特許 6626384 給電装置および給電方法、制御回路、ＡＣアダプタ、電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6626384

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】給電装置および給電方法、制御回路、ＡＣアダプタ、電子機器

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/26 20060101AFI20191216BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20191216BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20191216BHJP

【ＦＩ】

   G06F1/26 306

   H02J7/02 B

   H02J1/00 306B

【請求項の数】13

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-59183(P2016-59183)

(22)【出願日】2016年3月23日

(65)【公開番号】特開2017-174138(P2017-174138A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2019年2月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】本木 健一

【審査官】 豊田 真弓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７６４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３４７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１０／０６７４００（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２００４／０７０５９３（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０２Ｊ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＵＳＢ−ＰＤ規格に対応する給電装置から受電装置への給電方法であって、
前記給電装置は、供給可能電圧および電流を規定するデータを含む第１リストを有し、
前記受電装置は、要求電圧および要求電流を規定するデータを含む第２リストを有し、
前記給電方法は、
前記給電装置が、前記受電装置に対して前記要求電圧の送信をリクエストするステップと、
前記給電装置において、前記要求電圧と前記第１リストを参照し、前記要求電圧が、前記第１リストに含まれておらず、かつ自身が当該要求電圧を供給可能である場合、前記要求電圧が含まれるように、前記第１リストを修正するステップと、
前記給電装置が、前記受電装置に対して、修正後の前記第１リストを送信するステップと、
前記受電装置が、前記修正後の第１リストにもとづいて、ひとつの供給可能電圧を選択し、前記給電装置に通知するステップと、
前記給電装置が、選択された前記供給可能電圧を生成し、前記受電装置に供給するステップと、
を備えることを特徴とする給電方法。

【請求項2】

前記第２リストの送信をリクエストするステップより前に、
前記給電装置が、前記受電装置に対して、修正前の前記第１リストを送信するステップと、
前記受電装置が、前記修正前の第１リストにもとづいて、ひとつの供給可能電圧を選択し、前記給電装置に通知するステップと、
前記給電装置が、選択された前記供給可能電圧を生成し、前記受電装置に供給するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の給電方法。

【請求項3】

受電装置にバス電圧を供給するＵＳＢ−ＰＤ規格に対応した給電装置であって、
可変のバス電圧を発生可能な電源回路と、
前記電源回路によって供給可能な供給可能電圧および電流を規定するデータを含む第１リストと、
前記受電装置の受電側コントローラとの間で通信可能であり、前記第１リストを利用して供給電圧をネゴシエーションし、決定した供給電圧を前記電源回路に発生させる給電側コントローラと、
前記給電側コントローラの通信機能を利用して、前記受電側コントローラに対して、前記受電装置の要求電圧を含むデータの送信をリクエストし、当該要求電圧が前記第１リストに含まれておらず、かつ前記電源回路が当該要求電圧を供給可能である場合、前記要求電圧が含まれるように前記第１リストを修正するリスト修正部と、
を備えることを特徴とする給電装置。

【請求項4】

前記給電側コントローラは、前記リスト修正部が前記第１リストを修正する前に、前記受電側コントローラとの間で、前記供給電圧の１回目のネゴシエーションを行い、
前記リスト修正部は、前記１回目のネゴシエーションの完了後に、前記受電装置の要求電圧を含むデータの送信をリクエストすることを特徴とする請求項３に記載の給電装置。

【請求項5】

ＵＳＢ−ＰＤ規格に対応することを特徴とする請求項３または４に記載の給電装置。

【請求項6】

前記電源回路は、出力電圧が可変のＤＣ／ＤＣコンバータを含み、
前記給電側コントローラは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の給電装置。

【請求項7】

前記電源回路は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを含み、
前記給電側コントローラは、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータからひとつを選択することを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の給電装置。

【請求項8】

前記電源回路は、出力電圧が可変のＡＣ／ＤＣコンバータを含み、
前記給電側コントローラは、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の給電装置。

【請求項9】

請求項３から８のいずれかに記載の給電装置を備えることを特徴とするＡＣアダプタ。

【請求項10】

請求項３から８のいずれかに記載の給電装置を備えることを特徴とする電子機器。

【請求項11】

受電装置にバス電圧を供給するＵＳＢ−ＰＤ規格に対応した給電装置の制御回路であって、
前記給電装置は、前記制御回路に加えて、可変のバス電圧を発生可能な電源回路を備え、
前記制御回路は、
前記電源回路によって供給可能な供給可能電圧および電流を規定するデータを含む第１リストを格納するメモリと、
前記受電装置の受電側コントローラとの間で通信可能であり、前記第１リストを利用して供給電圧をネゴシエーションし、決定した供給電圧を前記電源回路に発生させる給電側コントローラと、
前記給電側コントローラの通信機能を利用して、前記受電側コントローラに対して、前記受電装置の要求電圧を含むデータの送信をリクエストし、当該要求電圧が前記第１リストに含まれておらず、かつ前記電源回路が当該要求電圧を供給可能である場合、前記要求電圧が含まれるように前記第１リストを修正するリスト修正部と、
を備えることを特徴とする制御回路。

【請求項12】

前記給電側コントローラは、前記リスト修正部が前記第１リストを修正する前に、前記受電側コントローラとの間で、前記供給電圧の１回目のネゴシエーションを行い、
前記リスト修正部は、前記１回目のネゴシエーションの完了後に、前記受電装置の要求電圧を含むデータの送信をリクエストすることを特徴とする請求項１１に記載の制御回路。

【請求項13】

ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の制御回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器への給電技術に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話端末、スマートホン、タブレット端末、ノート型コンピュータ、ポータブルオーディオプレイヤをはじめとする電池駆動デバイスは、再充電可能な二次電池とともに、それを充電するための充電回路を内蔵する。充電回路には、外部からＵＳＢケーブルを介して供給されたＤＣ電圧（バス電圧Ｖ_ＢＵＳ）や、外部のＡＣアダプタからのＤＣ電圧にもとづいて二次電池を充電するものが存在する。

【0003】

現在、モバイル機器に搭載される充電回路は、USB Battery Charging Specificationと呼ばれる規格（以下、ＢＣ規格という）に対応したものが主流である。ＵＳＢホストあるいはチャージャ（以下、ＵＳＢ給電装置と総称する）には、いくつかの種類が存在する。ＢＣ revision 1.2規格においては、ＵＳＢ給電装置の種類として、ＳＤＰ（Standard Downstream Port）、ＤＣＰ（Dedicated Charging Port）、ＣＤＰ（Charging Downstream Port）が定義されている。そしてＵＳＢ給電装置が供給できる電流（電流容量）は、その種類に応じて規定されている。具体的には、ＤＣＰ、ＣＤＰでは１５００ｍＡ、ＳＤＰでは、ＵＳＢのバージョンに応じて１００ｍＡ、５００ｍＡ、９００ｍＡのように規定されている。

【0004】

ＵＳＢを利用した次世代の二次電池充電の方式、システムとして、USB Power Deliveryと呼ばれる規格（以下、ＰＤ規格という）が策定されている。ＰＤ規格では、供給可能な電力がＢＣ規格の７．５Ｗから、最大１００Ｗまで大幅に増大する。具体的にはＰＤ規格では、ＵＳＢバス電圧として、５Ｖより高い電圧（具体的には、９Ｖ，１２Ｖ，１５Ｖ，２０Ｖ等）の供給が許容されており、充電電流も、ＢＣ規格よりも大きな量（具体的には、２Ａ，３Ａ、５Ａ等）の供給が許容される。ＰＤ規格は、ＵＳＢ ｔｙｐｅ−Ｃ規格にも採用されている。

【0005】

図１は、本発明者が検討した給電システム１００Ｒのブロック図である。この給電システム１００Ｒは、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格に対応しており、ＵＳＢケーブル１０６を介して接続される給電装置２００Ｒと受電装置３００Ｒを備える。たとえば給電装置２００ＲはＡＣアダプタ１０２に搭載され、あるいは電子機器に搭載される。受電装置３００Ｒは、スマートホン、タブレット端末、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ポータブルオーディオプレイヤなど、電池駆動型の電子機器４００に搭載される。

【0006】

給電装置２００Ｒは、電源回路２０２、給電側のＰＤコントローラ（以下、給電側コントローラという）２０４を含む。ＳＯＵＲＣＥ ＰＤＯ（Power Data Object）のリストあるいはテーブル（以下、単にＰＤＯリストともいう）２０６には、給電装置２００Ｒが供給可能な電圧および電流の組み合わせ（ＰＤＯ）を、最大７個まで規定可能である。

【0007】

電子機器４００のレセプタクル１０８にはＵＳＢケーブル１０６が着脱可能に接続される。なおレセプタクル１０８が省略され、ＵＳＢケーブル１０６がＡＣアダプタ１０２と一体となっている充電アダプタも存在する。

【0008】

レセプタクル１０８は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを供給するためのＶＢＵＳ端子、接地電圧Ｖ_ＧＮＤを供給するためのＧＮＤ端子ならびにＣＣ（Configuration Channel）端子を含む。ＣＣ端子は、レセプタクルタイプにおいては２個設けられるが、本明細書では１個に省略して示している。電源回路２０２は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを発生する。電源回路２０２は、図示しない外部電源（たとえば商用交流電源）からのＡＣ１００Ｖを受け、それを直流のバス電圧Ｖ_ＢＵＳに変換するＡＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。電源回路２０２が発生したバス電圧Ｖ_ＢＵＳは、ＵＳＢケーブル１０６のバスラインを介して受電装置３００Ｒに供給される。

【0009】

給電側コントローラ２０４は、ＵＳＢケーブル１０６を介して、受電側のＰＤコントローラ（以下、受電側コントローラ）３０６と接続される。給電側コントローラ２０４と受電側コントローラ３１０は、給電装置２００Ｒと受電装置３００Ｒの間の通信機能を提供する。

【0010】

電子機器４００は、受電装置３００Ｒに加えて負荷（システム）４０２を備える。負荷４０２は、ＣＰＵやメモリ、液晶ディスプレイ、オーディオ回路などを含む。レセプタクル４０４にはＵＳＢケーブル１０６を介してＡＣアダプタ１０２が着脱可能に接続される。

【0011】

受電装置３００Ｒは、バッテリ３０２、充電回路３０４、電源回路３０６、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８、受電側コントローラ３１０、ＳＩＮＫ ＰＤＯのリストあるいはテーブル（以下、単にＰＤＯリストともいう）３１２を備える。

【0012】

バッテリ３０２は再充電可能な２次電池である。充電回路３０４は、ＵＳＢケーブル１０６を介して給電装置２００Ｒからのバス電圧Ｖ_ＢＵＳ（受電装置３００Ｒ側において、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰとも表記する）を受け、バッテリ３０２を充電する。充電回路３０４は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、リニアレギュレータあるいはそれらの組み合わせで構成される。

【0013】

充電回路３０４から負荷４０２へは、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰおよびバッテリ３０２の電圧Ｖ_ＢＡＴの少なくとも一方に応じたシステム電圧Ｖ_ＳＹＳが供給される。負荷４０２は、パワーマネージメントＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＣ／ＤＣコンバータやリニアレギュレータなどを含むマルチチャンネル電源や、マイコン、液晶ディスプレイ、ディスプレイドライバなどを含む。

【0014】

負荷４０２は、たとえばシステム電圧Ｖ_ＳＹＳ＝２０Ｖ、最大電流２．２５Ａ（電力４５Ｗ）で動作する。一方で、電子機器４００は、２０Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳに加えて、１５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳをサポートする。ＰＤＯリスト３１２には、電子機器４００が要求する電圧および電流がＰＤＯとして宣言されている。この例では、２０Ｖ／２．２５Ａと、１５Ｖ／３Ａが、ＰＤＯとして宣言される。またＵＳＢ−ＰＤ規格では、給電側、受電側ともに、５Ｖ（電流は規定されず）をサポートすることが要求される。

【0015】

このために充電回路３０４の前段には、電源回路３０６が設けられる。電源回路３０６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８は、Ｖ_ＢＵＳ＝１５Ｖである場合に、それを昇圧し、２０Ｖのアダプタ電圧Ｖ_ＡＤＰを生成する。

【0016】

受電側コントローラ３１０は、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃに関するポートコントローラであり、ＣＣラインを介して給電側コントローラ２０４と接続される。ＡＣアダプタ１０２と電子機器４００が接続されると、給電側コントローラ２０４と受電側コントローラ３１０とがネゴシエーションを行い、ＰＤＯリスト２０６とＰＤＯリスト３１２にもとづいて、バス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルが決定される。

【0017】

図２は、図１のＵＳＢ ＰＤ規格におけるネゴシエーションのシーケンス図である。はじめに、給電側コントローラ２０４は、受電側コントローラ３１０に対してＰＤＯリスト２０６を送信し、供給可能な電圧／電流を宣言する（Source Capabilityと称する）（Ｓ１００）。

【0018】

受電側コントローラ３１０はＰＤＯリスト３１２を参照して、ＰＤＯリスト２０６の中から最適なＰＤＯを１個選択する（Ｓ１０２）。そして受電側コントローラ３１０は、選択したＰＤＯと、使用する電流量を含むＲＤＯ（Request Data Object）を送信する（Ｓ１０４）。もし、給電装置２００Ｒが供給可能な電流量が、受電装置３００Ｒが要求する電流量に対して不足する場合、ＲＤＯはミスマッチを示す情報を含む。これにより、受電装置３００Ｒから給電装置２００Ｒに対して、本意でないＰＤＯにネゴシエーションしたことが通知される。

【0019】

ＲＤＯを受信した給電側コントローラ２０４は、電源回路２０２の出力電圧Ｖ_ＢＵＳを、ＲＤＯが指示する値にセットする（Ｓ１０６）。なお、必ずしもＰＤＯリスト３１２が要求する電流と、ＰＤＯリスト２０６に宣言される電流は一致するとは限らない。

【0020】

たとえば給電装置２００Ｒが、図１のＰＤＯリスト２０６に宣言された４個のＰＤＯ１〜ＰＤＯ４をサポートしているとする。受電装置３００Ｒ側に着目すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８による電圧変換は電力損失を生ずることから、２０Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳの方が、高効率に動作可能である。そこで受電側コントローラ３１０は、ステップＳ１００で受信したＰＤＯリストの中から、ＰＤＯ４の２０Ｖ／２．２５Ａを選択し、ＰＤＯ４と電子機器４００が消費する電流２．２５Ａを含むＲＤＯを送信する。このケースでは、給電システム１００は、うまく動作している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0021】

【特許文献1】特開２０１３−１９８２６２号公報

【特許文献2】特開２００６−６０９７７号公報

【特許文献3】特開２００６−３０４５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

本発明者は、図１の給電システム１００Ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
ＰＤＯリスト２０６に記載可能なＰＤＯの個数には制限があり、したがって、ＰＤＯリスト２０６には、必ずしも電源回路２０２が生成可能な電圧と電流の組み合わせのすべてがリストされているとは限らない。たとえば図１の例では、電源回路２０２が２０Ｖ／２．２５Ａで動作可能であるにも関わらず、ＰＤＯ４を有していない可能性もある。

【0023】

この場合、受電側コントローラ３１０は、ＰＤＯ１〜ＰＤＯ３の中から、ＰＤＯ３を選択することなる。そうすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０８を動作させる必要があるため、効率が低下する。

【0024】

あるいは、受電装置３００Ｒが、２０Ｖではなく１９Ｖ／２．３８Ａ（すなわち４５Ｗ）を要求する一方で、ＰＤＯリスト２０６がＰＤＯ４（２０Ｖ／２．２５Ａ）を有している場合にも、ＰＤＯ３が選択されることとなり、効率が低下する。

【0025】

またＰＤＯリスト２０６とＰＤＯリスト３１２の組み合わせによっては、給電システム１００Ｒが動作不能に陥る状況も想定される。

【0026】

なおこのような問題は、ＵＳＢ−ＰＤに限らず、それと類似するプロトコルを有する給電システムにおいても生じうる。

【0027】

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、給電システムの効率を改善し、あるいは動作不能状態を回避可能な給電装置および給電方法の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0028】

本発明のある態様は、受電装置にバス電圧を供給する給電装置に関する。給電装置は、可変のバス電圧を発生可能な電源回路と、電源回路によって供給可能な供給可能電圧および電流を規定するデータを含む第１リストと、受電装置の受電側コントローラとの間で通信可能であり、第１リストを利用して供給電圧をネゴシエーションし、決定した供給電圧を電源回路に発生させる給電側コントローラと、給電側コントローラの通信機能を利用して、受電側コントローラに対して、受電装置の要求電圧を含むデータの送信をリクエストし、当該要求電圧が第１リストに含まれておらず、かつ電源回路が当該要求電圧を供給可能である場合、要求電圧が含まれるように第１リストを修正するリスト修正部と、を備える。

【0029】

この態様によると、受電装置に適合するように、給電装置の第１リストを修正することにより、給電システムの効率を改善でき、あるいは動作不能状態を回避できる。

【0030】

給電側コントローラは、リスト修正部が第１リストを修正する前に、受電側コントローラとの間で、供給電圧の１回目のネゴシエーションを行い、リスト修正部は、１回目のネゴシエーションの完了後に、受電装置の要求電圧を含むデータの送信をリクエストしてもよい。

【0031】

給電装置は、ＵＳＢ−ＰＤ規格に対応してもよい。「対応」とは、コンプライアンス試験をパスした準拠した場合（Compliant）、あるいは、コンプライアンス試験にはパスしていないが動作はサポートする場合（Compatible）を含む。

【0032】

電源回路は、出力電圧が可変のＤＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。給電側コントローラは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御してもよい。

【0033】

電源回路は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。給電側コントローラは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータからひとつを選択してもよい。

【0034】

電源回路は、出力電圧が可変のＡＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。給電側コントローラは、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御してもよい。

【0035】

本発明の別の態様はＡＣアダプタに関する。ＡＣアダプタは上述のいずれかの給電装置を備えてもよい。

【0036】

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は上述のいずれかの給電装置を備えてもよい。

【0037】

本発明の別の態様は、受電装置にバス電圧を供給する給電装置の制御回路に関する。給電装置は、制御回路に加えて、可変のバス電圧を発生可能な電源回路を備える。制御回路は、電源回路によって供給可能な供給可能電圧および電流を規定するデータを含む第１リストを格納するメモリと、受電装置の受電側コントローラとの間で通信可能であり、第１リストを利用して供給電圧をネゴシエーションし、決定した供給電圧を前記電源回路に発生させる給電側コントローラと、給電側コントローラの通信機能を利用して、受電側コントローラに対して、受電装置の要求電圧を含むデータの送信をリクエストし、当該要求電圧が第１リストに含まれておらず、かつ電源回路が当該要求電圧を供給可能である場合、要求電圧が含まれるように第１リストを修正するリスト修正部と、を備える。

【0038】

制御回路は一つの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

【0039】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0040】

本発明のある態様によれば、給電システムの効率を改善でき、あるいは動作不能状態を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明者が検討した給電システムのブロック図である。

【図2】図１のＵＳＢ ＰＤ規格におけるネゴシエーションのシーケンス図である。

【図3】実施の形態に係る給電システムのブロック図である。

【図4】図３の給電システムのネゴシエーションのシーケンス図である。

【図5】図５（ａ）〜（ｂ）は、第１ＰＤＯリストの修正を説明する図である。

【図6】図６（ａ）〜（ｄ）は、電源回路の構成例を示すブロック図である。

【図7】図７（ａ）は、給電装置を備えるＡＣアダプタの斜視図であり、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、給電装置を備える電子機器の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0043】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0044】

図３は、実施の形態に係る給電システム１００のブロック図である。給電システム１００は、図１と同様にＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃ規格に対応しており、ＵＳＢケーブル１０６を介して接続される給電装置２００と受電装置３００を備える。たとえば給電装置２００はＡＣアダプタ１０２に搭載され、あるいは電子機器に搭載される。受電装置３００は、スマートホン、タブレット端末、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ポータブルオーディオプレイヤなど、電池駆動型の電子機器４００に搭載される。

【0045】

給電装置２００Ｒは、可変のバス電圧Ｖ_ＢＵＳを発生可能な電源回路２０２および制御回路２０１を備える。制御回路２０１は、給電側のＰＤコントローラ（以下、給電側コントローラという）２０４、第１ＰＤＯリスト２０６を格納するメモリおよびリスト修正部２０８を備える。制御回路２０１は、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣであってもよい。電源回路２０２、給電側コントローラ２０４、ＰＤＯリスト２０６は図１を参照して説明した通りである。ＰＤＯリスト２０６は、メモリに格納される。

【0046】

第１ＰＤＯリスト２０６は、電源回路２０２によって供給可能な供給可能電圧および電流を規定するデータ（ＰＤＯ）を少なくともひとつ含む。給電側コントローラ２０４は、受電装置３００の受電側コントローラ３１０との間で通信可能であり、第１ＰＤＯリスト２０６を利用して供給電圧をネゴシエーションし、決定した供給電圧を電源回路２０２に発生させる。

【0047】

リスト修正部２０８は、給電側コントローラ２０４の通信機能を利用して、受電側コントローラ３１０に対して、受電装置３００の要求電圧を含むデータ（要求ＰＤＯ）の送信をリクエストする。ＵＳＢ−ＰＤ規格では、"get Sink capability"メッセージによって、要求ＰＤＯの送信をリクエストすることができる。

【0048】

受電装置３００側のＰＤＯリスト（第２ＰＤＯリスト）３１２には、２つの要求電圧２０Ｖ，１５Ｖが含まれている。受電側コントローラ３１０は、２つの要求電圧のうち、より好ましい一方（通常は高い方の電圧であるが、その限りではない）である２０Ｖを要求電圧とし、それに対応するＰＤＯを、要求ＰＤＯとして給電側コントローラ２０４に送信する。

【0049】

リスト修正部２０８は、要求ＰＤＯが示す要求電圧（２０Ｖ）が第１ＰＤＯリスト２０６に含まれておらず、かつ電源回路２０２が当該要求電圧（２０Ｖ）を供給可能である場合、要求電圧（２０Ｖ）が含まれるように第１ＰＤＯリスト２０６を修正する。

【0050】

好ましくは給電側コントローラ２０４は、リスト修正部２０８が第１ＰＤＯリスト２０６を修正する前に、すなわち"get Sink capability"メッセージを送信する前に、受電側コントローラ３１０との間で、通常の１回目のネゴシエーションを行い、供給電圧を決定し、電源回路２０２は、決定された電圧レベルのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを供給する。この処理は、図２を参照して説明した通りである。その後、リスト修正部２０８は、１回目のネゴシエーションの完了後に、受電装置３００の要求電圧を含む要求ＰＤＯの送信をリクエストする。

【0051】

以上が給電装置２００の構成である。続いてその動作を説明する。

【0052】

図４は、図３の給電システム１００のネゴシエーションのシーケンス図である。通常のネゴシエーションＳ１００〜Ｓ１０６は図２と同様である。続いて、給電装置２００は、要求ＰＤＯをリクエストし（Ｓ１０８）、受電装置３００はそれに応答して要求ＰＤＯを送信する（Ｓ１１０）。給電装置２００では、要求ＰＤＯにもとづいて、可能であれば第１ＰＤＯリスト２０６が修正される（Ｓ１１２）。

【0053】

第１ＰＤＯリスト２０６が修正されると、処理Ｓ１００〜Ｓ１０６に対応するネゴシエーション（Ｓ１１４〜Ｓ１２０）が行われる。具体的には給電装置２００は修正後の第１ＰＤＯリスト２０６を受電装置３００に送信する（Ｓ１１４）。受電装置３００は、修正後の第１ＰＤＯリストにもとづいて、最適なＰＤＯを選択し（Ｓ１１６）、給電装置２００にＲＤＯを返す（Ｓ１１８）。給電装置２００は、電源回路２０２が生成するバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルを、ＲＤＯに応じてセットする（Ｓ１２０）。

【0054】

なお、処理Ｓ１１２において、第１ＰＤＯリストを修正不可能である場合には、そこで処理が終了する。

【0055】

以上が給電システム１００の動作である。さらに以下では、具体的な数値を参照しながら、給電システム１００の動作を説明する。

【0056】

図５（ａ）〜（ｂ）は、第１ＰＤＯリストの修正を説明する図である。図５（ａ）では、要求電圧Ｖｒは２０Ｖであり、２０Ｖは、第１ＰＤＯリスト２０６に記載されているため、第１ＰＤＯリストは修正されず、１回目のネゴシエーションによって、２０Ｖが選択される。

【0057】

図５（ｂ）では、第１ＰＤＯリスト２０６は図５（ａ）と同様であり、要求電圧Ｖｒが１９．５Ｖであり、図５（ａ）のそれと異なっている。この場合、１日目のネゴシエーションでは、１５Ｖ／３Ａが選択される。そして、第１ＰＤＯリスト２０６は、要求電圧Ｖｒ＝１９．５Ｖが含まれるように修正され、第１ＰＤＯリスト２０６’が生成される。修正後のＰＤＯ４の電流については、電源回路２０２の許容電力がＰ_ＭＡＸであるとき、
Ｉ＝Ｐ_ＭＡＸ／Ｖｒ
によって規定してもよい。

【0058】

修正後の第１ＰＤＯリスト２０６’にもとづくネゴシエーションによって、ＰＤＯ４’（１９．５Ｖ／２．３１Ａ）が選択され、受電装置３００は最適な状態（高効率な状態）で動作することができる。

【0059】

このように実施の形態に係る給電装置２００によれば、さまざまな受電装置３００との組み合わせにおいて、最適なバス電圧Ｖ_ＢＵＳを供給することが可能となる。

【0060】

図６（ａ）〜（ｄ）は、電源回路２０２の構成例を示すブロック図である。図６（ａ）の電源回路２０２は、可変出力を有するＡＣ／ＤＣコンバータ２０２ａを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータ２０２ａは、交流電圧を整流、平滑化し、さらに平滑整流された電圧を絶縁コンバータによって降圧し、直流のバス電圧Ｖ_ＢＵＳを生成する。絶縁コンバータは可変出力を有する。給電側コントローラ２０４は、要求電圧が得られるようにＡＣ／ＤＣコンバータ２０２ａの出力電圧を制御する。

【0061】

図６（ｂ）の電源回路２０２は、可変出力を有するＤＣ／ＤＣコンバータ２０２ｂを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２ｂには、バッテリ、図示しない別のＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータにより生成された直流電圧Ｖ_ＩＮが入力される。給電側コントローラ２０４は、要求電圧が得られるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２０２ｂの出力電圧を制御する。

【0062】

図６（ｃ）の電源回路２０２は、図６（ａ）のＡＣ／ＤＣコンバータ２０２ａと、出力固定のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２ｃの組み合わせである。セレクタ２０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２ｃの出力電圧Ｖ_ＤＣ１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０２ａの出力電圧Ｖ_ＤＣ２の一方を選択する。給電側コントローラ２０４は、要求電圧が得られるように、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０２ａおよびセレクタ２０３を制御する。

【0063】

図６（ｄ）の電源回路２０２は、図６（ｃ）のＡＣ／ＤＣコンバータ２０２ａを、図６（ｂ）のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２ｂで置換したものである。給電側コントローラ２０４は、要求電圧が得られるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２ｂおよびセレクタ２０３を制御する。

【0064】

（用途）
最後に給電装置２００の用途を説明する。図７（ａ）は、給電装置２００を備えるＡＣアダプタ５００の斜視図である。ＡＣアダプタ５００は、筐体５０２、レセプタクル５０４および給電装置２００を備える。給電装置２００の電源回路２０２は、ＡＣ／ＤＣコンバータで構成される。

【0065】

図７（ｂ）は、給電装置２００を備える電子機器６００の斜視図である。この電子機器６００は、ディスプレイ装置のようにバッテリを内蔵しないデバイスである。電子機器６００は、筐体６０２、レセプタクル６０４および給電装置２００を備える。給電装置２００の電源回路２０２は、ＡＣ／ＤＣコンバータで構成される。

【0066】

図７（ｃ）は、給電装置２００を備える電子機器７００の斜視図である。この電子機器７００は、ノート型ＰＣやタブレットＰＣのようにバッテリを内蔵するデバイスである。電子機器７００は、筐体７０２、レセプタクル７０４、バッテリ７０６および給電装置２００を備える。給電装置２００の電源回路２０２は、バッテリ７０６からの直流電圧Ｖ_ＢＡＴあるいは外付けのＡＣアダプタ７２０からの直流電圧Ｖ_ＥＸＴを受け、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを発生するＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。

【0067】

このように給電装置２００は、さまざまな電子機器やＡＣアダプタに搭載することができる。

【0068】

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0069】

１００…給電システム、１０２…アダプタ、１０６…ＵＳＢケーブル、１０８…レセプタクル、２００…給電装置、２０１…制御回路、２０２…電源回路、２０４…給電側コントローラ、２０６…第１ＰＤＯリスト、２０８…リスト修正部、４００…電子機器、４０２…負荷、４０４…レセプタクル、３００…受電装置、３０２…バッテリ、３０４…充電回路、３０６…電源回路、３０８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３１０…受電側コントローラ、３１２…ＰＤＯリスト、ＡＣアダプタ…電子機器、５０２…筐体、５０４…レセプタクル、６００…電子機器、６０２…筐体、６０４…レセプタクル、７００…電子機器、７０２…筐体、７０４…レセプタクル、７０６…バッテリ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】