JP6688672B2

JP6688672B2 - 電子機器

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Publication number: JP6688672B2
Application number: JP2016093267A
Authority: JP
Inventors: 横尾　雅之; 雅之横尾; 健彦時政; 智昭木下; 力竹崎
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-05-06
Also published as: JP2017201862A

Description

本発明は、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格のレセプタクルを含む電子機器に関する。

充電時に焼損事故が発生する電子機器の例として、スマートフォンが挙げられる。例えばスマートフォンをＡＣアダプタで充電中に、ＵＳＢコネクタやＵＳＢレセプタクルが焼損する場合がある。焼損の原因として、コネクタやレセプタクル内部に金属異物などが付着することなどによるハーフショートなどが考えられる。

これに対し、スマートフォン側の対策として、レセプタクルのシェルとグラウンド間にＤＣカットコンデンサを設けることで、ＡＣアダプタ側のシェルを電気的に浮いた状態とすることでショートを防ぎ、焼損事故を減少させることが試みられてきた。

また、ＡＣアダプタ側の対策として、異常温度を検出する機能、過電流を検出する機能などを設け、異常温度または過電流検出時に電力供給を強制的に停止し、焼損事故を減少させることが試みられてきた。上記対策の他、ＡＣアダプタ側のシェルを物理的に切り離して電気的に浮かせる対策などが講じられてきた。

近年、ＵＳＢコネクタ、ＵＳＢケーブルの次世代規格としてＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格が制定された（非特許文献１）。ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格では、従来よりも大容量の給電が可能である。例えばμＵＳＢ規格においては、最大電流は２Ａであったが、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格においては、最大電流は５Ａである。

"USB Type-C"、[online]、平成28年4月15日、[平成28年4月15日検索]、インターネット<URL:https://en.wikipedia.org/wiki/USB_Type-C>

ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃのコネクタを使用する場合、最大電流の増加に伴い、焼損事故の規模も従来より大きくなる恐れがある。焼損事故を防ぎ、安全性を担保するためにはスマートフォン側、ＡＣアダプタ側の双方の対策が必要となる。例えば、前述したスマートフォン側の対策であるＤＣカットコンデンサによっても、ＡＣアダプタ側のシェルがグラウンドに落ちている場合には、ハーフショートを防止できない。この場合、ＡＣアダプタ側に前述した焼損防止機能が必要となる。

しかしながら、昨今はサードパーティ製のＡＣアダプタなどで、焼損防止機能を備えていないＡＣアダプタも多くみられる。このため、ＡＣアダプタ側の機能に依存する安全対策では、安全性を担保することは困難である。

そこで本発明では、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格に準拠するＡＣアダプタを使用する場合に、当該ＡＣアダプタが焼損防止機能を備えていない場合であっても、焼損事故を防止できる電子機器を提供することを目的とする。

本発明の電子機器は、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格のレセプタクルを含む電子機器であって、センス抵抗と、スイッチと、制御回路を含む。

センス抵抗は、レセプタクルのシェルとグラウンド間の短絡電流発生経路に設けられる。スイッチは、レセプタクルのＣＣピンに対応する信号経路を切断および導通可能に接続される。制御回路は、センス抵抗に流れる電流を検出し、検出された電流が所定の条件を充たす場合に、スイッチを切断に制御する。

本発明の電子機器によれば、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格に準拠するＡＣアダプタを使用する場合に、当該ＡＣアダプタが焼損防止機能を備えていない場合であっても、焼損事故を防止できる。

実施例１の電子機器の回路構成を示すブロック図。実施例２の電子機器の回路構成を示すブロック図。実施例３の電子機器の回路構成を示すブロック図。実施例４の電子機器の回路構成を示すブロック図。実施可能な構成要件の組み合わせを例示する図。実施例５の電子機器の回路構成を示すブロック図。本発明の電子機器を実現するために用いることができる汎用システム又はコンピュータデバイスの構成例を示すブロック図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

以下、図１を参照して実施例１の電子機器について説明する。図１は本実施例の電子機器１の回路構成を示すブロック図である。本明細書において電子機器という用語は、本発明の性質上、情報機器全般、家庭用電化製品全般、産業用の電気製品全般を含む概念である。本明細書における電子機器は、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格のレセプタクルを備える機器であればどんな機器でもよい。

図１に示すように本実施例の電子機器１は、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格のレセプタクル１０と、システム回路１１と、充電池１２と、プルダウン抵抗１３と、ＦＥＴ（Field effect transistor）スイッチ１４と、制御回路１５と、センス抵抗１６を含む構成である。レセプタクル１０は、ロックプレート１０１、シェル１０２、Ｖ_ＢＵＳピン１０３、ＣＣ（Configuration Channel）ピン１０４を含む構成である。

本実施例の電子機器１は、図１に開示された構成要件以外の構成要件も当然に備えているが、本実施例において説明される内容と関係がない、あるいは関係が薄い構成要件については、図示および説明を省略するものとする。例えば、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格のレセプタクル１０は、Ｖ_ＢＵＳピン１０３、ＣＣピン１０４以外にも、ＧＮＤピン、ＳＳＴＸｐ１ピン、ＳＳＴＸｎ１ピン、…などのピンを備えているが、これらのピンは、本実施例において説明される内容と関係がないため、図示を省略した。

レセプタクル１０は、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格に準拠する相手方のコネクタと接続される。相手方のコネクタはケーブルを介してＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格に準拠した充電用アダプタと接続されているものとする。

レセプタクル１０のＶ_ＢＵＳピン１０３はシステム回路１１に接続され、この経路によりシステム回路１１に電源（例えば＋５Ｖ）が供給され、充電地１２が充電される。

レセプタクル１０のＣＣピン１０４は、プルダウン抵抗１３、ＦＥＴスイッチ１４と接続される。ＦＥＴスイッチ１４は、ＣＣピン１０４に対応する信号経路を切断および導通可能に接続されている。ＦＥＴスイッチ１４は、ノーマリーオンとしておけば好適である。なおＣＣピン１０４は、電子機器１と充電用アダプタなどの外部機器との接続をチェックする機能を有している。従って、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格に準拠した充電用アダプタは、ＣＣピン導通による接続確認がなされていなければ、電子機器１に電力を供給することが出来ない仕様になっている。これは、ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格の仕様の一つ（コールドソケットと呼ばれる）であり、以下では、上述のＣＣピンの機能を前提として、各構成要件の動作を説明する。

制御回路１５は、センス抵抗１６の両端に接続され、センス抵抗１６に流れる電流を検出可能であるものとする。また制御回路１５は、ＦＥＴスイッチ１４と接続され、ＦＥＴスイッチ１４を接続／切断の何れかに制御可能である。ＦＥＴスイッチ１４はＦＥＴ方式に限らず、別の方式のスイッチ（ただし、制御回路１５により制御可能なもの）に代替可能である。

センス抵抗１６は、レセプタクル１０のシェル１０２とグラウンド間の短絡電流発生経路に設けられる。もしセンス抵抗１６において電流が（意味のある値以上の値で）検出された場合、シェル１０２とグラウンドの間に短絡電流が発生していることを意味する。この場合、電子機器１やケーブルを焼損から保護するために速やかに充電用アダプタからの電力供給をストップする必要がある。

従って、制御回路１５は、センス抵抗１６において検出された電流が所定の条件を充たす場合（例えば検出された電流が予め定めた閾値を超過する場合）に、ＦＥＴスイッチ１４を切断に制御する。ＦＥＴスイッチ１４が切断されると、電子機器１と充電用アダプタの接続を確認するＣＣピンに対応する信号経路が遮断されることになるため、充電用アダプタは、電子機器１との接続が解除されたと認識し、電力の供給を停止する（充電用アダプタの電源がＯＦＦに制御される）。これにより、電子機器１やケーブルなどの焼損を防ぐことができる。

［変形例１］
上述の実施例１では、シェル１０２とグラウンドの間に発生する短絡電流を検出することとしたが、短絡電流が他の経路に発生する場合もある。例えば、ロックプレート１０１とグラウンドの間に短絡電流が発生するケースも考えられる（図１の破線）。変形例１の電子機器では、ロックプレート１０１とグラウンドの間に短絡電流が発生した場合に電子機器１やケーブルなどを焼損から保護する構成について説明する。

本変形例と実施例１との相違点は一点のみである。すなわち、センス抵抗１６がロックプレート１０１とグラウンド間の短絡電流発生経路に設けられる点のみ実施例１と相違する。制御回路１５は、センス抵抗１６において検出された電流が所定の条件を充たす場合（例えば検出された電流が予め定めた閾値を超過する場合。この場合、ロックプレート１０１とグラウンドの間に短絡電流が発生していることを意味する）、ＦＥＴスイッチ１４を切断に制御して、電子機器１やケーブルなどを焼損から保護する。本変形例と実施例１とを組み合わせて、例えばシェル１０２−グラウンド間、ロックプレート１０１−グラウンド間の双方の短絡電流を検出可能としてもよい。もっとも簡単には、センス抵抗１６をそれぞれの経路に一つずつ設け、制御回路１５において二つのセンス抵抗に流れる電流を同時に監視すればよい。

以下、図２を参照して実施例２の電子機器について説明する。図２は本実施例の電子機器２の回路構成を示すブロック図である。本実施例と実施例１との相違点は一点のみである。すなわち、シェル１０２−グラウンド間の短絡電流発生経路に新たにコンデンサ２７が設けられる点のみ実施例１と相違する。コンデンサ２７は、ＤＣ（直流成分）カットを目的として設けられている。コンデンサ２７により、シェル１０２をグラウンドから電気的に切り離す（浮いた状態にする）ことにより、レセプタクルや相手方コネクタの内部に残留した導電性異物によるハーフショートを一定程度回避することができ、より安全な構成となる。

本実施例の電子機器２によれば、実施例１の効果に加え、シェル１０２をグラウンドから切り離すことにより、二重の安全策を講じることができる。

［変形例２］
変形例２の電子機器は、実施例２の電子機器２におけるセンス抵抗１６を、ロックプレート１０１とグラウンド間の短絡電流発生経路に設けたことを特徴とする。従って、実施例２との相違点については、変形例１で説明した相違点と同様である。

ところで、電子機器２（電子機器１）の外部から電力供給が無い場合、制御回路１５は充電池１２から電力を供給されて駆動（動作）する。以下、充電池１２の電圧Ｖ_ＢＡＴＴが低い場合の制御回路１５の動作保障について考察する。例えば、充電池１２の電圧Ｖ_ＢＡＴＴが予め定めたシステムスリープの基準電圧Ｖ_{ＳＬＥＥＰ}以下（Ｖ_ＢＡＴＴ≦Ｖ_{ＳＬＥＥＰ}）となった場合（典型的には充電切れ、ローバッテリの場合）、システム回路１１は、システムをスリープ状態に制御する。この場合であって、かつＶ_ＢＡＴＴが充電池保護回路動作電圧Ｖ_{ＰＲＯＴＥＣＴ}よりも大きい（Ｖ_{ＰＲＯＴＥＣＴ}＜Ｖ_ＢＡＴＴ）場合については、予め制御回路１５の動作電圧の下限値Ｖ_{ＣＴＲＬ−ＭＩＮ}が、Ｖ_{ＳＬＥＥＰ}よりも小さな電圧となるように制御回路１５を設計しておけばよい。制御回路１５を上記のように設計した場合、Ｖ_ＢＡＴＴがＶ_{ＳＬＥＥＰ}以下かつＶ_{ＰＲＯＴＥＣＴ}よりも大きくなる場合（Ｖ_{ＰＲＯＴＥＣＴ}＜Ｖ_ＢＡＴＴ≦Ｖ_{ＳＬＥＥＰ}）には、Ｖ_ＢＡＴＴにより制御回路１５は正常に駆動される。従って、ローバッテリ状態であっても、制御回路１５は、コネクタの焼損を監視し続けることができる。

一方、Ｖ_ＢＡＴＴ≦Ｖ_{ＰＲＯＴＥＣＴ}となる場合、充電池保護回路が動作して、充電池１２からの電力供給路は遮断される。電力供給路の遮断には主に、ある電圧以下となったことを検知してＯＦＦとなるＦＥＴなどが用いられる。これは、充電池１２の過放電を防ぐための措置である。この場合、制御回路１５は充電池１２から電力を受け取ることが出来なくなるため、動作できなくなる。

従って充電池保護回路が動作するほどＶ_ＢＡＴＴが低い状態において、電子機器１と充電用アダプタとが接続された場合、制御回路１５は、これを一時的に監視することが出来ない場合がある。以下に説明する実施例３では、この問題を解決するための改良を加えた。

以下、図３を参照して実施例３の電子機器について説明する。図３は本実施例の電子機器３の回路構成を示すブロック図である。本実施例と実施例１との相違点は二点である。すなわち、制御回路１５を常時駆動するための補助電池３８を新たに設けた点、センス抵抗１６が、サーミスタ３９に変更された点である。以下、実施例１との相違点のみを説明する。

前述したように、補助電池３８は充電池１２の電圧Ｖ_ＢＡＴＴが低い状態であっても、制御回路１５を安定して動作させるために設けられている。補助電池３８により、Ｖ_ＢＡＴＴ≦Ｖ_{ＰＲＯＴＥＣＴ}の条件下であっても、制御回路１５は短絡電流の監視を継続することができ、電子機器１やケーブルなどの焼損をより確実に防ぐことができる。なお、補助電池３８は、コンデンサで実現してもよい。

サーミスタ３９は、実施例１、２におけるセンス抵抗１６と対応する構成である。焼損事故発生の兆候として、前述のような短絡電流、またはレセプタクル近傍における異常な温度上昇が見受けられる。そこで本実施例では、センス抵抗１６の代替手段としてサーミスタ３９を設け、サーミスタ３９によりレセプタクル１０近傍における異常温度を検知する構成とした。

具体的には、サーミスタ３９は、レセプタクル１０のシェル１０２の温度を検出可能な位置に設けられ、制御回路１５は、サーミスタ３９の抵抗値Ｒ_{ＴＨＥＲＭ}を計測し、抵抗値Ｒ_{ＴＨＥＲＭ}が所定の条件を充たす場合に、ＦＥＴスイッチ１４を切断に制御する。例えばサーミスタ３９をＮＴＣサーミスタとした場合、温度の上昇に伴って、抵抗値Ｒ_{ＴＨＥＲＭ}が緩やかに減少する。この場合、制御回路１５はＲ_{ＴＨＥＲＭ}が予め定めた所定の閾値τ_１以下となる場合に、ＦＥＴスイッチ１４を切断に制御する。例えばサーミスタ３９をＰＴＣサーミスタとした場合、ある温度を超えると、温度の上昇に対して、抵抗値Ｒ_{ＴＨＥＲＭ}が急激に増加する。この場合、制御回路１５はＲ_{ＴＨＥＲＭ}が予め定めた所定の閾値τ_２以上となる場合に、ＦＥＴスイッチ１４を切断に制御する。

本実施例の電子機器３によれば、補助電池３８を設けたことにより、制御回路１５を常時動作させることができ、サーミスタ３９を用いることにより、実施例１と同等の効果を奏する。

［変形例３］
本変形例と実施例３との相違点は一点のみである。すなわち、サーミスタ３９がロックプレート１０１の温度を検出可能な位置に設けられる点のみ実施例３と相違する。変形例３の構成によっても、実施例３と同様の効果を奏する。

以下、図４を参照して実施例４の電子機器について説明する。図４は本実施例の電子機器４の回路構成を示すブロック図である。本実施例と実施例３との相違点は一点のみである。すなわち、シェル１０２−グラウンド間の短絡電流発生経路に新たにコンデンサ２７が設けられる点のみ実施例３と相違する。コンデンサ２７については、実施例２を参照のこと。

本実施例の電子機器４によれば、実施例３の効果に加え、シェル１０２をグラウンドから切り離すことにより、二重の安全策を講じることができる。

［変形例４］
本変形例と実施例４との相違点は一点のみである。すなわち、サーミスタ３９がロックプレート１０１の温度を検出可能な位置に設けられる点のみ実施例４と相違する。変形例４の構成によっても、実施例４と同様の効果を奏する。

図５に、実施可能な構成要件の組み合わせを例示する。図５に示すように、上述した実施例の組み合わせ以外にも、同様の効果を奏する構成要件の組み合わせが存在する。例えば、シェル１０２の温度を検出可能に設けられたサーミスタ３９を備え、補助電池３８、ＤＣカットコンデンサ２７をいずれも備えない構成（図５の二行目中央列）は実施例、変形例として例示していないが、実施例３の補助電池３８を省略すれば同様の構成となる。他の組み合わせについても同様である。なお図５は、あくまで例示であって本発明の構成要件の組み合わせを限定するものではない。

以下、図６を参照して実施例５の電子機器について説明する。図６は本実施例の電子機器５の回路構成を示すブロック図である。本実施例では、上述の実施例1〜４の電子機器１〜４よりもさらにシンプルな構成で、上述の実施例と同様の効果を奏する構成を開示する。具体的には、本実施例の電子機器５は、プルダウン抵抗１３とグラウンドの間に、スイッチ５４を備える。このスイッチ５４は、所定の温度以上の温度に曝露された場合に、ＣＣピンに対応する信号経路を切断する素子である。スイッチ５４は、例えばＰＴＣ、温度ヒューズ、バイメタルスイッチ等で実現可能である。実施例５の電子機器５の構成によれば、スイッチ５４が異常温度に晒された場合、スイッチ５４は遮断され、電子機器５と充電用アダプタの接続を確認するＣＣピンに対応する信号経路が遮断されることになるため、実施例1〜４の電子機器１〜４と同等の効果を奏する。本実施例の構成によれば、上述の制御回路１５、補助電源３８を省略することができる。なお図６に示すように、前述のＤＣカットコンデンサ２７を備える構成としてもよい。

＜補記＞
本発明の装置は、例えば図７に示すような単一のハードウェアエンティティとして、キーボードなどが接続可能な入力部１１０００、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部１２０００、ハードウェアエンティティの外部に通信可能な通信装置（例えば通信ケーブル）が接続可能な通信部１３０００、ＣＰＵ１４０００（Central Processing Unit、キャッシュメモリやレジスタなどを備えていてもよい）、メモリであるＲＡＭ１５０００やＲＯＭ１６０００、ハードディスクである外部記憶装置１７０００並びにこれらの入力部１１０００、出力部１２０００、通信部１３０００、ＣＰＵ１４０００、ＲＡＭ１５０００、ＲＯＭ１６０００、外部記憶装置１７０００の間のデータのやり取りが可能なように接続するバス１８０００を有している。また必要に応じて、ハードウェアエンティティに、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を読み書きできる装置（ドライブ）１９０００などを設けることとしてもよい。このようなハードウェア資源を備えた物理的実体としては、汎用コンピュータなどがある。

ハードウェアエンティティの外部記憶装置には、上述の機能を実現するために必要となるプログラムおよびこのプログラムの処理において必要となるデータなどが記憶されている（外部記憶装置に限らず、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるＲＯＭに記憶させておくこととしてもよい）。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、ＲＡＭや外部記憶装置などに適宜に記憶される。

ハードウェアエンティティでは、外部記憶装置（あるいはＲＯＭなど）に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてメモリに読み込まれて、適宜にＣＰＵで解釈実行・処理される。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記実施形態において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。

既述のように、上記実施形態において説明したハードウェアエンティティ（本発明の装置）における処理機能をコンピュータによって実現する場合、ハードウェアエンティティが有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記ハードウェアエンティティにおける処理機能がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto-Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、ハードウェアエンティティを構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

Claims

ＵＳＢＴｙｐｅ−Ｃ規格のレセプタクルを含む電子機器であって、
前記レセプタクルのロックプレートとグラウンド間の短絡電流発生経路に設けられたセンス抵抗と、
前記レセプタクルのＣＣピンに対応する信号経路を切断および導通可能に接続されたスイッチと、
前記センス抵抗に流れる電流を検出し、前記電流が所定の条件を充たす場合に、前記スイッチを切断に制御する制御回路と、
を含む電子機器。
請求項１に記載の電子機器であって、
前記制御回路が、
前記電子機器において予め設定されたシステムスリープの基準電圧以下の電圧で動作する
電子機器。
請求項１または２に記載の電子機器であって、
前記電子機器の充電池から前記制御回路への電力供給が途絶した場合に、前記制御回路に電力を供給する補助電池を設けた
電子機器。