JP6416580B2 - Ｕｓｂ給電装置、それを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明はＵＳＢ給電装置に関する。

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、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（Universal Serial Bus）ケーブルを介して供給されたＤＣ電圧（バス電圧Ｖ_ＢＵＳ）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。

図１は、本発明者らが検討したＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠するＵＳＢホスト９００のブロック図である。ケーブルの差し込み口であるレセプタクル（ＵＳＢポート）９０８には、ＵＳＢケーブル２０２を介して、電力供給先のＵＳＢデバイス（スレーブ機器、以下、ＵＢＳ受電装置という）２００が接続される。ここでは、ＶＢＵＳラインとＧＮＤラインのみが示される。

電源回路９０２は、ＵＳＢ受電装置２００に供給すべきＤＣ電圧Ｖ_ＯＵＴを生成する。フィードバック回路９０４は、電源回路９０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが設定電圧Ｖ_ＳＥＴに近づくように、電源回路９０２をフィードバック制御する。ＵＳＢ−ＰＤ規格では、設定電圧Ｖ_ＳＥＴは、５Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖから選択される。

電源回路９０２の出力とレセプタクル９０８の間は、バスライン９０６で接続されおり、バスライン９０６上には、スイッチＳＷ１、インダクタＬ１、が直列に設けられる。また電源回路９０２の出力には、平滑用の出力キャパシタＣ１が接続され、レセプタクル９０８の近傍にも、出力キャパシタＣ２が接続される。

コントローラ９１０の通信（ＣＯＭ）端子は、ＤＣブロック用のキャパシタＣ３を介してバスライン９０６とカップリングされる。ＵＳＢ−ＰＤ規格では、ＵＳＢホスト９００とＵＳＢ受電装置２００は、バスライン９０６を経由して、バス電圧Ｖ_ＢＵＳに変調信号Ｖ_ＭＯＤを重畳する形式で通信可能となっている。重畳された変調信号Ｖ_ＭＯＤは、キャパシタＣ３を介してＣＯＭ端子に入力される。コントローラ９１０は、ＵＳＢ受電装置２００とのネゴシエーションにより、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの設定電圧Ｖ_ＳＥＴを決定し、またサプライ電流（充電電流）Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}の許容量をＵＳＢ受電装置２００に通知する。

ＵＳＢ−ＰＤ規格では、従来のＢＣ規格よりも大きいサプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}が許容されるため、過電流保護や過電圧保護が厳しく要求され、回路保護のためにスイッチＳＷ１が設けられている。コントローラ９１０は、サプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}の電流量が過電流しきい値を超えるとスイッチＳＷ１をオフする過電流保護機能や、電源回路９０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴあるいはバス電圧Ｖ_ＢＵＳが過電圧しきい値を超えるとスイッチＳＷ１をオフする過電圧保護機能を備える。

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ＵＳＢホスト９００について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。スイッチＳＷ１には、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられる。しかしながら、オン抵抗が数ｍΩのＭＯＳＦＥＴは高価であるため、現実的には、数十ｍΩを超えるオン抵抗のＭＯＳＦＥＴが用いられる場合も多い。ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗に加えて、インダクタＬ１や、バスライン１０６自体のインピーダンスを考慮すると、電源回路９０２からレセプタクル９０８の間の供給経路のインピーダンスは１００ｍΩ程度となり、電圧降下Ｖ_ＤＲＯＰが無視できなくなる。電圧降下Ｖ_ＤＲＯＰを考慮したとき、バス電圧Ｖ_ＢＵＳは、式（１）で与えられる。
Ｖ_ＢＵＳ＝Ｖ_ＯＵＴ−Ｖ_ＤＲＯＰ …（１）
たとえば１００ｍΩの抵抗に、５Ａのサプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}が流れると、その電圧降下は５００ｍＶにも達する。つまり、電源回路９０２が５Ｖの電圧Ｖ_ＯＵＴを生成したとしても、レセプタクル９０８から出力されるバス電圧Ｖ_ＢＵＳは、４．５Ｖまで低下する。ＵＳＢ−ＰＤ規格では、設定電圧Ｖ_ＳＥＴが５Ｖのときに、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの下限電圧として４．７５Ｖが規定されており、サプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}が大きくなったときに、スペックを満たすことが難しくなる。同様の問題は、ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格においても生じうる。

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、レセプタクルから出力されるバス電圧のドロップを抑制可能なＵＳＢ給電装置の提供にある。

本発明のある態様は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に準拠し、ＵＳＢ受電装置に電力を供給するＵＳＢ給電装置に関する。このＵＳＢ給電装置は、電源回路と、電源回路の出力とＵＳＢ受電装置とを接続するバスラインと、バスラインの経路上に設けられたスイッチと、電源回路の出力電圧とスイッチよりもＵＳＢ受電装置側のバス電圧の一方を選択するセレクタと、セレクタにより選択された電圧が設定電圧に近づくように、電源回路をフィードバック制御するフィードバック回路と、ＵＳＢ給電装置の状態にもとづいて、スイッチおよびセレクタを制御するコントローラと、を備える。
この態様によると、ＵＳＢ給電装置の状態に応じて電源回路への帰還点を切りかえ可能とすることにより、設定電圧に対するバス電圧のドロップ量を低減し、ラインレギュレーションを改善できる。

コントローラは、スイッチがオフの期間、セレクタに出力電圧を選択させてもよい。
これにより、スイッチがオフの間も、電源回路の出力電圧を設定電圧に維持しておくことができ、次にスイッチがオンしたときに、直ちにＵＳＢ受電装置にバス電圧を供給できる。

コントローラは、バスラインを介してＵＳＢ受電装置に供給されるサプライ電流にもとづいて、セレクタを制御してもよい。

コントローラは、サプライ電流が所定のしきい値より大きいときに、セレクタにバス電圧を選択させ、サプライ電流がしきい値より小さいときに、セレクタに出力電圧を選択させてもよい。

ＵＳＢケーブルが挿入されるレセプタクルは、ケーブルの先端に取り付けられてもよい。セレクタには、電源回路の出力電圧と、ケーブルの先端におけるバス電圧が入力されてもよい。これによりケーブル内部の電圧降下の影響も排除できる。

セレクタには、出力電圧、バス電圧それぞれを抵抗分圧した電圧が入力されてもよい。

電源回路は、１次巻線および２次巻線を有するトランスと、トランスの１次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、トランスの２次巻線に流れる電流を整流する整流回路と、フィードバック信号にもとづいてスイッチングトランジスタをスイッチングする電源コントローラと、を備えてもよい。フィードバック回路は、トランスの２次側に設けられ、セレクタの出力電圧と設定電圧の誤差に応じた信号を生成する誤差増幅器と、誤差増幅器の出力信号を、フィードバック信号としてトランスの１次側に伝送するフォトカプラと、を備えてもよい。

コントローラは、ＵＳＢ受電装置と通信する通信部を含んでもよい。コントローラは、ＵＳＢ受電装置とのネゴシエーションにもとづいて、設定電圧を決定してもよい。

ＵＳＢ給電装置は、ＵＳＢ−ＰＤ（Power Delivery）規格に準拠しており、バスライン上に、スイッチよりもＵＳＢ受電装置側に設けられたインダクタをさらに備えてもよい。セレクタには、インダクタよりもＵＳＢ受電装置側のバス電圧が入力されてもよい。

ＵＳＢ−ＰＤ（Universal Serial Bus−Power Delivery）規格、またはＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ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ＵＳＢ給電装置を備える。

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、ＵＳＢ受電装置に供給されるバス電圧の設定電圧に対するドロップ量を低減し、ロードレギュレーションを改善できる。

本発明者らが検討したＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠するＵＳＢホストのブロック図である。 実施の形態に係るＵＳＢ給電装置のブロック図である。 電源回路およびフィードバック回路の構成例を示す回路図である。 図２のＵＳＢ給電装置の動作波形図である。 第２変形例に係るＵＳＢ給電装置の斜視図である。 第３変形例に係るＵＳＢ給電装置のブロック図である。 第５変形例に係るＵＳＢ給電装置の一部の回路図である。 ＵＳＢ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２は、実施の形態に係るＵＳＢ給電装置１００のブロック図である。ＵＳＢ給電装置１００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）１０８には、ＵＳＢケーブル２０２を介して、電力供給先のＵＳＢ受電装置２００が接続される。ＵＳＢ受電装置２００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。ここでは、ＶＢＵＳラインとＧＮＤラインのみが示される。

電源回路１０２は、ＵＳＢ受電装置２００に供給すべきＤＣ電圧Ｖ_ＯＵＴを生成する。

バスライン１０６は、電源回路１０２の出力からレセプタクル１０８の間を接続する。スイッチＳＷ１およびインダクタＬ１は、バスライン１０６の経路上に直列に設けられる。たとえばスイッチＳＷ１は、対向配置された２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを含む。キャパシタＣ２は、レセプタクル１０８の近傍においてバスライン１０６と接続され、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを平滑化する。

セレクタ１４０は、電源回路１０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴと、スイッチＳＷ１よりもＵＳＢ受電装置２００側のバス電圧Ｖ_ＢＵＳの一方を選択し、選択された一方の電圧（以下、制御対象電圧という）Ｖ_Ｓをフィードバック回路１０４に出力する。

フィードバック回路１０４は、セレクタ１４０により選択された制御対象電圧Ｖ_Ｓが設定電圧Ｖ_ＳＥＴに近づくように、電源回路１０２をフィードバック制御する。キャパシタＣ１は、ＵＳＢ給電装置１００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを平滑化する。

具体的にはフィードバック回路１０４は、制御対象電圧Ｖ_Ｓと設定電圧Ｖ_ＳＥＴの誤差を増幅してフィードバック信号Ｖ_ＦＢを生成し、電源回路１０２に供給する。電源回路１０２は、フィードバック信号Ｖ_ＦＢを受け、出力電圧Ｖ_ＯＵＴと設定電圧Ｖ_ＳＥＴの誤差がゼロに近づくように、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを調節する。電源回路１０２およびフィードバック回路１０４の構成は特に限定されない。たとえば電源回路１０２はリニアレギュレータ、降圧型あるいは昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータで構成してもよいし、それらの組み合わせとしてもよい。

コントローラ１１０は、ＵＳＢ給電装置１００全体を統合的に制御する。コントローラ１１０は、（i）ＵＳＢ受電装置２００と通信して設定電圧Ｖ_ＳＥＴを決定する機能、（ii）電源回路１０２を制御する機能、（iii）スイッチＳＷ１のオン、オフ状態を制御する機能、（iv）セレクタ１４０を制御する機能を有する。

コントローラ１１０のＣＯＭ端子は、キャパシタＣ３を介してバスライン１０６とカップリングされる。通信部１１３は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳに重畳される変調電圧Ｖ_ＭＯＤを受け、これを復調してロジック部１１４に出力する。ロジック部１１４は、ＵＳＢ受電装置２００とのネゴシエーションに応じて、ＵＳＢ給電装置１００がＵＳＢ受電装置２００に供給すべきバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベル（設定電圧Ｖ_ＳＥＴ）を決定する。

コントローラ１１０のロジック部１１４は、決定した設定電圧Ｖ_ＳＥＴを、フィードバック回路１０４に通知する。

ロジック部１１４は、ＵＳＢ給電装置１００の電気的状態や、所定のシーケンスにしたがって、スイッチＳＷ１のオン、オフ状態を制御する。ドライバ１１６は、ロジック部１１４が生成する制御信号Ｓ３にもとづいてスイッチＳＷ１を制御する。たとえばドライバ１１６は、チャージポンプ回路を含み、スイッチＳＷ１のオンが指示されるとき、Ｖ_ＯＵＴより高いハイレベル電圧を生成してスイッチＳＷ１のゲートに供給する。

ＯＣＰ（過電流保護）回路１１８は、サプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}を検出し、過電流しきい値Ｉ_ＯＣＰとの比較により過電流状態を検出する。ロジック部１１４は、過電流状態が検出されると、スイッチＳＷ１をオフに切りかえる。そのほか、コントローラ１１０は、ＯＶＰ（過電圧保護）回路などを含んでもよく、ロジック部１１４は過電圧状態が検出されると、スイッチＳＷ１をオフに切りかえてもよい。

ロジック部１１４は、ＵＳＢ給電装置１００の状態にもとづいて、セレクタ１４０を制御するための選択信号Ｓ６を生成する。たとえば選択信号Ｓ６がハイレベル（１）のときセレクタ１４０はバス電圧Ｖ_ＢＵＳを、ローレベル（０）のときセレクタ１４０は出力電圧Ｖ_ＯＵＴを選択する。

コントローラ１１０は、スイッチＳＷ１をオンする期間、セレクタ１４０にバス電圧Ｖ_ＢＵＳを選択させ、スイッチＳＷ１をオフする期間、セレクタ１４０に出力電圧Ｖ_ＯＵＴを選択させる。

またコントローラ１１０は、出力キャパシタＣ１、Ｃ２の電荷を放電するための放電回路を含んでもよく、ロジック部１１４は放電回路を制御してもよい。ただしこれらの機能は、本発明とは関連がないため省略する。

図３は、電源回路１０２およびフィードバック回路１０４の構成例を示す回路図である。図３の電源回路１０２は、スイッチングトランジスタＭ１、電流検出抵抗Ｒｓ、ＰＷＭコントローラ１６０、トランスＴ１、ダイオードＤ１１、キャパシタＣ１１、Ｃ１２を含む絶縁型フライバックコンバータである。なおキャパシタＣ１２は、図２のキャパシタＣ２に対応する。ＰＷＭコントローラ１６０は、フィードバック回路１０４からのフィードバック信号Ｖ_ＦＢを受け、フィードバック信号Ｖ_ＦＢに応じたデューティ比を有する駆動パルスを生成し、スイッチングトランジスタＭ１のゲートに出力する。

フィードバック回路１０４は、誤差増幅器１６２、フォトカプラ１６４、キャパシタＣ１３を含む。誤差増幅器１６２は、シャントレギュレータとも称され、セレクタ１４０からの制御対象電圧Ｖ_Ｓと設定電圧Ｖ_ＳＥＴの誤差に応じた誤差信号Ｓ_ＥＲＲを生成する。誤差増幅器１６２は、制御対象電圧Ｖ_Ｓを分圧する抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を備えてもよい。フォトカプラ１６４は、互いに絶縁されるトランスＴ１の２次側から１側に、誤差信号Ｓ_ＥＲＲを送信する。フォトカプラ１６４の出力電流は、キャパシタＣ１３により電圧信号であるフィードバック信号Ｖ_ＦＢに変換され、ＰＷＭコントローラ１６０に入力される。

以上がＵＳＢ給電装置１００の構成である。続いてその動作を説明する。

図４は、図２のＵＳＢ給電装置１００の動作波形図である。
φ１は電源オフ状態である。この状態では、ＵＳＢ給電装置１００は停止しており、スイッチＳＷ１もオフである。

φ２はＵＳＢ給電装置１００の起動状態である。起動状態φ２では、コントローラ１１０は、スイッチＳＷ１をオフの状態で、電源回路１０２を立ち上げる。このときセレクタ１４０は、電源回路１０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを選択している。電源回路１０２に対する設定電圧Ｖ_ＳＥＴは、基準レベル（たとえば５Ｖ）である。電源回路１０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが設定電圧Ｖ_ＳＥＴで安定すると、コントローラ１１０は、スイッチＳＷ１をオンに切りかえるとともに、セレクタ１４０をバス電圧Ｖ_ＢＵＳ側に切りかえる。

φ３は、ネゴシエーションスタンバイ状態である。この状態φ３では、Ｖ_ＢＵＳ＝５Ｖが安定に出力されており、ＵＳＢ受電装置２００とＵＳＢ給電装置１００が通信を行い、設定電圧Ｖ_ＳＥＴが決定される。

φ４は、設定電圧Ｖ_ＳＥＴの遷移状態であり、コントローラ１１０は、フィードバック回路１０４に対して、ネゴシエーションにより決定された設定電圧Ｖ_ＳＥＴを通知する。これにより、バス電圧Ｖ_ＢＵＳが変更後の設定電圧Ｖ_ＳＥＴに近づくようにフィードバックがかかり、やがて安定化される。

φ５は、遷移電圧出力状態であり、ＰＳ＿ＲＥＡＤＹ状態からＣｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｓｔａｎｄｂｙ状態となる。

φ６は、０Ｖ出力状態であり、Ｖｓａｆｅ０として定義された電圧を一定時間、もしくは一定時間以上、出力する。０Ｖ出力状態φ６とその直前の遷移状態φ４においてコントローラ１１０は、スイッチＳＷ１をオフとし、セレクタ１４０に電源回路１０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを選択させてもよい。以上がＵＳＢ給電装置１００の動作である。

セレクタ１４０によってバス電圧Ｖ_ＢＵＳが選択される状態では、バス電圧Ｖ_ＢＵＳが設定電圧Ｖ_ＳＥＴに近づくようにフィードバックがかかるため、サプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}に応じてＶ_ＯＵＴとＶ_ＳＥＴの電位差（電圧降下）Ｖ_ＤＲＯＰが変動したとしても、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを一定に保つことができる。

このＵＳＢ給電装置１００によれば、ＵＳＢ給電装置１００の状態に応じて電源回路１０２への帰還点を切りかえ可能とすることにより、設定電圧Ｖ_ＳＥＴに対するバス電圧Ｖ_ＢＵＳのドロップ量を低減し、ラインレギュレーションを改善できる。

コントローラ１１０は、スイッチＳＷ１がオフの期間、セレクタ１４０に出力電圧Ｖ_ＯＵＴを選択させることとした。これにより、スイッチＳＷ１がオフの間も、電源回路１０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを設定電圧Ｖ_ＳＥＴに維持しておくことができ、次にスイッチＳＷ１がオンしたときに、直ちにＵＳＢ受電装置２００にバス電圧Ｖ_ＢＵＳを供給できる。

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。

（第１変形例）
実施の形態では、スイッチＳＷ１がオンの期間中、セレクタ１４０がバス電圧Ｖ_ＢＵＳを選択する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。コントローラ１１０は、スイッチＳＷ１がオンの期間中、サプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}にもとづいて、セレクタ１４０を制御してもよい。たとえばコントローラ１１０は、サプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}が所定のしきい値より大きいときに、つまり電圧降下Ｖ_ＤＲＯＰが大きい場合には、セレクタ１４０にバス電圧Ｖ_ＢＵＳを選択させることにより、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを設定電圧Ｖ_ＳＥＴ付近に安定化してもよい。反対にサプライ電流Ｉ_{ＳＵＰＰＬＹ}がしきい値より小さいときに、つまり電圧降下Ｖ_ＤＲＯＰが小さい場合には、セレクタ１４０に出力電圧Ｖ_ＯＵＴを選択させてもよい。

（第２変形例）
図５は、第２変形例に係るＵＳＢ給電装置１００ａの斜視図である。レセプタクル１０８は、ＵＳＢ給電装置１００ａの筐体１０１ではなく、ケーブル１５０の先端に取り付けられている。ケーブル１５０には、バスライン１０６、接地ライン１０７に加えて、フィードバックライン１５２が設けられる。フィードバックライン１５２は、その一端が、バスライン１０６とレセプタクル１０８の接続点の近傍と接続されており、ケーブル１５０の先端におけるバス電圧Ｖ_ＢＵＳを検出するために利用される。そしてセレクタ１４０には、電源回路１０２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴと、ケーブル１５０の先端におけるバス電圧Ｖ_ＢＵＳが入力される。

もしケーブル１５０の内部に、フィードバックライン１５２を設けない場合、セレクタ１４０には、一点鎖線で示すように、ケーブル１５０の根本のバス電圧Ｖ_ＢＵＳ’が入力されることになる。この場合、ケーブル１５０内のバスライン１０６の電圧降下の分だけ、バス電圧Ｖ_ＢＵＳは設定電圧Ｖ_ＳＥＴより低くなる。これに対して、フィードバックライン１５２を設け、ケーブル１５０の先端のバス電圧Ｖ_ＢＵＳをフィードバックすることにより、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを設定電圧Ｖ_ＳＥＴに近づけることができる。

（第３変形例）
実施の形態では、ＵＳＢ−ＰＤ規格に準拠するＵＳＢ給電装置１００を説明したが、ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格にも適用可能である。図６は、第３変形例に係るＵＳＢ給電装置１００ｂのブロック図である。ＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ規格では、コントローラ１１０ｂとＵＳＢ受電装置２００間の通信は、専用線２０４を介して行われる。つまりバス電圧Ｖ_ＢＵＳに変調電圧Ｖ_ＭＯＤは重畳されないため、図２のキャパシタＣ３は不要であり、またインダクタＬ１を省略することもできる。その他については図２と同様である。

（第４変形例）
図３には、フライバック型の電源回路１０２を示したが、電源回路１０２の形式は特に限定されない。たとえばフライバック型に代えて、フォワード型のコンバータを用いてもよい。あるいはトランスＴ１を用いたコンバータに代えて、インダクタを用いたブーストコンバータ、バックコンバータ、昇降圧コンバータなどを用いてもよい。

またフィードバック回路１０４の構成も、図３のそれには限定されない。絶縁が要求されないアプリケーションでは、フォトカプラ１６４は省略することができ、誤差増幅器１６２は、演算増幅器あるいはｇｍアンプ（トランスコンダクタンスアンプ）であってもよい。

（第５変形例）
図７は、第５変形例に係るＵＳＢ給電装置の一部の回路図である。この変形例では、セレクタ１４０の入力側において、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが抵抗Ｒ２１、Ｒ２２によって、バス電圧Ｖ_ＢＵＳが抵抗Ｒ３１、Ｒ３２によって独立に分圧され、セレクタ１４０は、分圧後の電圧Ｖ_ＯＵＴ’、Ｖ_ＢＵＳ’の一方を選択する。

（用途）
最後にＵＳＢ給電装置１００の用途を説明する。図８は、ＵＳＢ給電装置１００を備える電子機器３００の斜視図である。電子機器３００は、たとえばテレビや液晶ディスプレイ、ノート型コンピュータなどである。

電子機器３００は、筐体３０２、ディスプレイパネル３０４、上述のＵＳＢ給電装置１００を備える。ＵＳＢ給電装置１００の電源回路１０２は、ＡＣ／ＤＣコンバータであり、ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣをＤＣ電圧Ｖ_ＯＵＴに変換する。ＤＣ電圧Ｖ_ＯＵＴの設定電圧Ｖ_ＳＥＴは、コントローラ１１０により選択される。レセプタクル１０８は、筐体３０２の前面あるいは背面に設置され、ＵＳＢケーブル２０２が挿入可能となっている。

なお電子機器３００は、携帯電話端末、タブレット端末、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ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…ＵＳＢ給電装置、１０２…電源回路、１０４…フィードバック回路、１０６…バスライン、１０８…レセプタクル、１１０…コントローラ、１１３…通信部、１１４…ロジック部、１１６…ドライバ、１１８…ＯＣＰ回路、１４０…セレクタ、１５０…ケーブル、１５２…フィードバックライン、１６０…ＰＷＭコントローラ、１６２…誤差増幅器、１６４…フォトカプラ、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｔ１…トランス、２００…ＵＳＢ受電装置、２０２…ＵＳＢケーブル、ＳＷ１…スイッチ、Ｌ１…インダクタ、Ｃ１，Ｃ２…出力キャパシタ、Ｓ３…制御信号、Ｓ６…選択信号、３００…電子機器、３０２…筐体、３０４…ディスプレイパネル。

Claims (9)

1. ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に準拠し、ＵＳＢ受電装置に電力を供給するＵＳＢ給電装置であって、
   電源回路と、
   前記電源回路の出力と前記ＵＳＢ受電装置とを接続するバスラインと、
   前記バスラインの経路上に設けられたスイッチと、
   前記電源回路の出力電圧と前記スイッチよりも前記ＵＳＢ受電装置側のバス電圧の一方を選択するセレクタと、
   前記セレクタにより選択された電圧が設定電圧に近づくように、前記電源回路をフィードバック制御するフィードバック回路と、
   前記ＵＳＢ給電装置の状態にもとづいて、前記スイッチおよび前記セレクタを制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記バスラインを介して前記ＵＳＢ受電装置に供給されるサプライ電流が所定のしきい値より大きいときに、前記セレクタに前記バス電圧を選択させ、前記サプライ電流が前記しきい値より小さいときに、前記セレクタに前記出力電圧を選択させることを特徴とするＵＳＢ給電装置。
2. 前記コントローラは、前記スイッチがオフの期間、前記セレクタに前記出力電圧を選択させることを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢ給電装置。
3. ＵＳＢケーブルが挿入されるレセプタクルは、ケーブルの先端に取り付けられており、
   前記セレクタには、前記電源回路の出力電圧と、前記ケーブルの前記先端における前記バス電圧が入力されることを特徴とする請求項１または２に記載のＵＳＢ給電装置。
4. 前記セレクタには、前記出力電圧、前記バス電圧それぞれを抵抗分圧した電圧が入力されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＵＳＢ給電装置。
5. 前記電源回路は、
   １次巻線および２次巻線を有するトランスと、
   前記トランスの１次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
   前記トランスの２次巻線に流れる電流を整流する整流回路と、
   フィードバック信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタをスイッチングする電源コントローラと、
   を備え、
   前記フィードバック回路は、
   前記トランスの２次側に設けられ、前記セレクタの出力電圧と前記設定電圧の誤差に応じた信号を生成する誤差増幅器と、
   前記誤差増幅器の出力信号を、前記フィードバック信号として前記トランスの１次側に伝送するフォトカプラと、
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＵＳＢ給電装置。
6. 前記コントローラは、前記ＵＳＢ受電装置と通信する通信部を含み、
   前記コントローラは、前記ＵＳＢ受電装置とのネゴシエーションにもとづいて、前記設定電圧を決定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＵＳＢ給電装置。
7. 前記ＵＳＢ給電装置は、ＵＳＢ−ＰＤ（Power Delivery）規格に準拠しており、
   前記バスライン上に、前記スイッチよりも前記ＵＳＢ受電装置側に設けられたインダクタをさらに備え、
   前記セレクタには、前記インダクタよりも前記ＵＳＢ受電装置側の前記バス電圧が入力され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ＵＳＢ給電装置。
8. ＵＳＢ−ＰＤ（Universal Serial Bus−Power Delivery）規格、またはＵＳＢ−ＴｙｐｅＣ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ＵＳＢ給電装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のＵＳＢ給電装置を備えることを特徴とする電子機器。

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