(57)【要約】      （修正有）【課題】ＵＳＢ通信システムに含まれる充電ユニットを提供する。【解決手段】ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ソケットとともに使用するための回路は、入力端子において入力電圧を受信するように結合及び出力端子において出力電圧を提供するように結合された電力コンバーターを含む。トランジスタＱ１は、電力コンバーターの出力端子とＵＳＢソケットのバス電圧端子との間に結合される。ＵＳＢ通信制御装置は、ＵＳＢソケットに結合され、トランジスタＱ１の制御端子に結合された出力端子を含む。ブリーダー回路は、ＵＳＢ通信制御装置の出力端子とＵＳＢソケットのバス電圧端子との間に結合される。【選択図】図２
2018124991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ソケットとともに使用するための回路であって、前記回路が、
入力端子において入力電圧を受信するように結合された、および、出力端子において出力電圧を提供するように結合された電力コンバーターと、
前記電力コンバーターの前記出力端子と前記ＵＳＢソケットのバス電圧端子との間に結合されたトランジスタと、
前記ＵＳＢソケットに結合されたＵＳＢ通信制御装置であって、
前記ＵＳＢ通信制御装置が、前記トランジスタの制御端子に結合された出力端子を含む、
前記ＵＳＢ通信制御装置と、
前記ＵＳＢ通信制御装置の前記出力端子と前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子との間に結合されたブリーダー回路と、
を備える、前記回路。
【請求項２】
前記トランジスタの第１の端子が、前記電力コンバーターの前記出力端子に結合され、
前記トランジスタの第２の端子が、前記ソケットの前記バス電圧端子に結合された、
請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記ブリーダーが、
前記トランジスタの前記制御端子に結合された第１の端子と、
前記トランジスタの前記第２の端子に結合された第２の端子と、
を含む、
請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記トランジスタの前記制御端子が、前記ＵＳＢ通信制御装置の前記出力端子から、第１の電圧信号、第２の電圧信号、または高インピーダンス信号のうちの１つを受信するように結合された、
請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記バス電圧端子が、前記トランジスタがオンに切り替えられたとき、前記電力コンバーターの前記出力電圧を受信するように結合され、
前記バス電圧端子が、前記トランジスタがオフに切り替えられたとき、前記ブリーダー回路を通して実質的に０ボルトまで放電するように結合された、
請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記制御装置が、３状態ドライバに結合されたチャージポンプを備え、
前記３状態ドライバが、駆動信号を出力する前記ＵＳＢ通信制御装置の前記出力端子にさらに結合された、
請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記チャージポンプが、前記３状態ドライバの入力に電圧を出力するように結合された、
請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記３状態ドライバが、制御信号を受信するように結合され、
前記制御信号が論理ハイであるとき、前記３状態ドライバがオンに切り替えられ、
前記制御信号が論理ローであるとき、前記３状態ドライバがオフに切り替えられる、
請求項６に記載の回路。
【請求項９】
前記３状態ドライバがオンに切り替えられたとき、前記３状態ドライバが、前記ＵＳＢ通信制御装置の前記出力端子における前記駆動信号にチャージポンプ電圧を出力するように結合され、
前記３状態ドライバがオフに切り替えられたとき、前記３状態ドライバが、前記ＵＳＢ通信制御装置の前記出力端子において前記高インピーダンス信号を出力するように結合された、
請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記トランジスタが、前記駆動信号に応答して、オンおよびオフに切り替えられるように結合され、
前記トランジスタが、前記高インピーダンス信号に応答して、オフに切り替えられるように結合された、
請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
前記駆動信号が、より高い値の前記チャージポンプ電圧に応答して、前記トランジスタをオンおよびオフに切り替えるように結合され、
前記バス電圧端子が、より低い値の前記チャージポンプ電圧に応答して、前記ブリーダー回路を通して実質的に０ボルトまで放電するように結合された、
請求項９に記載の回路。
【請求項１２】
前記ブリーダー回路が、抵抗器を備える、
請求項１に記載の回路。
【請求項１３】
ＵＳＢコネクタのバス電圧端子を充電する方法であって、
制御装置の駆動端子における、より高い値の電圧に応答して、電力コンバーターの出力端子とＵＳＢソケットの前記バス電圧端子との間に結合されたトランジスタをオンに切り替えることであって、
前記トランジスタの制御端子が、前記駆動端子から、前記より高い値の電圧を受信するように結合された、
前記オンに切り替えることと、
前記制御装置の前記駆動端子における、より低い値の電圧に応答して、前記トランジスタをオフに切り替えることであって、
前記トランジスタの前記制御端子が、前記駆動端子から、前記より低い値の電圧を受信するように結合された、
前記オフに切り替えることと、
前記駆動端子における、前記より低い値の電圧に応答して、前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子と前記制御装置の前記駆動端子との間に結合されたブリーダー回路を通して前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子を放電することと、
前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子が放電された後、前記制御装置の前記駆動端子における高インピーダンス信号に応答して、前記トランジスタをオフに切り替えることと、
を含む、ＵＳＢコネクタのバス電圧端子を充電する方法。
【請求項１４】
前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子が、前記制御装置の前記駆動端子における、前記より低い値の電圧または前記高インピーダンス信号のうちの１つに応答して、前記電力コンバーターの前記出力端子から接続解除される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子が、前記制御装置の前記駆動端子における、前記より高い値の電圧に応答して、前記トランジスタを通して前記電力コンバーターの前記出力端子に接続される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
受電ユニットが前記ＵＳＢソケットに接続されているか否かを確認すること、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記電力コンバーターの前記出力端子と前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子との間に結合された前記トランジスタをオンに切り替えることは、前記受電ユニットが前記ＵＳＢソケットに接続されたことに応答して、発生する、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電力コンバーターの前記出力端子と前記ＵＳＢソケットの前記バス電圧端子との間に結合された前記トランジスタをオフに切り替えることは、前記受電ユニットが前記ＵＳＢソケットに対して接続解除されたことに応答して、発生する、
請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ＵＳＢコネクタに関する。より具体的には、本発明の例は、ＵＳＢ  ｔｙｐｅ  Ｃコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスは、動作に電力を使用する。電力は、一般的に、高電圧の交流電流（ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）として壁のソケットを通して伝送される。電子デバイスを充電するために使用される一般的な種類のインターフェースは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）インターフェースである。
【０００３】
長年、多くの種類のＵＳＢプラットフォーム、デバイス、レセプタクル、プラグ、ソケット、コネクタなどが開発されており、これらは、主に、スタンダードＡとスタンダードＢとの２つの規格に分類され、レガシーデバイスとみなされる。プラットフォーム使用モデルが進化してきたことにともなって、利便性および堅牢性要求が高度になっており、ＵＳＢコネクタの既存のセットは当初から、これらのより新しい要求のうちのいくつかに沿って設計されたというわけではない。最近リリースされた規格のＴｙｐｅ−Ｃは、この最も一般的なコンピューティングデバイス相互コネクタの基礎を形成するＵＳＢの機能的な利点のすべてを維持しながら、プラットフォームおよびデバイスの高度化するニーズを解決する新しいＵＳＢコネクタエコシステムである。ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃケーブルおよびコネクタ仕様（改訂１．１、２０１５年４月３日）は、既存のＵＳＢインターフェース電気および機能仕様に適合する新しいレセプタクル、プラグ、ケーブル、および検出メカニズムを規定する。
【０００４】
以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が説明され、異なる図の中の同様な参照符号は、別段の指定がない限り、同様な部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】ＵＳＢレガシーデバイスアダプタを介してＵＳＢ  Ｔｙｐｅ  Ａ、Ｂ、またはＣ受電ユニットに結合されたＵＳＢ  ｔｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃ充電ユニットを含む典型的なＵＳＢ通信システムの一例を示す機能ブロック図である。
【図２】例示的なＵＳＢ通信システムに含まれる充電ユニットの一例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の教示に従った、例示的なＵＳＢ通信システムとともに使用するための例示的な電力コンバーターを示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の教示に従った、例示的なブリーダー回路を示す充電ユニットの一部の機能ブロック図である。
【図５】本発明の教示に従った、別の例示的なブリーダー回路を示す充電ユニットの一部の機能ブロック図である。
【図６】本発明の教示に従った、ＵＳＢコネクタ電圧を充電および放電するための例示的な工程を描いた例示的なフロー図６００である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面中の複数の図にわたり、対応する参照符号が、対応する構成要素を示す。当業者は、図中の要素が簡潔かつ明確であるように描かれることと、一定の縮尺で描かれるとは限らないこととを理解すると考えられる。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の様々な実施形態をより理解しやすくするために、他の要素より誇張される場合があり得る。さらに、市販に適した実施形態において有用または必要な、一般的だがよく理解される要素は、多くの場合、本発明に係るこれらの様々な実施形態の図が見づらくなるのを防ぐために、描かれない。
【０００７】
以下の説明では、本発明を十分に理解できるように、多くの特定の詳細事項が記載される。しかし、本発明を実施する際に特定の詳細事項を必ずしも使用する必要がないことが、当業者には明らかだと考えられる。他の例では、よく知られた材料または方法については、本発明が理解しにくくなるのを防ぐために、詳細には説明されない。
【０００８】
本明細書中での、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅ  ｅｘａｍｐｌｅ）」、または「一例（ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ）」についての言及は、実施形態または例との関連で説明される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な場所で使用する「一実施形態において（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態において（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅ  ｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ）」という語句は、すべてが同じ実施形態または例に関するとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態または例において、任意の適切な組み合わせ、および／または部分的組み合わせで組み合わされ得る。特定の特徴、構造、または特性は、説明される機能を提供する集積回路、電子回路、結合論理回路、または他の適切な構成要素に含まれ得る。加えて、本明細書とともに提供される図が当業者への説明を目的としていることと、図面が一定の縮尺で描かれるとは限らないこととが理解される。
【０００９】
さらに、本出願における実施形態／例は、特定の手法で「論理ハイ」または「論理ロー」信号に応答する回路の異なる部品を表すが、回路の同じ部品が、逆の信号に同じ手法で応答するように構成され得ることを、当業者が理解すると考えられる（例えば、論理ハイ信号に応答してオンに切り替わる回路の部品は、論理ロー信号に応答してオンに切り替わるように構成されてもよく、または、逆も同様である）。
【００１０】
ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃ（商標）（以下、Ｔｙｐｅ−Ｃ）のレセプタクル、プラグ、およびケーブルは、既存のＵＳＢ３．１相互コネクタ（スタンダードおよびマイクロＵＳＢケーブルおよびコネクタ）に対するより小さな、より薄い、および、より堅牢な代替例を提供する。この新しい解決策は、既存のスタンダードＡおよびマイクロＡＢレセプタクルが大きすぎる、使用することが困難である、または不適切なほど堅牢であると考えられる、極薄ノートブック型ＰＣからスマートフォンに及ぶ範囲の非常に薄いプラットフォームにおける使用を対象とする。ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃ相互コネクタは、Ａ−ｔｙｐｅであるか、またはＢ−ｔｙｐｅであるかによってケーブル上のプラグをもはや物理的に区別しない一方で、ＵＳＢインターフェースは、ホスト・トゥ・デバイスの理論的関係を依然として維持する。このホスト・トゥ・デバイスの関係の決定は、ケーブルを通して接続された構成チャンネル（ＣＣ：Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｃｈａｎｎｅｌ）により実現される。加えて、構成チャンネルは、電力およびオルタネート／アクセサリモードを設定および管理するために使用される。構成チャンネルを使用すると、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃ相互コネクタは、ＵＳＢ３．１仕様において既に規定されたものを補完する、簡略化した５ボルトＶＢＵＳベースの電力伝送および充電解決策を規定する。ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃ相互コネクタ上でのより高度な電力伝送および電池充電の特徴は、ＵＳＢ電力伝送仕様に基づく。製品実装の改善にともない、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃ相互コネクタは、ＵＳＢ電力伝送（ＰＤ：Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ）通信プロトコルを、ＶＢＵＳ上で通信されることから、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃ構成チャンネルにわたって伝送されることへとシフトする。概して、ＶＢＵＳは、ＵＳＢホストとＵＳＢデバイスとの間で電力を伝送するための経路を提供する。より具体的には、ＵＳＢ  ＰＤ通信プロトコルは、充電器とホストとの間、または充電器とデバイスとの間においてＶＢＵＳ上で電力が伝送されることを要求する。ＵＳＢ  ＰＤ仕様は、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃコネクタの電力伝送態様に関係する。ＵＳＢ  ＰＤ通信プロトコルに関するさらなる詳細は、ＵＳＢ電力伝送仕様から理解され得る。
【００１１】
後述のように、本発明の教示に従った例は、ＵＳＢ通信システムの電力伝送態様に関する。ＵＳＢ  ＰＤ仕様によると、電力伝送のための典型的なＵＳＢシステムは、コネクタのＶＢＵＳ端子において５Ｖの出力電圧を提供するための電力コンバーターを含み得る。
【００１２】
概して、ＵＳＢ電力伝送システムは、Ｔｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃデバイスに結合された新しいＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃコネクタを含み得る。典型的なＵＳＢ充電システム（図１において下に示される）は、ＵＳＢコネクタを介して結合された充電ユニットと受電ユニットとを含み得る。充電ユニットと受電ユニットとの各々が、Ｔｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃソケットを含み得る。本開示の目的のために、充電ユニットがＴｙｐｅ−Ｃソケットを含むＴｙｐｅ−Ｃユニットであることと、受電ユニットがＴｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃソケットを含むＴｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃユニットであることとが仮定される。ＵＳＢコネクタは、レセプタクル、コネクタ、アダプタ、またはレガシーデバイスアダプタとも呼ばれ得る。レガシーデバイスアダプタの一端部は、Ｔｙｐｅ−ＣユニットにおけるＴｙｐｅ−Ｃプラグに接続され得るＴｙｐｅ−Ｃプラグを含み得るのに対し、レガシーデバイスアダプタの他端部は、Ｔｙｐｅ−Ａ、Ｔｙｐｅ−Ｂ、またはＴｙｐｅ−Ｃユニットに接続し得るＴｙｐｅ−Ａ、Ｔｙｐｅ−Ｂ、またはＴｙｐｅ−Ｃプラグを含み得る。一例において、受電ユニットは、ＵＳＢホストまたはＵＳＢデバイスであり得る。
【００１３】
Ｔｙｐｅ−Ａ、Ｔｙｐｅ−Ｂ、またはＴｙｐｅ−Ｃユニットのために推奨されるＶＢＵＳ電圧は、約５Ｖである。安全策として、ＵＳＢ  ＰＤ仕様は、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−ＣコネクタとともにＶＢＵＳソースおよびＶＢＵＳシンク特徴を実装することを推奨する。上述の特徴によると、ＶＢＵＳソーストランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とＶＢＵＳシンクトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とが、電力コンバーターの出力とＶＢＵＳ端子との間に結合される。受電デバイスがＵＳＢコネクタに接続されるごとに、充電ユニットに含まれる電力コンバーターは、ＶＢＵＳ端子に推奨される電圧をソースする。典型的なＵＳＢ通信システムにおいて、ＵＳＢホストは、ＶＢＵＳ信号をアサートし得る。チャージポンプは、次に、ホストによりアサートされたＶＢＵＳ信号に応答して、電力コンバーターの出力に推奨される電圧を出力し得る。内部論理は、ソーストランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）をオンに切り替え得る。受電デバイスがＵＳＢコネクタから接続解除されるごとに、ＶＢＵＳ端子における電圧に含まれる電力コンバーターは、実質的に０ボルトまで放電される。これは、ＵＳＢ  ＰＤ仕様において、ｖＳａｆｅ０Ｖと一般的に呼ばれる。これは、シンクトランジスタをオンに切り替えることにより達成され得る。概して、ＵＳＢ通信制御装置は、典型的には、ソースおよびシンク機能を実装するために、２つの別々の端子を含む。
【００１４】
受電ユニットがＵＳＢコネクタに接続されるごとに、第１の端子または駆動端子またはソース端子が、ソーストランジスタをオンに切り替えて、推奨されるＶＢＵＳ電圧を提供し得る。受電ユニットがＵＳＢコネクタから接続解除されるごとに、第２の端子または放電端子またはシンク端子は、シンクトランジスタをオンに切り替えて、０ボルト（ｖＳａｆｅ０Ｖ）までＶＢＵＳ電圧を放電し得る。ＶＢＵＳの駆動と放電とを目的として２つの端子を含むことは、関係するＵＳＢ回路の寸法とコストとを増加させ得る。
【００１５】
このデバイスは、２つの高電圧ノードにわたって接続されるので、このＦＥＴを駆動することが、設計者にとっての主な困難さとなる。名目上は２つのアプローチが存在する。すなわち、ＮＭＯＳを駆動するために高側ドライバを使用する、または、ＰＭＯＳ  ＦＥＴを使用する、および、より簡単な駆動スキームと引き換えに寸法／コストの不利益を受け入れる。
【００１６】
従って、トランジスタを駆動することとＶＢＵＳ電圧を放電することとの両方をすることが可能な単一の端子を含むことが有益であり得る。
【００１７】
本発明の教示に従った、ＵＳＢ通信制御装置の単一の端子を介して駆動機能と放電機能とを提供する方法および装置が、本明細書において説明される。例えば、一例において説明されるように、単一の駆動放電端子と、ＵＳＢ通信制御装置とともに使用するためのブリーダー回路とが提供される。ＵＳＢ通信制御装置は、単一の駆動放電端子とブリーダー回路とを使用して、ソーストランジスタをオンに切り替えるか、またはオフに切り替え得る。一例において、ＵＳＢ通信制御装置は、ソーストランジスタをオンに切り替えること、およびブリーダーをオフに切り替えることにより、ＶＢＵＳ電圧をソースし得る。ＵＳＢ通信制御装置は、ソーストランジスタをオフに切り替えること、およびブリーダーをオンに切り替えることにより、ＶＢＵＳ電圧をシンクし得る。一例において、ソーストランジスタをオンに切り替えることは、ブリーダーを自動的にオフに切り替え得、ソーストランジスタをオフに切り替えることは、ブリーダーを自動的にオンに切り替え得る。さらに、一例において、ＵＳＢ通信制御装置は、ＶＢＵＳ電圧をソースするときに、単一の駆動放電端子に（例えば、１０Ｖ  ＤＣのレンジにおける）より高い値の電圧を提供し得、ＶＢＵＳ電圧をシンクするときに、単一の駆動放電端子により低い値の電圧を提供し得る。言い換えると、一例において、受電ユニットがＵＳＢコネクタに結合されたとき、ＵＳＢ通信制御装置は、駆動放電端子により高い電圧を提供して、ソーストランジスタをオンに切り替え、ブリーダーをオフに切り替え得る。さらに、一例において、受電デバイスがＵＳＢコネクタから結合解除されたとき、ＵＳＢ通信制御装置は、駆動放電端子により低い電圧を提供して、ソーストランジスタをオフに切り替え、ブリーダーをオンに切り替え得る。
【００１８】
図１は、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ａ／Ｂ／Ｃソケット１０４を含む充電ユニット１０２と、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ａ／Ｂ／Ｃソケット１１２を含む受電ユニット１１４と、受電ユニット１１４に充電ユニット１０２を結合するためのレガシーデバイスアダプタ１０８とを含むＵＳＢ通信システム１００の一例の機能ブロック図を示す。レガシーデバイスアダプタ１０８は、充電ユニット１０２のＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ａ／Ｂ／Ｃソケット１０４に結合する一端部にＴｙｐｅ−Ｃプラグ１０６を含む。レガシーデバイスアダプタ１０８の他端部は、対応するＴｙｐｅ−Ａ／Ｂ／Ｃソケット１１２に結合され得るＴｙｐｅ−Ａ／Ｂ／Ｃプラグ１１０を含む。
【００１９】
図２は、ＵＳＢ通信システム２００に含まれる例示的な充電ユニット２０２を示す。図２に示す充電ユニット２０２は、図１に示す充電ユニット１０２と同様であることと、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素が、従って、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得ることとが理解される。示されるように、充電ユニット２０２は、入力電力コネクタ２０４、電力コンバーター２０６、ＵＳＢ通信制御装置２１４、トランジスタＱ１  ２４０、ブリーダー２４４、コンデンサＣＢＵＳ２４７、およびＴｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃソケット２５８、以下、ソケット２５８を含む。ＵＳＢ通信制御装置２１４は、ＶＢＵＳ／ＶＣＯＮＮポート電力制御装置およびマネージャーならびに汎用入力／出力（ＧＰＩＯ：ｇｅｎｅｒａｌ  ｐｕｒｐｏｓｅ  ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）ユニット２１６、駆動放電制御ユニット２３７、制御および検出ユニット２２２、およびＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４などの、別々の内部ブロックをさらに含む。示されるように、駆動放電制御ユニット２３７は、チャージポンプ２１８と、トランジスタＱ１  ２４０とブリーダー回路２４４とに結合された単一の駆動放電端子に出力ＶＢＥＮ２３８を提供するように結合された３状態ドライバ２２０とを含む。一例において、電力コンバーター２０６とＵＳＢ通信制御装置２１４とは、単一の集積回路パッケージに一体化され得る。
【００２０】
ＵＳＢ通信制御装置２１４は、通信信号すなわちＤ＋２４６、Ｄ−２４８、ＣＣ１  ２５０、およびＣＣ２  ２５２をソケット２５８とやりとりするように結合される。ソケット２５８は、Ｔｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃプラグ（図示せず）にさらに結合され得る。概して、制御および検出ユニット２２２は、ソケット２５８から信号Ｄ＋２４６、Ｄ−２４８、ＣＣ１  ２５０、およびＣＣ２  ２５２を受信するように結合される。一例において、ソケット２５８がＴｙｐｅ  Ａ／Ｂである場合、制御および検出ユニット２２２により受信された信号は、Ｄ＋２４６およびＤ−２４８であり、ソケット２５８がＴｙｐｅ  Ｃである場合、制御および検出ユニット２２２により受信された信号は、ＣＣ１  ２５０およびＣＣ２  ２５２である。ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４は、信号２２８を介して制御および検出ユニット２２２に結合される。ＶＢＵＳ／ＶＣＯＮＮポート電力制御および管理およびＧＰＩＯユニット２１６は、信号２２６を介して、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４に結合される。チャージポンプ２１８は、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４から信号２３０を受信するように結合され、ＤＣ電圧ＶＣ２３３を出力するように結合される。３状態ドライバ２２０は、信号２３２を介してＤＣ電圧ＶＣ２３３を受信するように結合される。３状態ドライバ２２０は、さらに、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４を介して制御装置またはイネーブル信号２３５を受信するように結合される。ＤＣ電圧ＶＣ２３３は、戻り電位２５４に対して正である。
【００２１】
入力電力コネクタ２０４は、壁のソケットから電力を受信し得る。電力コンバーター２０６は、信号２０８を介して入力電力コネクタ２０４から、ＡＣまたはＤＣ入力電圧を受信するように結合される。電力コンバーター２０６は、説明される例ではトランジスタＱ１  ２４０である負荷に、出力電圧ＶＯ２３６と出力電流ＩＯ２３４とを提供するように結合される。ＵＳＢ通信制御装置２１４は、電力コンバーター２０６と電力信号ＵＶＣ２１２をやりとりするように結合される。電力コンバーター２０６、ＵＳＢ通信制御装置２１４、およびソケット２５８は、すべて、同じ戻り基準電圧ＧＮＤ２５４に結合される。トランジスタＱ１  ２４０は、電力コンバーター２０６、ＵＳＢ通信制御装置２１４、およびソケット２５８に結合される。例示的な実施形態におけるトランジスタＱ１  ２４０は、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＵＳＢ  Ｔｙｐｅ−Ｃ３．０仕様により推奨される任意の他の適切なトランジスタであり得る。トランジスタＱ１  ２４０のドレインは、ノードＮ１  ２１０に結合され、ノードＮ１  ２１０は、さらに、電力コンバーター２０６の出力に結合される。電力コンバーター２０６は、戻り電位２５４に対して調節されたＤＣ電圧ＶＯ２３６と出力電流ＩＯ２３４とを、トランジスタＱ１  ２４０および他の関係する回路に出力するように結合される。トランジスタＱ１  ２４０の制御端子（ゲート）、以下、ゲートは、さらに、駆動放電回路２３７から出力される、一例において駆動放電端子であるＵＳＢ通信制御装置２１４の出力端子からの電圧信号ＶＢＥＮ２３８を受信するように結合される。
【００２２】
一例において、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４は、制御またはイネーブル信号２３５を論理ハイにして、３状態ドライバ２２０をイネーブルするか、またはオンに切り替え得、および、論理ローにして、３状態ドライバ２２０を無効化またはオフに切り替え得る。３状態ドライバ２２０がイネーブルされたとき、信号ＶＢＥＮ２３８における電圧は、チャージポンプ電圧ＶＣ２３３に実質的に等しい。３状態ドライバ２２０のイネーブル信号２３５が論理ローであるとき、信号ＶＢＥＮ２３８の値は、高インピーダンス（ｈｉｇｈ−Ｚ）であり得る。一例において、受電ユニットがソケットに接続されたとき、チャージポンプ２１８は、トランジスタＱ１  ２４０を駆動するために、またはオンに切り替えるために、電圧ＶＣ２３３をより高い値ＶＣ＿ＨＩＧＨまで上げることを必要とし得、受電ユニットがソケット２５８から接続解除されたとき、チャージポンプ２１８は、トランジスタＱ１  ２４０をオフに切り替えるために、電圧ＶＣ２３３をより低い値ＶＣ＿ＬＯＷまで下げることを必要とし得る。一例において、ＶＣ＿ＨＩＧＨの値は、１０Ｖのレンジであり得、ＶＣ＿ＬＯＷの値は、０ボルトと実質的に等しい値であり得る。説明される例において、ＶＣ＿ＨＩＧＨの値は、少なくとも１０Ｖであり得る。
【００２３】
ＶＣ２３３がＶＣ＿ＨＩＧＨに等しいとき、トランジスタＱ１  ２４０がオンに切り替えられ、ＶＢＵＳ２４２は、従って、ＶＯ２３６に実質的に等しい。ＶＣ２３３がＶＣ＿ＬＯＷに等しいとき、トランジスタＱ１  ２４０がオフに切り替えられ、ＶＢＵＳ２４２は、ブリーダー２４４を通して実質的に０ボルトまで放電する。一例において、３状態ドライバ２２０をイネーブルする前、ＵＳＢ通信制御装置２１４は、出力電圧ＶＯ２３６を５Ｖに実質的に等しくし得る。一例において、電圧ＶＢＵＳ２４２は、コンデンサＣＢＵＳ２４７における電圧に実質的に等しいものであり得る。
【００２４】
上述のように、ソケット２５８は、レガシーデバイスアダプタ（図２に示されない）を介して、Ｔｙｐｅ−Ａ、Ｔｙｐｅ−Ｂ、またはＴｙｐｅ−Ｃデバイスに結合され得る。ＵＳＢ通信制御装置２１４は、信号ＣＣ１  ２５０およびＣＣ２  ２５２を介して、レガシーデバイスアダプタの他端部に結合されたデバイスを識別するように結合される。ＶＯ２３６の電圧の値の上昇および低下は、チャージポンプ２１８により実現される。
【００２５】
一例において、受電ユニットが接続されたとき、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４は、チャージポンプ電圧ＶＣ２３３をＶＣ＿ＨＩＧＨに等しくし得る。受電ユニットが接続解除されたとき、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４は、チャージポンプ電圧ＶＣ２３３をＶＣ＿ＬＯＷに等しくし得る。さらに、受電ユニットが接続されたとき、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４は、３状態ドライバ２２０をイネーブルし得る。受電ユニットが接続解除されたとき、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４が、最初に３状態ドライバ２２０をイネーブルし得るとともに、チャージポンプ電圧ＶＣ２３３がＶＣ＿ＬＯＷに等しくなり、電圧ＶＢＵＳ２４２が放電し、次に、電圧ＶＢＵＳ２４２が実質的に０ボルト（ｖＳａｆｅ０Ｖ）まで放電された後、３状態ドライバ２２０を無効化する。一例において、受電ユニットが接続されたとき、ＵＳＢポート制御装置およびマネージャー２２４は、出力電圧ＶＯ２３６が５Ｖになるまで、３状態ドライバ２２０をイネーブルしない場合がある。
【００２６】
３状態ドライバ２２０は、有効化されたとき、チャージポンプ電圧ＶＣ２３３を信号ＶＢＥＮ２３８に伝達するように結合される。３状態ドライバ２２０は、無効化されたとき、信号ＶＢＥＮ２３８にｈｉｇｈ−Ｚ値を出力するように結合される。従って、受電ユニットが接続されたとき、信号ＶＢＥＮ２３８における電圧がチャージポンプ電圧ＶＣ＿ＨＩＧＨに実質的に等しくなることが簡単に理解され得る。受電ユニットが接続解除されたとき、受電ユニットが再度接続されて出力電圧ＶＯ２３６が５Ｖになるまで、信号ＶＢＥＮ２３８における電圧が、最初にチャージポンプ電圧ＶＣ＿ＬＯＷに実質的に等しくなり、次に、後から、実質的にｈｉｇｈ−Ｚになる。
【００２７】
信号ＶＢＥＮ２３８がＶＣ＿ＨＩＧＨであるとき、トランジスタＱ１  ２４０がオンに切り替えられる。信号ＶＢＥＮ２３８がＶＣ＿ＬＯＷまたはｈｉｇｈ−Ｚであるとき、トランジスタＱ１  ２４０がオフに切り替えられる。さらに、信号ＶＢＥＮ２３８のｈｉｇｈ−Ｚ値は、トランジスタＱ１  ２４０がオンに切り替わることを禁止し得る。
【００２８】
概して、受電ユニットが接続されたときはいつでも、ＵＳＢ通信制御装置２１４は、出力電圧ＶＯ２３６の値を所望の値と比較し得る。出力電圧ＶＯ２３６の値が所望の値より低い場合、ＵＳＢ通信制御装置２１４は、信号ＶＢＥＮ２３８をｈｉｇｈ−Ｚにし得、トランジスタＱ１  ２４０がオンに切り替わることを禁止し得る。一例において、ＵＳＢ通信制御装置２１４は、出力電圧ＶＯ２３６が所望の値に等しいとき、信号ＶＢＥＮ２３８をハイに得る。説明される例において、出力電圧の所望の値は、５Ｖであり得る。他の例において、比較される出力電圧ＶＯ２３６の値は、他の５Ｖであり得る。
【００２９】
トランジスタＱ１  ２４０がオンであるとき、電圧ＶＢＵＳ２４２は、電力コンバーター２０６の出力電圧ＶＯ２３６に実質的に等しくなる。コンデンサＣＢＵＳ２４７にかかる電圧は、電圧ＶＢＵＳ２４２に実質的に等しい。
【００３０】
トランジスタＱ１  ２４０がオンであるとき、ＶＢＵＳ２４２は、所望の出力電圧ＶＯ２３６まで実質的に充電し得る。この時点で、ブリーダー２４４を通る何らかの漏れ電流が存在し得る。トランジスタＱ１  ２４０がオフであるとき、ＶＢＥＮ２３８はＶＣ＿ＬＯＷであり、ＶＢＵＳ２４２は、ブリーダー２４４を通して実質的に０Ｖまで放電し得る。一例において、電圧ＶＢＵＳ２４２の放電は、本発明の教示に従った、ブリーダー２４４により実現される。
【００３１】
従って、トランジスタＱ１  ２４０がオフに切り替えられるので、ＵＳＢ通信制御装置２１４の駆動端子ＶＢＥＮ２３８におけるより低い値の電圧ＶＣ＿ＬＯＷまたは高インピーダンス信号ｈｉｇｈ−Ｚのうちの１つに応答して、ＶＢＵＳ２４２が、電力コンバーター２０６の出力端子から接続解除される。同様に、ＶＢＵＳ２４２はトランジスタＱ１  ２４０がオンに切り替えられるので、ＵＳＢ通信制御装置２１４の駆動端子ＶＢＥＮ２３８におけるより低い値の電圧ＶＣ＿ＨＩＧＨに応答して、電力コンバーター２０６の出力端子に接続される。
【００３２】
図３は、充電ユニットにおいて使用され得るＵＳＢ通信システム３００に含まれ得る電力コンバーター３０６の一例を示す。図３に示す電力コンバーター３０６およびＵＳＢ通信システム３００は、図２に示す電力コンバーター２０６およびＵＳＢ通信システム２００の例であり得ることと、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素が、従って、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得ることが理解される。特に、図３は、ＤＣ入力電圧ＶＩＮ３０４を受信するように結合された、およびノードＮ１  ３１０において出力電圧ＶＯ３３６を提供するように結合された、例示的な電力コンバーター３０６を示す。図３に示す例示的な電力コンバーター３０６は、フライバックコンバーターである。他の例において、電力コンバーター３０６は、任意の他の種類のＤＣ−ＤＣまたはＡＣ−ＤＣコンバーターであり得る。電力コンバーター３０６は、入力電力コネクタ（図示せず）を介して入力電圧ＶＩＮ３０４を受信して、負荷において出力電圧ＶＯ３３６と出力電流ＩＯ３３４とを生成するＤＣ−ＤＣ電力コンバーターの一例を示す機能ブロック図である。１つの説明される例において、トランジスタＱ１  ２４０およびソケット２５８に関係する他の回路は、ここまでに例えば図２において説明されるように、負荷とみなされ得る。入力電力コネクタ（図示せず）は、壁のソケットからＡＣ電圧を受信するように結合され得る。ＡＣ−ＤＣ電力コンバーターの一例において、ＤＣ入力電圧ＶＩＮ３０４は、整流されてフィルタに通されたＡＣ入力電圧であり得る。
【００３３】
図示された例に示されるように、電力コンバーター３０６は、エネルギー伝達要素Ｔ１  ３０５、一次巻線３０７、二次巻線３１１、バイアス巻線３０９、クランプ回路３１３、一次制御回路３１５、一次スイッチＳ１  ３１７、抵抗器Ｒ１  ３３５、抵抗器Ｒ２  ３３７、二次制御回路３２１、同期整流器３３０、および出力コンデンサＣＯ３３２をさらに含む。入力電圧ＶＩＮ３０４は、入力戻り３５４に対して正である。出力電圧ＶＯ３３６は、出力戻り３５６に対して正である。エネルギー伝達要素Ｔ１  ３０５は、結合インダクタとも呼ばれ得る。結合インダクタは、変圧器と呼ばれることもある。変圧器Ｔ１  ３０５は、ＮＰ巻きの一次巻線３０７、ＮＳ巻きの二次巻線３１１、およびＮＢ巻きのバイアス巻線３０９の３つの巻線を含むように示される。巻線における電圧は、各巻線における巻き数により関係付けられる。変圧器Ｔ１  ３０５の二次巻線３１１は、一次巻線３０７およびバイアス巻線３０９からガルバニック絶縁される。
【００３４】
図３は、一次駆動信号３１９、一次電流ＩＰ３２３、一次電流検出信号３４５、一次電圧ＶＰ３２９、二次電流ＩＳ３４３、二次電圧ＶＳ３３３、二次駆動信号３４７、同期整流器電圧ＶＳＲ３４９、二次電流検出信号３４５、バイアス巻線電圧ＶＢ３３１、バイアス巻線電流ＩＢ３３９、および一次スイッチ電流ＩＤ３２７をさらに示す。
【００３５】
図示された例に示されるように、一次制御回路３１５からの一次駆動信号３１９に応答して、一次スイッチＳ１  ３１７が開閉する。一例において、一次スイッチＳ１  ３１７は、金属−酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり得る。別の一例において、一次スイッチＳ１  ３１７は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ：ｂｉｐｏｌａｒ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり得る。さらに異なる別の一例において、一次スイッチＳ１  ３１７は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）または他の適切なスイッチであり得る。一次制御回路３１５と一次スイッチＳ１  ３１７とは一体化され得る。
【００３６】
一例において、一次制御回路３１５は、バイアス電圧信号３４１に応答して一次駆動信号３１９を生成し、一次スイッチＳ１  ３１７をオンまたはオフに切り替える。一次スイッチＳ１  ３１７は、オンであるときに閉じ、オフであるときに開く。一次制御回路３１５は、また、一次スイッチＳ１  ３１７における一次スイッチ電流ＩＤ３２７の値を示す一次電流検出信号３４５に応答し得る。スイッチにおける電流を検出するための、当技術分野において実施されるいくつかの手法のうちの任意のものが、一次電流検出信号３４５を提供し得る。一例において、一次駆動信号３１９は、一次電流検出信号３４５が所定の値に達したとき、一次スイッチＳ１  ３１７をオフに切り替える。
【００３７】
クランプ回路３１３は、一次巻線３０７をまたいで結合される。動作時、エネルギー伝達要素の一次巻線３０７と他の巻線との間における不完全な磁気結合に起因して、一次巻線３０７を通して一次電流ＩＰ３２３により蓄積されたエネルギーのすべてが他の巻線に伝達されることは不可能である。例示的な電力コンバーター３０６において、他の巻線に伝達されることが不可能なエネルギーは、クランプ回路３１３により受信される。クランプ回路３１３は、一次巻線３０７にかかる電圧を制限して、過剰な電圧による損傷から一次スイッチＳ１  ３１７を保護する。
【００３８】
一例において、一次制御回路３１５は、一次電流検出信号３４５とバイアス電圧信号３４１とに応答して、一次駆動信号３１９を使用して一次スイッチＳ１  ３１７のスイッチングを制御する。バイアス電圧信号３４１は、抵抗器Ｒ１  ３３５と抵抗器Ｒ２  ３３７とにより決められたバイアス巻線電圧ＶＢ３３１であり得る。図示された例において、一次制御回路３１５は、一次スイッチＳ１  ３１７のスイッチングを制御して、電力コンバーターの出力を所望の調節された値に調節する。出力は、電圧、電流、または電圧と電流との組み合わせであり得る。例示的な電力コンバーター３０６は、ノードＮ１  ３１０を介して負荷（図３に示されない）における出力電圧ＶＯ３３６と出力電流ＩＯ３３４とを調節する一次制御回路３１５を示す。出力電圧ＶＯ３３６が実質的にＤＣ電圧となるように、コンデンサＣＯ３３２は、十分なキャパシタンスをもつ。
【００３９】
電力コンバーター３０６は、二次巻線３１１が出力に二次電流ＩＳ３４３を伝送する間に同期整流器３３０を動作させる二次制御回路３２１をさらに含む。示される例において、二次制御回路３２１は、二次巻線３１１における電圧ＶＳ３３３を受信する。二次制御回路３２１は、同期整流器３３０を制御する二次駆動信号３４７を生成する。一次制御回路３１５は、バイアス巻線電圧ＶＢ３３１の変化に応答して一次スイッチＳ１  ３１７を制御して、出力電圧ＶＯ３３６が所望の調整された電圧に調節されるように一次スイッチＳ１  ３１７を制御する。
【００４０】
図４は、図２に示されるようなＵＳＢ通信システムに含まれる例示的な充電ユニットの一部を示す。特に、図４は、本発明の教示に従った、例示的なブリーダー回路の詳細を含む例示的な充電ユニット（図示せず）の一部を示す。図示された例に示されるように、図４は、電力コンバーター４０６、トランジスタＱ１  ４４０、ブリーダー４４４、コンデンサＣＢＵＳ４４７、およびＴｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃソケット４５８、以下、ソケット４５８を含む。図４に示す回路要素のすべてが、図２および図３における対応する回路要素と同様に振る舞うように結合され、従って、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素が、従って、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得る。電力コンバーター４０６は、ノードＮ１  ４１０において出力電流ＩＯ４３４と出力電圧ＶＯ４３６とを提供するように結合される。電力コンバーター４０６の出力は、ノードＮ１  ４１０を介してトランジスタＱ１  ４４０に結合される。示されるように、ソケット４５８は、信号Ｄ＋４４６、Ｄ−４４８、ＣＣ１  ４５０、およびＣＣ２  ４５２をＵＳＢ通信制御装置（図示せず）とやりとりするように結合される。一例においてソケット４５８がＴｙｐｅ  Ａ／Ｂである場合、ＵＳＢ通信制御装置とやりとりされる信号は、Ｄ＋４４６およびＤ−４４８であり、ソケット４５８がＴｙｐｅ  Ｃである場合、ＵＳＢ通信制御装置とやりとりされる信号は、ＣＣ１  ４５０およびＣＣ２  ４５２である。
【００４１】
さらに、図４に、ＵＳＢ通信制御装置（図４に示されない）の駆動放電端子から出力される信号ＶＢＥＮ４３８が示される。信号ＶＢＥＮ４３８は、値ＶＣ＿ＨＩＧＨ、またはＶＣ＿ＬＯＷ、またはｈｉｇｈ−ｚをとり得る。一例において、ブリーダー４４４は、抵抗器ＲＢ４４１を含み得る。他の例において、ブリーダー４４４は、例えばトランジスタ、ダイオードなどの追加的な能動または受動回路要素を含み得る。抵抗器ＲＢ４４１の一端部は、トランジスタＱ１  ４４０の制御端子（ゲート）に結合され、抵抗器ＲＢ４４１の他端部は、トランジスタＱ１  ４４０のソース端子に結合される。トランジスタＱ１  ４４０のゲートは、さらに、ＵＳＢ通信制御装置（図４に示されない）から信号ＶＢＥＮ４３８を受信するように結合される。一例において、信号ＶＢＥＮ４３８における電圧がＶＣ＿ＨＩＧＨ（図４に示されないチャージポンプ電圧）に等しいとき、トランジスタＱ１  ４４０がオンに切り替えられ、ＶＢＵＳ４４２は、所望の出力電圧ＶＯ４３６に実質的に等しい。この時点で、何らかの漏れ電流が、抵抗器ＲＢ４４１を通って流れ得るが、漏れ電流の量は、高い値の抵抗器ＲＢ４４１の選択により最小化され得る。一例において、信号ＶＢＥＮ４３８における電圧がＶＣ＿ＬＯＷ（図４に示されないチャージポンプ電圧）に等しいとき、トランジスタＱ１  ４４０がオフに切り替えられ、ＶＢＵＳ４４２が、抵抗器ＲＢ４４１を介して実質的に０Ｖまで放電する。コンデンサＣＢＵＳ４４７における電圧は、電圧ＶＢＵＳ４４２に実質的に等しい。一例において、電圧ＶＢＵＳ４４２が８００ｍＶまで放電するためにかかる期間は、５００ｍｓである。
【００４２】
ここまでに説明されるように、受電ユニット（図４に示されない）が充電ユニットに接続されたとき、信号ＶＢＥＮ４３８が値ＶＣ＿ＨＩＧＨをとり、トランジスタＱ１  ４４０をオンに切り替え得る。ＶＢＵＳ４４２は、一例において５Ｖであり得る所望の出力電圧ＶＯ４３６に実質的に等しい。
【００４３】
図５は、図２に示されるようなＵＳＢ通信システムに含まれる別の例示的な充電ユニットの一部を示す。従って、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素は、従って、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得る。特に、図５は、ブリーダー回路の別の例を含む例示的な充電ユニット（図示せず）の一部を示す。図５に、電力コンバーター５０６、トランジスタＱ１  ５４０、ブリーダー５４４、コンデンサＣＢＵＳ５４７、およびＴｙｐｅ  Ａ／Ｂ／Ｃソケット５５８、以下５５８がさらに示される。図５に示す回路要素のすべてが、図２および図３における対応する回路要素と同様に振る舞うように結合される。電力コンバーター５０６は、ノードＮ１  ５１０に出力電流ＩＯ５３４と出力電圧ＶＯ５３６とを提供するように結合される。電力コンバーター５０６の出力は、ノードＮ１  ５１０を介してトランジスタＱ１  ５４０に結合される。示されるように、ソケット５５８は、信号Ｄ＋５４６、Ｄ−５４８、ＣＣ１  ５５０、およびＣＣ２  ５５２をＵＳＢ通信制御装置（図示せず）とやりとりするように結合される。一例において、ソケット５５８がＴｙｐｅ  Ａ／Ｂである場合、ＵＳＢ通信制御装置とやりとりされる信号は、Ｄ＋５４６およびＤ−５４８であり、ソケット５５８がＴｙｐｅ  Ｃである場合、ＵＳＢ通信制御装置とやりとりされる信号は、ＣＣ１  ５５０およびＣＣ２  ５５２である。さらに、図５に、ＵＳＢ通信制御装置（図５に示されない）の駆動放電端子からの信号ＶＢＥＮ５３８が示される。信号ＶＢＥＮ５３８は、値ＶＣ＿ＨＩＧＨ、またはＶＣ＿ＬＯＷ、またはｈｉｇｈ−ｚをとり得る。
【００４４】
一例において、ブリーダー５４４は、第１の抵抗器Ｒ１  ５４１、第２の抵抗器Ｒ２  ５４３、およびダイオードＤ１  ５４５を含む。他の例において、ブリーダー５４４は、例えばトランジスタ、ダイオードなどの追加的な能動または受動要素を含み得る。抵抗器Ｒ２  ５４３の第１の端部は、トランジスタＱ１  ５４０のゲートに結合され、抵抗器Ｒ２  ５４３の第２の端部は、抵抗器Ｒ１  ５４１の第１の端部に結合される。Ｒ１  ５４１の第２の端部は、トランジスタＱ１  ５４０のソース端子に結合される。ダイオードＤ１  ５４５の第１の端部は、抵抗器Ｒ２  ５４３の第１の端部に結合され、ダイオードＤ１  ５４５の第２の端部は、抵抗器Ｒ２  ５４３の第２の端部に結合される。トランジスタＱ１  ５４０のゲートは、さらに、ＵＳＢ通信制御装置（図５に示されない）から信号ＶＢＥＮ５３８を受信するように結合される。一例において、信号ＶＢＥＮ５３８における電圧がＶＣ＿ＨＩＧＨ（図５に示されないチャージポンプ電圧）に等しいとき、トランジスタＱ１  ５４０がオンに切り替えられ、ＶＢＵＳ５４２は、所望の出力電圧ＶＯ５３６に実質的に等しい。この時点で、何らかの漏れ電流が、抵抗器Ｒ１  ５４１、Ｒ２  ５４３、およびダイオードＤ１  ５４５を通って流れ得る。図５に示すブリーダー５４４の利点は、漏れ電流の量が、より高い値の抵抗器Ｒ１  ５４１の選択により最小化され得ることである。信号ＶＢＥＮ５３８における電圧がＶＣ＿ＬＯＷに等しいとき、トランジスタＱ１  ５４０がオフに切り替えられ、ＶＢＵＳ５４２が、ブリーダー５４４を介して実質的に０Ｖまで下がる。一例において、コンデンサＣＢＵＳにおける電圧は、電圧ＶＢＵＳ５４２に実質的に等しい。
【００４５】
ここまでに説明されるように、受電ユニット（図５に示されない）が充電ユニットに接続されたとき、信号ＶＢＥＮ５３８が値ＶＣ＿ＨＩＧＨをとり、トランジスタＱ１  ５４０をオンに切り替え得る。この時点で、ＶＢＵＳ５４２は、一例において５Ｖであり得る所望の出力電圧ＶＯ５３６に実質的に等しい。
【００４６】
図６は、本発明の教示に従った、ＵＳＢコネクタ電圧を充電および放電する例示的な工程を描いた例示的なフロー図６００である。
【００４７】
プロセスブロック６０１における開始後、判定ブロック６０２において、受電ユニットが接続されているか否かが確認され得る。受電ユニットが接続されている場合、工程は、判定ブロック６０３に進み、そうでない場合は、工程は、工程ブロック６０５に進む。判定ブロック６０３において、ＶＢＵＳ信号がＵＳＢホストによりアサートされているか否かが確認され得る。ＹＥＳである場合、工程は、工程ブロック６０４に進み得、そうでない場合、工程は、判定ブロック６０７に再度戻り得る。
【００４８】
工程ブロック６０４において、チャージポンプ電圧ＶＣは、ＶＣ＿ＨＩＧＨまで上げられ得る。一時的に図２を参照すると、チャージポンプ電圧がＶＣ＿ＨＩＧＨであるとき、トランジスタＱ１  ２４０がオンに切り替えられ、電圧ＶＢＵＳ２４２が、出力電圧２３６に実質的に等しくなる。言い換えると、ブリーダー２４４がオフに切り替えられ得る。一例において、チャージポンプ電圧がＶＣ＿ＨＩＧＨであるとき、ブリーダーがオンに切り替えられない場合がある。工程ブロック６０４の終了時に、工程は、判定ブロック６０２に戻るように進み得る。
【００４９】
工程ブロック６０５において、受電ユニットが接続されていないことを検出すると、チャージポンプ電圧ＶＣは、ＶＣ＿ＬＯＷまで下げられ得る。一時的に図２を参照すると、チャージポンプ電圧がＶＣ＿ＬＯＷであるとき、トランジスタＱ１  ２４０がオフに切り替えられ、ブリーダー２４４がオンに切り替えられる。この時点で、電圧ＶＢＵＳ２４２は、ブリーダー２４４を通して実質的に０ボルト（ｖＳａｆｅ０Ｖ）まで放電し始め得る。工程ブロック６０５の終了時に、工程は、判定ブロック６０６に進行する。
【００５０】
判定ブロック６０６において、電圧ＶＢＵＳがゼロに等しいか否かが確認され得る。電圧ＶＢＵＳがゼロまで下がっていない場合、ブロック６０５に戻るように進行する。電圧ＶＢＵＳがゼロまで下がっている場合、工程が、工程ブロック６０７に進み得る。
【００５１】
工程ブロック６０７において、信号ＶＢＥＮがｈｉｇｈ−ｚにされ得る。一時的に図２を参照すると、信号ＶＢＥＮ２３８のｈｉｇｈ−ｚ値は、トランジスタＱ１  ２４０がオンに切り替わることを防止し得る。
【００５２】
工程ブロック６０７の終了時に、工程は、判定ブロック６０２に進み得る。電圧ＶＢＵＳが実質的にゼロに達した（ＶＢＵＳが完全に放電したことを示す）とき、工程は、受電ユニットが接続されているか否かを確認するために、判定ブロック６０２の開始まで進み得る。
【００５３】
本発明に関して示される例についての上述の説明は、要約で説明される事項を含め、網羅的であることも、開示される形態そのものへの限定であることも意図されない。本発明の特定の実施形態および例が、本明細書において例示を目的として説明されるが、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく様々な同等な変更が可能である。実際、具体的で例示的な電圧、電流、周波数、出力範囲値、時間などが説明のために提示されることと、本発明の教示に従った他の実施形態および例において他の値も使用し得ることとが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
SINGLE PIN MOSFET DRIVE AND DISCHARGE FUNCTIONALITY
BACKGROUND INFORMATION
Field of the Disclosure
[0001]           The present invention relates generally to USB connectors.  More specifically, examples of the present invention are related to USB type C connectors.
Background
[0002]           Electronic devices use power to operate.  Power is generally delivered through a wall socket as high voltage alternating current (ac).  A common type of interface used for charging electronic devices is a Universal Serial Bus (USB) interface.
[0003]           Over the years, many types of USB platforms, devices, receptacles, plugs, sockets, connectors, etc., have been developed, which mainly fall under two standards, Standard-A and Standard-B, and are considered as legacy devices.  As platform usage models have evolved, usability and robustness requirements have advanced and the existing set of USB connectors were not originally designed for some of these newer requirements.  A recently released standard, Type-C, is a new USB connector ecosystem that addresses the evolving needs of platforms and devices while retaining all of the functional benefits of USB that form the basis for this most popular of computing device interconnects.  The USB Type-C Cable and Connector Specification (Revision 1.1, April 3, 2015) defines a new receptacle, plug, cable, and detection mechanisms that are compatible with existing USB interface electrical and functional specifications.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0004]           Non-limiting and non-exhaustive embodiments of the present invention are described with reference to the following figures, wherein like reference numerals refer to like parts throughout the various views unless otherwise specified.
[0005]           FIG. 1 is a functional block diagram illustrating one example of a typical USB communication system including a USB Type A/B/C charging unit coupled to a USB type A, B, or C powered unit via a USB legacy device adapter.
[0006]           FIG. 2 is a functional block diagram illustrating one example of a charging unit included in an example USB communication system.
[0007]           FIG. 3 is a functional block diagram illustrating an example power converter for use with an example USB communication system in accordance with the teachings of the present invention.
[0008]           FIG. 4 is a functional block diagram of a portion of a charging unit illustrating an example bleeder circuit in accordance with the teachings of the present invention.
[0009]           FIG. 5 is a functional block diagram of a portion of a charging unit illustrating another example bleeder circuit in accordance with the teachings of the present invention.
[0010]           FIG. 6 is an example flow diagram 600 illustrating an example process for charging and discharging a USB connector voltage in accordance with the teachings of the present invention.
[0011]           Corresponding reference characters indicate corresponding components throughout the several views of the drawings.  Skilled artisans will appreciate that elements in the figures are illustrated for simplicity and clarity and have not necessarily been drawn to scale.  For example, the dimensions of some of the elements in the figures may be exaggerated relative to other elements to help to improve understanding of various embodiments of the present invention.  Also, common but well-understood elements that are useful or necessary in a commercially feasible embodiment are often not depicted in order to facilitate a less obstructed view of these various embodiments of the present invention.
DETAILED DESCRIPTION
[0012]           In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention.  It will be apparent, however, to one having ordinary skill in the art that the specific detail need not be employed to practice the present invention.  In other instances, well-known materials or methods have not been described in detail in order to avoid obscuring the present invention.
[0013]           Reference throughout this specification to "one embodiment", "an embodiment", "one example" or "an example" means that a particular feature, structure or characteristic described in connection with the embodiment or example is included in at least one embodiment of the present invention.  Thus, appearances of the phrases "in one embodiment", "in an embodiment", "one example" or "an example" in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment or example.  Furthermore, the particular features, structures or characteristics may be combined in any suitable combinations and/or subcombinations in one or more embodiments or examples.  Particular features, structures or characteristics may be included in an integrated circuit, an electronic circuit, a combinational logic circuit, or other suitable components that provide the described functionality.  In addition, it is appreciated that the figures provided herewith are for explanation purposes to persons ordinarily skilled in the art and that the drawings are not necessarily drawn to scale.
[0014]           Furthermore, embodiments/examples in this application refer to different pieces of circuitry responding to a "logic high" or "logic low" signal in a particular way; however, one skilled in the art will appreciate that the same piece of circuitry may be configured to respond the same way to the opposite signal (e.g., a piece of circuitry that turns on in response to a logic high signal, may be configured to turn on in response to a logic low signal or vice versa).
[0015]           The USB Type-CTM, hereafter Type-C, receptacle, plug, and cable provide a smaller, thinner, and more robust alternative to the existing USB 3.1 interconnect (Standard and Micro USB cables and connectors).  This new solution targets use in very thin platforms, ranging from ultra-thin notebook PCs down to smart phones where existing Standard-A and Micro-AB receptacles are deemed too large, difficult to use, or inadequately robust.  While the USB Type-C interconnect no longer physically differentiates plugs on a cable by being an A-type or B-type, the USB interface still maintains a host-to-device logical relationship.  Determination of this host-to-device relationship is accomplished through a Configuration Channel (CC) that is connected through the cable.  In addition, the Configuration Channel is used to set up and manage power and Alternate/Accessory Modes.  Using the Configuration Channel, the USB Type-C interconnect defines a simplified 5 volt VBUS based power delivery and charging solution that supplements what is already defined in the USB 3.1 Specification.  More advanced power delivery and battery charging features over the USB Type-C interconnect are based on the USB Power Delivery Specification.  As a product implementation improvement, the USB Type-C interconnect shifts the USB Power Delivery (PD) communication protocol from being communicated over VBUS to being delivered across the USB Type-C Configuration Channel.  In general, VBUS provides a path to deliver power between a USB host and a USB device.  More specifically, the USB PD communication protocol mandates that power be delivered over VBUS between a charger and a host, or between a charger and a device.  The USB PD specification is concerned with the power delivery aspect of the USB Type-C connector.  More details about the USB PD communication protocol may be found in the USB Power Delivery Specification.
[0016]           As will be discussed, examples in accordance with the teachings of the present invention are directed to the power delivery aspect of the USB communication system.  According to the USB PD specification, a typical USB system for power delivery may include a power converter to provide an output voltage of 5 V at the VBUS terminal of the connector.
[0017]           In general, a USB power delivery system may include a new USB Type-C connector coupled to a Type A/B/C device.  A typical USB charging system (illustrated below in FIG. 1) may include a charging unit and a powered unit coupled via a USB connector.  The charging unit and the powered unit each may have a Type A/B/C socket.  For the purpose of this disclosure, it will be assumed that the charging unit is a Type-C unit having a Type-C socket, and that the powered unit is a Type A/B/C unit having a Type A/B/C socket.  The USB connector may also be referred to as a receptacle, a connector, an adapter, or a legacy device adapter.  One end of the legacy device adapter may have a Type-C plug, which may be connected to the Type-C plug on the Type-C unit, whereas the other end of the legacy device adapter may have a Type-A, a Type-B, or a Type-C plug, which may connect to a Type-A, a Type-B, or a Type-C unit.  In one example, the powered unit may be a USB host or a USB device.
[0018]           The recommended VBUS voltage for a Type-A, a Type-B, or a Type-C unit is approximately 5 V.  As a safety precaution, the USB PD specification recommends implementing a VBUS source and VBUS sink feature with the USB Type-C connector.  In accordance with the above feature, a VBUS source transistor (MOSFET) and a VBUS sink transistor (MOSFET) are coupled between the output of the power converter and the VBUS terminal.  Every time a powered device is connected to the USB connector, the power converter included in the charging unit sources the recommended voltage on the VBUS terminal.  In a typical USB communication system, a USB host may assert a VBUS signal. A charge pump, may then output the recommended voltage at the output of the power converter in response to the VBUS signal asserted by host.  An internal logic may turn on a source transistor (MOSFET).  Every time a powered device is disconnected from the USB connector, the power converter included in the voltage on the VBUS terminal is discharged substantially to zero volts. This is commonly referred to as vSafe0V in the USB PD specification.  This is may be achieved by turning on a sink transistor.  In general, a USB communication controller typically has two separate terminals in order to implement the source and the sink functionality. 
[0019]           Every time a powered unit is connected to the USB connector, a first terminal or a drive terminal or a source terminal may turn on the source transistor, providing the recommended VBUS voltage.  Every time a powered unit is disconnected from the USB connector, a second terminal or a discharge terminal or a sink terminal may turn on the sink transistor, discharging the VBUS voltage to zero volts (vSafe0V).  Having two terminals for the purpose of drive and discharge of the VBUS may increase the size and cost of the associated USB circuitry. 
[0020]           Because this device is connected across two high voltage nodes, driving this FET becomes a main difficulty for designers. There are nominally two approaches: use a high side driver to drive an NMOS or use a PMOS FET and take the size/cost penalty in exchange for a simpler driving scheme.
[0021]           Accordingly, it may be advantageous to have a single terminal capable of both the driving the transistor and discharging the VBUS voltage. 
[0022]           Described herein are methods and apparatus which provide a drive function and a discharge function via a single terminal of a USB communication controller in accordance with the teachings of the present invention.  For instance, as will be described in one example, a single drive discharge terminal and a bleeder circuit for use with a USB communication controller is provided.  The USB communication controller may use the single drive discharge terminal and the bleeder circuit to turn on or turn off the source transistor.  In one example, the USB communication controller may source the VBUS voltage by turning on the source transistor and turning off the bleeder.  The USB communication controller may sink the VBUS voltage by turning off the source transistor and turning on the bleeder.  In one example, turning on the source transistor may automatically turn off the bleeder, and turning off the source transistor may automatically turn on the bleeder.  Furthermore, in one example, the USB communication controller may provide a higher value of voltage (e.g., in the range of 10 V dc) on the single drive discharge terminal when sourcing the VBUS voltage, and may provide a lower value of the voltage on the single drive discharge terminal when sinking the VBUS voltage.  In other words, in one example, when a powered unit is coupled to the USB connector, the USB communication controller may provide a higher voltage on the drive discharge terminal to turn on the source transistor and turn off the bleeder.  Furthermore, in one example, when a powered device is decoupled from the USB connector, the USB communication controller may provide a lower voltage on drive discharge terminal to turn off the source transistor and turn on the bleeder.
[0023]           FIG. 1 illustrates a functional block diagram of one example of a USB communication system 100 including a charging unit 102 having a USB Type-A/B/C socket 104, a powered unit 114 having a USB Type-A/B/C socket 112, and a legacy device adapter 108 for coupling the charging unit 102 to the powered unit 114.  The legacy device adapter 108 has a Type-C plug 106 at one end that couples to the USB Type-A/B/C socket 104 of the charging unit 102.  The other end of the legacy device adapter 108 has a Type-A/B/C plug 110, which can be coupled to a corresponding Type-A/B/C socket 112.
[0024]           FIG. 2 illustrates an example charging unit 202 included in a USB communication system 200.  It is appreciated that charging unit 202 of FIG. 2 is similar to the charging unit 102 of FIG. 1, and that similarly named and numbered elements referenced below may therefore be coupled and function similar to as described above.  As shown, the charging unit 202 includes an input power connector 204, a power converter 206, a USB communication controller 214, a transistor Q1 240, a bleeder 244, a capacitor CBUS 247, and a Type A/B/C socket 258, hereafter, socket 258.  The USB communication controller 214 further includes separate internal blocks, such as a VBUS/VCONN port power controller & manager and general purpose input/output (GPIO) unit 216, a drive discharge control unit 237, a control and sensing unit 222, and a USB port controller & manager 224.  As shown, the drive discharge control unit 237 includes a charge pump 218 and a tri-state driver 220 coupled to provide an output VBEN 238 at a single drive discharge terminal coupled to transistor Q1 240 and bleeder circuit 244.  In one example, the power converter 206 and the USB communication controller 214 may be integrated in a single integrated circuit package. 
[0025]           The USB communication controller 214 is coupled to exchange communication signals, namely D+ 246, D- 248, CC1 250, and CC2 252, with the socket 258.  The socket 258 may be further coupled to a Type A/B/C plug (not shown). In general, the control and sensing unit 222 is coupled to receive signals D+ 246, D- 248, CC1 250, and CC2 252 from the socket 258.  In one example if the socket 258 is Type A/B, then the signals received by the control and sensing unit 222 are D+ 246 and D- 248; and if the socket 258 is Type C, then the signals received by the control and sensing unit 222 are CC1 250 and CC2 252. The USB port controller & manager 224 is coupled to the control and sensing unit 222 via a signal 228.  The VBUS/VCONN port power control & manage and GPIO unit 216 is coupled to the USB port controller & manager 224 via a signal 226.  The charge pump 218 is coupled to receive a signal 230 from the USB port controller & manager 224 and coupled to output a dc voltage VC 233.  The tri-state driver 220 is coupled to receive the dc voltage VC 233 via a signal 232.  The tri-state driver 220 is also coupled to receive a control or enable signal 235 via the USB Port Controller & Manager 224.  The dc voltage VC 233 is positive with respect to the return potential 254.
[0026]           The input power connector 204 may receive power from a wall socket.  The power converter 206 is coupled to receive an ac or a dc input voltage from the input power connector 204 via a signal 208.  The power converter 206 is coupled to provide an output voltage VO 236 and an output current IO 234 to a load, which in the described example is the transistor Q1 240.  The USB communication controller 214 is coupled to exchange a power signal UVC 212 with the power converter 206.  The power converter 206, the USB communication controller 214, and the socket 258 are all coupled to the same return reference voltage GND 254.  The transistor Q1 240 is coupled to the power converter 206, the USB communication controller 214, and the socket 258.  The transistor Q1 240 in the example embodiment is a MOSFET, but may be any other suitable transistor as recommended by the USB Type-C 3.0 specification.  The drain of the transistor Q1 240 is coupled to a node N1 210, which is further coupled to the output of the power converter 206.  The power converter 206 is coupled to output a regulated dc voltage VO 236 with respect to the return potential 254, and an output current IO 234 to the transistor Q1 240 and other associated circuits.  The control terminal (gate), hereafter gate, of the transistor Q1 240 is also coupled to receive a voltage signal VBEN 238 from an output terminal of the USB communication controller 214, which in one example the drive discharge terminal output from drive discharge circuit 237.
[0027]           In one example, the USB Port Controller & Manager 224 may make the control or enable signal 235 logic high to enable or turn on the tri-state driver 220; and logic low to disable or turn off the tri-state driver 220.  When the tri-state driver 220 is enabled, the voltage at the signal VBEN 238 is substantially equal to the charge pump voltage VC 233.  When the enable signal 235 of the tri-state driver 220 is logic low, the value of the signal VBEN 238 may be high impedance (high-Z).  In one example, when a powered unit is connected to the socket, the charge pump 218 may need to increase the voltage VC 233 to a higher value VC_HIGH in order to drive or turn on the transistor Q1 240, and when a powered unit is disconnected from the socket 258, the charge pump 218 may need to decrease the voltage VC 233 to a lower value VC_LOW in order to turn off the transistor Q1 240.  In one example, the value of VC_HIGH may be in the range of 10 V, and the value of VC_LOW may be substantially equal to zero volts.  In the described example, the value of VC_HIGH may be at least 10 V.
[0028]           When VC 233 is equal to VC_HIGH, the transistor Q1 240 is turned on, and VBUS 242 is therefore substantially equal to the VO 236.  When VC 233 is equal to VC_LOW, the transistor Q1 240 is turned off, and VBUS 242 substantially discharges to zero volts through bleeder 244.  In one example, before enabling the tri-state driver 220, the USB communication controller 214 may make the output voltage VO 236 substantially equal to 5 V.  In one example, the voltage VBUS 242 may substantially be equal to voltage on the capacitor CBUS 247.
[0029]           As stated previously, the socket 258 may be coupled to a Type-A, Type-B, or Type-C device via a legacy device adapter (not shown in FIG. 2).  The USB communication controller 214 is coupled to identify the device that is coupled at the other end of the legacy device adapter, via the signals CC1 250 and CC2 252.  The increase and decrease in the value of the voltage of VO 236 is realized by the charge pump 218.
[0030]           In one example, when a powered unit is connected, the USB Port Controller & Manager 224 may make the charge pump voltage VC 233 equal to VC_HIGH.  When a powered unit is disconnected, the USB Port Controller & Manager 224 may make the charge pump voltage VC 233 equal to VC_LOW.  Furthermore, when a powered unit is connected, the USB Port Controller & Manager 224 may enable the tri-state driver 220.  When a powered unit is disconnected, the USB Port Controller & Manager 224 may initially enable the tri-state driver 220 while the charge pump voltage VC 233 equal to VC_LOW and the voltage VBUS 242 discharges, and then disable the tri-state driver 220 after the voltage VBUS 242 has been discharged substantially to zero volts (vSafe0V).  In one example, when a powered unit is connected, the USB Port Controller & Manager 224 may not enable the tri-state driver 220 until the output voltage is VO 236 is 5 V. 
[0031]           The tri-state driver 220, when enabled, is coupled to transfer the charge pump voltage VC 233 to the signal VBEN 238.  The tri-state driver 220, when disabled, is coupled to output a high-Z value on the signal VBEN 238.  Thus it may be easily appreciated that the voltage on signal VBEN 238 will be substantially equal to the charge pump voltage VC_HIGH when the powered unit is connected.  The voltage on signal VBEN 238 will be initially substantially equal to the charge pump voltage VC_LOW when the powered unit is disconnected, and then later substantially high-Z, until the powered unit is connected again and the output voltage is VO 236 is 5 V. 
[0032]           When signal VBEN 238 is at VC_HIGH, the transistor Q1 240 is turned on.  When signal VBEN 238 is at VC_LOW or high-Z, the transistor Q1 240 is turned off.  Furthermore, a high-Z value of signal VBEN 238 may inhibit the transistor Q1 240 from turning on.
[0033]           In general, any time a powered unit is connected, the USB communication controller 214 may compare the value of the output voltage VO 236 to a desired value.  If the value of output voltage VO 236 is lower than the desired value, then the USB communication controller 214 may make the signal VBEN 238 high-Z, and may inhibit the transistor Q1 240 from turning on.  In one example, the USB communication controller 214 may make the signal VBEN 238 high when the output voltage VO 236 is equal to the desired value.  In the described example, the desired value of the output voltage may be 5 V.  In other examples, the value of the output voltage VO 236 being compared to may be other 5 V.
[0034]           When the transistor Q1 240 is on, the voltage VBUS 242 will be substantially equal to the output voltage VO 236 of the power converter 206.  The voltage across the capacitor CBUS 247 is substantially equal to the voltage VBUS 242. 
[0035]           When the transistor Q1 240 is on, the VBUS 242 may substantially charge to the desired output voltage VO 236.  At this time there may be some leakage current through the bleeder 244.  When the transistor Q1 240 is off, VBEN 238 is at VC_LOW and the VBUS 242 may discharge substantially to 0 V through the bleeder 244.  In one example, the discharging of the voltage VBUS 242 is realized by the bleeder 244 in accordance with the teachings of the present invention.
[0036]           Therefore, VBUS 242 is disconnected from the output terminal of the power converter 206 in response to either one of the lower value of the voltage VC_LOW or the high impedance signal high-Z on the drive terminal VBEN 238 of the USB communication controller 214 because transistor Q1 240 is turned off.  Similarly, VBUS 242 is connected to the output terminal of the power converter 206 in response to the lower value of the voltage VC_HIGH on the drive terminal VBEN 238 of the USB communication controller 214 because transistor Q1 240 is turned on.
[0037]           FIG. 3 illustrates an example of a power converter 306 that may be included in a USB communication system 300, which may be used in a charging unit.  It is appreciated that power converter 306 and USB communication system 300 of FIG. 3 may be examples of power converter 206 and USB communication system 200 of FIG. 2, and that similarly named and numbered elements referenced below may therefore be coupled and function similar to as described above.  Specifically, FIG. 3 illustrates an example power converter 306 coupled to receive a dc input voltage VIN 304 and coupled to provide an output voltage VO 336 at a node N1 310. The example power converter 306 in FIG. 3 is a flyback converter.  In other examples, the power converter 306 may be any other type of dc-dc or ac-dc converter.  The power converter 306 is a functional block diagram illustrating one example of a dc-dc power converter that receives an input voltage VIN 304 via an input power connector (not shown) to produce an output voltage VO 336 and an output current IO 334 at a load.  In one described example, the transistor Q1 240 and the other circuitry associated with the socket 258, as described for example in FIG. 2 previously, may be considered as a load.  The input power connector (not shown) may be coupled to receive an ac voltage from a wall socket.  In an example of an ac-dc power converter, the dc input voltage VIN 304 may be a rectified and filtered ac input voltage.
[0038]           As shown in the depicted example, power converter 306 further includes an energy transfer element T1 305, a primary winding 307, a secondary winding 311, a bias winding 309, a clamp circuit 313, a primary control circuit 315, a primary switch S1 317, resistors R1 335 and R2 337, a secondary control circuit 321, a synchronous rectifier 330, and an output capacitor CO 332.  Input voltage VIN 304 is positive with respect to an input return 354.  Output voltage VO 336 is positive with respect to an output return 356.  The energy transfer element T1 305, may also be a referred to as a coupled inductor.  A coupled inductor is sometimes referred to as a transformer.  The transformer T1 305 is illustrated as having three windings, a primary winding 307 with NP turns, a secondary winding 311 with NS turns, and a bias winding 309 with NB turns.  The voltages on the windings are related by the number of turns on each winding.  Secondary winding 311 of the transformer T1 305 is galvanically isolated from the primary winding 307 and bias winding 309.
[0039]           FIG. 3 also illustrates a primary drive signal 319, primary current IP 323, a primary current sense signal 345, primary voltage VP 329, a secondary current IS 343, a secondary voltage VS 333, a secondary drive signal 347, a synchronous rectifier voltage VSR 349, a secondary current sense signal 345, a bias winding voltage VB 331, a bias winding current IB 339, and a primary switch current ID 327.
[0040]           As shown in the depicted example, the primary switch S1 317 opens and closes in response to the primary drive signal 319 from the primary control circuit 315.  In one example, primary switch S1 317 may be a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).  In another example, primary switch S1 317 may be a bipolar junction transistor (BJT).  In yet another example, primary switch S1 317 may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or other suitable switch.  The primary control circuit 315 and the primary switch S1 317 may be integrated.
[0041]           In one example, the primary control circuit 315 generates the primary drive signal 319 in response to the bias voltage signal 341 to turn the primary switch S1 317 on or off.  The primary switch S1 317 is closed when it is on, and open when it is off.  Primary control circuit 315 may also be responsive to the primary current sense signal 345, which indicates the value of primary switch current ID 327 in primary switch S1 317.  Any of the several ways practiced in the art to sense current in a switch may provide the primary current sense signal 345.  In one example, primary drive signal 319 turns primary switch S1 317 off when the primary current sense signal 345 reaches a predetermined value. 
[0042]           The clamp circuit 313 is coupled across the primary winding 307.  In operation, all of the energy stored by the primary current IP 323 through primary winding 307 cannot be transferred to other windings due to imperfect magnetic coupling between primary winding 307 and the other windings of the energy transfer element.  In the example power converter 306, energy that cannot be transferred to other windings is received by the clamp circuit 313.  The clamp circuit 313 limits the voltage across primary winding 307 to protect the primary switch S1 317 from damage by excessive voltage.
[0043]           In one example, the primary control circuit 315 controls the switching of the primary switch S1 317 with the primary drive signal 319 in response to a primary current sense signal 345 and a bias voltage signal 341.  The bias voltage signal 341 may be the bias winding voltage VB 331 scaled by the resistors R1 335 and R2 337.  In the depicted example, primary control circuit 315 controls the switching of the primary switch S1 317 to regulate the output of the power converter to the desired regulated value.  The output may be a voltage, a current, or a combination of a voltage and a current.  The example power converter 306 illustrates the primary control circuit 315 regulating the output voltage VO 336 and an output current IO 334 at a load (not shown in FIG. 3) via a node N1 310.  The capacitor CO 332 has a sufficient capacitance such that the output voltage VO 336 is substantially a dc voltage.
[0044]           The power converter 306 further includes a secondary control circuit 321 that operates a synchronous rectifier 330, while secondary winding 311 delivers the secondary current IS 343 to the output.  In the example shown, the secondary control circuit 321 receives the voltage VS 333 at secondary winding 311.  Secondary control circuit 321 produces a secondary drive signal 347 that controls the synchronous rectifier 330. The primary control circuit 315 controls the primary switch S1 317, in response to the change in the bias winding voltage VB 331 to control the primary switch S1 317 such that output voltage VO 336 is regulated to the desired regulated voltage.
[0045]           FIG. 4 illustrates a portion of an example charging unit included in a USB communication system as shown in FIG. 2.  In particular, FIG. 4 illustrates a portion of an example charging unit (not shown) with the details of an example bleeder circuit in accordance with the teachings of the present invention.  As shown in the depicted example, FIG. 4 includes a power converter 406, a transistor Q1 440, a bleeder 444, a capacitor CBUS 447, and a Type A/B/C socket 458, hereafter, socket 458.  All of the circuit elements of FIG. 4 are coupled to behave similar to corresponding circuit elements in FIG.2 and FIG. 3, and therefore similarly named and numbered elements referenced below may therefore be coupled and function similar to as described above.  The power converter 406 is coupled to provide an output current IO 434 and output voltage VO 436 at a node N1 410.  The output of the power converter 406 is coupled to the transistor Q1 440 via the node N1 410. As shown the socket 458 is coupled to exchange signals D+ 446, D- 448, CC1 450, and CC2 452 with the USB communication controller (not shown). In one example if the socket 458 is Type A/B, then the signals exchanged with the USB communication controller are D+ 446 and D- 448; and if the socket 458 is Type C, then the signals exchanged with the USB communication controller are CC1 450 and CC2 452.
[0046]           Also shown in FIG. 4 is a signal VBEN 438 output from a drive discharge terminal of the USB communication controller (not shown in FIG. 4).  The signal VBEN 438 may have a value VC_HIGH, or VC_LOW, or high-z.  In one example, the bleeder 444 may include a resistor RB 441.  In other examples, the bleeder 444 may include additional active or passive circuit elements, such as for example, transistors, diodes, and the like.  One end of the resistor RB 441 is coupled to the control terminal (gate) of the transistor Q1 440 and other end of the resistor RB 441 is coupled to the source terminal of the transistor Q1 440.  The gate of the transistor Q1 440 is also coupled to receive a signal VBEN 438 from the USB communication controller (not shown in FIG. 4).  In one example, when the voltage on the signal VBEN 438 is equal to VC_HIGH (charge pump voltage not shown in FIG. 4), the transistor Q1 440 is turned on and VBUS 442 is substantially equal to the desired output voltage VO 436.  At this time some leakage current may flow through the resistor RB 441, but the amount of leakage current may be minimized by selection of a high value of the resistor RB 441.  In one example, when the voltage at signal VBEN 438 is equal to VC_LOW (charge pump voltage not shown in FIG. 4), the transistor Q1 440 is turned off, and VBUS 442 substantially discharges to 0 V via the resistor RB 441. The voltage on the capacitor CBUS 447 is substantially equal to the voltage VBUS 442.  In one example, the time taken for the voltage VBUS 442 to discharge to 800 mV is 500 ms.
[0047]           As explained earlier, when a powered unit (not shown in FIG. 4) is connected to the charging unit, the signal VBEN 438 may have the value VC_HIGH and turn on the transistor Q1 440.  The VBUS 442 is substantially equal to the desired output voltage VO 436, which in one example may be 5 V.
[0048]           FIG. 5 illustrates a portion of another example charging unit included in a USB communication system according as shown in FIG. 2.  Accordingly, similarly named and numbered elements referenced below may therefore be coupled and function similar to as described above.  Specifically, FIG. 5 illustrates a portion of an example charging unit (not shown) including another example of a bleeder circuit.  Also illustrated in FIG. 5 are a power converter 506, a transistor Q1 540, a bleeder 544, a capacitor CBUS 547, and a Type A/B/C socket 558, hereafter, 558.  All of the circuit elements of FIG. 5 are coupled to behave similar to the corresponding circuit elements in FIG.2 and FIG. 3.  The power converter 506 is coupled to provide an output current IO 534 and output voltage VO 536 at a node N1 510.  The output of the power converter 506 is coupled to the transistor Q1 540 via the node N1 510.  As shown the socket 558 is coupled to exchange signals D+ 546, D- 548, CC1 550, and CC2 552 with the USB communication controller (not shown).  In one example if the socket 558 is Type A/B, then the signals exchanged with the USB communication controller are D+ 546 and D- 548; and if the socket 558 is Type C, then the signals exchanged with the USB communication controller are CC1 550 and CC2 552. Also shown in FIG. 5 is a signal VBEN 538 from the drive discharge terminal of the USB communication controller (not shown in FIG. 5). The signal VBEN 538 may have a value VC_HIGH, or VC_LOW, or high-z.
[0049]           In one example, the bleeder 544 includes a first resistor R1 541, a second resistor R2 543, and a diode D1 545.  In other examples, the bleeder 544 may include additional active or passive elements such as for example transistors, diodes, and the like.  A first end of the resistor R2 543 is coupled to the gate of the transistor Q1 540, and a second end of the resistor R2 543 is coupled to a first end of the resistor R1 541.  A second end of R1 541 is coupled to the source terminal of the transistor Q1 540.  A first end of the diode D1 545 is coupled to the first end of the resistor R2 543 and a second end of the diode D1 545 is coupled to the second end of the resistor R2 543.  The gate of the transistor Q1 540 is also coupled to receive a signal VBEN 538 from the USB communication controller (not shown in FIG. 5). In one example, when the voltage on the signal VBEN 538 is equal to VC_HIGH (charge pump voltage not shown in FIG. 5), the transistor Q1 540 is turned on, and VBUS 542 is substantially equal to the desired output voltage VO 536.  At this time some leakage current may flow through the resistors R1 541, R2 543, and the diode D1 545.  An advantage of the bleeder 544 of FIG. 5 is that the amount of leakage current may be minimized by selection of a higher value of the resistor R1 541. When voltage on the signal VBEN 538 is equal to VC_LOW, the transistor Q1 540 is turned off and VBUS 542 decreases substantially to 0 V via the bleeder 544. In one example, the voltage on the capacitor CBUS is substantially equal to the voltage VBUS 542. 
[0050]           As explained earlier, when a powered unit (not shown in FIG. 5) is connected to the charging unit, the signal VBEN 538 may have the value VC_HIGH and turn on the transistor Q1 540.  At this time the VBUS 542 is substantially equal to the desired output voltage VO 536, which in one example may be 5 V. 
[0051]           FIG. 6 is an example flow diagram 600 illustrating an example process for charging and discharging a USB connector voltage in accordance with the teachings of the present invention.
[0052]           After starting at process block 601, it may be checked at decision block 602 if the powered unit is connected or not.  If the powered unit is connected, then the process moves to decision block 603, otherwise the process moves to process block 605. At decision block 603 it can be checked if a VBUS signal is asserted by a USB host. If yes, then the process may proceed to process block 604, otherwise the process may again proceed back to decision block607.
[0053]           At process block 604, the charge pump voltage VC may be increased to VC_HIGH.  Referring briefly to FIG. 2, when the charge pump voltage is at VC_HIGH, the transistor Q1 240 will be turned on, and the voltage VBUS 242 will be substantially equal to the output voltage 236. In other words, the bleeder 244 may be turned off.  In one example, when the charge pump voltage is at VC_HIGH, the bleeder may not be turned on. At the end of process block 604, the process may proceed back to decision block 602.
[0054]           At process block 605, upon detecting that the powered unit is not connected, the charge pump voltage VC may be decreased to VC_LOW.  Referring briefly to FIG. 2, when the charge pump voltage is at VC_LOW, the transistor Q1 240 will be turned off, and the bleeder 244 will be turned on.  At this time the voltage VBUS 242 may begin to discharge substantially to zero volts (vSafe0V) through bleeder 244.  At the end of process block 605, the process proceeds to the decision block 606.
[0055]           At decision block 606, it may be checked if the voltage VBUS is equal to zero or not.  If the voltage VBUS has not decreased to zero, then the proceeds back to the block 605.  If the voltage VBUS has decreased to zero, then the process may proceed to process block 607. 
[0056]           At process block 607, the signal VBEN may be made high-z.  Referring briefly to FIG. 2, a high-z value of the signal VBEN 238, may prevent the transistor Q1 240 from turning on.
[0057]           At the end of process block 607 the process may proceed to decision block 602.  When the voltage VBUS substantially reaches zero (indicating that VBUS has fully discharged), then the process may proceed to the beginning of the decision block 602 to check if the powered unit is connected or not.
[0058]           The above description of illustrated examples of the present invention, including what is described in the Abstract, are not intended to be exhaustive or to be limitation to the precise forms disclosed.  While specific embodiments of, and examples for, the invention are described herein for illustrative purposes, various equivalent modifications are possible without departing from the broader spirit and scope of the present invention.  Indeed, it is appreciated that the specific example voltages, currents, frequencies, power range values, times, etc., are provided for explanation purposes and that other values may also be employed in other embodiments and examples in accordance with the teachings of the present invention. 
CLAIMS
What is claimed is:
1.  A circuit for use with a Universal Serial Bus (USB) socket, the circuit comprising 
a power converter coupled to receive an input voltage at an input terminal and coupled to provide an output voltage at an output terminal;
a transistor coupled between the output terminal of the power converter and a bus voltage terminal of the USB socket;
a USB communication controller coupled to the USB socket, wherein the USB communication controller includes an output terminal coupled to a control terminal of the transistor; and
a bleeder circuit coupled between the output terminal of the USB communication controller and the bus voltage terminal of the USB socket.
2.  The circuit of claim 1, wherein a first terminal of the transistor is coupled to the output terminal of the power converter, and wherein a second terminal of the transistor is coupled to the bus voltage terminal of the socket.
3.  The circuit of claim 1, wherein the bleeder has a first terminal coupled to the control terminal of the transistor, and a second terminal coupled to the second terminal of the transistor.
4.  The circuit of claim 2, wherein the control terminal of the transistor is coupled to receive one of a first voltage signal, a second voltage signal, or a high impedance signal from the output terminal of the USB communication controller.
5.  The circuit of claim 1, wherein the bus voltage terminal is coupled to receive the output voltage of the power converter when the transistor is turned on, and wherein the bus voltage terminal is coupled to substantially discharge to zero volts through the bleeder circuit when the transistor is turned off.
6.  The circuit of claim 1, wherein the controller comprises a charge pump coupled to a tri-state driver, wherein the tri-state driver is further coupled to the output terminal of the USB communication controller to output a drive signal.
7.  The circuit of claim 6, wherein the charge pump is coupled to output a voltage to an input of the tri-state driver.
8.  The circuit of claim 6, wherein the tri-state driver is coupled to receive a control signal, wherein the tri-state driver is turned on when the control signal is a logic high, and wherein the tri-state driver is turned off when the control signal is logic low.
9.  The circuit claim 8, wherein the tri-state driver is coupled to output a charge pump voltage on the drive signal at the output terminal of the USB communication controller when the tri-state driver is turned on, and wherein the tri-state driver is coupled to output the high impedance signal at the output terminal of the USB communication controller when the tri-state driver is turned off.
10.  The circuit of claim 9, wherein the transistor is coupled to be turned on and off in response to the drive signal, and wherein the transistor is coupled to be turned off in response to the high impedance signal.
11.  The circuit of claim 9, wherein the drive signal is coupled to turn the transistor on and off in response to a higher value of the charge pump voltage, and wherein the bus voltage terminal is coupled to substantially discharge to zero volts through the bleeder circuit in response to a lower value of the charge pump voltage.
12.  The circuit of claim 1, wherein the bleeder circuit comprises a resistor.
13.  A method of charging a bus voltage terminal of a USB connector, comprising:
turning on a transistor coupled between an output terminal of a power converter and the bus voltage terminal of the USB socket in response to a higher value of a voltage on a drive terminal of a controller, wherein a control terminal of the transistor is coupled to receive the higher value of voltage from the drive terminal;
turning off the transistor in response to a lower value of the voltage on the drive terminal of a controller, wherein the control terminal of the transistor is coupled to receive the lower value of voltage from the drive terminal;
discharging the bus voltage terminal of the USB socket through a bleeder circuit coupled between the bus voltage terminal of the USB socket and the drive terminal of the controller in response to the lower value voltage on the drive terminal; and
turning off the transistor in response to a high impedance signal on the drive terminal of the controller after the bus voltage terminal of the USB socket has been discharged.
14.  The method of claim 13, wherein the bus voltage terminal of the USB socket is disconnected from the output terminal of the power converter in response to either one of the lower value of the voltage or the high impedance signal on the drive terminal of the controller
15.  The method of claim 13, wherein the bus voltage terminal of the USB socket is connected to the output terminal of the power converter through the transistor in response to the higher value of the voltage on the drive terminal of the controller
16.  The method of claim 13, further comprising checking if a powered unit is connected to the USB socket.
17.  The method of claim 16, wherein said turning on the transistor coupled between the output terminal of the power converter and the bus voltage terminal of the USB socket occurs in response to the powered unit being connected to the USB socket.
18.  The method of claim 16, wherein said turning off the transistor coupled between the output terminal of the power converter and the bus voltage terminal of the USB socket occurs in response to the powered unit being disconnected to the USB socket.
ABSTRACT OF THE DISCLOSURE
A circuit for use with a Universal Serial Bus (USB) socket includes a power converter coupled to receive an input voltage at an input terminal and coupled to provide an output voltage at an output terminal.  A transistor is coupled between the output terminal of the power converter and a bus voltage terminal of the USB socket.  A USB communication controller is coupled to the USB socket.  The USB communication controller includes an output terminal coupled to a control terminal of the transistor.  A bleeder circuit is coupled between the output terminal of the USB communication controller and the bus voltage terminal of the USB socket.
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