JP2010020439A

JP2010020439A - システム電源ｌｓｉおよび電子機器

Info

Publication number: JP2010020439A
Application number: JP2008178710A
Authority: JP
Inventors: Kimitaka Osada; 公隆長田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】ＵＳＢの規格の範囲内で効率よくＵＳＢ充電とＵＳＢ通信を同時に実現する。
【解決手段】システム電源ＬＳＩ１００ａは、ＡＣアダプタまたはＵＳＢから内蔵電池４を充電する内蔵電池充電部１０１と、ホストとＵＳＢ通信を行うＵＳＢ通信部１０３と、ＵＳＢ通信部１０３に電力を供給するシリーズレギュレータ１０２と、シリーズレギュレータ１０２の入力の切り替えを行うスイッチ１０４とを内蔵している。ホストからＵＳＢポート３を介して内蔵電池４を充電するＵＳＢ充電とＵＳＢ通信部１０３を用いたＵＳＢ通信とを同時に実行する場合には、スイッチ１０４に内蔵電池４の出力側を選択させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＵＳＢポートを介してホストと通信を行うＵＳＢ通信部に電力を供給するシステム電源ＬＳＩ、およびシステム電源ＬＳＩを備えた電子機器に関するものである。

携帯電話機等の携帯端末装置は、一般的にＵＳＢ（Universal Serial Bus）の通信機能を内蔵している。近年ではＵＳＢ通信機能の他に、ＵＳＢから内蔵電池を充電するＵＳＢ充電機能を備えた製品も増え続けている。図３は本発明に関連するＵＳＢ通信機能とＵＳＢ充電機能とを備えたシステム電源ＬＳＩを使用する携帯端末装置のブロック図である。なお、図３では、電源関係以外の構成の記載を省略している。

システム電源ＬＳＩ１００は、ＡＣアダプタまたはＵＳＢから内蔵電池４を充電する内蔵電池充電部１０１と、図示しないパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣとする）等のホストとＵＳＢ通信を行うＵＳＢ通信部（USB-PHY）１０３と、ＵＳＢ通信部１０３に電力を供給するシリーズレギュレータ１０２とを内蔵したＬＳＩである。
図示しないＡＣアダプタは、外部から内蔵電池４を充電するための給電コネクタ２に接続される。システム電源ＬＳＩ１００の内蔵電池充電部１０１は、トランジスタＴＲ２を制御し、ＡＣアダプタからの充電電流をトランジスタＴＲ２で制限して内蔵電池４を充電する。

ＵＳＢポート３は、ＵＳＢ規格準拠のＢコネクタである。このＵＳＢポート３にはＰＣなどのホストが接続され、ホストからバスパワーＶＢＵＳが供給される。システム電源ＬＳＩ１００の内蔵電池充電部１０１は、トランジスタＴＲ１を制御し、ＡＣアダプタの場合と同様にホストからの充電電流をトランジスタＴＲ１で制限して内蔵電池４を充電する。

シリーズレギュレータ１０２は、ＵＳＢ通信部１０３に電力を供給する。ＵＳＢ通信部１０３は、ＵＳＢポート３のＤ＋／Ｄ−端子を介してホストとのＵＳＢ通信を行う。
ＵＳＢの規格では、バスパワーＶＢＵＳの供給能力Ｉｖｂｕｓとして、ローパワーポート（給電能力１００ｍＡ）とハイパワーポート（給電能力５００ｍＡ：オプション）の２種類のホストやハブ（HUB）が規定されている。通信速度が１２Ｍｂｐｓのフルスピード（Full Speed）ではＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂは前記のローパワーポートの給電能力１００ｍＡに対して十分小さい値であったが、通信速度が４８０Ｍｂｐｓのハイスピード（High Speed）になると、ＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂは６０〜７０ｍＡ程度に達する。この値は、携帯端末装置でＰＣとＵＳＢ接続しデータ通信を利用するケースでは無視できない消費電流である。

したがって、携帯電話機やデジタルカメラなどにおいては、ＵＳＢ通信部１０３の電源供給元として機器の内蔵電池４を利用するよりも、ＵＳＢポート３を介してホストから供給されるバスパワーＶＢＵＳを利用した方がＵＳＢ利用時の使用時間が改善されることから、ＵＳＢ通信部の電源はバスパワーＶＢＵＳを利用する方が一般的であった（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００３−２８０７７１号公報特開２００４−２８７８８７号公報

図３に示した携帯端末装置において、ＵＳＢからの充電とＵＳＢ通信とを同時に行うためには、内蔵電池充電部１０１が制御するトランジスタＴＲ１による充電電流ＩｃｈｇとＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂとの総和がバスパワーＶＢＵＳの供給能力Ｉｖｂｕｓ（１００ｍＡまたは５００ｍＡ）以内に収まるように設計する必要があった。ＵＳＢ通信部１０３の動作電流は周囲温度やＬＳＩ製造時のバラつきにより変動する。

したがって、図３に示した携帯端末装置では、ＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂの最悪値を見込んだ上でＵＳＢ規格内に収まるように、内蔵電池４の充電電流Ｉｃｈｇを決定する必要があった。しかし、このような充電電流Ｉｃｈｇの決定方法では、バスアイドル状態等でＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂがほぼゼロに等しい場合でも、消費電流Ｉｕｓｂの最悪値を見込んだ充電電流Ｉｃｈｇのまま固定されるので、バスパワーＶＢＵＳの電力を有効利用できないという問題点があった。

特許文献１に開示された電子機器では、ＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用を実現している。しかしながら、この電子機器においてＵＳＢから充電しているのは、時計などの駆動のための容量の小さいバックアップ用電池であって、図３に示した内蔵電池４のように装置全体に電力を供給するための電池ではない。したがって、バックアップ用電池の充電電流は小さい値で充分なので、上記のような問題点は発生しないが、機器全体に電力を供給するような容量の大きい電池にＵＳＢから充電しようとすると、上記と同じ問題点が発生する。
一方、特許文献２に開示された電子機器では、ＵＳＢ通信時には内蔵電池の充電を行わないようになっており、ＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用を実現できていなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＵＳＢの規格の範囲内で効率よくＵＳＢ充電とＵＳＢ通信を同時に実現可能なシステム電源ＬＳＩおよび電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、ＵＳＢポートを介してホストと通信を行うＵＳＢ通信手段に電力を供給するシステム電源ＬＳＩにおいて、前記ＵＳＢ通信手段に電力を供給するレギュレータと、外部に設けられた電池の出力を前記レギュレータの入力に接続するか、前記ＵＳＢポートからの電源ラインを前記レギュレータの入力に接続するかを切り替え可能なスイッチとを備え、前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して前記電池を充電するＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信手段を用いたＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させることを特徴とするものである。
また、本発明のシステム電源ＬＳＩの１構成例は、さらに、外部の電源から給電コネクタを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電する電池充電手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のシステム電源ＬＳＩの１構成例において、前記電池充電手段は、前記ＵＳＢ充電を行う場合に、前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電することを特徴とするものである。
また、本発明のシステム電源ＬＳＩの１構成例は、さらに、前記ＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させ、前記ＵＳＢ充電を実行しない場合に、前記スイッチに前記ＵＳＢポートからの電源ラインを選択させるスイッチ制御手段を備えることを特徴とするものである。

また、本発明は、ＵＳＢポートを介してホストと通信を行うＵＳＢ通信手段に電力を供給するシステム電源ＬＳＩを備えた電子機器において、前記ＵＳＢポートと、前記システム電源ＬＳＩと、このシステム電源ＬＳＩの内部または外部に設けられた前記ＵＳＢ通信手段と、電子機器に電力を供給する電池とを有し、前記システム電源ＬＳＩは、前記ＵＳＢ通信手段に電力を供給するレギュレータと、前記電池の出力を前記レギュレータの入力に接続するか、前記ＵＳＢポートからの電源ラインを前記レギュレータの入力に接続するかを切り替え可能なスイッチとを備え、前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して前記電池を充電するＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信手段を用いたＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器の１構成例は、さらに、前記システム電源ＬＳＩは、外部の電源から給電コネクタを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電する電池充電手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器の１構成例において、前記電池充電手段は、前記ＵＳＢ充電を行う場合に、前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電することを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器の１構成例は、さらに、前記ＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させ、前記ＵＳＢ充電を実行しない場合に、前記スイッチに前記ＵＳＢポートからの電源ラインを選択させるスイッチ制御手段を、前記システム電源ＬＳＩの内部または外部に備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、ＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用時には、ＵＳＢ通信手段の動作電流を電池から取るようにしたので、ＵＳＢから利用可能な電力をＵＳＢ規格の制限内で有効に利用することが可能になる。つまり、バスアイドル状態等でＵＳＢ通信手段の消費電流がほぼゼロに等しい場合には、電池の充電がより効果的に行われることになる。したがって、本発明では、ＵＳＢの規格の範囲内で効率よくＵＳＢ充電とＵＳＢ通信を同時に実現可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係るシステム電源ＬＳＩを使用する電子機器のブロック図である。本実施の形態の電子機器の例としては、ＵＳＢ通信機能を備えた携帯端末装置がある。携帯端末装置としては、携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Data Assistance，Personal Digital Assistants：個人向け携帯型情報通信機器）等がある。なお、図１では、電源関係以外の構成の記載を省略している。電池４からは、システム電源ＬＳＩ１００ａを含む電子機器内部の各構成に対して電力が供給される。

本実施の形態のシステム電源ＬＳＩ１００ａは、ＡＣアダプタまたはＵＳＢから内蔵電池４を充電する内蔵電池充電部１０１と、図示しないＰＣ等のホストとＵＳＢ通信を行うＵＳＢ通信部（USB-PHY）１０３と、ＵＳＢ通信部１０３に電力を供給するシリーズレギュレータ１０２と、シリーズレギュレータ１０２の入力の切り替えを行うスイッチ１０４と、スイッチ１０４を制御するスイッチ制御部１０５とを内蔵している。

図示しないＡＣアダプタは、給電コネクタ２に接続される。システム電源ＬＳＩ１００ａの内蔵電池充電部１０１は、トランジスタＴＲ２を制御し、ＡＣアダプタからの充電電流をトランジスタＴＲ２で制限して内蔵電池４を充電する。図１におけるＲｃｈｇは、充電電流を検出するための高精度の抵抗である。内蔵電池充電部１０１のゲート電圧生成部１０１０は、抵抗Ｒｃｈｇにより検出した充電電流が規定値になるようにトランジスタＴＲ２のゲート電圧を生成する。アダプタ充電制御部１０１１は、ゲート電圧生成部１０１０が生成したゲート電圧をトランジスタＴＲ２のゲートに供給し、ゲート電圧制御により定電流充電（CC:Constant Current）を行う。

一方、ＵＳＢポート３にＰＣなどのホストが接続されると、ホストからバスパワーＶＢＵＳが供給される。内蔵電池充電部１０１は、トランジスタＴＲ１を制御し、ホストからの充電電流をトランジスタＴＲ１で制限して内蔵電池４を充電する。内蔵電池充電部１０１のゲート電圧生成部１０１０は、抵抗Ｒｃｈｇにより検出した充電電流が規定値になるようにトランジスタＴＲ１のゲート電圧を生成する。ＵＳＢ充電制御部１０１２は、ゲート電圧生成部１０１０が生成したゲート電圧をトランジスタＴＲ１のゲートに供給し、ゲート電圧制御により定電流充電を行う。

なお、給電コネクタ２にＡＣアダプタが接続されている場合には、ＡＣアダプタから内蔵電池４を充電し、ＵＳＢポート３にホストが接続されている場合には、ホストから内蔵電池４を充電するが、給電コネクタ２にＡＣアダプタが接続されると共にＵＳＢポート３にホストが接続されている場合には、ＡＣアダプタとホストからの充電電流を併用して内蔵電池４を充電するようにしてもよい。

スイッチ１０４は、シリーズレギュレータ１０２の入力ノードを内蔵電池４の出力ＶＢＡＴに接続するか、ＵＳＢのバスパワーＶＢＵＳに接続するかの切り替えを行う。

以下、本実施の形態のシステム電源ＬＳＩ１００ａの動作を詳細に説明する。まず、電子機器がＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用に対応している場合について説明する。この場合、スイッチ制御部１０５は、図１に示すように、スイッチ１０４を内蔵電池４の出力ＶＢＡＴ側に切り替える。これにより、内蔵電池４からスイッチ１０４を介してシリーズレギュレータ１０２へ電流が供給されることになる。

このように、ＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用時には、ＵＳＢ通信部１０３の動作電流は内蔵電池４から取ることになるので、ＵＳＢのバスパワーＶＢＵＳの消費電流ＩｖｂｕｓはＵＳＢ充電による充電電流Ｉｃｈｇのみとなる。ＵＳＢ充電による充電電流Ｉｃｈｇは内蔵電池充電部１０１によるトランジスタＴＲ１の制御によって、高精度に制御することが可能なので、充電電流ＩｃｈｇがＵＳＢのバスパワーＶＢＵＳの規格内（１００ｍＡまたは５００ｍＡ）に収まるように高精度に制御することが可能である。また、ＵＳＢ通信部１０３の動作電流は内蔵電池４から供給されるので、ＵＳＢから利用可能な電力をＵＳＢ規格の制限内で有効に利用することが可能になる。つまり、バスアイドル状態等でＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂがほぼゼロに等しい場合には、内蔵電池４の充電がより効果的に行われることになる。したがって、本実施の形態では、ＵＳＢの規格の範囲内で効率よくＵＳＢ充電とＵＳＢ通信を同時に実現可能である。また、本実施の形態では、スイッチ１０４を設けることにより、ＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用に対応する場合と、後述のようにＵＳＢ充電機能に対応しない場合とを容易に切り替えることができる。

次に、電子機器がＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用に対応しない場合について図２を用いて説明する。つまり、ここではＵＳＢ通信のみを行い、ＵＳＢ充電を行わないため、トランジスタＴＲ１が省略されている。
通信速度が１２Ｍｂｐｓのフルスピード（Full Speed）ではＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂは前記のローパワーポートの給電能力１００ｍＡに対して十分小さい値である。一方、通信速度が４８０Ｍｂｐｓのハイスピード（High Speed）になると、ＵＳＢ通信部１０３の消費電流Ｉｕｓｂは６０〜７０ｍＡ程度に達する。この値は、携帯端末装置等の電子機器でＰＣとＵＳＢ接続しデータ通信を利用するケースでは無視できない消費電流である。

したがって、ＵＳＢ通信部１０３の電源供給元として内蔵電池４を利用するよりも、ＵＳＢポート３を介してホストから供給されるバスパワーＶＢＵＳを利用した方がＵＳＢ利用時の使用時間が改善されることから、ＵＳＢ通信部１０３の電源はバスパワーＶＢＵＳを利用する方が好ましい。以上の理由から、ＵＳＢ充電に対応しない場合、スイッチ制御部１０５は、図２に示すように、スイッチ１０４をバスパワーＶＢＵＳ側に切り替える。これにより、ホストからＵＳＢポート３およびスイッチ１０４を介してシリーズレギュレータ１０２へ電流が供給されることになる。

このように、ＵＳＢ充電に対応しない場合には、スイッチ１０４をバスパワーＶＢＵＳ側に切り替えることにより、ＵＳＢ通信部１０３の電力をホストから供給されるバスパワーＶＢＵＳで賄うことができるので、ＵＳＢ使用時の内蔵電池４の使用時間を長くすることができる。

なお、本実施の形態では、システム電源ＬＳＩ１００ａの内部にＵＳＢ通信部１０３がある場合について説明しているが、これに限るものではなく、システム電源ＬＳＩ１００ａの外部にＵＳＢ通信部１０３があってもよい。
また、本実施の形態では、システム電源ＬＳＩ１００ａの内部にスイッチ制御部１０５がある場合について説明しているが、これに限るものではなく、システム電源ＬＳＩ１００ａの外部にスイッチ制御部１０５があってもよい。

本発明は、ＵＳＢ通信部に電力を供給するシステム電源ＬＳＩ、およびシステム電源ＬＳＩを備えた電子機器に適用することができる。

本発明の実施の形態に係るシステム電源ＬＳＩを使用する電子機器のブロック図である。本発明の実施の形態において電子機器がＵＳＢ充電機能とＵＳＢ通信機能の同時使用に対応しない場合について説明するための図である。本発明に関連するＵＳＢ通信機能とＵＳＢ充電機能とを備えたシステム電源ＬＳＩを使用する携帯端末装置のブロック図である。

符号の説明

２…給電コネクタ、３…ＵＳＢポート、４…内蔵電池、１００ａ…システム電源ＬＳＩ、１０１…内蔵電池充電部、１０２…シリーズレギュレータ、１０３…ＵＳＢ通信部、１０４…スイッチ、１０５…スイッチ制御部、１０１０…ゲート電圧生成部、１０１１…アダプタ充電制御部、１０１２…ＵＳＢ充電制御部。

Claims

ＵＳＢポートを介してホストと通信を行うＵＳＢ通信手段に電力を供給するシステム電源ＬＳＩにおいて、
前記ＵＳＢ通信手段に電力を供給するレギュレータと、
外部に設けられた電池の出力を前記レギュレータの入力に接続するか、前記ＵＳＢポートからの電源ラインを前記レギュレータの入力に接続するかを切り替え可能なスイッチとを備え、
前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して前記電池を充電するＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信手段を用いたＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させることを特徴とするシステム電源ＬＳＩ。
請求項１記載のシステム電源ＬＳＩにおいて、
さらに、外部の電源から給電コネクタを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電する電池充電手段を備えることを特徴とするシステム電源ＬＳＩ。
請求項２記載のシステム電源ＬＳＩにおいて、
前記電池充電手段は、前記ＵＳＢ充電を行う場合に、前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電することを特徴とするシステム電源ＬＳＩ。
請求項１記載のシステム電源ＬＳＩにおいて、
さらに、前記ＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させ、前記ＵＳＢ充電を実行しない場合に、前記スイッチに前記ＵＳＢポートからの電源ラインを選択させるスイッチ制御手段を備えることを特徴とするシステム電源ＬＳＩ。
ＵＳＢポートを介してホストと通信を行うＵＳＢ通信手段に電力を供給するシステム電源ＬＳＩを備えた電子機器において、
前記ＵＳＢポートと、
前記システム電源ＬＳＩと、
このシステム電源ＬＳＩの内部または外部に設けられた前記ＵＳＢ通信手段と、
電子機器に電力を供給する電池とを有し、
前記システム電源ＬＳＩは、
前記ＵＳＢ通信手段に電力を供給するレギュレータと、
前記電池の出力を前記レギュレータの入力に接続するか、前記ＵＳＢポートからの電源ラインを前記レギュレータの入力に接続するかを切り替え可能なスイッチとを備え、
前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して前記電池を充電するＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信手段を用いたＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させることを特徴とする電子機器。
請求項５記載の電子機器において、
さらに、前記システム電源ＬＳＩは、外部の電源から給電コネクタを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電する電池充電手段を備えることを特徴とする電子機器。
請求項６記載の電子機器において、
前記電池充電手段は、前記ＵＳＢ充電を行う場合に、前記ホストから前記ＵＳＢポートを介して供給される充電電流を制御して前記電池を充電することを特徴とする電子機器。
請求項５記載の電子機器において、
さらに、前記ＵＳＢ充電と前記ＵＳＢ通信とを同時に実行する場合に、前記スイッチに前記電池の出力側を選択させ、前記ＵＳＢ充電を実行しない場合に、前記スイッチに前記ＵＳＢポートからの電源ラインを選択させるスイッチ制御手段を、前記システム電源ＬＳＩの内部または外部に備えることを特徴とする電子機器。