本発明は、CC端子と他の端子とが異常短絡することにより生ずる過電圧から内部回路を保護することができる電子機器等に関する。

電力供給装置から電子機器にUSB(Universal Serial Bus)を介して電力を供給することを実現する規格として、USB2.0規格、USB3.1規格、USB BC(Battery Charging)、USB Type−C規格、USB PD(Power Delivery)規格が知られている。

電子機器がUSB Type−C規格及びUSB PD規格に準拠している場合、電力供給装置がUSB Type−Cケーブルを介して電子機器のVBUS端子に印加する電圧の最大値は、電力供給装置がUSB PD規格に準拠しているか否かによって異なる。電力供給装置がUSB PD規格に準拠していない場合、電力供給装置がUSB Type−Cケーブルを介して電子機器のVBUS端子に印加する電圧の最大値は5Vに制限される。一方、電力供給装置がUSB PD規格に準拠している場合、電力供給装置がUSB Type−Cケーブルを介して電子機器のVBUS端子に印加する電圧の最大値は20Vに制限される。

USB Type−C規格に準拠した機器が有するUSB Type−Cコネクタ(レセプタクル)のピン配置を図7に示す。A4又はB4ピンは、電力供給装置から電子機器に電力を供給するためのVBUS端子である。A5又はB5ピンは、電力供給装置の電力供給能力を通知するためのCC(Configuration Channel)端子である。図7に示すレセプタクルにUSB Type−Cケーブルのプラグが接続される。

図7のピン配列から明らかなように、VBUS端子(A4ピン又はB4ピン)とCC端子(A5ピン又はB5ピン)とは隣り合っている。そのため、外部からの物理的な圧力によってプラグとレセプタクルとがずれてしまい、VBUS端子とCC端子とが異常短絡してしまうと、VBUS端子に印加されている電圧がCC端子にも印加される恐れがある。

電子機器が有する回路であってCC端子と接続されている回路を「内部回路」と呼ぶ。電力供給装置がCC端子を介して内部回路に印加することができる電圧の最大値を「許容電圧」と呼ぶ。内部回路の許容電圧は、5V程度が一般的である。そのため、電力供給装置がUSB PD規格に準拠している場合にCC端子と他の端子(例:VBUS端子)とが異常短絡してしまうと、内部回路の許容電圧を超える電圧(過電圧)がCC端子を介して内部回路に印加され、内部回路が故障してしまう恐れがある。CC端子と接続されている内部回路を保護する方法として、内部回路の許容電圧を20V超に上げる方法が考えられる。しかしながら、この方法では、内部回路が高コストになってしまう問題がある。

特許文献1及び2はいずれも、USBケーブルが接続されるコネクタを有する装置が記載されている。特許文献1には、第1の配線と第2の配線との電位差が許容範囲内であるか否かにより、第2の配線の導通状態を制御する装置が記載されている。特許文献2には、コネクタ内部で異常短絡が生じたことをユーザに報知する装置が記載されている。

特開2012−81665号公報

特開2015−8582号公報

しかしながら、特許文献1及び2のいずれにおいても、CC端子は記載されていない。そのため、特許文献1及び2のいずれにおいても、CC端子と他の端子(例:VBUS端子)とが異常短絡することにより生ずる過電圧により、CC端子に接続されている内部回路が故障してしまうという問題は解決されていない。

そこで、本発明は、CC端子と他の端子(例:VBUS端子)とが異常短絡することにより生ずる過電圧から、CC端子に接続されている内部回路を保護できるようにすることを目的とする。

本発明に係る電子機器は、外部機器から供給される電力を受け取るための第1の端子と、前記外部機器の電力供給能力を判定するために用いられる第2の端子と、前記第2の端子と接続されている内部回路と、前記内部回路と前記第2の端子との間を交流結合するためのコンデンサと、前記コンデンサをバイパスするための経路と、前記経路を導通状態または非導通状態に切り替えるスイッチと、前記経路が非導通状態となる前に、前記第2の端子に印加されている電圧を検出する電圧検出手段と、前記外部機器が前記第1の端子に印加する電圧である第1の電圧が前記第2の端子を介して前記内部回路に印加することができる電圧である第2の電圧を超える場合は、前記経路が非導通状態となるように前記スイッチを制御する制御手段と、前記経路が非導通状態である場合に前記第2の端子から前記コンデンサを介して得られる交流信号に与えられるバイアス電圧を、前記電圧検出手段で検出された電圧に基づいて生成する生成手段とを有する。

本発明によれば、CC端子と他の端子(例:VBUS端子)とが異常短絡することにより生ずる過電圧から、CC端子に接続されている内部回路を保護することができる。

実施形態1における電子機器100の構成の一例を説明するためのブロック図である。

実施形態1における電子機器100の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

期間T1で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

期間T2で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

期間T3で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

実施形態2における電子機器100の構成の一例を説明するためのブロック図である。

実施形態2における電子機器100の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

バイアス電圧制御部402が有する構成要素の第1の例を説明するための図である。

バイアス電圧制御部402が有する構成要素の第2の例を説明するための図である。

USB Type−Cコネクタ(レセプタクル)のピン配置を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

<実施形態1> 図1、図2、図3A、図3B、図3C及び図7を参照して、実施形態1を説明する。

図1は、実施形態1における電子機器100の構成の一例を説明するためのブロック図である。図2は、電子機器100の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図3A、図3B及び図3Cは、電子機器100の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

図1において、電力供給装置120は、電子機器100の電力供給源として動作する外部機器である。実施形態1では、電力供給装置120がUSB−ACアダプタとして動作する例を説明するが、電力供給装置120はUSB−ACアダプタに限定されるものではなく、USBホスト装置(パーソナルコンピュータなど)又はUSBバッテリであってもよい。USB−ACアダプタとは、外部のAC電源から受け取った電力を、USBケーブル又はUSB Type−Cケーブルを介して外部の電子機器に供給することができる装置である。USBバッテリとは、1つ又は複数のバッテリセルから得られた電力を、USBケーブル又はUSB Type−Cケーブルを介して外部の電子機器に供給することができるバッテリである。

実施形態1において、電力供給装置120と電子機器100とはいずれも、USB Type−C規格に準拠した装置であり、USB Type−Cコネクタ(レセプタクル)を有する。電力供給装置120と電子機器100は、USB Type−Cケーブルを介して接続される。そして、電力供給装置120はUSB Type−Cケーブルを介して電子機器100に電力を供給することができ、電子機器100はUSB Type−Cケーブルを介して電力供給装置120から電力を受け取ることができる。電子機器100は、USB PD規格に準拠した装置でもある。

電子機器100は、例えば、撮像装置(デジタルカメラ又はデジタルビデオカメラ)、携帯機器又は携帯電話として動作することができる携帯機器である。電子機器100は、図1に示すように、コネクタ101、プルダウン抵抗102、電圧検出部103、通信制御部104、スイッチ105、充電制御部106、コンデンサ107、制限抵抗108、内部回路109及びバッテリ110を有する。コネクタ101、プルダウン抵抗102、電圧検出部103、通信制御部104、スイッチ105、充電制御部106、コンデンサ107、制限抵抗108はいずれもハードウェア構成を有する。通信制御部104は、1つ又は複数のプログラムを記憶したメモリと、この1つ又は複数のプログラムを実行する1つ又は複数のマイクロプロセッサとを有する。充電制御部106も、1つ又は複数のプログラムを記憶したメモリと、この1つ又は複数のプログラムを実行する1つ又は複数のマイクロプロセッサとを有する。バッテリ110は、電子機器100の電源であり、電子機器100から取り外し可能である。

内部回路109は、電子機器100が有する回路であってCC端子と接続されている回路である。内部回路109は、少なくとも、電圧検出部103及び通信制御部104を含む。電力供給装置120がCC端子101Bを介して内部回路109に印加することができる電圧の最大値を「許容電圧Vmax」と呼ぶ。許容電圧Vmaxは、例えば、7V〜10V程度である。許容電圧Vmaxを超える電圧(過電圧)がCC端子101Bを介して内部回路109に印加された場合、電圧検出部103及び通信制御部104のいずれか又は両方が過電圧で故障してしまう恐れがある。

コネクタ101は、電子機器100が有するUSB Type−Cコネクタ(レセプタクル)であり、USB Type−Cケーブルのプラグが接続されるインターフェース部である。コネクタ101のピン配置は、図7に示すとおりである。コネクタ101は、図7に示す24ピン(A1〜A12ピン及びB1〜B12ピン)を有する。A4又はB4ピンは、電力供給装置120から電子機器100に電力を供給するためのVBUS端子101Aである。A5又はB5ピンは、電力供給装置120の電力供給能力を判定するためのCC端子101Bである。A1又はB1ピンは、グランド(GND)端子101Cである。電力供給装置120と電子機器100とがUSB Type−Cケーブルを介して接続された場合、電力供給装置120から供給された電力は、VBUS端子101Aを介して、電圧検出部103、通信制御部104、充電制御部106及びその他の構成要素に供給される。

プルダウン抵抗102は、USB Type−C規格で規定された抵抗であり、CC端子101Bとグラウンドとの間に接続される。プルダウン抵抗102は、電力供給装置120が電子機器100に接続されたことを検出するために用いられる。

CC端子101Bと内部回路109との間には、コンデンサ107と、コンデンサ107をバイパスするためのバイパス経路BPと、このバイパス経路BPを導通状態又は非導通状態に切り替えるためのスイッチ105と、制限抵抗108とが設けられている。コンデンサ107とスイッチ105とは並列に接続されている。スイッチ105の状態は、充電制御部106によって制御される。

コンデンサ107は、CC端子101Bと内部回路109との間に交流結合を形成するためのコンデンサであり、CC端子101Bから内部回路109に供給される直流信号成分を遮断することができる。

充電制御部106がスイッチ105をON状態にすると、スイッチ105はバイパス経路BPを導通状態にする。バイパス経路BPが導通状態にされると、CC端子101Bと内部回路109との間に直流結合が形成され、コンデンサ107がバイパス経路BPによってバイパスされる状態が開始される。

充電制御部106がスイッチ105をOFF状態にすると、スイッチ105はバイパス経路BPを非導通状態にする。バイパス経路BPが非導通状態にされると、CC端子101Bと内部回路109との間の直流結合は切断され、コンデンサ107がバイパス経路BPによってバイパスされる状態が終了する。

例えば、電子機器100の電源スイッチがON状態にされ、バッテリ110から供給された電力が電圧検出部103、通信制御部104、充電制御部106及びその他の構成要素に供給された場合、充電制御部106は、スイッチ105をOFF状態からON状態に変更する。

例えば、許容電圧Vmax(例えば、7V〜10V程度)を超える電圧をVBUS端子101Aに印加することを電力供給装置120に要求する場合、通信制御部104は、スイッチ105をOFF状態にすることを充電制御部106に指示する。この指示を受けた充電制御部106は、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更する。

例えば、電子機器100の電源スイッチがOFF状態にされた場合、充電制御部106は、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更する。例えば、電力供給装置120が電力の供給を停止した場合、充電制御部106は、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更する。例えば、電力供給装置120がコネクタ101から切り離された場合、充電制御部106は、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更する。

電圧検出部103は、スイッチ105及びコンデンサ107を介してCC端子101Bと接続されている。電圧検出部103は、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器ではなく、スイッチ105がON状態である場合に、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)を検出する。電圧検出部103で検出された電圧を示す値は、通信制御部104に通知される。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でない場合、電力供給装置120はUSB Type−C規格に準拠した外部機器である。USB Type−C規格では、電力供給装置120の電力供給能力は、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)によって判定することができる。したがって、USB Type−C規格において、CC端子101Bに印加されている電圧を検出することは重要である。

通信制御部104も、電圧検出部103と同様に、スイッチ105及びコンデンサ107を介してCC端子101Bと接続されている。通信制御部104は、USB PD規格に準拠した通信を行う通信制御部として動作することができる。通信制御部104は、USB PD規格に準拠した通信により、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器であるか否かを判定することができる。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器である場合、通信制御部104は、USB PD規格に準拠した通信により、電力供給装置120の電力供給能力を判定することができる。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でない場合、通信制御部104は、電圧検出部103で検出された電圧により、電力供給装置120の電力供給能力を判定することができる。

充電制御部106はさらに、電力供給装置120から充電制御部106にVBUS端子101Aを介して供給される電力でバッテリ110を充電することもできる。そのため、充電制御部106は、20Vを超える印加電圧を許容することができる。バッテリ110の充電は、通信制御部104が電力供給装置120の電力供給能力を判定した後に、許容電圧Vmax以下の電圧又は許容電圧Vmaxを超える電圧で行われる。

制限抵抗108は、スイッチ105がON状態である期間に、CC端子101B及びバイパス経路BPを介して通信制御部104に流れる突入電流を抑制するための抵抗である。スイッチ105がON状態である期間(CC端子101Bと内部回路109との間に直流結合が形成されている期間)は、制限抵抗108により通信制御部104を保護することができる。

なお、電子機器100の内部回路109を保護するために追加された構成は、スイッチ105、充電制御部106、コンデンサ107及び制限抵抗108である。

次に、図2のフローチャートを参照して、実施形態1における電子機器100の動作の一例を説明する。図2のフローチャートは、電子機器100の電源スイッチがON状態にされ、バッテリ110から供給された電力が電圧検出部103、通信制御部104、充電制御部106及びその他の構成要素に供給された場合に開始される。

ステップS201において、充電制御部106は、スイッチ105をOFF状態からON状態に変更する。スイッチ105がON状態になることにより、CC端子101Bと内部回路109との間のバイパス経路BPが導通状態となり、CC端子101Bと電圧検出部103との間に直流結合が形成され、CC端子101Bと通信制御部104との間に直流結合が形成される。これにより、コンデンサ107がバイパス経路BPによってバイパスされる状態となるので、電圧検出部103は、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)を検出できる状態になる。一方、通信制御部104は、制限抵抗108によって突入電流から保護される状態になる。

ステップS202において、通信制御部104は、コネクタ101に接続された電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器であるか否かを、USB PD規格に準拠した通信によって判定する。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器であるか否かは、通信制御部104が、USB PD規格における所定の通信プロトコルに従って判定する。コネクタ101に接続された電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器であるか否かは、通信制御部104から充電制御部106に通知される。

電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でないと判定された場合(S202でNO)、充電制御部106は、スイッチ105のON状態を維持する(ステップS203)。なお、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でない場合、電力供給装置120はUSB Type−C規格に準拠した外部機器であるので、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加する電圧は5V以下に制限される。そのため、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、CC端子101及びバイパス経路BPを介して内部回路109に印加される電圧が許容電圧Vmax(例:7V〜10V程度)を超えることはないので、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でない場合、電力供給装置120はUSB Type−C規格に準拠した外部機器である。USB Type−C規格では、電力供給装置120の電力供給能力は、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)によって判定することができる。ここで、CC端子101Bと内部回路109との間の交流結合が有効であると、電圧検出部103は、正しい直流電圧を検出することができない。そこで、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でないと判定された場合(S202でNO)、充電制御部106は、スイッチ105のON状態を維持する(ステップS203)。これにより、コンデンサ107がバイパス経路BPによってバイパスされるので、電圧検出部103は、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)を正しく検出することができる。

ステップS203において、電圧検出部103は、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)を検出する。電圧検出部103で検出された電圧を示す値は、通信制御部104に通知される。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でない場合、通信制御部104は、電圧検出部103で検出された電圧により、電力供給装置120の電力供給能力を判定することができる。

ステップS204において、充電制御部106は、バッテリ110が満充電状態になるまで、何らかの異常が検出されるまでの間、許容電圧Vmax以下の電圧でバッテリ110を充電する。ステップS204での充電中に、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加する電圧が許容電圧Vmaxを超えることはない。そのため、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、CC端子101及びバイパス経路BPを介して内部回路109に印加される電圧が許容電圧Vmaxを超えることはないので、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

ステップS205において、充電制御部106は、VBUS端子101Aの電圧が所定の電圧未満になったか否かを判定する。VBUS端子101Aの電圧が所定の電圧未満になっていないと判定された場合(S205でNO)、充電制御部106は、電力供給装置120が電力の供給を維持していると判定し、所定時間が経過した後にステップS205に戻る。VBUS端子101Aの電圧が所定の電圧未満になったと判定された場合(S205でYES)、充電制御部106は、電力供給装置120がコネクタ101から切り離されたと判定した後、ステップS202に進む。電力供給装置120がコネクタ101から切り離されたことは、充電制御部106から通信制御部104に通知される。

電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器であると判定された場合(S202でYES)、通信制御部104は、USB PD規格に準拠した通信により、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加すべき電圧を決定する(ステップS206)。ステップS206で決定された電圧は、通信制御部104から充電制御部106に通知される。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器である場合、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加できる電圧は最大で20Vになる。そのため、電力供給装置120の電力供給能力及び動作状態によっては、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加すべき電圧が許容電圧Vmaxを超える場合がある。

ステップS206で決定された電圧が許容電圧Vmaxを超えない場合(S206でNO)、充電制御部106は、スイッチ105のON状態を維持する(ステップS203)。ステップS206で決定された電圧が許容電圧Vmaxを超えない場合、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加する電圧は許容電圧Vmaxを超えない電圧に制限される。そのため、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、バイパス経路BP及びCC端子101を介して内部回路109に印加される電圧が許容電圧Vmaxを超えることはないので、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

ステップS206で決定された電圧が許容電圧Vmaxを超える場合(S206でYES)、充電制御部106は、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更する(ステップS207)。これにより、電力供給装置120が許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加する前に、CC端子101Bと内部回路109との間のバイパス経路BPを非導通状態にすることができる。その結果、CC端子101Bと内部回路109との間の直流結合が切断され、CC端子101Bと内部回路109との間の交流結合が有効となる。スイッチ105がON状態からOFF状態に変更された後、通信制御部104は、この交流結合とCC端子101Bとを介して電力供給装置120と通信することになる。

ステップS208において、通信制御部104は、ステップS206で決定された電圧をVBUS端子101Aに印加することを、コンデンサ107及びCC端子101Bを介して電力供給装置120に要求する。これにより、許容電圧Vmaxを超える電圧が電力供給装置120によってVBUS端子101Aに印加されることになる。しかしながら、スイッチ105がOFF状態である期間は、CC端子101Bと内部回路109との間の直流結合は切断されている状態であり、CC端子101Bと内部回路109との間の交流結合は有効である。この交流結合によって内部回路109は過電圧から保護されるため、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

ステップS209において、充電制御部106は、バッテリ110が満充電状態になるまで、何らかの異常が検出されるまでの間、許容電圧Vmaxを超える電圧でバッテリ110を充電する。これにより、ステップS209での充電は、ステップS204での充電に比べてバッテリ110の充電時間を短くすることができる。上述のように、交流結合によって内部回路109は過電圧から保護されるため、ステップS209での充電中にVBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

ステップS210において、充電制御部106は、VBUS端子101Aの電圧が所定の電圧未満になったか否かを判定する。VBUS端子101Aの電圧が所定の電圧未満になっていないと判定された場合(S210でNO)、充電制御部106は、電力供給装置120が電力の供給を維持していると判定し、所定時間が経過した後にステップS210に戻る。

VBUS端子101Aの電圧が所定の電圧未満になったと判定された場合(S210でYES)、充電制御部106は、電力供給装置120がコネクタ101から切り離されたと判定した後、ステップS201に進む。電力供給装置120がコネクタ101から切り離されたことは、充電制御部106から通信制御部104に通知される。その後、ステップS201において、スイッチ105がOFF状態からON状態に変更されると、コンデンサ107にチャージされた電荷が突入電流として通信制御部104に流れる可能性がある。しかしながら、通信制御部104は、コンデンサ107と通信制御部104との間に接続された制限抵抗108により、コンデンサ107からの突入電流からも保護される。

次に、図3A、図3B及び図3Cのタイミングチャートを参照して、実施形態1における電子機器100の動作の一例を説明する。

VBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じる可能性がある期間としては、以下の期間T1〜T3が想定される。 (1)期間T1:USB Type−Cケーブルのプラグがコネクタ101に挿入された時点から、USB PD規格に準拠した通信が開始されるまでの期間。 (2)期間T2:USB PD規格に準拠した通信が開始された時点から、許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加することを電力供給装置120に要求する前までの期間。 (3)期間T3:許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加することを電力供給装置120に要求した後の期間。

図3Aのタイミングチャートを参照して、期間T1で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例を説明する。

期間T1においては、VBUS端子101Aに印加される電圧は最大で5Vである。そのため、期間T1においてVBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、CC端子101を介して内部回路109に印加される電圧が許容電圧Vmaxを超えることはない。したがって、期間T1においては、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。なお、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間での異常短絡が期間T1で生じた場合、CC端子101Bの電圧が異常な値となるので、通信制御部104はUSB PD規格に準拠した通信に失敗する(ステップS202)。この場合、通信制御部104は、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でないと判定する(S202でNO)。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でない場合、電力供給装置120はUSB Type−C規格に準拠した外部機器であるので、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加する電圧は5V以下に制限される。そのため、USB PD規格に準拠した通信がNGになった後の期間も、VBUS端子101Aに印加される電圧は5V以下に制限される。ステップS203〜S205の期間にVBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、CC端子101及びバイパス経路BPを介して内部回路109に印加される電圧が許容電圧Vmaxを超えることはない。そのため、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

図3Bのタイミングチャートを参照して、期間T2で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例を説明する。

期間T2においても、VBUS端子101Aに印加される電圧は最大で5Vである。そのため、期間T2においてVBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、CC端子101を介して内部回路109に印加される電圧が許容電圧Vmaxを超えることはない。したがって、期間T2においても、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。なお、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間での異常短絡が期間T2で生じた場合、CC端子101Bの電圧が異常な値となる。この場合、通信制御部104は、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加すべき電圧を許容電圧Vmaxを超えない電圧(例:5V)に決定する(S206でNO)。その後、電力供給装置120がVBUS端子101Aに印加する電圧は許容電圧Vmaxを超えない電圧に制限される。ステップS203〜S205の期間にVBUS端子101AとCC端子101Bとの間で異常短絡が生じたとしても、CC端子101及びバイパス経路BPを介して内部回路109に印加される電圧が許容電圧Vmaxを超えることはない。そのため、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

図3Cのタイミングチャートを参照して、期間T3で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例を説明する。

期間T3においては、許容電圧Vmaxを超える電圧がVBUS端子101Aに印加される。しかしながら、充電制御部106は、電力供給装置120が許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加する前に、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更する(ステップS207)。スイッチ105がOFF状態である期間は、CC端子101Bと内部回路109との間の直流結合は切断されている状態であり、CC端子101Bと内部回路109との間の交流結合は有効である。この交流結合によって内部回路109は過電圧から保護されるため、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間での異常短絡が期間T3で生じた場合であっても、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

以上のように、実施形態1によれば、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器である場合は、電力供給装置120が許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加する前に、スイッチ105をOFF状態に変更することができる。その結果、電力供給装置120が許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加する前に、CC端子101Bと内部回路109との間の直流結合が切断され、CC端子101Bと内部回路109との間の交流結合が有効となる。この交流結合によって内部回路109は過電圧から保護されるため、CC端子101Bと他の端子(例:VBUS端子101A)とが異常短絡することにより生ずる過電圧から、CC端子101Bに接続されている内部回路109を保護することができる。さらに、実施形態1によれば、許容電圧Vmaxを20V超に上げなくてもよいため、内部回路の低コスト化を実現することもできる。

なお、スイッチ105をOFF状態に変更するタイミングは、許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加することを電力供給装置120に要求する前に限るものではない。スイッチ105をOFF状態に変更するタイミングは、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した通信が可能な外部機器であると判定した時点から、許容電圧Vmaxを超える電圧がVBUS端子101Aに印加される前までの期間であればいつでもよい。例えば、許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加することを電力供給装置120に要求した直後にスイッチ105をOFF状態に変更するようにしてもよい。但し、スイッチ105をOFF状態に変更する時点と、許容電圧Vmaxを超える電圧がVBUS端子101Aに印加される時点とは、できるだけ時間差があることが望ましい。

<実施形態2> 次に、図3A、図3B、図3C、図4、図5、図6A及び図6Bを参照して、実施形態2を説明する。

実施形態1では、スイッチ105がOFF状態となる場合に、CC端子101Bからコンデンサ107を介して得られる交流信号にバイアス電圧を与えることまでは説明していなかった。実施形態2では、スイッチ105がOFF状態となる場合に、CC端子101Bからコンデンサ107を介して得られる交流信号に適切なバイアス電圧を与える例を説明する。このような構成にすれば、内部回路109に入力される信号の電圧レベルが、スイッチ105がOFF状態となる前と後とで変化してしまうという状況を緩和することができる。

図4は、実施形態2における電子機器100の構成の一例を説明するためのブロック図である。図5は、実施形態2における電子機器100の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図4において、実施形態1で説明した構成要素と同様の構成要素については、図1と同じ符号を付与し、それらの説明を省略する。図5において、実施形態1で説明した処理と同様の処理については、図2と同じステップ番号を付与し、それらの説明を省略する。

実施形態2の電子機器100は、実施形態1の電子機器100と異なり、スイッチ401とバイアス電圧制御部402とをさらに有する。スイッチ401及びバイアス電圧制御部402はいずれもハードウェア構成を有する。

スイッチ401は、コンデンサ107とバイアス電圧制御部402との間に接続されたスイッチである。スイッチ401がON状態である場合、コンデンサ107とバイアス電圧制御部402との間は導通状態であり、スイッチ401がOFF状態である場合、コンデンサ107とバイアス電圧制御部402との間は非導通状態である。スイッチ105及びスイッチ401の状態は、充電制御部106によって制御される。充電制御部106は、スイッチ105がON状態である間はスイッチ401がOFF状態になるように制御し、スイッチ105がOFF状態である間はスイッチ401がON状態になるように制御する。

電圧検出部103は、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器ではなく、スイッチ105がON状態であり、スイッチ401がOFF状態である場合に、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)を検出する。電圧検出部103で検出された電圧を示す値は、通信制御部104及びバイアス電圧制御部402に通知される。

バイアス電圧制御部402は、スイッチ105がON状態からOFF状態に変更される前に電圧検出部103で検出された電圧に相当するバイアス電圧を生成する。バイアス電圧制御部402で生成されたバイアス電圧は、CC端子101Bからコンデンサ107を介して得られる交流信号に与えられる。これにより、内部回路109に入力される信号の電圧レベルが、スイッチ105がOFF状態となる前と後とで変化してしまうという状況を緩和することができる。

次に、図6A及び図6Bを参照して、バイアス電圧制御部402が有する構成要素の一例を説明する。

図6Aを参照して、バイアス電圧制御部402が可変抵抗601と抵抗602とを有する例を説明する。この例では、バイアス電圧制御部402は、可変抵抗601の抵抗値を調整することにより、バイアス電圧制御部402で生成されるバイアス電圧を調整することができる。バイアス電圧制御部402は、可変抵抗601の抵抗値を、スイッチ105がON状態からOFF状態に変更される前に電圧検出部103で検出された電圧によって調整する。これにより、バイアス電圧制御部402は、電圧検出部103で検出された電圧に相当するバイアス電圧を生成することができる。

図6Bを参照して、バイアス電圧制御部402が定電流源611と抵抗612とを有する例を説明する。この例では、バイアス電圧制御部402は、定電流源611の出力電流を調整することにより、バイアス電圧制御部402で生成されるバイアス電圧を調整することができる。バイアス電圧制御部402は、定電流源611の出力電流を、スイッチ105がON状態からOFF状態に変更される前に電圧検出部103で検出された電圧によって調整する。これにより、バイアス電圧制御部402は、電圧検出部103で検出された電圧に相当するバイアス電圧を生成することができる。

次に、図5のフローチャートを参照して、実施形態2における電子機器100の動作の一例を説明する。図5のフローチャートは、図2のフローチャートと同様に、電子機器100の電源スイッチがON状態にされ、バッテリ110から供給された電力が電圧検出部103、通信制御部104、充電制御部106及びその他の構成要素に供給された場合に開始される。

ステップS201〜S206及びS208〜S210で行われる処理は、実施形態1で説明したステップS201〜S206及びS208〜S210で行われる処理と同様である。但し、ステップS201において、充電制御部106は、スイッチ105をOFF状態からON状態に変更する際に、スイッチ401をON状態からOFF状態に変更する。電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した外部機器でないと判定された場合(S202でNO)、充電制御部106は、スイッチ105のON状態を維持すると共にスイッチ401のOFF状態を維持する(ステップS203)。ステップS206で決定された電圧が許容電圧Vmaxを超えない場合(S206でNO)、充電制御部106は、スイッチ105のON状態を維持すると共にスイッチ401のOFF状態を維持する(ステップS203)。さらに、ステップS206で決定された電圧が許容電圧Vmaxを超える場合(S206でYES)、充電制御部106は、ステップS207ではなくステップS501に進む。

ステップS501において、電圧検出部103は、電力供給装置120がCC端子101Bに印加している電圧(直流電圧)を、スイッチ105がON状態からOFF状態に変更される前に検出する。電圧検出部103で検出された電圧を示す値は、バイアス電圧制御部402に通知される。なお、実施形態2では、ステップS501で行われる電圧の検出がステップS206の後に行われる例を説明したが、CC端子101Bに印加されている電圧の検出を行うタイミングはこれに限るものではない。例えば、電力供給装置120がCC端子101Bに印加されている電圧の検出は、ステップS201の後であってステップS202又はステップS206の前に行うことも可能である。或いは、電力供給装置120がCC端子101Bに印加されている電圧の検出は、ステップS202又はステップS206において行うことも可能である。

ステップS502において、充電制御部106は、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更すると共にスイッチ401をOFF状態からON状態に変更する。これにより、電力供給装置120が許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加する前に、CC端子101Bと内部回路109との間のバイパス経路BPを非導通状態にすることができる。その結果、CC端子101Bと内部回路109との間の直流結合が切断され、CC端子101Bと内部回路109との間の交流結合が有効となる。スイッチ105がON状態からOFF状態に変更された後、通信制御部104は、この交流結合とCC端子101Bとを介して電力供給装置120と通信することになる。

ステップS503において、バイアス電圧制御部402は、ステップS501で検出された電圧に相当するバイアス電圧を生成する。そして、バイアス電圧制御部402は、生成したバイアス電圧を、CC端子101Bからコンデンサ107を介して得られる交流信号に与える。ステップS503で生成されたバイアス電圧が交流信号に与えられた後、通信制御部104は、ステップS206で決定された電圧をVBUS端子101Aに印加することを、コンデンサ107及びCC端子101Bを介して電力供給装置120に要求する(ステップS208)。

次に、図3A、図3B及び図3Cのタイミングチャートを参照して、実施形態2における電子機器100の動作の一例を説明する。

VBUS端子101AとCC端子101Bとが異常短絡するタイミングは、実施形態1で説明したように、3つの期間T1〜T3が想定される。期間T1及び期間T2で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例は、実施形態1で説明した通りであるので、その説明を省略する。

図3Cのタイミングチャートを参照して、期間T3で異常短絡が生じた場合における電子機器100の動作の一例を説明する。

期間T3においては、許容電圧Vmaxを超える電圧がVBUS端子101Aに印加される。しかしながら、充電制御部106は、電力供給装置120が許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加する前に、スイッチ105をON状態からOFF状態に変更すると共にスイッチ401をOFF状態からON状態に変更する(ステップS502)。スイッチ105がOFF状態であってスイッチ401をON状態である期間は、CC端子101Bと内部回路109との間の直流結合は切断されている状態であり、CC端子101Bと内部回路109との間の交流結合は有効である。この交流結合によって内部回路109は過電圧から保護されるため、VBUS端子101AとCC端子101Bとの間での異常短絡が期間T3で生じた場合であっても、電圧検出部103及び通信制御部104は安全である。

以上のように、実施形態2によれば、実施形態1と同様に、CC端子101Bと他の端子(例:VBUS端子101A)とが異常短絡することにより生ずる過電圧から、CC端子101Bに接続されている内部回路109を保護することができる。実施形態2によれば、実施形態1と同様に、許容電圧Vmaxを20V超に上げなくてもよいため、内部回路の低コスト化を実現することもできる。

さらに、実施形態2によれば、バイアス電圧制御部402は、スイッチ105がON状態からOFF状態に変更される前に電圧検出部103で検出された電圧に相当するバイアス電圧を生成することができる。そして、バイアス電圧制御部402は、スイッチ105がOFF状態となる場合に、バイアス電圧制御部402で生成された適切なバイアス電圧を、CC端子101Bからコンデンサ107を介して得られる交流信号に与えることができる。これにより、内部回路109に入力される信号の電圧レベルが、スイッチ105がOFF状態となる前と後とで変化してしまうという状況を緩和することができる。

なお、スイッチ105をOFF状態に変更すると共にスイッチ401をON状態に変更するタイミングは、許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加することを電力供給装置120に要求する前に限るものではない。スイッチ105をOFF状態に変更すると共にスイッチ401をON状態に変更するタイミングは、電力供給装置120がUSB PD規格に準拠した通信が可能な外部機器であると判定した時点から、許容電圧Vmaxを超える電圧がVBUS端子101Aに印加される前までの期間であればいつでもよい。例えば、許容電圧Vmaxを超える電圧をVBUS端子101Aに印加することを電力供給装置120に要求した直後にスイッチ105をOFF状態に変更すると共にスイッチ401をON状態に変更するようにしてもよい。但し、スイッチ105をOFF状態に変更すると共にスイッチ401をON状態に変更する時点と、許容電圧Vmaxを超える電圧がVBUS端子101Aに印加される時点とは、できるだけ時間差があることが望ましい。

101:電子機器、120:電力供給装置、101:コネクタ、102:プルダウン抵抗、103:電圧検出部、104:通信制御部、105:スイッチ、106:充電制御部、107:コンデンサ、108:制限抵抗、109:内部回路、110:バッテリ