である。

電源装置１Ｂは、第１実施形態の電源装置１Ａの構成において出力端子の数を2として、構成を簡素化したものであり、第１実施形態の電源装置１Ａとの相違点は、制御部１１が優先出力先判定部２６と論理否定部２７とから構成されている点である。その他の構成は、電源装置１Ａと同等であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。

優先出力先判定部２６は、制御部１１の一部を構成しており、制御部１１の機能のうち負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_２の受信、出力電圧の同定、電圧変換部１０への出力電圧の供給指示、及びスイッチ部１２_１〜１２_２の切替制御を行うものであり、例えばロジック回路やマイコンで構成されている。優先出力先判定部２６は、給電優先順位が高い側の出力端子に負荷装置が接続されているときにのみ動作し、給電優先順位が高い側の出力端子のスイッチ部１２_１をオンさせるものであり、本実施形態では出力端子１３_１の給電優先順位が高いため、出力端子１３_１に対応する接続状態検出部１４_１にのみ接続されている。

また、論理否定部２７は、接続状態検出部１４_１〜１４_２から発生した負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_２により負荷装置が接続されたと判断される出力端子側のスイッチ部１２_１，１２_２を排他的にオン状態にして他方の出力端子側のスイッチをオフ状態にさせるもので、スイッチ部１２_１とスイッチ部１２_２との間に接続されている。なお、本実施形態において、出力端子１３_１は携帯電話との接続のための端子であり、出力端子１３_２はＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースを有する機器との接続のための端子である。

以下に、電源装置１Ｂの動作を説明する。

電源３０のスイッチ２１に接続された状態で、まず、接続状態検出部１４_１，１４_２により出力端子１３_１，１３_２に負荷装置のコネクタ６９_１，６９_２が接続されたかどうかが検出され、接続状態に対応する負荷検知信号Ｐ_１，Ｐ_２が発生される。具体的には、出力端子１３_１，１３_２のいずれにも負荷装置が接続されていない時は、接続状態検出部１４_１，１４_２からの負荷検知信号Ｐ_１，Ｐ_２の両方が信号Ｓ_Ｈとして出力され、スイッチ２１はオフ状態に設定される。

一方、出力端子１３_１，１３_２に負荷装置が接続されると、接続状態検出部１４_１，１４_２の少なくとも1つが負荷検知信号Ｐ_１，Ｐ_２を信号Ｓ_Ｌとして生成する。そうすると、ダイオード２３_１〜２３_２により構成される負論理オア回路の出力はグランドレベルとなり、スイッチ２１はオンされる。スイッチ２１がオンされると、電源３０の電圧は電圧変換部１０に電圧が供給される。

次に、優先出力先判定部２６及び論理否定部２７からなる制御部１１により、接続状態検出部１４_１，１４_２により発生した負荷検知信号Ｐ_１，Ｐ_２が受信され、予め定められた出力端子の給電優先順位に基づいて出力電圧が供給される出力端子が決定される。すなわち、出力端子１３_２に負荷装置が接続された場合には、優先出力先判定部２６は動作せず、論理否定部２７により出力電圧が供給される出力端子として出力端子１３_２が決定され、スイッチ部１２_２がオンされる。一方、出力端子１３_１に負荷装置が接続されると、優先出力先判定部２６が動作し、優先出力先判定部２６により出力電圧が供給される出力端子として１３_１が決定され、スイッチ部１２_１がオンされる。このとき、直前にスイッチ部１２_２がオン状態であっても、論理否定部２７によりスイッチ部１２_１が排他的にオン状態とされ、スイッチ部１２_２はオフされる。

このような出力端子の決定と同時に、制御部１１は、決定された出力端子に対してあらかじめ決められた出力電圧を同定する。具体的には、出力端子１３_１に負荷装置が接続されて優先出力先判定部２６が動作している場合には、優先出力先判定部２６は、出力端子１３_１に予め決められた出力電圧に対応する出力電圧指示信号を電圧変換部１０に出力する。

これに対して、電圧変換部１０により電源３０からの電圧が制御部１１により決定された出力端子に対応する出力電圧に変換される。具体的には、出力電圧が供給される出力端子として１３_２が決定された場合には、優先出力先判定部２６が動作せずに電圧変換部１０により出力端子１３_２に対応する出力電圧が生成される。一方、優先出力先判定部２６により出力電圧が供給される出力端子として１３_１が決定された場合には、電圧変換部１０により、出力端子１３_１に対応する出力電圧が生成される。

次に、スイッチ部１２_１，１２_２により、決定された出力端子に選択的に切替えて出力電圧が供給される。具体的には、決定された出力端子が出力端子１３_２である場合には、スイッチ部１２_２により出力端子１３_２に予め定められた出力電圧がデフォルトとして供給される。また、決定された出力端子が出力端子１３_１である場合には、スイッチ部１２_１により電圧変換部１０によって変換された出力電圧が供給される。

本実施形態に係る電源装置１Ｂでは、制御部１１は、負荷装置の接続が検出された出力端子１３_１，１３_２の中から、給電優先順位がより高い出力端子１３_１，１３_２を１つの出力端子に決定する優先出力先判定部２６と、優先出力先判定部２６からの制御信号に応じて１つの出力端子に排他的に出力電圧を切替える論理否定部２７とを含む。これにより、優先度の高い１つの出力端子に排他的に出力電圧を出力させることができる。

また、優先出力先判定部２６には、出力端子１３_１の負荷装置の接続状態を検知し、その接続状態に対応する負荷検知信号Ｐ_１を生成する接続状態検出部１４_１のみが接続されており、接続状態検出部１４_２は接続されていない。そのため、負荷検知信号Ｐ_１，Ｐ_２が互いに干渉されることはなく、これにより、負荷装置が接続されてから給電が開始されるまでの待機時間の短縮化を図ることができる。
（第３実施形態）

図３は、第３実施形態に係る電源装置１Cの構成を示す図であり、先述した第２実施形態に係る電源装置の構成のより具体的な実施例を示すものである。電源装置１Ｃにおいてその構成が、電源装置１Ａと同等であるときは、同一符号を付して重複説明を省略する。

電圧変換部１０は、昇圧部８０と昇圧回路制御部８１と直列的に接続されている抵抗５３，５４及び５５とからなる。昇圧部８０は、コンデンサ８０_１，８０_２とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ８０_３とダイオード８０_４とコイル８０_５とからなる。それぞれの一端が接地されているコンデンサ８０_１とコンデンサ８０_２との他端同士は、コイル８０_５及びダイオード８０_４を介して互いに接続されている。また、ソースが接地されているｎチャネルＭＯＳＦＥＴ８０_３は、そのドレインがコイル８０_５とダイオード８０_４のアノ―ドとの間に接続されている。

また、一端が接地されているコンデンサ８０_１の他端とコイル８０_５の一端は並列的にｐチャネルＭＯＳＦＥＴ２１のドレインに接続されている。コイル８０_５の他端にはダイオード８０_４のアノードとｎチャネルＭＯＳＦＥＴ８０_３のドレインが並列的に接続されている。またダイオード８０_４のカソードには一端が接地されているコンデンサ８０_２の他端と抵抗５３の一端が接続されている。

昇圧回路制御部８１は、比較器８１_１と、三角波発生器８１_２と、誤差増幅器８１_３とから構成されている。誤差増幅器８１_３は、その反転入力端子に基準電圧Ｖ_ｒｅｆが入力されており、その非反転入力端子に抵抗５３の他端と抵抗５４の一端が接続されている。なお、抵抗５４の他端には一端が接地されている抵抗５５の他端が接続されている。誤差増幅器８１_３の出力端子は、非反転入力端子に三角波発生器８１_２が接続されている比較器８１_１の反転入力端子に接続されている。また、比較器８１_１の出力端子は、昇圧部８０のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ８０_３のゲートに接続されている。

昇圧部８０と昇圧回路制御部８１と抵抗５３，５４，５５からなる電圧変換部１０は、制御部１１の制御に応じて出力電圧を設定する。

制御部１１の優先出力先判定部２６は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５９，６２とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３と抵抗６０，６１とから構成されている。

ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５９は、抵抗５５の一端と他端にソース及びドレインがそれぞれ接続されており、そのゲートはソースが接地されておりドレインが抵抗６０の一端に接続されているｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６２のゲートに接続されている。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５９のゲートとｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６２のゲートとの間には一端が接地されている抵抗６１の他端とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３のドレインが並列的に接続されている。ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３のソースとゲートとの間には後述の論理否定部２７の抵抗６４が接続されている。

制御部１１の論理否定部２７は、抵抗６４，７５とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６８とからなる。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６８はソースが接地されており、ゲートは両端がｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３のソース及びゲートに接続されている抵抗６４を介してスイッチ２１のドレインに接続されており、且つドレインは抵抗７５の一端に接続されている。

スイッチ部１２_１は、コンデンサ５６とコンデンサ５６に並列的に接続されている抵抗５７とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ５８とから構成されている。コンデンサ５６及び抵抗５７の一端はｐチャネルＭＯＳＦＥＴ５８のソースに接続されており、コンデンサ５６及び抵抗５７の他端は抵抗６０の他端とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ５８のゲートとに接続されている。また、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ５８のドレインは出力端子１３_１を介してコネクタ６９_１に接続されている。

スイッチ部１２_２は、コンデンサ６６とコンデンサ６６に並列的に接続されている抵抗６５とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７とからなる。コンデンサ６６及び抵抗６５の一端はｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７のソースに接続されており、コンデンサ６６及び抵抗６５の他端は抵抗７５の他端とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７のゲートとに接続されている。また、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７のドレインは出力端子１３_２を介してコネクタ６９_２に接続されている。

また、コネクタ６９_１に接続される負荷装置７０_１の電源端子は、電源正極と負極に加え、負極端子と内部短絡した負荷検出のための端子を持ち、コネクタ６９_２に接続される負荷装置７０_２の電源端子は、正極と負極に加え、データ端子２つと、負極と内部短絡されたフレームグランドとを持つ構成とした。なお、本実施形態において、負荷装置７０_１は携帯電話であり、負荷装置７０_２はＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースを有する機器である。

次に、電源装置１Cの動作について詳細に説明する。

電源３０のスイッチ２１に接続された状態で、まず、接続状態検出部１４_１，１４_２により出力端子１３_１，１３_２に負荷装置のコネクタ６９_１，６９_２が接続されたかどうかが検出され、接続状態に対応する接続状態検出部１４_１，１４_２が発生される。具体的には、出力端子１３_１，１３_２のいずれにも負荷装置が接続されていない時は、接続状態検出部１４_１，１４_２からの負荷検知信号Ｐ_１，Ｐ_２の両方が信号Ｓ_Ｈとして出力され、スイッチ２１はオフ状態に設定される。

出力端子１３_２のコネクタ６９_２にのみ負荷装置７０_２の電源端子が接続された場合は、接続状態検出部１４_２が負荷検知信号Ｐ_２を信号Ｓ_Ｌとして生成し、これによりダイオード２３_１〜２３_２により構成される負論理オア回路の出力はグランドレベルとなり、ダイオード２３_２を介してｐチャネルＭＯＳＦＥＴ２１はオンされる。

スイッチ２１がオンされると、電源３０から電圧変換部１０に電圧が供給される。次に、優先出力先判定部２６及び論理否定部２７からなる制御部１１により、接続状態検出部１４_１，１４_２により発生した負荷検知信号Ｐ_１，Ｐ_２が受信され、予め定められた出力端子の給電優先順位に基づいて出力電圧が供給される出力端子が決定される。すなわち、出力端子１３_２に負荷装置７０_２が接続された場合には、優先出力先判定部２６は動作せず、論理否定部２７により出力電圧が供給される出力端子として１３_２が決定され、スイッチ部１２_２がオンされる。具体的には、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ２１がオンとなると、抵抗６４を介してｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６８がオンとなるので、スイッチ部１２_２のｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７のゲート電位が下がる一方、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ５８はオフのままとなる。

一方、出力端子１３_１に負荷装置７０_１が接続されると、優先出力先判定部２６が動作し、優先出力先判定部２６により出力電圧が供給される出力端子として１３_１が決定され、スイッチ部１２_１がオンされる。このとき、直前にスイッチ部１２_２がオン状態であっても、論理否定部２７によりスイッチ部１２_１が排他的にオン状態とされ、スイッチ部１２_２はオフされる。具体的には、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６８のゲート電位はグランドレベルとなり、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６８とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７はオフとなると同時に、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５９，６２はオンとなる。

このような出力端子の決定と同時に、制御部１１は、決定された出力端子にあらかじめ決められた出力電圧を同定し、同定された出力電圧に対応する出力電圧指示信号を電圧変換部１０に出力する。

これに対して、電圧変換部１０により電源３０からの電圧が制御部１１により決定された出力端子に対応する出力電圧に変換される。具体的には、論理否定部２７により出力電圧が供給される出力端子として１３_２が決定された場合には、優先出力先判定部２６が動作せずに、昇圧部８０の電圧設定は抵抗５３と抵抗５４と抵抗５５により決まる出力電圧に変換される。一方、優先出力先判定部２６により出力電圧が供給される出力端子として１３_１が決定された場合には、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５９とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６２はオンとなるので、抵抗５５がｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５９により短絡され、昇圧部８０の出力電圧は抵抗５３と抵抗５４のみで決まる出力電圧に変換される。

次に、スイッチ部１２_１，１２_２により、決定された出力端子に選択的に切替えて出力電圧が供給される。具体的には、決定された出力端子が出力端子１３_２である場合には、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７がオンされるので、出力電圧は負荷装置７０_２が接続されたコネクタ６９_１にのみに出力される。また、決定された出力端子が出力端子１３_１である場合には、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ５８がオンされるので、出力端子１３_１にのみに出力される。

次に、コネクタ６９_２を介して出力端子１３_２に負荷装置７０_２が接続されて、昇圧部８０の出力が出力端子１３_２に供給されている状態で、コネクタ６９_１を介して出力端子１３_１に負荷装置７０_１を追加接続した場合について説明する。出力端子１３_１に負荷装置７０_１が接続されると、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６８とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３の制御権は出力端子１３_１が持っているので、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５９がオンされ出力電圧は電圧変換部１０により出力端子１３_１に設定した出力電圧に変換されると同時に、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６７がオフに、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ５８がオンされ、出力端子は出力端子１３_２から出力端子１３_１に切り替る。更に、この状態で出力端子１３_１の負荷装置７０_１をはずすと、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６８がオン、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ６３がオフされるので、昇圧部８０の出力先は出力端子１３_１から出力端子１３_２に切り替る。同時に出力電圧も出力端子１３_２に設定された電圧に切り替る。

また、２つの出力端子にそれぞれ負荷装置が継続して接続されている場合には、予め定められた給電優先順位に基づいて給電優先順位が高い一方の出力端子に給電され、その出力端子に接続された負荷装置（例えば、携帯電話）への給電が終了された後に、他方の出力端子に給電の出力端子が切り替わりその出力端子に給電されるような仕組みとなっていてもよい。この場合には、他方の出力端子への給電中に、一方の出力端子に接続されている携帯電話を接続したままで使用等して再充電が必要となったとしても、携帯電話の接続を解除して再度接続しない限りは、他方の出力端子への給電が中断されないことが好ましい。それにより、短い時間内で給電優先順位が高い負荷装置の充電が繰り返される影響で、給電優先順位が低い負荷装置への給電が中断されることを回避することができる。

本実施形態においては、抵抗６０とコンデンサ５６とからなるRC遅延回路により、昇圧部８０の出力電圧の切り替る速度と出力端子の切り替る速度は異なる場合において、負荷装置７０_１の電源端子を出力端子１３_１に接続してから出力電圧が出力端子１３_１に供給されるまでに遅延を設ける必要があるとき、遅延時間を調整することができる。また、同様にコンデンサ６６と抵抗７５とからなるＲＣ遅延回路により、コネクタ６９_２を介して出力端子１３_２に負荷装置７０_２の電源端子が接続されてから昇圧出力が出力端子１３_２に出力されるまでの遅延時間を任意に変更することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。具体的には、本実施形態において、スイッチ２１，１２_１〜１２_Nは、ＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタであってもよい。また、半導体スイッチである必要はなく、機械式リレーであってもよい。

また、本実施形態において、負荷装置が接続されているか否かを表す負荷検知信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｎは、電位の変化として表れるが、電気抵抗の変化の形であってもよく、負荷装置が出力端子に装着された出力コネクタと嵌合すると、出力コネクタに組み込まれた機械式スイッチがオンとなる機械的な信号であってもよい。

また、給電の給電優先順位が高い負荷装置から、出力経路番号の低い経路に順次、繋がるように、あらかじめ出力端子自体に給電優先順位を設定しているが、これは出力端子と給電優先順位の設定ルールを特に限定するものではない。制御部１１をマイコンで構成した場合は、マイコン内に、出力経路番号と給電優先順位の対応テーブルを作ることで、出力端子の給電優先順位設定は任意かつ容易に設定・変更することができる。
また、第３実施形態において電圧変換部１０の一例として昇圧回路の例を示したが、これは、電源３０と負荷装置７０_１，７０_２の動作電圧との高低により、決定される設計事項であり、昇圧回路に限らず、昇降圧型や降圧型の電圧変換回路構成をとることができる。

電源装置１Aの回路ブロック図である。 電源装置１Ｂの回路ブロック図である。 電源装置１Ｃの回路ブロック図である。

符号の説明

７…スイッチ制御部、１０…電圧変換部、１１…制御部、１２_１〜１２_Ｎ…スイッチ部、１３_１〜１３_Ｎ…出力端子、１４_１〜１４_Ｎ…接続状態検出部、２２…スイッチ、２３_１〜２３_Ｎ…ダイオード，２４_１〜２４_Ｎ…抵抗、２６…優先出力判断部、２７…論理否定部、３０…電源。

Claims (4)

1. 電力源からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電圧変換部と、
   複数の出力端子での負荷装置の接続状態を検出し、該接続状態に対応する負荷検知信号を発生させる接続状態検出部と、
   前記接続状態検出部により発生した前記負荷検知信号の受信に応じて、予め定められた前記複数の出力端子の給電優先順位に基づいて、前記複数の出力端子のうち前記出力電圧が供給される１つの出力端子を決定する制御部と、
   決定された前記１つの出力端子に前記出力電圧を選択的に切り替えて供給する第１の切替手段と、
   前記電力源と前記電圧変換部との間に接続された第２の切替手段と
   を備え、
   前記第２の切替手段は、スイッチと、前記負荷検知信号に基づいて前記スイッチの切替状態を制御するスイッチ制御部とを有し、
   前記スイッチ制御部は、前記複数の出力端子ごとの前記負荷検知信号に基づいて前記複数の出力端子のうち少なくとも１つの出力端子に前記負荷装置が接続されていると判断されたときに前記スイッチをオンにする負論理オア回路を含み、
   前記１つの出力端子への前記出力電圧の供給を、前記接続状態検出部による前記負荷検知信号に基づいて前記複数の出力端子のうち一以上の前記出力端子に前記負荷装置が接続されていると判断されたときに開始する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記制御部は、前記所定の出力電圧が前記１つの出力端子に対して予め定められた電圧値となるように前記電圧変換部を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、前記負荷装置の接続が検出された前記出力端子の中から、前記給電優先順位がより高い出力端子を前記１つの出力端子に決定する優先出力先判定部と、前記優先出力先判定部からの制御信号に応じて前記１つの出力端子に排他的に前記出力電圧を切替える論理否定部とを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
4. 電圧変換部が、電力源からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電圧変換ステップと、
   接続状態検出部が、複数の出力端子での負荷装置の接続状態を検出し、該接続状態に対応する負荷検知信号を発生させる接続状態検出ステップと、
   スイッチ制御部が、前記負荷検知信号に基づいて前記電力源と前記電圧変換部との間に接続されたスイッチの切替状態を制御するスイッチ制御ステップと、
   制御部が、前記接続状態検出部により発生した前記負荷検知信号の受信に応じて、予め定められた前記複数の出力端子の給電優先順位に基づいて、前記複数の出力端子のうち前記出力電圧が供給される１つの出力端子を決定する制御ステップと、
   第１の切替手段が、決定された前記１つの出力端子に前記出力電圧を選択的に切り替えて供給する切替ステップと、
   を備え、
   前記スイッチ制御ステップでは、前記複数の出力端子ごとの前記負荷検知信号に基づいて前記複数の出力端子のうち少なくとも１つの出力端子に前記負荷装置が接続されていると判断されたときに前記スイッチをオンにし、
   前記１つの出力端子への前記出力電圧の供給を、前記接続状態検出部による前記負荷検知信号に基づいて前記複数の出力端子のうち一以上の前記出力端子に前記負荷装置が接続されていると判断されたときに開始する
   ことを特徴とする出力切替方法。

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