(57)【要約】【課題】バスパワードUSB機器の消費電流を増やすことは難しい。【解決手段】USBケーブルとDCコネクタを備えるUSB機器において、DCコネクタとUSBコネクタとの変換ケーブルを採用し、2本のUSBケーブルに電源電圧が供給された状態を検出し、その論理積をもって、トランジスタ電源スイッチをオンする。USB変換ケーブルにはグランドの電位を上げる識別回路を内蔵させ、ACアダプタと区別させる。ACアダプタ接続時は、セルフパワードUSB機器として動作する。【選択図】図1
2005141732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線と最大許容電流が制限されている電源線よりなるデータ転送用インターフェースを具備する機器であり、
前記機器は、
信号線を伴う第1のインターフェース端子と、
第2のインターフェース端子と、
前記第1のインターフェース端子の電源線に接続される第1のスイッチと、
前記第2のインターフェース端子の電源線と前記第1のスイッチとの間に接続されている第2のスイッチと、
前記第1のインターフェース端子の電源線と前記第2のインターフェース端子の電源線のいずれかに接続され、前記電源線の電圧が所定以上の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧検出手段の出力端子によってオン/オフ制御されると共に、前記第1のインターフェース端子の電源線と前記第2のインターフェース端子の電源線のうち、前記電源電圧検出手段が接続されていない方の電源線の電圧を用いて前記第1及び第2のスイッチをオン/オフ制御する第3のスイッチと、
前記第1のインターフェース端子の信号線と、前記第1及び第2のスイッチの出力端子とに接続される本体部と
よりなることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
信号線と最大許容電流が制限されている電源線よりなるデータ転送用インターフェースを具備する機器であり、
前記機器は、
信号線を伴う第1のインターフェース端子と、
第2のインターフェース端子と、
前記第1のインターフェース端子の正極の電源線に接続される第1のスイッチと、
前記第2のインターフェース端子の正極の電源線と前記第1のスイッチとの間に接続され、前記第1のスイッチとの接続線が機器の電源線となる第2のスイッチと、
前記第2のインターフェース端子の正極の電源線に接続され、前記正極の電源線の電圧が所定以上の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧検出手段の出力端子によってオン/オフ制御されると共に、前記第1のインターフェース端子の電源線の電圧を用いて前記第1及び第2のスイッチをオン/オフ制御する第3のスイッチと、
前記第1のスイッチと、前記第3のスイッチと、前記第2のインターフェース端子の負極の電源線とに接続されている第4のスイッチと、
前記第2のスイッチと、前記第3のスイッチと、前記第2のインターフェース端子の負極の電源線とに接続されている第5のスイッチと、
前記第1のインターフェース端子の信号線と、前記第1及び第2のスイッチの出力端子とに接続される本体部と
よりなることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
信号線と最大許容電流が制限されている電源線よりなるデータ転送用インターフェースを具備する機器であり、
前記機器は、
信号線を伴うインターフェース端子と、
外部電源端子と、
前記インターフェース端子の正極の電源線に接続される第1のスイッチと、
前記外部電源端子の正極の電源線と前記第1のスイッチとの間に接続され、前記第1のスイッチとの接続線が機器の電源線となる第2のスイッチと、
前記インターフェース端子の正極の電源線に接続され、前記正極の電源線の電圧が第1の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する第1の電源電圧検出手段と、
前記外部電源端子の正極の電源線に接続され、接続される正極の電圧が第1の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する第2の電源電圧検出手段と、
前記外部電源端子の負極の電源線に接続され、前記インターフェース端子の正極の電源線が前記第1の電圧に達していることを前記第1の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の正極の電源線が前記第1の電圧に達していることを前記第2の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の負極の電源線が前記第1の電圧近傍に達していることに呼応して、前記第1及び第2のスイッチをオン動作させる制御回路と、
前記インターフェース端子の信号線と、前記第1及び第2のスイッチに接続される本体部と
よりなることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
前記制御回路は更に、
前記インターフェース端子の正極の電源線が前記第1の電圧に達していることを前記第1の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の正極の電源線が前記第1の電圧以上の電圧を前記第2の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の負極の電源線が前記第1の電圧近傍に達していないことに呼応して、前記第1及び第2のスイッチをオフ動作させることを特徴とする、請求項3記載の電子機器。
【請求項５】
前記機器は更に、
前記外部電源端子の正極の電源線に接続され、接続される正極の電圧が前記第1の電圧以上の電圧に達しているときにオン制御される第3のスイッチと
を備えることを特徴とする請求項4記載の電子機器。
【請求項６】
前記機器は更に、
前記外部電源端子の正極の電源線に接続され、接続される正極の電圧が前記第1の電圧を越える第2の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する第3の電源電圧検出手段と
を備え、
前記第3のスイッチは、前記外部電源端子の正極の電源線が前記第2の電圧に達していることを前記第3の電源電圧検出手段が検出することによってオン制御されることを特徴とする請求項5記載の電子機器。
【請求項７】
前記本体部はUSBデバイスであり、前記第3の電源電圧検出手段の検出出力信号線が前記本体部のセルフパワード/バスパワード切り替え制御信号として前記本体部に接続されていることを特徴とする請求項6記載の電子機器。
【請求項８】
信号線と最大許容電流が制限されている電源線よりなるデータ転送用インターフェース信号線と外部電源端子とを具備する機器に接続する電源供給ケーブルであり、
前記電源供給ケーブルは、
データ転送用インターフェース端子と、
前記機器の前記外部電源端子に接続される電源端子と、
前記データ転送用インターフェース端子の電源線と前記電源端子との間に接続され、上位装置に接続されて所定の電圧が印加されたことに呼応して前記電源端子の接地端子の電位を上昇させる接続認識回路と
を具備することを特徴とする電源供給ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばUSB等のインターフェースを具備する電子機器に関する。
特に、その電力供給部分に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、USB(ユニバーサルシリアルバス)端子(ポート)を備えた電気機器、例えばマウスやキーボード、CD-ROM、CD-R/RW、MO、DVDなどが知られている。
【０００３】
USBインターフェースでは、データの送受だけでなくホストから機器への電力供給が可能であり、このような機器をバスパワーデバイスと呼ばれている。バスパワーデバイスでは消費電流が最大100mAのローパワー機器と最大500mAのハイパワー機器が規定されている。なお、これに対して、外部電源等の自前の電源供給手段を備える機器をセルフパワーデバイスと呼ばれている。
【０００４】
このように、USBインターフェースの電源線には最大500mAの上限値があるため、消費電流が500mAを超える機器を使用する場合、ACアダプタやバッテリを別途搭載するなどして機器側で独自に電力を確保する必要があり、新たに電源回路や付属品を追加せざるを得なかった。
【０００５】
しかしながら、近年では特に機器の高機能化とともに省スペース化あるいはコスト低下が一層要求されており、ACアダプタや特別な付属品を用いることなく500mAを超える電流供給を受けて多様な機能を実現できることが望まれている。
【０００６】
本出願人は上記課題を解決する為、USBインターフェース信号線を2本以上用いて、1つのUSB端子の最大許容電流(500mA)を超える電流を容易に受けることができる電子機器にかかる発明を出願した。これを特許文献1として提示する。
【０００７】
【特許文献１】特開2002-297269号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献1には、2本のUSBインターフェースが接続された時に初めてUSB機器本体が完全に動作するようになるべく構成されたファームウェア及びデバイスドライバを含むシステムの技術内容が開示されている。より詳細には、電源調達の為に設けられるUSBインターフェース信号線を接続すると、例えばパソコン等の上位装置からはダミーのUSBデバイスが接続されているように振舞う。しかしながらこのような構成では、ユーザに対して上位装置にデバイスドライバをインストールする手間を生じさせ、使い勝手が悪くなる。ユーザによってはソフトウェアのインストールに失敗する場合もあり、ユーザに安定した動作を提供できないこととなってしまう。また、上位装置側にインストールされるデバイスドライバ及びUSB機器側にて稼働するファームウェアの構成が複雑になり、開発コストがかさむだけでなく、バグを誘発し易い。
【０００９】
もし、単純に、従来のUSB機器の電源を補助する為に電源線だけが接続されている第2のUSBインターフェースを設ける構成にすると、USBインターフェースケーブルの接続順序に気をつけなければならない。このように構成された装置では、信号線のある方のUSBインターフェースケーブルを先にホスト装置に接続すると、信号線が接続されている為に機器が動作を開始する。次にUSB機器はUSBのプロトコルに則り、上位装置と通信して、バスパワーデバイスで且つハイパワー機器である旨の報告を行い、最終的には500mAの電流を受けられるようになる。しかし、これでは機器に対する電源の供給は不十分であるので、機器全体に対する電源容量(電流)不足となる。この結果として、機器及び上位装置の動作が不安定になってしまう。すなわち、2本のUSBケーブルを同時に上位装置へ接続しないと、動作不良を起こす可能性がある。
【００１０】
本発明はかかる課題を解決し、2本のUSBケーブルの接続タイミングや接続順番を考慮することなく、1つのUSB端子の最大許容電流(500mA)を超える電流を安定した状態で容易に受けることができる電子機器を提供することを目的とする。
更に本発明では、2本のUSBケーブルが接続された時だけに限り、機器の動作を保証すると共に、どちらか1本のUSBケーブルが切断された時には、確実に機器の動作を停止させるように構成した、安定動作する電子機器を提供することを目的とする。
更に、この電子機器に接続する専用の電源供給用ケーブルを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明による電子機器は、請求項1より明らかな如く、信号線と最大許容電流が制限されている電源線よりなるデータ転送用インターフェースを具備する機器であり、
(a) 信号線を伴う第1のインターフェース端子と、
(b) 第2のインターフェース端子と、
(c) 前記第1のインターフェース端子の電源線に接続される第1のスイッチと、
(d) 前記第2のインターフェース端子の電源線と前記第1のスイッチとの間に接続されている第2のスイッチと、
(e) 前記第1のインターフェース端子の電源線と前記第2のインターフェース端子の電源線のいずれかに接続され、前記電源線の電圧が所定以上の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する電源電圧検出手段と、
(f) 前記電源電圧検出手段の出力端子によってオン/オフ制御されると共に、前記第1のインターフェース端子の電源線と前記第2のインターフェース端子の電源線のうち、前記電源電圧検出手段が接続されていない方の電源線の電圧を用いて前記第1及び第2のスイッチをオン/オフ制御する第3のスイッチと、
(g) 前記第1のインターフェース端子の信号線と、前記第1及び第2のスイッチの出力端子とに接続される本体部と
よりなることを特徴とするものである。
【００１２】
或は、本発明による電子機器は、請求項2のように、
(a) 信号線を伴う第1のインターフェース端子と、
(b) 第2のインターフェース端子と、
(c) 前記第1のインターフェース端子の正極の電源線に接続される第1のスイッチと、
(d) 前記第2のインターフェース端子の正極の電源線と前記第1のスイッチとの間に接続され、前記第1のスイッチとの接続線が機器の電源線となる第2のスイッチと、
(e) 前記第2のインターフェース端子の正極の電源線に接続され、前記正極の電源線の電圧が所定以上の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する電源電圧検出手段と、
(f) 前記電源電圧検出手段の出力端子によってオン/オフ制御されると共に、前記第1のインターフェース端子の電源線の電圧を用いて前記第1及び第2のスイッチをオン/オフ制御する第3のスイッチと、
(g) 前記第1のスイッチと、前記第3のスイッチと、前記第2のインターフェース端子の負極の電源線とに接続されている第4のスイッチと、
(h) 前記第2のスイッチと、前記第3のスイッチと、前記第2のインターフェース端子の負極の電源線とに接続されている第5のスイッチと、
(i) 前記第1のインターフェース端子の信号線と、前記第1及び第2のスイッチの出力端子とに接続される本体部と
を備えるものであっても良い。
【００１３】
或は、本発明による電子機器は、請求項3、4、5、6、7に示すように、
(a) 信号線を伴うインターフェース端子と、
(b) 外部電源端子と、
(c) 前記インターフェース端子の正極の電源線に接続される第1のスイッチと、
(d) 前記外部電源端子の正極の電源線と前記第1のスイッチとの間に接続され、前記第1のスイッチとの接続線が機器の電源線となる第2のスイッチと、
(e) 前記インターフェース端子の正極の電源線に接続され、前記正極の電源線の電圧が第1の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する第1の電源電圧検出手段と、
(f) 前記外部電源端子の正極の電源線に接続され、接続される正極の電圧が第1の電圧に達していることに呼応して制御信号を出力する第2の電源電圧検出手段と、
(g) 前記外部電源端子の負極の電源線に接続され、前記インターフェース端子の正極の電源線が前記第1の電圧に達していることを前記第1の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の正極の電源線が前記第1の電圧に達していることを前記第2の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の負極の電源線が前記第1の電圧近傍に達していることに呼応して、前記第1及び第2のスイッチをオン動作させると共に、前記インターフェース端子の正極の電源線が前記第1の電圧に達していることを前記第1の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の正極の電源線が前記第1の電圧以上の電圧を前記第2の電源電圧検出手段が検出し、且つ、前記外部電源端子の負極の電源線が前記第1の電圧近傍に達していないことに呼応して、前記第1及び第2のスイッチをオフ動作させる制御回路と、
(h) 前記外部電源端子の正極の電源線に接続される第3のスイッチと、
(i) 前記外部電源端子の正極の電源線に接続され、接続される正極の電圧が前記第1の電圧を越える第2の電圧に達していることに呼応して前記第3のスイッチをオン制御する制御信号を出力する第3の電源電圧検出手段と、
(j) 前記インターフェース端子の信号線と、前記第1及び第2のスイッチに接続され、前記第3の電源電圧検出手段の検出出力信号線が前記本体部のセルフパワード/バスパワード切り替え制御信号として接続されている、USBデバイスである本体部と
よりなるものでも良い。
【００１４】
また、請求項8に示すように、請求項3、4、5、6、7に示す機器に接続する電源供給用ケーブルは、データ転送用インターフェース端子と、前記機器の前記外部電源端子に接続される電源端子と、前記データ転送用インターフェース端子の電源線と前記電源端子との間に接続され、上位装置に接続されて所定の電圧が印加されたことに呼応して前記電源端子の接地端子の電位を上昇させる接続認識回路とを備えているものが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ノート型パソコン等の携帯用ホスト機器に接続されるUSB機器において、バスパワードモードであっても500mAを越える消費電流をホスト装置から安定した状態で受け入れる事ができる。また、2本のUSBケーブルが接続されて始めて機器が動作するので、ケーブルの接続順番やタイミングを考慮する必要がなく、ユーザにとって使い易い機器を提供できる。
請求項2以降の発明によって、接続されるUSBケーブルが1本だけの状態においては、USBデバイスに対する電源供給が確実に断たれるので、装置の誤動作の心配がなくなり、信頼性が向上する。
請求項3以降の発明によって、ACアダプタ接続時においては、セルフパワード機器として電流の制約なく動作することもできる。
ソフトウェア制御を必要としていた従来の技術と比べると、本発明では特殊なデバイスドライバを上位装置に適用する等の必要がなくなり、USBデバイスに対する依存性が大幅に減るので、装置の設計が極めて容易になると共に、ユーザに対してはソフトウェアをインストールする等の負担がなくなり、また機器及び上位装置の動作においてはソフトウェアに起因する不安定要素がなくなり、安定性が向上する。
従って、本発明によって、バスパワード機器の動作可能電流容量を、低コストで、簡単に、確実に、且つ安全に増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の基本となる技術思想は、2本のUSBケーブルが接続され、両方のケーブルから電源電圧が供給された状態を検出し、その論理積をもって、トランジスタ電源スイッチをオンする構成である。2本の電源ケーブルの電圧の論理積を実現する方法としては、両方の電源ケーブルの各々に電圧検出手段を接続し、その出力をANDゲートに与える方法と、片方の電源ケーブルに電圧検出手段を接続し、その電圧検出手段の出力にて制御され、もう片方の電源ケーブルから得られる電力にて制御信号を出力するトランジスタスイッチを設ける方法がある。いずれの場合も、2本の電源ケーブルが単一の上位装置に接続されて各々の電源ケーブルに所定の電圧が加わった状態になって初めてオン動作する。
【００１７】
ところで、FETはオン状態の時にドレイン-ソース間に逆方向の電流が流れ得る。このことは、一旦ゲート電圧を落してFETがオン状態になると、再びゲート電圧を上げない限り、FETはオン状態を維持し続けてしまうこととなる。すなわち、本発明の目的を実現するに際しては、2本の電源ケーブルの論理積でFETスイッチをオン制御するだけでなく、どちらか片方の電源ケーブルが切断された際には明示的にFETスイッチをオフ制御する処理が必要になる。
そこで、電源供給用のUSBケーブルのグランド側端子を回路内のグランドと分離し、FETスイッチのゲートを制御する論理回路のグランド端子に接続する。このように構成すると、電源供給用のUSBケーブルを切断すると、このグランド端子が電位的に浮いて、論理回路が動作しなくなる。結果として、FETスイッチはオフされる。
【００１８】
更に、本発明ではACアダプタでも稼働できるように構成した。
具体的には、第2のUSBケーブルの代わりにACアダプタ用ジャックを設け、USB機器のみの動作の時には、USBプラグとACアダプタ用プラグとの変換ケーブルを用いる。この変換ケーブルには識別回路が内蔵されており、グランド電位を上昇させるように構成されている。
第1の電源ケーブル、第2の電源ケーブルが共に+5Vの電圧を示し、第2の電源ケーブルのグランド端子の電位も+5Vであれば、2つのFETスイッチをオン制御する。
第2の電源ケーブルのグランド端子の電位が0Vであれば、2つのFETスイッチをオフ制御する。
更に、電圧検出回路によって第2の電源ケーブルが+5Vを越える電圧を検出したら、DC/DCコンバータを介してこの電力を機器へ供給する為の第3のFETスイッチをオン制御する。
本発明の上記および他の長所は、添付図面を参照して述べる本発明の好ましい実施形態の説明から明らかになるであろう。
【実施例１】
【００１９】
[装置の構成]
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例であるUSB機器の電源回路である。
USB機器1は電源回路部2とUSBデバイス3とよりなる。
電源回路部2は第1のUSBケーブル4の電源線Vc1と接地線G1、そして第2のUSBケーブル5の電源線Vc2と接地線G2が接続され、後続のUSBデバイス3に電源を供給する。
USBデバイス3は周知のUSB機器であり、それも比較的消費電流が多く、且つノートパソコン等の組み合わせにおいて多用される機器、例えばCD-RWドライブやDVD-RWドライブ等の光ディスク装置が該当する。
このUSBデバイス3は消費電流が1Aを越えない範囲で設計されているが、例えばディスクの記録時等、使用状態によっては500mAを越える場合もある。
また、第1のUSBケーブル4の信号線D+及びD-は直接USBデバイス3へ接続されている。
【００２０】
第1のUSBケーブル4の電源線Vc1には、電圧制御スイッチを構成するFETのTr4と、Tr4のゲートに電圧を供給する為の抵抗R3と、NPN型トランジスタスイッチTr1のコレクタが接続されている。
Tr4は周知のPチャネルエンハンスメント型パワーMOSFETであり、ゲート電圧をグランドに落すことにより、ドレイン-ソース間がオンになる。Tr4のゲートにはオープンコレクタのNOTゲートを構成するNPN型トランジスタスイッチTr2のコレクタが接続されている。なお、トランジスタスイッチTr2のエミッタは接地されている。
第2のUSBケーブル5の電源線Vc2には、第1のUSBケーブル4の電源線Vc1と同様に、電圧制御スイッチを構成するFETのTr5と、Tr5のゲートに電圧を供給する為の抵抗R4が接続されている他に、電圧検出回路6とトランジスタスイッチTr1のベースにバイアス電圧を供給する為の抵抗R1とが接続されている。
Tr5もTr4と同様、周知のPチャネルエンハンスメント型パワーMOSFETであり、ゲート電圧をグランドに落すことにより、ドレイン-ソース間がオンになる。Tr5のゲートにはTr4と同様にオープンコレクタのNOTゲートを構成するNPN型トランジスタスイッチTr3のコレクタが接続されている。なお、トランジスタスイッチTr3のエミッタもトランジスタスイッチTr2と同様に接地されている。
電圧検出回路6は、電源線Vc2にUSBの規定電源電圧である+5Vが供給されているか否かを検出する為のもので、電源線Vc2に+5V近傍の電圧があることを検出すると、内蔵する図示しないオープンコレクタ型トランジスタスイッチがオフ動作する。
電圧検出回路6の出力端子にはトランジスタスイッチTr1のベースが接続されており、電源線Vc2からR1を介してバイアス電圧が供給されている。
トランジスタTr1のコレクタは、前述の通り第1のUSBケーブル4の電源線Vc1に接続されている。
トランジスタTr1のエミッタは、抵抗R2を介して接地されていると共に、トランジスタスイッチTr2及びTr3のベースが、各々ベースへのバイアス抵抗R5及びR6を介して接続されている。
第1のUSBケーブル4の接地線G1及び第2のUSBケーブル5の接地線G2は、各々接地されている。
【００２１】
ところで、図1のUSB機器1は、典型的には持ち運びされることを想定して作られている装置である。
図1のUSB機器1は図示しないホスト装置に接続される。
ホスト装置は典型的にはノート型パソコン等の機器を想定している。
すなわち、第1のUSBケーブル4と第2のUSBケーブル5は、単一のホスト装置に備わっている2つのUSBコネクタに、各々接続されることを想定している。
なお、このホスト装置に関する条件は、後述する第2の実施例、第3の実施例、更に応用例において共通である。
【００２２】
[動作]
第1のUSBケーブル4が図示しない上位装置に接続されていると共に、第2のUSBケーブル5が上位装置に接続されていない状態では、電源線Vc1に+5Vが印加されているが、電源線Vc2に+5Vが印加されていない。
よって、電圧検出回路6は動作せず、トランジスタスイッチTr1のベース電位も上昇しないのでTr1はオフである。Tr1のエミッタに接続されているTr2及びTr3もオフであり、Tr4及びTr5のゲート電位も下がらないので、オフ状態を維持する。
この状態において、第2のUSBケーブル5を上位装置に接続すると、電源線Vc2に+5Vが印加される。
電源線Vc2に+5Vが印加されていることを電圧検出回路6が検出すると、電圧検出回路6に内蔵されている図示しないオープンコレクタ型トランジスタスイッチがオフ動作し、これによりトランジスタスイッチTr1のベース電位は上昇し、オン動作する。
Tr1のオン動作によってTr1のエミッタ電位はコレクタに加わっている電源線Vc1の電圧である+5Vまで上昇し、これに呼応してTr2及びTr3もオン動作する。
Tr2のオン動作により、Tr4のゲート電位はグランドまで下がり、Tr4はオン動作する。
Tr3のオン動作により、Tr5のゲート電位はグランドまで下がり、Tr5はオン動作する。
結果として、電源線Vc1及びVc2の電力はTr4及びTr5を介してUSBデバイス3に供給される。
【００２３】
第1のUSBケーブル4が上位装置に接続されていないと共に、第2のUSBケーブル5が上位装置に接続されている状態では、電源線Vc1に+5Vが印加されていないが、電源線Vc2に+5Vが印加されている。
よって、電圧検出回路6は動作し、トランジスタスイッチTr1のベース電位は上昇し、Tr1はオン動作する。
しかし、電源線Vc1には電圧が加わっていないので、トランジスタスイッチTr1のエミッタと抵抗R2との間には電位差が生じない。
よって、後続のトランジスタスイッチTr2及びTr3もオフであり、Tr4及びTr5のゲート電位も下がらないので、オフ状態を維持する。
この状態において、第1のUSBケーブル4を上位装置に接続すると、電源線Vc1に+5Vが印加される。
電源線Vc1に+5Vが印加されることにより、既にオン状態になっていながら電圧が加わっていない為に電位差が生じていなかった、トランジスタスイッチTr1のエミッタと抵抗R2との間に電位差が発生する。
すなわち、前述と同様に、Tr1のオン動作によってTr1のエミッタ電位はコレクタに加わっている電源線Vc1の電圧である+5Vまで上昇し、これに呼応してTr2及びTr3もオン動作する。
Tr2のオン動作により、Tr4のゲート電位はグランドまで下がり、Tr4はオン動作する。
Tr3のオン動作により、Tr5のゲート電位はグランドまで下がり、Tr5はオン動作する。
結果として、電源線Vc1及びVc2の電力はTr4及びTr5を介してUSBデバイス3に供給される。
【００２４】
以上に示すように、図1の回路では、第1のUSBケーブル4及び第2のUSBケーブル5がそれぞれ上位装置に接続された状態になって初めて、USBデバイス3に電源が供給される。
しかし、図1の回路には問題がある。
FETはオン状態の時にはドレイン-ソース間には順方向のみならず逆方向の電流も流れ得る。
すなわち、第1のUSBケーブル4及び第2のUSBケーブル5がそれぞれ上位装置に接続され、USBデバイス3に電源が供給されている状態において、第2のUSBケーブル5を上位装置から切断すると、第1のUSBケーブル4の電源線Vc1から電流がTr5を逆流して、電圧検出回路6及びバイアス抵抗R1にVc1の電圧が供給されてしまう。
よって、電圧検出回路6のオフ状態とTr1のオン状態が維持されるので、第2のUSBケーブル5を上位装置から抜いても、USBデバイス3には第1のUSBケーブル4の電源線Vc1の電圧が供給され続け、オフにならない。
結果として、USBデバイス3には電流容量が不足した状態で電源が供給され続けることとなり、USBデバイス3の動作が不安定になる可能性が生じる。
なお、第1のUSBケーブル4を先に切断する場合は、こちらも前述の場合と同様に電圧の逆流現象が発生してTr4及びTr5はオン状態を維持してしまうが、USBデバイス3と上位装置との信号線D+及びD-の接続、すなわち上位装置との通信が断たれることとなり、これによってUSBデバイス3の動作が実質的に停止するので、さほど問題はない。
そこで、この問題を解決し、いずれかのUSBケーブルを上位装置から切断すると確実に装置の電源供給が遮断されるべく構成した実施例を次に示す。
【実施例２】
【００２５】
[装置の構成]
図2は本発明の一実施例であるUSB機器の電源回路である。
図1と共通の部分は説明を省略し、図1と異なる箇所のみ説明する。
第2のUSBケーブルの接地線G2は接地されずに、トランジスタスイッチTr2とTr3のエミッタに接続されている。
トランジスタスイッチTr2及びTr3のエミッタは、第2のUSBケーブル5が上位装置に接続されると、上位装置のグランドを介して、第1のUSBケーブル4の接地線G1に接続されることとなる。
【００２６】
[動作]
第1のUSBケーブル4が上位装置に接続されていると共に、第2のUSBケーブル5が上位装置に接続されていない状態では、電源線Vc1に+5Vが印加されているが、電源線Vc2に+5Vが印加されていない。
よって、電圧検出回路6は動作せず、トランジスタスイッチTr1のベース電位も上昇しないのでTr1はオフである。Tr1のエミッタに接続されているTr2及びTr3もオフであり、Tr4及びTr5のゲート電位も下がらないので、オフ状態を維持する。
この状態において、第2のUSBケーブル5を上位装置に接続すると、電源線Vc2に+5Vが印加されると共に、接地線G2が上位装置のグランドに接続され、上位装置のグランドを介して第1のUSBケーブル4の接地線G1に接続され、接地される。
電源線Vc2に+5Vが印加されていることを電圧検出回路6が検出すると、電圧検出回路6に内蔵されている図示しないオープンコレクタ型トランジスタスイッチがオフ動作し、これによりトランジスタスイッチTr1のベース電位は上昇し、オン動作する。
Tr1のオン動作によってTr1のエミッタ電位はコレクタに加わっている電源線Vc1の電圧である+5Vまで上昇する。
これに呼応して、Tr2及びTr3の各々のエミッタは、接地線G2を介して接地線G1に接続されているので、ベース電流が流れ、両者共にオン動作する。
Tr2のオン動作により、Tr4のゲート電位はグランドまで下がり、Tr4はオン動作する。
Tr3のオン動作により、Tr5のゲート電位はグランドまで下がり、Tr5はオン動作する。
結果として、電源線Vc1及びVc2の電力はTr4及びTr5を介してUSBデバイス3に供給される。
【００２７】
第1のUSBケーブル4が上位装置に接続されていないと共に、第2のUSBケーブル5が上位装置に接続されている状態では、電源線Vc1に+5Vが印加されていないが、電源線Vc2に+5Vが接続されている。
しかし、接地線G2とUSB機器1のグランドは接続されていない。
よって、電圧検出回路6はオフ動作せず、このため、グランドとトランジスタスイッチTr1のベースが電圧検出回路6を通じて接続される。
すると、トランジスタスイッチTr1のベース-エミッタ間電位は等しくなり、Tr1はオンにならず、後続のトランジスタスイッチTr2及びTr3にもベース電流が流れないので、オン動作し得ない。
よって、Tr4及びTr5のゲート電位も下がらないので、オフ状態を維持する。
この状態において、第1のUSBケーブル4を上位装置に接続すると、電源線Vc1に+5Vが印加されると共に、接地線G1も上位装置に接続される。
すると、接地線G2は上位装置のグランドを介して接地線G1に接続され、接地線G1と接地線G2は共通のグランド電位(0V)となる。
これにより、電源線Vc1及びVc2に接続されている回路素子が全て有効に機能する。
先ず、電圧検出回路6は電源線Vc2の電圧を検出し、オフ動作になる。
トランジスタスイッチTr1のベースは電源線Vc2から抵抗R1を通じてベース電流が供給され、オン動作する。
すると、電源線Vc1はTr1のコレクタ-エミッタを通じて抵抗R5及びR6に接続される。
そして、接地線G1が上位装置に接続されることにより、Tr2及びTr3の各々のエミッタが接地されるので、オン動作する。
Tr2のオン動作により、Tr4のゲート電位はグランドまで下がり、Tr4はオン動作する。
Tr3のオン動作により、Tr5のゲート電位はグランドまで下がり、Tr5はオン動作する。
結果として、電源線Vc1及びVc2の電力はTr4及びTr5を介してUSBデバイス3に供給される。
【００２８】
本実施例に示す図2の回路では、図1の回路に存在していた、電源断時の不具合を解消している。以下にこの動作を説明する。
第1のUSBケーブル4及び第2のUSBケーブル5がそれぞれ上位装置に接続され、USB機器1内部のUSBデバイス3に電源が供給されている状態において、第1のUSBケーブル4を上位装置から切断すると、電源線Vc1に供給されていた+5Vの電圧がなくなると共に、接地線G1が切り離される。
接地線G1が上位装置から切り離されることにより、接地線G2はUSB機器1内のグランドから切り離される。これにより、電圧検出回路6は電源線Vc2の電圧を検出できなくなる。
すなわち、第1のUSBケーブル4を切断すると、第2のUSBケーブル5も実質的に切断されることとなる。
よって、電圧検出回路6はTr1のベース電位をグランドに落し、Tr1のコレクタ-エミッタ間は切断され、Tr1のエミッタはグランドに落ち、Tr2とTr3のベース電流も流れず、Tr4とTr5もオフとなる。
したがって、USBデバイス3への電源供給が遮断される。
【００２９】
第1のUSBケーブル4及び第2のUSBケーブル5がそれぞれ上位装置に接続され、USB機器1内部のUSBデバイス3に電源が供給されている状態において、第2のUSBケーブル5を上位装置から切断すると、電源線Vc2に供給されていた+5Vの電圧がなくなると共に、接地線G2が切り離される。
すると、Tr2及びTr3のエミッタはUSB機器1内のグランドから切り離され、ベース電流は流れなくなり、それぞれオフとなる。
Tr2及びTr3がオフになることに呼応して、Tr4及びTr5もオフになる。
よって、電源線Vc1からTr4及びTr5を経由した逆流が阻止されるので、USBデバイス3への電源供給が遮断される。
すなわち、本実施例では、第1のUSBケーブル4と第2のUSBケーブル5のいずれかを上位装置から切断すると、USBデバイス3への電源供給が確実に遮断される。
【実施例３】
【００３０】
[装置の構成]
図3は本発明の一実施例であるUSB機器の全体図であり、図4は本発明の一実施例であるUSB機器の電源回路である。
DVD-RW装置20は、USBケーブル21とDCジャック22が設けられている。
DCジャック22は周知の直流電源用ジャックであり、これにはACアダプタ24とUSB変換ケーブル23が選択的に接続される。
ACアダプタ24は周知のトランスとダイオード整流器とコンデンサとコイルよりなるAC-DC変換器であり、DCプラグ24aを通じて、バスパワーより高い電圧を出力する。例えば+9Vである。
USB変換ケーブル23はUSBインターフェースの電源線をDVD-RW装置20のDCジャック22へ接続するための変換ケーブルであり、外見的にはUSBプラグ23aとDCプラグ23bよりなる。内部には変換ケーブル検出回路として、スイッチング用のPNPトランジスタTr9と抵抗R10と抵抗R11が設けられている。
USB変換ケーブル23内の変換ケーブル検出回路は、上位装置とDVD-RW装置20をUSB変換ケーブル23にて接続した際に、DVD-RW装置20のDCジャック22の-側端子に+5Vを出力する為のものである。
上位装置にUSB変換ケーブル23を接続すると、トランジスタTr9のベース-エミッタ間にバイアス抵抗R10を介してベース電流が流れ、これによりトランジスタTr9のコレクタ-エミッタ間が導通し、DCプラグ23aの-側端子に+5Vが現れる。
【００３１】
以下、図4において前述の図1及び図2と異なる点のみ説明する。
USBケーブル21の電源線Vc1には+5Vを検出する第1の電圧検出回路7が接続されている。
DCジャック22の電源線Vc2には+5Vを検出する第2の電圧検出回路6'が接続されている。
第1の電圧検出回路7と第2の電圧検出回路6'は、電源が接続された際の逆流による上位装置の破壊を防止する為に、各々狭い電圧範囲のみ検出するべく設計されている。
例えば、+5±0.3V程度の範囲である。
第1の電圧検出回路7と第2の電圧検出回路6'の検出出力はANDゲート9に接続される。
ANDゲート9の出力はそれぞれトランジスタスイッチTr2及びTr3に、ベース抵抗R6及びR5を介して接続される。
電源線Vc1と電源線Vc2にはそれぞれ逆流防止ダイオードD1とD2が接続され、ANDゲート9の電源となる。
DCジャック22の電源線Vc2には更に、+6V以上を検出する第3の電圧検出回路8が接続されている。
第3の電圧検出回路8の検出出力は、後続のDC/DCコンバータ10の制御端子に供給される。
DC/DCコンバータ10は、周知のPWM制御の降圧DC/DCコンバータであり、出力電圧を+5Vに保つ。
また、第3の電圧検出回路8の検出出力は、FETスイッチTr7のオン/オフ制御用トランジスタスイッチTr8にも、ベース抵抗R9を介して接続されている。
更に、第3の電圧検出回路8の検出出力は、USBデバイス3のセルフパワー/バスパワー切り替え制御信号入力端子に接続されている。
Tr7のソース-ゲート間にはバイアス電圧を供給する抵抗R8が接続されている。
【００３２】
[動作]
USBケーブル21が上位装置に接続されていると共に、DCジャック22に何も接続されていない状態では、電源線Vc1に+5Vが印加されているが、電源線Vc2に電圧が印加されていない。
よって、電圧検出回路7は動作するが電圧検出回路6は動作せず、ANDゲート9の出力は0Vである。
ANDゲート9の後続にあるトランジスタスイッチTr2及びTr3のベース電位も上昇しないのでオフである。
よって、Tr4及びTr5のゲート電位も下がらないので、オフ状態を維持する。
この状態において、USB変換ケーブル23を上位装置とDCジャック22に接続すると、電源線Vc2に+5Vが印加されると共に、変換ケーブル検出回路を構成するスイッチング用のPNPトランジスタTr9のベース-エミッタ間にバイアス抵抗R10を介してベース電流が流れ、これによりトランジスタTr9のコレクタ-エミッタ間が導通し、DCプラグ23aの-側端子に抵抗R11を介して正の電圧が現れる。
すると、抵抗R7を介してトランジスタTr6のベースに電流が流れ、Tr6のコレクタ-エミッタ間はオンとなる。
一方、電源線Vc2に+5Vが印加されると第2の電圧検出回路6'がHを出力し、第1の電圧検出回路7のH出力と共にANDゲート9に入力され、ANDゲート9がHを出力する。
ANDゲート9の後続にあるトランジスタスイッチTr2及びTr3のベース電位が上昇し、オンになる。
Tr2及びTr3のエミッタはTr6のコレクタに接続されており、Tr6がオンになることによってグランド電位まで落ちる。
このため、Tr2及びTr3のコレクタ電位はグランド近傍まで落ち、Tr4及びTr5のゲート電位がグランド電位近傍まで下がり、オンになる。
よって、電源線Vc1及びVc2の電源電圧がUSBデバイス3に供給される。
なお、このとき第3の電圧検出回路8の出力は0Vを維持しており、USBデバイス3にはバスパワーを示すL出力(論理の偽)が制御信号として入力されるので、USBデバイス3は自身がバスパワー機器であると認識し、上位装置との通信の際にはその旨の情報を出力すると共に、最大消費電流が1Aを越えない範囲で動作する。
本実施例の場合、USBデバイス3がDVD-RWドライブであるので、スピンドルモータの最高回転速度を制限する、スレッドのシーク速度を遅くする、或はディスクへの記録機能を禁止する、等がある。
【００３３】
USB変換ケーブル23が上位装置に接続され、且つUSBケーブル21が上位装置に接続されていない状態では、USB変換ケーブル23は上位装置のUSBインターフェースの電源線+Vccのみが接続され、グランドGNDは接続されない。
したがって、DVD-RW装置20には電源が供給されないので、電源回路部2は動作しない。
【００３４】
USBケーブル21が上位装置に接続されていない状態において、ACアダプタ24をDCジャック22に接続すると、電源線Vc2と接地線G2にはダイオードD1を通じて+9Vが印加される。
トランジスタTr6のベース-エミッタ間にはダイオードD1の電圧降下分の僅かな電圧がベース電流が流れる方向とは逆方向に印加されるので、ベース電流が流れず、Tr6のコレクタ-エミッタ間はオフのままとなる。
なお、電源線Vc2に+9Vが印加されると、第2の電圧検出回路6'は5V±0.3Vを越える電圧を検出するので、Lを出力する。したがって、第1の電圧検出回路7の電圧検出結果にかかわらず、ANDゲート9の出力はLとなり、Tr2及びTr3はオフの状態を維持し、Tr4及びTr5のゲート電位も下がらないので、オフ状態を維持する。
一方、第3の電圧検出回路8は電源線Vc2に+6V以上が印加されていることを検出してHを出力する。
これにより、DC/DCコンバータ10がオン動作し、電源線に印加されている+9Vの電圧を+5Vまで降圧して出力する。
DC/DCコンバータ10の出力側にはFETスイッチTr7が接続されている。
一方、第3の電圧検出回路8のH出力はトランジスタスイッチTr8のベースも抵抗R9を介して受け、Tr8のコレクタ-エミッタ間がオン状態になる。
これにより、Tr7のゲート電位がグランド近傍まで落ち、Tr7はオンになり、USBデバイス3にはDC/DCコンバータ10によって降圧されたACアダプタ24の電力のみが供給される。
更に、電圧検出回路8のH出力はUSBデバイス3のセルフパワー/バスパワー切り替え制御信号入力端子に、セルフパワーを示す制御信号として入力されるので、USBデバイス3は自身がセルフパワー機器であると認識する。
以上のように、第3の電圧検出回路8は、ACアダプタ24が接続されて+9Vを検出すると、USBケーブル21が上位装置に接続されているか否かとは関係なく、DC/DCコンバータ10及びトランジスタスイッチTr7,Tr8を制御する。結果として、USBデバイス3には電力が供給される。
【００３５】
ACアダプタ24がDCジャック22に接続されて+9Vが供給されると、USBデバイス3には直ちに電力が供給されると共に、USBデバイス3のセルフパワー/バスパワー切り替え制御信号入力端子にセルフパワーを示す制御信号が入力されるので、USBデバイス3は自身がセルフパワー機器であると認識する。
USBケーブル21が上位装置に接続される迄は、USBデバイス3は電源供給開始直後の初期化動作を経て待機状態へ移行する。初期化動作は、例えば、USBデバイス3がDVD-RWドライブである場合は、USBデバイス3の初期化動作とディスク検出動作等である。待機状態は、例えば、スピンドルモータの回転を停止し、各種ピックアップサーボ系を停止し、記録再生回路への電源供給の停止等である。
そして、USBケーブル21が上位装置に接続されると、上位装置との通信の際にセルフパワー機器である旨の情報を出力すると共に、最大消費電流が1Aを越えても構わない状態で動作する。
例えば、USBデバイス3がDVD-RWドライブである場合は、スピンドルモータの最高回転速度の制限を取り払い、可能な限りの最高回転速度にて動作させる、或はディスクへの記録機能を許可する、等がある。
【００３６】
前述のように、USB機器のグランドはダイオードD1を介してACアダプタ24の-端子に接続されるので、USB変換ケーブル23を用いた接続時のみならず、ACアダプタ24の接続時においても、回路としての動作が成立する。
すなわち、ダイオードD1は、+電圧検出線であると共にグランドとも成り得る線の、逆流防止の為に設けられている。
【００３７】
すなわち、本実施例では、USBケーブル21とUSB変換ケーブル23を上位装置に接続した状態においては、バスパワード機器として、消費電流が1Aを越えない範囲で動作すると共に、ACアダプタ24を接続した状態では、セルフパワード機器として、電流制限のない状態で動作する。
バスパワード機器の状態においては、USBケーブル21とUSB変換ケーブル23のいずれかを上位装置から切断すれば、直ちにUSB機器であるDVD-RW装置20の動作は停止する。
セルフパワード機器の状態においては、ACアダプタ24を接続している間は、USB機器であるDVD-RW装置20の動作は継続し、ACアダプタ24を切断すれば、直ちに動作は停止する。
【００３８】
[応用例]
本発明は上述の実施例に留まらず、種々の応用が可能である。以下に列挙する。
(1) 実施例1及び実施例2に用いている、電圧検出回路6とトランジスタスイッチTr1の組み合わせに代えて、実施例3に用いている、第1の電圧検出回路7と第2の電圧検出回路6'とANDゲート9の組合せを、実施例1及び実施例2に適用することができる。
(2) 実施例3に用いている、第1の電圧検出回路7と第2の電圧検出回路6'とANDゲート9の組合せに代えて、実施例1及び実施例2に用いている、電圧検出回路6とトランジスタスイッチTr1の組み合わせを、実施例3に適用することができる。
(3) 実施例3において、USBデバイス3にDC/DCコンバータが内蔵され、広い電圧範囲で動作できるように設計されている場合は、DC/DCコンバータ10を省略することができる。
(4) 実施例3において、第3の電圧検出回路8を省略し、代わりにANDゲート9の出力とDCジャック22のグランドG2の反転入力のANDを取って、バスパワード/セルフパワードの切り替えを実現することもできる。
この場合、USBケーブル21が接続されて始めて機器が動作するようになるので、USBデバイス3はACアダプタ24によるスタンバイ動作が行われなくなる代わりに、USBケーブル21が上位装置に接続されるまでは機器全体がオフ状態を維持するので、電力消費の面で有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例1の回路図である。
【図２】本発明の実施例2の回路図である。
【図３】本発明の実施例3の装置概観図である。
【図４】本発明の実施例3の回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
1 USB機器
2 電源回路部
3 USBデバイス
4 第1のUSBケーブル
5 第2のUSBケーブル
6 電圧検出回路
6' 第2の電圧検出回路
7 第1の電圧検出回路
8 第3の電圧検出回路
9 ANDゲート
10 DC/DCコンバータ
20 DVD-RW装置
21 USBケーブル
22 DCジャック
23 USB変換ケーブル
24 ACアダプタ
Tr1,Tr2,Tr3,Tr6,Tr8,Tr9 トランジスタ
Tr4,Tr5,Tr7 FET
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11 抵抗
D1,D2,D3 ダイオード
【図１】
2005141732.tif 000003
【図２】
2005141732.tif 000004
【図３】
2005141732.tif 000005
【図４】
2005141732.tif 000006