(57)【要約】【課題】  電源装置の出力電圧が内部負荷装置へ供給されるとともに、接続手段を介して接続された外部装置へ電源装置の出力電圧を供給することが可能な構成を有する電子機器において、接続手段を介して外部装置を接続した瞬間に電子機器から外部装置へ流れる突入電流を防止する突入電流防止回路を低コストで実現する。【解決手段】  ＵＳＢホスト装置１０にＵＳＢデバイス２０が接続された時点で、トランジスタＱ２のベース電流が流れて、トランジスタＱ２がＯＮし、入力端子ＩＰの電圧が０Ｖから５Ｖに立ち上がり、出力制御信号ＯＰの出力電圧がＯＦＦ制御電圧からＯＮ制御電圧に切り換わって保持される。出力制御端子ＯＰの出力電圧がＯＮ制御電圧になった時点から一定時間、約０．９Ａ以下にドレイン電流を制限する如くトランジスタＱ１のゲート電圧が制御された後、トランジスタＱ１が完全にＯＮ状態になるゲート電圧が保持される。【選択図】図１
2005184904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置を備え、前記電源装置の出力電圧が内部負荷装置へ供給されるとともに、接続手段を介して接続された外部装置へ前記電源装置の出力電圧を供給することが可能な構成を有する電子機器において、前記接続手段を介して前記外部装置が接続された際の前記電子機器から前記外部装置への突入電流を防止する突入電流防止回路であって、
前記外部装置への出力電圧をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路と、該スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うスイッチ回路制御手段と、
前記接続手段を介して前記外部装置が接続されたことを検出する外部装置接続検出回路とを備え、
前記スイッチ回路は、前記スイッチ回路制御手段からの制御信号がＯＦＦ制御からＯＮ制御に切り換わった時点で、前記電源装置から前記スイッチ回路を介して前記接続手段へ流れる電流を一定時間一定の電流値以下に制限するＯＮ電流制限手段を有し、
前記スイッチ回路制御手段は、前記接続手段を介して前記外部装置が接続されていない状態では、前記スイッチ回路への制御信号をＯＦＦ制御とし、前記接続手段を介して前記外部装置が接続された時点で前記スイッチ回路への制御信号をＯＮ制御とする、ことを特徴とした突入電流防止回路。
【請求項２】
請求項１において、前記外部装置接続検出回路は、エミッタ・コレクタ間に前記電源装置の出力電圧が印加され、ベースがベース電流制限抵抗を介して前記接続手段に接続されたＰＮＰ形トランジスタが、前記接続手段を介して前記外部装置が接続された時点でベース電流が流れてＯＮする構成を有し、前記スイッチ回路制御手段は、前記ＰＮＰ形トランジスタの動作状態を検出し、前記ＰＮＰ形トランジスタがＯＦＦからＯＮになった時点で前記スイッチ回路への制御信号をＯＮ制御で保持する、ことを特徴とした突入電流防止回路。
【請求項３】
請求項２において、前記スイッチ回路は、前記電源装置の出力と前記接続手段の電圧出力との間に設けられたＭＯＳＦＥＴと、該ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御するゲート電圧制御回路とを有し、前記ゲート電圧制御回路は、前記スイッチ回路制御手段の制御信号がＯＦＦ制御からＯＮ制御に切り換わった時点で、前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流を一定時間一定の電流値以下に制限する如く前記ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御する、ことを特徴とした突入電流防止回路。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記電子機器は、前記接続手段を介して前記外部装置と通信を行う通信手段を有し、前記スイッチ回路制御手段は、前記通信手段の通信状態から前記接続手段を介して接続された前記外部装置が外されたことを検出した時点で、前記スイッチ回路への制御信号をＯＮ制御からＯＦＦ制御へ切り換える、ことを特徴とした突入電流防止回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記電子機器は、ＵＳＢホストコントローラを搭載し、前記電源装置の出力電圧が前記スイッチ回路を介してＵＳＢコネクタのＶＢＡＳ端子とＧＮＤ端子との間に印加される構成を有する電子機器であり、前記接続手段はＵＳＢコネクタであり、前記外部装置は、ＵＳＢバスインタフェースを搭載したＵＳＢデバイスである、ことを特徴とした突入電流防止回路。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の突入電流防止回路を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置を備え、電源装置の出力電圧が内部負荷装置へ供給されるとともに、接続手段を介して接続された外部装置へ電源装置の出力電圧を供給することが可能な構成を有する電子機器において、接続手段を介して外部装置が接続された際の電子機器から外部装置への突入電流を防止する突入電流防止回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置を備え、電源装置の出力電圧が内部負荷装置へ供給されるとともに、接続手段を介して接続された外部装置へ電源装置の出力電圧を供給することが可能な構成を有する電子機器においては、接続手段を介して外部装置を接続した瞬間に電子機器から外部装置へ大きな突入電流が流れることがある。例えば、公知のＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ・Ｓｅｒｉａｌ・Ｂｕｓ）のホスト装置としてＵＳＢホストコントローラを搭載した電子機器は、ＵＳＢコネクタを介して接続されるＵＳＢバスインタフェースを搭載したＵＳＢデバイスへＶＢＡＳ端子及びＧＮＤ端子を介してＤＣ５Ｖで０．５Ａの電源を供給可能な構成としなければならないことがＵＳＢ規格で定められており、ＶＢＡＳ端子とＧＮＤ端子との間に数十〜数百μＦのコンデンサが設けられているのが一般的である。そのため、ＵＳＢホストコントローラを搭載した電子機器のＵＳＢコネクタにＵＳＢバスインタフェースを搭載したＵＳＢデバイスを接続した瞬間からＵＳＢデバイス側のＶＢＡＳ端子とＧＮＤ端子間に設けられたコンデンサへ充電されるまでの間、電流が瞬間的に流れて、いわゆるインラッシュ電流と呼ばれる突入電流が必ず流れることになる。そして、このインラッシュ電流によって、ＵＳＢホストコントローラを搭載した電子機器の電源装置の電源電圧が瞬間的に電圧降下して、電子機器のマイコン制御装置がリセットされる等、電子機器の動作に支障をきたしてしまうという問題があった。このような問題を解決するための従来技術としては、ＵＳＢホストコントローラを搭載した電子機器のＶＢＡＳラインに数μＨのインダクタンスを設けて、瞬間的な突入電流であるインラッシュ電流を低減させるようにしたものが一般的である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらインダクタンスは、抵抗やトランジスタ等と比較して一般的に高価な電子部品であるため、ＶＢＡＳラインに上述したインダクタンスを設けることによって、電子機器のインタフェース回路のコストが上昇してしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑み成されたものであり、その課題は、電源装置を備え、電源装置の出力電圧が内部負荷装置へ供給されるとともに、接続手段を介して接続された外部装置へ電源装置の出力電圧を供給することが可能な構成を有する電子機器において、接続手段を介して外部装置を接続した瞬間に電子機器から外部装置へ流れる突入電流を防止する突入電流防止回路を低コストで実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため、本発明の第１の態様は、電源装置を備え、前記電源装置の出力電圧が内部負荷装置へ供給されるとともに、接続手段を介して接続された外部装置へ前記電源装置の出力電圧を供給することが可能な構成を有する電子機器において、前記接続手段を介して前記外部装置が接続された際の前記電子機器から前記外部装置への突入電流を防止する突入電流防止回路であって、前記外部装置への出力電圧をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路と、該スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うスイッチ回路制御手段と、前記接続手段を介して前記外部装置が接続されたことを検出する外部装置接続検出回路とを備え、前記スイッチ回路は、前記スイッチ回路制御手段からの制御信号がＯＦＦ制御からＯＮ制御に切り換わった時点で、前記電源装置から前記スイッチ回路を介して前記接続手段へ流れる電流を一定時間一定の電流値以下に制限するＯＮ電流制限手段を有し、前記スイッチ回路制御手段は、前記接続手段を介して前記外部装置が接続されていない状態では、前記スイッチ回路への制御信号をＯＦＦ制御とし、前記接続手段を介して前記外部装置が接続された時点で前記スイッチ回路への制御信号をＯＮ制御とする、ことを特徴とした突入電流防止回路である。
【０００７】
接続手段を介して外部装置が接続されていない状態では、スイッチ回路への制御信号をＯＦＦ制御として、接続手段への電源出力をＯＦＦ状態としておくことによって、接続手段を介して外部装置が接続された瞬間には、電子機器から外部装置へ電源が供給されない。そして、接続手段を介して外部装置が接続されたことが外部装置接続検出回路にて検出された時点で、スイッチ回路の制御信号がＯＮ制御となり、外部装置への電源出力がＯＮ状態となる。その際に、ＯＮ電流制限手段によって電源装置からスイッチ回路を介して接続手段へ流れる電流が一定時間一定の電流値以下に制限されるので、接続手段を介して外部装置が接続された瞬間に流れようとする突入電流を一定の電流値以下に制限することができる。つまり、従来のように外部装置が接続される前からスイッチ回路をＯＮ状態にしていると、外部装置が接続された瞬間に突入電流が流れてしまうので、瞬間的に流れる突入電流に対応してスイッチ回路を制御するのは極めて困難であるが、本発明は、外部装置が接続される前はスイッチ回路をＯＦＦしておき、外部装置が接続されてからスイッチ回路をＯＮするので、外部装置が接続された瞬間に突入電流が流れることを防止でき、かつ、瞬間的に流れようとする突入電流に対応したスイッチ回路の制御を確実に行うことができる。したがって、電子機器に接続手段を介して外部装置を接続した瞬間に電子機器から外部装置へ流れる突入電流を防止することができるという作用効果が得られる。また、従来のように外部装置への電源供給ラインに高価なコイル等のインダクタンスを設ける必要がないので、突入電流防止回路を低コストに構成することができるという作用効果が得られる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、前述した第１の態様において、前記外部装置接続検出回路は、エミッタ・コレクタ間に前記電源装置の出力電圧が印加され、ベースがベース電流制限抵抗を介して前記接続手段に接続されたＰＮＰ形トランジスタが、前記接続手段を介して前記外部装置が接続された時点でベース電流が流れてＯＮする構成を有し、前記スイッチ回路制御手段は、前記ＰＮＰ形トランジスタの動作状態を検出し、前記ＰＮＰ形トランジスタがＯＦＦからＯＮになった時点で前記スイッチ回路への制御信号をＯＮ制御で保持する、ことを特徴とした突入電流防止回路である。従来のように外部装置への電源供給ラインに高価なコイル等のインダクタンスを設ける必要がないので、突入電流防止回路を低コストに構成することができる。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前述した第２の態様において、前記スイッチ回路は、前記電源装置の出力と前記接続手段の電圧出力との間に設けられたＭＯＳＦＥＴと、該ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御するゲート電圧制御回路とを有し、前記ゲート電圧制御回路は、前記スイッチ回路制御手段の制御信号がＯＦＦ制御からＯＮ制御に切り換わった時点で、前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流を一定時間一定の電流値以下に制限する如く前記ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御する、ことを特徴とした突入電流防止回路である。
【００１０】
このように、ＭＯＳＦＥＴと、スイッチ回路制御手段の制御信号がＯＦＦ制御からＯＮ制御に切り換わった時点で、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流を一定時間一定の電流値以下に制限する如くＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御するゲート電圧制御回路とでスイッチ回路を構成することによって、電子機器に接続手段を介して外部装置を接続した瞬間に電子機器から外部装置へ流れる突入電流を防止することができる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、前述した第２の態様又は第３の態様において、前記電子機器は、前記接続手段を介して前記外部装置と通信を行う通信手段を有し、前記スイッチ回路制御手段は、前記通信手段の通信状態から前記接続手段を介して接続された前記外部装置が外されたことを検出した時点で、前記スイッチ回路への制御信号をＯＮ制御からＯＦＦ制御へ切り換える、ことを特徴とした突入電流防止回路である。このように、接続手段を介して外部装置と通信を行う通信手段を有している電子機器においては、外部装置との通信状態を検出することによって、外部装置が外されたことを検出することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、前述した第１の態様〜第４の態様のいずれかにおいて、前記電子機器は、ＵＳＢホストコントローラを搭載し、前記電源装置の出力電圧が前記スイッチ回路を介してＵＳＢコネクタのＶＢＡＳ端子とＧＮＤ端子との間に印加される構成を有する電子機器であり、前記接続手段はＵＳＢコネクタであり、前記外部装置は、ＵＳＢバスインタフェースを搭載したＵＳＢデバイスである、ことを特徴とした突入電流防止回路である。
【００１３】
前述したように、ＵＳＢホストコントローラを搭載した電子機器のＵＳＢコネクタにＵＳＢバスインタフェースを搭載したＵＳＢデバイスを接続すると、接続した瞬間にＵＳＢデバイス側のＶＢＡＳ端子とＧＮＤ端子間に設けられたコンデンサへ充電される間、電流が瞬間的に流れて、いわゆるインラッシュ電流と呼ばれる突入電流が必ず流れることになる。したがって、本発明の第５の態様に示した突入電流防止回路によれば、ＵＳＢホストコントローラを搭載した電子機器の突入電流防止回路において、前述した第１の態様〜第４の態様のいずれかに記載の発明による作用効果を得ることができ、ＵＳＢバスインタフェースを搭載したＵＳＢデバイスを接続した際に流れるインラッシュ電流を低減させることができる。
【００１４】
本発明の第６の態様は、前述した第１の態様〜第５の態様のいずれかに記載の突入電流防止回路を備えた電子機器である。  
本発明の第６の態様に示した電子機器によれば、電子機器において、前述した第１の態様〜第５の態様のいずれかに記載による作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。  
図１は、本発明に係る突入電流防止回路の回路図であり、図２は、そのタイミングチャートである。まず、図１を参照しながら本発明に係る突入電流防止回路の回路構成について説明する。
【００１６】
本発明に係る「電子機器」としてのＵＳＢホスト装置１０は、「外部装置」としてのＵＳＢデバイス２０との「接続手段」としてのＵＳＢコネクタ３を備えている。ＵＳＢホスト装置１０は、ホスト側の「通信手段」としてのＵＳＢホストコントローラ１３を搭載しており、デバイス側の「通信手段」としてのＵＳＢバスインタフェース２２を搭載したＵＳＢデバイス２０がＵＳＢコネクタ３を介して接続可能な構成を有している。ＵＳＢコネクタ３は、電源ラインとしてのＶＢＡＳ端子、ＧＮＤ端子、及び通信の信号ラインとしてのＤ＋端子、Ｄ−端子との４つの端子を有するＵＳＢ規格のコネクタである。
【００１７】
ＵＳＢホストコントローラ１３を搭載したＵＳＢホスト装置１０は、ＵＳＢコネクタ３を介して接続されるＵＳＢバスインタフェース２２を搭載したＵＳＢデバイス２０の負荷２１へＶＢＡＳ端子及びＧＮＤ端子を介してＤＣ５Ｖ／０．５Ａの電源を供給可能な構成となっている。ＵＳＢホスト装置１０側のＶＢＡＳ端子とＧＮＤ端子との間には、数十〜数百μＦのコンデンサＣ１が設けられており、ＵＳＢデバイス２０側のＶＢＡＳ端子とＧＮＤ端子との間にも同じく数十〜数百μＦのコンデンサＣ２１が設けられている。また、ＵＳＢホストコントローラ１３とＵＳＢバスインタフェース２２とは、ＵＳＢコネクタ３のＤ＋端子とＤ−端子との２本の信号ラインで接続されて双方向の通信が行われる。
【００１８】
ＵＳＢホスト装置１０のＶＢＡＳラインには、ＵＳＢデバイス２０への出力電圧をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路１が設けられており、スイッチ回路１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う「スイッチ回路制御手段」としてのＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）１１によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。スイッチ回路１は、ＶＢＡＳラインをＯＮ／ＯＦＦ可能に接続された電界効果型のトランジスタＱ１（ＭＯＳＦＥＴ）と、トランジスタＱ１のゲート電圧を制御するゲート電圧制御回路１２とを有している。ゲート電圧制御回路１２は、ＡＳＩＣ１１の出力制御信号ＯＰがＯＦＦ制御からＯＮ制御に切り換わった直後から一定時間（数ｍＳ〜数十ｍＳ）一定の電流値（約０．９Ａ）以下にトランジスタＱ１のドレイン電流を制限する如くトランジスタＱ１のゲート電圧を制御する回路構成を有している。
【００１９】
また、ＵＳＢホスト装置１０は、ＵＳＢコネクタ３を介してＵＳＢデバイス２０が接続されたことを検出する「外部装置接続検出回路」としてのＵＳＢデバイス接続検出回路２を有している。ＵＳＢデバイス接続検出回路２は、エミッタ・コレクタ間にＤＣ５Ｖの電圧が印加され、ベースがＵＳＢコネクタ３のＶＢＡＳ端子に接続されたＰＮＰ形のトランジスタＱ２と、トランジスタＱ２のベースのバイアス抵抗Ｒ１と、トランジスタＱ２のベース電流制限抵抗Ｒ２と、トランジスタＱ２のコレクタ電流制限抵抗Ｒ３とを有し、トランジスタＱ２のエミッタ電圧がＡＳＩＣ１１の入力端子ＩＰへ入力されている。ＡＳＩＣ１１は、ＵＳＢホストコントローラ１３とＵＳＢバスインタフェース２２との間の通信状態を監視して、ＵＳＢホスト装置１０のＵＳＢコネクタ３からＵＳＢデバイス２０が外されたことを検出する。
【００２０】
つづいて、図２に示したタイミングチャートも参照しながら本発明に係る突入電流防止回路の動作について説明する。  
ＵＳＢコネクタ３を介してＵＳＢホスト装置１０にＵＳＢデバイス２０が接続された時点で（図２の符号Ｓ）、ＵＳＢデバイス接続検出回路２のトランジスタＱ２のベース電流が流れて（図１の符号Ａ）、トランジスタＱ２がＯＮし、ＡＳＩＣ１１の入力端子ＩＰの電圧が０Ｖから５Ｖに立ち上がる。ＡＳＩＣ１１は、入力端子ＩＰの入力電圧が０Ｖから５Ｖに立ち上がった時点で出力制御信号ＯＰの出力電圧をＯＦＦ制御電圧（５Ｖ）からＯＮ制御電圧（０Ｖ）に切り換えて保持する。ゲート電圧制御回路１２は、ＡＳＩＣ１１の出力制御端子ＯＰの出力電圧がＯＮ制御電圧になった時点から一定時間（図２の符号Ｂ）、約０．９Ａ以下にトランジスタＱ１のドレイン電流を制限する如くトランジスタＱ１のゲート電圧を制御した後、トランジスタＱ１が完全にＯＮ状態になるゲート電圧を保持する。ＶＢＡＳラインの電圧は、ＡＳＩＣ１１の出力制御端子ＯＰの出力電圧がＯＮ制御電圧になった時点から一定時間（符号Ｂ）の間に０Ｖから５Ｖへ徐々に上昇していく。そして、ＶＢＡＳラインの電流値は、ＡＳＩＣ１１の出力制御端子ＯＰの出力電圧がＯＮ制御電圧になった時点からＵＳＢデバイス２０側のコンデンサＣ２１に充電されるまでのインラッシュ電流が流れようとする間（図２の符号Ｃ）、約０．９Ａ以下に電流制限された後、ＵＳＢの規格値である０．５Ａとなる。
【００２１】
また、ＡＳＩＣ１１は、ＵＳＢホストコントローラ１３の通信状態を監視しており、ＵＳＢホスト装置１０のＵＳＢコネクタ３からＵＳＢデバイス２０が外されてＵＳＢホストコントローラ１３とＵＳＢデバイス２０側のＵＳＢバスインタフェース２２との通信が途絶えた時点で出力制御端子ＯＰの出力電圧をＯＮ制御電圧（０Ｖ）からＯＦＦ制御電圧（５Ｖ）に切り換えて保持する。
【００２２】
このように、ＵＳＢコネクタ３を介してＵＳＢデバイス２０が接続されたことが検出された時点で、スイッチ回路１の制御信号がＯＮ制御になってＵＳＢデバイス２０への電源出力がＯＮ状態となり、その際に、スイッチ回路１を介してＵＳＢデバイス２０へ流れる電流が一定時間（数ｍＳ〜数十ｍＳ）一定の電流値（約０．９Ａ）以下に制限されるので、ＵＳＢコネクタ３を介してＵＳＢデバイス２０が接続された瞬間に流れるようとする突入電流を一定の電流値（約０．９Ａ）以下に制限することができる。したがって、ＵＳＢホスト装置１０にＵＳＢコネクタ３を介してＵＳＢデバイス２０を接続した瞬間にＵＳＢホスト装置１０からＵＳＢデバイス２０へ流れる突入電流（インラッシュ電流）を防止することができる。また、従来のようにＵＳＢホスト装置１０側のＶＢＡＳラインに高価なコイル等のインダクタンスを設ける必要がないので、突入電流防止回路を低コストに構成することができる。
【００２３】
尚、本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、電源装置を備え、電源装置の出力電圧が内部負荷装置へ供給されるとともに、接続手段を介して接続された外部装置へ電源装置の出力電圧を供給することが可能な構成を有する電子機器において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る突入電流防止回路の回路図である。
【図２】本発明に係る突入電流防止回路のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１  スイッチ回路、２  ＵＳＢデバイス接続検出回路、３  ＵＳＢコネクタ、１０  ＵＳＢホスト装置、１１  ＡＳＩＣ、１２  ゲート電圧制御回路、１３  ＵＳＢホストコントローラ、２０  ＵＳＢデバイス、２２  ＵＳＢバスインタフェース
【図１】
2005184904.tif 000003
【図２】
2005184904.tif 000004