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JP6619546B2 - 電力供給装置、acアダプタ、acチャージャ、電子機器および電力供給システム - Google Patents

電力供給装置、acアダプタ、acチャージャ、電子機器および電力供給システム Download PDF

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Description

本発明は、電力供給装置、ACアダプタ、ACチャージャ、電子機器および電力供給システムに関し、特に、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)可変機能を有する電力供給装置、ACアダプタ、電子機器および電力供給システムに関する。
従来、電力供給を伴う通信規格に対応した端末装置と電力線搬送通信ネットワークとの間で相互通信可能な直流コンセントが提供されている(例えば、特許文献1参照。)。
データ線を用いた電力供給技術には、パワーオーバーイーサネット(PoE:Power Over Ethernet)技術やユニバーサルシリアルバス(USB:Universal Serial Bus)技術がある。
USB技術には、供給電力レベルに応じて、最大2.5WのUSB2.0、最大4.5WのUSB3.1、最大7.5Wのバッテリー充電規格BC1.2がある。
また、USBパワーデリバリー仕様は、従来のケーブルやコネクタとも互換性を備え、USB2.0やUSB3.1、USBバッテリー充電規格BC1.2とも共存する独立した規格である(例えば、非特許文献1参照。)。この規格では、電圧5V〜12V〜20V、電流1.5A〜2A〜3A〜5Aの範囲内で、充電電流・電圧を選択可能であり、10W・18W・36W・65W・最大100WまでUSB充電・給電可能である。
このような電力供給を実施する電源として、DC/DCコンバータがある。DC/DCコンバータには、ダイオード整流方式と同期整流方式がある。
特開2011−82802号公報
ボブ・ダンスタン(Bob Dunstan)編, "USB Power Delivery Specification Revision 1.0", 2012年7月5日リリース, http://www.usb.org/developers/docs/
本発明の目的は、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力給装置、ACアダプタ、ACチャージャ、電子機器および電力供給システムを提供することにある。
本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の外部機器に電力を供給する電力供給装置であって、入力とVBUS出力との間に配置されたDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、電力供給用の前記VBUS出力とは別に設けられた通信用の複数の制御入力端子に結合され、前記VBUS出力を通じて前記電力が供給される前記複数の外部機器から前記複数の制御入力端子にそれぞれ入力される制御入力信号を切替える信号変換回路と、前記信号変換回路に結合され、前記信号変換回路において切替えられた前記制御入力信号を受信し、前記1次側コントローラにフィードバックする2次側コントローラとを備え、前記信号変換回路は、前記複数の外部機器にそれぞれ対応する前記複数の制御入力端子毎に前記制御入力信号を切替える複数のスイッチを備えるとともに、前記複数のスイッチの切り替えは、前記2次側コントローラからの切替制御信号により制御可能であり、前記1次側コントローラは、前記2次側コントローラからフィードバックされた前記制御入力信号に基づいて、前記入力電流を制御することによって、対応する前記外部機器に対する前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にした電力供給装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、並列に接続された複数の外部機器に電力を供給する電力供給装置であって、入力とVBUS出力との間に配置されたDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、電力供給用の前記VBUS出力とは別に設けられた通信用の複数の制御入力端子に結合され、前記VBUS出力を通じて前記電力が供給される前記複数の外部機器から前記複数の制御入力端子にそれぞれ入力される制御入力信号を切替える信号変換回路と、前記信号変換回路に結合され、前記信号変換回路において切替えられた前記制御入力信号を受信し、前記1次側コントローラにフィードバックする絶縁回路とを備え、前記信号変換回路は、前記複数の外部機器にそれぞれ対応する前記複数の制御入力端子毎に前記制御入力信号を切替える複数のスイッチを備えるとともに、前記複数のスイッチの切り替えは、前記絶縁回路からの切替制御信号により制御可能であり、前記1次側コントローラは、前記絶縁回路からフィードバックされた前記制御入力信号に基づいて、前記入力電流を制御することによって、対応する前記外部機器に対する前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にした電力供給装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、上記の電力供給装置を搭載したACアダプタが提供される。
本発明の他の態様によれば、上記の電力供給装置を搭載した電子機器が提供される。
本発明の他の態様によれば、上記の電力供給装置を搭載した電力供給システムが提供される。
本発明によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置、ACアダプタ、ACチャージャ、電子機器および電力供給システムを提供することができる。
基本技術に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第1の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第1の実施の形態に係る電力供給装置を用いて得られる出力電圧と出力電流との関係を示す模式図であって、(a)CVCCを表す矩形形状の例、(b)逆台形の「フ」の字形状の例、(c)逆三角形の「フ」の字形状の例、(d)台形形状の例、(e)五角形形状の例。 (a)第1の実施の形態に係る電力供給装置に適用される2次側コントローラの模式的回路ブロック構成図、(b)第1の実施の形態に係る電力供給装置に適用される2次側コントローラの別の模式的回路ブロック構成図。 第1の実施の形態の変形例1に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第1の実施の形態の変形例2に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第1の実施の形態の変形例3に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第1の実施の形態の変形例4に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第2の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第3の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第4の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第5の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第6の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 第7の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 (a)第8の実施の形態に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図、(b)第8の実施の形態の変形例に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置に適用されるMOSスイッチの模式的回路ブロック構成図。 コンセントに接続可能なプラグとACアダプタ/ACチャージャをケーブルを用いて接続する結線例であって、(a)ACアダプタ/ACチャージャ内のUSBPDと実施の形態に係る電力供給装置(PD)を外部のプラグと接続する例、(b)ACアダプタ/ACチャージャ内のUSBPDと実施の形態に係る電力供給装置(PD)を外部のプラグと接続する別の例。 コンセントに接続可能なプラグをACアダプタ/ACチャージャに内蔵する例であって、(a)ACアダプタ/ACチャージャ内にUSBPDと実施の形態に係る電力供給装置(PD)を備える例、(b)ACアダプタ/ACチャージャに内蔵されたリセプタクルと外部のプラグを接続する例。 コンセントに接続可能なプラグとACアダプタ/ACチャージャをケーブルを用いて接続する結線例であって、(a)ACアダプタ/ACチャージャ内のPDと外部のプラグを接続する例、(b)ACアダプタ/ACチャージャにリセプタクルを備える例、(c)ACアダプタ/ACチャージャに内蔵されたプラグと外部のプラグを接続する例。 コンセントに接続可能なプラグとACアダプタ/ACチャージャをUSBPDケーブルを用いて接続する結線例であって、(a)ACアダプタ/ACチャージャ内のPDと外部のプラグを接続する例、(b)ACアダプタ/ACチャージャにリセプタクルを備える例、(c)ACアダプタ/ACチャージャに内蔵されたプラグと外部のプラグを接続する例。 コンセントに接続可能なプラグをACアダプタ/ACチャージャに内蔵する例であって、(a)ACアダプタ/ACチャージャ内のPDと外部のプラグを接続する例、(b)ACアダプタ/ACチャージャにリセプタクルを備える例、(c)ACアダプタ/ACチャージャに内蔵されたプラグと外部のプラグを接続する例。 コンセントに接続可能なプラグをACアダプタ/ACチャージャに内蔵する例であって、(a)ACアダプタ/ACチャージャ内の複数のPDと外部の複数のプラグを接続する例、(b)ACアダプタ/ACチャージャに複数のリセプタクルを備える例、(c)ACアダプタ/ACチャージャ内に内蔵された複数のプラグと外部の複数のプラグを接続する例。 (a)コンセントに接続可能なプラグと電子機器をケーブルを用いて接続する結線例であって、電子機器内部にUSBPDを内蔵する内部回路を複数備え、USBPDを使用した信号が複数存在する例、(b)コンセントに接続可能なプラグを電子機器に内蔵し、電子機器内部にUSBPDを内蔵する内部回路を複数備え、USBPDを使用した信号が複数存在する例。 (a)コンセントに接続可能なプラグを電子機器に内蔵し、電子機器内部にUSBPDを内蔵する内部回路を複数備え、USBPDを使用した信号が複数存在する例において、1つの内部回路内に外部に接続されるUSBPDを有する例、(b)コンセントに接続可能なプラグを電子機器に内蔵し、電子機器内部にUSBPDを内蔵する内部回路を複数備え、USBPDを使用した信号が複数存在する例において、1つの内部回路内に外部に接続される複数のUSBPDを有する例。 (a)接続対象をスマートホンとする場合の実施の形態に係るUSBPDの保護機能の説明図、(b)接続対象をラップトップPCとする場合の実施の形態に係るUSBPDの保護機能の説明図。 リセプタクルを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置の模式的鳥瞰構造例。 リセプタクルを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置の模式的鳥瞰構造例。 複数のリセプタクルを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置の模式的鳥瞰構造例。 プラグを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置の模式的鳥瞰構造例。 実施の形態に係る電力供給装置において、複数のリセプタクルを介して複数の接続対象と接続する模式的回路ブロック構成図。 複数のリセプタクルおよびスイッチを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置の模式的鳥瞰構造例。 (a)複数の実施の形態に係る電力供給装置間で、制御入出力信号をUSBPB通信に使用する例を説明する模式的回路ブロック構成図。(b)図32(a)において、信号変換回路内を制御入出力信号はスルーする場合を示す模式的回路ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、2つのPC間のデータ通信および電力供給を説明する模式的ブロック構成図。 (a)実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、2つのユニット間のデータ通信および電力供給を説明する模式的ブロック構成図、(b)実施の形態に係る電力供給装置を内蔵したACアダプタ・スマートホンからなる電力供給システムの模式的ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を内蔵した2つのユニットからなる電力供給システムの模式的ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、別の2つのユニットからなる模式的ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムの第1の模式的ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムの第2の模式的ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムの第3の模式的ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムの第4の模式的ブロック構成図。 実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、CPUインタフェース内にコントローラおよび信号変換回路が内蔵される構成の模式的ブロック構成図。
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[基本技術]
基本技術に係る電力供給装置4Aは、図1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。
また、2次側コントローラ16は、AC結合キャパシタCCを介して出力(VBUS)に接続されていても良い。
また、基本技術に係る電力供給装置4Aは、図1に示すように、DC/DCコンバータ13の出力と電力線出力(VBUS)を遮断するスイッチSWと、スイッチSWと電力線出力(VBUS)との間に配置されたフィルタ回路(LF・CF)を備える。このスイッチSWは、2次側コントローラ16によって、オン/オフ制御可能である。
基本技術に係る電力供給装置4Aにおいては、電力線出力(VBUS)に外部からAC信号が重畳されて入力される。
基本技術に係る電力供給装置4Aにおいては、電力線出力(VBUS)からAC結合キャパシタCCを介して制御入力信号が2次側コントローラ16に入力され、出力側の電力情報は、エラーアンプ18および絶縁回路20を介して、1次側コントローラ30にフィードバックされる。1次側コントローラ30は、MOSトランジスタQ1のON/OFFを制御し、出力電圧を安定化させる。
また、基本技術に係る電力供給装置4Aにおいては、電流センス用の抵抗RSにより、1次側インダクタンスL1に導通する電流量を検出し、1次側コントローラ30において、1次側過電流などの電流量を制御している。結果として、基本技術に係る電力供給装置4Aにおいては、出力電圧値および出力電流値MAX可変機能を有する。
基本技術に係る電力供給装置4Aにおいては、2次側コントローラ16から1次側コントローラ30へのフィードバック制御によって、降圧型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)可変機能を有する。このため、出力に接続される負荷(例えば、スマートホン、ラップトップPC、タブレットPCなど)に応じて、出力電圧Voと出力電流Ioとの関係に可変機能を有する。
出力側のフィルタコイルで形成されるインダクタンスLFは分離用のインダクタンスである。すなわち、インダクタンスLFとキャパシタCFにより構成されるフィルタ回路によって、出力から制御入力信号がDC/DCコンバータ13に入力されるのを分離している。インダクタンスLFは、相対的に実装スペースが大きく、小型化・低コスト化を阻んでいる。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、図2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。
信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、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、DC/DCコンバータ13の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。
また、図2に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第1の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して複数の制御入力に結合されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、信号変換回路25には複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、2次側コントローラ16と信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、2次側コントローラ16・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、図2に示すように、2次側コントローラ16に接続され、制御入力信号を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を備えていても良い。絶縁回路20には、キャパシタ、フォトカプラ、トランスなどを適用可能である。また、用途に応じて、絶縁ドライバ付き双方向トランス、双方向素子などを適用しても良い。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、図2に示すように、2次側コントローラ16に接続され、制御入力信号を絶縁回路20にフィードバックする誤差補償用のエラーアンプ21を備えていても良い。エラーアンプ21は、2次側コントローラ16によって制御され、絶縁回路20にフィードバックする制御入力信号の誤差補償を実施可能である。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、図2に示すように、DC/DCコンバータ13の出力に接続され、DC/DCコンバータ13の出力電圧を遮断するスイッチSWを備えていても良い。このスイッチSWにより、DC/DCコンバータ13の出力と電力線出力(VBUS)を遮断することができる。このスイッチSWは、2次側コントローラ16によって、オン/オフ制御可能である。スイッチSWは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を備えていても良い。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置4は、図2に示すように、DC/DCコンバータ13の入力と、1次側コントローラ30との間に接続され、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を備えていても良い。
第1の実施の形態に係る電力供給装置4においては、電力線出力(VBUS)に外部からAC信号が重畳されて入力される基本技術とは異なり、電力線出力(VBUS)とは別に複数の制御入力を備える。このため、分離用のインダクタンスLFは、必ずしも必要ではない。すなわち、インダクタンスLFとキャパシタCFにより構成されるフィルタ回路によって、出力から制御入力信号がDC/DCコンバータ13に入力されるのを分離する必要もない。このため、第1の実施の形態に係る電力供給装置4においては、相対的に実装スペースを削減可能であり、小型化・低コスト化可能である。
第1の実施の形態に係る電力供給装置4においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して制御入力信号が入力され、さらに信号変換回路25において切替えられた制御入力信号が2次側コントローラ16に入力され、この制御入力信号により、出力側の電力情報を含む制御情報は、エラーアンプ18および絶縁回路20を介して、1次側コントローラ30にフィードバックされる。1次側コントローラ30は、MOSトランジスタQ1のON/OFFを制御し、出力電圧を安定化させる。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。
第1の実施の形態に係る電力供給装置4においては、2次側コントローラ16から1次側コントローラ30へのフィードバック制御によって、降圧型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)可変機能を有する。このため、出力に接続される負荷(例えば、スマートホン、ラップトップPC、タブレットPCなど)に応じて、出力電圧Voと出力電流Ioとの関係に可変機能を有する。
第1の実施の形態に係る電力供給装置4を用いて得られる出力電圧Voと出力電流Ioとの関係は、図3(a)に示すような矩形形状、図3(b)に示すような逆台形の「フ」の字形状、図3(c)に示すような逆三角形の「フ」の字形状、図3(d)に示すような台形形状、図3(e)に示すような五角形形状など、さまざまな形状を採用可能である。例えば、図3(a)に示す矩形形状は、CVCC(Constant Voltage Constant Current)の例である。
第1の実施の形態に係る電力供給装置において、2次側コントローラ16は、図4(a)に示すように、制御入力信号に基づいて電圧電流判定を行うと共に、出力電圧Voと出力電流Ioを制御する電圧電流制御回路17を備える。また、この制御入力信号は、半二重通信方式に基づく信号を備えていても良い。例えば、周波数を150kHz(300kbps)で一定にし、“1”、“0”のオン・オフのパルス幅を変調させても良い。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置に適用される2次側コントローラ16は、図4(b)に示すように、さらに周波数変換回路(FSK)161および送信器164・受信器165を内蔵していても良い。ここで、周波数変換回路161・送信器164・受信器165により、例えば、約23.2MHzから約500kHzへの周波数変換を実現可能である。
また、第1の実施の形態に係る電力供給装置において、2次側コントローラ16の代わりに信号変換回路25が制御入力信号に基づいて電圧電流判定を行うと共に、出力電圧Voと出力電流Ioを制御する電圧電流制御回路17を備えていても良い。
なお、第1の実施の形態に係る電力供給装置4においても、電力線出力(VBUS)に外部から重畳されて入力されるAC信号を抽出するための別の複数のAC結合キャパシタを信号変換回路25・電力線出力(VBUS)間に接続しても良い。この場合には、分離用のインダクタンスLFは必要となる。すなわち、電力線出力(VBUS)から制御入力信号がDC/DCコンバータ13に入力されるのを分離することが必要であるため、インダクタンスLFとキャパシタCFにより構成されるフィルタ回路が必要である。このように、第1の実施の形態に係る電力供給装置4においても、電力線出力(VBUS)・AC重畳モードを電力線出力(VBUS)・AC分離モードと併用しても良い。
(変形例)
第1の実施の形態の変形例1に係る電力供給装置4は、図5に示すように、信号変換回路25の代わりに複数のスイッチSW1・SW2・…・SWnを備える。これらのスイッチSW1・SW2・…・SWnは、自動/手動いずれでも切り替え可能である。
また、第1の実施の形態の変形例1に係る電力供給装置4において、複数のスイッチSW1・SW2・…・SWnは、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
第1の実施の形態の変形例2に係る電力供給装置4は、図6に示すように、エラーアンプ21が内蔵された2次側コントローラ16Eを備えていても良い。すなわち、2次側コントローラ16E・エラーアンプ21は、図6に示すように、一体化形成されていても良い。この場合、信号変換回路25は、2次側コントローラ16Eによって制御されていても良い。
また、第1の実施の形態の変形例3に係る電力供給装置4は、図7に示すように、エラーアンプ21および絶縁回路20が内蔵された2次側コントローラ16Iを備えていても良い。すなわち、2次側コントローラ16I・エラーアンプ21・絶縁回路20は、図7に示すように、一体化形成されていても良い。この場合、信号変換回路25は、2次側コントローラ16Iによって制御されていても良い。
また、第1の実施の形態の変形例4に係る電力供給装置4は、図8に示すように、エラーアンプ21、絶縁回路20および1次側コントローラ30が内蔵された2次側コントローラ16Pを備えていても良い。すなわち、2次側コントローラ16P・エラーアンプ21・絶縁回路20・1次側コントローラ30は、図8に示すように、一体化形成されていても良い。この場合、信号変換回路25は、2次側コントローラ16Pによって制御されていても良い。
第1の実施の形態およびその変形例によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係る電力供給装置4は、図9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。
信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、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、DC/DCコンバータ13の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、図9に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第2の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
第2の実施の形態に係る電力供給装置4において、DC/DCコンバータ13は、ダイオード整流型である。すなわち、DC/DCコンバータ13は、トランス15と、トランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタQ1および電流センス用の抵抗RSと、トランス15の2次側インダクタンスL2と出力との間に接続されたダイオードD1と、出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタC1とを備える。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。
また、第2の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して複数の制御入力に接続されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、信号変換回路25には複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第2の実施の形態に係る電力供給装置4は、2次側コントローラ16と信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、2次側コントローラ16・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。
また、第2の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第2の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。
また、第2の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。
また、第2の実施の形態に係る電力供給装置4は、図9に示すように、DC/DCコンバータ13の出力に接続され、DC/DCコンバータ13の出力電圧を遮断するMOSスイッチQSWを備えていても良い。このMOSスイッチQSWにより、DC/DCコンバータ13の出力と電力線出力(VBUS)を遮断することができる。このMOSスイッチQSWは、2次側コントローラ16によって、オン/オフ制御可能である。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
なお、第2の実施の形態に係る電力供給装置4においても、電力線出力(VBUS)・AC重畳モードを電力線出力(VBUS)・AC分離モードと併用しても良い。
第2の実施の形態によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態に係る電力供給装置4は、図10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。
信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、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、DC/DCコンバータ13の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、図10に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第3の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
第3の実施の形態に係る電力供給装置4において、DC/DCコンバータ13は、同期整流型である。すなわち、DC/DCコンバータ13は、トランス15と、トランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタQ1および電流センス用の抵抗RSと、トランス15の2次側インダクタンスL2と出力との間に接続された第2MOSトランジスタM1と、出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタC1とを備える。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。
また、第3の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して複数の制御入力に接続されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、信号変換回路25には複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第3の実施の形態に係る電力供給装置4は、2次側コントローラ16と信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、2次側コントローラ16・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。
また、第3の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第3の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。
また、第3の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。
第3の実施の形態に係る電力供給装置4は、DC/DCコンバータにダイオード整流方式に代えて同期整流方式を採用しているため、ダイオード整流方式を有する第2の実施の形態に比べて、DC/DC電力変換効率を増大することができる。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
第3の実施の形態によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態に係る電力供給装置4は、図11に示すように、第1の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
また、トランス15の1次側の補助巻き線により構成された補助インダクタンスL4と、補助インダクタンスL4に並列接続されたダイオードD2・キャパシタC4とを備え、キャパシタC4から1次側コントローラ30に直流電圧VCCが供給される。
第4の実施の形態に係る電力供給装置4は、図11に示すように、入力(AC/DCコンバータのDC出力)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。
信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、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、DC/DCコンバータ13の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、図11に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第4の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
2次側コントローラ16には、USBリセプタクルからのPDDET1・PDDET2が記載されているが、これらはなくても良い。
第4の実施の形態に係る電力供給装置4において、DC/DCコンバータ13は、ダイオード整流型である。すなわち、DC/DCコンバータ13は、トランス15と、トランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタQ1および電流センス用の抵抗RSと、トランス15の2次側インダクタンスL2と出力との間に接続されたダイオードD1と、出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタC1とを備える。
また、電力線出力(VBUS)と2次側コントローラ16の通信ピンCOM2間には、出力キャパシタCOが接続され、電力線出力(VBUS)に重畳されるAC信号を入力可能である。
また、第4の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して複数の制御入力に接続されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、信号変換回路25には複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第4の実施の形態に係る電力供給装置4は、2次側コントローラ16と信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、2次側コントローラ16・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。
また、第4の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第4の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。
図11には、インダクタンスLFとキャパシタCFにより構成されるフィルタ回路が図示されているが、必ずしも必要ではない。
第4の実施の形態に係る電力供給装置4においては、電力線出力(VBUS)とは別に複数の制御入力を備えるため、相対的に実装スペースを削減可能であり、小型化・低コスト化可能である。
また、第4の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。その他の構成は、第2の実施の形態と同様である。
第4の実施の形態によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
[第5の実施の形態]
第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、図12に示すように、第1の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
また、トランス15の1次側の補助巻き線により構成された補助インダクタンスL4と、補助インダクタンスL4に並列接続されたダイオードD2・キャパシタC4とを備え、キャパシタC4から1次側コントローラ30に直流電圧VCCが供給される。
第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、図12に示すように、入力(AC/DCコンバータのDC出力)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。
信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、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、DC/DCコンバータ13の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、図12に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第5の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
2次側コントローラ16には、USBリセプタクルからのPDDET1・PDDET2が記載されているが、これらはなくても良い。
第5の実施の形態に係る電力供給装置4において、DC/DCコンバータ13は、ダイオード整流型である。すなわち、DC/DCコンバータ13は、トランス15と、トランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタQ1および電流センス用の抵抗RSと、トランス15の2次側インダクタンスL2と出力との間に接続されたダイオードD1と、出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタC1とを備える。
また、電力線出力(VBUS)と2次側コントローラ16の通信ピンCOM2間には、出力キャパシタCOが接続され、電力線出力(VBUS)に重畳されるAC信号を入力可能である。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して複数の制御入力に接続されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、信号変換回路25には複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、図12に示すように、2次側コントローラ16に接続され、制御入力信号を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を備えていても良い。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、図12に示すように、2次側コントローラ16に接続され、制御入力信号を絶縁回路20にフィードバックする誤差補償用のエラーアンプ21を備えていても良い。ここで、エラーアンプ21は、図12に示すように、増幅器44・ダイオードD3・抵抗R5・R6などの個別部品にて構成されている。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、2次側コントローラ16と信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、2次側コントローラ16・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。
図12には、インダクタンスLFとキャパシタCFにより構成されるフィルタ回路が図示されているが、必ずしも必要ではない。
第5の実施の形態に係る電力供給装置4においては、電力線出力(VBUS)とは別に複数の制御入力を備えるため、相対的に実装スペースを削減可能であり、小型化・低コスト化可能である。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。
また、第5の実施の形態に係る電力供給装置4は、図12に示すように、DC/DCコンバータ13の出力に接続され、DC/DCコンバータ13の出力電圧を遮断するMOSスイッチQSWを備えていても良い。このMOSスイッチQSWにより、DC/DCコンバータ13の出力と電力線出力(VBUS)を遮断することができる。このMOSスイッチQSWは、2次側コントローラ16によって、オン/オフ制御可能である。その他の構成は、第2の実施の形態と同様である。
第5の実施の形態によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
[第6の実施の形態]
第6の実施の形態に係る電力供給装置4は、図13に示すように、第3の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える。
また、トランス15の1次側の補助巻き線により構成された補助インダクタンスL4と、補助インダクタンスL4に並列接続されたダイオードD2・キャパシタC4とを備え、キャパシタC4から1次側コントローラ30に直流電圧VCCが供給される。
第6の実施の形態に係る電力供給装置4は、図13に示すように、入力(AC/DCコンバータのDC出力)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。
信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、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、図13に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第6の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
2次側コントローラ16には、USBリセプタクルからのPDDET1・PDDET2が記載されているが、これらはなくても良い。
第6の実施の形態に係る電力供給装置4において、DC/DCコンバータ13は、同期整流型である。すなわち、DC/DCコンバータ13は、トランス15と、トランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタQ1および電流センス用の抵抗RSと、トランス15の2次側インダクタンスL2と出力との間に接続された第2MOSトランジスタM1と、出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタC1とを備える。
また、電力線出力(VBUS)と2次側コントローラ16の通信ピンCOM2間には、出力キャパシタCOが接続され、電力線出力(VBUS)に重畳されるAC信号を入力可能である。
また、第6の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して複数の制御入力に接続されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、信号変換回路25には複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第6の実施の形態に係る電力供給装置4は、2次側コントローラ16と信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、2次側コントローラ16・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。
また、第6の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第6の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。
図13には、インダクタンスLFとキャパシタCFにより構成されるフィルタ回路が図示されているが、必ずしも必要ではない。
第6の実施の形態に係る電力供給装置4においては、電力線出力(VBUS)とは別に複数の制御入力を備えるため、相対的に実装スペースを削減可能であり、小型化・低コスト化可能である。
また、第6の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。
第6の実施の形態に係る電力供給装置4は、DC/DCコンバータにダイオード整流方式に代えて同期整流方式を採用しているため、ダイオード整流方式を有する第2・第4・第5の実施の形態に比べて、DC/DC電力変換効率を増大することができる。その他の構成は、第3の実施の形態と同様である。
第6の実施の形態によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
[第7の実施の形態]
第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、図14に示すように、第3の実施の形態における電源供給回路10の代わりに、AC入力に接続され、ヒューズ11・チョークコイル12・ダイオード整流ブリッジ14・キャパシタC5・C6・C3などから構成されるAC/DCコンバータを備える点は、第6の実施の形態と同様である。
また、トランス15の1次側の補助巻き線により構成された補助インダクタンスL4と、補助インダクタンスL4に並列接続されたダイオードD2・キャパシタC4とを備え、キャパシタC4から1次側コントローラ30に直流電圧VCCが供給される。
第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、図14に示すように、入力(AC/DCコンバータのDC出力)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。
信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、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、図13に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第7の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
2次側コントローラ16には、PDDET1・PDDET2が記載されているが、これらはなくても良い。
第7の実施の形態に係る電力供給装置4において、DC/DCコンバータ13は、同期整流型である。すなわち、DC/DCコンバータ13は、トランス15と、トランス15の1次側インダクタンスL1と接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタQ1および電流センス用の抵抗RSと、トランス15の2次側インダクタンスL2と出力との間に接続された第2MOSトランジスタM1と、出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタC1とを備える。
また、電力線出力(VBUS)と2次側コントローラ16の通信ピンCOM2間には、出力キャパシタCOが接続され、電力線出力(VBUS)に重畳されるAC信号を入力可能である。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して複数の制御入力に接続されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、信号変換回路25には複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、図14に示すように、2次側コントローラ16に接続され、制御入力信号を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を備えていても良い。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、図14に示すように、2次側コントローラ16に接続され、制御入力信号を絶縁回路20にフィードバックする誤差補償用のエラーアンプ21を備えていても良い。ここで、エラーアンプ21は、図14に示すように、増幅器44・ダイオードD3・抵抗R5・R6などの個別部品にて構成されている。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、2次側コントローラ16と信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、2次側コントローラ16・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、2次側コントローラ16によって制御されていても良い。
図14には、インダクタンスLFとキャパシタCFにより構成されるフィルタ回路が図示されているが、必ずしも必要ではない。
第7の実施の形態に係る電力供給装置4においては、電力線出力(VBUS)とは別に複数の制御入力を備えるため、相対的に実装スペースを削減可能であり、小型化・低コスト化可能である。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。
第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、DC/DCコンバータにダイオード整流方式に代えて同期整流方式を採用しているため、ダイオード整流方式を有する第2・第4・第5の実施の形態に比べて、DC/DC電力変換効率を増大することができる。
また、第7の実施の形態に係る電力供給装置4は、図14に示すように、DC/DCコンバータ13の出力に接続され、DC/DCコンバータ13の出力電圧を遮断するMOSスイッチQSWを備えていても良い。このMOSスイッチQSWにより、DC/DCコンバータ13の出力と電力線出力(VBUS)を遮断することができる。このMOSスイッチQSWは、2次側コントローラ16によって、オン/オフ制御可能である。その他の構成は、第6の実施の形態と同様である。
第7の実施の形態によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
[第8の実施の形態]
第8の実施の形態に係る電力供給装置4は、図15(a)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絶縁回路20Mとを備える。ここで、信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、絶縁回路20M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、絶縁回路20Mからフィードバックされた制御入力信号に基づいて、DC/DCコンバータ13の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、図15(a)に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第8の実施の形態に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
また、第8の実施の形態に係る電力供給装置4は、複数の制御入力に結合されるAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを備え、信号変換回路25はAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して制御入力に接続されていても良い。
また、複数の制御入力は、信号変換回路25に直接接続されていても良い。すなわち、絶縁回路20Mには複数の制御入力の制御入力信号をAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介さず、直接入力しても良い。
また、第8の実施の形態に係る電力供給装置4においては、図15(a)に示すように、2次側コントローラおよびエラーアンプが除外されている。
また、第8の実施の形態に係る電力供給装置4は、絶縁回路20Mと信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCを備えていても良い。また、絶縁回路20M・信号変換回路25間は、結合キャパシタCCを介さず、直接接続されていても良い。絶縁回路20Mには、キャパシタ、フォトカプラ、トランスなどを適用可能である。また、用途に応じて、絶縁ドライバ付き双方向トランス、双方向素子などを適用しても良い。
また、第8の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、例えば、周波数変換、直流レベル変換、振幅レベル変換のいずれかを実行可能である。
また、第8の実施の形態に係る電力供給装置4において、信号変換回路25は、絶縁回路20若しくは1次側コントローラ30によって制御されていても良い。
また、第8の実施の形態に係る電力供給装置においては、複数の制御入力からAC結合キャパシタCt1・Ct2・…・Ctnを介して入力される制御入力信号を基本技術と同様にUSB−PD通信に使用することも可能である。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
(変形例)
第8の実施の形態の変形例に係る電力供給装置4は、図15(b)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絶縁回路20Cとを備える。ここで、信号変換回路25において切替えられた制御入力信号は、絶縁回路20C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、絶縁回路20Cからフィードバックされた制御入力信号に基づいて、DC/DCコンバータ13の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、図15(b)に示すように、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを備え、複数の制御入力は、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnに結合されていても良い。また、複数の制御端子CT1・CT2・…・CTnを介して、外部機器には、第8の実施の形態の変形例に係る電力供給装置4の制御出力信号が出力可能である。
また、第8の実施の形態の変形例に係る電力供給装置4においては、図15(b)に示すように、2次側コントローラおよびエラーアンプが除外されている。
また、第8の実施の形態の変形例に係る電力供給装置4においては、図15(b)に示すように、絶縁回路20Cと信号変換回路25とを結合する結合キャパシタCCが、絶縁回路20Cに内蔵されている。その他の構成は、第8の実施の形態と同様である。
第8の実施の形態およびその変形例によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置を提供することができる。
(MOSスイッチ)
第1・第8の実施の形態に係る電力供給装置4に適用可能なスイッチSW、若しくは第2・3・5・7の実施の形態に係る電力供給装置4に適用可能なMOSスイッチQSWの模式的回路ブロック構成例は、図16に示すように、2個の直列接続されたnチャネルMOSFETQn1・Qn2と、この直列接続されたnチャネルMOSFETQn1・Qn2の両端に接続された放電用MOSFETQD1・QD2とを備える。2個の直列接続されたnチャネルMOSFETQn1・Qn2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。2次側コントローラ16には、電圧電流制御回路17が内蔵されており、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。
(ACアダプタ/ACチャージャ)
第1〜第8の実施の形態に係る電力供給装置4は、図17〜図22に示すように、ACアダプタ/ACチャージャ3に内蔵可能である。
コンセント1に接続可能なプラグ2とACアダプタ/ACチャージャ3をケーブルを用いて接続する結線例であって、ACアダプタ/ACチャージャ3内の信号変換回路25を外部のプラグ2A・2Bと接続する例は、図17(a)に示すように表され、別の例は、図17(b)に示すように表される。
図17(a)において、信号変換回路25により、USBPD4U・実施の形態に係る電力供給装置(PD)4の制御入力信号の切り替えを実施可能である。信号変換回路25は、電力供給装置(PD)4に内蔵可能である。
図17(a)においては、信号変換回路25・プラグ2A間は電力ラインPOLによって接続され、信号変換回路25・プラグ2B間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLが接続される。
USBPD4U・電力供給装置(PD)4は、図17(a)に示すように、信号変換回路25とそれぞれ双方向に接続可能である。
図17(b)においては、複数の信号変換回路251・252により、USBPD4U・実施の形態に係る電力供給装置(PD)4の制御入力信号の切り替えを実施可能である。信号変換回路251・252は、USBPD4U・電力供給装置(PD)4に内蔵可能である。
図17(b)においては、信号変換回路251・プラグ2A間は電力ラインPOLによって接続され、信号変換回路252・プラグ2B間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLが接続される。
USBPD4U・電力供給装置(PD)4は、図17(b)に示すように、信号変換回路251・252とそれぞれ双方向に接続可能である。
信号変換回路は、ACアダプタ/ACチャージャ3に1個若しくは複数内蔵可能である。このような信号変換回路動作によって、USBPD4Uと電力供給装置(PD)4を同時に備えるACアダプタ/ACチャージャ3においては、出力の取り出し個数を様々に選択可能である。例えば、USBPD4Uと電力供給装置(PD)4の取り出し個数比を1:N、1:1、N:1としても良い。ここで、Nは2以上の整数である。
コンセント1に接続可能なプラグ2をACアダプタ/ACチャージャ3に内蔵する例であって、ACアダプタ/ACチャージャ3内にUSBPD4Uと実施の形態に係る電力供給装置(PD)4を備える例は、図18(a)に示すように表され、ACアダプタ/ACチャージャ3に内蔵されたリセプタクル41UR・41Rと外部のプラグ2A・2Bを接続する例は、図18(b)に示すように表される。
図18(a)において、信号変換回路251・252により、USBPD4U・電力供給装置(PD)4の制御入力信号の切り替えを実施可能である。信号変換回路251・252は、USBPD4U・電力供給装置(PD)4に内蔵可能である。
USBPD4U・電力供給装置(PD)4は、図18(a)に示すように、信号変換回路251・252とそれぞれ双方向に接続可能である。
図18(b)においては、複数の信号変換回路251・252により、USBPD4U用のリセプタクル41UR・電力供給装置(PD)4用のリセプタクル41Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
リセプタクル41UR・プラグ2A間は電力ラインPOLによって接続される。リセプタクル41R・プラグ2B間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLが接続される。
信号変換回路251・252は、図18(b)に示すように、リセプタクル41UR・41Rとそれぞれ双方向に接続可能である。
実施の形態に係る電力供給装置(PD)4を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図19(a)に示すように、コンセント1に接続可能なプラグ2とケーブルを用いて接続可能であり、また外部に配置されたプラグ5と接続可能である。信号変換回路25・プラグ5間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。図19(a)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4の制御入力信号の切り替えを実施可能である。信号変換回路25は、電力供給装置(PD)4に内蔵可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図19(b)に示すように、コンセント1に接続可能なプラグ2とケーブルを用いて接続可能であり、また電力供給装置(PD)4用のリセプタクル41R・信号変換回路25を備えていても良い。図19(b)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4用のリセプタクル41Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図19(c)に示すように、コンセント1に接続可能なプラグ2とケーブルを用いて接続可能であり、またプラグ41Pを備えていても良い。プラグ41Pは外部に配置されたプラグ5と接続可能である。プラグ41P・プラグ5間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。図19(c)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4用のプラグ41Pの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置(PD)4を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図20(a)に示すように、コンセント1に接続可能なプラグ2とUSBPDケーブル6を用いて接続され、また外部に配置されたプラグ5と接続可能である。信号変換回路25・プラグ5間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。。図20(a)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4の制御入力信号の切り替えを実施可能である。信号変換回路25は、電力供給装置(PD)4に内蔵可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図20(b)に示すように、コンセント1に接続可能なプラグ2とUSBPDケーブル6を用いて接続可能であり、またリセプタクル41Rを備えていても良い。図20(b)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4用のリセプタクル41Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図20(c)に示すように、コンセント1に接続可能なプラグ2とUSBPDケーブル6を用いて接続され、またプラグ41Pを備えていても良い。プラグ41Pは外部に配置されたプラグ5と接続可能である。プラグ41P・プラグ5間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。図20(c)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4用のプラグ41Pの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
また、コンセント1に接続可能なプラグ2は、図21(a)〜図21(c)に示すように、実施の形態に係る電力供給装置を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3に内蔵されていても良い。
実施の形態に係る電力供給装置(PD)4およびプラグ2を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図21(a)に示すように、外部に配置されたプラグ5と接続可能である。信号変換回路25・プラグ5間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。図21(a)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4の制御入力信号の切り替えを実施可能である。信号変換回路25は、電力供給装置(PD)4に内蔵可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置およびプラグ2を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図21(b)に示すように、リセプタクル41Rを備えていても良い。図21(b)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4用のリセプタクル41Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置およびプラグ2を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図21(c)に示すように、プラグ41Pを備えていても良い。プラグ41Pは外部に配置されたプラグ5と接続可能である。プラグ41P・プラグ5間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。図21(c)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)4用のプラグ41Pの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
実施の形態に係る電力供給装置は、図22(a)〜図22(c)に示すように、ACアダプタ/ACチャージャ3に複数個内蔵可能である。また、コンセント1に接続可能なプラグ2を内蔵している。
複数の実施の形態に係る電力供給装置(PD)41・42およびプラグ2を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図22(a)に示すように、外部に配置された複数のプラグ51・52と接続可能である。信号変換回路25とプラグ51・52間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。図22(a)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)41・42の制御入力信号の切り替えを実施可能である。信号変換回路25は、電力供給装置(PD)41・42に内蔵可能である。
また、複数の実施の形態に係る電力供給装置(PD)41・42およびプラグ2を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図22(b)に示すように、リセプタクル41R・42Rを備えていても良い。図22(b)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)41・42用のリセプタクル41R・42Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
また、複数の実施の形態に係る電力供給装置(PD)41・42およびプラグ2を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3は、図22(c)に示すように、プラグ41P・42Pを備えていても良い。プラグ41P・42Pは外部に配置されたプラグ51・52と接続可能である。プラグ41P・42Pとプラグ51・52間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。図22(c)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)41・42用のプラグ41P・42Pの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
(電子機器)
第1〜第8の実施の形態に係る電力供給装置は、図23〜図24に示すように、電子機器7に内蔵可能である。電子機器としては、例えば、モニタ、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、ラップトップPC、タブレットPC、スマートホン、バッテリーチャージャシステム、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、プリンタ、掃除機、冷蔵庫、ファクシミリ、電話機、カーナビゲーション、カーコンピュータ、テレビ、メガネ、ヘッドマウントディスプレイ、扇風機、エアコン、レーザディスプレイ若しくは壁コンセントなどさまざまな機器を適用可能である。


コンセント1に接続可能なプラグ2と電子機器7をケーブルを用いて接続する結線例であって、電子機器7内部に電力供給装置41・42およびリセプタクル41R・42Rを内蔵する内部回路71・72を備える例は、図23(a)に示すように表される。
また、コンセント1に接続可能なプラグ2を電子機器7に内蔵し、電子機器7内部に電力供給装置41・42およびリセプタクル41R・42Rを内蔵する内部回路71・72を備える例は、図23(b)に示すように表される。
図23(a)・図23(b)において、リセプタクル41R・42R間は、電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続可能である。図23(a)・図23(b)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)41・42用のリセプタクル41R・42Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
コンセント1に接続可能なプラグ2を電子機器7に内蔵し、電子機器7内部に電力供給装置41・42およびリセプタクル41R・42Rを内蔵する内部回路71・72を備える例において、1つの内部回路72内に外部に接続されるリセプタクル43Rを有する例は、図24(a)に示すように表される。
また、コンセント1に接続可能なプラグ2を電子機器7に内蔵し、電子機器7内部に電力供給装置41・42およびリセプタクル41R・42Rを内蔵する内部回路71・72を備える例において、1つの内部回路72内に外部に接続される複数のリセプタクル43R・44Rを有する例は、図24(b)に示すように表される。
図24(a)・図24(b)においても、リセプタクル41R・42R間は、電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続可能である。また、図24(a)・図24(b)においては、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)41・42用のリセプタクル41R・42Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
(保護機能)
接続対象をスマートホン160とする場合の実施の形態に係る電力供給装置4の保護機能の説明図は、図25(a)に示すように表され、接続対象をラップトップPC140とする場合の実施の形態に係る電力供給装置4の保護機能の説明図は、図25(b)に示すように表される。
実施の形態に係る電力供給装置4は、図25(a)・図25(b)に示すように、1次側過電力保護回路(OPP1)81・83と、1次側過電力保護回路(OPP1)81・83と接続された2次側過電力保護回路(OPP2)82・84とを備えていても良い。1次側過電力保護回路(OPP1)81・83は、1次側コントローラ(図示省略)に接続される。また、1次側過電力保護回路(OPP1)81・83は、1次側コントローラに内蔵されていても良い。2次側過電力保護回路(OPP2)82・84は、2次側コントローラ16に接続される。
また、図25(a)・図25(b)に示すように、リセプタクル41R・接続対象(スマートホン160・ラップトップPC140)間は電力ラインPOL・通信専用ラインCOLによって接続される。2次側コントローラ16とリセプタクル41R間には、信号変換回路25が接続されており、信号変換回路25により、電力供給装置(PD)41・42用のリセプタクル41Rの制御入力信号の切り替えを実施可能である。
リセプタクル41Rに接続される対象機器(セット)に応じて、リセプタクル41Rにおける電力情報・通信制御情報が2次側コントローラ16から2次側過電力保護回路(OPP2)82・84に伝送され、更に2次側過電力保護回路(OPP2)82・84は、この電力情報・通信制御情報を1次側過電力保護回路(OPP1)81・83に伝送する。この結果、リセプタクル41Rに接続される対象機器(セット)に応じて、過電流検出設定値を変更し、DC/DCコンバータ13の電力切り替えを実施可能である。
リセプタクル41Rにおける電力情報・通信制御情報が過電流検出設定値を超えたか否かの判断は、1次側過電力保護回路(OPP1)81・2次側過電力保護回路(OPP2)82のいずれで実施しても良い。
リセプタクル41Rにおける電力情報・通信制御情報が過電流(過電力)検出設定値を超えたと判断された場合には、1次側過電力保護回路(OPP1)81・83は、1次側コントローラ(図示省略)に過電流(過電力)保護制御信号を送信して、DC/DCコンバータ13の電力抑制のための切り替えを実施可能である。
実施の形態に係る電力供給装置4には、過電流保護(OCP:Over Current Protection)、過電力保護(OPP:Over Power Protection)、過電圧(OVP:Over Voltage Protection)保護、過負荷保護(OLP:Over Load Protection)、過温度保護(TSD:Thermal Shut Down)などの諸機能を適用可能である。
実施の形態に係る電力供給装置4には、例えば、1次側コントローラ(図示省略)に何らかのセンサ素子を接続し、このセンサ素子の特性に応じて保護を実施するセンサ(SENSOR)保護機能を備えていても良い。
実施の形態に係る電力供給装置4において、過電流(過電力)検出設定値を変更する場合は、上記のように、リセプタクル41Rにおける電力情報・通信制御情報を2次側コントローラ16・2次側過電力保護回路(OPP2)82・84を介して1次側過電力保護回路(OPP1)81・83に伝送し、リセプタクル41Rに接続される対象機器(セット)に応じて、過電流検出設定値を変更し、DC/DCコンバータ13の電力切り替えを実施可能である。
また、実施の形態に係る電力供給装置4において、過電流(過電力)検出設定値を変更する場合は、リセプタクル41Rにおける電力情報・通信制御情報を2次側コントローラ16から直接1次側過電力保護回路(OPP1)81・83に伝送して、1次側過電力保護回路(OPP1)81・83において、直接設定値を変更するようにしても良い。
また、実施の形態に係る電力供給装置4の外部から直接1次側過電力保護回路(OPP1)81・83に伝送するようにしても良い。
このように、実施の形態に係る電力供給装置4においては、1次側過電力保護回路(OPP1)81・83において、リセプタクル41Rに接続される対象機器(セット)に応じて、供給電力レベルを変更可能である。この結果、異常状態における対象機器(セット)の破壊を防止可能である。
接続対象をスマートホン160とする場合、スマートホン160(電力量5V・1A=5W)に対して、2次側コントローラ16から2次側過電力保護回路(OPP2)82に、例えば、7Wの電力情報・通信制御情報が伝送されると、2次側過電力保護回路(OPP2)82から1次側過電力保護回路(OPP1)81にこの7Wの電力情報・通信制御情報が伝送され、1次側過電力保護回路(OPP1)81において、7Wから例えば10Wへの過電流(過電力)検出設定値UPの切り替え(SW)を行う。この結果、実施の形態に係る電力供給装置4のDC/DCコンバータでは、10Wまでの電力伝送可能になる。
接続対象をラップトップPC140とする場合、ラップトップPC140(電力量20V・3A=60W)に対して、2次側コントローラ16から2次側過電力保護回路(OPP2)84に、例えば、80Wの電力情報・通信制御情報が伝送されると、2次側過電力保護回路(OPP2)84から1次側過電力保護回路(OPP1)83にこの80Wの電力情報・通信制御情報が伝送され、1次側過電力保護回路(OPP1)83において、80Wから例えば100Wへの過電流(過電力)検出設定値UPの切り替え(SW)を行う。この結果、実施の形態に係る電力供給装置4のDC/DCコンバータでは、100Wまでの電力伝送可能になる。
(リセプタクル/プラグ)
リセプタクルを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置85は、図26に示すように、例えばAC電源100V〜115Vを有するコンセントに接続可能であり、かつ電力ラインPOL・通信専用ラインCOLに接続されたプラグを挿入可能である。プラグ構造の例は、図29に示される。
電力ラインPOLは、リセプタクルの上側電力端子PU・下側電力端子PDのいずれにも接続可能であり、通信専用ラインCOLは、リセプタクルの上側通信端子CU・下側通信端子CDのいずれにも接続可能である。電力ラインPOLには電力情報が伝送可能であり、通信専用ラインCOLには通信制御情報が伝送可能である。実施の形態に係る電力供給装置を搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能なリセプタクル85は、図23に示すように、電力端子PU・PD、通信端子CU・CDのいずれも接続可能であり、対応するプラグの上下(表裏)を選ぶ必要が無く、使用勝手が良い。
また、リセプタクルを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置86は、図27に示すように、例えばAC電源230Vを有するコンセントに接続可能であり、かつかつ電力ラインPOL・通信専用ラインCOLに接続されたプラグを挿入可能である。プラグ構造の例は、図29に示される。
また、リセプタクルを搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置87は、図28に示すように、例えばAC電源100V〜115Vを有するコンセントに接続可能であり、かつ電力ラインPOL・通信専用ラインCOLに接続された複数のプラグを挿入可能である。プラグ構造の例は、図29に示される。
信号変換回路は、ACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に1個若しくは複数内蔵可能である。このような信号変換回路動作によって、リセプタクル85・86・87の出力の取り出し個数を様々に選択可能である。例えば、取り出し個数比を1:N、1:1、N:1としても良い。ここで、Nは2以上の整数である。また、USBPDリセプタクルと併用することも可能である。
また、プラグ2を搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置88は、図29に示すように、例えばAC電源100V〜115Vを有するコンセントや、AC電源230Vを有するコンセントに接続可能である。プラグ2は、図17(a)・図17(b)、図18(b)、図19(a)・図19(c)、図20(a)・図20(c)、図21(a)・図21(c)、図22(a)・図22(c)の形態と同義である。また、プラグ2は、USB−PDにも適用可能であっても良い。したがって、図29において、プラグ2は、改良型USBプラグと呼称することができる。
通常のUSBのプラグは、片面に電極がありVBUS、D+、D−、GND端子を有する。USBPDのプラグは、片面に電極がありVBUS、D+、D−、GND端子を有する(形状はUSBと同じである。)。
ここで、上記の改良型USBプラグ2は、両面に電極があって、表裏の区別が無い、VBUS、D+、D−、CU若しくはCD、GND端子を有する。CU若しくはCDとは、装置同士が双方向通信するための専用通信ラインCOLに接続される。この改良型USBプラグ2は、改良型USBリセプタクルに挿入して電源、データ通信が可能となる。したがって、プラグ2は、改良型USBプラグ、リセプタクルは、改良型USBリセプタクルと呼称することができる。
(複数の接続対象)
実施の形態に係る電力供給装置において、複数のリセプタクルを介して複数の接続対象と接続する模式的回路ブロック構成は、図30に示すように表される。図30において、2次側コントローラ(図示省略)と接続される信号変換回路25は、リセプタクル41R1・41R2・41R3を介して、それぞれ接続対象であるスマートホン160・ラップトップPC140・タブレットPC150に接続される。これらは、結合キャパシタCCおよびAC結合キャパシタCt1・Ct2・Ct3を介しても良い。リセプタクル41R1・41R2・41R3とスマートホン160・ラップトップPC140・タブレットPC150間には、電力ラインPOL・通信専用ラインCOLが接続されている。電力ラインPOLは、信号変換回路25によって制御可能なスイッチSWCによってスイッチング制御され、電力線出力(VBUS)に接続される。通信専用ラインCOL上には、スマートホン160・ラップトップPC140・タブレットPC150から電力供給装置4への制御入力信号および実施の形態に係る電力供給装置からスマートホン160・ラップトップPC140・タブレットPC150への制御出力信号が伝送可能である。
複数のリセプタクル41R1・41R2・41R3・41R4を搭載したACアダプタ・ACチャージャ・電子機器に適用可能な実施の形態に係る電力供給装置89の模式的鳥瞰構造例は、図31に示すように表される。図31の例では、4個のリセプタクル41R1・41R2・41R3・41R4が接続可能であり、スイッチ89Sによって、手動で切り替えることができる。図30示されたリセプタクル41R1・41R2・41R3は、図31のリセプタクル41R1・41R2・41R3と対応している。また、図31の例では、4個のリセプタクル41R1・41R2・41R3・41R4の例が示されているが、例えば、2個、或いは6個など、任意の個数に対応可能である。
(USBPD通信)
複数の実施の形態に係る電力供給装置間で、制御入出力信号をUSBPD通信に使用する例を説明する模式的回路ブロック構成は、図32(a)に示すように表され、図32(a)において、信号変換回路内を制御入出力信号がスルーする場合を示す模式的回路ブロック構成は、図32(b)に示すように表される。
第1の電力供給装置においては、図32(a)に示すように、2次側コントローラ161が結合キャパシタCCを介して信号変換回路251に接続され、信号変換回路251は、制御端子CT1に接続されている。その他の構成は図示を省略している。第2の電力供給装置においては、図32(a)に示すように、2次側コントローラ162が結合キャパシタCCを介して信号変換回路252に接続され、信号変換回路252は、制御端子CT2に接続されている。その他の構成は図示を省略している。なお、信号変換回路251・252は、AC結合キャパシタCtを介して制御端子CT1・CT2に接続されていても良い。
USBPD通信では、制御端子CT1・CT2間は、電力ラインPOLで接続される。
第1の電力供給装置・第2の電力供給装置間で、制御入出力信号をUSBPD通信に使用する場合、図32(b)に示すように、信号変換回路251内を制御入出力信号がスルーするように構成すればよい。
(電力供給システム)
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいては、ケーブルの方向を変えることなく、電力のソースを切り替えることができる。例えば、外部機器からラップトップPCのバッテリーの充電と、ラップトップPCのバッテリーや内部電力供給装置から外部機器(ディスプレイなど)の給電をケーブルの差し替えなしで実現可能である。
また、電力ラインPOL・通信専用ラインCOLを介して、2つのユニット間で、電力伝送・半二重データ通信を実現可能である。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、バッテリーチャージャシステムとラップトップPCとの間では、DC電力供給(DC出力VBUS)とデータ通信を電力ラインPOL・通信専用ラインCOLを用いて伝送可能である。ここで、バッテリーチャージャシステム・ラップトップPCには、実施の形態に係る電力供給装置が搭載される。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、スマートホンとラップトップPCとの間においても、電力ラインPOL・通信専用ラインCOLを用いて、DC電力供給(DC出力VBUS)、データ通信を電力ラインPOL・通信専用ラインCOLを用いて伝送可能である。ここで、スマートホン・ラップトップPCには、実施の形態に係る電力供給装置が搭載される。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、2つのパーソナルコンピュータPCA・PCB間のデータ通信および電力供給を説明する模式的ブロック構成は、図33に示すように表される。図33において、DC/DCコンバータは図示を省略し、2次側コントローラ16A・16B・信号変換回路25A・25Bが示されている。パーソナルコンピュータPCA・PCBには、実施の形態に係る電力供給装置が搭載されている。なお、2次側コントローラ16A・16Bと信号変換回路25A・25B間は、直接接続されている。また、2次側コントローラ16A・16Bと信号変換回路25A・25B間は、結合キャパシタCCを介して接続されていても良い。
パーソナルコンピュータPCA・PCB間は、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLを介して接続される。通信専用ラインCOLは制御端子CT1・CT2間に接続される。
図33に示すように、制御端子CT1は信号変換回路25Aを介して、コントローラ16Aに接続され、制御端子CT2は信号変換回路25Bを介して、コントローラ16Bに接続される。また、信号変換回路25A・25Bと制御端子CT1・CT2間は、AC結合キャパシタCtを介して接続されていても良い。また、パーソナルコンピュータPCAには、バッテリーEとバッテリーEに接続されるバッテリーチャージャIC(CHG)53が搭載され、パーソナルコンピュータPCBには、パワーマネージメントIC(PMIC:Power Management IC)54が搭載されている。なお、フィルタ回路を構成するインダクタンスLF・CFはそれぞれ省略可能である。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいては、例えば、パーソナルコンピュータPCBからパーソナルコンピュータPCAのバッテリーEの充電と、パーソナルコンピュータPCAのバッテリーEからパーソナルコンピュータPCBの給電をケーブルの差し替えなしで実現可能である。
また、通信専用ラインCOLには、信号変換回路25A・25Bを介して2次側コントローラ16A・16Bが接続されていて、パーソナルコンピュータPCA・PCB間において、例えば、半二重データ通信を実現している。ここで、キャリア周波数は、例えば、約23.2MHzであり、FSK変復調周波数は、例えば、約300kbpsである。ここで、符号誤り率(BER:Bit Error Rate)は、例えば、約1×10-6であり、ビスト(BIST:built-in self test)用のLSIを内蔵していても良い。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、2つのユニット56・58間のデータ通信および電力供給を説明する模式的ブロック構成は、図34(a)に示すように表される。
2つのユニット56・58間は、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLにより接続される。電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLは、2つのユニット56・58に内蔵されるリセプタクル41R・42Rにプラグ接続される。
2つのユニット56・58は、任意の電子機器であり、実施の形態に係る電力供給装置が搭載されている。図34(a)において、DC/DCコンバータは図示を省略し、2次側コントローラ16A・16B・信号変換回路25A・25Bが示されている。AC結合キャパシタCtは省略されている。また、2次側コントローラ16A・16Bと信号変換回路25A・25B間は、直接接続されている。また、2次側コントローラ16A・16Bと信号変換回路25A・25B間は、結合キャパシタCCを介して接続されていても良い。
実施の形態に係る電力供給装置を内蔵したACアダプタ/ACチャージャ3・スマートホン160からなる電力供給システムの模式的ブロック構成は、図34(b)に示すように表される。
ACアダプタ/ACチャージャ3・スマートホン160間は、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLにより接続される。電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLは、ACアダプタ3・スマートホン160に内蔵されるリセプタクル41R・42Rにプラグ接続される。
ACアダプタ/ACチャージャ3・スマートホン160には、実施の形態に係る電力供給装置が搭載されている。図34(b)において、DC/DCコンバータは図示を省略し、2次側コントローラ16A・16B・信号変換回路25A・25Bが示されている。
ACアダプタ/ACチャージャ3は、AC/DCコンバータ60・2次側コントローラ16A・信号変換回路25Aを備える。スマートホン160は、2次側コントローラ16B・信号変換回路25B・組込み型コントローラ(EMBC)64・CPU68・PMIC54・バッテリー66・バッテリーチャージャIC(CHG)62を備える。2次側コントローラ16A・16Bと信号変換回路25A・25B間には、結合キャパシタCCを備えていても良い。また、信号変換回路25A・25Bとリセプタクル41R・42R間には、AC結合キャパシタCtを備えていても良い。なお、フィルタ回路を構成するインダクタンスLF・CFは、それぞれ省略可能である。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいては、例えば、ACアダプタ/ACチャージャ3からスマートホン160のバッテリー66の充電と、スマートホン160のバッテリー66から外部機器の給電をケーブルの差し替えなしで実現可能である。
実施の形態に係る電力供給装置を内蔵した2つのユニット56・58からなる電力供給システムの模式的ブロック構成は、図35に示すように表される。
2つのユニット56・58間は、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLにより接続される。電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLは、2つのユニット56・58に内蔵されるリセプタクル41R・42Rにプラグ接続される。
2つのユニット56・58には、実施の形態に係る電力供給装置が搭載されている。図35において、DC/DCコンバータは図示を省略し、2次側コントローラ16A・16B・信号変換回路25A・25Bが示されている。
ユニット56は、AC/DCコンバータ60・2次側コントローラ16A・信号変換回路25Aを備え、ユニット58は、2次側コントローラ16B・信号変換回路25B・負荷70を備える。ここで、負荷70は、CPU、バッテリーBAT、コントローラCTRなどで構成可能である。2次側コントローラ16A・16Bと信号変換回路25A・25B間には、結合キャパシタCCを備えていても良い。また、信号変換回路25A・25Bとリセプタクル41R・42R間には、AC結合キャパシタCtを備えていても良い。なお、フィルタ回路を構成するインダクタンスLF・CFは、それぞれ省略可能である。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいては、例えば、ユニット56からユニット58の給電と、ユニット58から外部機器の給電をケーブルの差し替えなしで実現可能である。
また、通信専用ラインCOLには、AC結合キャパシタCC・信号変換回路25A・25Bを介して2次側コントローラ16A・16Bが接続されていて、ユニット56・58間においても、例えば、半二重データ通信を実現している。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、図35の構成とは異なる2つのユニット56・58からなる模式的ブロック構成は、図36に示すように表される。
ユニット56は、バッテリーE・CPU68A・2次側コントローラ16A・信号変換回路25Aを備え、ユニット58は、CPU68B・2次側コントローラ16B・信号変換回路25B・負荷CLを備える。
2つのユニット56・58間は、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLにより接続される。電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLは、2つのユニット56・58に内蔵されるリセプタクル41R・42Rにプラグ接続される(図示省略)。電力ラインPOLはバッテリーE・負荷CL間に接続され、通信専用ラインCOLは2次側コントローラ16A・16B間に接続される。2次側コントローラ16A・16Bと信号変換回路25A・25B間には、結合キャパシタCCを備えていても良い。また、信号変換回路25A・25Bと通信専用ラインCOL間には、AC結合キャパシタCtを備えていても良い。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいては、例えば、ユニット58からユニット56のバッテリーEの充電と、ユニット56のバッテリーEからユニット58の給電をケーブルの差し替えなしで実現可能である。また、ユニット56・58間においても、例えば、半二重データ通信を実現している。
実施の形態に係る電力供給装置をグローバルに適用可能な第1の電力供給システム100は、図37に示すように、プラグを介してコンセントに接続されるモニタ110と、USBPDケーブルを用いてモニタ110に接続された外部ハードディスクドライブ120・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160とを備える。ここで、モニタ110は、他にTVやドッキングステーションであっても良い。
各構成要素には、実施の形態に係る電力供給装置4が搭載されているが、図37では、DC/DCコンバータ・結合キャパシタCCは図示を省略し、コントローラ16・信号変換回路25が示されている。また、通信専用ラインCOLにAC結合キャパシタCtを適用しても良い。また、USBPDを適用する場合には、コントローラ16は、USBPDコントローラを適用しても良い。
モニタ110と外部ハードディスクドライブ120・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160との間では、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLを用いて電力伝送および通信データ伝送が可能である。電力ラインPOLは、太い実線で示されており、通信専用ラインCOLは、破線で示されている。また、USBPDを適用する場合には、破線で示される通信専用ラインCOLの代わりに電力ラインPOLを用いても良い。また、通信専用ラインCOLは、AC結合キャパシタCt(図示省略)を介して信号変換回路25・コントローラ16に接続される。一方、AC結合キャパシタCtを介さずに直接信号変換回路25・コントローラ16に接続されていても良い。
円形破線で示される部分は、電力ラインPOL用のケーブルと通信専用ラインCOL用のケーブルが分離されていることを示している。電力ラインPOL用のケーブルとしては、USBPDケーブル、通信専用ラインCOL用ケーブルとしては通信専用ケーブル(COM)を適用可能である。また、電力ラインPOL・通信専用ラインCOL変換内蔵ケーブルを使用しても良い。
モニタ110には、AC/DCコンバータ60・コントローラ16・信号変換回路25が搭載され、外部ハードディスクドライブ120には、CPU+インタフェースボード122・コントローラ16・信号変換回路25が搭載され、セットトップボックス130には、CPU+インタフェースボード132・コントローラ16・信号変換回路25が搭載され、ラップトップPC140には、NVDC(Narrow Voltage DC/DC)チャージャ142・CPU148・PCH(Platform Control Hub)147・EC(Embedded Controller)146・コントローラ16・信号変換回路25が搭載され、タブレットPC150には、ACPU(Application CPU)156・バッテリーチャージャIC(CHG)158・バッテリー157・コントローラ16・信号変換回路25が搭載され、スマートホン160には、ACPU166・USBチャージャ162・バッテリー172・コントローラ16・信号変換回路25が搭載されている。
実施の形態に係る電力供給装置をグローバルに適用可能な第2の電力供給システム200は、図38に示すように、プラグを介してコンセントに接続されるUSBPDアダプタ230と、USBPDアダプタ230に接続されたラップトップPC140と、ラップトップPC140に接続された外部ハードディスクドライブ120・モニタ110・タブレットPC150・スマートホン160とを備える。ここで、ラップトップPC140は、他にドッキングステーションであっても良い。
各構成要素には、実施の形態に係る電力供給装置4が搭載されているが、図38では、DC/DCコンバータ・結合キャパシタCCは図示を省略し、コントローラ16・信号変換回路25が示されている。また、通信専用ラインCOLにAC結合キャパシタCtを適用しても良い。また、USBPDを適用する場合には、コントローラ16は、USBPDコントローラを適用しても良い。
ラップトップPC140とUSBPDアダプタ230・外部ハードディスクドライブ120・モニタ110・タブレットPC150・スマートホン160との間では、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLを用いて電力伝送および通信データ伝送が可能である。
USBPDアダプタ230には、AC/DCコンバータ60・コントローラ16・信号変換回路25が搭載される。ラップトップPC140には、NVDCチャージャ142・CPU148・PCH147・EC146・バッテリー154・DC/DCコンバータ159・コントローラ161・162・信号変換回路251・252が搭載され、モニタ110には、PMIC112・コントローラ16・信号変換回路25が搭載される。その他の構成は、第1の電力供給システム100(図37)と同様である。
実施の形態に係る電力供給装置をグローバルに適用可能な第3の電力供給システム300は、図39に示すように、プラグを介してコンセントに接続されるUSBPDアダプタ/チャージャ310と、USBPDアダプタ/チャージャ310に接続された外部ハードディスクドライブ120・モニタ110・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160とを備える。
各構成要素には、実施の形態に係る電力供給装置4が搭載されているが、図39では、DC/DCコンバータ・結合キャパシタCCは図示を省略し、コントローラ16・信号変換回路25が示されている。また、通信専用ラインCOLにAC結合キャパシタCtを適用しても良い。また、USBPDを適用する場合には、コントローラ16は、USBPDコントローラを適用しても良い。
USBPDアダプタ/チャージャ310と外部ハードディスクドライブ120・モニタ110・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160との間では、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLを用いて電力伝送および通信データ伝送が可能である。
USBPDアダプタ/チャージャ310には、AC/DCコンバータ60・コントローラ16・信号変換回路25が搭載される。その他の構成は、第1の電力供給システム100(図37)・第2の電力供給システム200(図38)と同様である。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な第4の電力供給システム400は、図40に示すように、プラグを介してコンセントに接続される高機能USBPDアダプタ/チャージャ330と、高機能USBPDアダプタ/チャージャ330に接続された外部ハードディスクドライブ120・モニタ110・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160とを備える。
各構成要素には、実施の形態に係る電力供給装置4が搭載されているが、図40では、DC/DCコンバータ・結合キャパシタCCは図示を省略し、コントローラ16・信号変換回路25が示されている。また、通信専用ラインCOLにAC結合キャパシタCtを適用しても良い。また、USBPDを適用する場合には、コントローラ16は、USBPDコントローラを適用しても良い。
高機能USBPDアダプタ/チャージャ330と外部ハードディスクドライブ120・モニタ110・セットトップボックス130・ラップトップPC140・タブレットPC150・スマートホン160との間では、電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLを用いて電力伝送および通信データ伝送が可能である。
高機能USBPDアダプタ/チャージャ330には、同期FETスイッチングコンバータを内蔵したAC/DCコンバータ60A・コントローラ16・信号変換回路25が搭載される。その他の構成は、第3の電力供給システム300(図39)と同様である。
実施の形態に係る電力供給装置を適用可能な電力供給システムにおいて、CPUインタフェース122(132)内にコントローラ16が内蔵される構成の模式的ブロック構成は、図36に示すように表わされる。すなわち、図37〜図40に示された電力供給システム100〜400において、CPU+インタフェースボード122(132)内にコントローラ16が内蔵されていても良い。この場合には、CPU+インタフェースボード122に電力ラインPOLおよび通信専用ラインCOLを用いて電力および通信データが伝送可能である。このようなCPU+インタフェースボード122(132)内にコントローラ16が内蔵されたチップは、コントローラを含んだCPUやDSPやその他のコントローラとの統合チップとしても構成可能である。
以上説明したように、本発明によれば、複数の機器に対して切替え可能で、かつ出力電圧値および出力可能電流容量(MAX値)を制御可能な電力供給装置、ACアダプタ、ACチャージャ、電子機器および電力供給システムを提供することができる。
[その他の実施の形態]
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。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の電力供給装置、ACアダプタ、電子機器および電力供給システムは、家電機器、モバイル機器などに適用可能である。
1…コンセント
2、5、41P、42P、51、52…プラグ
3…ACアダプタ/ACチャージャ
4、4A、41、42、85、86、87、88、89…電力供給装置(PD)
6…USBPDケーブル
7…電子機器
10…電源供給回路
11…ヒューズ
12…チョークコイル
13…DC/DCコンバータ
14…ダイオードブリッジ
15…トランス
16、16A、16B、16E、16I、16P、161、162…2次側コントローラ(コントローラ)
17…電圧電流制御回路
20、20C、20M…絶縁回路
21…エラーアンプ
25、25A、25B、251、252…信号変換回路
30…1次側コントローラ
41R、42R、43R、44R、…リセプタクル
44…増幅器
53、62、158…バッテリーチャージャIC(CHG)
54、112…パワーマネージメントIC(PMIC)
56、58…ユニット
60、60A…AC/DCコンバータ
64…組込み型コントローラ(EMBC)
66、154、157、172…バッテリー
68、68A、68B、148…CPU
70…負荷
71、72…内部回路
81、83…1次側OPP回路部
82、84…2次側OPP回路部
110…モニタ(TV、ドッキングステーション)
120…外部ハードディスクドライブ(HDD)
122、132…CPUボード
130…セットトップボックス
140…ラップトップPC
142…NVDCチャージャIC
146…EC
147…PCH
150…タブレットPC
152、170…USBリセプタクル
156、166…ACPU
159…DC/DCコンバータ
160…スマートホン
161…周波数変換回路(FSK)
162…USBバッテリーチャージャIC
164…送信器
165…受信器
230…USBPDアダプタ

Claims (35)

  1. 並列に接続された複数の外部機器に電力を供給する電力供給装置であって、
    入力とVBUS出力との間に配置されたDC/DCコンバータと、
    前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、
    電力供給用の前記VBUS出力とは別に設けられた通信用の複数の制御入力端子に結合され、前記VBUS出力を通じて前記電力が供給される前記複数の外部機器から前記複数の制御入力端子にそれぞれ入力される制御入力信号を切替える信号変換回路と、
    前記信号変換回路に結合され、前記信号変換回路において切替えられた前記制御入力信号を受信し、前記1次側コントローラにフィードバックする2次側コントローラと
    を備え、
    前記信号変換回路は、前記複数の外部機器にそれぞれ対応する前記複数の制御入力端子毎に前記制御入力信号を切替える複数のスイッチを備えるとともに、前記複数のスイッチの切り替えは、前記2次側コントローラからの切替制御信号により制御可能であり、
    前記1次側コントローラは、前記2次側コントローラからフィードバックされた前記制御入力信号に基づいて、前記入力電流を制御することによって、対応する前記外部機器に対する前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にしたことを特徴とする電力供給装置。
  2. 前記2次側コントローラ若しくは前記信号変換回路は、前記制御入力信号に基づいて前記DC/DCコンバータの前記出力電圧値および前記出力可能電流容量を制御する電圧電流制御回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。
  3. 前記制御入力端子は、前記信号変換回路に直接接続されることを特徴とする請求項1または2に記載の電力供給装置。
  4. 前記複数の制御入力端子にそれぞれ結合される複数のAC結合キャパシタを備え、
    前記信号変換回路は前記複数のAC結合キャパシタを介して前記複数の制御入力端子に接続されることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  5. 前記2次側コントローラと前記信号変換回路とを結合する結合キャパシタを備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  6. 前記2次側コントローラに接続され、前記制御入力信号を前記1次側コントローラにフィードバックする絶縁回路を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  7. 前記2次側コントローラに接続され、前記制御入力信号を前記絶縁回路にフィードバックする誤差補償用のエラーアンプを備えることを特徴とする請求項6に記載の電力供給装置。
  8. 並列に接続された複数の外部機器に電力を供給する電力供給装置であって、
    入力とVBUS出力との間に配置されたDC/DCコンバータと、
    前記DC/DCコンバータの入力電流を制御する1次側コントローラと、
    電力供給用の前記VBUS出力とは別に設けられた通信用の複数の制御入力端子に結合され、前記VBUS出力を通じて前記電力が供給される前記複数の外部機器から前記複数の制御入力端子にそれぞれ入力される制御入力信号を切替える信号変換回路と、
    前記信号変換回路に結合され、前記信号変換回路において切替えられた前記制御入力信号を受信し、前記1次側コントローラにフィードバックする絶縁回路と
    を備え、
    前記信号変換回路は、前記複数の外部機器にそれぞれ対応する前記複数の制御入力端子毎に前記制御入力信号を切替える複数のスイッチを備えるとともに、前記複数のスイッチの切り替えは、前記絶縁回路からの切替制御信号により制御可能であり、
    前記1次側コントローラは、前記絶縁回路からフィードバックされた前記制御入力信号に基づいて、前記入力電流を制御することによって、対応する前記外部機器に対する前記DC/DCコンバータの出力電圧値および出力可能電流容量を可変にしたことを特徴とする電力供給装置。
  9. 前記制御入力端子は、前記信号変換回路に直接接続されることを特徴とする請求項8に記載の電力供給装置。
  10. 前記複数の制御入力端子にそれぞれ結合される複数のAC結合キャパシタを備え、
    前記信号変換回路は前記複数のAC結合キャパシタを介して前記複数の制御入力端子に接続されることを特徴とする請求項8に記載の電力供給装置。
  11. 前記絶縁回路と前記信号変換回路とを結合する結合キャパシタを備えることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  12. 前記結合キャパシタは、前記絶縁回路に内蔵されていることを特徴とする請求項11に記載の電力供給装置。
  13. 前記DC/DCコンバータの出力に接続され、前記DC/DCコンバータの出力電圧を遮断するスイッチを備えることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  14. 前記スイッチは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項13に記載の電力供給装置。
  15. 前記入力と、前記1次側コントローラとの間に接続され、前記1次側コントローラに電源を供給する電源供給回路を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  16. AC入力と前記DC/DCコンバータの入力との間に接続されたAC/DCコンバータ
    を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  17. 前記DC/DCコンバータは、ダイオード整流型であることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  18. 前記DC/DCコンバータは、
    トランスと、
    前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタおよび電流センス用の抵抗と、
    前記トランスの2次側インダクタンスと前記VBUS出力との間に接続されたダイオードと、
    前記VBUS出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタと
    を備えることを特徴とする請求項17に記載の電力供給装置。
  19. 前記DC/DCコンバータは、同期整流型であることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  20. 前記DC/DCコンバータは、
    トランスと、 前記トランスの1次側インダクタンスと接地電位との間に直列接続された第1MOSトランジスタおよび電流センス用の抵抗と、
    前記トランスの2次側インダクタンスと前記VBUS出力との間に接続された第2MOSトランジスタと、
    前記VBUS出力と接地電位との間に接続された第1キャパシタと
    を備えることを特徴とする請求項19に記載の電力供給装置。
  21. 前記2次側コントローラと前記エラーアンプは、一体化されていることを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  22. 前記2次側コントローラと前記エラーアンプおよび前記絶縁回路は、一体化されていることを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  23. 前記2次側コントローラと前記エラーアンプと前記絶縁回路および前記1次側コントローラは、一体化されていることを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  24. 前記制御入力信号は、半二重通信方式に基づく信号を備えることを特徴とする請求項1〜23のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  25. 過電流保護、過電力保護、過電圧保護、過負荷保護、過温度保護のいずれかの保護機能を備えることを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  26. 前記電力供給装置から得られる出力電圧と出力電流との関係は、矩形形状、逆台形形状、逆三角形形状、台形形状、若しくは五角形形状のいずれかの形状を有する垂下特性を採用可能であることを特徴とする請求項1〜25のいずれか1項に記載の電力供給装置。
  27. 請求項1〜26のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とするACアダプタ。
  28. 請求項1〜26のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とするACチャージャ。
  29. 請求項1〜26のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
  30. 前記電子機器は、モニタ、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、ラップトップPC、タブレットPC、スマートホン、バッテリーチャージャシステム、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、プリンタ、掃除機、冷蔵庫、ファクシミリ、電話機、カーナビゲーション、カーコンピュータ、テレビ、メガネ、ヘッドマウントディスプレイ、扇風機、エアコン、レーザディスプレイ若しくは壁コンセントのいずれかであることを特徴とする請求項29に記載の電子機器。
  31. 請求項1〜26のいずれか1項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とする電力供給システム。
  32. 前記電力供給システムは、
    プラグを介してコンセントに接続可能なモニタと、
    前記モニタに接続された外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、ラップトップPC、タブレットPC、若しくはスマートホンと
    を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。
  33. 前記電力供給システムは、
    プラグを介してコンセントに接続可能なUSBPDアダプタ/チャージャと、
    前記USBPDアダプタ/チャージャに接続されたラップトップPCと、
    前記ラップトップPCに接続された外部ハードディスクドライブ、モニタ、タブレットPC、若しくはスマートホンと
    を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。
  34. 前記電力供給システムは、
    プラグを介してコンセントに接続可能なUSBPDアダプタと、
    前記USBPDアダプタに接続された外部ハードディスクドライブ、モニタ、セットトップボックス、ラップトップPC、タブレットPC、若しくはスマートホンと
    を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。
  35. 前記電力供給システムは、
    プラグを介してコンセントに接続される高機能USBPDアダプタ/チャージャと、
    前記高機能USBPDアダプタ/チャージャに接続された外部ハードディスクドライブ、モニタ、セットトップボックス、ラップトップPC、タブレットPC、若しくはスマートホンと
    を備えることを特徴とする請求項31に記載の電力供給システム。
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