(57)【要約】【課題】ＵＳＢケーブル長を長く延長しても、ＵＳＢデバイスが動作可能な電源電圧の供給を行うＵＳＢ電源昇圧器を提供する。【解決手段】ＵＳＢケーブルによりＵＳＢホスト１からの電源電圧をＵＳＢデバイス７に供給する際に、ＵＳＢ電源昇圧器１０を、ＵＳＢケーブルの任意の箇所に挿入して、ＵＳＢデバイス７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、前記電圧閾値まで昇圧して、ＵＳＢデバイス７側へＵＳＢケーブルを介して出力する。ＵＳＢデバイス７が切断した場合には、あるいは、ＵＳＢデバイス７へ出力する電源電圧が前記電圧閾値以上の状態になった場合には、ＵＳＢ電源昇圧器１０における電源電圧の昇圧動作を休止する。ＵＳＢ電源昇圧器１０を昇圧コイル方式のＤＣ−ＤＣコンバータにより構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）規格に準拠するＵＳＢ電源昇圧器であって、ＵＳＢケーブルによりＵＳＢホストからの電源電圧をＵＳＢデバイスに供給する際に、前記ＵＳＢホストと前記ＵＳＢデバイスとを接続するＵＳＢケーブルの任意の箇所に挿入して、前記ＵＳＢホストから前記ＵＳＢケーブルを介して入力されてくる電源電圧によって動作し、当該ＵＳＢ電源昇圧器から前記ＵＳＢデバイスへ出力する電源電圧をあらかじめ定めた電圧閾値に昇圧して、前記ＵＳＢデバイス側へＵＳＢケーブルを介して出力することを特徴とするＵＳＢ電源昇圧器。
【請求項２】
前記ＵＳＢデバイスが切断した状態にある場合には、電源電圧の昇圧動作を休止することを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢ電源昇圧器。
【請求項３】
前記ＵＳＢデバイスへ出力する電源電圧が、前記電圧閾値以上になった場合、電源電圧の昇圧動作を休止することを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢ電源昇圧器。
【請求項４】
前記ＵＳＢホストからの電源ケーブルに一端を接続するコイルと、該コイルの他端に一端を接続し、他端をアースに接続するスイッチングトランジスタと、前記コイルの他端に一端を接続し、他端を出力用のＵＳＢケーブルに接続するショットキーダイオードと、前記ショットキーダイオードの他端と前記出力用のＵＳＢケーブルとに一端を接続し、他端をアースに接続する出力コンデンサと、前記スイッチングトランジスタのゲートに接続し、内蔵する発振器の発振周期に応じて前記ゲートを制御するドライブ制御回路、とを備え、かつ、前記出力コンデンサの出力電圧レベルを前記電圧閾値と比較して、前記ドライブ制御回路の動作を制御する電圧監視回路を備えて構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＵＳＢ電源昇圧器。
【請求項５】
前記電圧監視回路は、前記出力コンデンサの出力電圧レベルが前記電圧閾値よりも低いことを検知した場合、前記ドライブ制御回路を動作させ、前記電圧閾値以上か、あるいは、前記出力端子から出力電流が流れていないことを検知した場合、前記ドライブ制御回路の動作を停止させることを特徴とする請求項４に記載のＵＳＢ電源昇圧器。
【請求項６】
前記スイッチングトランジスタとして、ＮＰＮトランジスタ、ＰＮＰトランジスタまたは電界効果型トランジスタのいずれかを用いることを特徴とする請求項４または５に記載のＵＳＢ電源昇圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＳＢ電源昇圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１の特開２００３−２８０７７１号公報「車載機器」にも記載されているように、カーナビゲーションシステムなどの分野においても、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）を介して、ハードディスクや音楽プレイヤ、センサなどの各種の端末機器（ＵＳＢデバイス）を接続するようになってきている。図４は、従来の車載機器のＵＳＢ接続方法の一例を示す接続構成図であり、カーナビゲーションシステムにＵＳＢデバイスを接続する場合を示している。
【０００３】
図４に示すように、ＵＳＢホスト１として、ＵＳＢホストコントローラ４を搭載したカーナビゲーションシステムとＵＳＢデバイス７とは、ＵＳＢコネクタ５，６間を、電源ケーブルＶＢＵＳ、信号ケーブルＤ＋，Ｄ−、アースケーブルＧＮＤからなるＵＳＢケーブルにより接続されて構成されている。ＵＳＢホストコントローラ４は、ＵＳＢデバイス７に電源を供給するために、スイッチＳＷ３をＯＮにし、＋５Ｖ（最大電流容量１．５Ａ）の電源２を、ＵＳＢコネクタ５に接続して、電源ケーブルＶＢＵＳを介して、接続されているＵＳＢデバイス７に対して電源を供給する。
【０００４】
ＵＳＢデバイス７は、カーナビゲーションシステムつまりＵＳＢホスト１から電源ケーブルＶＢＵＳを介して供給される電源により動作する。ここで、ＵＳＢデバイス７の動作保証電圧範囲は、ＵＳＢホスト１の電源２の規格に従い、一般に、ＤＣ＋５Ｖ±５％である。
【特許文献１】特開２００３−２８０７７１号公報（第５−６頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図４のような従来の技術では、ＵＳＢコネクタ５，６間をＵＳＢケーブルによりそのまま直結しているため、ＵＳＢケーブル長が長くなってしまう場合には、ＵＳＢケーブル長の電圧降下により、電源ケーブルＶＢＵＳを介してＵＳＢデバイス７側に供給される電源電圧が低下してしまい、ＵＳＢデバイス７が動作しなくなる場合が生じる。
【０００６】
ＵＳＢデバイス７として、例えばＵＳＢフラッシュメモリなどの低消費電力のデバイスであれば、多少の電源電圧低下が生じても、動作することが可能であるが、ポータブルハードディスクやハードディスク音楽プレイヤなどのような消費電カが大きなデバイスの場合には、動作しなくなる可能性が高い。
【０００７】
特に、車載用のカーナビゲーションシステムなどをＵＳＢホストとして用いる場合には、車のセンタコンソールにカーナビゲーションシステムなどを取り付けて、背面からＵＳＢケーブルを配線せざるを得ないため、車種によっては、ＵＳＢケーブルをかなりの長さに亘って延長する必要があり、前述のように動作しないという現象が発生する。
【０００８】
つまり、ＵＳＢケーブル長に比例する線路抵抗のために消費される消費電力によって、ＵＳＢホスト１の電源２からの電源電圧は電圧降下してしまい、ＵＳＢデバイス７の動作保証電圧＋５Ｖ±５％を下回ってしまう。仮に、電源ケーブルＶＢＵＳのインピーダンスが１オーム、消費電流が５００ｍＡとなった場合には、０．５Ｖの電圧降下となり、ＵＳＢデバイス７の入カ点では、４．５Ｖに低下して、ＵＳＢデバイス７は動作しなくなる。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ＵＳＢケーブル長を延長するような場合であっても、ＵＳＢデバイスが確実に動作可能な電源供給を行うＵＳＢ電源昇圧器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の課題を解決するため、本発明によるＵＳＢ電源昇圧器は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１１】
（１）ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）規格に準拠するＵＳＢ電源昇圧器であって、ＵＳＢケーブルによりＵＳＢホストからの電源電圧をＵＳＢデバイスに供給する際に、前記ＵＳＢホストと前記ＵＳＢデバイスとを接続するＵＳＢケーブルの任意の箇所に挿入して、前記ＵＳＢホストから前記ＵＳＢケーブルを介して入力されてくる電源電圧によって動作し、当該ＵＳＢ電源昇圧器から前記ＵＳＢデバイスへ出力する電源電圧をあらかじめ定めた電圧閾値に昇圧して、前記ＵＳＢデバイス側へＵＳＢケーブルを介して出力するＵＳＢ電源昇圧器。
（２）前記ＵＳＢデバイスが切断した状態にある場合には、電源電圧の昇圧動作を休止する上記（１）のＵＳＢ電源昇圧器。
（３）前記ＵＳＢデバイスへ出力する電源電圧が、前記電圧閾値以上になった場合、電源電圧の昇圧動作を休止する上記（１）のＵＳＢ電源昇圧器。
（４）前記ＵＳＢホストからの電源ケーブルに一端を接続するコイルと、該コイルの他端に一端を接続し、他端をアースに接続するスイッチングトランジスタと、前記コイルの他端に一端を接続し、他端を出力用のＵＳＢケーブルに接続するショットキーダイオードと、前記ショットキーダイオードの他端と前記出力用のＵＳＢケーブルとに一端を接続し、他端をアースに接続する出力コンデンサと、前記スイッチングトランジスタのゲートに接続し、内蔵する発振器の発振周期に応じて前記ゲートを制御するドライブ制御回路、とを備え、かつ、前記出力コンデンサの出力電圧レベルを前記電圧閾値と比較して、前記ドライブ制御回路の動作を制御する電圧監視回路を備えて構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかのＵＳＢ電源昇圧器。
（５）前記電圧監視回路は、前記出力コンデンサの出力電圧レベルが前記電圧閾値よりも低いことを検知した場合、前記ドライブ制御回路を動作させ、前記電圧閾値以上か、あるいは、前記出力端子から出力電流が流れていないことを検知した場合、前記ドライブ制御回路の動作を停止させる上記（４）のＵＳＢ電源昇圧器。
（６）前記スイッチングトランジスタとして、ＮＰＮトランジスタ、ＰＮＰトランジスタまたは電界効果型トランジスタのいずれかを用いる上記（４）または（５）のＵＳＢ電源昇圧器。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＵＳＢ電源昇圧器によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００１３】
第一に、ＵＳＢ電源昇圧器をＵＳＢケーブルの任意の箇所に挿入して接続することができるので、ＵＳＢケーブルのケーブル長が長く延長されるような場合であっても、ＵＳＢデバイスの動作保証電圧である＋５Ｖ±５％の電源電圧を供給することが可能である。
【００１４】
第二に、ＵＳＢ電源昇圧器は、ＵＳＢホスト側の電力で動作可能としており、構成部品として、小型部品で、かつ、少ない部品点数で構成することができるので、例えば３ｃｍ×３ｃｍ程度の小型サイズで実現することができ、所望する任意の場所に収容することができる。
【００１５】
第三に、たとえ、ＵＳＢケーブル長が長く延長されたとしても、ＵＳＢデバイスへの電源電圧の入力点で、動作保証電圧範囲である＋５Ｖ±５％の電源電圧を供給可能としているので、従来は、動作不可能であった大消費電力のＵＳＢデバイスであっても動作可能になり、動作可能なＵＳＢデバイス数を格段に増加させることができる。また、ＵＳＢデバイスの設置場所も任意の場所とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明によるＵＳＢ電源昇圧器の好適な実施例について添付図を参照して説明する。本発明によるＵＳＢ電源昇圧器は、ＵＳＢケーブルの任意の箇所に挿入して用いることが可能であり、例えば、ＵＳＢデバイスの直前の位置に挿入接続して、定格電圧である＋５Ｖまで昇圧して、ＵＳＢデバイスに動作保証電圧の電源を供給することができる。
【００１７】
（ＵＳＢ電源昇圧器の接続構成）
図１に、本発明によるＵＳＢ電源昇圧器のＵＳＢケーブルへの接続構成の一例を示す。図１に示すように、本発明によるＵＳＢ電源昇圧器１０をＵＳＢコネクタ１１，１２によりＵＳＢホスト１とＵＳＢデバイス７との間を接続しているＵＳＢケーブル上の任意の箇所に挿入して接続することが可能であるが、図１には、ＵＳＢデバイスの直前の位置に挿入している例を示している。
【００１８】
ここで、ＵＳＢ電源昇圧器１０は、ＵＳＢホスト１からの電源ケーブルＶＢＵＳをＵＳＢコネクタ１１から引き込んで、電源電圧を所定の定格電圧レベル（＋５Ｖ）まで昇圧する昇圧回路１３を内蔵しており、昇圧回路１３にて昇圧された電源電圧がＵＳＢコネクタ１２から電源ケーブルＶＢＵＳを介してＵＳＢデバイス７に対して供給される。また、アースケーブルＧＮＤにより昇圧回路１３のアース電位を設定している。一方、ＵＳＢケーブル中のその他のケーブルつまり信号ケーブルＤ＋，Ｄ−は、ＵＳＢコネクタ１１からＵＳＢコネクタ１２に直結されており、ＵＳＢ電源昇圧器１０中をスルーに通過する。
【００１９】
次に、本発明によるＵＳＢ電源昇圧器１０の内部構成の一例を図２に基づいて説明する。図２は、本発明によるＵＳＢ電源昇圧器１０の内部構成の一例を示す回路図であり、コイルを用いたＤＣ−ＤＣコンバータによって構成している例を示している。なお、昇圧回路としては、コイルを用いる代わりに、例えば、複数のコンデンサを用いてチャージアップするチャージポンプ方式を用いて構成するようにしても良い。
【００２０】
図２に示すように、ＵＳＢ電源昇圧器１０は、昇圧回路１３として、コイル１４、ショットキーダイオード１５、発振器ＯＳＣ  １６ａを内蔵のドライブ制御回路１６、電圧監視回路１７、ＮＰＮトランジスタ１８および出力コンデンサ１９を備えており、ＵＳＢホスト１からの電源ケーブルＶＢＵＳを、ＵＳＢコネクタ１１を介してコイル１４に接続し、ショットキーダイオード１５および出力コンデンサ１９の一端を、ＵＳＢコネクタ１２から電源ケーブルＶＢＵＳを介して、ＵＳＢデバイス７側に接続している。
【００２１】
ドライブ制御回路１６により、内蔵の発振器ＯＳＣ  １６ａが発振する一定周期で、ＮＰＮトランジスタ１８をＯＮ／ＯＦＦさせると、ＮＰＮトランジスタ１８がＯＮした時間帯では、コイル１４にエネルギーが蓄えられ、ＮＰＮトランジスタ１８がＯＦＦした時間帯では、ショットキーダイオード１５を介して、コイル１４に蓄えられたエネルギーが出力コンデンサ１９に蓄積される。出力コンデンサ１９に蓄積されたエネルギーは、ＵＳＢコネクタ１２、電源ケーブルＶＢＵＳを介して、昇圧された出力電圧として、ＵＳＢデバイス７側に出力される。
【００２２】
出力コンデンサ１９の出力電圧は、電圧監視回路１７によって監視されており、出力電圧が所定の定格電圧（＋５Ｖ）に達しているか否かに応じてドライブ制御回路１６のＮＰＮトランジスタ１８への制御動作を制御することにより、出力電圧が所定の定格電圧（＋５Ｖ）を維持して、ＵＳＢデバイス７側に供給するようにしている。
【００２３】
なお、図２には、スイッチングトランジスタとして、ＮＰＮトランジスタ１８を用いる場合を示しているが、場合によっては、ＰＮＰトランジスタを用いて構成するようにしても良いし、ＣＭＯＳ型などの電界効果型トランジスタを用いて構成しても良い。
【００２４】
（実施例の動作の説明）
次に、図１、図２に示すＵＳＢ電源昇圧器１０の動作概要の一例を図３のフローチャートを用いて説明する。図３は、本発明によるＵＳＢ電源昇圧器１０の動作概要の一例を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
まず、例えばカーナビゲーションシステムからの電源を用いて、動作保証電圧範囲＋５Ｖ±５％の電圧レベルで動作するＵＳＢデバイス７を使用しようとする場合、ＵＳＢホスト１とＵＳＢデバイス７との間のＵＳＢケーブルにＵＳＢ電源昇圧器１０を接続する（ステップＳ１）。この結果、ＵＳＢデバイス７は、電源ケーブルＶＢＵＳ、ＵＳＢ電源昇圧器１０を介して、ＵＳＢホスト１からの電源供給を受けて、動作を開始する（ステップＳ２）。
【００２６】
ＵＳＢ電源昇圧器１０の電圧監視回路１７は、ＵＳＢデバイス７がスイッチをＯＦＦして切断状態にあるか否かを、出力電流が流れるか否かにより常時監視しており（ステップＳ３）、切断した場合には（ステップＳ３のＹＥＳ）、ＵＳＢ電源昇圧器１０のドライブ駆動回路１６の動作を停止させることにより、ＵＳＢ電源昇圧器１０は休止状態に移行する。
【００２７】
一方、ＵＳＢデバイス７が動作中の状態にある限り（ステップＳ３のＮＯ）、出力コンデンサ１９の出力電圧つまりＵＳＢデバイス７側への電源ケーブルＶＢＵＳの電源電圧の電圧降下の有無を電圧監視回路１７により監視する動作が継続されている（ステップＳ４）。電源ケーブルＶＢＵＳの電源電圧の電圧降下が検知され、定格電圧＋５Ｖよりも低下した場合には（ステップＳ４のＹＥＳ）、ドライブ制御回路１６を駆動して、内蔵の発振器ＯＳＣ  １６ａの一定周期で、ＮＰＮトランジスタ１８のＯＮ／ＯＦＦ動作を行わせることにより、出力コンデンサ１９の出力電圧つまりＵＳＢデバイス７側への電源ケーブルＶＢＵＳの電源電圧の昇圧を行う（ステップＳ５）。昇圧動作は、出力コンデンサ１９の出力電圧は、定格電圧＋５Ｖに達するまで、繰り返し継続される。定格電圧＋５Ｖに達すると（ステップＳ４のＹＥＳ）、電圧監視回路１７は、ドライブ制御回路１６の動作を停止させることにより、ＵＳＢ電源昇圧器１０は休止状態に移行する。
【００２８】
なお、ＵＳＢ電源昇圧器１０に対してＵＳＢホスト１から供給される電力は、ＵＳＢデバイス７の消費電力とＵＳＢケーブルの電力損失量とＵＳＢ電源昇圧器１０の効率とを考慮して、設定される。現在、市販されているＰＣなどのＵＳＢホストとなる機器においては、本発明を適用するＵＳＢホスト１としての供給能力を満足するものが、既に、多数存在している。
【００２９】
かくのごとく、ＵＳＢ電源昇圧器１０は、コイル１４、ショットキーダイオード１５、ドライブ制御回路１６、電圧監視回路１７、ＮＰＮトランジスタ１８、出力コンデンサ１９程度と、回路規模も小さく、ＵＳＢホスト１側からの電カで十分に動作する構成であるため、充電電池を備える必要もなく、３ｃｍ×３ｃｍ程度の小さなサイズで十分に実現することができる。
【００３０】
今後、例えば車載用機器の分野においては、車内環境のより一層の向上を図るために、カーナビゲーションやカーオーディオなどに各種のＵＳＢデバイスを接続することができるタイプのものが増加してくる傾向にあり、ＵＳＢケーブルのケーブル長が長く延長されるような場合であっても、電源ケーブルＶＢＵＳからの供給電力が、∪ＳＢホスト１側の電源で十分に動作保証することが必要になる場面が増加する。
【００３１】
本発明によるＵＳＢ電源昇圧器１０は、ケーブル長が長く延長された場合であっても、ＵＳＢデバイス７としての動作保証電圧範囲の＋５Ｖ±５％の電源電圧を、確実に供給することが可能であり、かつ、回路規模も小さく、小型サイズであり、場所を選ばずに、手軽に使用することができる。
【００３２】
（本実施例の効果）
第一に、ＵＳＢ電源昇圧器１０をＵＳＢケーブルの任意の箇所に挿入して接続することができるので、ＵＳＢケーブルのケーブル長が長く延長されるような場合であっても、ＵＳＢデバイス７の動作保証電圧である＋５Ｖ±５％の電源電圧を供給することが可能である。
【００３３】
第二に、ＵＳＢ電源昇圧器１０は、ＵＳＢホスト１側の電力で動作可能としており、構成部品として、小型部品で、かつ、少ない部品点数で構成することができるので、例えば３ｃｍ×３ｃｍ程度の小型サイズで実現することができ、所望する任意の場所に収容することができる。
【００３４】
第三に、たとえ、ＵＳＢケーブル長が長く延長されたとしても、ＵＳＢデバイス７への電源電圧の入力点で、動作保証電圧範囲である５Ｖ±５％の電源電圧を供給可能としているので、従来は、動作不可能であった大消費電力のＵＳＢデバイス７であっても動作可能になり、動作可能なＵＳＢデバイス数を格段に増加させることができる。また、ＵＳＢデバイス７の設置場所も任意の場所とすることができる。
【００３５】
以上、本発明の好適実施例の構成を説明した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるＵＳＢ電源昇圧器のＵＳＢケーブルへの接続構成の一例を示す接続構成図である。
【図２】本発明によるＵＳＢ電源昇圧器の内部構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明によるＵＳＢ電源昇圧器の動作概要の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】従来の車載機器のＵＳＢ接続方法の一例を示す接続構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１          ＵＳＢホスト
２          電源
３          スイッチＳＷ
４          ＵＳＢホストコントローラ
５，６      ＵＳＢコネクタ
７          ＵＳＢデバイス
１０        ＵＳＢ電源昇圧器
１１，１２  ＵＳＢコネクタ
１３        昇圧回路
１４        コイル
１５        ショットキーダイオード
１６ａ      発振器ＯＳＣ
１６        ドライブ制御回路
１７        電圧監視回路
１８        ＮＰＮトランジスタ
１９        出力コンデンサ
Ｄ＋，Ｄ−  信号ケーブル
ＧＮＤ      アースケーブル
ＶＢＵＳ    電源ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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