JP6604863B2 - 受電装置およびそのコントローラ、それを用いた電子機器、給電システムの制御方法 - Google Patents

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）に準拠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、１２Ｖ、２０Ｖ）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）の供給が許容される。さらにＵＳＢ ｔｙｐｅ−Ｃ規格においても、ＵＳＢＰＤがサポートされている。

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、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格に準拠しており、ＵＳＢケーブル１０２を介して接続される給電装置２００Ｒと受電装置３００Ｒを備える。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４００Ｒ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、レセプタクル２０６を含む。レセプタクル２０６にはＵＳＢケーブル１０２が着脱可能に接続される。なおレセプタクル２０６が省略され、ＵＳＢケーブル１０２が給電装置２００Ｒ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２０６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。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１０２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１０２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）３０６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３０６は、給電装置２００Ｒと受電装置３００Ｒの間の通信機能を提供する。なお、ＵＳＢ ＰＤ規格においては、ＣＣ端子は省略され、バスラインを介して通信するよう構成される。

電子機器４００Ｒは、受電装置３００Ｒに加えて、レセプタクル４０２および負荷４０４を備える。負荷４０４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４０２にはＵＳＢケーブル１０２を介して給電装置２００Ｒ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、受電側コントローラ３０６、マイクロコントローラ３０８、電源回路３２０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１０２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）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、したがってバッテリ３０２を充電するためには、Ｖ_ＡＤＰ＞Ｖ_ＢＡＴでなければならない。

充電回路３０４から電源回路３２０へは、バス電圧Ｖ_ＢＵＳ（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。電源回路３２０はシステム電圧Ｖ_ＳＹＳを昇圧もしくは降圧して、負荷４０４の各回路ブロックに電源電圧Ｖ_ＤＤを供給する。電源回路３２０は、パワーマネージメントＩＣ（Integrated Circuit）と、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である。

受電側コントローラ３０６は、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−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と通信（ネゴシエーション）する。マイクロコントローラ３０８は、受電装置３００ＲにおいてＵＳＢ充電およびパワーマネージメントに関する機能を統括的に制御する。

図２は、図１のＵＳＢ ＰＤ規格におけるバス電圧Ｖ_ＢＵＳの決定プロセスを示す図である。ここでは一例として給電装置２００Ｒが、５Ｖ，９Ｖおよび１２Ｖをサポートするものとする。バッテリ３０２は、たとえば２セルのリチウムイオン電池であり、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは６〜９Ｖの範囲で変動する。このバッテリ３０２を充電するためには、９Ｖまたはそれより高いバス電圧Ｖ_ＢＵＳが必要である。受電側コントローラ３０６もしくはマイクロコントローラ３０８には、給電装置２００Ｒに要求するバス電圧Ｖ_ＢＵＳの優先順位（たとえば９Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖ）が規定されている。

時刻ｔ０に受電装置３００Ｒに対して、給電装置２００ＲがＵＳＢケーブル１０２を介して接続されると、初期値である５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給され、受電側コントローラ３０６と給電側コントローラ２０４のリンクが確立する（ｔ１）。受電側コントローラ３０６と給電側コントローラ２０４が通信を行い（ネゴシエーション）、給電側コントローラ２０４に対して、９Ｖまたはそれより高いバス電圧Ｖ_ＢＵＳを要求する（ｔ１〜ｔ２）。この例では、給電装置２００Ｒが９Ｖをサポートしているため、バス電圧Ｖ_ＢＵＳ＝９Ｖの要求がアクセプトされる。そして時刻ｔ２以降、９Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳの供給され、充電が開始する。充電とともにバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは上昇する。

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。
充電回路３０４の効率は、その入力電圧であるＶ_ＡＤＰと、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ（システム電圧Ｖ_ＳＹＳ）に応じている。従来の給電システム１００Ｒにおいては、一旦、ネゴシエーションによってバス電圧Ｖ_ＢＵＳが設定されると、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの設定値は、その後、固定される。つまり充電回路３０４の入力電圧は一定である。一方、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは、バッテリ３０２のＳＯＣ（State Of Charge）に応じて変化する。したがって、バッテリ３０２が充電（あるいは放電）される過程において、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴの大きさによっては、充電回路３０４の効率が著しく低下する可能性がある。充電回路３０４の効率低下は、省エネ化の観点から好ましくなく、また、バッテリ３０２の充電時間が長くなるという問題を引き起こす。

またバス電圧Ｖ_ＢＵＳを一定でシステムを動作させたときに、受電装置３００Ｒの消費電力が給電装置２００Ｒが供給可能な電力を上回ると、バス電圧Ｖ_ＢＵＳがドロップし、充電が停止するような状況が生じうる。

なおこれらの問題は、ＵＳＢ ＰＤ規格やＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格に限らず、同様の構成、プロトコルが実行される給電システムにおいて生じるうる。

本発明は係る状況におい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、給電装置と受電装置との間の通信機能をフルに活用した受電装置の提供にある。

本発明のある態様は、着脱可能なケーブルを介して給電装置から電力供給を受ける受電装置に関する。受電装置は、バッテリと、給電装置からケーブルを介してバス電圧を受け、バッテリを充電する充電回路と、給電装置との間で通信し、バス電圧の目標値を指示するコントローラと、を備える。コントローラは、受電装置の状態に応じて、バス電圧の目標値を適応的に変化させる。

この態様によると、時々刻々と状態が変化する受電装置に対して、好ましいバス電圧を適応的に供給することができる。

たとえば受電装置の状態は、バッテリの状態や、負荷の状態（消費電力／消費電流）、ケーブルの状態、その他さまざまな電気的状態、物理的状態を含みうる。またバッテリの状態とは、バッテリの電圧、電流、ＳＯＣ（State Of Charge）、温度などを含む。負荷の状態とは、負荷の消費電力や負荷のスリープ状態などを含む。

コントローラは、少なくともバッテリの電圧にもとづいて、バス電圧の目標値を変化させてもよい。

コントローラは、充電回路の効率が高くなるように、バス電圧の目標値を変化させてもよい。

ある態様の受電装置は、バス電圧およびバッテリの電圧の少なくとも一方に応じたシステム電圧を受け、負荷に電源電圧を供給する電源装置をさらに備えてもよい。コントローラは、少なくとも負荷の状態にもとづいて、バス電圧の目標値を変化させてもよい。

コントローラは、給電装置からの給電電流が不足しないように、バス電圧の目標値を変化させてもよい。これにより、バス電圧がドロップして充電不能となるのを抑制できる。

充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータの効率は、その入力電圧すなわちバス電圧と、その出力電圧すなわちバッテリ電圧の双方に依存する。そこでバッテリ電圧（出力電圧）の複数の値に対して最大効率を与えるバス電圧（入力電圧）をあらかじめ求めておいてもよい。

充電回路は、リニアレギュレータを含んでもよい。この場合、充電回路３０４の入出力の電位差が小さくなるように、バス電圧の目標値を変化させることにより、効率を改善できる。

受電装置および給電装置は、ＵＳＢ ＰＤ（Power Delivery）規格またはＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格に準拠してもよい。

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、上述のいずれかの受電装置を備えてもよい。

本発明の別の態様は、受電装置に使用されるコントローラに関する。受電装置は、コントローラに加えて、バッテリと、給電装置からケーブルを介してバス電圧を受け、バッテリを充電する充電回路と、少なくとも受電回路とコントローラを接続する内部バスまたは信号線と、を備える。コントローラは、給電装置との間で通信する通信部と、内部バスまたは信号線を介して充電回路と通信し、バッテリの電圧を取得するインタフェースを含み、少なくともバッテリの電圧にもとづいて、バス電圧の目標値を適応的に変化させるプロセッサと、を備える。

プロセッサは、バッテリの電圧とバス電圧の目標値の対応関係を規定するテーブルを含んでもよい。

バッテリの電圧とバス電圧の目標値の対応関係は、充電回路の効率が高くなるように定められていてもよい。

受電装置は、バス電圧およびバッテリの電圧の少なくとも一方に応じたシステム電圧を受け、負荷に電源電圧を供給する電源装置をさらに備えてもよい。コントローラは、負荷のひとつであるマイコンから、負荷の消費電力を示す情報を受け、給電装置からの給電電力が負荷の消費電力を下回らない範囲で、バス電圧の目標値を変化させてもよい。

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よれば、給電装置と受電装置との間の通信機能をフルに活用でき、従来の給電システムにおいて生じうる問題を解決できる。

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ＵＳＢ ＰＤ規格におけるバス電圧Ｖ_ＢＵＳの決定プロセスを示す図である。 実施の形態に係る給電システムのブロック図である。 バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴにもとづくバス電圧Ｖ_ＢＵＳの適応制御を示す波形図である。 受電装置のコントローラの構成例を示す図である。 給電装置を備える電子機器の斜視図である。

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、給電装置２００および受電装置３００を備える。

給電装置２００は、ＵＳＢ ＰＤ規格に準拠しており、ＵＳＢホストであってもよいし、ホスト機能付きあるいはホスト機能無しのＵＳＢチャージャ（ＡＣアダプタ）であってもよいし、あるいはホスト・デバイスのデュアルロール端末に搭載されるＵＳＢチャージャであってもよい。レセプタクル（ＵＳＢポート、ＵＳＢプラグともいう）２０６には、ＵＳＢケーブル１０２を介して、給電先の受電装置３００が接続される。受電装置３００は、通常はＵＳＢデバイスであるが、ホスト・デバイスのデュアルロール端末であってもよいし、ホスト機能を有する端末であってもよい。

本実施の形態では、ＵＳＢ ＴｙｐｅＣに準拠するものとし、ＵＳＢケーブル１０２には、ＶＢＵＳラインとＧＮＤラインに加えて、ＣＣラインが設けられている。

給電装置２００の構成は、図１のそれと同様である。具体的には電源回路２０２は、受電装置３００に供給すべきＤＣのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを生成する。給電側コントローラ２０４は、ＣＣ端子およびＵＳＢケーブル１０２を介して、受電側コントローラ（以下、単にコントローラともいう）３３０と接続される。給電側コントローラ２０４とコントローラ３３０は、給電装置２００と受電装置３００の間の通信機能を提供する。なお、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−ＣをサポートしないＵＳＢ ＰＤ規格においては、ＣＣ端子は省略され、バスラインを介して通信するよう構成される。

続いて受電装置３００について説明する。受電装置３００は、電子機器４００に搭載される。電子機器４００には、受電装置３００に加えて、レセプタクル４０２および負荷４０４が設けられる。負荷４０４は、ＣＰＵやメモリ、液晶ディスプレイ、オーディオ回路、各種アプリケーションプロセッサ、ベースバンドＩＣなどを含む。レセプタクル４０２にはＵＳＢケーブル１０２を介して給電装置２００が着脱可能に接続される。

受電装置３００は、バッテリ３０２、充電回路３０４、電源回路３２０およびコントローラ３３０を備える。

バッテリ３０２は、再充電可能な２次電池である。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１０２を介して給電装置２００からのバス電圧Ｖ_ＢＵＳに応じた電圧Ｖ_ＡＤＰを受け、バッテリ３０２を充電する。充電回路３０４の構成は特に限定されず、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。いずれであっても、バッテリ３０２を充電するためには、Ｖ_ＡＤＰ＞Ｖ_ＢＡＴでなければならない。

充電回路３０４から電源回路３２０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。電源回路３２０はシステム電圧Ｖ_ＳＹＳを昇圧もしくは降圧して、ひとつまたは複数の負荷４０４に電源電圧Ｖ_ＤＤを供給する。電源回路３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータやリニアレギュレータなどの複数の電源と、それらを制御するパワーマネージメントＩＣ（Integrated Circuit）と、を含むマルチチャンネル電源であってもよい。

コントローラ３３０は、受電装置３００を統合的に制御するとともに、給電側コントローラ２０４との通信機能を有する。コントローラ３３０は、給電側コントローラ２０４とのリンクが確立すると、ネゴシエーションを行い、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを決定する。この点については従来の受電装置３００Ｒと同様である。コントローラ３３０は、ひとつのＩＣあるいはモジュールであってもよいし、複数のＩＣを含んでもよい。

本実施の形態においてコントローラ３３０はさらに、バッテリ３０２の充電中においても、受電装置３００の状態に応じて、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を適応的に変化させ、目標値を指示するデータＳ３を、給電装置２００に送信する。

コントローラ３３０がバス電圧Ｖ_ＢＵＳの制御に際して参照する受電装置３００の状態は、バッテリ３０２の状態Ｓ１や、入力電力や出力電力の状態、言い換えれば負荷４０４の状態Ｓ２を含みうる。バッテリ３０２の状態Ｓ１とは、バッテリ３０２の電圧Ｖ_ＢＡＴ、電流（充放電電流）Ｉ_ＢＡＴ、ＳＯＣ（State Of Charge）すなわち残量、温度などを含む。負荷４０４の状態Ｓ２とは、負荷４０４の消費電力や負荷４０４のスリープ状態などを含む。

受電装置３００は、時々刻々と変化する自分自身の状態をモニタすることが可能である。そこで、受電装置３００の状態に対応して、好ましいバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルをあらかじめ規定しておくことで、受電装置３００に対して、好ましいバス電圧Ｖ_ＢＵＳを適応的に供給することができる。

続いて、コントローラ３３０によるバス電圧Ｖ_ＢＵＳの制御を具体的に説明する。

（１） 第１の制御
上述のバス電圧Ｖ_ＢＵＳの適応的な制御は、たとえば充電回路３０４の効率の改善に利用できる。すなわちコントローラ３３０は、充電回路３０４の効率が高くなるように、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を変化させてもよい。

上述のように充電回路３０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータあるいはリニアレギュレータで構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータやリニアレギュレータの効率は、その入力電圧すなわちバス電圧Ｖ_ＢＵＳと、その出力電圧すなわちバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ（Ｖ_ＳＹＳ）に依存する。そこでバッテリ電圧（出力電圧）Ｖ_ＢＡＴの複数の値に対して、最大効率（あるいはそれに準ずる効率）を与えるバス電圧（入力電圧）Ｖ_ＢＵＳをあらかじめ求めておき、それをプロセッサ３３４に保持しておく。そしてコントローラ３３０は、少なくともバッテリ３０２の電圧Ｖ_ＢＡＴにもとづいて、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を変化させてもよい。

充電回路３０４の最大効率を与えるバス電圧Ｖ_ＢＵＳが、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴのみでなく、温度や充放電電流に依存する場合、コントローラ３３０は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴに加えて、温度や電流も考慮することができる。

図４は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴにもとづくバス電圧Ｖ_ＢＵＳの適応制御を示す波形図である。バッテリのセル数や条件は図２と同様とする。時刻ｔ０〜ｔ２の動作は、従来の図２と同様である。時刻ｔ２において、一旦、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値がネゴシエーションで決定した９Ｖとなる。その後、コントローラ３３０は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴにもとづいて、最大効率が得られるバス電圧Ｖ_ＢＵＳを決定し、ＣＣラインを介して給電装置２００に指示する。これを受けて電源回路２０２はバス電圧Ｖ_ＢＵＳを上昇させる。充電が進み、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが上昇し、最大効率を与えるバス電圧Ｖ_ＢＵＳが変化すると、コントローラ３３０は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を変化させ、給電装置２００に通知する（ｔ４）。この動作が繰り返され（ｔ４，ｔ５…）、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値が適応的に制御される。第１の制御によれば、充電回路３０４を高効率で動作させることができる。

（２） 第２の制御
バス電圧Ｖ_ＢＵＳの適応的な制御は、給電装置２００の電流供給能力との関係を考慮して行ってもよい。電子機器４００が所定の電力を要求するとき、入力電流（給電装置２００からの供給電流）は、入力電圧（バス電圧）に反比例する。充電回路３０４の効率のみを考慮してバス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を変化させると、給電装置２００の電流供給能力が不足し、負荷４０４が要求する電力が得られなくなるおそれがある。そこでコントローラ３３０は、給電装置２００からの供給電流が不足しないように、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を変化させてもよい。これにより、給電装置２００の電流能力不足によってバス電圧Ｖ_ＢＵＳがドロップして充電不能となるのを抑制できる。

この場合、コントローラ３３０は、負荷４０４の消費電力を見積もる必要がある。負荷４０４のひとつであるシステムコントローラ４０６は、電子機器４００全体を統合的に制御する。したがってシステムコントローラ４０６は、そのほかの回路ブロックの動作状態を把握しており、したがって負荷４０４の消費電力を、高精度にあるいは粗く見積もることができる。コントローラ３３０は、システムコントローラ４０６から消費電力（つまり受電装置３００の出力電力Ｐ_ＯＵＴ）を示す情報Ｓ２を受け、この情報Ｓ２を、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値の制御に反映させてもよい。あるいは、充電回路３０４から電源回路３２０に供給される電流を監視し、この電流にもとづいて消費電力を見積もってもよい。

加えて、電子機器４００の入力電力は、バッテリ３０２への充電電力も含まれる。そこでコントローラ３３０は、バッテリ３０２の充電電流Ｉ_ＢＡＴをバス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値に反映させてもよい。

（３） 第３の制御
バス電圧Ｖ_ＢＵＳの適応的な制御は、ケーブル１０２の電力損失を考慮して行ってもよい。たとえば粗悪なＵＳＢケーブル１０２では、バスラインの抵抗値が非常に大きい場合がある。このようなケーブルに大電流を流すと、損失が大きくなり、電圧降下によってアダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰが不足したり、ＵＳＢケーブル１０２の発熱が増加したりして好ましくない。そこで受電装置３００は、ＵＳＢケーブル１０２の損失が大きい場合には、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を高めて、ケーブルに流れる電流量を小さくしてもよい。ＵＳＢケーブル１０２の抵抗値は、コントローラ３３０が生成したバス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値と、実際に供給されるアダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰの差分から推定することができる。

上述したいくつかの制御は、いずれかひとつのみを利用してもよいし、任意に組み合わせて利用してもよい。

なお、ＵＳＢ ＰＤ規格やＴｙｐｅ Ｃ規格においても、バス電圧を５Ｖ，９Ｖ，１２Ｖ，２０Ｖの間で、細かく設定する機能は実装されているが、実施の形態に係る受電装置３００の上述の機能を、従来の機能と混同してはならない。従来では、調節機能によってバス電圧Ｖ_ＢＵＳを５．２Ｖに設定した場合、設定値は、受電装置３００の状態が変化しても固定されており、本発明とは異なる。

図５は、受電装置３００のコントローラ３３０の構成例を示す図である。たとえばコントローラ３３０は、通信部３３２およびプロセッサ３３４を含む。通信部３３２は、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃの物理レイヤをインプリメントしたポートコントローラであってもよく、ＣＣラインを介して給電側コントローラ２０４と通信を行う。プロセッサ３３４は、受電装置３００を統合的に制御するマイクロコントローラであってもよい。通信部３３２とプロセッサ３３４は、別々のハードウェアとして構成されてもよいし、同一のチップとして構成されてもよい。したがってコントローラ３３０の構成は特に限定されない。

たとえば充電回路３０４は、充電制御ＩＣ３４２あるいはヒューエルゲージＩＣを含む。プロセッサ３３４は、内部バス３３６を介して、それらのＩＣと接続されており、バッテリ３０２の電圧を示す情報Ｓ１を読み出すインタフェース３４０を含む。プロセッサ３３４は、充電回路３０４から読み出したバッテリの電圧Ｖ_ＢＡＴにもとづいて、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値を設定してもよい。内部バス３３６は、Ｉ^２Ｃ（Inter IC）バスや、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）であってもよい。あるいはバスに代えて、ＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output）などの信号線を有してもよい。同様にプロセッサ３３４とシステムコントローラ４０６は、内部バス３３８もしくは信号線を介して接続される。システムコントローラ４０６は、内部バス３３６に接続されてもよい。

あるいは、プロセッサ３３４がＡ／Ｄコンバータを内蔵する場合、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴをこのＡ／Ｄコンバータに入力し、プロセッサ３３４が直接的にバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴを取得してもよい。

なおプロセッサ３３４は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの目標値とバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴの関係を規定したテーブルを含み、テーブル参照によって目標値を決定してもよい。あるいはその関係式を表す演算式を定義しておき、プロセッサ３３４は演算式にもとづいて目標値を算出してもよい。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態では、ＵＳＢ ＰＤ規格やＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格を例としたが、本発明はそれらには限定されない。たとえば将来策定されるＵＳＢの次世代規格や派生規格、ＱｕｉｃｋＣｈａｒｇｅ２．０などの独自規格においても、本発明は利用可能である。

（用途）
最後に受電装置３００の用途を説明する。図６は、給電装置２００を備える電子機器５００の斜視図である。ここで例示する電子機器５００は、スマートホンやタブレット端末である。電子機器５００は、レセプタクル５０２、筐体５０４、ディスプレイパネル５０６、ＣＰＵ５１０やベースバンドＩＣ５１２に加えて、上述の受電装置３００を備える。受電装置３００は、バッテリ３０２を充電するとともに、ＣＰＵ５１０やベースバンドＩＣ５１２などの負荷に、電源電圧を供給する。なお電子機器５００は、ノートＰＣやデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、オーディオプレイヤなどであってもよい。

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…ＵＳＢケーブル、２００…給電装置、２０２…電源回路、２０４…給電側コントローラ、２０６…レセプタクル、３００…受電装置、３０２…バッテリ、３０４…充電回路、３０６…受電側コントローラ、３０８…マイクロコントローラ、３２０…電源回路、３３０…コントローラ、３３２…通信部、３３４…プロセッサ、３３６…内部バス、３４０…充電制御ＩＣ、４００…電子機器、４０２…レセプタクル、４０４…負荷、４０６…システムコントローラ、５００…電子機器、５０２…レセプタクル、５０４…筐体、５０６…ディスプレイパネル、５１０…ＣＰＵ、５１２…ベースバンドＩＣ。

Claims (13)

1. 着脱可能なケーブルを介して給電装置から電力供給を受ける受電装置であって、
   バッテリと、
   給電装置からケーブルを介してバス電圧を受け、前記バッテリを充電する充電回路と、
   前記給電装置との間で通信し、前記バス電圧の目標値を指示するコントローラと、
   前記バス電圧および前記バッテリの電圧の少なくとも一方に応じたシステム電圧を受け、負荷に電源電圧を供給する電源装置と、
   を備え、
   前記コントローラは、少なくとも前記負荷の状態にもとづいて、前記バス電圧の目標値を適応的に変化させることを特徴とする受電装置。
2. 前記コントローラは、少なくとも前記バッテリの電圧にもとづいて、前記バス電圧の目標値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
3. 前記コントローラは、前記充電回路の効率が高くなるように、前記バス電圧の目標値を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の受電装置。
4. 前記コントローラは、前記給電装置からの給電電流が不足しないように、前記バス電圧の目標値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
5. 前記充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の受電装置。
6. 前記充電回路は、リニアレギュレータを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の受電装置。
7. 前記受電装置および前記給電装置は、ＵＳＢ ＰＤ（Power Delivery）規格またはＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格に準拠することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の受電装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の受電装置を備えることを特徴とする電子機器。
9. 受電装置に使用されるコントローラであって、
   前記受電装置は、
   前記コントローラに加えて、
   バッテリと、
   給電装置からケーブルを介してバス電圧を受け、前記バッテリを充電する充電回路と、
   少なくとも前記受電装置と前記コントローラを接続する内部バスまたは信号線と、
   前記バス電圧および前記バッテリの電圧の少なくとも一方に応じたシステム電圧を受け、負荷に電源電圧を供給する電源装置と、
   を備え、
   前記コントローラは、
   前記給電装置との間で通信する通信部と、
   前記内部バスまたは信号線を介して前記充電回路と通信し、前記バッテリの電圧を取得するインタフェースを含み、少なくとも前記バッテリの電圧にもとづいて、前記バス電圧の目標値を適応的に変化させるプロセッサと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記負荷のひとつであるマイコンから、前記負荷の消費電力を示す情報を受け、前記給電装置からの供給電流が不足しないように、前記バス電圧の目標値を変化させることを特徴とするコントローラ。
10. 前記プロセッサは、前記バッテリの電圧と前記バス電圧の目標値の対応関係を規定するテーブルを含むことを特徴とする請求項９に記載のコントローラ。
11. 前記バッテリの電圧と前記バス電圧の目標値の対応関係は、前記充電回路の効率が高くなるように定められていることを特徴とする請求項１０に記載のコントローラ。
12. 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９から１１のいずれかに記載のコントローラ。
13. 給電システムの制御方法であって、
    給電装置においてバス電圧を発生するステップと、
    受電装置において、前記バス電圧にもとづいてバッテリを充電するステップと、
    前記受電装置において、電源装置が、前記バス電圧および前記バッテリの電圧の少なくとも一方に応じたシステム電圧にもとづく電源電圧を負荷に供給するステップと、
    前記受電装置において、少なくとも前記負荷の状態を取得するステップと、
    少なくとも前記負荷の状態にもとづいて、前記バス電圧の目標値を適応的に変化させるステップと、
    前記バス電圧の目標値を示す制御信号を、前記受電装置から前記給電装置に送信するステップと、
    前記給電装置において、前記制御信号に応じて前記バス電圧を調節するステップと、
    を備えることを特徴とする給電システムの制御方法。

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