(57)【要約】【課題】外部装置と通信を行う電子機器において、外部装置の設定を変更することなく、外部装置を動作させ、電子機器が備える二次電池の消耗を抑制すること。【解決手段】携帯機器１は、二次電池２と、二次電池２からの電圧を昇圧する昇圧回路３と、接続された携帯型ＵＳＢオーディオ機器に供給される、昇圧回路３から供給される電流を制限する電流制限回路４と、電流制限回路４に並列に接続され、電流制限回路４をバイパスして昇圧回路３と携帯型ＵＳＢオーディオ機器とを接続するスイッチ５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池からの電圧を昇圧、又は、降圧する変圧回路と、
接続された外部装置に供給される、前記変圧回路から供給される電流を制限する電流制限回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記電流制限回路に並列に接続され、前記電流制限回路をバイパスして前記変圧回路と前記外部装置とを接続するスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記電流制限回路は、定電流回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記電流制限回路は、
ドレインが、前記外部装置に接続され、
ゲートが、第１抵抗を介して、接地電位に接続され、
ソースが、第２抵抗を介して、前記変圧回路に接続された、ｐ型のＭＯＳトランジスタと、
エミッタが、前記変圧回路と前記第２抵抗との間に接続され、
ベースが、前記第２抵抗と前記ＭＯＳトランジスタの前記ソースとの間に接続され、
コレクタが、前記第１抵抗と前記ＭＯＳトランジスタの前記ゲートとの間に接続された、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記電流制限回路は、
一端が、前記第２抵抗と前記ＭＯＳトランジスタとの間に接続され、他端が、前記バイポーラトランジスタの前記ベースに接続された第３抵抗と、
一端が、前記バイポーラトランジスタの前記エミッタに接続され、他端が、前記バイポーラトランジスタの前記ベースと前記第３抵抗との間に接続された第４抵抗と、
をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記電流制限回路は、シリーズ抵抗であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項７】
前記電流制限回路は、正温度係数型サーミスタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部装置と通信を行う電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部装置とＵＳＢ規格に従った通信を行う電子機器として、スマートフォン等の携帯機器がある。例えば、携帯機器は、音楽再生プログラムにより、音楽再生装置として機能し、外部装置であるＵＳＢ  ＤＡＣ等の携帯型ＵＳＢオーディオ機器にデジタルオーディオデータを出力することができる（例えば、特許文献１参照。）。Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）  ＯＳを搭載した携帯機器と、携帯型ＵＳＢオーディオ機器と、をＵＳＢ  ＯＮ  ＴＨＥ  ＧＯ  ケーブル（以下、「ＵＳＢ  ＯＴＧ  ケーブル」という。）で接続した場合、携帯機器は、ＵＳＢホスト機器となる。また、携帯型ＵＳＢオーディオ機器は、ＵＳＢデバイス機器となる。
【０００３】
図５は、ＵＳＢ  ＯＴＧ  ケーブル３０１により接続された、携帯機器１０１と携帯型ＵＳＢオーディオ機器２０１とを示すブロック図である。携帯機器１０１は、制御回路１０２、マイクロＵＳＢ端子１０３、二次電池１０４等を備える。制御回路１０２は、携帯機器１０１の電源を制御する。マイクロＵＳＢ端子１０３は、Ｖｂｕｓ、Ｄ＋、Ｄ−、ＧＮＤ、ＩＤの５つのピンを有する。
【０００４】
図６は、携帯機器１０１が備える制御回路１０２の構成を示す図である。制御回路１０２は、ＩＤ検出１０５、スイッチ１０６、昇圧回路１０７、二次電池充電回路１０８を備える。ＩＤ検出１０５は、マイクロＵＳＢ端子１０３のＩＤピンの電位がＬ（ロー）、又は、Ｈ（ハイ）であるかを検出する。ＩＤピンの電位がＬ（ロー）の場合（ＩＤ＝Ｌ）、携帯機器１０１は、ＵＳＢホスト機器として動作することが可能になる。ＩＤピンの電位がＨ（ハイ）の場合（ＩＤ＝Ｈ）、携帯機器１０１は、ＵＳＢデバイス機器となる。ＩＤ＝Ｌの場合、スイッチ１０６は、昇圧回路１０７とＶｂｕｓとを接続する。ＩＤ＝Ｈの場合、スイッチ１０６は、二次電池充電回路１０８とＶｂｕｓとを接続する。
【０００５】
ＩＤ＝Ｈの場合、Ｖｂｕｓに接続された昇圧回路１０７は、二次電池１０４からの電圧を５Ｖに昇圧して、Ｖｂｕｓに供給する。昇圧回路１０７には、チャージポンプやＤＣ／ＤＣコンバータが使用される。ＩＤ＝Ｌの場合、Ｖｂｕｓに接続された二次電池充電回路１０８は、Ｖｂｕｓから供給される充電電流により二次電池１０４を充電する。このように、マイクロＵＳＢ端子１０３のＩＤピンの電位に応じて、Ｖｂｕｓは、５Ｖ出力にもなり、また、５Ｖ入力にもなる。
【０００６】
図７は、携帯型ＵＳＢオーディオ機器２０１の構成を示す図である。携帯型ＵＳＢオーディオ機器２０１は、チャージコントローラ２０２、１セルバッテリー２０３、システム２０４等を備える。チャージコントローラ２０２は、１セルバッテリー２０３の充電を制御する。チャージコントローラ２０２は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により１セルバッテリー２０３を充電する。チャージコントローラ２０２には、ＶｂｕｓからＰＷＭ用電源が供給される。なお、抵抗分割で電位がチャージコントローラ２０２にフィードバックされる。フィードバックされた電位は、チャージコントローラ２０２により、ＰＷＭ制御に反映される。システム２０４には、１セルバッテリー２０３から電源が供給される。また、システム２０４は、Ｖｂｕｓ電圧を監視している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１２２７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、携帯機器１０１がＵＳＢホスト機器となり、携帯型ＵＳＢオーディオ機器２０１がＵＳＢデバイスとなると、携帯機器１０１から携帯型ＵＳＢオーディオ機器２０１に充電電流が流れる。携帯機器１０１から携帯型ＵＳＢオーディオ機器２０１に流れる充電電流は、数十〜数百ｍＡと大きいため、携帯機器１０１内の二次電池１０４の消耗が激しい。電池を内蔵した携帯型ＵＳＢオーディオ機器であれば、携帯機器からの充電電流がなくても動作するため、充電電流が供給されないように設定することも可能である。しかしながら、携帯型ＵＳＢオーディオ機器を充電したい場合には、設定を解除する必要があり、使い難いという問題がある。また、携帯型ＵＳＢオーディオ機器は、Ｖｂｕｓ電圧を監視しており、電圧が供給されていないと、動作しないものもある。
【０００９】
本発明の目的は、外部装置と通信を行う電子機器において、外部装置の設定を変更することなく、外部装置を動作させ、電子機器が備える二次電池の消耗を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明の電子機器は、二次電池と、前記二次電池からの電圧を昇圧、又は、降圧する変圧回路と、接続された外部装置に供給される、前記変圧回路から供給される電流を制限する電流制限回路と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、電流制限回路は、接続された外部装置に供給される、変圧回路から供給される電流を制限する。従って、電子機器から外部装置に供給される電流が抑制されるため、外部装置の設定を変更することなく、電子機器が備える二次電池の消耗が抑制される。また、外部装置には、電源が供給されるため、外部装置が電子機器からの電圧を監視していても、外部装置が動作しないという状況を回避できる。このように、本発明によれば、外部装置の設定を変更することなく、外部装置を動作させ、電子機器が備える二次電池の消耗を抑制することができる。
【００１２】
第２の発明の電子機器は、第１の発明の電子機器において、前記電流制限回路に並列に接続され、前記電流制限回路をバイパスして前記変圧回路と前記外部装置とを接続するスイッチをさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、電子機器は、電流制限回路に並列に接続され、電流制限回路をバイパスして変圧回路と外部装置とを接続するスイッチをさらに備える。従って、例えば、外部装置が、バスパワードで、且つ、ＵＳＢオーディオデバイス機器である場合に、スイッチをオフし、電流制限回路による電流制限を行うことができる。
【００１４】
第３の発明の電子機器は、第１又は第２の発明の電子機器において、前記電流制限回路は、定電流回路であることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明の電子機器は、第３の発明の電子機器において、前記電流制限回路は、ドレインが、前記外部装置に接続され、ゲートが、第１抵抗を介して、接地電位に接続され、ソースが、第２抵抗を介して、前記変圧回路に接続された、ｐ型のＭＯＳトランジスタと、エミッタが、前記変圧回路と前記第２抵抗との間に接続され、ベースが、前記第２抵抗と前記ＭＯＳトランジスタの前記ソースとの間に接続され、コレクタが、前記第１抵抗と前記ＭＯＳトランジスタの前記ゲートとの間に接続された、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタと、を有することを特徴とする。
【００１６】
第５の発明の電子機器は、第４の発明の電子機器において、前記電流制限回路は、一端が、前記第２抵抗と前記ＭＯＳトランジスタとの間に接続され、他端が、前記バイポーラトランジスタの前記ベースに接続された第３抵抗と、一端が、前記バイポーラトランジスタの前記エミッタに接続され、他端が、前記バイポーラトランジスタの前記ベースと前記第３抵抗との間に接続された第４抵抗と、をさらに有することを特徴とする。
【００１７】
第６の発明の電子機器は、第１又は第２の発明の電子機器において、前記電流制限回路は、シリーズ抵抗であることを特徴とする。
【００１８】
第７の発明の電子機器は、第１又は第２の発明の電子機器において、前記電流制限回路は、正温度係数型サーミスタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外部装置の設定を変更することなく、外部装置を動作させ、電子機器が備える二次電池の消耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る携帯機器の構成を示すブロック図である。
【図２】電流制限回路の回路構成を示す図である。
【図３】Ｖｂｕｓ出力電圧とＶｂｕｓ出力電流との関係を示すグラフである。
【図４】変形例に係る電流制限回路の回路構成を示す図である。
【図５】ＵＳＢ  ＯＴＧ  ケーブルにより接続された、携帯機器と携帯型ＵＳＢオーディオ機器とを示す図である。
【図６】携帯機器が備える制御回路の構成を示す図である。
【図７】携帯型ＵＳＢオーディオ機器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る携帯機器の構成を示すブロック図である。なお、図１は、外部装置である携帯型ＵＳＢオーディオ機器への電源供給に関する携帯機器１の構成のみを示している。また、以下、背景技術で説明した構成については説明を省略する。携帯型ＵＳＢオーディオ機器は、ＵＳＢ  ＯＴＧ  ケーブルを介して、携帯機器１のマイクロＵＳＢ端子に接続される。携帯機器１と携帯型ＵＳＢオーディオ機器とは、ＵＳＢ規格に従った通信を行う。また、携帯機器１は、Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）  ＯＳを搭載している。
【００２２】
携帯機器１は、二次電池２、昇圧回路３、電流制限回路４、スイッチ５、６を備える。昇圧回路３（変圧回路）は、二次電池２からの電圧を、５Ｖに昇圧する。ここでは、昇圧回路３は、チャージポンプである。電流制限回路４は、接続された携帯型ＵＳＢオーディオ機器（Ｖｂｕｓ）に供給される、昇圧回路３から供給される電流を制限する。スイッチ６は、マイクロＵＳＢ端子のＩＤピンがＬ（ロー）の場合（ＩＤ＝Ｌ）、昇圧回路３側と携帯型ＵＳＢオーディオ機器（Ｖｂｕｓ）とを接続する。また、スイッチ６は、マイクロＵＳＢ端子のＩＤピンがＨ（ハイ）の場合（ＩＤ＝Ｈ）、二次電池充電回路と携帯型ＵＳＢオーディオ機器（Ｖｂｕｓ）とを接続する。
【００２３】
スイッチ５は、電流制限回路４に並列に接続され、電流制限回路４をバイパスして昇圧回路３と携帯型ＵＳＢオーディオ機器（Ｖｂｕｓ）とを接続する。スイッチ５は、ＭＯＳトランジスタである。スイッチ５は、通常、オンの状態である。携帯機器１に携帯型ＵＳＢオーディオ機器（バスパワードで、且つ、ＵＳＢオーディオデバイス機器）が接続された場合、スイッチ５は、オフとなる。すなわち、電流制限回路４による電流制限が行われる。また、携帯機器１に、ベンダーＩＤ（ＶＩＤ）、プロダクトＩＤ（ＰＩＤ）が既知のデバイスが接続された場合、スイッチ５は、オフとなる。すなわち、電流制限回路４による電流制限が行われる。
【００２４】
図２は、電流制限回路４の回路構成を示す図である。図２に示すように、電流制限回路４は、ＭＯＳトランジスタＭ１、バイポーラトランジスタＱ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を備える。ＭＯＳトランジスタＭ１は、ｐ型のＭＯＳトランジスタである。ＭＯＳトランジスタＭ１のドレインは、携帯型ＵＳＢオーディオ機器（Ｖｂｕｓ）に接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１のゲートは、抵抗Ｒ１（第１抵抗）を介して、接地電位に接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１のソースは、抵抗Ｒ２（第２抵抗）を介して、昇圧回路３（Ｖ１）に接続されている。
【００２５】
バイポーラトランジスタＱ１は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１のエミッタは、昇圧回路３（Ｖ１）と抵抗Ｒ２との間に接続されている。バイポーラトランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ３（第３抵抗）を介して、抵抗Ｒ２とＭＯＳトランジスタＭ１のソースとの間に接続されている。バイポーラトランジスタＱ１のコレクタは、抵抗Ｒ１とＭＯＳトランジスタＭ１のゲートとの間に接続されている。抵抗Ｒ４（第４抵抗）の一端は、バイポーラトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。抵抗Ｒ４の他端は、バイポーラトランジスタＱ１のベースと抵抗Ｒ３との間に接続されている。バイポーラトランジスタＱ１のベース電流が無視できる程小さい間は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とによる分圧回路が、抵抗Ｒ２に並列に接続されている。
【００２６】
電流制限回路４の動作について説明する。携帯型ＵＳＢオーディオ機器（Ｖｂｕｓ）への出力電流が小さい間は、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ電流が微小で、抵抗Ｒ１の電圧降下も小さく、Ｖｇは、ほぼ接地電位となる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ１のゲート−ソース間の負の電圧が高く、ＭＯＳトランジスタＭ１は、オン状態となる。この状態では、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ４の直並列回路の抵抗による電圧降下で、Ｖｂｕｓ出力の電流電圧特性がほぼ決まる。出力電流が増加すると、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ４により構成される直並列回路での電圧降下が大きくなるため、バイポーラトランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電位差が上がって活性状態となると、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ電流が流れ始める。バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ電流が流れ始めると、抵抗Ｒ１の電圧降下でＶｇが上昇する。Ｖｇが上昇すると、ＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流が減少する方向になる。実際には、フィードバックループが形成されて、定電流動作となる。このように、電流制限回路４は、出力電流が小さい間は、直列抵抗として働き、出力電流が大きくなると、定電流に近い特性を示す定電流回路である。
【００２７】
ここで、Ｒ１＝４．７ｋΩ、Ｒ２＝３９Ω、Ｒ３＝３．３ｋΩ、Ｒ４＝４．７ｋΩとする。この場合、Ｒ２の電圧降下が約１Ｖとなる２６ｍＡ程度（２６ｍＡ×３９Ω＝１．０１４Ｖ）で、定電流動作となる。すなわち、Ｒ２の電圧降下が約１Ｖとなると、バイポーラトランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧が約０．６Ｖ（１．０１４Ｖ×（Ｒ４／Ｒ４＋Ｒ３）＝１．０１４×（４．７ｋ／８ｋ）＝０．５９５…）となって、バイポーラトランジスタＱ１がオンの状態となり、定電流動作となる。
【００２８】
図３は、Ｖｂｕｓ出力電圧とＶｂｕｓ出力電流との関係を示すグラフである。Ｖｂｕｓ出力電流が、定電流となるまでの傾きは、主に抵抗Ｒ２の抵抗値による。また、抵抗Ｒ２を可変とすることで、出力電流を調整可能である。定電流に移行するポイントは、バイポーラトランジスタＱ１が活性領域になるベース−エミッタ間電圧である約０．６Ｖと、Ｒ４とＲ３とによる分圧（Ｒ４／（Ｒ４＋Ｒ３））と、でほぼ決めることができる。ここで、傾きのある区間での電圧をＶ、電流をＩ、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ４による直並列抵抗値をＲとすると、Ｖ＝５−ＩＲである。すなわち、グラフ上の傾きは、−Ｒである。定電流区間の電流は、Ｖ２＝０．６／（Ｒ３／（Ｒ４＋Ｒ３））とすると、Ｖ２／Ｒとなる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態では、電流制限回路４は、接続された携帯型ＵＳＢオーディオ機器（Ｖｂｕｓ）に供給される、昇圧回路３から供給される電流を制限する。従って、携帯機器１から携帯型ＵＳＢオーディオ機器に供給される電流が抑制されるため、携帯型ＵＳＢオーディオ機器の設定を変更することなく、携帯機器１が備える二次電池２の消耗が抑制される。また、携帯型ＵＳＢオーディオ機器には、電源が供給されるため、携帯型ＵＳＢオーディオ機器が携帯機器１からの電圧を監視していても、携帯型ＵＳＢオーディオ機器が動作しないという状況を回避できる。このように、本実施形態によれば、携帯型ＵＳＢオーディオ機器の設定を変更することなく、携帯型ＵＳＢオーディオ機器を動作させ、携帯機器１が備える二次電池２の消耗を抑制することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。
【００３１】
上述の実施形態においては、電流制限回路４が、定電流回路である場合について説明した。これに限らず、電流制限回路４は、シリーズ抵抗であってもよい。Ｖｂｕｓの供給電圧が下がると、携帯型ＵＳＢオーディオ機器のＰＷＭのデューティーが上がり、バッテリー電圧よりわずかに高い電位にＶｂｕｓが保たれる。しかしながら、ある程度の電流消費が、携帯型ＵＳＢオーディオ機器のシステム、又は、チャージコントローラ回路内にあると、Ｖｂｕｓ電圧が下がり過ぎて、携帯型ＵＳＢオーディオ機器が動作しなくなる。例えば、５ｍＡの消費があると、１ｋΩでは、携帯型ＵＳＢオーディオ機器のバッテリーに充電可能なＶｂｕｓ電位を維持できない。シリーズ抵抗の抵抗値を下げることも考えられるが、消費電流が増加する上に、Ｖｂｕｓ短絡時の発熱を考慮してサイズが大きくなるため、携帯機器１には不向きである。
【００３２】
また、電流制限回路４は、正温度係数型サーミスタ（ＰＣＴ）であってもよい。ＰＣＴには、ある温度以上で急激に抵抗値が上がるタイプと、温度上昇に従って徐々に抵抗値が上がるタイプと、がある。本実施形態では、定電流的な動作を行う後者の方が適しているが、前者もＶｂｕｓ短絡対策として、効果が期待できる。なお、常温で適度な抵抗値（１００Ω程度）を持つＰＣＴを選択すべきであるが、温度設定が難しい。
【００３３】
電流制限回路４は、シリーズ抵抗、ＰＣＴであってもよいが、上述したデメリットが存在するため、定電流回路が最適である。
【００３４】
上述の実施形態においては、図２に示すように、電流制限回路４は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とによる分圧回路を有する。図４に示すように、電流制限回路４は、分圧回路を有していなくてもよい。この場合、抵抗Ｒ２の定数設定の自由度が下がる。なお、抵抗Ｒ３は、なくてもよいが、バイポーラトランジスタＱ１のベース電流を抑制するという観点では、ある程度の値（例えば、抵抗Ｒ２の１０倍）を有する抵抗Ｒ３があったほうがよい。
【００３５】
上述の実施形態においては、電流制限回路４は、携帯機器１に設けられている。これに限らず、電流制限回路４は、携帯機器１以外に設けられていてもよい。例えば、携帯機器１と携帯型ＵＳＢオーディオ機器とを接続するケーブルに、電流制限回路４が設けられていてもよい。
【００３６】
上述の実施形態においては、昇圧回路３により、二次電池２からの電圧を５Ｖに昇圧している。例えば、二次電池２が２セルである場合、二次電池２からの電圧は、７．４Ｖとなる。この場合、降圧回路により、二次電池２からの電圧を５Ｖに降圧する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、外部装置と通信を行う電子機器に好適に採用され得る。
【符号の説明】
【００３８】
１  携帯機器（電子機器）
２  二次電池
３  昇圧回路（変圧回路）
４  電流制限回路
５  スイッチ
６  スイッチ
Ｍ１  ＭＯＳトランジスタ
Ｑ１  バイポーラトランジスタ
Ｒ１  抵抗（第１抵抗）
Ｒ２  抵抗（第２抵抗）
Ｒ３  抵抗（第３抵抗）
Ｒ４  抵抗（第４抵抗）
【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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【図７】
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