JP6902730B2 - USB power supply device - Google Patents
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Description
本発明は、USB給電装置に関する。 The present invention relates to a USB power supply device.
近年、スマートフォン、タブレット端末等のUSB(Universal Serial Bus)コネクタを備える電子デバイスの普及に伴い、各種形態のUSB給電装置が提供されている。ここで、USB給電装置とは、USBコネクタを備え、そのUSBコネクタに接続された電子デバイスに電力を供給する装置である。 In recent years, with the spread of electronic devices having a USB (Universal Serial Bus) connector such as smartphones and tablet terminals, various types of USB power supply devices have been provided. Here, the USB power supply device is a device provided with a USB connector and supplying electric power to an electronic device connected to the USB connector.
従来、USB給電装置として、例えば、商用電源のコンセントに差し込んで用いる電源アダプタの形態(例えば、特許文献1等参照)、あるいは、壁等に埋め込んで固定される埋込型配線器具の形態のものが提案されている。 Conventionally, as a USB power supply device, for example, a power adapter in the form of a power adapter used by inserting it into a commercial power outlet (see, for example, Patent Document 1), or an embedded wiring device embedded in a wall or the like and fixed. Has been proposed.
しかしながら、上記特許文献1の電源アダプタでは、異常な温度上昇に対する対策が施されていない。そのために、USB給電装置から電子デバイスに大電流が流れる状態が継続した場合には、USB給電装置において大電流が流れる箇所の温度が上昇し、半田クラック等が生じることにより、USB給電装置が正常に動作しなくなってしまう可能性がある。 However, the power adapter of Patent Document 1 does not take measures against an abnormal temperature rise. Therefore, when a large current continues to flow from the USB power supply device to the electronic device, the temperature of the part where the large current flows in the USB power supply device rises and solder cracks or the like occur, so that the USB power supply device is normal. There is a possibility that it will not work.
その対策として、USB給電装置に、温度上昇に対する保護機能を設けることが考えられる。しかしながら、USB給電装置に温度上昇に対する保護機能を設けた場合には、USB給電装置の回路規模が大きくなってしまうために、コンパクトなUSB給電装置を実現することが困難となる。また、USB給電装置で使用される電子部品が増加するために、USB給電装置のコストが増大してしまう。 As a countermeasure, it is conceivable to provide the USB power supply device with a protection function against temperature rise. However, if the USB power supply device is provided with a protection function against temperature rise, the circuit scale of the USB power supply device becomes large, and it becomes difficult to realize a compact USB power supply device. In addition, the cost of the USB power supply device increases because the number of electronic components used in the USB power supply device increases.
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたUSB給電装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a USB power supply device devised to realize a protection function against temperature rise with a small number of electronic components.
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係るUSB給電装置は、USBコネクタと、前記USBコネクタを支持する回路基板と、前記回路基板に実装された部品を有し、前記USBコネクタの電源端子に電力を供給する電源回路とを備え、前記電源回路は、フライバックトランスと、入力された交流電力を整流し、得られた直流電力を前記フライバックトランスの一次巻線に供給する第一整流回路と、前記一次巻線と直列に接続されるスイッチング素子と、半導体素子を有し、前記半導体素子を用いて、前記フライバックトランスの二次巻線から出力される交流電力を整流し、得られた直流電力を前記電源端子に供給する第二整流回路と、前記電源端子の電圧に応じた量の光を発する発光回路、及び、前記発光回路が発した光を受光する受光回路を有するフォトカプラと、前記受光回路が受光した光の量に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御回路と、サーミスタを有し、前記サーミスタを用いて、前記電源端子及び前記半導体素子の少なくとも一方の温度を検知し、検知した温度に応じて前記発光回路を制御する温度検知回路とを備え、前記温度検知回路は、1個の前記サーミスタを用いて、前記電源端子及び前記半導体素子の温度を検知する。 In order to achieve the above object, the USB power supply device according to one embodiment of the present invention includes a USB connector, a circuit board that supports the USB connector, and components mounted on the circuit board. A power supply circuit that supplies power to the power supply terminal is provided, and the power supply circuit rectifies the flyback transformer and the input AC power, and supplies the obtained DC power to the primary winding of the flyback transformer. It has a primary rectifying circuit, a switching element connected in series with the primary winding, and a semiconductor element, and the semiconductor element is used to rectify the AC power output from the secondary winding of the flyback transformer. A second rectifying circuit that supplies the obtained DC power to the power supply terminal, a light emitting circuit that emits an amount of light corresponding to the voltage of the power supply terminal, and a light receiving circuit that receives the light emitted by the light emitting circuit. It has a photocoupler, a control circuit that controls switching of the switching element according to the amount of light received by the light receiving circuit, and a thermister, and uses the thermister to at least the power supply terminal and the semiconductor element. A temperature detection circuit that detects one of the temperatures and controls the light emitting circuit according to the detected temperature is provided , and the temperature detection circuit uses one thermistor to measure the temperatures of the power supply terminal and the semiconductor element. Is detected .
本発明により、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたUSB給電装置が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a USB power supply device devised to realize a protection function against temperature rise with a small number of electronic components.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、動作手順等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show a specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, operating procedures, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present invention will be described as arbitrary components. Moreover, each figure is not necessarily exactly illustrated. In each figure, substantially the same configurations are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.
図1は、実施の形態に係るUSB給電装置10の設置例を示す図である。ここでは、USB給電装置10は、埋込型配線器具として、商用電源コンセント8の横に並ぶ位置に、部屋2の壁4に埋め込まれて固定されている様子が図示されている。USB給電装置10の前面には、電子デバイスを接続するためのUSBコネクタUSB1が取り付けられている。USBコネクタUSB1は、例えば、USB Type−Aのレセプタクル(メス)である。
FIG. 1 is a diagram showing an installation example of the USB
図2Aは、図1に示されたUSB給電装置10の構造を示す外観図である。なお、本図では、USB給電装置10を壁4に取り付けて固定するためのプレート(例えば、樹脂製のプレート)及び取付枠(例えば、金属製の取付枠)の図示は省略されている。USB給電装置10は、USBコネクタUSB1及びフライバックトランスT1等を備える絶縁型のスイッチング電源である。構造的には、USB給電装置10は、一次側モジュール21と二次側モジュール22とがフライバックトランスT1を介して結合された構造を有する。
FIG. 2A is an external view showing the structure of the USB
一次側モジュール21は、フライバックトランスT1の一次側の回路(つまり、一次側回路11a)を構成するモジュールであり、回路基板23aと、回路基板23aに実装された各種電子部品で構成される。二次側モジュール22は、フライバックトランスT1の二次側の回路(つまり、二次側回路11b)を構成するモジュールであり、回路基板23bと、回路基板23bに実装された、USBコネクタUSB1を含む各種電子部品で構成される。なお、フライバックトランスT1、一次側回路11a及び二次側回路11bによって、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSに電力を供給する電源回路11が構成されている。
The
一次側モジュール21の回路基板23aの裏面と、二次側モジュール22の表面とが、フライバックトランスT1を介して結合されている。ここで、回路基板の表面とは、回路基板の両面のうち、より多くの電子部品が実装されている面である。USBコネクタUSB1は、二次側モジュール22の回路基板23bの裏面に実装されている。
The back surface of the
図2Bは、図2Aに示された二次側モジュール22の回路基板23bの表面を見た外観図である。回路基板23bの中央には、反対側(回路基板23bの裏面)に取り付けられたUSBコネクタUSB1の端子が貫通してはんだ付けで固定されている。USBコネクタUSB1の端子のうち、本図における左端に位置する端子が、このUSB給電装置10が給電する直流電圧(ここでは、5V)を供給する電源端子VBUSであり、右端に位置する端子がグランド端子GNDである。
FIG. 2B is an external view of the surface of the
また、回路基板23bの左上には、交流電力を整流して直流電力を出力する半導体素子の一例であるスイッチング素子TR10が実装されている。
Further, on the upper left of the
USBコネクタUSB1の電源端子VBUS及びスイッチング素子TR10は、発熱するリスクの高い電子部品である。よって、本実施の形態では、回路基板23bの平面視における電源端子VBUSとスイッチング素子TR10との間に、これらの電源端子VBUS及びスイッチング素子TR10の温度を検知するサーミスタTH1が実装されている。つまり、サーミスタTH1は、電源端子VBUS及びスイッチング素子TR10の両方の温度を検知するセンサを兼ねている。
The power supply terminal VBUS and the switching element TR10 of the USB connector USB1 are electronic components having a high risk of heat generation. Therefore, in the present embodiment, the thermistor TH1 for detecting the temperature of the power supply terminal VBUS and the switching element TR10 is mounted between the power supply terminal VBUS and the switching element TR10 in the plan view of the
図3は、図1に示されたUSB給電装置10が備える電源回路11の回路図である。USB給電装置10は、商用交流電力を入力とし、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSに直流電圧(ここでは、5V)を供給する絶縁型のスイッチング電源であり、図3に示される電源回路11を備える。
FIG. 3 is a circuit diagram of a
電源回路11は、大きく分けて、フライバックトランスT1と、一次側回路11aと、二次側回路11bとで構成される。
The
フライバックトランスT1は、入力となる一次巻線T1a、出力となる二次巻線T1b、及び、一次側の補助巻線T1cを有するトランスである。 The flyback transformer T1 is a transformer having a primary winding T1a as an input, a secondary winding T1b as an output, and an auxiliary winding T1c on the primary side.
一次側回路11aは、ダイオードブリッジDB1、コンデンサC1〜C5、コイルL1、抵抗R1〜R5、ダイオードD1〜D3、スイッチング素子TR1、受光トランジスタPCTR1、及び、制御回路IC1で構成される。
The
ダイオードブリッジDB1は、入力された商用交流電力(ここでは、AC100V〜240V)を整流し、得られた直流電力をフライバックトランスT1の一次巻線T1aに供給する第一整流回路12を構成している。 The diode bridge DB1 constitutes a first rectifier circuit 12 that rectifies the input commercial AC power (here, AC100V to 240V) and supplies the obtained DC power to the primary winding T1a of the flyback transformer T1. There is.
ダイオードブリッジDB1の出力側に接続されたコンデンサC1及びC2、並びに、コイルL1は、ダイオードブリッジDB1で整流された電圧を平滑化する平滑化回路を構成している。 The capacitors C1 and C2 connected to the output side of the diode bridge DB1 and the coil L1 form a smoothing circuit for smoothing the voltage rectified by the diode bridge DB1.
フライバックトランスT1の一次巻線T1aに接続された抵抗R1、コンデンサC3及びダイオードD1は、スイッチング素子TR1のオフ時に一次巻線T1aに発生する高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。 The resistor R1, the capacitor C3, and the diode D1 connected to the primary winding T1a of the flyback transformer T1 form a snubber circuit that absorbs the high voltage generated in the primary winding T1a when the switching element TR1 is turned off.
スイッチング素子TR1は、フライバックトランスT1の一次巻線T1aに直列に接続され、上記平滑化回路で生成された直流電圧をチョッピングする素子であり、例えば、MOSトランジスタである。 The switching element TR1 is an element connected in series with the primary winding T1a of the flyback transformer T1 and chopping the DC voltage generated by the smoothing circuit, and is, for example, a MOS transistor.
抵抗R2は、一次巻線T1a及びスイッチング素子TR1を流れる電流を検知し、検知した信号(つまり、電圧)を制御回路IC1の電流監視端子ISに入力させるための抵抗である。 The resistor R2 is a resistor for detecting the current flowing through the primary winding T1a and the switching element TR1 and inputting the detected signal (that is, voltage) to the current monitoring terminal IS of the control circuit IC1.
ダイオードD2及び抵抗R3は、上記平滑化回路で生成された直流電圧を制御回路IC1の電圧入力端子VINに入力させる保護回路を構成している。 The diode D2 and the resistor R3 form a protection circuit for inputting the DC voltage generated by the smoothing circuit to the voltage input terminal VIN of the control circuit IC1.
補助巻線T1cに接続されたダイオードD3及びコンデンサC4は、補助巻線T1cで生成された交流電圧を整流及び平滑化して制御回路IC1の電源端子VCCに直流電圧を供給する電源回路を構成している。また、補助巻線T1cと並列に接続された抵抗R4及び抵抗R5は、補助巻線T1cの電圧を分圧して制御回路IC1のゼロクロス入力端子ZCDに入力させる分圧回路を構成している。 The diode D3 and the capacitor C4 connected to the auxiliary winding T1c form a power supply circuit that rectifies and smoothes the AC voltage generated by the auxiliary winding T1c and supplies a DC voltage to the power supply terminal VCS of the control circuit IC1. There is. Further, the resistors R4 and R5 connected in parallel with the auxiliary winding T1c form a voltage dividing circuit that divides the voltage of the auxiliary winding T1c and inputs it to the zero cross input terminal ZCD of the control circuit IC1.
受光トランジスタPCTR1は、二次側回路11bの発光ダイオードPCD1とともにフォトカプラPC1を構成しており、発光ダイオードPCD1が発光した光を受光する受光回路を構成している。受光トランジスタPCTR1は、受光した光の量に応じた信号(つまり、電流)を制御回路IC1のフィードバック端子FBに出力する。受光トランジスタPCTR1に接続されたコンデンサC5は、受光トランジスタPCTR1が出力する信号を平滑化する。
The light receiving transistor PCTR1 constitutes a photocoupler PC1 together with the light emitting diode PCD1 of the
制御回路IC1は、受光トランジスタPCTR1が受光した光の量に応じて、スイッチング素子TR1のスイッチングを制御する回路である。本実施の形態では、制御回路IC1は、フィードバック端子FBに入力される受光トランジスタPCTR1からの信号の量が一定となるように、スイッチング素子TR1をオンオフさせるICである。具体的には、制御回路IC1は、ゼロクロス入力端子ZCDに入力される電圧に基づいて、スイッチング素子TR1を流れる平均電流が一定となるように、駆動端子OUTからスイッチング素子TR1の制御端子にPWM(Pulse Width Modulation)用の制御信号を出力する。 The control circuit IC1 is a circuit that controls switching of the switching element TR1 according to the amount of light received by the light receiving transistor PCTR1. In the present embodiment, the control circuit IC1 is an IC that turns on / off the switching element TR1 so that the amount of signals from the light receiving transistor PCTR1 input to the feedback terminal FB is constant. Specifically, the control circuit IC1 is PWMed from the drive terminal OUT to the control terminal of the switching element TR1 so that the average current flowing through the switching element TR1 becomes constant based on the voltage input to the zero cross input terminal ZCD. Outputs the control signal for Pulse Width Modulation).
二次側回路11bは、第二整流回路13、コンデンサC10、C11、コイルL10、抵抗R10、フィードバック回路14、及び、温度検知回路15で構成される。
The
第二整流回路13は、図2Bに示された半導体素子(ここでは、スイッチング素子TR10)を有し、半導体素子を用いてフライバックトランスT1の二次巻線T1bから出力される交流電力を整流する回路である。整流によって得られた直流電力は、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSに供給される。具体的には、第二整流回路13は、フライバックトランスT1の二次巻線T1bに接続されたスイッチング素子TR10、及び、スイッチング素子TR10を制御する制御回路IC10で構成される。制御回路IC10は、スイッチング素子TR10がダイオードのように半波整流(つまり、同期整流)するように、スイッチング素子TR10のオンオフを制御する。
The
なお、第二整流回路13は、本実施の形態のようにスイッチング素子TR10及び制御回路IC10で構成されるだけでなく、これに代えて、整流用ダイオード、ダイオードブリッジ、又は、サイリスタ等の他のスイッチング素子で構成されてもよい。
The
二次巻線T1bと接続されたコンデンサC10及びコイルL10、並びに、コンデンサC11は、スイッチング素子TR10によって整流された電圧を平滑化する平滑化回路を構成している。 The capacitor C10 and the coil L10 connected to the secondary winding T1b, and the capacitor C11 form a smoothing circuit that smoothes the voltage rectified by the switching element TR10.
コンデンサC11と並列に接続された抵抗R10は、USBコネクタUSB1に電子デバイスが接続されていない場合であっても電源端子VBUSとグランド端子GNDとの間に電流を流させるためのダミー負荷である。 The resistor R10 connected in parallel with the capacitor C11 is a dummy load for allowing a current to flow between the power supply terminal VBUS and the ground terminal GND even when an electronic device is not connected to the USB connector USB1.
フィードバック回路14は、電源端子VBUSの電圧を示す信号と、温度検知回路15で検知された温度を示す信号とを合成し、合成後の信号を一次側回路11aの制御回路IC1にフィードバックさせる回路である。フィードバック回路14は、抵抗R11〜R14、コンデンサC12、発光ダイオードPCD1、シャントレギュレータZ1で構成される。抵抗R12及びR13によって、電源端子VBUSの電圧が分圧されてシャントレギュレータZ1の制御端子に入力される。シャントレギュレータZ1は、フォトカプラPC1を構成する発光ダイオードPCD1と直列に接続され、制御端子に入力された分圧電圧と内部に有する基準電圧との差に応じた電流を流すように発光ダイオードPCD1を駆動する。抵抗R11は、発光ダイオードPCD1を流れる電流を制限する抵抗である。抵抗R14及びコンデンサC12は、抵抗R12及びR13による分圧電圧の変化分(交流成分)を発光ダイオードPCD1とシャントレギュレータZ1との接続点に伝達する回路である。
The
温度検知回路15は、サーミスタTH1を有し、サーミスタTH1を用いて、USBコネクタUSB1の電源端子VBUS及びスイッチング素子TR10の少なくとも一方(ここでは、両方)の温度を検知し、検知した温度に応じて発光回路を制御する回路である。具体的には、温度検知回路15は、電源端子VBUSとグランドとの間に直列に接続されたサーミスタTH1及び抵抗R15、並びに、それらの接続点と分圧回路(抵抗R12及びR13)の接続点とを接続するダイオードD10で構成される。サーミスタTH1は、本実施の形態では、温度が上がると抵抗値が減る負特性サーミスタである。 The temperature detection circuit 15 has a thermistor TH1 and detects the temperature of at least one (here, both) of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the switching element TR10 by using the thermistor TH1, according to the detected temperature. It is a circuit that controls the light emitting circuit. Specifically, the temperature detection circuit 15 includes a thermistor TH1 and a resistor R15 connected in series between the power supply terminal VBUS and the ground, and a connection point between the connection point and the voltage dividing circuit (resistors R12 and R13). It is composed of a diode D10 that connects to and. In the present embodiment, the thermistor TH1 is a negative characteristic thermistor whose resistance value decreases as the temperature rises.
次に、以上のように構成された本実施の形態に係るUSB給電装置10の動作について説明する。
Next, the operation of the USB
まず、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSに出力される直流電圧(ここでは、5V)の安定化について、説明する。 First, stabilization of the DC voltage (here, 5V) output to the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 will be described.
フィードバック回路14において、電源端子VBUSの電圧は、分圧回路(抵抗R12及びR13)で検知され、分圧回路から出力される分圧電圧がシャントレギュレータZ1の制御端子に入力される。シャントレギュレータZ1は、制御端子に入力された分圧電圧と内部に有する基準電圧との差に応じた電流を流すように発光ダイオードPCD1を駆動する。発光ダイオードPCD1で発光した光は、受光トランジスタPCTR1で受光され、受光した光の量に応じた信号(つまり、電流)が受光トランジスタPCTR1から制御回路IC1のフィードバック端子FBに入力される。
In the
制御回路IC1は、フィードバック端子FBに入力された受光トランジスタPCTR1からの信号の量(つまり、電流)が一定(制御目標値)となるように、駆動端子OUTからスイッチング素子TR1の制御端子に制御信号を出力する。 The control circuit IC1 is a control signal from the drive terminal OUT to the control terminal of the switching element TR1 so that the amount (that is, the current) of the signal from the light receiving transistor PCTR1 input to the feedback terminal FB is constant (control target value). Is output.
例えば、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSの電圧が目標電圧(ここでは、5V)よりも大きくなった場合には、制御回路IC1のフィードバック端子FBに制御目標値を超える信号が入力される。よって、制御回路IC1は、スイッチング素子TR1のスイッチングにおけるオン期間を減少させるように、スイッチング素子TR1を制御する。その結果、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSの電圧は、目標電圧に向けて下降する。 For example, when the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 becomes larger than the target voltage (here, 5V), a signal exceeding the control target value is input to the feedback terminal FB of the control circuit IC1. Therefore, the control circuit IC1 controls the switching element TR1 so as to reduce the on-period in switching of the switching element TR1. As a result, the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 drops toward the target voltage.
一方、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSの電圧が目標電圧(ここでは、5V)よりも小さくなった場合には、制御回路IC1のフィードバック端子FBに制御目標値よりも小さな信号が入力される。よって、制御回路IC1は、スイッチング素子TR1のスイッチングにおけるオン期間を増加させるように、スイッチング素子TR1を制御する。その結果、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSの電圧は、目標電圧に向けて上昇する。 On the other hand, when the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 becomes smaller than the target voltage (here, 5V), a signal smaller than the control target value is input to the feedback terminal FB of the control circuit IC1. Therefore, the control circuit IC1 controls the switching element TR1 so as to increase the on-period in switching of the switching element TR1. As a result, the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 rises toward the target voltage.
このような制御により、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSの電圧が目標電圧(ここでは、5V)に維持される。なお、この目標電圧は、分圧回路(抵抗R12及びR13)の分圧比、シャントレギュレータZ1の基準電圧、制御回路IC1における制御目標値等を変えることによって、変更することができる。 By such control, the voltage of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 is maintained at the target voltage (here, 5V). The target voltage can be changed by changing the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuits (resistors R12 and R13), the reference voltage of the shunt regulator Z1, the control target value in the control circuit IC1, and the like.
次に、本実施の形態に係るUSB給電装置10の特徴的な機能である温度検知について、説明する。
Next, temperature detection, which is a characteristic function of the USB
温度検知回路15において、電源端子VBUSとグランドとの間に直列に接続されたサーミスタTH1及び抵抗R15によって分圧回路が構成されている。よって、サーミスタTH1の抵抗値の変化は、この分圧回路の出力信号となって、ダイオードD10を介して、フィードバック回路14の分圧回路(抵抗R12及びR13)の接続点に入力される。
In the temperature detection circuit 15, the voltage dividing circuit is composed of the thermistor TH1 and the resistor R15 connected in series between the power supply terminal VBUS and the ground. Therefore, the change in the resistance value of the thermistor TH1 becomes an output signal of this voltage dividing circuit and is input to the connection points of the voltage dividing circuits (resistors R12 and R13) of the
これにより、分圧回路(R12及びR13)の接続点における電圧は、電源端子VBUSの直流電圧に起因して定まる分圧電圧よりも高い電圧が温度検知回路15から出力された場合には、ダイオードD10を介してより高い電圧が重畳されることとなり、上昇する。よって、負特性をもつサーミスタTH1が異常な温度上昇を検知して抵抗値が減少した(つまり、閾値よりも小さな抵抗値を示す)場合には、温度検知回路15から出力される電圧が分圧回路(R12及びR13)の接続点の電圧を上昇させる。その結果、フィードバック回路14では、電源端子VBUSの電圧が異常に上昇したときと同様の事象(分圧回路(R12及びR13)からの分圧電圧が上昇すること)が生じる。よって、制御回路IC1によって、電源端子VBUSの電圧を下降させる制御が行われ、温度上昇が抑制される。
As a result, when the voltage at the connection point of the voltage divider circuits (R12 and R13) is higher than the voltage divider voltage determined by the DC voltage of the power supply terminal VBUS, the diode is output from the temperature detection circuit 15. A higher voltage will be superimposed via D10 and will rise. Therefore, when the thermistor TH1 having a negative characteristic detects an abnormal temperature rise and the resistance value decreases (that is, the resistance value is smaller than the threshold value), the voltage output from the temperature detection circuit 15 is divided. Increase the voltage at the connection points of the circuits (R12 and R13). As a result, in the
このように、分圧回路(R12及びR13)において、温度検知回路15からの信号と、電源端子VBUSの電圧に応じた信号とが合成され、フォトカプラPC1を介して制御回路IC1にフィードバックされる。よって、温度上昇に対する独立した保護回路が不要となり、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたUSB給電装置10が実現される。
In this way, in the voltage dividing circuits (R12 and R13), the signal from the temperature detection circuit 15 and the signal corresponding to the voltage of the power supply terminal VBUS are combined and fed back to the control circuit IC1 via the photocoupler PC1. .. Therefore, an independent protection circuit against a temperature rise becomes unnecessary, and the USB
なお、サーミスタTH1によって検知される温度が正常状態における温度である場合には、サーミスタTH1の抵抗値は一定値以上の値(閾値以上の値)を示す。よって、サーミスタTH1と抵抗R15との接続点における電圧は、分圧回路(抵抗R12及びR13)の接続点での電圧よりも低くなり、ダイオードD10の整流作用によって、温度検知回路15からの信号がフィードバック回路14に流入することはない。つまり、この状態では、温度検知回路15が機能していない状態と同じであり、電源端子VBUSの電圧の安定化だけが図られる。
When the temperature detected by the thermistor TH1 is the temperature in the normal state, the resistance value of the thermistor TH1 indicates a value equal to or higher than a certain value (a value equal to or higher than the threshold value). Therefore, the voltage at the connection point between the thermistor TH1 and the resistor R15 is lower than the voltage at the connection point of the voltage dividing circuits (resistors R12 and R13), and the rectifying action of the diode D10 causes the signal from the temperature detection circuit 15 to be generated. It does not flow into the
なお、本実施の形態では、サーミスタTH1は負特性サーミスタであったが、温度が上がると抵抗値が増える正特性サーミスタであってもよい。その場合には、分圧回路を構成するサーミスタTH1と抵抗R15との接続位置を入れ替える等の変更をすればよい。 In the present embodiment, the thermistor TH1 is a negative characteristic thermistor, but it may be a positive characteristic thermistor whose resistance value increases as the temperature rises. In that case, changes such as exchanging the connection positions of the thermistor TH1 and the resistor R15 constituting the voltage dividing circuit may be made.
以上のように、本実施の形態に係るUSB給電装置10は、USBコネクタUSB1と、USBコネクタUSB1を支持する回路基板23bと、回路基板23bに実装された部品を有し、USBコネクタUSB1の電源端子VBUSに電力を供給する電源回路11とを備える。電源回路11は、フライバックトランスT1と、入力された交流電力を整流し、得られた直流電力をフライバックトランスT1の一次巻線T1aに供給する第一整流回路12と、一次巻線T1aと直列に接続されるスイッチング素子TR1と、第二整流回路13と、フォトカプラPC1と、制御回路IC1と、温度検知回路15とを備える。第二整流回路13は、半導体素子(ここでは、スイッチング素子TR10)を有し、半導体素子を用いて、フライバックトランスT1の二次巻線T1bから出力される交流電力を整流し、得られた直流電力を電源端子VBUSに供給する。フォトカプラPC1は、電源端子VBUSの電圧に応じた量の光を発する発光回路(ここでは、発光ダイオードPCD1)、及び、発光回路が発した光を受光する受光回路(ここでは、受光トランジスタPCTR1)を有する。制御回路IC1は、受光回路が受光した光の量に応じて、スイッチング素子TR1のスイッチングを制御する。温度検知回路15は、サーミスタTH1を有し、サーミスタTH1を用いて、電源端子VBUS及び半導体素子の少なくとも一方の温度を検知し、検知した温度に応じて発光回路を制御する。
As described above, the USB
このように、USB給電装置10には、USBコネクタUSB1の電源端子VBUS及び整流用の半導体素子の少なくとも一方の温度を検知するサーミスタTH1を有し、検知した温度に応じてフォトカプラPC1の発光回路を制御する温度検知回路15が設けられる。よって、USBコネクタUSB1の電源端子VBUS及び半導体素子の少なくとも一方についての温度上昇に対する保護機能が実現される。
As described above, the USB
しかも、独立した保護回路を設けるのではなく、温度検知回路15によってフォトカプラPC1の発光回路を制御する構成となっている。つまり、温度検知回路15からの信号と、電源端子VBUSの電圧に応じた信号とが合成されて、フォトカプラPC1の発光回路を介して制御回路IC1にフィードバックされる。よって、温度上昇に対する独立した保護回路が不要となり、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能を実現する工夫が施されたUSB給電装置10が実現される。
Moreover, instead of providing an independent protection circuit, the temperature detection circuit 15 controls the light emitting circuit of the photocoupler PC1. That is, the signal from the temperature detection circuit 15 and the signal corresponding to the voltage of the power supply terminal VBUS are combined and fed back to the control circuit IC1 via the light emitting circuit of the photocoupler PC1. Therefore, an independent protection circuit against a temperature rise becomes unnecessary, and the USB
また、温度検知回路15は、サーミスタTH1が閾値よりも大きな抵抗値又は小さな抵抗値を示す(本実施の形態では、閾値よりも小さな値を示す)ときに、発光回路が発する光の量が増加するように、発光回路を制御する。 Further, in the temperature detection circuit 15, when the thermistor TH1 exhibits a resistance value larger or smaller than the threshold value (in the present embodiment, the value is smaller than the threshold value), the amount of light emitted by the light emitting circuit increases. The light emitting circuit is controlled so as to do so.
これにより、温度上昇があった場合に、発光回路が発する光の量が増加するように制御されるので、制御回路IC1による負のフィードバック制御を利用することで、温度上昇を抑制するようにスイッチング素子TR1が制御される。 As a result, when the temperature rises, the amount of light emitted by the light emitting circuit is controlled to increase. Therefore, by using the negative feedback control by the control circuit IC1, switching is performed so as to suppress the temperature rise. The element TR1 is controlled.
また、温度検知回路15は、1個のサーミスタTH1を用いて、USBコネクタUSB1の電源端子VBUS及び整流用の半導体素子(ここでは、スイッチング素子TR10)の温度を検知する。 Further, the temperature detection circuit 15 uses one thermistor TH1 to detect the temperature of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the semiconductor element for rectification (here, the switching element TR10).
これにより、温度上昇が生じ易いUSBコネクタUSB1の電源端子VBUS及び半導体素子の2箇所に対して1個のサーミスタTH1によって温度が検知される。よって、2個のサーミスタを用いる場合に比べ、少ない電子部品で温度上昇に対する保護機能が実現される。 As a result, the temperature is detected by one thermistor TH1 for the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the semiconductor element where the temperature tends to rise. Therefore, as compared with the case of using two thermistors, the protection function against temperature rise is realized with a small number of electronic components.
また、整流用の半導体素子(ここでは、スイッチング素子TR10)は、回路基板23bに実装され、サーミスタTH1は、回路基板23bを平面視した場合に、回路基板23bにおける電源端子VBUSと半導体素子の間に実装されている。
Further, the semiconductor element for rectification (here, the switching element TR10) is mounted on the
これにより、サーミスタTH1は、回路基板23bにおける電源端子VBUSと半導体素子の間に実装されるので、確実に、電源端子VBUS及び半導体素子の2箇所に対して温度検知が行われる。
As a result, the thermistor TH1 is mounted between the power supply terminal VBUS and the semiconductor element on the
また、USB給電装置10は、埋込型配線器具である。
Further, the USB
これにより、壁4等に埋め込んで固定される埋込型配線器具の形態で、コンパクトでかつコストが抑えられたUSB給電装置10が実現される。
As a result, a compact and cost-effective USB
以上、本発明に係るUSB給電装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。 Although the USB power supply device according to the present invention has been described above based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. As long as the gist of the present invention is not deviated, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment, and other embodiments constructed by combining some components in the embodiment are also within the scope of the present invention. Included in.
例えば、上記実施の形態では、USB給電装置10は、埋込型配線器具であったが、この実現形態に限られず、商用電源のコンセントに差し込んで用いる電源アダプタの形態であってもよい。
For example, in the above embodiment, the USB
また、上記実施の形態では、USB給電装置10は、USBコネクタUSB1として、USB Type−Aのレセプタクル(メス)を備えたが、これに限られず、USB Type−B、あるいは、USB Type−Cのコネクタであってもよい。
Further, in the above embodiment, the USB
また、上記実施の形態では、USB給電装置10は、1個のUSBコネクタUSB1を備えたが、複数のUSBコネクタを備えてもよい。その場合には、温度検知回路15は、複数のUSBコネクタの温度を検知するのが好ましい。
Further, in the above embodiment, the USB
また、上記実施の形態では、温度検知回路15は、サーミスタTH1、抵抗R15及びダイオードD10で構成されたが、このような回路構成に限られない。サーミスタTH1及び抵抗R15だけで構成されたり、演算増幅器等のアクティブ素子を含んで構成されたりしてもよい。 Further, in the above embodiment, the temperature detection circuit 15 is composed of the thermistor TH1, the resistor R15 and the diode D10, but is not limited to such a circuit configuration. It may be composed of only the thermistor TH1 and a resistor R15, or may be composed of an active element such as an operational amplifier.
また、上記実施の形態では、温度検知回路15のサーミスタTH1は、USBコネクタUSB1の電源端子VBUS及びスイッチング素子TR10の両方の温度を検知したが、これらのうちの一方だけの温度を検知してもよい。 Further, in the above embodiment, the thermistor TH1 of the temperature detection circuit 15 detects the temperature of both the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the switching element TR10, but even if the temperature of only one of these is detected. Good.
また、上記実施の形態では、温度検知回路15は、1個のサーミスタTH1だけを有したが、2個以上のサーミスタを有してもよい。これによって、USBコネクタUSB1の電源端子VBUS及び整流用のスイッチング素子TR10の温度だけでなく、ダイオードブリッジDB1、フライバックトランスT1、スイッチング素子TR1、2つ目のUSBコネクタの電源端子等の発熱するリスクがある他の電子部品の温度も検知できる。 Further, in the above embodiment, the temperature detection circuit 15 has only one thermistor TH1, but may have two or more thermistors. As a result, not only the temperature of the power supply terminal VBUS of the USB connector USB1 and the switching element TR10 for rectification, but also the risk of heat generation of the diode bridge DB1, the flyback transformer T1, the switching element TR1, the power supply terminal of the second USB connector, etc. It can also detect the temperature of other electronic components.
10 USB給電装置
11 電源回路
12 第一整流回路
13 第二整流回路
15 温度検知回路
23a、23b 回路基板
TR1 スイッチング素子
TR10 スイッチング素子(半導体素子の一例)
IC1、IC10 制御回路
PC1 フォトカプラ
PCD1 発光ダイオード(発光回路の一例)
PCTR1 受光トランジスタ(受光回路の一例)
USB1 USBコネクタ
VBUS 電源端子
10 USB
IC1, IC10 control circuit PC1 photocoupler PCD1 light emitting diode (an example of light emitting circuit)
PCTR1 light receiving transistor (an example of a light receiving circuit)
USB1 USB connector VBUS power terminal
Claims (4)
前記USBコネクタを支持する回路基板と、
前記回路基板に実装された部品を有し、前記USBコネクタの電源端子に電力を供給する電源回路とを備え、
前記電源回路は、
フライバックトランスと、
入力された交流電力を整流し、得られた直流電力を前記フライバックトランスの一次巻線に供給する第一整流回路と、
前記一次巻線と直列に接続されるスイッチング素子と、
半導体素子を有し、前記半導体素子を用いて、前記フライバックトランスの二次巻線から出力される交流電力を整流し、得られた直流電力を前記電源端子に供給する第二整流回路と、
前記電源端子の電圧に応じた量の光を発する発光回路、及び、前記発光回路が発した光を受光する受光回路を有するフォトカプラと、
前記受光回路が受光した光の量に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御回路と、
サーミスタを有し、前記サーミスタを用いて、前記電源端子及び前記半導体素子の少なくとも一方の温度を検知し、検知した温度に応じて前記発光回路を制御する温度検知回路とを備え、
前記温度検知回路は、1個の前記サーミスタを用いて、前記電源端子及び前記半導体素子の温度を検知する
USB給電装置。 With USB connector
The circuit board that supports the USB connector and
It has a component mounted on the circuit board, and includes a power supply circuit that supplies power to the power supply terminal of the USB connector.
The power supply circuit
Flyback transformer and
A first rectifier circuit that rectifies the input AC power and supplies the obtained DC power to the primary winding of the flyback transformer.
A switching element connected in series with the primary winding,
A second rectifier circuit having a semiconductor element, using the semiconductor element to rectify the AC power output from the secondary winding of the flyback transformer, and supplying the obtained DC power to the power supply terminal.
A photocoupler having a light emitting circuit that emits an amount of light corresponding to the voltage of the power supply terminal and a light receiving circuit that receives the light emitted by the light emitting circuit.
A control circuit that controls switching of the switching element according to the amount of light received by the light receiving circuit, and
It has a thermistor, and is provided with a temperature detection circuit that detects the temperature of at least one of the power supply terminal and the semiconductor element using the thermistor and controls the light emitting circuit according to the detected temperature .
The temperature detection circuit is a USB power supply device that detects the temperature of the power supply terminal and the semiconductor element by using one thermistor.
請求項1記載のUSB給電装置。 The USB according to claim 1, wherein the temperature detection circuit controls the light emitting circuit so that the amount of light emitted by the light emitting circuit increases when the thermistor exhibits a resistance value larger than a threshold value or a resistance value smaller than the threshold value. Power supply device.
前記サーミスタは、前記回路基板を平面視した場合に、前記回路基板における前記電源端子と前記半導体素子の間に実装されている
請求項1又は2記載のUSB給電装置。 The semiconductor element is mounted on the circuit board and
The USB power supply device according to claim 1 or 2 , wherein the thermistor is mounted between the power supply terminal and the semiconductor element on the circuit board when the circuit board is viewed in a plan view.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のUSB給電装置。 The USB power supply device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the USB power supply device is an embedded wiring device.
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