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 PDFInfo
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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