JP5201215B2 - 電力使用方法、スレーブ装置、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＵＳＢなどのインタフェースを介してマスタからスレーブへ電力を供給しスレーブで電力を使用する方法などに関する。

図１１および図１２は旧仕様および新仕様におけるスレーブへの電力供給の範囲を示す図である。

近年、２台の装置を繋ぐインタフェースとして、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）が普及している。ＵＳＢによると、例えば、パーソナルコンピュータに、プリンタ、デジタルカメラ、携帯電話端末、フロッピディスクドライブ、ポータブルオーディオプレーヤ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、およびＵＳＢメモリなど様々な装置を繋ぐことができる。

ＵＳＢによると、２台の装置間でデータのやり取りをするだけでなく、ホスト（上位側の装置。一般に、パーソナルコンピュータまたはＵＳＢハブであることが多い。）からスレーブ（下位側の装置）へ電力を供給することができる。したがって、ＵＳＢによると、スレーブに備えられた二次電池を、ホストの電力を供給することによって充電することができる。

非特許文献１には、ＵＳＢによるスレーブへの電力の供給に関する仕様が定められている。

この仕様（新仕様）よりも前の仕様（旧仕様）では、図１１の「既存領域」の範囲で、ホストからスレーブへのＶＢｕｓによる電力の供給を行わなければならなかった。

しかし、新仕様では、図１１の「拡張領域」の範囲での電力の供給が認められている。または、ホストとスレーブとの間でのデータ通信を伴う場合は、その転送モードに応じて、図１２の「High Speed拡張領域」および「Full Speed/Low Speed拡張領域」の範囲でも、電力の供給が認められている。このように、新仕様では、電力の供給に関する制限が緩和されている。
"Battery Charging Specification Revision 1.0"、２００７年５月８日、USB Implementers Forum, Inc.

しかし、上述の通り制限が緩和されたことによって、却って、スレーブは、期待通りに電力の供給を受けられないことがある。そうすると、スレーブは、一部の処理について正常に動作しないことがある。

例えば、スレーブは、４ボルト以上の電圧が掛からなければマスタに繋がれたことを認識しない仕様になっている場合は、２ボルトの電圧しかが得られなければ、正常に動作しない。

本発明は、このような問題点に鑑み、電力の供給に関する制限が拡張された仕様において、電力の供給を受ける装置の動作を従来よりも確実にすることを、目的とする。

本発明の一形態に係る電力使用方法は、第一の装置から供給される電力を第二の装置において使用する電力使用方法であって、前記第二の装置が特定の処理を行うのに最低限必要な電圧の値である第一の値を前記第一の装置へ通知する処理を、前記第二の装置に実行させ、前記第一の値の電圧で前記第一の装置が前記第二の装置へ電力を供給する際の電流の値である第二の値を前記第二の装置へ通知する処理を、前記第一の装置に実行させ、電力を所定の規格に基づいて前記第二の装置へ供給する処理を前記第一の装置に実行させ、供給される電力を、電流の値が前記第二の値を超えないように消費させながら、前記特定の処理を前記第二の装置に実行させる。

本発明の他の形態に係る電力使用方法は、第一の装置から供給される電力を第二の装置において使用する電力使用方法であって、前記第二の装置が特定の処理を行うのに最低限必要な電圧で前記電力を消費する際の電流の値を、試験を行うことによって検出する処理を、前記第二の装置に実行させ、前記電力を、電流の値が前記検出された値を超えないように消費させながら、前記特定の処理を前記第二の装置に実行させる。

好ましくは、前記試験を、前記特定の処理のトレーニング用の回路によって行う。

前記特定の処理は、例えば、前記第二の装置の二次電池を充電する処理である。前記第一の装置は、パーソナルコンピュータまたはＵＳＢ（Universal Serial Bus）ハブであって、前記第二の装置は、ＵＳＢデバイスである。

本発明によると、電力の供給に関する制限が拡張された仕様において、電力の供給を受ける装置の動作を従来よりも確実にすることができる。

パーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２との接続の形態の例を示す図 パーソナルコンピュータ１のハードウェア構成の例を示す図 パーソナルコンピュータ１およびＵＳＢデバイス２の機能的構成の例を示す図 ＵＳＢデバイス２のハードウェア構成の例を示す図である。 電圧電流テーブルＴＬＡの例を示す図 トレーニングユニット２０ｆの構成の例を示す図である。 パーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２とが繋がれた際の全体的な処理の流れの例を説明するシーケンス図である。 電圧電流テーブルＴＬＢの例を示す図 電圧電流テーブルＴＬＣの例を示す図 パーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２との接続の形態の他の例を示す図である。 旧仕様および新仕様におけるスレーブへの電力供給の範囲を示す図である。 旧仕様および新仕様におけるスレーブへの電力供給の範囲を示す図である。

図１はパーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２との接続の形態の例を示す図、図２はパーソナルコンピュータ１のハードウェア構成の例を示す図、図３はパーソナルコンピュータ１およびＵＳＢデバイス２の機能的構成の例を示す図、図４はＵＳＢデバイス２のハードウェア構成の例を示す図である。

図１に示すパーソナルコンピュータ１は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェースを備えている。

ＵＳＢデバイス２は、携帯電話端末、ポータブルオーディオプレーヤ、およびＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのような、ＵＳＢインタフェースを備えた可搬型の装置である。

パーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２とは、ＵＳＢケーブルによって繋がれ、通信を行うことができる。さらに、パーソナルコンピュータ１は、ＵＳＢデバイス２に電源を供給することができる。以下、ＵＳＢのバージョンとしてＵＳＢ２．０および１．０が用いられる場合を例に説明する。

パーソナルコンピュータ１は、図２に示すように、制御装置１０ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｂ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｃ、ハードディスク１０ｄ、液晶ディスプレイ１０ｅ、キーボード１０ｆ、ポインティングデバイス１０ｇ、およびＵＳＢコントローラ１０ｈなどを有する。

制御装置１０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）などであって、ＲＡＭ１０ｂまたはＲＯＭ１０ｃに記憶されているプログラムを実行する。なお、制御装置１０ａがＭＰＵである場合は、ＲＡＭ１０ｂおよびＲＯＭ１０ｃが制御装置１０ａに一体的に組み込まれていることがある。

キーボード１０ｆおよびポインティングデバイス１０ｇは、ユーザがコマンドおよびデータなどをパーソナルコンピュータ１に入力するための装置である。

液晶ディスプレイ１０ｅは、デスクトップ、ウィンドウ、およびダイアログボックスなど種々の画面を表示する。

ＵＳＢコントローラ１０ｈは、ＵＳＢの制御を行うためのＩＣ（Integrated Circuit）である。

ＲＯＭ１０ｃには、図３に示す電圧電流テーブル記憶部１０１、最低電圧値問合せ部１０２、最低電圧値通知受付部１０３、供給電流値決定部１０４、最大電流値通知部１０５、および供給電流制御部１０６などの機能を実現するためのプログラムが記憶されている。これらのプログラムは、制御装置１０ａによって実行される。これらのプログラムは、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）として提供してもよいし、ＯＳ（Operating System）のドライバとして提供してもよい。後者の場合は、ドライバはハードディスク１０ｄに記憶される。

ＵＳＢデバイス２は、図４に示すように、ＣＰＵ２０ａ、ＲＡＭ２０ｂ、ＲＯＭ２０ｃ、電源ユニット２０ｄ、ＵＳＢコントローラ２０ｅ、およびトレーニングユニット２０ｆなどを有する。そのほか、ＵＳＢデバイス２の種類に応じて、種々のハードウェアを有する。例えば、ＵＳＢデバイス２が携帯電話端末であれば、無線回路、アンテナ、液晶ディスプレイ、操作ボタン、音声処理回路、デジタルカメラ、マイク、スピーカ、およびフラッシュメモリなどを有する。

ＵＳＢコントローラ２０ｅは、ＵＳＢの制御を行うためのＩＣである。電源ユニット２０ｄは、二次電池および充電制御回路などを有する。二次電池は、ＵＳＢケーブルを介してパーソナルコンピュータ１から供給される電力によって充電される。また、ＵＳＢデバイス２の各部に電力を供給する。充電制御回路は、二次電池への充電を制御し、過充電を防止する。

ＲＯＭ２０ｃには、図３に示す最低電圧値記憶部２０１、最低電圧値コマンド受付部２０２、最低電圧値通知部２０３、および最大電流値通知受付部２０４などの機能を実現するためのプログラムが記憶されている。これらのプログラムは、ＣＰＵ２０ａによって実行される。トレーニングユニット２０ｆについては、後に詳細に説明する。

図５は電圧電流テーブルＴＬＡの例を示す図、図６はトレーニングユニット２０ｆの構成の例を示す図である。

次に、図３に示すパーソナルコンピュータ１およびＵＳＢデバイス２の各部の処理内容および図４の電源ユニット２０ｄおよびトレーニングユニット２０ｆの処理内容などを詳細に説明する。

パーソナルコンピュータ１において、電圧電流テーブル記憶部１０１には、電圧電流テーブルＴＬＡが記憶されている。この電圧電流テーブルＴＬＡには、図５のように、ＵＳＢデバイス２に掛ける電圧とその際にＵＳＢデバイス２へ供給する電流との関係を示している。電圧電流テーブルＴＬＡの内容は、ＵＳＢコントローラ１０ｈの特性などに応じて決まり、電圧電流テーブル記憶部１０１に記憶される。

なお、電圧電流テーブルＴＬＡは、ＵＳＢデバイス２との接続の完了後にデータ通信を行わない場合の電圧と電流との関係を示している。データ通信を行う場合については、後に説明する。

最低電圧値問合せ部１０２は、パーソナルコンピュータ１にＵＳＢデバイス２が繋がれた際に、最低限必要な電圧の値（以下、「最低電圧値Ｅｂ」と記載する。）を回答するように要求するコマンド（以下、「コマンド３Ａ」と記載する。）をＵＳＢデバイス２へ送信する。

ＵＳＢデバイス２において、最低電圧値記憶部２０１は、ＵＳＢデバイス２が自らの充電を行うのに最低限必要な電圧の値つまり最低電圧値Ｅｂを記憶する。

最低電圧値コマンド受付部２０２は、パーソナルコンピュータ１からのコマンド３Ａを受け付ける。

最低電圧値通知部２０３は、コマンド３Ａが受け付けられると、最低電圧値記憶部２０１に記憶されている最低電圧値Ｅｂを示す回答データ３Ｂをパーソナルコンピュータ１へ送信する。

パーソナルコンピュータ１において、最低電圧値通知受付部１０３は、ＵＳＢデバイス２からの回答データ３Ｂを受け付ける。

供給電流値決定部１０４は、受け付けられた回答データ３Ｂに示される最低電圧値Ｅｂに対応する電流の値を、電圧電流テーブルＴＬＡ（図５参照）の中から検索する。そして、供給電流値決定部１０４は、検索した電流の値を、ＵＳＢデバイス２へ供給する電流の値（以下、「最大電流値Ｉｂ」と記載する。）に決定する。例えば、最低電圧値Ｅｂが４．０Ｖである場合は、１２４０ｍＡに決定する。

最大電流値通知部１０５は、決定した最大電流値Ｉｂを示す通知データ３ＣをＵＳＢデバイス２へ送信する。

供給電流制御部１０６は、決定した最大電流値Ｉｂで電力が供給されるように、ＵＳＢコントローラ１０ｈを制御する。

ＵＳＢデバイス２において、最大電流値通知受付部２０４は、パーソナルコンピュータ１からの通知データ３Ｃを受け付ける。

以上の処理によって、最大電流値Ｉｂ以下の電流がＵＳＢデバイス２へ供給され、二次電池の充電が可能になる。

電源ユニット２０ｄの充電制御回路は、最低電圧値Ｅｂ以上の電圧で二次電池の充電を行う。この際に、二次電池へ流す電流を、パーソナルコンピュータ１から通知された最大電流値Ｉｂを超えないように制御する。

または、電源ユニット２０ｄ充電制御回路は、二次電池へ流す電流を、図４のトレーニングユニット２０ｆによって検出された電流値を超えないように制御してもよい。

トレーニングユニット２０ｆは、ＵＳＢデバイス２において最低電圧値Ｅｂを得るのに必要な電流値（以下、「最大電流値Ｉｈ」と記載する。）を測定し、電源ユニット２０ｄへ通知するための処理を行う。

トレーニングユニット２０ｆは、図６に示すように、可変電流消費回路２０ｆ１および電圧検出回路２０ｆ２を有する。トレーニングユニット２０ｆは、次に説明するように、特定の処理（本実施例では、充電の処理）の際の電圧と電流との関係を検出する試験を行うために用いられる。

ＵＳＢデバイス２がパーソナルコンピュータ１に繋がれ、パーソナルコンピュータ１からＵＳＢデバイス２へ電流が供給されると、電流の一部を、量を少しずつ増加させながら可変電流消費回路２０ｆ１に流し消費させる。可変電流消費回路２０ｆ１は試験（トレーニング）用の回路である。可変電流消費回路２０ｆ１の抵抗の値は、電源ユニット２０ｄの二次電池の充電時の抵抗値と同等である。
可変電流消費回路２０ｆ１に流す電流の量は、ＣＰＵ２０ａによって制御される。

電圧検出回路２０ｆ２は、可変電流消費回路２０ｆ１に電流が流れているときの電圧を測定し続ける。そして、測定した電圧値が最低電圧値Ｅｂになったことを検知し、ＣＰＵ２０ａへその旨を通知する。

ＣＰＵ２０ａは、電圧検出回路２０ｆ２からの通知を受けると、その時点（つまり、可変電流消費回路２０ｆ１に掛かる電圧の値が最低電圧値Ｅｂになった時点）の、可変電流消費回路２０ｆ１に流れた電流の値を、最大電流値Ｉｈに設定する。そして、ＣＰＵ２０ａは、決定した最大電流値Ｉｈを電源ユニット２０ｄへ通知する。

そして、電源ユニット２０ｄの充電制御回路は、二次電池へ流す電流を、トレーニングユニット２０ｆおよびＣＰＵ２０ａによって得られた最大電流値Ｉｈを超えないように制御することで、最低電圧値Ｅｂ以上で二次電池の充電を行うことができる。

図７はパーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２とが繋がれた際の全体的な処理の流れの例を説明するシーケンス図である。

次に、パーソナルコンピュータ１およびＵＳＢデバイス２の全体的な処理の流れを、図７を参照しながら説明する。

図７において、パーソナルコンピュータ１にＵＳＢデバイス２が繋がれると、パーソナルコンピュータ１およびＵＳＢデバイス２の両装置は、従来通り、互いに繋がれたことを認識し、ハードウェアおよびソフトウェアに関する各種の設定（コンフィグレーション）を行う（＃３０１、＃４０１）。

すると、パーソナルコンピュータ１は、ＵＳＢデバイス２に対して、コマンド３Ａを送信することによって最低電圧値を問い合せる（＃３０２）。ＵＳＢデバイス２は、コマンド３Ａを受信すると（＃４０２）、パーソナルコンピュータ１に対して、回答データ３Ｂを送信することによって最低電圧値Ｅｂを回答（返答）する（＃４０３）。

パーソナルコンピュータ１は、回答データ３Ｂを受信すると（＃３０３）、最低電圧値Ｅｂに対応する最大電流値Ｉｂを電圧電流テーブルＴＬＡ（図５参照）の中から検索し、ＵＳＢデバイス２に対して通知データ３Ｃを送信することによって最大電流値Ｉｂを通知する（＃３０４）。

そして、パーソナルコンピュータ１は、電力をＵＳＢデバイス２へ供給する（＃３０５）。

ＵＳＢデバイス２は、その供給を受け（＃４０５）、最大電流値Ｉｈを算出し（＃３０６）、最大電流値Ｉｈを電流のリミットとして二次電池の充電を行う（＃４０７）。

本実施形態によると、電力の供給に関する制限が拡張された仕様において、ＵＳＢデバイス２の動作を従来よりも確実にすることができる。

図８は電圧電流テーブルＴＬＢの例を示す図、図９は電圧電流テーブルＴＬＣの例を示す図、図１０はパーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２との接続の形態の他の例を示す図である。

パーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２との接続の完了後、両装置がデータ通信を行う場合は、電圧と電流との関係が、通信の速度に応じて、電圧電流テーブルＴＬＡに示される関係とは異なる。

そこで、図８に示すような、フルスピードモード（Full Speed Mode）およびロースピードモード（Low Speed Mode）用の電圧電流テーブルＴＬＢと、ハイスピードモード（High Speed Mode）用の電圧電流テーブルＴＬＣとを、電圧電流テーブル記憶部１０１に予め用意しておく。

そして、パーソナルコンピュータ１は、コンフィグレーションによって転送モードがフルスピードモードまたはロースピードモードに決まった場合は、電圧電流テーブルＴＬＡの代わりに電圧電流テーブルＴＬＢを用いて最大電流値Ｉｂを決定する。ハイスピードモードに決まった場合は、電圧電流テーブルＴＬＡの代わりに電圧電流テーブルＴＬＣを用いて最大電流値Ｉｂを決定する。

本実施形態では、図６のトレーニングユニット２０ｆをＵＳＢデバイス２に設けたが、図１０に示すように、パーソナルコンピュータ１とＵＳＢデバイス２とを繋ぐＵＳＢケーブル４のＵＳＢデバイス２側のコネクタに設けてもよい。ただし、この場合は、可変電流消費回路２０ｆ１に流す電流を制御するためのコントローラおよびＵＳＢデバイス２へ最大電流値Ｉｈの電流を流すように制御するためのコントローラをも、ＵＳＢデバイス２側のコネクタに設けておく。

図３に示した電圧電流テーブル記憶部１０１ないし供給電流制御部１０６の各機能をＵＳＢハブに設けてもよい。そして、繋がれるＵＳＢデバイス２ごとに出力する電流を制御すればよい。

その他、パーソナルコンピュータ１、ＵＳＢデバイス２の全体または各部の構成、処理内容、処理順序、テーブルの構成などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

Claims (5)

1. 既存の電力供給範囲を超える拡張領域での電力供給が許容される規格に基づいて第一の装置から供給される電力を第二の装置において使用する電力使用方法であって、
   前記第二の装置が特定の処理を行うのに最低限必要な電圧の値である第一の値を前記第一の装置へ通知する処理を、前記第二の装置に実行させ、
   前記第一の値の電圧に対応する電流の値である第二の値を前記第二の装置へ通知し、前記第二の値以下の電流で前記第二の装置へ電力を供給する処理を、前記第一の装置に実行させ、
   前記供給される電力を、電流の値が前記第二の値を超えないように消費させながら、前記特定の処理を前記第二の装置に実行させる、
   電力使用方法。
2. 既存の電力供給範囲を超える拡張領域での電力供給が許容される規格に基づいて第一の装置から供給される電力を第二の装置において使用する電力使用方法であって、
   前記第一の装置から供給される電流の一部を、前記第二の装置のトレーニング回路で漸次増加させながら消費させ、前記トレーニング回路に流れる電流に対応する電圧が前記第二の装置が特定の処理を行うのに最低限必要な電圧に達したときの電流の値を最大電流値として設定する処理を、前記第二の装置に実行させ、
   前記電力を、電流の値が前記最大電流値を超えないように消費させながら、前記特定の処理を前記第二の装置に実行させる、
   電力使用方法。
3. 既存の電力供給範囲を超える拡張領域での電力供給が許容される規格に基づいてホストから電力の供給を受けて特定の処理を行うスレーブ装置であって、
   当該スレーブ装置が特定の処理を行うのに最低限必要な電圧の値である第一の値を前記ホスト装置へ通知する電圧値通知手段と、
   前記第一の値の電圧に対応する電流の値である第二の値の通知を前記ホストから受け付ける通知受付手段と、
   前記ホストから前記第二の値以下の電流で供給される電力を、電流の値が前記第二の値を超えないように消費させながら、前記特定の処理を実行する、特定処理実行手段と、
   を有するスレーブ装置。
4. 既存の電力供給範囲を超える拡張領域での電力供給が許容される規格に基づいてホストから電力の供給を受けて特定の処理を行うスレーブ装置であって、
   前記ホストから供給される電流の一部を、前記増加させながら消費するトレーニング回路と、
   前記トレーニング回路に流れる電流に対応する電圧が前記特定の処理を行うのに最低限必要な電圧に達したときの電流の値を最大電流値として検出する、電流値検出手段と、
   前記電力を、電流の値が前記最大電流値を超えないように消費させながら、前記特定の処理を実行する、特定処理手段と、
   を有するスレーブ装置。
5. 既存の電力供給範囲を超える拡張領域での電力供給が許容される規格に基づいてホストから電力の供給を受けて特定の処理を行う装置を制御するためのコンピュータプログラムであって、
   前記装置に、
   前記装置が特定の処理を行うのに最低限必要な電圧の値である第一の値を前記ホスト装置へ通知する処理を実行させ、
   前記第一の値の電圧に対応する電流の値である第二の値の通知を前記ホストから受け付ける処理を実行させ、
   前記ホストから前記第二の値以下の電流で供給される電力を、電流の値が前記第二の値を超えないように消費させながら、前記特定の処理を実行させる、
   コンピュータプログラム。

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