JP2010263730A

JP2010263730A - Ｕｓｂ電源回路

Info

Publication number: JP2010263730A
Application number: JP2009114137A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yasuda; 隆志安田
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-18
Also published as: EP2251765A3; US20100287399A1; EP2251765A2

Abstract

【課題】ＵＳＢデバイスの故障等による過電流が生じた場合でも発火等の事故を防止できるＵＳＢ電源回路において、過電流検出の閾値変更に伴う設計コストを低減することができるＵＳＢ電源回路を提供する。
【解決手段】定電圧出力電源回路と、スイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して前記定電圧出力電源回路の電圧出力ラインと接続されるバスパワーラインと、前記バスパワーラインと接続されるＶＢＵＳ端子を有するＵＳＢコネクタと、を備えたＵＳＢ電源回路において、前記バスパワーラインとグランド間で直列に複数接続される分圧抵抗と、前記スイッチング素子がオンの状態で、前記分圧抵抗のうち２つの分圧抵抗間の電圧を監視し、前記電圧が第１の閾値以下となったことを検出すると、前記スイッチング素子をオフにさせるコントロールマイコンと、を備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）デバイスに電源を供給するための電源回路に関する。

昨今、ＵＳＢメモリ等のＵＳＢデバイスを接続可能な様々な機器が登場している。このような機器には、ＵＳＢデバイスに電源を供給するための電源回路（以下、ＵＳＢ電源回路）が備えられている。

ＵＳＢ電源回路の一例として、特許文献１には、ＵＳＢコネクタを介してＵＳＢデバイスが接続されたことを検出すると、ＵＳＢ電源回路からＵＳＢデバイスへ流れる電流を一定時間、一定の電流値以下に制限するよう制御し、突入電流を防止するＵＳＢ電源回路が開示されている。

しかし、上記特許文献１のＵＳＢ電源回路では、ＵＳＢデバイスの故障等によりＵＳＢ電源回路のバスパワーのラインに過電流が流れた場合に、この過電流を検出することはできず、発火等の事故が発生する恐れがある。

そこで、従来、図３に示す構成のＵＳＢ電源回路が存在する。

図３に示す従来のＵＳＢ電源回路は、定電圧出力電源回路であるスイッチング電源回路１と、トランジスタ２と、駆動回路３と、コンデンサ４と、ツェナーダイオード５と、ダイオード６と、プルアップ抵抗７と、ハイサイドスイッチＩＣ８と、ＵＳＢコネクタ９と、コントロールマイコン１０と、サブマイコン１１とを備えている。

図３におけるスイッチング電源回路１の構成は、電圧出力部付近の構成のみを示す。スイッチング電源回路１は、一般的に知られているように、全波整流回路、平滑コンデンサ、スイッチング素子、フィードバック回路、制御回路（いずれも不図示）に加え、トランス１ａ、ダイオード１ｂ、コンデンサ１ｃを有している。トランス１ａの二次巻線１ｄに発生する電圧は、ダイオード１ｂで整流され、コンデンサ１ｃで平滑化され、スイッチング電源回路１の出力電圧（５Ｖ）となる。

スイッチング電源回路１の電圧出力ラインは、トランジスタ２のコレクタに接続される。また、トランジスタ２のベースは、駆動回路３、並びにコンデンサ４の一端、ツェナーダイオード５のカソードに接続される。コンデンサ４の他端およびツェナーダイオード５のアノードは接地される。駆動回路３は、トランジスタ２のオンオフを制御する。また、コンデンサ４およびツェナーダイオード５は、トランジスタ２のベース電流を調整する。

トランジスタ２のエミッタは、ダイオード６のカソードに接続される。ダイオード６のアノードは、プルアップ抵抗７の一端およびサブマイコン１１に接続される。プルアップ抵抗７の他端は、プルアップ電源Ｖｃｃに接続される。

ハイサイドスイッチＩＣ８は、電源入力端子Ｔｉｎ、パワースイッチ出力端子Ｔｏｕｔ、パワースイッチイネーブル入力端子Ｔｅｎ並びに過電流通知出力端子Ｔｏｃの各端子と、ＭＯＳＦＥＴ８ａと、低電圧ロックアウト回路８ｂと、チャージポンプ回路８ｃと、過電流検出回路８ｄと、ゲートロジック回路８ｅと、サーマルシャットダウン回路８ｆと、ＮＭＯＳ８ｇと、を有している。

電源入力端子Ｔｉｎは、トランジスタ２のエミッタ、低電圧ロックアウト回路８ｂおよびＭＯＳＦＥＴ８ａのドレインに接続される。ＭＯＳＦＥＴ８ａのソースはパワースイッチ出力端子Ｔｏｕｔを介してバスパワーラインＢＰの一端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ８ａのゲートはチャージポンプ回路８ｃに接続される。

ゲートロジック回路８ｅは、ＭＯＳＦＥＴ８ａのゲート電圧を制御するための制御信号をチャージポンプ回路８ｃに出力する。チャージポンプ回路８ｃは、ゲートロジック回路８ｅから入力された制御信号の電圧を昇圧して、昇圧した電圧をＭＯＳＦＥＴ８ａのゲートに印加する。

ゲートロジック回路８ｅは、パワースイッチイネーブル入力端子Ｔｅｎを介してコントロールマイコン１０からイネーブル信号ＥＮを受信し、受信したイネーブル信号ＥＮのレベルに応じてＭＯＳＦＥＴ８ａをオンオフさせる。

過電流検出回路８ｄは、バスパワーラインＢＰに流れる過電流を検出可能であり、過電流を検出した場合、ゲートロジック回路８ｅに検出を通知し、ゲートロジック回路８ｅはＭＯＳＦＥＴ８ａの出力電流を制限する。

低電圧ロックアウト回路８ｂは、電源入力端子Ｔｉｎの電圧低下を検出すると、ゲートロジック回路８ｅに検出を通知し、ゲートロジック回路８ｅはＭＯＳＦＥＴ８ａをオフにさせる。

サーマルシャットダウン回路８ｆは、過電流制限状態が続きチップの温度が所定温度を超えたことを検出すると、ゲートロジック回路８ｅに検出を通知し、ゲートロジック回路８ｅはＭＯＳＦＥＴ８ａをオフにさせる。

ゲートロジック回路８ｅは、ＮＭＯＳ８ｇのゲートに接続される。ＮＭＯＳ８ｇのドレインは、過電流通知出力端子Ｔｏｃに接続され、ＮＭＯＳ８ｇのソースは、接地される。

ゲートロジック回路８ｅは、過電流検出回路８ｄまたはサーマルシャットダウン回路８ｆから検出通知を受けると、ＮＭＯＳ８ｇを介して過電流通知信号ＯＣにより過電流をコントロールマイコン１０に通知する。

ＵＳＢコネクタ９は、ＵＳＢデバイス（不図示）を接続可能であり、電源用のＶＢＵＳ端子Ｔｖｂ、データ通信用のＤ＋端子ＴｄｐおよびＤ−端子Ｔｄｍ、接地用のＧＮＤ端子Ｔｇｄを有する。

ＶＢＵＳ端子ＴｖｂはバスパワーラインＢＰの一端に接続され、ＶＢＵＳ端子Ｔｖｂを介してＵＳＢデバイスに電源が供給される。Ｄ＋端子ＴｄｐおよびＤ−端子Ｔｄｍはコントロールマイコン１０に接続され、コントロールマイコン１０とＵＳＢデバイスは、Ｄ＋端子ＴｄｐおよびＤ−端子Ｔｄｍを介して双方向通信を行う。

このような構成のＵＳＢ電源回路を備えた機器（テレビ等）の電源がオンにされると、駆動回路３は、通電信号を受けてトランジスタ２をオンとする。また、コントロールマイコン１０は、ゲートロジック回路８ｅにＨｉｇｈレベルのイネーブル信号ＥＮを出力し、ゲートロジック回路８ｅはＭＯＳＦＥＴ８ａをオンにする。これにより、バスパワーラインＢＰを介してＵＳＢデバイスに電源が供給される。

このような状態で、ＵＳＢデバイスの故障等によりバスパワーラインＢＰに過電流が流れた場合、過電流検出回路８ｄが過電流を検出し、ゲートロジック回路８ｅに検出を通知し、ゲートロジック回路８ｅがＭＯＳＦＥＴ８ａの出力電流を制限する。これにより、過電流が制限され、発火等の事故を防止できる。

また、正常にＵＳＢデバイスに電源が供給されている状態では、ダイオード６のカソード側の電圧よりも、プルアップ電源Ｖｃｃとプルアップ抵抗７によるダイオード６のアノード側の電圧のほうが小さいので、ダイオード６に電流は流れない。しかし、コンデンサ１ｃがショートした等の不具合が生じた場合、ダイオード６のカソード側の電圧のほうがダイオード６のアノード側の電圧より小さくなるので、ダイオード６に電流が流れ、ダイオード６のアノード側の電圧が低下する。そして、サブマイコン１１が、ショート検出信号ＳＤの電圧低下を検出すると、サブマイコン１１がコントロールマイコン１０に通知し、コントロールマイコン１０がＬｏｗレベルのイネーブル信号ＥＮをゲートロジック回路８ｅに出力し、ゲートロジック回路８ｅがＭＯＳＦＥＴ８ａをオフにする。これにより、ＵＳＢ電源回路側におけるショートによるＵＳＢデバイスへの悪影響を防止できる。

特開２００５−１８４９０４号公報

しかし、上記従来のＵＳＢ電源回路では、過電流検出の閾値はハイサイドスイッチＩＣによって決められており、閾値を設計変更することは即ち、ハイサイドスイッチＩＣの選定を再度行うことであり、設計コストが上昇していた。

上記問題点を鑑みて、本発明は、ＵＳＢデバイスの故障等による過電流が生じた場合でも発火等の事故を防止できるＵＳＢ電源回路において、過電流検出の閾値変更に伴う設計コストを低減することができるＵＳＢ電源回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のＵＳＢ電源回路は、定電圧出力電源回路と、スイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して前記定電圧出力電源回路の電圧出力ラインと接続されるバスパワーラインと、前記バスパワーラインと接続されるＶＢＵＳ端子を有するＵＳＢコネクタと、を備えたＵＳＢ電源回路において、
前記バスパワーラインとグランド間で直列に複数接続される分圧抵抗と、
前記スイッチング素子がオンの状態で、前記分圧抵抗のうち２つの分圧抵抗間の電圧を監視し、前記電圧が第１の閾値以下となったことを検出すると、前記スイッチング素子をオフにさせるコントロールマイコンと、を備えた構成とした。

このような構成によれば、ＵＳＢコネクタに接続したＵＳＢデバイスの故障等でバスパワーラインに過電流が流れた場合、バスパワーラインの電圧が低下し、コントロールマイコンは分圧抵抗間の電圧が第１の閾値以下となったことを検出し、スイッチング素子をオフとするので、過電流が流れなくなり発火等の事故を防止できる。

また、過電流とみなす電流値の閾値を設計変更する場合は、分圧抵抗の分圧比と、コントロールマイコンのソフトウェアの少なくとも一方を変更するだけでよいので、設計コストを低減できる。

また、上記構成において、前記分圧抵抗は２個である構成にしてもよい。

このような構成によれば、従来のハイサイドスイッチＩＣを用いる場合に比べ、２個の分圧抵抗で済み、コストメリットが大きい。

また、上記いずれかの構成において、前記コントロールマイコンは、前記電圧が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以上となったことを検出した場合も、前記スイッチング素子をオフにさせる構成としてもよい。

このような構成によれば、ＵＳＢデバイスの故障等でバスパワーラインに過電圧が印加された場合でも、コントロールマイコンは分圧抵抗間の電圧が第２の閾値以上となったことを検出し、スイッチング素子をオフとするので、ＵＳＢデバイスからＵＳＢ電源回路側への悪影響を抑えることができる。

また、上記いずれかの構成のＵＳＢ電源回路は例えば、映像音声機器に設けることができる。

本発明のＵＳＢ電源回路によれば、ＵＳＢデバイスの故障等による過電流が生じた場合でも発火等の事故を防止できるＵＳＢ電源回路において、過電流検出の閾値変更に伴う設計コストを低減することができる。

本発明に係るＵＳＢ電源回路の一構成例を示す図である。本発明に係るＵＳＢ電源回路の異常監視動作に関するフローチャートである。従来のＵＳＢ電源回路の一構成例を示す図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１に、本発明に係るＵＳＢ電源回路の一構成例を示す。上述した図３に示す従来のＵＳＢ電源回路と同一の構成については同一の符号を付して、従来のＵＳＢ電源回路との差異について特に説明する。

本発明に係るＵＳＢ電源回路では、従来のＵＳＢ電源回路（図３）におけるハイサイドスイッチＩＣ８や、ＵＳＢ電源回路側におけるショートを検出するための構成（ダイオード６、プルアップ抵抗７、プルアップ電源Ｖｃｃ、サブマイコン１１）を除いている。

本発明に係るＵＳＢ電源回路においては、トランジスタ２のエミッタが直接バスパワーラインＢＰの一端に接続され、バスパワーラインＢＰの他端がＵＳＢコネクタ９のＶＢＵＳ端子Ｔｖｂに接続される。

そして、バスパワーラインＢＰの途中に分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列にグランドに接続される。分圧抵抗Ｒ１と分圧抵抗Ｒ２の接続点にはダイオード１２のカソードが接続され、ダイオード１２のアノードがコントロールマイコン１０に接続される。ダイオード１２は、コントロールマイコン１０への電流逆流を防止するために挿入され、コントロールマイコン１０の破壊を防ぐ。

また、ダイオード１３のカソードが駆動回路３に接続され、ダイオード１３のアノードがコントロールマイコン１０に接続される。ダイオード１３は、コントロールマイコン１０への電流逆流を防止するために挿入され、コントロールマイコン１０の破壊を防ぐ。

このような構成の本発明に係るＵＳＢ電源回路の異常監視動作について図２のフローチャートを用いて説明する。

本発明に係るＵＳＢ電源回路を備える機器（テレビ等）の電源がオンとされると、図２のフローチャートが開始される。

まず、ステップＳ１で、コントロールマイコン１０は、Ｈｉｇｈレベルのスイッチング信号ＳＷを駆動回路３に出力し、駆動回路３は、トランジスタ２をオンとする。これにより、スイッチング電源回路１の出力電圧が、バスパワーラインＢＰ、ＶＢＵＳ端子Ｔｖｂを介して、ＵＳＢコネクタ９に接続されたＵＳＢデバイス（不図示）に供給される。

次に、ステップＳ２で、コントロールマイコン１０は、分圧抵抗Ｒ１と分圧抵抗Ｒ２の接続点の電圧を、異常検出信号ＦＬとして監視を開始する。

そして、異常検出信号ＦＬが所定の閾値より高ければ（ステップＳ３のＮ）、コントロールマイコン１０は監視を継続し、異常検出信号ＦＬが所定の閾値以下となれば（ステップＳ３のＹ）、ステップＳ４に進み、コントロールマイコン１０は、Ｌｏｗレベルのスイッチング信号ＳＷを駆動回路３に出力し、駆動回路３は、トランジスタ２をオフとする。これにより、ＵＳＢデバイスへの電源供給が停止される。

ＵＳＢデバイスの故障等でバスパワーラインＢＰに過電流が流れると、バスパワーラインＢＰの電圧が低下する。過電流とみなす電流値の閾値をもつ電流がバスパワーラインＢＰを流れた場合のバスパワーラインＢＰの電圧を、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した分圧値を上記閾値とすればよい。

ＵＳＢデバイスの故障等でバスパワーラインＢＰに過電流が流れた場合、コントロールマイコン１０は、異常検出信号ＦＬが閾値以下であることを検出するので、トランジスタ２がオフにされ、過電流が流れなくなるので発火等の事故を防止できる。

また、過電流とみなす電流値の閾値を設計変更する場合でも、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧比と、コントロールマイコン１０のソフトウェアの少なくとも一方を変更するだけでよいので、設計変更が容易であり設計コストを低減できる。また、従来のハイサイドスイッチＩＣを用いた場合に比べて、２個の分圧抵抗で済むのでコストメリットが大きい。

また、例えば、スイッチング電源回路１のコンデンサ１ｃがショートしたような場合、バスパワーラインＢＰの電圧が低下するので、異常検出信号ＦＬも低下し、コントロールマイコン１０が異常検出信号ＦＬが閾値以下であることを検出するので、トランジスタ２がオフにされ、ＵＳＢ電源回路側におけるショートによるＵＳＢデバイスへの悪影響を防止できる。即ち、従来のＵＳＢ電源回路（図３）のように、ＵＳＢ電源回路側におけるショートを検出するための構成（ダイオード６、プルアップ抵抗７、プルアップ電源Ｖｃｃ、サブマイコン１１）を別途必要としない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、実施形態は本発明の趣旨の範囲内であれば様々に変更可能である。

例えば、異常検出信号ＦＬの閾値としては、上述した閾値（第１の閾値）に加え、第１の閾値よりも高い第２の閾値を設け、異常検出信号ＦＬが第１の閾値以下または、第２の閾値以上となれば、トランジスタ２をオフとするようにしてもよい。

これにより、例えば、ＵＳＢデバイスがバスパワーでなく商用電源で動作する場合に、ＵＳＢデバイスの故障により過電圧がバスパワーラインＢＰに印加された場合でも、コントロールマイコン１０は異常検出信号ＦＬが第２の閾値以上であることを検出するので、トランジスタ２がオフにされ、ＵＳＢデバイスからＵＳＢ電源回路側への悪影響を抑えることができる。

また、分圧抵抗は２つに限らず、３つ以上としてもかまわない。

なお、本発明に係るＵＳＢ電源回路は、例えば、テレビ、ＤＶＤレコーダ、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｋレコーダ、ＤＶＤプレーヤ等の映像音声機器に設けることができる。

１スイッチング電源回路
２トランジスタ
３駆動回路
４コンデンサ
５ツェナーダイオード
６ダイオード
７プルアップ抵抗
８ハイサイドスイッチＩＣ
９ＵＳＢコネクタ
１０コントロールマイコン
１１サブマイコン
１２ダイオード
１３ダイオード
Ｒ１、Ｒ２分圧抵抗
ＢＰバスパワーライン
Ｖｃｃプルアップ電源

Claims

定電圧出力電源回路と、スイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して前記定電圧出力電源回路の電圧出力ラインと接続されるバスパワーラインと、前記バスパワーラインと接続されるＶＢＵＳ端子を有するＵＳＢコネクタと、を備えたＵＳＢ電源回路において、
前記バスパワーラインとグランド間で直列に複数接続される分圧抵抗と、
前記スイッチング素子がオンの状態で、前記分圧抵抗のうち２つの分圧抵抗間の電圧を監視し、前記電圧が第１の閾値以下となったことを検出すると、前記スイッチング素子をオフにさせるコントロールマイコンと、を備えたことを特徴とするＵＳＢ電源回路。
前記分圧抵抗は２個であることを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢ電源回路。
前記コントロールマイコンは、前記電圧が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以上となったことを検出した場合も、前記スイッチング素子をオフにさせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＵＳＢ電源回路。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＵＳＢ電源回路を備えた映像音声機器。