(57)【要約】【課題】車両ＵＳＢケーブルの抵抗値の変化に柔軟に対応して常に適切な電圧補償制御を行うことが可能な「ＵＳＢ電圧降下補償回路」を提供する。【解決手段】車載ユニット１００から電源が供給されたときに、抵抗Ｒ２に車両ＵＳＢケーブル４００を接続するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えて車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値を検出した後、所定時間後に車両ＵＳＢケーブル４００をポータブル機器３００に接続するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えて、上記検出した抵抗値に基づいて電圧降下の補償動作を行うようにすることにより、車載ユニット１００から電源が供給される都度、車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値が自動的に検出され、当該検出された抵抗値に基づいて適切な値だけ昇圧が行われるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホストにデバイスが接続されたときに、ＵＳＢケーブルを通じて上記ホストから上記デバイスに電源を供給するように成されたＵＳＢインタフェースにおいて、上記ＵＳＢケーブル上で発生する電圧降下を補償するＵＳＢ電圧降下補償回路であって、
抵抗値が既知の抵抗と、
上記ＵＳＢケーブルを上記デバイスに接続するか上記抵抗に接続するかを切り替えるスイッチと、
上記ＵＳＢケーブルを介して上記ホストから電源が供給されたときに、上記ＵＳＢケーブルを上記抵抗に接続するように上記スイッチを切り替えた後、それから所定時間後に上記ＵＳＢケーブルを上記デバイスに接続するように上記スイッチを切り替えるスイッチ制御部と、
上記ＵＳＢケーブルが上記抵抗に接続されている上記所定時間の間に、上記ＵＳＢケーブルの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
上記所定時間後に上記ＵＳＢケーブルが上記デバイスに接続された後に、上記抵抗値検出部により検出された抵抗値に基づいて上記電圧降下の補償動作を行う補償制御部とを備えたことを特徴とするＵＳＢ電圧降下補償回路。
【請求項２】
上記ホストとＵＳＢジャックとの間が上記ＵＳＢケーブルにより接続され、上記ＵＳＢジャックに対して上記デバイスが別のＵＳＢケーブルを介して接続されるように成されており、
上記抵抗、上記スイッチおよび上記スイッチ制御部が上記ＵＳＢジャックに設けられ、上記抵抗値検出部および上記補償制御部が上記ホストに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢ電圧降下補償回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＳＢ電圧降下補償回路に関し、特に、ホストにデバイスが接続されたときにＵＳＢケーブルを通じてホストからデバイスに電源を供給するように成されたＵＳＢインタフェースにおいて、ＵＳＢケーブル上で発生する電圧降下を補償するＵＳＢ電圧降下補償回路に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＵＳＢインタフェースを有するデバイスが広く利用されている。図３に示すように、最近の車の中には、ナビゲーション装置やオーディオ装置などの車載ユニットにＵＳＢインタフェースを有するポータブル機器を接続して利用できるようにするために、運転席の近くや後部座席にＵＳＢジャックが設けられているものもある。
【０００３】
すなわち、車載ユニットからＵＳＢジャックまでは、車両ＵＳＢケーブルで接続されている。そして、ポータブル機器を付属のＵＳＢケーブル等でＵＳＢジャックに接続することにより、ポータブル機器を車載ユニットに接続して利用できるようになされている。
【０００４】
一般に、ＵＳＢインタフェース回路は、車載ユニット等のホストからポータブル機器等のデバイスへの電源供給機能と、デバイスの挿抜を検知する挿抜検知機能とを有している。すなわち、車載ユニットとポータブル機器とがＵＳＢジャックを介してＵＳＢケーブルで接続されると、電源供給機能によってＵＳＢケーブルのＶＢＵＳ電源線を通じて車載ユニットからポータブル機器に電源が供給されるとともに、接続されたことが挿抜検知機能によって検知されるようになっている。
【０００５】
ところで、昨今のスマートフォンの普及により、ＵＳＢインタフェースから電源をとるポータブル機器の電源電流が増加している。一方、ＵＳＢジャックが運転席の近くや後部座席に設けられていると、車載ユニットからＵＳＢジャックまでを接続する車両ＵＳＢケーブルが長くなる。ところが、長いケーブルは配線抵抗が大きいため、そこに大きな電流を流すと大きな電圧降下が発生し、ポータブル機器の動作電圧を確保できない状況が発生する恐れがある。
【０００６】
そこで、図４（ａ）に示すように、車載ユニットからＵＳＢケーブルのＶＢＵＳ電源線に出力される電流値を検出し、出力電流が増加するに従ってＵＳＢの電源電圧（ＶＢＵＳ電圧）を上昇させるよう制御することにより、ＵＳＢケーブルでの電圧降下を補償する回路が用いられている。
【０００７】
このような電圧降下補償回路を用いることにより、図４（ｂ）に示すように、車載ユニットからＵＳＢケーブル（ＶＢＵＳ電源線）に出力される電流（ＶＢＵＳ電流）の大きさによらず、当該ＵＳＢケーブルが接続されるＵＳＢジャックの出力電圧をほぼ一定に保つことができる。このように電圧降下を補償する回路方式は、例えば特許文献１〜４にも開示されている。
【０００８】
特許文献１に記載の回路は、電源負荷線に対して直列に挿入した負荷電流検出抵抗と、電圧降下分だけ基準電圧を高める増幅器とを備えている。特許文献２に記載の回路は、負荷に対する印加電圧が略一定となるように、負荷電流の増加（または減少）に対応して、電源装置本体の出力電圧を高く（または低く）する負荷電流対出力電圧特性を有する出力電圧補正回路を備えている。
【０００９】
また、特許文献３に記載の技術では、出力ケーブルを流れる電子機器の消費電流を電流センサで検知して、これによりＤＣ−ＤＣコンバータの出力を制御して電子機器に印加される電圧を所定値に設定するようにしている。特許文献４に記載の技術では、ＵＳＢケーブルの任意の箇所にＵＳＢ電源昇圧器を挿入して、ＵＳＢデバイスへ出力する電源ケーブルＶＢＵＳ上の電源電圧を監視し、あらかじめ定めた電圧閾値よりも低下した場合には、ＵＳＢ電源昇圧器により電圧閾値まで昇圧するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開平５−２３２１４号公報
【特許文献２】特開平７−１０４８７０号公報
【特許文献３】特開２００３−２７４６４１号公報
【特許文献４】特開２００８−３０５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１〜４を含む従来の電圧降下補償回路では、ＵＳＢケーブルにどのくらいの電流が流れた場合にどのくらいの電圧を上昇させるかを回路に設定するために、ＵＳＢケーブルの抵抗値をあらかじめ知っておく必要がある。ＵＳＢケーブルの抵抗値に応じて適切な電圧上昇制御を行わないと、電圧が上がりすぎてポータブル機器にダメージを与える可能性もあるからである。
【００１２】
そのため、車両のモデルチェンジ等により、車載ユニットからＵＳＢジャックまでを繋ぐ車両ＵＳＢケーブルの長さや太さが変更になった場合には、車両ＵＳＢケーブルの抵抗値を再度調査して電圧降下補償回路に設定する必要が生じる。また、車両ＵＳＢケーブルは経年劣化により抵抗値が変化するが、変化した抵抗値を再度調査して電圧降下補償回路に設定し直すことは実質的に困難である。このように、従来の電圧降下補償回路は、車両ＵＳＢケーブルの抵抗値の変化に対して柔軟に対応できないという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、使用するＵＳＢケーブルの抵抗値の変化に柔軟に対応して常に適切な電圧降下補償制御を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した課題を解決するために、本発明では、ＶＢＵＳ電源が供給されたときに、抵抗値が既知の抵抗にＵＳＢケーブルを接続するようにスイッチを切り替えた後、それから所定時間後にＵＳＢケーブルをデバイスに接続するようにスイッチを切り替える。そして、ＵＳＢケーブルが抵抗に接続されている所定時間の間にＵＳＢケーブルの抵抗値を検出し、所定時間後にＵＳＢケーブルがデバイスに接続された後に、当該検出した抵抗値に基づいて電圧降下の補償動作を行うようにしている。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成した本発明によれば、ＶＢＵＳ電源が供給される都度、ＵＳＢケーブルの抵抗値が検出され、当該検出された抵抗値に基づいて電圧降下の補償動作が行われる。これにより、使用するＵＳＢケーブルが変更されて抵抗値が変化した場合であっても、ＵＳＢケーブルの経年劣化により抵抗値が変化した場合であっても、変化した抵抗値が自動的に検出されて電圧降下の補償制御に反映されるので、ＵＳＢケーブルの抵抗値の変化に柔軟に対応して常に適切な電圧降下補償制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態によるＵＳＢ電圧降下補償回路を備えた車載システムの構成例を示す図である。
【図２】本実施形態のスイッチ制御部より出力されるＳＷ制御信号の切り替え動作例を示すタイミングチャートである。
【図３】車載ユニットおよびＵＳＢジャックの設置例を示す図である。
【図４】電圧降下補償動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態によるＵＳＢ電圧降下補償回路を備えた車載システムの構成例を示す図である。図１に示す車載システムは、車両に搭載される車載ユニット１００（特許請求の範囲のホストに相当）およびＵＳＢジャック２００と、ＵＳＢジャック２００を介して車載ユニット１００と接続されるポータブル機器３００（特許請求の範囲のデバイスに相当）とを備えて構成されている。
【００１８】
車載ユニット１００は、例えばナビゲーション装置やオーディオ装置であり、運転席左前方のセンターコンソール等に設置される。ＵＳＢジャック２００は、車載ユニット１００とポータブル機器３００との接続を中継する役割を持つものであり、運転席の近くや後部座席などに設置される。車載ユニット１００とＵＳＢジャック２００との間は、車両ＵＳＢケーブル４００（特許請求の範囲のＵＳＢケーブルに相当）により接続されている。一方、ＵＳＢジャック２００とポータブル機器３００との間は、ポータブル機器３００に付属のＵＳＢケーブル５００（特許請求の範囲の別のＵＳＢケーブルに相当）により適宜接続される。
【００１９】
車載ユニット１００は、その内部構成として、抵抗Ｒ１、電源回路１１、アンプ１２、抵抗値検出部１３および補償制御部１４を備えている。また、ＵＳＢジャック２００は、その内部構成として、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、スイッチ制御部２１およびインバータ２２を備えている。以下、これらの内部構成について順次説明する。
【００２０】
車載ユニット１００の電源回路１１は、車両ＵＳＢケーブル４００、ＵＳＢジャック２００および付属ＵＳＢケーブル５００を介して接続されるポータブル機器３００に対して電源を供給する。具体的には、電源回路１１は、車載ユニット１００にＵＳＢジャック２００を介してポータブル機器３００が接続されたときに、車両ＵＳＢケーブル４００、ＵＳＢジャック２００および付属ＵＳＢケーブル５００を通じて車載ユニット１００の電源回路１１からポータブル機器３００に電源を供給する。
【００２１】
抵抗Ｒ１は、車両ＵＳＢケーブル４００のＶＢＵＳ電源線４０１に流れるＶＢＵＳ電流の電流値を電圧値に変換するための抵抗である。アンプ１２は、抵抗Ｒ１の両端にかかる電圧を増幅するためのものである。
【００２２】
抵抗値検出部１３は、ＶＢＵＳ電源線４０１に流れるＶＢＵＳ電流の電流値（実際に検出するのは抵抗Ｒ１により変換された電圧値）と、ＶＢＵＳ電源線４０１にかかるＶＢＵＳ電圧の電圧値（抵抗Ｒ１の出力側における端子電圧）とから車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値を検出する。なお、これについての詳細な内容は後述する。
【００２３】
補償制御部１４は、抵抗値検出部１３により検出された抵抗値に基づいて、車両ＵＳＢケーブル４００上で発生する電圧降下の補償動作を行う。なお、これについての詳細な内容も後述する。
【００２４】
ＵＳＢジャック２００の抵抗Ｒ２（特許請求の範囲の抵抗に相当）は、車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値を検出する際に使用するものであり、その抵抗値が抵抗値検出部１３において既知である。
【００２５】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、車両ＵＳＢケーブル４００をポータブル機器３００に接続するか抵抗Ｒ２に接続するかを切り替えるためのものである。スイッチ制御部２１およびインバータ２２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ動作を制御するものである。スイッチ制御部２１から出力される矩形波のＳＷ制御信号は、そのまま第１のスイッチＳＷ１に供給されるとともに、インバータ２２を介して第２のスイッチＳＷ２に供給される。これにより、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち何れか一方のみがオンとなるようになっている。
【００２６】
ここで、第１のスイッチＳＷ１をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフの状態に切り替えると、車両ＵＳＢケーブル４００がＵＳＢジャック２００および付属ＵＳＢケーブル５００を介してポータブル機器３００に接続される。一方、第１のスイッチＳＷ１をオフ、第２のスイッチＳＷ２をオンの状態に切り替えると、車両ＵＳＢケーブル４００が抵抗Ｒ２に接続される。
【００２７】
図２は、スイッチ制御部２１より出力されるＳＷ制御信号の切り替え動作例を示すタイミングチャートである。図２に示すように、車載ユニット１００の電源がオフのときは、ＶＢＵＳ電圧が“Ｌ”となっている。このとき、ＳＷ制御信号は“Ｈ”となっていて、デフォルト状態として第１のスイッチＳＷ１はオン、第２のスイッチＳＷ２はオフに設定されている。
【００２８】
その後、車載ユニット１００の電源がオンされると、ＶＢＵＳ電圧が“Ｈ”に立ち上がる。このＶＢＵＳ電圧の立ち上がりに応じて、スイッチ制御部２１は、ＳＷ制御信号を“Ｈ”から“Ｌ”に切り替える。すなわち、第１のスイッチＳＷ１をオフ、第２のスイッチＳＷ２をオンに切り替えることにより、車両ＵＳＢケーブル４００を抵抗Ｒ２に接続する。
【００２９】
さらに、スイッチ制御部２１は、上記のようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えた後、それから所定時間後にＳＷ制御信号を“Ｌ”から“Ｈ”に切り替える。すなわち、第１のスイッチＳＷ１をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフに切り替えることにより、ＵＳＢジャック２００および付属ＵＳＢケーブル５００を介して車両ＵＳＢケーブル４００をポータブル機器３００に接続する。
【００３０】
例えば、スイッチ制御部２１は、内部にコンデンサとコンパレータとを備えている。コンデンサは、ＶＢＵＳ電圧が“Ｈ”に立ち上がった時点から充電を開始する。コンパレータは、充電されていくコンデンサの電圧と基準電圧とを比較し、コンデンサの電圧が基準電圧を超えたことを検出する。コンパレータがこの検出を行うまでの時間を所定時間とし、スイッチ制御部２１は所定時間の経過を検出したときにＳＷ制御信号を“Ｌ”から“Ｈ”に切り替える。
【００３１】
車載ユニット１００の抵抗値検出部１３は、車両ＵＳＢケーブル４００がＵＳＢジャック２００の抵抗Ｒ２に接続されている所定時間の間に、車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値を検出する。すなわち、車両ＵＳＢケーブル４００が抵抗Ｒ２に接続されているときにＶＢＵＳ電源線４０１に流れる電流値をＩ、ＶＢＵＳ電源線４０１にかかる電圧値をＶ、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２とすると、車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値Ｚは以下のように求められる。
Ｚ＝（Ｖ／Ｉ）−Ｒ２
【００３２】
このように車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値Ｚを求めている所定時間後に、スイッチ制御部２１の制御により車両ＵＳＢケーブル４００が再びポータブル機器３００に接続された後は、通常の動作状態となる。この通常の動作状態において、補償制御部１４は、抵抗値検出部１３により検出された抵抗値Ｚに基づいて、車両ＵＳＢケーブル４００上で発生する電圧降下の補償動作を行う。
【００３３】
具体的には、ＵＳＢジャック２００の出力端においてポータブル機器３００の動作電圧ＶＬを確保するため、以下のような動作を行う。抵抗値検出部１３は、車両ＵＳＢケーブル４００がポータブル機器３００に接続されているときにＶＢＵＳ電源線４０１に流れる電流値ＩＬを検出し、先に求めた車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値Ｚと共に補償制御部１４に供給する。補償制御部１４は、ＶＢＵＳ電源線４０１の出力電圧ＶＢが以下の電圧値となるように制御を行う。
ＶＢ＝ＶＬ＋（ＩＬ×Ｚ）
【００３４】
以上詳しく説明したように、本実施形態では、車載ユニット１００の電源がオンされたときに、抵抗値が既知の抵抗Ｒ２に車両ＵＳＢケーブル４００を接続するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えた後、それから所定時間後に車両ＵＳＢケーブル４００をポータブル機器３００に接続するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替える。そして、車両ＵＳＢケーブル４００が抵抗Ｒ２に接続されている所定時間の間に車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値を検出し、所定時間後に車両ＵＳＢケーブル４００がポータブル機器３００に接続された後に、当該検出した抵抗値に基づいて電圧降下の補償動作を行うようにしている。
【００３５】
このように構成した本実施形態によれば、車載ユニット１００の電源がオンされる都度、車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値が検出され、当該検出された抵抗値に基づいて電圧降下の補償動作が行われる。これにより、車両のモデルチェンジ等により使用する車両ＵＳＢケーブル４００が変更されて抵抗値が変化した場合であっても、車両ＵＳＢケーブル４００の経年劣化により抵抗値が変化した場合であっても、変化した抵抗値が自動的に検出されて電圧降下の補償制御に反映されるので、車両ＵＳＢケーブル４００の抵抗値の変化に柔軟に対応して常に適切な電圧降下補償制御を行うことが可能となる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、ホストの一例として車載ユニット１００、デバイスの一例としてポータブル機器３００を用いた車載システムを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。ホストとＵＳＢジャックとの間が固定のＵＳＢケーブルで接続されるシステムであれば、ホストおよびデバイスはこれ以外のものであってもよい。特に、固定のＵＳＢケーブルが長くなるようなシステムであれば、本発明を適用して好適である。
【００３７】
また、上記実施形態では、ＵＳＢジャック２００を介して車載ユニット１００（ホスト）とポータブル機器３００（デバイス）とを接続する構成例について説明したが、ＵＳＢジャック２００は必須の構成ではない。すなわち、ホストとデバイスとをＵＳＢケーブルでダイレクトに接続するシステムに対しても本発明を適用することが可能である。その場合、ＵＳＢジャック２００の抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、スイッチ制御部２１およびインバータ２２は、デバイス側に設ける。なお、ＵＳＢジャック２００を設ける構成としておけば、デバイス側に上記のような構成の変更を必要としないので、その点で好ましい。
【００３８】
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１３  抵抗値検出部
１４  補償制御部
２１  スイッチ制御部
２２  インバータ
１００  車載ユニット（ホスト）
２００  ＵＳＢジャック
３００  ポータブル機器（デバイス）
４００  車両ＵＳＢケーブル
５００  付属ＵＳＢケーブル
Ｒ２  抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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