JP6069902B2 - 電源電流供給システム及びコネクタ - Google Patents

Description

本発明は、複数のインターフェース（ポート）を単位に電源電流を供給するための技術に関する。

現在、数多くの規格が策定されている。規格のなかには、電源電流の供給を想定したものがある。電源電流の供給を想定する規格では、その規格に準拠したインターフェースを介して接続される機器に電源電流を供給することができる。従って、そのようなインターフェースへの接続を想定した機器では、内蔵電池、及びＡＣ電源等は不要とすることができる。このため、そのような機器では、より小型化・軽量化を行うことができ、使用するうえでの準備が容易となる。パーソナルコンピュータ（以降「ＰＣ」）等には、電源電流の供給を想定する規格に準拠したインターフェースが複数、設けられるのが普通となっている。このことは、通常ＰＣにはインターフェースを介して電源電流を供給する電源電流供給システムが搭載されていることを意味する。

以降、インターフェースは「ポート」とも呼ぶことにする。また、ポートを介して電源電流を供給する電源電流供給システムはＰＣに構築されていると想定する。そのポートには、電源電流を供給するための少なくとも一つの電源出力端子、及びデータ信号を送受信するための少なくとも一つのデータ信号端子が存在する。

ポートへの電源電流を供給する方式の一つに、複数のポートを単位にして、電源電流の供給のオンオフ、過電流の検出を行う方式（以降「ギャング方式」）がある。このギャング方式では、例えば図１に表すように、４つのポート（図１中「Ｖｂｕｓポート」と表記）１１（１１−１〜１１−４）は、ヒューズ１２を介して電源回路（図１中「Ｖｂｕｓ Ｓｏｕｒｃｅ」と表記）に接続される。それにより、電源回路からの電源電流は、ヒューズ１２を介して各ポート１１に供給されるようになっている。ヒューズ１２は、５００ｍＡを超える過電流の検出、遮断のためのものである。図１中に表記の「５００ｍＡ」は、１ポートの定格電流（最大電流）値の例である。

ギャング方式では、各ポートに接続された機器は必要な電流値をＰＣ（電流供給）側に通知し、ＰＣ側は通知された電流値分、供給する電源電流を増大させる。このことから、ギャング方式では、各ポートに供給可能になる電源電流の最大値は、ポートに接続された機器、及びその数に応じた値となる。

近年、ポートに接続されることを想定した機器のなかには、そのポートの定格電流を越える電流を必要する機器が製品化されている。そのような機器（以降「高消費電力機器」と表記）として、例えばコーヒー保温機、電気こたつ、などもある。

高消費電力機器に必要な電源電流を供給可能にするために、従来、他のポートに接続されている機器の必要とする電流量をＰＣ側からの指示により変更することが行われていた。このような従来技術（以降「第１の従来技術」）では、必要な電流量を外部からの指示により変更可能な機器（以降「消費電力制御機器」と表記）が一つ以上ポートに接続されている状態を前提とする。この第１の従来技術では、そのような消費電力制御機器が接続されているポート数、及び消費電力制御機器により低減できる電流量に応じて、高消費電力機器により大きい電流を供給することができる。

また、従来、ＰＣ側の複数のポートと接続可能なアダプタを用意し、そのアダプタを介して高消費電力機器に電流を供給することも行われていた。このような従来技術（以降「第２の従来技術」）では、アダプタと接続させるＰＣ側のポート数分の電流を高消費電力機器に供給することができる。

上記第１の従来技術では、ポートに接続された消費電力制御機器が必要とする電流量を供給した後に、ＰＣ側の制御で消費電力制御機器の必要とする電流量を変更させる必要がある。このため、ＰＣ側には、高消費電力機器のポートへの接続を契機に、他のポートに接続されている諸費電力制御機器の必要とする電流量を変更させる仕組みを用意しなければならない。消費電力制御機器には、外部からの指示により、必要とする電流量を変更させる仕組みを用意しなければならない。そのような仕組みを用意する必要から、ＰＣ側、及び消費電力制御機器の双方の制御は複雑化する。この複雑化は、ＰＣ側、及び消費電力制御機器それぞれの製造コストを上昇させる。

上記第２の従来技術では、アダプタには例えばＰＣ側の複数のポートとケーブルを介して接続するための複数のポート、及び高消費電力機器と接続するためのポートが設けられ、ＰＣ側に必要な電流量を通知する機能が搭載される。このようなことから、アダプタの製造コストは大きいものとなる。

上記のように、第１及び第２の従来技術は共に、その実現のために必要なコストが大きいという問題点があった。高消費電力機器への必要な電流量の供給は、より低コストで実現できるようにすることが重要である。

特開２００９−７５９０２号公報 ＷＯ ２００５／０２２３６９

本発明を適用した１システムは、ギャング方式による１つのポートを介した電源電流の供給において、１ポート分の定格電流（最大電流）より大きい電流をより低コストで供給可能にするための技術を提供することを目的とする。

本発明を適用した１システムでは、電源電流が供給される電源入力端子と、電源入力端子に並列接続され、それぞれ電源電流を出力する複数の電源出力端子と、複数の電源出力端子にそれぞれ対応した複数のデータ信号端子と、複数のデータ信号端子の各々で受信される情報により特定される、複数のデータ信号端子の各々に対応している電源出力端子から出力される電源電流の要求量に応じた電源電流を電源入力端子へ供給すると共に、電源入力端子への供給電流に対する過電流保護を行う保護回路と、複数の電源出力端子および複数のデータ信号端子による複数の組のうちの少なくとも一つの組に分離自在に接続され、当該接続された組の電源出力端子から出力される電源電流の要求量の特定に電源回路が用いる情報であって自身の動作に必要な電源電流よりも大きい要求量が特定される当該情報が、当該接続された組のデータ信号端子から送り出されるコネクタとを有する。このコネクタは、コネクタにより接続される組のデータ信号端子と電源出力端子との間に挿入されて当該データ信号端子を当該電源出力端子と同電位にする抵抗を備えることによって、当該データ信号端子から送り出される情報を、自身の動作に必要な電源電流よりも大きい要求量が電源回路によって特定される情報とする。

本発明を適用した場合には、ギャング方式による１つのポートを介した電源電流の供給において、１ポート分の定格電流（最大電流）より大きい電流をより低コストで供給することができる。

ギャング方式による電源電流の供給を説明する図である。 第１の実施形態による電源電流供給システムの適用例を説明する図である。 第１の実施形態が適用されたダミーコネクタの回路構成を説明する図である。 ダミーコネクタの変形例を説明する図である。 ディスクリプタ情報の構成を説明する図である。 デバイスディスクリプタの構成を説明する図である。 第１の実施形態による電源電流供給システムが適用されたパーソナルコンピュータの回路構成を説明する図である。 第２の実施形態による電源電流供給システムが適用されたパーソナルコンピュータの回路構成を説明する図である。 第２の実施形態が適用されたダミーコネクタに設けられた選択スイッチを表す図である。 第２の実施形態が適用されたダミーコネクタの回路構成を説明する図である。 ターゲットポート、及びダミーコネクタが接続されるＵＳＢソケットに係わる各種信号の時間変化の例を表すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図２は、第１の実施形態による電源電流供給システムの適用例を説明する図である。本実施形態による電源電流供給システムは、図２に表すように、ノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２０に適用されている。ＰＣ２０本体側面には、電源電流が供給される２つのポート２０ａが設けられている。本実施形態による電源電流供給システムは、ポート２０ａに接続可能なダミーコネクタ４０を備える。このダミーコネクタ４０は、本実施形態を適用したコネクタに相当する。ここでは、ポート２０ａはＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタと想定する。ＵＳＢコネクタには、メス側コネクタと、そのメス側コネクタと接続されるオス側コネクタの２種類がある。それらを区別するために、メス側コネクタは「ＵＳＢレセプタクル」或いは「ＵＳＢソケット」と呼び、オス側コネクタは「ＵＳＢプラグ」と呼ぶことにする。ＰＣ２０側にはＵＳＢコネクタ２０ａとして「ＵＳＢソケット」が設けられる。ＵＳＢ規格としては、ＵＳＢ２．０を想定する。ＵＳＢ規格では、その種類に係わらず、電圧は５Ｖである。

図２中の３０は、ＵＳＢプラグ３０ａが付いたＵＳＢケーブル３０ｂを備え、そのＵＳＢケーブル３０ｂを介してＵＳＢソケット２０ａと接続できるハードディスク装置（ＨＤＤ）である。このハードディスク装置３０は、ＵＳＢ２．０で定められた１ポートの定格電流（最大電流）である０．５Ａより大きい電流、例えば１Ａの電流を必要とする。ダミーコネクタ４０は、そのような１Ａの電源電流のハードディスク装置３０への供給を可能とさせる。

図３は、第１の実施形態が適用されたダミーコネクタの回路構成を説明する図である。
図３中に表記の１〜４の数字は、ダミーコネクタ４０に設けられたＵＳＢプラグ（不図示）の各ピンに割り当てられたピン番号を表している。Ｖｂｕｓ、ＧＮＤ、Ｄ−（−ＤＡＴＡ）、Ｄ＋（＋ＤＡＴＡ）はそれぞれ、信号線を流れる信号の種類を表している。信号Ｖｂｕｓ、ＧＮＤは供給される電源電流である。信号Ｄ−、Ｄ＋はデータ通信される信号であり、それらの信号は差動信号である。

ダミーコネクタ４０は、図３に表すように、不図示のＵＳＢプラグのピン番号が１のピンが信号線４２と接続されている。同様に、ピン番号が２のピンは信号線４３、ピン番号が３のピンは信号線４４に、ピン番号が４のピンは信号線４５にそれぞれ接続されている。ＬＳＩ（Large Scale Integration）４１は、全ての信号線４２〜４５と接続されている。

信号線４２と信号線４４は、抵抗４６を介して接続されている。それにより、信号Ｄ＋はプルアップされる。このプルアップにより、ホスト（機器の接続先）は、ＵＳＢ規格に沿ってダミーコネクタ４０を例えばＵＳＢ規格のフルスピードデバイスとして認識する。

ＬＳＩ４１は、ダミーコネクタ４０の接続先（ここではＰＣ２０）によるダミーコネクタ４０の識別、消費電力の情報を含むディスクリプタ情報を格納した不揮発性メモリ４１ａを備えている。ディスクリプタ情報は、ホストに送信される。ホストにとっては、信号線Ｄ＋のプルアップの存在のみによってダミーコネクタ４０をフルスピードデバイスとして認識することが可能であることから、ＬＳＩ４１は省いても良い。図４は、図３上のＬＳＩ４１を省いた場合のダミーコネクタの回路例を表している。信号線４３は、抵抗４６により信号線４２と接続されたことにより、信号Ｄ−はプルアップされている。信号Ｄ−のプルアップにより、ホストは、ダミーコネクタ４０をロースピードデバイスとして認識する。

図５は、ディスクリプタ情報の構成を説明する図である。図５に表すように、ディスクリプタ情報は、デバイスディスクリプタ、コンフィグレーションディスクリプタ、インターフェースディスクリプタ、エンドポイントディスクリプタ、及びストリングディスクリプタ、を含む情報である。

ストリングディスクリプタには機器、インターフェースなどの説明の記述や、機器のシリアル番号を設定できる。それにより、ストリングディスクリプタは、説明の記述の項目毎に用意することができる。

デバイスディスクリプタには、図６に表すように、各種属性等の情報が記述される。例えばデバイスクラス６１は、ＵＳＢハブやキーボード、マウスなど、機器の分類（クラス）を表すための情報である。ＵＳＢ規格では、同じクラスに属する機器は同じリクエストパケットを使えるといった、機器の制御の共通化が図られている。ベンダＩＤ６２、プロダクトＩＤ６３は、ホスト（図２に表す構成ではＰＣ２０）側がロードすべきデバイスドライバの特定に用いられる。制御の共通化が図られた機器、例えばＨＩＤ（Human Interface Device）やマスストレージデバイス等では、デバイスクラス６１からデバイスドライバを特定することができる。ストリングインデックス（プロダクト）６４は、機器の説明等が記述されたストリングディスクリプタへのインデックスを指定する。

コンフィグレーションディスクリプタには、インターフェースの数、機器の消費電力、電源電流の供給方法などを記述することができる。インターフェースディスクリプタには、インターフェースの仕様が記述される。この仕様の一つとして、エンドポイントの数が記述される。エンドポイントは、ホストと機器を結ぶ論理的な通信経路となるバッファである。エンドポイント毎に、エンドポイント番号、転送方向、転送方式、最大パケットサイズが定義される。ホストと機器の間のデータ転送は、その転送内容に応じたエンドポイントを用いて行われる。エンドポイントディスクリプタは、そのような定義内容がエンドポイント毎に記述される。

ホスト（ＰＣ２０）に接続された機器は、ホストからの要求により、要求されたディスクリプタを送信する。図３に表すダミーコネクタ４０のＬＳＩ４１は、不揮発性メモリ４１ａに以下のようなディスクリプタ情報を格納している。

上記ディスクリプタ情報のデバイスディスクリプタでは、例えばデバイスクラス６１に「ダミーコネクタ」を表すクラスコードが記述されている。このデバイスディスクリプタでは、他に、ベンダＩＤ６２にダミーコネクタ４０を提供するベンダのＩＤ、プロダクトＩＤ６３にダミーコネクタ４０の製品型格、ストリングインデックス（プロダクト）６４にダミーコネクタ４０の説明が存在するストリングディスクリプタのインデックス、がそれぞれ記述されている。ダミーコネクタ４０の説明が存在するストリングディスクリプタは、ディスクリプタ情報の一部として用意されている。

コンフィグレーションディスクリプタでは、例えば機器の消費電力値として、要求する電源電流が０．５Ａ程であることを表す値が記述される。

ダミーコネクタ４０が接続された図２に表すＰＣ２０は、上記のようなデバイスディスクリプタ、コンフィグレーションディスクリプタ及びストリングディスクリプタを含むディスクリプタ情報を収集するエニュメレーションを行い、ダミーコネクタ４０を識別する。ＰＣ２０は、エニュメレーションの結果を用いて、ダミーコネクタ４０が要求する値分の電源電流の供給を可能にする。

ハードディスク装置３０も、ホスト（ＰＣ２０）からの要求により、エニュメレーションのためにディスクリプタ情報を転送する。ホストは、ハードディスク装置３０から転送されるディスクリプタ情報のデバイスディスクリプタにより、ハードディスク装置３０を識別する。ホストは、コンフィグレーションディスクリプタにより、ハードディスク装置３０が要求する値分の電源電流を供給可能にする。それにより、ハードディスク装置３０は、例えば０．５Ａの電源電流を確保することができる。

上記のような構成のダミーコネクタ４０は、自身の動作のために電源電流を必要とする。しかし、ダミーコネクタ４０の消費電力は僅かである。そのため、ダミーコネクタ４０が接続されたＵＳＢソケット２０ａは、事実上、使用されないことになる。このことから、ダミーコネクタ４０は、特定の電源電流を要求、例えば１つのＵＳＢポートの定格電流より非常に大きい電流を必要とする他の機器に供給すべき電源電流の供給を確保するために、自身の動作に必要な電源電流より大きい電源電流を要求すれば良い。

図２に表すＰＣ２０に適用された電源電流供給システムには、２つのＵＳＢソケット２０ａを単位として、電源電流の供給のオンオフ、過電流の検出を行うギャング方式が採用されている。このため、ダミーコネクタ４０をＵＳＢソケット２０ａに装着されたＰＣ２０は、他のＵＳＢソケット２０ａに接続された機器（以降「ＵＳＢ機器」）分の電流に加えて、ダミーコネクタ４０によって確保される分の電流を供給することになる。上記のように、ダミーコネクタ４０は自身では殆ど電力を消費しないため、他のＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器は、ＰＣ２０から供給される電流の殆どを使うことができる。それにより、図２に表すケースでは、ハードディスク装置３０は、自身の分である０．５Ａの電流と共に、ダミーコネクタ４０が接続された１つのポートの定格電流からそのダミーコネクタ４０によって消費される分を除いた電流を受けることができる。このようなことから、ギャング方式が２つのＵＳＢソケット２０ａを単位として電源電流を供給する場合、ダミーコネクタ４０を用いることにより、１つのＵＳＢソケット２０ａから最大でほぼ１Ａの電流を供給することができる。

上記したように、ホストは、デバイスディスクリプタのベンダＩＤ６２、プロダクトＩＤ６３から、機器に対応するデバイスドライバをロードするか、或いはデバイスクラス６１から特定されるデバイスドライバを必要に応じてロードする。ハードディスク装置３０をＵＳＢソケット２０ａに接続させた場合、ハードディスク装置３０に対応する専用のデバイスドライバをロードさせることができる。そのようなデバイスドライバには、ダミーコネクタ４０が接続されているか否かを確認し、その確認結果をホストがユーザに通知できるようにするための機能を搭載しても良い。そのような機能を搭載させた場合には、ダミーコネクタ４０が接続されていないことの確認によって、ダミーコネクタ４０の接続を促すユーザへの警告をホストが行えるようにしても良い。これらの機能は、ハードディスク装置３０のクラス標準のデバイスドライバがロードされる場合には、そのデバイスドライバにアタッチされるフィルタードライバを用いて実現させても良い。

図７は、ＰＣの回路構成を説明する図である。図７に表すように、ＰＣ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、メモリ（例えばメモリモジュール）２２、表示装置（図７中「Ｄｉｓｐ」と表記）２３、ハードディスク装置２４、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５、入力装置２６、ＰＣＨ（Platform Controller Hub）２７、電源回路２８、及びヒューズ２９を備える。入力装置２６は、キーボード（図７中「ＫＢ」と表記）、及びキーボードコントローラ（図７中「ＫＢＣ」と表記）を含む。本実施形態による電源電流供給システムは、例えばＣＰＵ２１、メモリ２２、ハードディスク装置２４、ＲＯＭ２５、ＰＣＨ２７、電源回路２８、ヒューズ２９、２つのＵＳＢソケット２０ａ、及びダミーコネクタ４０によって実現される。

上記構成において、ＲＯＭ２５は、例えばＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）コードを格納し、ハードディスク装置２４は、例えばＯＳ（Operating System）、各種アプリケーションプログラム、及び各種データを格納している。ＣＰＵ２１は、ＰＣＨ２７を介してＲＯＭ２５から読み出されたＢＩＯＳコードを実行する。ＣＰＵ２１は、ＢＩＯＳコードの実行により、ＰＣＨ２７を介してハードディスク装置２４からＯＳ（Operating System）を読み出して実行する。メモリ２２は、ＣＰＵ２１によるＢＩＯＳコード及びＯＳの実行に用いられる。

ＰＣＨ２７は、ハードディスク装置２４等のＵＳＢ機器を含む各種周辺装置とのインターフェース機能を提供する。ＰＣＨ２７は、例えばＰＣＩエクスプレスのオプションのバス・インターフェース（図示せず）、シリアルＡＴＡ（AT Attachment）、ＵＳＢ、ＬＡＮ、及びグラフィックスなどのための各種機能を備える。それにより、ＰＣＨ２７は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２５、及びハードディスク装置２４の他に、表示装置２３、入力装置２６、各ＵＳＢソケット２０ａ、及び電源回路２８と接続されている。このことから、ＣＰＵ２１は、ＰＣＨ２７を介して、表示装置２３上への画像の表示、入力装置２６にユーザが行った操作内容の認識、電源回路２８を用いた電源電流の供給制御、等を行う。

電源回路２８は、ヒューズ２９を介して各ＵＳＢソケット２０ａに電源電流を供給する。それにより、ヒューズ２９には、各ＵＳＢソケット２０ａのピン番号が１のピン、つまり信号Ｖｂｕｓを出力する信号線が並列に接続されている。このことから、電源回路２８は、ＵＳＢ規格に沿って、５Ｖの電圧を発生させる、各ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器によって要求される様々な値の電源電流を供給できる電源である。その構成自体は周知であるため、ここでは詳細は省略する。

上記ヒューズ２９は、電源回路２８からの過電流の検出、遮断のために用いられる保護回路の一例である。そのヒューズ２９としては、例えばポリスイッチを用いることができる。ポリスイッチは、ポリマ系のＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタであり、過電流や過熱により熱せられると、素子内部の温度が上昇し、抵抗値が増大して、電流供給量を微少に制限する。このような熱による抵抗値変化は可逆性であることから、ＰＴＣサーミスタはヒューズ２９として用いることができる。

ＰＣＨ２７は、例えば各ＵＳＢソケット２０ａからの信号Ｄ＋、及びＤ−の電圧変化を監視する。例えばＰＣＨ２７は、何れかのＵＳＢソケット２０ａからの信号Ｄ＋、或いはＤ−の電圧値が所定値以上となった場合に、ＵＳＢ規格における接続イベントが発生した旨をＣＰＵ２１に通知する。ＣＰＵ２１は、その通知によりエニュメレーションを行う。このエニュメレーションでは、ＣＰＵ２１は、信号Ｄ＋、及びＤ−を用いるＰＣＨ２７を介してＵＳＢ機器にデバイスディスクリプタの送信を要求する。その要求により、デバイスディスクリプタを取得できた場合、ＣＰＵ２１は、取得したデバイスディスクリプタにより、信号Ｄ＋、或いはＤ−の電圧値が所定値以上となったＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器を識別し、そのＵＳＢ機器にアドレスを割り当てる。その後、ＣＰＵ２１は、コンフィグレーションディスクリプタ等の他のディスクリプタをＵＳＢ機器から取得して、そのＵＳＢ機器の構成を認識する。その認識によって、ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器は使用可能になり、エニュメレーションは終了する。電源回路２８は、エニュメレーションにより特定された電流値に応じた電源電流を供給する。このように電源電流の供給量を制御することにより、ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器は指定した分の電源電流を受け取ることができる。

ＵＳＢ仕様では、各ポートに対し、エミュレーションを行ううえで必要な電流（１００ｍＡ）を供給することになっている。このことから、ＣＰＵ２１は、ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器を認識していない状況でも電源回路２８に１ＵＳＢソケット２０ａ当たり１００ｍＡの電源電流を供給させている。

上記のように、ハードディスク装置３０及びダミーコネクタ４０は共に電源電流として例えば０．５Ａを指定する。このため、ハードディスク装置３０及びダミーコネクタ４０がそれぞれＵＳＢソケット２０ａに接続されたＰＣ２０のＣＰＵ２１は、電源回路２８に１Ａの電源電流を供給させる。その結果、ハードディスク装置３０は、ほぼ１Ａの電源電流を使用できることとなる。ハードディスク装置３０による電源電流の指定は、ハードディスク装置３０が有する不揮発性メモリ３１に格納されたディスクリプタ情報をＰＣ２０のＣＰＵ２１が収集するエニュメレーションにより行われる。

ダミーコネクタ４０は、図３或いは図４に表すように、簡単な構成であるため、低コストで製造することができる。このことから、ダミーコネクタ４０を用いた他のＵＳＢソケット２０ａから供給可能な電源電流量の調整は低コストで実現させることができる。

なお、上記の説明では、ダミーコネクタ４０に指定させる電源電流量は０．５Ａを想定しているが、指定させる電源電流量は０．５Ａに限定されない。つまり指定させる電源電流量は任意で良い。また、指定させる電源電流量は変更可能にしても良い。ＵＳＢソケット２０ａを３つ以上、備えたＰＣ２０では、２個以上のダミーコネクタ４０をＵＳＢソケット２０ａに接続することにより、各ダミーコネクタ４０の指定する電源電流量に応じた電源電流を他のＵＳＢソケット２０ａからＵＳＢ機器に供給させることができる。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では、ダミーコネクタ４０のＵＳＢソケット２０ａへの接続により、ＰＣ２０は、ダミーコネクタ４０が指定する電流分の電源電流の供給を可能にさせる。ダミーコネクタ４０の接続は、別のＵＳＢ機器の接続を物理的に防ぐと共に、ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器への定格電流を超える電流の供給を可能にさせる。このようなことから、第２の実施形態は、ダミーコネクタ４０の接続によりそのダミーコネクタ４０の指定する電流を供給した結果、ＵＳＢソケットに接続されたＵＳＢ機器にとって過大な電流が供給されるのを回避できるようにしたものである。ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器への過大な電流供給を回避することにより、高い安全性を実現させることができる。

第２の実施形態におけるＰＣ、ダミーコネクタの各構成の大部分は上記第１の実施形態と同じである。このことから、第１の実施形態から変わらない、或いは基本的に同じ構成要素には第１の実施形態で付した符号をそのまま用いつつ、第１の実施形態から異なる部分に着目して説明を行う。

図８は、第２の実施形態におけるＰＣの回路構成を説明する図である。この図８では、第２の実施形態を説明するうえで特に重要な部分を抜粋してＰＣ２０の回路構成を表している。それにより、図８では、図７に表すメモリ２２、表示装置２３、ハードディスク装置２４、ＲＯＭ２５、入力装置２６、及び電源回路２８は省略している。

第２の実施形態では、図８に表すように、ＰＣ２０は４つのＵＳＢソケット２０ａ（２０ａ−１〜２０ａ−４）を備えている。各ＵＳＢソケット２０ａのピン番号が１のピンに接続された信号線（電源電流である信号Ｖｂｕｓが供給される信号線）には、それぞれ抵抗８２（８２−１〜８２−４）の一端が接続され、各抵抗８２の他端はヒューズ８３の一端に接続されている。ヒューズ８３の他端は不図示の電源回路２８に接続されている。それにより、ヒューズ８３は、ヒューズ２９と同様に、過電流の検出、遮断のために用いられる。そのヒューズ８３は、例えばポリスイッチ（ＰＴＣサーミスタ）であり、ヒューズ２９とは想定するＵＳＢソケット２０ａの数、つまり遮断すべき電源電流の値が異なっている。

各抵抗８２の両端は、ＰチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）８１（８１−１〜８１−４）のドレイン、ソースと接続されている。各ＦＥＴ８１のゲートは、ＰＣＨ２７と接続されている。それにより、ＣＰＵ２１は、ＰＣＨ２７を介して、各ＦＥＴ８１のオン／オフを制御することができる。このため、ＣＰＵ２１は、各ＦＥＴ８１のオン／オフ制御により、実際に電源電流が供給されるＵＳＢソケット２０ａを選択することができる。ＰＣＨ２７から各ＦＥＴ８１のゲートに出力される信号は以降「供給イネーブル信号」と呼ぶことにする。各ＦＥＴ８１は、供給イネーブル信号の電圧レベルがＬ（low）のときにオンし、その電圧レベルがＨ（High）のときにオフする。

第２の実施形態では、上記のように、電源電流が供給されるＵＳＢソケット２０ａをＣＰＵ２１が選択可能になっている。電源電流が供給されるＵＳＢソケット２０ａを選択可能にすることにより、ダミーコネクタ４０の指定分の電流を供給すべきＵＳＢソケット２０ａを制限することができる。従って、ダミーコネクタ４０の指定分の電流を供給した場合に、過大な電流が供給されることになるＵＳＢ機器が接続されたＵＳＢソケット２０ａへの電流供給を回避させることができるようになる。このため、高い安全性を実現させることができる。

上記ヒューズ８３は、４つのＵＳＢソケット２０ａ全体に対する過電流を遮断するためのものである。電源電流を供給するＵＳＢソケット２０ａを選択可能にする場合、或るＵＳＢソケット２０ａに過大な電流が流れる可能性がある。上記各抵抗８２は、そのような過大な電流がＵＳＢソケット２０ａに供給されるのを回避できるようにするために設けている。

各抵抗８２は、例えばＰＴＣサーミスタである。ＰＴＣサーミスタは、上記のように、電流を流すと自己発熱によって抵抗値が増大し、電流が流れにくくなる性質を有している。そのため、各抵抗８２は、接続されたＵＳＢソケット２０ａに過大な電流が流れないようにする電流制限素子として機能する。

電源電流が供給されるＵＳＢソケット２０ａは、ユーザが選択可能である。そのために、第２の実施形態では、ダミーコネクタ４０に、電源電流を供給すべきＵＳＢソケット２０ａを選択するための選択スイッチ９０を設けている。

図９は、第２の実施形態によるダミーコネクタに設けられた選択スイッチを表す図であり、図１０は、第２の実施形態によるダミーコネクタの回路構成を説明する図である。

図９に表すように、選択スイッチ９０には、１〜４の数字が印字されている。それにより、選択スイッチ９０は、１〜４の数字のうちの何れかをつまみ９０ａにより選択するようになっている。図９は、つまみ９０ａにより１が選択された状態を表している。１〜４の数字は、４つのＵＳＢソケット２０ａに対応付けられており、１は、例えばＵＳＢソケット２０ａ−１を表す。同様に、２はＵＳＢソケット２０ａ−２、３はＵＳＢソケット２０ａ−３、４はＵＳＢソケット２０ａ−４をそれぞれ表している。

ダミーコネクタ４０は、図１０に表すように、ＬＳＩ４１を備え、信号Ｄ＋の入出力に用いられる信号線４４を抵抗４６によって信号線４２に接続する構成である。このため、信号Ｄ＋はプルアップされる。選択スイッチ９０は、ａ〜ｄ接点を有し、つまみ９０ａの位置、つまりつまみ９０ａが指す数字により、ａ〜ｄ接点のうちの何れかとｅ接点を接続する。ａ〜ｄ接点は、図９に表す「１」〜「４」の数字に対応する接点である。

電源電流である信号Ｖｂｕｓが供給される信号線４２と各ａ〜ｄ接点の間には、それぞれ抵抗９４〜９１が配置され、ｅ接点はグランドに接続されている。それにより、ａ〜ｄ接点のなかでｅ接点と接続された接点の電圧値は、その接続によってグランドレベルまで低下する。このため、ａ〜ｄ接点のなかでｅ接点と接続された接点は、ａ〜ｄ接点の電圧値から特定できるようになっている。ＬＳＩ４１は、ａ〜ｄ接点の各電圧値を監視して、ｅ接点と接続された接点を特定し、信号線４３、４４に出力する信号Ｄ＋、Ｄ−により、特定した接点に対応するＵＳＢソケット２０ａを指定する情報（以降「ＵＳＢポート番号」と表記）をＰＣ２０に通知する。図８において、「２０ａ−」に続く「１」〜「４」の数字はＵＳＢポート番号を表すと想定する。図９に表す「１」〜「４」の数字は、ＵＳＢポート番号である。

ＰＣ２０のＣＰＵ２１は、ダミーコネクタ４０のＵＳＢソケット２０ａへの接続により、エニュメレーションを行い、ダミーコネクタ４０用のデバイスドライバをロードする。ＣＰＵ２１は、ロードしたデバイスドライバにより、エニュメレーションの後にダミーコネクタ４０から通知されるＵＳＢポート番号に応じて、各ＦＥＴ８１のスイッチング制御を行う。

ＵＳＢソケット２０ａに接続されるＵＳＢ機器は、ハードディスク装置３０のようなＵＳＢプロトコルに応答可能な機器、つまりＣＰＵ２１が認識可能な機器であるとは限らない。そのようなＵＳＢ機器に過大な電流を供給しないように、ＣＰＵ２１は、各ＦＥＴ８１のスイッチング制御は以下のように行う。

先ず、ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器を認識していない状況では、ＣＰＵ２１は、電源回路２８に、１つのＵＳＢソケット２０ａ当たり１００ｍＡの電源電流を供給させ、全てのＦＥＴ８１はオンさせる。それにより、何れのＵＳＢソケット２０ａにＵＳＢ機器が接続されてもエミュレーションを行える状態にする。

上記のような状況において、ＵＳＢソケット２０ａに接続されたＵＳＢ機器を認識した場合、ＣＰＵ２１は、エミュレーションを行い、そのＵＳＢ機器が指定する分の電源電流を電源回路２８に更に供給させる。全てのＦＥＴ８１は、オンさせた状態を維持させる。

全てのＦＥＴ８１のオン状態を維持させるのは、認識されたＵＳＢ機器がダミーコネクタ４０以外の機器であった場合である。ダミーコネクタ４０が認識されない状況では、ＣＰＵ２１は、全てのＦＥＴ８１のオン状態を維持させたまま、認識できるＵＳＢ機器の接続、或いはＵＳＢ機器の接続終了に応じて、電源回路２８に供給させる電流量を調整する。ＵＳＢ機器の接続終了は、ＵＳＢ機器のＵＳＢソケット２０ａからの取り外しに伴うＰＣＨ２７２７の通知、或いは入力装置２６を用いたＵＳＢ機器の取り外し指示の処理によってＣＰＵ２１に認識される。

認識したＵＳＢ機器がダミーコネクタ４０であった場合、ＣＰＵ２１は、電源回路２８にダミーコネクタ４０が指定する分の電源電流を更に供給させる。また、ダミーコネクタ４０が接続されたＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１、及びダミーコネクタ４０から通知されたＵＳＢポート番号が割り当てられているＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１の２つのみオンさせ、残りのＦＥＴ８１は全てオフさせる。そのようにして、ＣＰＵ２１は、電源電流を供給すべきＵＳＢソケット２０ａを制限する。この制限は、認識していないＵＳＢ機器が他のＵＳＢソケット２０ａに接続されていることにより、或いは他のＵＳＢソケット２０ａに新たにＵＳＢ機器が接続されることにより、そのＵＳＢ機器に過大な電流が供給されるのを防止する。

ダミーコネクタ４０の接続が終了した場合、ＣＰＵ２１は、電源回路２８から１ＵＳＢソケット２０ａ当たり１００ｍＡの電源電流を供給させ、ダミーコネクタ４０から通知されたＵＳＢポート番号が割り当てられているＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１をオフさせる。それにより、ユーザが選択スイッチ９０により指定したＵＳＢソケット２０ａへの電源電流供給はダミーコネクタ４０の接続終了により直ちに停止される。そのようにして、第２の実施形態では、ダミーコネクタ４０の接続終了は、ユーザが指定したＵＳＢソケット２０ａへの電流供給の停止指示と見なされる。

ＣＰＵ２１は、ユーザが指定したＵＳＢソケット２０ａへの電流供給を停止する一方、オフさせている全てのＦＥＴ８１をオンさせる。それにより、ユーザが指定したＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１以外の全てのＦＥＴ８１はオン状態に移行させて、ユーザが指定したＵＳＢソケット２０ａ以外のＵＳＢソケット２０ａへのＵＳＢ機器の接続に対応可能にさせる。ユーザが指定したＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１は、例えばオフさせてから所定時間が経過した後にオンさせる。これは、そのＵＳＢソケット２０ａから、認識できないＵＳＢ機器が直ちに取り外されない可能性を考慮し、そのようなＵＳＢ機器が実際に取り外されるまで電源電流の供給を停止するようにしたためである。

なお、本実施形態では、ダミーコネクタ４０が接続された場合、ダミーコネクタ４０が接続されたＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１、及びダミーコネクタ４０から通知されたＵＳＢポート番号が割り当てられているＵＳＢソケット２０ａ（以降「ターゲットポート」と呼ぶ）のＦＥＴ８１の２つのみオンさせる。しかし、オンさせるＦＥＴ８１は、ダミーコネクタ４０が接続される前に接続が認識されたＵＳＢソケット２０ａを考慮して選択するようにしても良い。具体的には、例えばダミーコネクタ４０が接続される前にＵＳＢソケット２０ａに接続されていたＵＳＢ機器には、そのＵＳＢ機器がターゲットポートに接続されているか否かに係わらず、電源電流の供給を継続させるようにしても良い。これは、既に接続されているＵＳＢ機器はダミーコネクタ４０の接続後も使用できるようにするためである。そのＵＳＢ機器がターゲットポートに接続されていない場合、そのＵＳＢ機器への電源電流の供給は、ターゲットポートにＵＳＢ機器が接続されていることが確認できた場合にのみ継続させるようにしても良い。これは、ターゲットポートに接続されたＵＳＢ機器によって電流が消費されることから、ターゲットポートに接続されていないＵＳＢ機器にとって過大な電流が供給される可能性が低くなるためである。

図１１は、ターゲットポート、及びダミーコネクタが接続されるＵＳＢソケットに係わる各種信号の時間変化の例を表すタイミングチャートである。ここでは、ユーザが指定のＵＳＢソケット２０ａ（図１１中「ターゲットポート」と表記）に係わる信号として、そのＵＳＢソケット２０ａを介して出力される信号Ｖｂｕｓの電圧、及び電流、ＦＥＴ８１に出力される供給イネーブル信号の電圧の時間変化を表している。ダミーコネクタ４０が接続されるＵＳＢソケット２０ａに係わる信号として、ダミーコネクタ４０に入力される信号Ｖｂｕｓの電圧、信号Ｄ＋、Ｄ−の各電圧、を表している。次に図１１を参照して、ＰＣ２０のＣＰＵ２１およびダミーコネクタ４０の動作について具体的に説明する。

図１１に表す例は、ターゲットポートに既にＵＳＢ機器が接続された後にダミーコネクタ４０がＵＳＢソケット２０ａに接続される場合のものである。ターゲットポートにＵＳＢ機器が接続された状況となった後、ダミーコネクタ４０は、時刻ｔ１でＵＳＢソケット２０ａと接続され、接続されたＵＳＢソケット２０ａを介して供給される信号Ｖｂｕｓの電圧が５Ｖとなる。その電圧の変動に伴い、抵抗４６によりプルアップされた信号Ｄ＋の電圧が時刻ｔ２から上昇し、その電圧の上昇はＰＣＨ２７により検出され、時刻ｔ３にＰＣ２０のＣＰＵ２１によって認識される。

電圧の上昇を認識したＰＣ２０のＣＰＵ２１は、機器接続時の不確定状態を排除するために、期間ｔ４の間、バスリセット信号の発行をＰＣＨ２７に指示し、ダミーコネクタ４０の信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧をＬに維持させる。それにより、ダミーコネクタ４０のＬＳＩ４１は、初期化処理（リセット）を行う。その後の期間ｔ５において、ＰＣ２０のＣＰＵ２１は、ＰＣＨ２７にエニュメレーションの実行を指示し、ダミーコネクタ４０からディスクリプタ情報、つまりデバイスディスクリプタ、コンフィグレーションディスクリプタ等の各種ディスクリプタを収集する。

ダミーコネクタ４０からのディスクリプタ情報の収集により、ＰＣ２０のＣＰＵ２１は、電源回路２８に指示し、ダミーコネクタ４０の指定する電流値に応じて、電源電流の供給量を増大させる。その結果、時刻ｔ６以降、ターゲットポートは、信号Ｖｂｕｓにより０．５Ａを越える電源電流の消費が可能になる。例えばターゲットポートに接続されたＵＳＢ機器がハードディスク装置３０であった場合には、ハードディスク装置３０はほぼ１Ａの電源電流を引き入れることができるようになる。このとき、ＣＰＵ２１は、ターゲットポート、及びダミーコネクタ４０が接続されたＵＳＢソケット２０ａを除く他のＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１への供給イネーブル信号は全てＨとすることで、他のＵＳＢソケット２０ａへのＵＳＢ機器の接続を無効にさせる。

その後、ダミーコネクタ４０がＵＳＢポート２０ａから時刻ｔ７に抜かれると、ダミーコネクタ４０の信号線４１の電圧はＬとなり、その電圧の低下に伴って、ＬＳＩ４１は動作を停止し、信号Ｄ＋の電圧も低下する。それにより、ＰＣ２０のＣＰＵ２１は、ダミーコネクタ４０の接続終了を時刻ｔ８にＰＣＨ２７からの通知により認識する。そのため、ＣＰＵ２１は、ターゲットポートのＦＥＴ８１への供給イネーブル信号をＨにして、ターゲットポートからの電源電流の供給を停止させる。この結果、ターゲットポートから供給される信号Ｖｂｕｓの電圧レベルはＬに低下する。また、ＣＰＵ２１は、ターゲットポート、及びダミーコネクタ４０が接続されたＵＳＢソケット２０ａを除く他のＵＳＢソケット２０ａのＦＥＴ８１への供給イネーブル信号を全てＬとすることで、他のＵＳＢソケット２０ａへの電源電流の供給を開始させる。

ユーザが入力装置２６を介してダミーコネクタ４０の取り外しを指示した場合、ＣＰＵ２１は、その指示を処理することでダミーコネクタ４０を接続終了と見なす。このため、この場合は、信号Ｄ＋の電圧レベルに係わらず、ダミーコネクタ４０の接続終了が認識される。

なお、第２の実施形態では、ＵＳＢソケット２０ａに接続可能なダミーコネクタ４０は１個と想定しているが、複数個のダミーコネクタ４０の接続を想定しても良い。その場合、複数個のダミーコネクタ４０によってより大きい電源電流を１つのＵＳＢソケット２０ａ（ターゲットポート）から供給できるようになる。また、ダミーコネクタ４０は、ターゲットポートを１つのみ選択可能としているが、複数のターゲットポートを選択可能にしても良い。

本実施形態（第１及び第２の実施形態）では、電源電流を供給可能なインターフェースとしてＵＳＢ規格のインターフェースを想定しているが、電源電流を供給可能であれば、インターフェースの種類は特に限定されない。また、本実施形態はＰＣ２０に適用したものであるが、適用可能な装置はＰＣ２０のようなデータ処理装置に限定されない。本実施形態は、電源電流を供給可能なインターフェースを設ける電気製品に幅広く適用することができる。

以上の変形例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
電源電流が供給される電源入力端子と、
前記電源入力端子に並列接続され、それぞれ電源電流を出力する複数の電源出力端子と、
前記電源入力端子への供給電流に対する過電流保護を行う保護回路と、
前記複数の電源出力端子にそれぞれ対応した複数のデータ信号端子と、
前記複数の電源出力端子および前記複数のデータ信号端子による複数の組のうちの少なくとも一つの組に分離自在に接続され、電源出力端子とデータ信号端子を接続するコネクタとを有することを特徴とする電源電流供給システム。
（付記２）
前記電源入力端子と各電源出力端子間にそれぞれ配置された複数のスイッチング手段と、
前記複数の電源出力端子のなかで前記電源電流を出力すべき電源出力端子を指定するための指定手段と、
前記複数のスイッチング手段のスイッチングを制御し、前記指定手段により指定された電源出力端子に前記電源電流を出力させるスイッチング制御手段とを更に有することを特徴とする付記１記載の電源電流供給システム。
（付記３）
前記指定手段は、前記コネクタに設けられていることを特徴とする付記２記載の電源電流供給システム。
（付記４）
前記スイッチング制御手段は、前記複数のスイッチング手段のスイッチングを制御することにより、前記コネクタが接続された電源出力端子および前記指定手段により指定された電源出力端子にのみ前記電源電流を供給させることを特徴とする付記３記載の電源電流供給システム。
（付記５）
電源電流供給システムが電源電流を出力する電源出力端子と接続可能な電源入力端子と、
前記電源電流供給システムの前記電源出力端子に対応したデータ信号端子と接続可能なデータ入出力端子と、
前記データ入出力端子に前記電源入力端子と接続する接続手段とを有することを特徴とするコネクタ。
（付記６）
前記電源電流供給システムが前記電源出力端子を複数、備えている場合に、該複数の電源出力端子のなかで前記電源電流を出力すべき電源出力端子を指定するための指定手段と、
前記データ入出力端子を介して、前記指定手段による指定結果を前記電源電流供給システムに通知する信号入出力手段とを更に有することを特徴とする付記５記載のコネクタ。
（付記７）
複数の電源出力端子を単位に電源電流を出力する電源電流供給システムに、
前記複数の電源出力端子および該複数の電源出力端子にそれぞれ対応した複数のデータ信号端子による複数の組のうちの一つの組に分離自在に接続されるコネクタを認識させ、
該認識させたコネクタに応じた電源電流を供給させることにより、該認識させたコネクタが接続されている組以外の組から、１つの組で想定されている電源電流より大きい電源電流を出力可能にさせることを特徴とする電源電流供給方法。

２０ パーソナルコンピュータ
２０ａ、２０ａ−１〜２０ａ−４ ＵＳＢコネクタ（ＵＳＢソケット）
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２４ ハードディスク装置
２５ ＲＯＭ
２７ ＰＣＨ
２８ 電源回路
２９、８３ ヒューズ
３０ ハードディスク装置（機器）
３１、４１ａ 不揮発性メモリ
４０ ダミーコネクタ
４１ ＬＳＩ
４２〜４５ 信号線
４６、８２、８２−１〜８２−４、９１〜９４ 抵抗
８１、８１−１〜８１−４ ＦＥＴ
９０ 選択スイッチ
９０ａ つまみ

Claims (5)

1. 電源電流が供給される電源入力端子と、
   前記電源入力端子に並列接続され、それぞれ電源電流を出力する複数の電源出力端子と、
   前記複数の電源出力端子にそれぞれ対応した複数のデータ信号端子と、
   前記複数のデータ信号端子の各々で受信される情報により特定される、前記複数のデータ信号端子の各々に対応している前記電源出力端子から出力される電源電流の要求量に応じた電源電流を前記電源入力端子へ供給すると共に、前記電源入力端子への供給電流に対する過電流保護を行う電源回路と、
   前記複数の電源出力端子および前記複数のデータ信号端子による複数の組のうちの少なくとも一つの組に分離自在に接続され、該接続された組の電源出力端子から出力される電源電流の要求量の特定に前記電源回路が用いる情報であって自身の動作に必要な電源電流よりも大きい要求量が特定される該情報が、該接続された組のデータ信号端子から送り出されるコネクタとを有し、
   前記コネクタは、前記コネクタにより接続される前記組の前記データ信号端子と前記電源出力端子との間に挿入されて該データ信号端子を該電源出力端子と同電位にする抵抗を備えることによって、該データ信号端子から送り出される前記情報を、自身の動作に必要な電源電流よりも大きい要求量が前記電源回路によって特定される情報とすることを特徴とする電源電流供給システム。
2. 前記電源入力端子と各電源出力端子間にそれぞれ配置された複数のスイッチング手段と、
   前記複数の電源出力端子のなかで前記電源電流を出力すべき電源出力端子を指定するための指定手段と、
   前記複数のスイッチング手段のスイッチングを制御し、前記指定手段により指定された電源出力端子に前記電源電流を出力させるスイッチング制御手段とを更に有することを特徴とする請求項１記載の電源電流供給システム。
3. 前記指定手段は、前記コネクタに設けられていることを特徴とする請求項２記載の電源電流供給システム。
4. 前記スイッチング制御手段は、前記複数のスイッチング手段のスイッチングを制御することにより、前記コネクタが接続された電源出力端子および前記指定手段により指定された電源出力端子にのみ前記電源電流を供給させることを特徴とする請求項３記載の電源電流供給システム。
5. 電源電流が供給される電源入力端子と、前記電源入力端子に並列接続され、それぞれ電源電流を出力する複数の電源出力端子と、前記複数の電源出力端子にそれぞれ対応した複数のデータ信号端子と、前記複数のデータ信号端子の各々で受信される情報により特定される、前記複数のデータ信号端子の各々に対応している前記電源出力端子から出力される電源電流の要求量に応じた電源電流を前記電源入力端子へ供給すると共に、前記電源入力端子への供給電流に対する過電流保護を行う電源回路と、を備える電源電流供給システムに用いられるコネクタであって、
   前記複数の電源出力端子および前記複数のデータ信号端子による複数の組のうちの少なくとも一つの組に分離自在に接続され、該接続された組の電源出力端子から出力される電源電流の要求量の特定に前記電源回路が用いる情報であって自身の動作に必要な電源電流よりも大きい要求量が特定される該情報が、該接続された組のデータ信号端子から送り出され、前記コネクタにより接続される前記組の前記データ信号端子と前記電源出力端子との間に挿入されて該データ信号端子を該電源出力端子と同電位にする抵抗を備えることによって、該データ信号端子から送り出される前記情報を、自身の動作に必要な電源電流よりも大きい要求量が前記電源回路によって特定される情報とすることを特徴とするコネクタ。

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