(57)【要約】 【課題】  各種ポータブル機器の電池ホルダにセットすることにより、各種ポータブル機器の電池ホルダにセットすることにより、ＵＳＢ機器より供給される電源電力を所望の電力に変換して供給できる小型で安価な電力供給装置を提供する。【解決手段】  電力供給装置１０は、ＵＳＢ接続形態を有するＵＳＢ機器ＰＣとの接続を成す接続手段１ｂと、接続手段１ｂを介してＵＳＢ機器ＰＣより供給される電源電力とその指示信号により任意の出力電力を得る電力変換回路とで構成される。この電力変換回路１０は、既存の乾電池と同形、同サイズの筒状ケースに収容されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＳＢ接続形態を有するＵＳＢ機器との接続を成す接続手段と、当該接続手段を介して前記ＵＳＢ機器より供給される電源電力とその指示信号により任意の出力電力を得る電力変換回路を備えることを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
前記電力変換回路は、前記ＵＳＢ機器からの電源より所定の安定化電圧を得る安定化電源回路と、前記ＵＳＢ機器からの信号をシリアル信号に変換するＵＳＢ−シリアル変換回路と、前記安定化電源回路の出力を電源とすると共に、前記ＵＳＢシリアル変換回路の出力を制御入力とするスイッチ回路と、当該スイッチ回路の出力を平滑する平滑回路より構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記電力変換回路は、さらに、負荷電流の検知手段を有し、当該負荷電流検知手段による検知情報を前記ＵＳＢ機器に送出可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に何れかに記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記電力変換回路を、既存の乾電池と同形、且つ、同サイズの筒状ケースに収容して成ることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存のＵＳＢ機器（例えば、パーソナルコンピュータ等）からの供給電力より電池駆動型機器の電源電力を得る電力供給機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種オーディオ機器、照明機器、玩具等、電池駆動型の各種ポータブル機器が普及している。駆動源となる乾電池を各ポータブル機器に付設の電池ホルダに必要本数をセットすることにより、機器の動作が可能となる。尚、使用する乾電池の種類は単１〜単５と、各機器に応じて様々である。
ところで、これら乾電池は消耗品であるから、電池切れの際は電池を交換したり、再充電する等の作業が必要であることから些か面倒であり、且つ、電池の使い捨ては不経済でもある。
そこで、乾電池と外部接続のＤＣコンバータを併用するようにしたポータブル機器も多いが、ＤＣコンバータはサイズが大きく、且つ、高価であると共に、用途に応じて出力電力を調整することは難しく、汎用性に欠けるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、このような乾電池に係わる問題点に鑑み成されたもので、乾電池に替えて各種ポータブル機器の電池ホルダにセットすることにより、ＵＳＢ機器より供給される電源電力を所望の電力に変換して供給できる小型、軽量で安価な電力供給装置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】
【０００４】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、ＵＳＢ接続形態を有するＵＳＢ機器との接続を成す接続手段と、当該接続手段を介して前記ＵＳＢ機器より供給される電源電力とその指示信号により任意の出力電力を得る電力変換回路を備えることを特徴としている。
【０００５】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の電力供給装置において、前記電力変換回路は、前記ＵＳＢ機器からの電源より所定の安定化電圧を得る安定化電源回路と、前記ＵＳＢ機器からの信号をシリアル信号に変換するＵＳＢ−シリアル変換回路と、前記安定化電源回路の出力を電源とすると共に、前記ＵＳＢシリアル変換回路の出力を制御入力とするスイッチ回路と、当該スイッチ回路の出力を平滑する平滑回路より構成されることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に何れかに記載の電力供給装置において、前記電力変換回路は、さらに、負荷電流の検知手段を有し、当該負荷電流検知手段よる検知情報を前記ＵＳＢ機器に送出可能であることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の電力供給装置において、前記電力変換回路を、既存の乾電池と同形、且つ、同サイズの筒状ケースに収容して成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力供給装置を電池駆動型機器（ポータブル機器）の電池ホルダにセットして、ＵＳＢ機器（例えば、パーソナルコンピュータ）と接続することにより、電池に代わって負荷への電力供給を永続して行うことが可能となり、従来のような煩わしい電池交換作業からも解放される。
また、ＵＳＢ機器より送信される信号のビット配列や当信号の通信ボーレートを変化することにより、本電力供給装置の出力電力を可変とすることができ、これにより、既存の様々なポータブル機器の駆動電源として対応可能となる。
また、負荷電流の検知手段を内蔵することにより、ＵＳＢ機器側において、本電力供給装置とポータブル機器との接続の有無や過負荷（例えば、ポータブル機器の異常）等、当電力供給装置の運用状況を監視することができる。
加えて、本電力供給装置は、部品点数が極めて少ないため、装置の小形・軽量化や低価格化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明に係る電力供給装置の実施形態を説明する。
図１は電力供給装置とＵＳＢ機器（ＰＣ）との接続を示し、図２は電力供給装置のブロック構成を示し、図３および図４は負荷電流検出回路の例を示し、図５は出力電力制御のための各種制御波形例を示している。
【００１０】
本実施形態による電力供給装置１０は、図１に示すように、既存の乾電池（単１〜単５形電池）と同形、同サイズの筒状ケースを有し、ＵＳＢケーブル１１を用いてＵＳＢ機器であるＰＣ（パーソナルコンピュータ）のＵＳＢポートに接続して使用する。尚、このＵＳＢケーブル１１のＰＣ側コネクタ（プラグ）は標準タイプを使用し、電力供給装置１０側のコネクタ（プラグ）は、当電力供給装置１０の小形化を考慮してミニタイプを使用している。
【００１１】
電力供給装置１０は、図２に示すように、前記ＵＳＢケーブル１１のコネクタ１ａが接続されるＵＳＢコネクタ１ｂ（ジャック）と、安定化電源回路２、ＵＳＢ−シリアル変換回路３、スイッチ回路４等で構成される電力変換回路とを備え、これら構成部品が図示しない回路基板に搭載され、ＵＳＢコネクタ１ｂのみをケースの側部に露出させた状態で上述した乾電池形の筒状ケース内に収容・固定されている。
【００１２】
上記安定化電源回路２は、ＵＳＢケーブル１１を介してＰＣより供給される電源電力５Ｖを元に、乾電池の代用となる出力変動の少ない安定化された電圧、例えば、１．５Ｖに変換する。また、複数個の電池を直列に接続して使用するポータブル機器に対しては、安定化された電圧、例えば、３Ｖ、４．５Ｖ、５Ｖ、６Ｖ等を得ることができる。この安定化電源回路２の出力電力は、トランジスタによるスイッチ回路４の駆動電源として用いられる。
【００１３】
上記ＵＳＢ−シリアル変換回路３は、ＵＳＢ（Univeral Serial Bus）を調歩同期式シリアル形態（ＲＳ２３２Ｃ形式）に変換するための回路で、１チップにモジュール化されており、当ＵＳＢ−シリアル変換回路３からのシリアル出力にて、上述のスイッチ回路４のスイッチ動作を制御することにより、安定化電源回路２り得た出力電力を自在に制御することができる。尚、この出力電力の制御には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）やＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）等を採用できるよう、それぞれの制御方式に準じた制御波形がＵＳＢ−シリアル変換回路３から出力されるようになっている。
【００１４】
すなわち、ＰＣ側より送信されたＵＳＢ形式の信号（データ列）は、ＵＳＢ−シリアル変換回路３にてビット配列に応じたシリアルな方形波の出力（ＴＴＬレベル）に変換される。ここで、上記したＰＷＭ制御波形の要素は、主に波形の周波数とＯＮ／ＯＦＦデューティ比であると考えられるから、ＰＣ側の送信データを任意に設定することにより、ＵＳＢ−シリアル変換回路３よりＰＷＭやＰＦＭに相当する制御波形を簡単に得ることができる。
【００１５】
図５は、上記ＵＳＢ−シリアル変換回路３より出力されたＰＷＭによる制御波形の例を示しており、（イ）はフル出力時（ＰＣ側よりBreak信号を出力）、（ロ）は７５％出力時（ＰＣ出力データはＣ０ｈ）、（ハ）は５０％出力時（ＰＣ出力データはＦ０ｈ）、（ニ）は２５％出力時（ＰＣ出力データはＦＣｈ）、（ホ）は無出力時（ＰＣ出力はＦＦｈ）を示している。尚、これらの各波形は全て負論理形式にて示されている。
このように、ＰＣ側より送信されるＵＳＢ信号（１周期８ビット）のビット配列（１、０）の状態により、上記波形を含む任意の制御波形を得ることが可能である。尚、制御波形の１周期を構成するビット数を多くすることにより（例えば、１６ビット）、より様々なデューティ比の制御波形を得ることができ、出力電力制御はより高精度に行える。
【００１６】
また、周波数の制御については、ＰＣの通信ボーレート（２４００〜１１５．２ｋｂｐｓ）の設定を変えることにより変更可能である。
従って、ＰＦＭ制御の場合は、例えば、図５（ハ）に示すデューティ比１：１の方形波の波形データ（Ｆ０ｈ）送信時の送信速度を上記した通信ボーレート範囲内で任意に設定すれば良い。
【００１７】
ＰＷＭ制御波形やＰＦＭ制御波形により動作制御されたスイッチ回路４のスイッチング出力は後段の平滑回路（本実施形態では、コンデンサＣ１）により平滑化され、所望の直流電力として目的の負荷（ポータブル機器）に供給できる。
【００１８】
また、図２の構成とは別に、上記安定化電源回路２が出力電力制御用のコントロール入力を備えていれば、図６に示すように、ＵＳＢ−シリアル変換回路３の出力、すなわち、上述のＰＷＭ制御波形やＰＦＭ制御波形を積分回路９（例えば、ＲＣ積分回路）にて直流電圧に変換し、この直流電圧を上記安定化電源回路３のコントロール入力とすることにより、安定化電源回路３の出力電力を任意に制御することができる。本構成は、図２のスイッチ回路４を削除できるというメリットがある。
【００１９】
このように、本構成では、ＰＣからのデータ通信波形を利用することにより、従来、正弦波や三角波等を用いた複雑なタイマー回路等で構成していた電力制御回路に比べ、部品点数を大幅に削減することが可能となり、装置の小型・軽量化、簡易化、低価格化を図ることができる。
小型化された回路は乾電池形のケース内に収納し、乾電池に代わり各種ポータブル機器の電池ホルダにセットすることができ、且つ、ポータブル機器への電源供給のオン／オフ操作や供給電力の制御等をＰＣ側から行うことが可能となる。
【００２０】
尚、各ポータブル機器において、複数の乾電池をセット（例えば、２本或いは３本直列接続）するような電池ホルダの場合は、ホルダの一つに必要出力電力を確保した電力供給装置１０をセットし、残りのホルダ部分に短絡用の乾電池形ケースをセットして電池ホルダの空き端子を全て短絡させれば良い。これにより、１個の電力供給装置１０により、各種電池ホルダに対応することができる。
【００２１】
また、本実施形態の電力供給装置１０は、負荷接続時の負荷電流検知手段を備えており、その実施例を図３、図４に示す。
【００２２】
図３において、負荷２０（ポータブル機器）とは乾電池形ケースの＋端子Ｔ１と−端子Ｔ２の間に図示しない電池ホルダを介して接続される。
【００２３】
上記した負荷電流検知手段は、−端子Ｔ２側に設けた電流検知用抵抗Ｒ１と、負荷電流によりこの電流検知用抵抗Ｒ１に生じた電圧レベルを検知する２個のコンパレータ（比較回路）５、６とで構成されており、各コンパレータ５、６の出力はそれぞれＵＳＢ−シリアル変換回路３に接続されている。
【００２４】
一方のコンパレータ５は、過負荷（過電流）検知用であって、当コンパレータ５の基準電圧はＵＳＢ機器より供給可能な最大電源電力を検知できる電圧値に設定されており、過負荷を検知すると、その検知情報がＵＳＢ−シリアル変換回路３のモデムテータス信号を利用してＵＳＢポート経由でＰＣに送信され、例えば、負荷側の異常発生や負荷が定格オーバーであることを知らせる。
【００２５】
もう一方のコンパレータ６は、負荷２０との接続の有無を検知するもので、当コンパレータ６の基準入力は、負荷接続により生じる正常な負荷電流を検知できる適切な電圧値に設定されている。
従って、電力供給装置１０に負荷２０が接続されると（すなわち、本電力供給装置１０をポータブル機器の電池ホルダにセットし、ＰＣ側より起動すると）、その検知情報がＵＳＢ−シリアル変換回路３の別のモデムテータス信号を利用してＵＳＢポート経由でＰＣに送信され、負荷２０に対して電力供給が成されていることを知らせる。
【００２６】
図４は、負荷電流をより精度良く監視するための回路構成であって、図３のコンパレータ６に換えてＡ／Ｄコンバータ７とシリアル変換器８で構成した例である。
本回路構成では、負荷電流により電流検知用抵抗Ｒ１に生じた電圧を上記Ａ／Ｄコンバータ７にて所定のビット数にてＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換出力を次段のシリアル変換器８（例えば、シフトレジスタやプログラマブルデバイス）を介してシリアル情報に変換し、ＵＳＢ−シリアル変換回路３のシリアル信号（例えば、ＲＸＤ：受信データ）を利用してＵＳＢポート経由でＰＣに送信する。ＰＣ側では、この情報を基に電力供給装置１０に接続された負荷２０の状態を克明に知ることができる。
【００２７】
このように、本実施形態の電力供給装置１０は、負荷電流の検知手段を内蔵しているので、上述した電力供給装置１０の運用状況をＰＣ側より常に監視することができる。
【００２８】
また、本発明の電力供給装置１０の使用形態として、ＵＳＢ機器としてのＰＣ等をＬＡＮやインターネット等のネットワークに接続して利用することも勿論可能であり、これにより、各種ポータブル機器を遠隔操作（負荷への電力供給のオン／オフ操作や供給電力の制御）することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る電力供給装置とＵＳＢ機器との接続を示す図。
【図２】同、電力供給装置のブロック構成図。
【図３】同、電力供給装置の負荷電流検出回路を示す図。
【図４】同、電力供給装置の図３とは別の負荷電流検出回路を示す図。
【図５】出力電力の制御波形例を示す説明図。
【図６】図２とは別の電力供給装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１  接続手段（ＵＳＢコネクタ）
２  安定化電源回路
３  ＵＳＢ−シリアル変換回路
４  スイッチ回路
１０  電力供給装置
２０  負荷（ポータブル機器）
Ｃ１  平滑回路（コンデンサ）
ＰＣ  ＵＳＢ機器（パーソナルコンピュータ）
【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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