JP6697957B2 - 電力供給装置、電力供給コントローラ、及び電力供給方法 - Google Patents
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基本技術に係る電力供給装置4は、図1に示すように、第1系統の電源(基準電源51)と、第2系統の電源(第1電源52,第2電源53)と、第1の出力スイッチS1と、第2の出力スイッチS2と、マルチプレクサ70と、電力供給コントローラ60とを備える。以下、基準電源51は例えば、5V電源、第1電源52は例えば、12V電源、第2電源53は例えば、20V電源を適用可能である。以下に説明するように、第1系統の電源と第2系統の電源のDC電圧を切り替えてチャージャ80に電力を供給するようになっている。
(電力供給装置)
図2は、比較例に係る電力供給装置400の模式的回路ブロック構成図を示す。ここでは図示を省略しているが、比較例に係る電力供給装置400も、USB−Type−CコネクタでUSBPDを実現する電力供給コントローラを備える。また、MOSFETQ11,Q12,Q13,Q14はスイッチの記号で表している。スイッチをオフ状態にすると、ダイオードの順方向電圧分の電圧がドロップするため、スイッチがオフ状態である場合はダイオードの記号で表している。マルチプレクサが第2系統の電源を切り替える点も、基本技術で説明した通りである。このような電力供給装置400によると、USB−Type−C規格に対応した通信を行うため、DC電圧の切り替え時にマルチプレクサの信号ENがディセーブル状態“L”になり、電力が供給されないタイミングが発生する。
図3は、比較例に係る電力供給装置400において基準電源51から第1電源52に切り替える場合の電力供給方法を示すタイミングチャートである。図4は、図3に示されるVBUS電圧の変化を示すグラフである。図5は、図3に示される時間T1における電力供給装置400の状態を示し、図6は、図3に示される時間T2における電力供給装置400の状態を示し、図7は、図3に示される時間T3における電力供給装置400の状態を示している。
(電力供給装置)
第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、図8に示すように、第1系統の電源(基準電源51)と、第2系統の電源(第1電源52,第2電源53)と、第1系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第1の出力スイッチS1と、第2系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第2の出力スイッチS2と、第2系統の電源のいずれかをVBUS経路に接続するマルチプレクサ70と、VBUS経路のVBUS電圧を監視しながら、VBUS電圧に基づいて、第1の出力スイッチS1、第2の出力スイッチS2、及びマルチプレクサ70の信号ENを制御する電力供給コントローラ60とを備える。
図9は、第1の実施の形態に係る電力供給装置4において基準電源51から第1電源52に切り替える場合の電力供給方法を示すタイミングチャートである。図10は、図9に示されるVBUS電圧の変化を示すグラフである。図11は、図9に示される時間T1における電力供給装置4の状態を示し、図12は、図9に示される時間T2における電力供給装置4の状態を示し、図13は、図9に示される時間T4における電力供給装置4の状態を示し、図14は、図9に示される時間T5における電力供給装置4の状態を示している。
第1の実施の形態に係る電力供給装置4に適用可能な第1の出力スイッチS1及び第2の出力スイッチS2の模式的回路ブロック構成例は、図15に示すように、2個の直列接続されたMOSFETQ11,Q12(Q13,Q14)を備える。2個の直列接続されたMOSFETQ11,Q12(Q13,Q14)のゲートは2次側コントローラ16に接続され、2次側コントローラ16によってオン/オフ制御される。
第2の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図16に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD1・キャパシタC1およびトランス15の1次側インダクタンスL1に接地電位との間に直列接続されるMOSFETQ1および抵抗RSから構成されるDC/DCコンバータ13と、MOSFETQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、出力に接続され、出力電圧Voと出力電流Ioを制御可能な2次側コントローラ16と、DC/DCコンバータ13の出力と2次側コントローラ16に接続された誤差補償用のエラーアンプ21と、エラーアンプ21に接続され、出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックする絶縁回路20とを備える。
第3の実施の形態に係る電力供給装置4は、図17に示すように、入力と出力との間に配置されたDC/DCコンバータ13と、DC/DCコンバータ13の入力電流を制御する1次側コントローラ30と、制御入力に結合され、制御入力の制御入力信号を受信し、1次側コントローラ30にフィードバックする2次側コントローラ16とを備える。ここで、制御入力の制御入力信号は、2次側コントローラ16の通信ピンCOMに入力される。また、1次側コントローラ30は、2次側コントローラ16からフィードバックされた制御入力信号に基づいて、入力電流を制御することによって、DC/DCコンバータ13の出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を可変にする。また、電力線出力(VBUS)と接地電位間には、出力キャパシタCOが接続されている。
第4の実施の形態に係る電力供給装置4Aは、図18に示すように、入力・出力間に配置され、トランス15・ダイオードD1・キャパシタC1およびトランス15の1次側インダクタンスL1に接地電位との間に直列接続されるMOSトランジスタQ1および抵抗RSから構成されるDC/DCコンバータ13と、MOSトランジスタQ1を制御する1次側コントローラ30と、入力と1次側コントローラ30間に接続され、1次側コントローラ30に電源を供給する電源供給回路10と、出力に接続され、出力電圧Voと出力電流Ioを制御可能な2次側コントローラ16と、DC/DCコンバータ13の出力と2次側コントローラ16に接続された誤差補償用のエラーアンプ21と、エラーアンプ21に接続され、出力情報を1次側コントローラ30にフィードバックする絶縁回路20とを備える。
第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、図19に示すように、入力と出力との間に配置されたDC/DCコンバータ13と、DC/DCコンバータ13の入力電流を制御する1次側コントローラ30と、複数の制御入力に結合され、複数の制御入力の制御入力信号を切替える信号変換回路25と、信号変換回路25に結合され、信号変換回路25において切替えられた制御入力信号を受信し、1次側コントローラ30にフィードバックする2次側コントローラ16とを備える。
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
51…基準電源(第1系統の電源)
52…第1電源(第2系統の電源)
53…第2電源(第2系統の電源)
60…電力供給コントローラ
61…監視部
62…制御部
70…マルチプレクサ
80…チャージャ
CP1,CP2…チャージポンプ
D0,D1,D2…信号線
Q11,Q12,Q13,Q14…MOSFET
S1…第1の出力スイッチ
S2…第2の出力スイッチ
S1_SRC,S2_SRC…フィードバック線
S1G1,S1G2,S2G1,S2G2…信号線
Claims (21)
- 第1系統の電源と、
2つ以上の電源が含まれる第2系統の電源と、
前記第1系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第1の出力スイッチと、
前記第2系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第2の出力スイッチと、
前記第2系統の電源のいずれかを前記VBUS経路に接続するマルチプレクサと、
前記VBUS経路のVBUS電圧を監視しながら、前記VBUS電圧に基づいて、前記第1の出力スイッチ、前記第2の出力スイッチ、及び前記マルチプレクサの信号を制御する電力供給コントローラと
を備えることを特徴とする電力供給装置。 - 前記電力供給コントローラは、前記第1系統の電源と前記第2系統の電源とを切り替える場合、所定時間だけ前記第1系統の電源のVBUS経路と前記第2系統の電源のVBUS経路の両方を導通させることを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。
- 前記電力供給コントローラは、前記第1系統の電源から前記第2系統の電源のいずれかに切り替える場合、前記VBUS電圧が無い時に前記第1の出力スイッチをオフしないように制御することを特徴とする請求項2に記載の電力供給装置。
- 前記電力供給コントローラは、前記第2系統の電源のいずれかから前記第1系統の電源に切り替える場合、前記VBUS電圧が無い時に前記第2の出力スイッチをオフしないように制御することを特徴とする請求項2に記載の電力供給装置。
- 前記電力供給コントローラは、前記第2系統の電源に含まれる特定の電源から他の特定の電源に切り替える場合、前記特定の電源から前記第1系統の電源に切り替えた後、前記第1系統の電源から前記他の特定の電源に切り替えることを特徴とする請求項2に記載の電力供給装置。
- 前記第1の出力スイッチは、第1電界効果トランジスタと、その下流側に直列接続された第2電界効果トランジスタとを有し、
前記第2の出力スイッチは、第3電界効果トランジスタと、その下流側に直列接続された第4電界効果トランジスタとを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。 - 前記電力供給コントローラは、前記第1電界効果トランジスタがオフ状態、前記第2電界効果トランジスタがオン状態、前記第3電界効果トランジスタがオフ状態、前記第4電界効果トランジスタがオン状態であるタイミングにおいて、前記マルチプレクサの信号をイネーブル状態にすることを特徴とする請求項6に記載の電力供給装置。
- 前記電力供給コントローラは、電圧を昇圧するチャージポンプを備え、
前記チャージポンプ用のフィードバック線として、前記第1電界効果トランジスタと前記第2電界効果トランジスタとの間に接続されたフィードバック線と、前記第3電界効果トランジスタと前記第4電界効果トランジスタとの間に接続されたフィードバック線とを備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の電力供給装置。 - 前記電力供給コントローラは、USB−Type−C規格及びUSBPD規格に対応していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力供給装置。
- 第1系統の電源と、2つ以上の電源が含まれる第2系統の電源と、前記第1系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第1の出力スイッチと、前記第2系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第2の出力スイッチと、前記第2系統の電源のいずれかを前記VBUS経路に接続するマルチプレクサと、前記VBUS経路のVBUS電圧を監視しながら、前記VBUS電圧に基づいて、前記第1の出力スイッチ、前記第2の出力スイッチ、及び前記マルチプレクサの信号を制御する電力供給コントローラとを備える電力供給装置に用いられる電力供給コントローラであって、
前記VBUS経路のVBUS電圧を監視する監視部と、
前記監視部により監視されたVBUS電圧に基づいて、前記第1の出力スイッチ、前記第2の出力スイッチ、及び前記マルチプレクサの信号を制御する制御部と
を備えることを特徴とする電力供給コントローラ。 - 前記制御部は、前記第1系統の電源と前記第2系統の電源とを切り替える場合、所定時間だけ前記第1系統の電源のVBUS経路と前記第2系統の電源のVBUS経路の両方を導通させることを特徴とする請求項10に記載の電力供給コントローラ。
- 前記制御部は、前記第1系統の電源から前記第2系統の電源のいずれかに切り替える場合、前記VBUS電圧が無い時に前記第1の出力スイッチをオフしないように制御することを特徴とする請求項11に記載の電力供給コントローラ。
- 前記制御部は、前記第2系統の電源のいずれかから前記第1系統の電源に切り替える場合、前記VBUS電圧が無い時に前記第2の出力スイッチをオフしないように制御することを特徴とする請求項11に記載の電力供給コントローラ。
- 前記制御部は、前記第2系統の電源に含まれる特定の電源から他の特定の電源に切り替える場合、前記特定の電源から前記第1系統の電源に切り替えた後、前記第1系統の電源から前記他の特定の電源に切り替えることを特徴とする請求項11に記載の電力供給コントローラ。
- USB−Type−C規格及びUSBPD規格に対応していることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に記載の電力供給コントローラ。
- 第1系統の電源と、2つ以上の電源が含まれる第2系統の電源と、前記第1系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第1の出力スイッチと、前記第2系統の電源のVBUS経路を導通又は遮断する第2の出力スイッチと、前記第2系統の電源のいずれかを前記VBUS経路に接続するマルチプレクサと、前記VBUS経路のVBUS電圧を監視しながら、前記VBUS電圧に基づいて、前記第1の出力スイッチ、前記第2の出力スイッチ、及び前記マルチプレクサの信号を制御する電力供給コントローラとを備える電力供給装置が電力を供給する電力供給方法であって、
前記VBUS経路のVBUS電圧を監視する監視ステップと、
前記監視ステップにおいて監視されたVBUS電圧に基づいて、前記第1の出力スイッチ、前記第2の出力スイッチ、及び前記マルチプレクサの信号を制御する制御ステップと
を含むことを特徴とする電力供給方法。 - 前記制御ステップでは、前記第1系統の電源と前記第2系統の電源とを切り替える場合、所定時間だけ前記第1系統の電源のVBUS経路と前記第2系統の電源のVBUS経路の両方を導通させることを特徴とする請求項16に記載の電力供給方法。
- 前記制御ステップでは、前記第1系統の電源から前記第2系統の電源のいずれかに切り替える場合、前記VBUS電圧が無い時に前記第1の出力スイッチをオフしないように制御することを特徴とする請求項17に記載の電力供給方法。
- 前記制御ステップでは、前記第2系統の電源のいずれかから前記第1系統の電源に切り替える場合、前記VBUS電圧が無い時に前記第2の出力スイッチをオフしないように制御することを特徴とする請求項17に記載の電力供給方法。
- 前記制御ステップでは、前記第2系統の電源に含まれる特定の電源から他の特定の電源に切り替える場合、前記特定の電源から前記第1系統の電源に切り替えた後、前記第1系統の電源から前記他の特定の電源に切り替えることを特徴とする請求項17に記載の電力供給方法。
- 前記電力供給コントローラは、USB−Type−C規格及びUSBPD規格に対応していることを特徴とする請求項16〜20のいずれか1項に記載の電力供給方法。
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