本發(fā)明涉及usb供電。

背景技術：

以移動電話、平板終端、筆記本型個人計算機、移動音頻播放器為代表的電池驅動設備，內置有可充電的二次電池及用于對其充電的充電電路。關于充電電路，存在基于從usb(universalserialbus：通用串行總線)主適配器經(jīng)由usb線纜供給的直流電壓來對二次電池進行充電的充電電路。

當前，被搭載在移動設備中的充電電路遵照被稱為usbbatterychargingspecification(usb電池充電規(guī)范)的規(guī)范(以下，稱為bc規(guī)范)。主適配器存在幾個種類。在bc修訂1.2規(guī)范中，作為充電器的種類，定義了sdp(standarddownstreamport：標準下行端口)、dcp(dedicatedchargingport：專用充電端口)、cdp(chargingdownstreamport：充電下行端口)。而且，主適配器能夠供給的電流(電流容量)是根據(jù)充電器的種類而規(guī)定的。具體而言，在dcp、cdp中，被規(guī)定為1500ma，在sdp中，根據(jù)usb的版本而被規(guī)定為100ma、500ma、900ma。

作為利用了usb的下一代的二次電池充電的方式、系統(tǒng)，籌劃設定了被稱為usbpowerdelivery(usb電力輸送)的規(guī)范(以下，稱為pd規(guī)范)。在pd規(guī)范中，能供給的電力從bc規(guī)范的7.5w大幅地增大到最大100w。具體而言，在pd規(guī)范中，作為usb總線電壓，允許供給高于5v的電壓(具體而言，12v、20v)，充電電流也被允許供給比bc規(guī)范大的量(具體而言，2a、3a、5a)。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2013－198262號公報

專利文獻2:日本特開2006－60977號公報

專利文獻3:日本特開2006－304500號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

1.在pd規(guī)范中，成為電力供給源的供電裝置會切換地生成多個總線電壓vbus。此處，考慮供電裝置按5v和20v來切換總線電壓vbus的狀況。圖1是本發(fā)明人所研究的供電裝置300的電路圖。

供電裝置300包括dc/dc轉換器302、電阻r1、r2、控制ic(integratedcircuit：集成電路)304、總線線路306、連接器308。在連接器308上經(jīng)由usb線纜310而連接未圖示的受電裝置。

dc/dc轉換器302具有out(輸出)端子、以及fb(反饋)端子。在out端子上連接總線線路306。dc/dc轉換器302為了使得被反饋到fb端子的反饋電壓vfb與預定的基準電壓vref一致，而使其輸出電壓vbus穩(wěn)定化。

電阻r1、r2被串聯(lián)地設置在總線線路306與接地之間，對總線電壓vbus進行分壓，并生成與總線電壓vbus成比例的反饋電壓vfb。如果設分壓比為k，則式(1)成立。電阻r2是可變電阻，因而，分壓比k也可變。

vfb＝vbus×k…(1)

如上所述，反饋的結果是，由于vfb＝vref成立，所以總線電壓vbus被穩(wěn)定成式(2)的電壓電平。

vbus＝vref/k…(2)

控制ic304經(jīng)由總線線路306在與未圖示的受電裝置之間收發(fā)信號，并通過協(xié)商(negotiation)來決定總線電壓vbus的電壓電平。而且，根據(jù)所決定的電壓電平來切換分壓比k，從而能夠生成受電裝置所要求的總線電壓vbus。

在圖1的供電裝置300中，由于利用單一的dc/dc轉換器302來生成不同的電壓電平的總線電壓vbus，所以，存在dc/dc轉換器302的成本變高這種問題。

2.可設想由于充電所使用的線纜的局部斷線、連接器的接觸不良等而導致充電路徑的阻抗變高的情況。在pd規(guī)范中，能夠流動幾a的大電流，能夠進行急速的充電，但其反面，若這種大電流在阻抗較高的充電路徑中流動，則會產(chǎn)生發(fā)熱等問題。

在以往的bc規(guī)范中，由于總線電壓vbus按5v固定，所以，如果設定比此低的閾值電壓vth，則能夠檢測系統(tǒng)的異常。該功能也被稱為uvlo(undervoltagelockout：欠壓閉鎖)，在各種各樣的設備中被廣泛利用。不過，在pd規(guī)范中，由于總線電壓vbus因設備而多種多樣，所以無法規(guī)定閾值電壓vth，難以利用與以往同樣的方法來檢測異常。

本發(fā)明是在該狀況下完成的，其一個技術方案的例示性目的之一在于，提供一種能夠以廉價的構成來生成多種總線電壓vbus的供電裝置。

此外，本發(fā)明的另一個技術方案的例示性目的之一在于，提供一種能夠在pd規(guī)范下檢測異常的受電裝置。

用于解決課題的手段

1.本發(fā)明的一個技術方案涉及遵照usb(universalserialbus：通用串行總線)－pd(powerdelivery：電力輸送)規(guī)范的供電裝置。供電裝置包括：總線線路，其為了供電而傳送總線電壓；第1電源電路，其生成具有第1電壓電平的第1總線電壓；第2電源電路，其生成具有比第1電壓電平高的第2電壓電平的第2總線電壓；第1開關，其被設置在總線線路與第1電源電路的輸出端子之間；第2開關，其被設置在總線線路與第2電源電路的輸出端子之間；以及控制電路，其被構成為，從供電對象的受電裝置經(jīng)由總線線路接收控制信號，并基于該控制信號來控制第1開關及第2開關。

根據(jù)該技術方案，由于不需要切換第1電源電路、第2電源電路各自的輸出電壓，所以，能夠廉價地構成第1電源電路、第2電源電路。

也可以是，第1開關包含被串聯(lián)連接的第1晶體管及第2晶體管。也可以是，第2開關包含被串聯(lián)連接的第3晶體管及第4晶體管。也可以是，第1晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為第1電源電路的輸出端子側，第2晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為總線線路側，第3晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為第2電源電路的輸出端子側，第4晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為總線線路側。

根據(jù)該構成，能夠既防止電流的逆流，又選擇性地使用多個電源電路的輸出電壓。此外，能夠形成利用了寄生二極管的二極管或門電路。

也可以是，控制電路經(jīng)由第1晶體管及第3晶體管導通、且第2晶體管及第4晶體管截止的狀態(tài)，來切換總線電壓的電壓電平。

在該狀態(tài)下，第2晶體管和第4晶體管的寄生二極管形成對多個電源電路的輸出電壓中較高者進行選擇的或門電路。因而，在切換多個電源電路的輸出電壓時，能夠抑制總線電壓變得不穩(wěn)定。

也可以是，一個技術方案的供電裝置還包括：電容器，其被設置在總線線路與接地之間，以及放電開關，其被設置在總線線路與接地之間。也可以是，控制電路被構成為控制放電開關。

根據(jù)該技術方案，由于能夠利用放電開關來抽出電容器的電荷，所以能夠迅速地使總線電壓降低。

也可以是，控制電路在使總線電壓從第2電壓電平向第1電壓電平降低時，接通放電開關。

也可以是，控制電路在接通了放電開關后，若總線線路的電壓降低到與第1電壓電平相應的閾值電壓，則切斷放電開關。

也可以是，電容器連同與總線線路串聯(lián)地設置的電感一起，形成lc濾波器。

也可以是，控制電路在將總線電壓從第1電壓電平向第2電壓電平切換時，按照如下順序轉變：第1晶體管、第2晶體管導通、且第3晶體管、第4晶體管截止的第1狀態(tài)，第1晶體管導通、且第2晶體管、第3晶體管、第4晶體管截止的第2狀態(tài)，第1晶體管、第3晶體管導通、且第2晶體管、第4晶體管截止的第3狀態(tài)，第3晶體管導通、且第1晶體管、第2晶體管、第4晶體管截止的第4狀態(tài)，第3晶體管、第4晶體管導通、且第1晶體管、第2晶體管截止的第5狀態(tài)。

也可以是，供電裝置還包括被設置在總線線路與接地之間的放電開關。也可以是，控制電路被構成為控制放電開關，在將總線電壓從第2電壓電平向第1電壓電平切換時，按照如下順序轉變：第3晶體管、第4晶體管導通、且第1晶體管、第2晶體管、放電開關截止的第5狀態(tài)，第3晶體管導通、且第1晶體管、第2晶體管、第4晶體管、放電開關截止的第6狀態(tài)，第1晶體管、第3晶體管導通、且第2晶體管、第4晶體管、放電開關截止的第7狀態(tài)，第1晶體管導通、且第2晶體管、第3晶體管、第4晶體管、放電開關截止的第8狀態(tài)，第1晶體管、第2晶體管、放電開關導通、且第3晶體管、第4晶體管截止的第9狀態(tài)，第1晶體管、第2晶體管導通、且第3晶體管、第4晶體管、放電開關截止的第10狀態(tài)。

也可以是，第1電壓電平是5v，第2電壓電平是12v或20v。

本發(fā)明的另一技術方案涉及遵照usb(universalserialbus)－pd(powerdelivery：電力輸送)規(guī)范的供電裝置所使用的控制電路。供電裝置包括：總線線路，其為了供電而傳送總線電壓；第1電源電路，其生成具有第1電壓電平的第1總線電壓；第2電源電路，其生成具有比第1電壓電平高的第2電壓電平的第2總線電壓；第1開關，其被設置在總線線路與第1電源電路的輸出端子之間；以及第2開關，其被設置在總線線路與第2電源電路的輸出端子之間?？刂齐娐繁粯嫵蔀?，從供電對象的受電裝置經(jīng)由總線線路接收控制信號，并基于該控制信號來控制第1開關及第2開關。

根據(jù)該技術方案，由于不需要切換第1電源電路、第2電源電路各自的輸出電壓，所以能夠廉價地構成第1電源電路、第2電源電路。

也可以是，控制電路包括：通信端子，其與總線線路經(jīng)由dc隔直電容器而連接；放電端子，其與總線線路連接；放電開關，其被設置在放電端子與接地之間；通信部，其與通信端子連接；邏輯電路，其基于通信部所接收到的信號來生成指示第1開關、第2開關及放電開關的狀態(tài)的指示信號；以及驅動器，其基于指示第1開關、第2開關的狀態(tài)的控制信號，來切換第1開關及第2開關的接通、切斷狀態(tài)。

也可以是，第1開關及第2開關包含n溝道m(xù)osfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金屬氧化物半導體場效應晶體管)。也可以使，驅動器包含生成n溝道m(xù)osfet的柵極電壓的升壓電路。

也可以是，第1開關包含被串聯(lián)連接的第1晶體管及第2晶體管。也可以是，第2開關包含被串聯(lián)連接的第3晶體管及第4晶體管。也可以是，第1晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為第1電源電路的輸出端子側，第2晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為總線線路側，第3晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為第2電源電路的輸出端子側，第4晶體管的背柵被連線為，其寄生二極管的陰極成為總線線路側。

也可以是，邏輯電路生成分別針對第1晶體管、第2晶體管、第3晶體管、第4晶體管及放電開關的指示信號。

也可以是，控制電路還包括將總線電壓和與第1電壓電平相應的閾值電壓進行比較的比較器。也可以是，邏輯電路基于比較器的輸出來控制放電開關。

也可以是，第1電壓電平是5v，第2電壓電平是12v或20v。

2.本發(fā)明的另一技術方案涉及遵照usb(universalserialbus：通用串行總線)－pd(powerdelivery：電力輸送)規(guī)范的受電裝置。受電裝置包括：連接器，其連接有usb線纜；總線線路，其與連接器連接，并傳送總線電壓；開關，其被設置在總線線路上；充電電路，其接收總線電壓，并將二次電池充電；以及控制電路，其被構成為，經(jīng)由總線線路而在供電裝置與之間進行通信，控制開關，并能夠檢測usb線纜的異常?？刂齐娐繁粯嫵蔀?，通過與供電裝置的通信來決定總線電壓的電壓電平，在供電裝置開始供給已被決定的電壓電平的總線電壓后，在切斷了開關的狀態(tài)下，存儲被供給到總線線路的總線電壓的電壓電平，然后，在接通了開關的狀態(tài)下，若總線電壓的電壓電平低于與已存儲的總線電壓的電壓電平相應的閾值，則使異常檢測信號置于有效。

根據(jù)該技術方案，在切斷了開關的狀態(tài)下，由于流過線纜、連接器的電流實質上為零，所以電壓下降為零。在該狀態(tài)下，通過基于實際供給的總線電壓來設定閾值電壓，從而即使在總線電壓會變化的pd規(guī)范中，也能夠檢測因線纜、連接器等而引起的異常。

也可以是，控制電路包括：通信部，其經(jīng)由總線線路而與供電裝置進行通信；a/d轉換器，其與總線線路連接，并將被供給到總線線路的總線電壓轉換成數(shù)字值；驅動器，其控制開關的接通、切斷；以及邏輯電路，其被構成為，(1)決定總線電壓的電壓電平，(2)保持在切斷了開關的狀態(tài)下取得的數(shù)字值，(3)接通開關，(4)將之后取得的數(shù)字值與已被保持的數(shù)字值進行比較。

也可以是，一個技術方案的受電裝置包括：電感，其與總線線路串聯(lián)連接；以及dc隔直電容器，其一端與總線線路連接，另一端與控制電路的通信部連接。

在此情況下，通過利用控制電路對比電感靠充電電路側的總線線路上的總線電壓進行監(jiān)視，從而能夠不受因通信部的通信而引起的總線線路的電壓變動的影響地設定閾值電壓。

也可以是，開關包含被串聯(lián)連接的第1晶體管及第2晶體管。也可以是，第1晶體管及第2晶體管各自的背柵被連線為各自的寄生二極管反向的方式。由此，能夠防止電流的逆流。

也可以是，驅動器包含升壓電路。

也可以是，二次電池是多單元二次電池。

本發(fā)明的另一技術方案涉及電子設備。也可以是，電子設備包括上述的任何一項的受電裝置。

本發(fā)明的另一技術方案涉及usb充電器。也可以是，usb充電器包括受電裝置。

本發(fā)明的另一技術方案涉及遵照usb(universalserialbus：通用串行總線)－pd(powerdelivery：電力輸送)規(guī)范的受電裝置所使用的控制電路。受電裝置包括：連接器，其連接有usb線纜；總線線路，其與連接器連接，并傳送總線電壓；開關，其被設置在總線線路上；以及充電電路，其接收總線電壓并將二次電池充電?？刂齐娐繁粯嫵蔀椋和ㄟ^經(jīng)由總線線路進行的與供電裝置的通信來決定總線電壓的電壓電平，在供電裝置開始供給已被決定的電壓電平的總線電壓后，在切斷了開關的狀態(tài)下，存儲被供給到總線線路的總線電壓的電壓電平，然后，在接通了開關的狀態(tài)下，若總線電壓的電壓電平低于與已存儲的總線電壓的電壓電平相應的閾值，則使異常檢測信號置于有效。

也可以是，控制電路包括：通信部，其經(jīng)由總線線路而與供電裝置進行通信；a/d轉換器，其與總線線路連接，并將被供給到總線線路的總線電壓轉換成數(shù)字值；驅動器，其控制開關的接通、切斷；以及邏輯電路，其被構成為，(1)決定總線電壓的電壓電平，(2)保持在切斷了開關的狀態(tài)下取得的數(shù)字值，(3)接通開關，(4)將之后取得的數(shù)字值與已被保持的數(shù)字值進行比較。

也可以是，控制電路被一體集成在一個半導體基板上。

所謂“一體集成”，包括電路的所有構成要素被形成在半導體基板上的情況、以及電路的主要構成要素被一體集成的情況，也可以為了電路常數(shù)的調節(jié)用而將一部分電阻、電容器等設置在半導體基板的外部。通過將電路集成化為1個ic，能夠削減電路面積，并且能夠使電路元件的特性保持均勻。

需要說明的是，將以上構成要素任意組合，或將本發(fā)明的構成要素、表現(xiàn)形式在方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互替換的方案，也作為本發(fā)明的技術方案也是有效的。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的一個技術方案，能夠廉價地構成供電裝置。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個技術方案，能夠利用遵照pd規(guī)范的受電裝置來檢測異常。

附圖說明

圖1是本發(fā)明人所研究的供電裝置的電路圖。

圖2是表示包括第1實施方式的供電裝置的供電系統(tǒng)的框圖。

圖3是表示第1實施方式的供電裝置的構成的框圖。

圖4是表示圖3的供電裝置的動作的波形圖。

圖5的(a)～(j)是與圖4的各狀態(tài)對應的供電裝置的等效電路圖。

圖6是表示包括第2實施方式的受電裝置的供電系統(tǒng)的框圖。

圖7是圖6的受電裝置的正常時的動作波形圖。

圖8是圖6的受電裝置的異常時的動作波形圖。

圖9是表示搭載圖6的受電裝置的電子設備的一個例子的圖。

具體實施方式

以下，基于適宜的實施方式，參照附圖說明本發(fā)明。對于各附圖所示的相同或等同的構成要素、構件、處理，標注相同的附圖標記，適當省略重復的說明。此外，實施方式并非限定發(fā)明，而是例示，并非實施方式中所記述的所有特征及其組合都是發(fā)明的本質部分。

在本說明書中，所謂“構件a與構件b連接的狀態(tài)”，包括構件a與構件b物理性地直接連接的情況，也包括構件a與構件b經(jīng)由其他構件間接地連接，且不會給它們的電連接狀態(tài)帶來實質性影響的、或者不會損害通過它們的結合而發(fā)揮的功能、效果的情況。

同樣，所謂“構件c被設置在構件a與構件b之間的狀態(tài)”，除了包括構件a與構件c、或者構件b與構件c直接連接的情況之外，還包括經(jīng)由其他構件間接地連接，且不會對它們的電連接狀態(tài)帶來實質性影響的、或者不會損害通過它們的結合而發(fā)揮的功能、效果的情況。

(第1實施方式)

圖2是表示包括第1實施方式的供電裝置100的供電系統(tǒng)1的框圖。供電系統(tǒng)1包括供電裝置100和受電裝置200。供電裝置100和受電裝置200分別遵照usb－pd規(guī)范。受電裝置200例如是移動電話終端、平板終端、筆記本型pc(personalcomputer：個人電腦)、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機等電池驅動型的信息終端設備。

受電裝置200包括二次電池202、微型計算機204、系統(tǒng)電源206、usb收發(fā)器208、以及充電電路210。

二次電池202是鋰離子電池、鎳氫電池等二次電池，輸出電池電壓vbat。二次電池202的單元數(shù)根據(jù)受電裝置200的種類而多種多樣。電池電壓vbat在1個單元的情況下是大致4.5v左右，在2個單元的情況下，是大致9v。因而，供電裝置100在連接了內置有1個單元的二次電池202的受電裝置200的情況下，供給5v的總線電壓vbus即足夠，但是，對于內置有2個單元以上的二次電池202的受電裝置200，需要供給12v或者20v的總線電壓vbus。

在受電裝置200的usb端口212上，作為usb(universalserialbus：通用串行總線)主適配器的供電裝置100能夠經(jīng)由usb線纜214拆裝。

更具體而言，對usb端口212的vbus端子，經(jīng)由總線線路220供給來自供電裝置100的直流電壓(總線電壓，也稱為總線電源)vbus。dp端子、dm端子與usb線纜的數(shù)據(jù)線d+、d－連接。id端子在本實施方式中不被使用。gnd端子與gnd線連接。

充電電路210接收總線電壓vbus并對二次電池202充電。在pd規(guī)范中，在供電裝置100與受電裝置200之間規(guī)定有通信協(xié)議，能夠經(jīng)由總線線路220進行信息的傳遞。該通信以將調制信號疊加在總線線路220的總線電壓vbus上的形式進行。充電電路210包含用于經(jīng)由總線線路220而與供電裝置100通信的通信部(未圖示)。

微型計算機204是控制受電裝置200整體的主處理器。在無線通信終端的情況下，基帶處理器、應用處理器相當于微型計算機204。

系統(tǒng)電源206使電池電壓vbat升壓或降壓，并生成針對受電裝置200的各模塊的多個電源電壓。對微型計算機204供給由系統(tǒng)電源206生成的電源電壓vdd。

usb收發(fā)器208在與供電裝置100之間經(jīng)由信號線d+、d－進行數(shù)據(jù)收發(fā)。

以上是受電裝置200的構成的概要。接下來，說明對受電裝置200供給總線電壓vbus的供電裝置100。

圖3是表示第1實施方式的供電裝置100的構成的框圖。

供電裝置100主要包括第1電源電路130、第2電源電路132、濾波器134、usb端口136、第1開關sw1、第2開關sw2、放電開關sw3、控制電路140。在usb端口136上連接usb線纜214。

總線線路220為了向供電對象即受電裝置200供電而傳送總線電壓vbus。

第1電源電路130生成具有第1電壓電平v1的第1總線電壓vbus1。第2電源電路132生成具有比第1電壓電平v1高的第2電壓電平v2的第2總線電壓vbus2。第1電源電路130、第2電源電路132分別能夠由線性穩(wěn)壓器、電荷泵電路、dc/dc轉換器等構成，這些構成不特別限定。

第1開關sw1被設置在總線線路220與第1電源電路130的輸出端子之間。第2開關sw2被設置在總線線路220與第2電源電路132的輸出端子之間?？刂齐娐?40從供電對象的受電裝置200經(jīng)由總線線路220接收控制信號s1，基于控制信號s1選擇電壓電平，并根據(jù)所選擇的電壓電平來控制第1開關sw1及第2開關sw2。

放電開關sw3被設置在總線線路220與接地之間。放電開關sw3可以被內置在控制電路140中，也可以與第1開關sw1、第2開關sw2同樣被外設。

lc濾波器(也簡稱為濾波器)134防止在經(jīng)由總線線路220進行的通信中所使用的控制信號s1作為噪聲混入到第1電源電路130、第2電源電路132側。濾波器134包含：電容器c11，其被設置在總線線路220與接地之間；以及電感l(wèi)11，其被與總線線路220串聯(lián)地設置。

經(jīng)由總線線路220傳送的控制信號s1經(jīng)由dc隔直電容器c12而被輸入到控制電路140。

控制電路140經(jīng)由總線線路220而與受電裝置200通信，并選擇總線電壓vbus的電壓電平。在本實施方式中，第1電壓電平v1是5v，第2電壓電平v2是12v或者20v。

控制電路140被構成為控制第1開關sw1、第2開關sw2、放電開關sw3各自的接通、切斷狀態(tài)。具體而言，在第1電壓電平v1被選擇時，接通第1開關sw1，并切斷第2開關sw2，在第2電壓電平v2被選擇時，切斷第1開關sw1，并接通第2開關sw2。

此外，控制電路140在使總線電壓vbus從第2電壓電平v2降低到第1電壓電平v1時，接通放電開關sw3。

需要說明的是，在決定總線電壓vbus的電壓電平之前的階段，作為默認項的第1電壓電平v1的總線電壓vbus被供給到受電裝置200。在該狀態(tài)下，第1電源電路130可用(enable)，第2電源電路132禁用(disable)，第1開關sw1接通，第2開關sw2切斷，下述的放電開關sw3切斷。

第1開關sw1包含串聯(lián)連接的第1晶體管sw1a及第2晶體管sw1b。第1晶體管sw1a和第2晶體管sw1b也可以互換。同樣，第2開關sw2包含串聯(lián)連接的第3晶體管sw2a及第4晶體管sw2b。第1晶體管sw1a和第2晶體管sw1b也可以互換。這些晶體管是n溝道m(xù)osfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金屬氧化物半導體場效應晶體管)。

第1晶體管sw1a的背柵被連線為其寄生二極管的陰極成為第1電源電路130的輸出端子側的方式。此外，第2晶體管sw1b的背柵被連線為其寄生二極管的陰極成為總線線路220側的方式。第3晶體管sw2a的背柵被連線為其寄生二極管的陰極成為第2電源電路132的輸出端子側的方式。此外，第4晶體管sw2b的背柵被連線為其寄生二極管的陰極成為總線線路220側的方式。

控制電路140在切換總線電壓vbus的電壓電平時，經(jīng)由第1晶體管sw1a及第3晶體管sw2a變成導通、且第2晶體管sw1b及第4晶體管sw2b變成截止的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，由于第1開關sw1、第2開關sw2形成二極管或門電路，所以在總線線路220中發(fā)生與第1電源電路130和第2電源電路132的輸出電壓中較高者相應的電壓。由此，在切換電壓電平時，能夠防止總線電壓vbus變得不穩(wěn)定的情況。

此外，控制電路140在接通了放電開關sw3后，在總線線路220的電壓降低到與第1電壓電平相應的閾值電壓時，切斷放電開關sw3。

接下來，說明控制電路140的構成?？刂齐娐?40除放電開關sw3外還包括通信部142、邏輯電路144、驅動器146、比較器148。

控制電路140的通信端子com經(jīng)由dc隔直電容器c12而與總線線路220連接。放電端子dis經(jīng)由放電電阻r11而與總線線路220連接。放電開關sw3被設置在放電端子dis與接地之間。通信部142與通信端子com連接，接收控制信號s1。邏輯電路144基于通信部142所接收到的信號，生成指示第1開關sw1、第2開關sw2及放電開關sw3的狀態(tài)的指示信號s2。

驅動器146基于指示信號s2來切換第1開關sw1及第2開關sw2的接通、切斷狀態(tài)。如上所述，包含生成構成第1開關sw1、第2開關sw2的n溝道m(xù)os晶體管的柵極電壓的升壓電路。

總線電壓vbus被輸入到電壓檢測端子vs。比較器148將總線電壓vbus和與第1電壓電平v1相應的閾值電壓vth進行比較。也可以設為vth＝v1。邏輯電路144基于比較器148的輸出s4來控制放電開關sw3。

以上是供電裝置100的構成。接下來，說明其動作。

圖4是表示供電裝置100的動作的波形圖。在圖4中示出總線電壓vbus及各晶體管sw1a、sw1b、sw2a、sw2b、sw3的狀態(tài)。開關的波形中，高電平對應于接通，低電平對應于切斷。圖5的(a)～(j)是與圖4的各狀態(tài)對應的供電裝置100的等效電路圖。

初始的第1狀態(tài)φ1是供電裝置100供給v1＝5v的總線電壓vbus的默認狀態(tài)。在第1狀態(tài)φ1下，第1電源電路130可用，第1晶體管sw1a、第2晶體管sw1b導通，第3晶體管sw2a、第4晶體管sw2b截止。

在將總線電壓vbus從第1電壓電平v1切換到第2電壓電平v2時，供電裝置100經(jīng)歷第1狀態(tài)φ1～第5狀態(tài)φ5的轉變。

在第2狀態(tài)φ2下，第1晶體管sw1a導通，第2晶體管sw1b、第3晶體管sw2a、第4晶體管sw2b截止。該狀態(tài)下的總線電壓vbus是v1－vf。若設vf＝0.7v，則vbus＝4.3v。

在第3狀態(tài)φ3下，第1晶體管sw1a、第3晶體管sw2a導通，第2晶體管sw1b、第4晶體管sw2b截止。在該狀態(tài)下，第1開關sw1、第2開關sw2成為二極管或門電路，第1電源電路130的輸出電壓和第2電源電路132的輸出電壓v2中較高者被選擇。因而，能夠抑制總線電壓vbus變得比4.3v低的情況。

在第4狀態(tài)φ4下，第3晶體管sw2a導通，第1晶體管sw1a、第2晶體管sw1b、第4晶體管sw2b截止。該狀態(tài)下的總線電壓vbus是v2－vf。

在第5狀態(tài)φ5下，第3晶體管sw2a、第4晶體管sw2b導通，第1晶體管sw1a、第2晶體管sw1b截止。該狀態(tài)下的總線電壓vbus是v2，電壓電平的切換完成。

接下來，說明將總線電壓vbus從第2電壓電平v2切換到第1電壓電平v1時的動作。此時，供電裝置100經(jīng)歷第5狀態(tài)φ5～第10狀態(tài)φ10的轉變。

在初始狀態(tài)的第5狀態(tài)φ5下，第3晶體管sw2a、第4晶體管sw2b導通，第1晶體管sw1a、第2晶體管sw1b、放電開關sw3截止。

在第6狀態(tài)φ6下，第3晶體管sw2a導通，第1晶體管sw1a、第2晶體管sw1b、第4晶體管sw2b、放電開關sw3截止。該狀態(tài)下的總線電壓vbus是v2－vf。

在第7狀態(tài)φ7下，第1晶體管sw1a、第3晶體管sw2a導通，第2晶體管sw1b、第4晶體管sw2b、放電開關sw3截止。該狀態(tài)下的總線電壓vbus繼續(xù)是v2－vf。

在第8狀態(tài)φ8下，第1晶體管sw1a導通，第2晶體管sw1b、第3晶體管sw2a、第4晶體管sw2b、放電開關sw3截止。在該狀態(tài)下，第1開關sw1、第2開關sw2成為二極管或門電路，第1電源電路130的輸出電壓和第2電源電路132的輸出電壓v2中較高者被選擇。因而，能夠既抑制總線電壓vbus變得比4.3v低的情況，又使總線電壓vbus降低。

在第9狀態(tài)φ9下，第1晶體管sw1a、第2晶體管sw1b、放電開關sw3導通，第3晶體管sw2a、第4晶體管sw2b截止。由于放電開關sw3導通，從而促進電容器c11的放電，能夠在短時間內使總線電壓vbus變化。此時的放電速度能夠根據(jù)放電電阻r11的電阻值來調節(jié)。若總線電壓vbus降低到閾值電壓vth＝5v，則比較器148的輸出即檢測信號s4被置于有效(assert)。若檢測信號s4被置于有效，則邏輯電路144轉變到第10狀態(tài)φ10。

在第10狀態(tài)φ10下，第1晶體管sw1a、第2晶體管sw1b導通，第3晶體管sw2a、第4晶體管sw2b、放電開關sw3截止。該狀態(tài)下的總線電壓vbus是v1，電壓電平的切換完成。

以上是供電裝置100的動作。

在該供電裝置100中，不需要切換第1電源電路130、第2電源電路132各自的輸出電壓。因而，與將單一的電源電路(dc/dc轉換器)的輸出設為可變的比較技術相比，能夠廉價地構成電源電路。

此外，通過將第1開關sw1、第2開關sw2分別設為mosfet的串聯(lián)連接，從而能夠既防止電流的逆流，又選擇性地使用多個電源電路130、132的輸出電壓。此外，由于能夠形成利用了寄生二極管的二極管或門電路，所以能夠防止總線電壓vbus非意圖地降低的情況。

特別是，控制電路140經(jīng)由第1晶體管sw1a及第3晶體管sw2a變成導通、第2晶體管sw1b及第4晶體管sw2b變成截止的狀態(tài)，切換總線電壓vbus的電壓電平。由此，在切換電壓電平時，能夠抑制被供給到受電裝置200的總線電壓vbus降低到5－vf以下的情況。

此外，在遵照pd規(guī)范的供電裝置100中，插入有濾波器134。該電容器c11在正常狀態(tài)下有助于總線電壓vbus的穩(wěn)定化，但是，在伴隨電壓的切換的過渡狀態(tài)下，會使切換速度降低。通過設置放電開關sw3，從而能夠迅速地使電壓電平降低。

以上，關于本發(fā)明的第1個方面，基于第1實施方式進行了說明。本領域技術人員當理解，本實施方式是例示，這些各構成要素、各處理工藝的組合可以有各種變形例，此外，這種變形例也屬于本發(fā)明的范圍。以下，說明這種變形例。

在第1實施方式中，說明了用n溝道m(xù)osfet構成第1開關sw1、第2開關sw2的情況，但是，本發(fā)明不限定于此，也可以使用p溝道m(xù)osfet。

在第1實施方式中，說明了在第9狀態(tài)φ9下使放電開關sw3導通的情況，但是，本發(fā)明不限定于此，也可以在第8狀態(tài)φ8下使放電開關sw3導通。

此外，在第1實施方式中，說明了將總線電壓vbus按2個電壓電平進行切換的情況，但是，也能夠擴張到3個以上。

(第2實施方式)

圖6是表示包括第2實施方式的受電裝置6的供電系統(tǒng)1的框圖。供電系統(tǒng)1包括供電裝置4及受電裝置6。

供電裝置4及受電裝置6分別遵照usb－pd規(guī)范。受電裝置6例如被搭載于移動電話終端、平板終端、筆記本型pc(personalcomputer：個人計算機)、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機等電池驅動型的信息終端設備。

供電裝置4和受電裝置6被構成為分別包括連接器40、連接器60，且能夠將兩連接器間經(jīng)由usb線纜8連接的方式。受電裝置6被構成為能夠從供電裝置4接受總線電壓vbus的供給，并對內置的二次電池64充電的方式。

首先，說明供電裝置4的構成。供電裝置4除連接器40外還包括總線線路42、電源電路44、控制電路48。連接器40具有vbsu端子、gnd(接地)端子、數(shù)據(jù)端子d+、d－。

總線線路42將電源電路44的輸出與連接器40的vbus端子之間連接。遵照pd規(guī)范的供電裝置4和受電裝置6之間，規(guī)定有通信協(xié)議，能夠經(jīng)由總線線路80進行信息的傳遞。該通信以使被調制后的控制信號s3疊加在總線線路80的總線電壓vbus上的形式進行。供電裝置4及受電裝置6通過利用了控制信號s3的協(xié)商來決定總線電壓vbus的電壓電平、充電電流量。若從電源的系統(tǒng)看來，該控制信號s3成為噪聲。為了除去該噪聲，在總線線路42的路徑上設置有電感l(wèi)11。

控制電路48的通信(com)端子經(jīng)由dc隔直電容器c11而與總線線路42耦合?？刂齐娐?8的通信部482經(jīng)由dc隔直電容器c11收發(fā)控制信號s3。邏輯電路480基于控制信號s3來選擇總線電壓vbus，控制電源電路44。這樣，電源電路44經(jīng)由總線線路42、總線線路80供給總線電壓vbus。

接下來，說明受電裝置6的構成。受電裝置6包括連接器60、總線線路62、二次電池64、充電電路66、控制電路70。

二次電池64是鋰離子電池、鎳氫電池等二次電池，輸出電池電壓vbat。二次電池64的單元數(shù)根據(jù)受電裝置6的種類而多種多樣。電池電壓vbat在1個單元的情況下是大致4.5v左右，在2個單元的情況下是大致9v。因而，供電裝置4在連接了內置有1個單元的二次電池64的受電裝置6的情況下，供給5v的總線電壓vbus就足夠，但是，對于內置有2個單元以上的二次電池64的受電裝置6，需要供給12v或者20v的總線電壓vbus。

對usb端口60的vbus端子供給來自供電裝置4的總線電壓vbus?？偩€線路62將連接器60的vbus端子與充電電路66之間連接。在總線線路62的路徑上，設置有電感l(wèi)21及開關sw4。

開關sw4被設置在總線線路62的路徑上。在開關sw4接通時，輸入總線電壓vbus，在開關sw4切斷時，不供給總線電壓vbus。開關sw4包含串聯(lián)連接的作為n溝道m(xù)osfet的第1晶體管sw4a、第2晶體管sw4b。第1晶體管sw4a、第2晶體管sw4b各自的背柵被連線為各個寄生二極管d1、d2成為反向的方式。由此，能夠防止電流的逆流。

充電電路66接收總線電壓vbus，對二次電池64充電。為了除去噪聲而設置有電感l(wèi)21。

控制電路70是被一體集成在一個半導體基板上的功能ic?？刂齐娐?0的com端子經(jīng)由dc隔直電容器c21而與總線線路62連接。對電源(vdd1)端子供給總線電壓vbus，對電源(vdd2)端子供給電池電壓vbat?？刂齐娐?0將電池電壓vbat或者總線電壓vbus作為電源而動作。電壓檢測(vs)端子與總線線路62連接。vs端子與總線線路62上的比開關sw4靠連接器60側的節(jié)點n1連接。更優(yōu)選使節(jié)點n1比電感l(wèi)21靠充電電路66側?？刂齐娐?0的輸出端子(out1、out2)與開關sw4的晶體管sw4a、sw4b的柵極連接。

控制電路70經(jīng)由總線線路62、總線線路80、總線線路42在與供電裝置4的控制電路48之間進行通信，并控制開關sw4。此外，控制電路70被構成為能夠檢測usb線纜8等的異常。

控制電路70被構成為能夠執(zhí)行以下的處理。

(1)通過與供電裝置4進行通信來決定總線電壓vbus的電壓電平。

(2)在供電裝置4開始供給所決定的電壓電平的總線電壓vbus后，在切斷了開關sw4的狀態(tài)下，存儲被供給到總線線路62的總線電壓vbus＿init的電壓電平。

(3)然后，在接通了開關sw4的狀態(tài)下，若總線電壓vbus的電壓電平變得低于與存儲的總線電壓vbus的電壓電平相應的閾值vth，則使異常檢測信號s4置于有效。

控制電路70包括通信部700、a/d轉換器702、驅動器704、邏輯電路706。通信部700經(jīng)由總線線路62而與供電裝置4通信。a/d轉換器702經(jīng)由vs端子而與總線線路62的節(jié)點n1連接，將被供給到總線線路62的總線電壓vbus＿init轉換成數(shù)字值d1。該數(shù)字值(也稱為初始值)d1被存儲在邏輯電路706的寄存器708a中。此外，a/d轉換器702在開關sw4接通后也周期性地將總線電壓vbus轉換成數(shù)字值d2，并存儲到寄存器708中。

驅動器704控制開關sw4的接通、切斷。如上所述，在用n溝道m(xù)osfet構成開關sw4的情況下，驅動器704包含升壓電路。

邏輯電路706被構成使得，(1)決定總線電壓vbus的電壓電平，(2)保持在切斷了開關sw4的狀態(tài)下取得的數(shù)字值d1，(3)接通開關sw4，(4)將之后取得的數(shù)字值d2與被保持的數(shù)字值d1進行比較。邏輯電路706具有寄存器708、比較器710。在寄存器708中，存儲初始值d1、和以預定的周期讀入的數(shù)字值d2。比較器710對根據(jù)初始值d1規(guī)定的閾值dth和數(shù)字值d2進行比較。閾值dth被設定為比初始值d1小相當于預定的電壓幅度δv的量的值。在閾值電壓vth與初始電壓vbus之間，以下的關系式成立。δv例如被設定為1v左右。

vth＝vbus＿init－δv

以上是受電裝置6的構成的概要。接下來，說明受電裝置6的動作。圖7及圖8是圖6的受電裝置6的動作波形圖。圖7表示供電系統(tǒng)正常時，圖8表示系統(tǒng)異常時。所謂異常，可例示總線線路80、總線線路42、總線線路62(以下，統(tǒng)稱為充電路徑)的局部的斷線、接地短路、連接器40或連接器60的連接不良等。

首先，參照圖7說明正常時的動作。vs表示總線線路62上的節(jié)點n1的電位。

在供電裝置4和受電裝置6剛被連接后的期間t0～t1中，電源電路44生成默認的5v的總線電壓vbus。在接下來的期間t1～t2中，在供電裝置4與受電裝置6之間進行協(xié)商，決定總線電壓vbus的電壓電平。在時刻t3以后，電源電路44生成已被決定的電壓電平(例如12v)的總線電壓vbus。

在總線電壓vbus已穩(wěn)定化的時刻t3以后的時刻t4，在開關sw4切斷的狀態(tài)下，測定初始總線電壓vbus＿init，規(guī)定閾值電壓vth。由于開關sw4切斷，所以，流過總線線路的電流實質上為零，因而，不論總線線路的電阻如何，vs≒vbus。

在時刻t5開關sw4接通，開始充電。設此時的充電路徑的阻抗為z、設充電電流為i時，節(jié)點n1的電位vs由以下的算式給出。vdrop是阻抗z的電壓降。

vs＝vbus－vdrop＝vbus－z×i

如果在充電路徑中未發(fā)生局部的斷線等，則由于z是足夠小的值，所以電壓降vdrop小于δv，異常檢測信號s4不被置于有效，因而，被判定為系統(tǒng)正常。所謂局部的斷線是指，并非阻抗變得無限大的完全斷線，而是在維持有限的阻抗的同時斷線的狀態(tài)。

接下來，參照圖8說明異常時的動作。時刻t0～t4的動作與圖7同樣。

在時刻t5，開關sw4接通，開始充電。在發(fā)生了總線線路的局部的斷線等的情況下，由于z成為非常大的值，所以電壓降vdrop比δv大。其結果是，異常檢測信號s4被置于有效，被判定為系統(tǒng)異常。

以上是受電裝置6的動作。

這樣，根據(jù)本實施方式的受電裝置6，在充電路徑上插入開關sw4，測定在切斷了開關sw4的狀態(tài)下實際被供給的總線電壓vbus，并基于測定到的總線電壓vbus來設定閾值電壓vth，從而即使在總線電壓vbus會變化的pd規(guī)范中，也能夠檢測因線纜、連接器等而引起的異常。

此外，根據(jù)受電裝置6，也能夠檢測在開始了充電后發(fā)生的接地等的異常。

此外，通過將控制電路70監(jiān)視電壓的節(jié)點n1設在比電感l(wèi)21靠充電電路66側的位置，從而能夠不受因通信部700的通信而引起的總線線路62的電壓變動的影響地設定閾值電壓vth。

最后，說明受電裝置6的具體例。圖9是表示搭載圖6的受電裝置6的電子設備的一個例子的圖。圖9的電子設備400是筆記本pc。電子設備400在其箱體402的側面具有連接器60。在箱體402的內部內置有控制電路70、充電電路66、二次電池64等。筆記本pc、平板pc多數(shù)情況下搭載2個單元以上的大容量的二次電池64，因而，作為本實施方式的受電裝置6的用途是適宜的。

以上，基于第2實施方式說明了本發(fā)明的第2方面。本領域技術人員當理解，第2實施方式是例示，這些各構成要素、各處理工藝的組合可以有各種各樣的變形例，并且這種變形例也屬于本發(fā)明的范圍。以下，說明這種變形例。

(第1變形例)

在第2實施方式中，說明了用n溝道m(xù)osfet構成開關sw4的情況，但是，本發(fā)明不限定于此，也可以使用p溝道m(xù)osfet。

(第2變形例)

在實施方式中，說明了受電裝置6被內置在電子設備中的情況，但是，本發(fā)明不限定于此。例如，受電裝置6能夠搭載于ac適配器、usb充電器(統(tǒng)稱為充電適配器)。在此情況下，在圖6中作為受電裝置6的一部分而示出的二次電池64不被包含在受電裝置6中。

基于實施方式使用具體的用語說明了本發(fā)明，但是，實施方式只不過表示了本發(fā)明的原理、應用，在不脫離權利要求書所規(guī)定的本發(fā)明思想的范圍內，實施方式可以有很多變形例及配置的變更。

附圖標記說明

1…供電系統(tǒng)、200…受電裝置、202…二次電池、204…微型計算機、206…系統(tǒng)電源、208…usb收發(fā)器、210…充電電路、214…usb線纜、220…總線線路、100…供電裝置、130…第1電源電路、132…第2電源電路、sw1…第1開關、sw2…第2開關、sw1a…第1晶體管、sw1b…第2晶體管、sw2a…第3晶體管、sw2b…第4晶體管、134…濾波器、136…usb端口、140…控制電路、142…通信部、144…邏輯電路、146…驅動器、148…比較器、sw3…放電開關、c12…dc隔直電容器、c11…電容器、l11…電感、r11…放電電阻、4…供電裝置、6…受電裝置、8…usb線纜、80…總線線路、40…連接器、42…總線線路、44…電源電路、48…控制電路、480…邏輯電路、482…通信部、60…連接器、62…總線線路、64…二次電池、66…充電電路、70…控制電路、700…通信部、702…a/d轉換器、704…驅動器、706…邏輯電路、708…寄存器、710…比較器、sw4…開關、sw4a…第1晶體管、sw4b…第2晶體管、c11…dc隔直電容器、l11…電感、c21…dc隔直電容器、l21…電感、s3…控制信號、s4…異常檢測信號。

工業(yè)實用性

本發(fā)明能夠用于usb供電。