JP7591019B2 - 多目的充電器 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０２１年１１月２９日に出願された米国特許仮出願第６３／２８３，５３４号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

発明の分野
本開示は、充電器の分野に関し、より具体的には、車両アプリケーションでの使用に好適な充電器に関する。

車両に位置付けられた充電器は、様々な充電能力をサポートする複数のポート（例えば、２つ以上のポート、など）を提供することが知られている。１つのそのような充電仕様は、ユニバーサルシリアルバス（Universal Serial Bus、ＵＳＢ）電力送達（Power Delivery、ＰＤ）として知られている。ＰＤモードは、様々な充電レートの範囲をサポートするために利用可能である。また、充電器は、充電しようとしているデバイスとネゴシエート（通信速度や制御方式についての情報を相互に交換すること）して、デバイス及び充電システムと互換性がある適切な電圧及び電流を決定することができる。しかしながら、存在する１つの問題は、複数のポートが所望のＰＤモードを提供することが望ましいが、そうすると、各ポートに対して１つの給電系統が必要で、複数の給電系統の使用を必要とするので、既存の解決策が過度に高価である。これは、各ポートに対して１つ、複数の電源の使用を必要とする。コストに加えて、両方のポートによって送達される総電圧及び電流レベルを十分にサポートすることができるようにシステムを設計する必要性は、より大きな直径の導体の使用を必要とし、重量及びコストを増加させる。したがって、特定の個人は、既存の充電器設計に対する更なる改善を理解するであろう。

このセクションは、本開示の一般的な概要を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の全ての包括的な開示ではない。

充電システムは、単一の電源（電力供給機器、給電系統）によってサポートされた第１及び第２のポートを含み、これは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）電力送達（ＰＤ）電力レベルをサポートするように構成されている。コントローラは、動作中に、単一の第１のデバイスのみが第１のポートを介して充電システムに接続されているときに、単一の電源から第１のポートにネゴシエートされたＰＤ電力レベルを提供するように構成されている。コントローラは、動作中に、第２のデバイスが第２のポートを介して充電システムに接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも充電システムに接続されるときに、第１及び第２のポートに利用可能な電力を、単一の電源からのプリセットレベルまで低減するように更に構成されている。

更なる適用領域については、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。この概要の説明及び具体例は、単に説明の目的のために意図されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

本出願は、例として示され、添付図面に限定されるものではなく、図中、同様の参照番号は同様の要素を示す。

本開示の例示的な実施形態による、複数のポート（例えば、第１及び第２のＵＳＢタイプＣポート、など）に電力を提供するために動作可能であるように構成された充電システム、電力送達モジュール、又は充電器のための回路の概略図である。 本開示の例示的な実施形態による、複数のポート（例えば、第１及び第２のＵＳＢタイプＣポート、など）に電力を提供するために動作可能であるように構成された充電システム、電力送達モジュール、又は充電器のための回路の概略図である。 本開示の例示的な実施形態による、電力に接続され、図１に示された回路及び／又は図２に示された回路を含み得る複数ポートモジュールを示す図である。 図３に示された複数ポートモジュールの背面斜視図である。 図３に示された複数ポートモジュールの右側面図である。 図３に示された複数ポートモジュールの正面図である。 図３に示された複数ポートモジュールの分解斜視図であり、ハウジング又は機械的エンクロージャの第１及び第２の部分が取り外し可能に取り外され、互いに分離されて、それによって複数ポートモジュールの内部構成要素を露出させている図である。 本開示の例示的な実施形態による、電力に接続され、図１に示された回路及び／又は図２に示された回路を含み得る複数ポートモジュールを示す図である。 図８に示された複数ポートモジュールの分解斜視図であり、ウジング又は機械的エンクロージャの上部及び下部部分が取り外し可能に取り外され、互いに分離されて、それによって複数ポートモジュールの内部構成要素を露出させている図である。 本開示の例示的な実施形態による、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）電力送達（ＰＤ）電力レベルをサポートするように構成された単一の電源からの第１のポート及び第２のポートを含む複数のポートに電力を提供するための例示的な方法のフローチャートである。

以下の詳細な説明は、例示的な実施形態を説明し、開示される特徴は、明示的に開示される組み合わせに限定されることを意図していない。したがって、特に明記されない限り、本明細書で開示される特徴は、簡潔にする目的で別様に示されなかった追加の組み合わせを形成するために、一緒に組み合わされてもよい。

本明細書に開示されるのは、単一の電源から複数のポートへ電力を提供するように動作可能であるように構成された充電システム、電力送達モジュール、及び充電器の例示的な実施形態である。例示的な実施形態では、充電システム、電力送達モジュール、又は充電器は、単一の電源から、車両パネルマウント充電システム用の複数ポートモジュール３０４（図３～図７）、又は車両埋め込み型充電システム用の複数ポートモジュール８０４（図８及び図９）、など、のようなマルチポートモジュールの少なくとも第１のポート及び第２のポートに電力を提供するように動作可能であるように構成されている。２つのポートが示されているが、必要に応じて追加のポートが提供され得る（例えば、３つのポート又は４つのポートがモジュールに提供され得る）。ポートの各々は、それら自体の所望の構成を有することができ、例えば、限定するものではないが、各ポートは、ＵＳＢタイプＡ構成、ＵＳＢタイプＣ構成、又は何かの他の望ましい構成であり得る。背景として、ＵＳＢタイプＣポートは、回転対称コネクタを備えた２４ピンＵＳＢコネクタシステムである。対照的に、ＵＳＢタイプＡポートは、４ピン又は９ピン（バージョンに応じて）のいずれかを提供し、単一の配向で長方形のコネクタと嵌合する。

例示的な実施形態では、充電器は、第１のデバイスのみが充電器に接続されているときに、ポートのうちの１つに接続されている単一の第１のデバイスに、電源のほぼ定格最大電力送達能力でＵＳＢ電力送達（ＰＤ）電力を提供するために、単一の電源で動作可能であるように構成されている。追加のデバイスがまた、別のポートを介して充電器に接続され、その結果、対応するポートを介して充電器に接続された２つのデバイスがあるとき、充電器は、それぞれ２つの接続されたデバイスに対する第１及び第２のポートに対して電源を低減された共有電圧に制御可能に切り替えるように構成することができる。例えば、充電器は、電流を所定の又はプリセットレベルに制限しながら、第１及び第２のポートの両方に同じ電圧を供給することができる。

図を参照すると、図１は、充電システム、電力送達モジュール、又は充電器（例えば、図３に示されるＵＳＢパネルマウント充電器３０２、図８に示されるＵＳＢ埋め込み型充電器８０２、など）のための、本明細書に開示される所望の機能を提供するために使用することができる例示的な回路１００を図示する。本明細書に開示されるように、充電システム、電力送達モジュール、又は充電器は、単一の電源から複数のポートへ電力を提供するように動作可能であるように構成されている。

図１に示されるように、例示的な回路１００は、電圧源１２０、基板１３０、及び電源１４０を含む。電圧源１２０は、電源１４０と電気的に結合されている。基板１３０は、電源１４０をサポートする。電源１４０は、電圧源１２０によって提供される電圧に応じる任意の好適な電源設計であり得る。例えば、電源１４０は、バック増幅器、ブースト増幅器、バック／ブースト増幅器、又は何か他の望ましい増幅器を含み得るが、一般に、ＤＣからＤＣへの電源である。一般的に言えば、電源は、３０ワット（例えば、２０Ｖで１．５Ａ）、６０ワット（例えば、２０Ｖで３Ａ）又は１００ワット（例えば、２０Ｖで５Ａ）などの、種々の最大レベルの電力をサポートするように構成することができ、ＵＳＢ ＰＤ仕様に準拠する。

例示的な回路１００は、それぞれ、第１及び第２のポート１５６、１５８と電気的に結合された第１及び第２のコントローラ１６２、１６４を更に含む。第１及び第２のポート１５６、１５８は、ＵＳＢタイプＣ又はＵＳＢタイプＡポートとして個々に構成されて、複数ポートモジュール１５０（これは、複数ポートモジュール３０４（図３）又は複数ポートモジュール８０４（図８）、などによって提供され得る）を提供することができる。

第１のコントローラ１６２は、電源１４０に隣接する基板１３０上に提供され得る。又は、第１のコントローラ１６２は、第１のポート１５６に隣接して位置し得、又は他の場所に位置し得る。同様に、第２のコントローラ１６４は、電源１４０に隣接する基板１３０上に提供され得る。又は、第２のコントローラ１６４は、第２のポート１５８に隣接して位置し得、又は他の場所に位置し得る。

動作中、第１のコントローラ１６２は、第１のポート１５６に接続された第１のデバイスと電力送達レベルをネゴシエートするように構成される。また、第２のコントローラ１６４は、第２のポート１５８に接続された第２のデバイスと電力送達レベルをネゴシエートするように構成される。第１及び第２のコントローラ１６２、１６４は、第１及び第２のポート１５６、１５８を介して充電システムに接続されたデバイスの数に応じて、適切な電力レベルが第１及び第２のポート１５６、１５８に提供されることを確実にするために通信するように構成されている。第１及び第２のコントローラ１６２、１６４は、単一のコントローラに組み合わせることができることを留意されたい。

１つのデバイスのみが、第１のポート１５６又は第２のポート１５８のいずれかを介して充電システムに接続されている限り、対応する第１のコントローラ１６２又は第２のコントローラ１６４は、接続されたデバイスによって受け取られ、電源１４０によって提供されることができる最高レベルに対応する電力送達レベルをネゴシエートする。例えば、単一のデバイスのみが、第１のポート１５６又は第２のポート１５８を介して充電システムに接続されているとき、電源１４０が最大３０ワットを提供するように構成されているならば、電圧は２０ボルトに、電流は１．５アンペアに設定することができる（ＵＳＢ ＰＤ仕様において提供されるように）。これは、多くの場合、車両内にいる間充電される単一のデバイスを有する単一のユーザのみがいる場合に有益である。本明細書に開示される例示的な実施形態を用いて、ユーザは、単一のデバイスを第１のポート１５６又は第２のポート１５８のいずれかに差し込むことができ、充電システムに２つの電源（各ポート１５６、１５８に対して１つ）を含める必要を回避しながら、単一の接続されたデバイスに供給される望ましい３０ワットＰＤレベルの電力を引き続き受け取ることができる。

第２のデバイスがまた、他のポート１５６又は１５８を介して充電システムに接続される場合、コントローラ（例えば、第１又は第２のコントローラ１６２、１６４、単一のコントローラ、など）は、両方のポート１５６、１５８が各々、充電しようとしているそれぞれのデバイスに接続されることを決定するように構成されている。両方のポート１５６、１５８をサポートする単一の電源１４０があるので、充電システムは、提供される総電力が電源１４０の電力定格を超えないように、電力を低減するように構成することができる。一実施形態では、電力は、全てのＵＳＢ充電アプリケーション用に承認された最大標準充電電力レベル（限定するものではないが、５ボルトで３アンペアなど）まで低減することができる。

図２は、本開示の例示的な実施形態による、充電システム、電力送達モジュール、又は充電器（例えば、図３に示されるＵＳＢパネルマウント充電器３０２、図８に示されるＵＳＢ埋め込み型充電器８０２、など）のための本明細書に開示される所望の機能を提供するために使用することができる例示的な回路２００を図示する。本明細書に開示されるように、充電システム、電力送達モジュール、又は充電器は、単一の電源から複数のポートへ電力を提供するように動作可能であるように構成されている。

図２に示されるように、例示的な回路２００は、電圧源及び接地との接続のために構成された入力コネクタ２２２を含む。電圧源は、任意の好適な電圧供給設計、例えば、９Ｖ～１９Ｖ動作サポート開始－停止及びパルス５ｂ（9V to 19V Operation Support Start-Stop and Pulse 5b ）、など、を含み得る。入力コネクタ２２２はまた、例えば、逆極性保護などのために、入力フィルタ２２４と電気的に結合される（例えば、ＶＢＡＴ線などを介して）。

回路２００は、電源２４０を更に含み、それは、入力コネクタ２２２を介して電圧源によって提供される電圧に応じる任意の好適な電源設計であり得る。図２に示される例示された実施形態では、電源２４０は、バック及びバック／ブースト増幅器（例えば、３Ｖ電圧源を２１Ｖ電圧出力に増幅するためのバック／ブースト増幅器、など）を含む。代替的に、電源２４０は、何か他の望ましい増幅器を含み得るが、一般に、ＤＣからＤＣへの電源である。

電源２４０は、入力フィルタ２２４と電気的に結合されている（例えば、ＶＢＡＴＴ＿Ｆ線などを介して）。電源２４０また、インダクタキャパシタ２４２及びサーミスタ２４４と電気的に結合されている。

例示的な回路２００は、第１及び第２の電力送達コントローラ２６６、２６８を更に含む。第１の電力送達コントローラ２６６は、第１のポート２５６と電気的に結合されている（例えば、ＣＣ１／ＣＣ２などを介して）。第２の電力送達コントローラ２６８は、第２のポート２５８と電気的に結合されている（例えば、ＣＣ１／ＣＣ２などを介して）。第１及び第２のポート２５６、２５８は、所望のＵＳＢ構成であり得、複数ポートモジュール２５０（例えば、複数ポートモジュール３０４（図３）又は複数ポートモジュール８０４（図８）、など）を定義することができる。

第１及び第２の電力送達コントローラ２６６、２６８は、互いに、及び電源２４０と電気的に結合されている。第１及び第２の電力送達コントローラ２６６、２６８は、第１及び第２のスイッチ２７０、２７２（例えば、Ｖｂｕｓスイッチ、など）とそれぞれ電気的に結合されている。

第１及び第２のスイッチ２７０、２７２は、互いに、及び電源２４０と電気的に結合されている。第１のスイッチ２７０はまた、第１のポート２５６と電気的に結合されている（例えば、ＶＢＵＳなどを介して）。また、第２のスイッチ２７２は、第２のポート２５８と電気的に結合されている（例えば、ＶＢＵＳなどを介して）。

また図２に第１及び第２のコントローラ２７４、２７６が示されており、これは、第１及び第２のポート２５６、２５８とそれぞれ電気的に結合されている（例えば、ＤＰ／ＤＭなどを介して）。第１のコントローラ２７４は、第１のポート２５６がエンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するための電子回路を含み得る。第２のコントローラ２７６は、第２のポート２５８がエンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するための電子回路を含み得る。この例では、第１及び第２のコントローラ２７４、２７６は、ＵＳＢ ＢＣ１．２／ＭＦｉ（バッテリ充電ＵＳＢ１．２／ｉＰｈｏｎｅ／ｉＰｏｄ／ｉＰａｄ用に作製）コントローラを含み、それは、複数ポートモジュール２５０用のＢＣ１．２終端及びＵＳＢタイプＣコネクタを含む、又は組み込み得る。

図２に示されるこの例示的な実施形態では、第１の電力送達コントローラ２６６、Ｖｂｕｓスイッチ２７０、及び第１のＵＳＢ ＢＣ１．２／ＭＦｉコントローラ２７４は、集合的に第１のコントローラ２６２と称され得る。同様に、第２の電力送達コントローラ２６８、Ｖｂｕｓスイッチ２７２、及び第２のＵＳＢ ＢＣ１．２／ＭＦｉコントローラ２７６は、集合的に第２のコントローラ２６４と称され得る。また、第１及び第２のコントローラ２６２及び２６４は、車両ハーネス（Ｖｂｕｓ、ＣＣ１、ＣＣ２、ＤＰ、ＤＭ）を介して、第１及び第２のポート２５６、２５８を含む複数ポートモジュール２５０と電気的に接続され得る。

動作中、第１のコントローラ２６２は、第１のポート２５６に接続された第１のデバイスと電力送達レベルをネゴシエートするように構成されている。第２のコントローラ２６４は、第２のポート２５８に接続された第２のデバイスと電力送達レベルをネゴシエートするように構成されている。第１及び第２のコントローラ２６２、２６４は、第１及び第２のポート２５６、２５８を介して充電システムに接続されたデバイスの数に応じて、適切な電力レベルが第１及び第２のポート２５６、２５８に提供されることを確実にするために通信するように構成されている。第１及び第２のコントローラ２６２、２６４は、単一のコントローラに組み合わせることができることを留意されたい。

１つのデバイスのみが、第１のポート２５６又は第２のポート２５８のいずれかを介して充電システムに接続されている限り、対応する第１のコントローラ２６２又は第２のコントローラ２６４は、接続されたデバイスによって受け取られ、電源２４０によって提供されることができる最高レベルに対応する電力送達レベルをネゴシエートする。例えば、単一のデバイスのみが、第１のポート２５６又は第２のポート２５８を介して充電システムに接続されているとき、電源２４０が最大３０ワットを提供するように構成されているならば、電圧は２０ボルトに、電流は１．５アンペアに設定することができる（ＵＳＢ ＰＤ仕様において提供されるように）。これは、多くの場合、車両内にいる間充電される単一のデバイスを有する単一のユーザのみがいる場合に有益である。本明細書に開示される例示的な実施形態を用いて、ユーザは、単一のデバイスを第１のポート２５６又は第２のポート２５８のいずれかに差し込むことができ、充電システムに２つの電源（各ポート２５６、２５８に対して１つ）を含める必要を回避しながら、単一の接続されたデバイスに供給される望ましい３０ワットＰＤレベルの電力を引き続き受け取ることができる。

第２のデバイスがまた、他のポート２５６又は２５８を介して充電システムに接続される場合、コントローラ（例えば、第１又は第２のコントローラ２６２、２６４、単一のコントローラ、など）は、両方のポート２５６、２５８が充電しようとしている２つのそれぞれのデバイスに接続されることを決定するように構成されている。両方のポート２５６、２５８をサポートする単一の電源２４０があるので、充電システムは、総電力送達が電源２４０の電力定格を超えないように、電力を低減するように構成されている。一実施形態では、電力は、全てのＵＳＢ充電アプリケーション用に承認された最大標準充電電力レベル（限定するものではないが、５ボルトで３アンペアなど）に設定することができる。

図２に示された回路２００は、車両ハーネスを介して、複数ポートモジュール（充電及びデータを有するＵＳＢハブ）又は複数のポートモジュール（ＰＤ充電器のみ）に接続され得る。回路２００は、車両からの制御信号（アプリケーションごとに必要に応じて）及び電力線（バッテリ＋／－）を受け取るための入力コネクタ２２２を含むか、又は組み込む。回路２００は、入力電圧をＵＳＢ電力送達のために必要とされる電圧に変換するように構成されている。回路２００は、電子部品を保護するための回路を含む。回路２００はまた、変換回路によって生成されたＥＭＣノイズに対する入力フィルタ２２４を含む。回路２００は、ＵＳＢ電力送達コントローラ及び出力コネクタ（例えば、ポートごとのＶｂｕｓ、グラウンド、ＣＣ１、ＣＣ２）を更に含む。

図３は、本開示の例示的な実施形態による、図１に示される回路１００及び／又は図２に示される回路２００を含み得る複数ポートモジュール３０４を含む、ＵＳＢパネルマウント充電器３０２を図示する。この例示的な実施形態では、バッテリケーブル３０６を含む車両ハーネスが、複数ポートモジュール３０４と接続される（例えば、入力コネクタ３２２（図４）などを介して）。充電器３０２は、複数ポートモジュール３０４の第１及び第２のポート３５６、３５８に電力を提供するために動作可能であるように構成されている。第１及び第２のポート３５６、３５８は各々、ＵＳＢタイプＡ又はＵＳＢタイプＣポートとして個別に構成することができる。

図７に示されるように、複数ポートモジュール３０４は、互いに取り外し可能に着脱可能である、第１及び第２の（又は前方及び後方の）部分３８０、３８２を備えるハウジング又は機械的エンクロージャを含む。互いに取り外し可能に取り付けられると、第１及び第２の部分３８０、３８２は、複数ポートモジュール３０４の内部構成要素をその中に受容するように構成された内部区画を協働的に画定する。

この例示的な実施形態では、複数ポートモジュール３０４は、電子回路及び構成要素をその上に含むか、又はサポートする基板３８４を含む。基板３８４は、従来のプリント回路基板技術を使用すること、すなわち、アデティブ製法を介することを含むがこれらに限定されない、任意の所望の様態で形成することができる。ハウジング又は機械的エンクロージャの第１及び第２の部分３８０、３８２が取り外し可能に取り外され（例えば、ラッチが外される、など）、互いに分離された後の、基板３８４が図７に明らかにされている。図７に示されるように、基板３８４は、第１及び第２のポート３５６、３５８、並びに、入力コネクタ及び集積回路３８６、キャパシタ３８８、ＲＦ遮蔽エンクロージャ３９０（例えば、電源の上のファラデーケージ、など）、入力フィルタ、サーミスタ、スイッチ、など、のような他の電子回路及び構成要素を含むか、又はサポートする。

図８は、本開示の例示的な実施形態による、図１に示される回路１００及び／又は図２に示される回路２００を含み得る複数ポートモジュール８０４を含む、ＵＳＢ埋め込み型充電器８０２を図示する。この例示的な実施形態では、車両ハーネスは、コネクタ８２２と結合するバッテリケーブル８０６を含む。Ｖｂｕｓ ＰＤ、Ｄａｔａ＋、Ｄａｔａ－、グラウンド、ＣＣ１、ＣＣ２は、第１及び第２のＵＳＢタイプＣポート８５６、８５８の信号である。充電器８０２は、複数ポートモジュール８０４の第１及び第２のＵＳＢタイプＣポート８５６、８５８に電力を提供するために動作可能であるように構成されている。

図９に示されるように、複数ポートモジュール８０４は、互いに取り外し可能に着脱可能である、第１及び第２の（又は上部及び下部の）部分８８０、８８２を備えるハウジング又は機械的エンクロージャを含む。互いに取り外し可能に取り付けられると、第１及び第２の部分８８０、８８２は、複数ポートモジュール８０４の内部構成要素をその中に受容するように構成された内部区画を協働的に画定する。

この例示的な実施形態では、複数ポートモジュール８０４は、電子回路及び構成要素をその上に含むか、又はサポートする基板８８４を含む。基板８８４は、基板３８４と同様に形成することができる。ハウジング又は機械的エンクロージャの第１及び第２の部分８８０、８８２が取り外し可能に取り外され（例えば、ラッチが外される、など）、互いに分離された後の、基板８８４が図９に明らかにされている。図９に示されるように、基板８８４は、第１及び第２のポート８５６、８５８、並びに、入力コネクタ及び集積回路８８６、キャパシタ８８８、ＲＦ遮蔽エンクロージャ８９０（例えば、電源の上のファラデーケージ、など）、入力フィルタ、サーミスタ、スイッチ、など、のような他の電子回路及び構成要素を含むか、又はサポートする。

図１０は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）電力送達（ＰＤ）電力レベルをサポートするように構成された単一の電源からの第１のポート及び第２のポートを含む複数のポートに電力を提供するための例示的な方法１００２を例示する。１００４で、方法１００２は、単一のデバイスのみ又は複数のデバイスがポートを介して単一の電源に接続されているかどうかを決定又は検出することを含む。

１００４において、単一の第１のデバイスのみが第１のポートを介して単一の電源に接続されていると判定された場合、方法１００２は、１００６に進み、そこで、ネゴシエートされたＰＤ電力レベルが、単一の電源から第１のポートに提供される。１００６でネゴシエートされたＰＤ電力レベルを提供することは、接続された第１のデバイスによって受け取られ、単一の電源によって提供されることができる最高レベルに対応するネゴシエートされた電力送達レベルを提供することを含み得る。

しかし、１００４で、第１及び第２のデバイスが両方とも、対応する第１及び第２のポートを介して単一の電源に接続されていると判定された場合、方法１００２は、１００８に進み、そこで、第１及び第２のポートで利用可能な電力は、単一の電源からのプリセットレベルまで低減される。１００８で、第１及び第２のポートに利用可能な電力をプリセットレベルまで低減することは、第１のポート又は第２のポートに個別に提供されることができる電力送達に実質的に等しい総電力量を提供することを含み得る。例えば、１００８で、第１及び第２のポートに利用可能な電力をプリセットレベルまで低減することは、総電力送達が単一の電源の電力定格を超えないように、ＵＳＢ充電アプリケーション用に承認された最大標準充電電力レベルに電力を低減することを含み得る。

加えて、１００８で、第１及び第２のポートで利用可能な電力をプリセットレベルまで低減するステップは、接続されたデバイスの数に応じて適切な電力レベルが提供されるように、第１及び第２のポートにそれぞれ接続された第１及び第２のコントローラ間で通信することを含み得る。

例示的な実施形態では、充電システムは、両方とも単一の電源によってサポートされた第１及び第２のポートを含み、これは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）電力送達（ＰＤ）電力レベルをサポートするように構成されている。第１及び第２のポートは、単一の電源から共有電圧を受け取るように構成することができる。コントローラは、動作中に、単一の第１のデバイスのみが第１のポートを介して充電システムに接続されているときに、単一の電源から第１のポートにネゴシエートされたＰＤ電力レベルを提供するように構成されている。コントローラは、動作中に、第２のデバイスが第２のポートを介して充電システムに接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも充電システムに接続されるときに、第１及び第２のポートに利用可能な電力を、単一の電源からのプリセットレベルまで低減するように更に構成されている。

例示的な実施形態では、プリセットレベルは、第１のポートに個別に提供されることができる電力送達に実質的に等しい総電力量を提供する。

例示的な実施形態では、コントローラは、第１及び第２のコントローラを備える。第１のコントローラは、第１のポートに接続されている。第２のコントローラは、第２のポートに接続されている。第１のコントローラは、第１のポートに接続されたデバイスのための電力送達レベルをネゴシエートするように構成されている。第２のコントローラは、第２のポートに接続されたデバイスのための電力送達レベルをネゴシエートするように構成されている。第１及び第２のコントローラは、充電システムが第１のポート及び第２のポートを介して充電システムに接続されたデバイスの数に応じて適切な電力レベルを提供することを確実にするために通信するように構成されている。

例示的な実施形態では、充電システムは、第１のデバイスのみが第１のポートを介して充電システムに接続されるときに、第１のコントローラが、接続された第１のデバイスによって受け取られ、単一の電源によって提供されることができる最高レベルに対応する電力送達レベルをネゴシエートするように構成されるように、単一電源を用いて動作可能であるように構成されている。第２のデバイスが、第２のポートを介して充電システムに接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも充電システムに接続されるとき、充電システムは、総電力送達が単一の電源の電力定格を超えないように、電力をＵＳＢ充電アプリケーション用に承認された最大標準充電電力レベルまで低減するように構成されている。

例示的な実施形態では、単一の電源は、最大３０ワットの電力を提供するように構成されている。コントローラは、第１のデバイスのみが第１のポートを介して充電システムに接続されているときに、第１のデバイスに対して電圧を２０ボルトに、かつ電流を１．５アンペアに設定するように構成されている。コントローラは、第２のデバイスが第２のポートを介して充電システムに接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも充電システムに接続されているときに、第１及び第２のデバイスの各々に対して電圧を５ボルトに、かつ電流を３アンペアに設定するように構成されている。

例示的な実施形態では、充電システムは、第１のデバイスのみが充電システムに接続されているときに、第１のポートに接続されている第１のデバイスに単一の電源の定格最大電力送達能力に実質的に等しいＰＤ電力を提供するように、単一の電源を用いて動作可能であるように構成されている。充電システムは、第２のデバイスが第２のポートを介して充電システムに接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも充電システムに接続されているときに、単一の電源を、第１及び第２のポートへの低減された共有電圧に制御可能に切り替え、電流をプリセットレベルに制限しながら、第１及び第２のポートの両方に同じ電圧を供給するように更に構成されている。

例示的な実施形態では、第１及び第２のポートは、同じ単一の電源によってサポートされるＵＳＢタイプＣ又はＵＳＢタイプＡポートを備える。

例示的な実施形態では、単一の電源は、コントローラ、入力フィルタ、１つ以上のインダクタキャパシタ、及びサーミスタと電気的に結合されている。また、入力フィルタは、単一の電源と、電圧源に接続するように構成された入力コネクタとの間に電気的に結合されている。

例示的な実施形態では、コントローラは、第１及び第２の電力送達コントローラを備える。第１の電力送達コントローラは、第１のポート及び単一の電源と電気的に結合されている。第２の電力送達コントローラは、第２のポート、単一の電源、及び第１の電力送達コントローラと電気的に結合されている。第１及び第２のスイッチ（例えば、Ｖｂｕｓスイッチ、など）は、第１及び第２の電力送達コントローラとそれぞれ電気的に結合され得る。第１及び第２のコントローラ（例えば、ＵＳＢ ＢＣ１．２／ＭＦＩコントローラ、など）は、第１及び第２のポートとそれぞれ電気的に結合され得る。第１のコントローラは、エンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するための第１のポート用の電子回路を含み得る。第２のコントローラは、エンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するための第２のポート用の電子回路を含み得る。

例示的な実施形態では、充電システムは、第１及び第２のポート並びにコントローラを含む複数ポートモジュールを備える。

例示的な実施形態では、複数ポートモジュールは、プリント回路基板アセンブリ又は第１及び第２のポート並びにコントローラを含む１つ以上の電子回路及びその上の構成要素を備える他の基板を含む。複数ポートモジュールはまた、１つ以上の電子回路及びプリント回路基板アセンブリの構成要素を保護するように構成された機械的エンクロージャを含む。

例示的な実施形態では、充電システムは、単一の電源を含む電源ブロックを備える。充電システムはまた、電源ブロックを複数ポートモジュールと相互接続するように構成されたハーネスを含む。

例示的な実施形態では、複数ポートモジュールは、電源ブロックからポートごとのＶｂｕｓ、グラウンド、ＣＣ１、及びＣＣ２線を受け取るための入力コネクタを含む。複数ポートモジュールはまた、エンドユーザデバイスとインターフェース接続するためのポートごとのＵＳＢタイプＣ又はタイプＡコネクタを含むことができる。

例示的な実施形態では、複数ポートモジュールは、高速ＵＳＢデータ線用の入力コネクタ、並びにＵＳＢハブ及びＵＳＢ機能を提供するための回路を含む電子回路を含む。追加的又は代替的に、複数ポートモジュールは、エンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するためのポートごとの電子回路を含む。

例示的な実施形態では、電源ブロックは、車両から電源、制御、及び／又は通信線を受け取るための１つ以上の入力コネクタと、車両の過渡電流と電源ブロックによって生成されたクリーンな電磁ノイズとをサポートするための入力フィルタと、ＵＳＢ電力送達（ＰＤ）によって必要とされる電圧を生成するためのスイッチングモードＤＣ－ＤＣコンバータと、スイッチングモードＤＣ－ＤＣコンバータを駆動し、ＣＣ１及びＣＣ２線を介してエンドユーザデバイスと通信するためのポートごとのＵＳＢ電力送達（ＰＤ）コントローラと、ポートごとの信号及び電力線（Ｖｂｕｓ、グラウンド、ＣＣ１、及びＣＣ２）の静電放電（electrostatic discharge 、ＥＳＤ）保護と、ハーネスと接続するための出力コネクタと、を含む。

例示的な実施形態では、電源ブロックは、車両の電子制御ユニット（electronic control unit 、ＥＣＵ）内に埋め込まれている。例えば、電源ブロックは、無線充電器を備える車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）内に埋め込まれてもよい。代替的に、電源は、スタンドアロン電源モジュールを備えてもよい。

例示的な実施形態では、充電システムは、複数ポートモジュールをＵＳＢハブアプリケーション用のホストと接続するように構成された高速データケーブルを含む。

また、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）電力送達（ＰＤ）電力レベルをサポートするように構成された単一の電源からの第１のポート及び第２のポートを含む複数のポートに電力を提供するための例示的な方法も開示される。例示的な実施形態では、本方法は、単一の第１のデバイスのみが第１のポートを介して単一の電源に接続されていると判定した後に、単一の電源から第１のポートにネゴシエートされたＰＤ電力レベルを提供することを含む。本方法はまた、第２のデバイスが第２のポートを介して単一の電源に接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも対応する第１及び第２のポートを介して単一の電源に接続されていると判定した後に、第１及び第２のポートに利用可能な電力を、単一の電源からのプリセットレベルまで低減することを含む。

例示的な実施形態では、第１及び第２のポートに利用可能な電力をプリセットレベルまで低減することは、第１のポートに又は第２のポートに個別に提供されることができる電力送達に実質的に等しい総電力量を提供することを含む。

例示的な実施形態では、第１のポートは、第１のコントローラに接続され、第２のポートは、第２のコントローラに接続されている。電力を低減する方法のステップは、複数のポートを介して単一の電源に接続されたデバイスの数に応じて適切な電力レベルが提供されるように、第１及び第２のコントローラ間で通信することを含む。

例示的な実施形態では、本方法は、第１のデバイスのみが第１のポートを介して単一の電源に接続されていると判定した後に、接続された第１のデバイスによって受け取られ、単一の電源によって提供されることができる最高レベルに対応するネゴシエートされた電力送達レベルを提供することを含む。本方法はまた、第２のデバイスが第２のポートを介して単一の電源に接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも、対応する第１及び第２のポートを介して単一の電源に接続されていると判定した後に、総電力送達が単一の電源の電力定格を超えないように、ＵＳＢ充電アプリケーション用に承認された最大標準充電電力レベルに電力を低減することを含む。

例示的な実施形態では、本方法は、第１のデバイスのみが第１のポートを介して単一の電源に接続されていると判定した後に、第１のポートに接続された第１のデバイスへの単一の電源の定格最大電力送達能力に実質的に等しいＰＤ電力を提供することを含む。本方法はまた、第２のデバイスが、第２のポートを介して単一の電源に接続され、その結果、第１及び第２のデバイスが両方とも、対応する第１及び第２のポートを介して単一の電源に接続されていると判定した後に、単一の電源を、第１及び第２のポートへの低減された共有電圧に制御可能に切り替え、電流をプリセットレベルに制限しながら、第１及び第２のポートの両方に同じ電圧を供給することを含む。

本明細書で提供される開示は、その好ましく、かつ例示的な実施形態の観点から特徴を説明する。当業者には、添付の特許請求の範囲の範囲及び趣旨内での多くの他の実施形態、修正、及び変形が、本開示を検討することにより想起されるであろう。

Claims (14)

1. 充電システムであって、
   ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）電力送達（ＰＤ）電力レベルをサポートするように構成された単一の電源と、
   第１のポート及び第２のポートであって、該第１のポート及び第２のポートの両方が、前記単一の電源によってサポートされ、前記第１のポート及び第２のポートが、前記単一の電源から共有電圧を受け取るように構成されている、第１のポート及び第２のポートと、
   コントローラであって、
   動作中に、単一の第１のデバイスのみが前記第１のポートを介して前記充電システムに接続されているときに、前記単一の電源から前記第１のポートにネゴシエートされた電圧レベルを提供し、
   動作中に、第２のデバイスが前記第２のポートを介して前記充電システムに接続され、その結果、前記第１のデバイス及び第２のデバイスが両方とも前記充電システムに接続されるときに、前記第１のポートに供給される電圧を、前記ネゴシエートされた電圧レベルからプリセット電圧レベルまで低減し、前記第１のポート及び第２のポートに同じ電圧が供給される、ように構成されている、コントローラと、を備え、
   該コントローラが、
   前記第１のポートに接続された第１のコントローラと、
   前記第２のポートに接続された第２のコントローラと、を備え、
   前記第１のコントローラが、前記第１のポートに接続されたデバイスのための電圧レベルをネゴシエートするように構成され、
   前記第２のコントローラが、前記第２のポートに接続されたデバイスのための電圧レベルをネゴシエートするように構成され、
   前記第１のコントローラ及び第２のコントローラが、前記充電システムが前記第１のポート及び第２のポートを介して前記充電システムに接続されたデバイスの数に応じて適切な電圧レベルを提供することを確実にするために通信するように構成され、
   前記充電システムが、
   前記第１のデバイスのみが、前記第１のポートを介して前記充電システムに接続されているときに、前記第１のコントローラが、接続された第１のデバイスによって受け取られ、前記単一の電源によって提供されることができる最高レベルに対応する電圧レベルをネゴシエートするように構成され、
   前記第２のデバイスが、前記第２のポートを介して前記充電システムに接続され、その結果、前記第１のデバイス及び第２のデバイスが両方とも前記充電システムに接続されているときに、該充電システムが、総電力送達が前記単一の電源の電力定格を超えないように、かつ、電力がＵＳＢ充電アプリケーション用に承認された最大標準充電電力レベルまで低減されるように電圧を低減するように構成される、ように前記単一の電源を用いて動作可能に構成されている、充電システム。
2. 前記コントローラが、前記第１のポートに個別に提供されることができる電力送達に実質的に等しい総電力量を提供するように、前記第１のポートに供給される電圧を、前記ネゴシエートされた電圧レベルからプリセット電圧レベルまで低減する、ように構成されている、請求項１に記載の充電システム。
3. 前記単一の電源が、最大３０ワットの電力を提供するように構成されており、
   前記コントローラが、前記第１のデバイスのみが前記第１のポートを介して前記充電システムに接続されているときに、前記第１のデバイスに対して電圧を２０ボルトに、かつ電流を１．５アンペアに設定するように構成されており、
   前記コントローラが、前記第２のデバイスが前記第２のポートを介して前記充電システムに接続され、その結果、前記第１のデバイス及び第２のデバイスの両方が前記充電システムに接続されているときに、前記第１のデバイス及び第２のデバイスの各々に対して前記電圧を５ボルトに、かつ前記電流を３アンペアに設定するように構成されている、請求項１に記載の充電システム。
4. 前記充電システムが、
   前記第１のデバイスのみが前記充電システムに接続されているときに、前記第１のポートに接続されている前記第１のデバイスに前記単一の電源の定格最大電力送達能力に実質的に等しいＰＤ電力を提供し、
   前記第２のデバイスが前記第２のポートを介して前記充電システムに接続され、その結果、前記第１のデバイス及び第２のデバイスが両方とも前記充電システムに接続されているときに、前記単一の電源を、前記第１のポート及び第２のポートへの低減された共有電圧に制御可能に切り替え、それによって、前記充電システムが、電流をプリセットレベルに制限しながら、前記第１のポート及び第２のポートの両方に同じ電圧を供給する、ように前記単一の電源を用いて動作可能であるように構成されている、請求項１に記載の充電システム。
5. 前記単一の電源が、前記コントローラ、入力フィルタ、１つ以上のインダクタキャパシタ、及びサーミストと電気的に結合され、
   前記入力フィルタが、前記単一の電源と、電圧源に接続するように構成された入力コネクタとの間に電気的に結合されている、請求項１に記載の充電システム。
6. 前記コントローラが、
   前記第１のポート及び前記単一の電源と電気的に結合された第１の電力送達コントローラと、
   前記第２のポート、前記単一の電源、及び前記第１の電力送達コントローラと電気的に結合された第２の電力送達コントローラと、を備える、請求項１に記載の充電システム。
7. 前記充電システムが、
   前記第１の電力送達コントローラと電気的に結合された第１のスイッチ、及び前記第２の電力送達コントローラと電気的に結合された第２のスイッチ、並びに／又は、
   エンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するための前記第１のポート用の電子回路を含む前記第１のポートと電気的に結合された第１のコントローラ、及びエンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するための前記第２のポート用の電子回路を含む前記第２のポートと電気的に結合された第２のコントローラ、を含む、請求項６に記載の充電システム。
8. 前記充電システムが、前記第１のポート及び第２のポート並びに前記コントローラを含む複数ポートモジュールを備える、請求項１に記載の充電システム。
9. 前記充電システムが、
   前記単一の電源を含む電源ブロックと、
   該電源ブロックを前記複数ポートモジュールと相互接続するように構成されたハーネスと、を備える、請求項８に記載の充電システム。
10. 前記複数ポートモジュールが、
    前記電源ブロックからポートごとにｂｕｓ、グラウンド、ＣＣ１、及びＣＣ２線を受け取るための入力コネクタと、
    エンドユーザデバイスとインターフェースするためのポートごとのＵＳＢタイプＣ又はタイプＡコネクタと、を含む、請求項９に記載の充電システム。
11. 前記複数ポートモジュールが、高速ＵＳＢデータ線用の入力コネクタと、ＵＳＢハブ及びＵＳＢ機能を提供するための回路を含む電子回路と、を含み、
    前記複数ポートモジュールが、エンドユーザデバイスからのＤＰ／ＤＭ線を終端するためのポートごとの電子回路を含む、請求項１０に記載の充電システム。
12. 前記電源ブロックが、
    車両から電源、制御、及び／又は通信線を受け取るための１つ以上の入力コネクタと、
    車両の過渡電流と前記電源ブロックによって生成されたクリーンな電磁ノイズとをサポートするための入力フィルタと、
    ＵＳＢ電力送達（ＰＤ）によって必要とされる電圧を生成するためのスイッチングモードＤＣ－ＤＣコンバータと、
    該スイッチングモードＤＣ－ＤＣコンバータを駆動し、ＣＣ１及びＣＣ２線を介してエンドユーザデバイスと通信するためのポートごとのＵＳＢ電力送達（ＰＤ）コントローラと、
    ポートごとの信号及び電力線（Ｖｂｕｓ、グラウンド、ＣＣ１、及びＣＣ２）の静電放電（ＥＳＤ）保護と、
    前記ハーネスと接続するための出力コネクタと、を含む、請求項９に記載の充電システム。
13. 前記電源ブロックは、車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）内に埋め込まれ、又は
    前記電源ブロックは、スタンドアロン電源モジュールを備える、請求項９に記載の充電システム。
14. ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）電力送達（ＰＤ）電力レベルを複数のポートにサポートするように構成された単一の電源から第１のポート及び第２のポートを含む複数のポートに電力を提供するための方法であって、該方法が、
    単一の第１のデバイスのみが前記第１のポートを介して前記単一の電源に接続されていると判定した後に、該単一の電源から前記第１のポートにネゴシエートされた電圧レベルを提供することと、
    第２のデバイスが前記第２のポートを介して前記単一の電源に接続され、その結果、前記第１のデバイス及び第２のデバイスが両方とも対応する第１のポート及び第２のポートを介して前記単一の電源に接続されていると判定した後に、前記第１のポートに供給される電圧を、前記ネゴシエートされた電圧レベルからプリセット電圧レベルまで低減し、これにより前記第１のポート及び第２のポートに同じ電圧が供給されるようにすることと、を含み、
    前記第１のポートに供給される電圧を前記ネゴシエートされた電圧レベルからプリセット電圧レベルまで低減することが、前記第１のポートに又は前記第２のポートに個別に提供されることができる電力送達に実質的に等しい総電力量を提供することを含み、
    前記第１のポートが第１のコントローラに接続され、前記第２のポートが第２のコントローラに接続され、前記電圧を低減することが、接続されたデバイスの数に応じて適切な電圧レベルが提供されるように、前記第１のコントローラ及び第２のコントローラ間で通信することを含み、
    前記方法が、更に、
    前記第１のデバイスのみが前記第１のポートを介して前記単一の電源に接続されていると判定した後に、接続された第１のデバイスによって受け取られ、前記単一の電源によって提供されることができる最高レベルに対応するネゴシエートされた電圧レベルを提供することと、
    前記第２のデバイスが前記第２のポートを介して前記単一の電源に接続され、その結果、前記第１のデバイス及び第２のデバイスが両方とも、前記対応する第１のポート及び第２のポートを介して前記単一の電源に接続されていると判定した後に、総電力送達が前記単一の電源の電力定格を超えないように、かつ、ＵＳＢ充電アプリケーション用に承認された最大標準充電電力レベルに電力が低減されるように、電圧を低減することと、を含む、方法。

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