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公開番号2020137388
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200831
出願番号2019032526
出願日20190226
発明の名称処理装置
出願人ブラザー工業株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/00 20060101AFI20200803BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】外部機器への給電による消費電力の増大を抑制できる、処理装置を提供する。
【解決手段】USBコントローラ52は、外部機器とUSBコネクタ51との接続を検知した際、出力電圧固定DC-DCコンバータ23からUSBコネクタ51のVBUS端子に固定電圧を出力させる。このとき、USBコントローラ52は、出力電圧可変DC-DCコンバータ22を停止させている。その後、USBコントローラ52は、外部機器からの給電要求を受信した際、要求電圧が固定電圧と等しい場合には、出力電圧固定DC-DCコンバータ23からVBUS端子に固定電圧を出力させる。一方、要求電圧が固定電圧と等しくない場合、USBコントローラ52は、出力電圧可変DC-DCコンバータ22からVBUS端子に要求電圧を出力させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
外部機器が接続可能であって、前記外部機器に電力を給電する給電端子と前記外部機器との通信を行う通信端子とを有する外部機器コネクタと、
前記外部機器と前記外部機器コネクタとの接続を検知し、前記通信端子を介して前記外部機器からの給電要求を受信する制御部と、
直流電圧を変換して固定電圧を出力する出力電圧固定DC−DCコンバータと、
前記直流電圧を前記制御部からの指示に基づいて設定された可変電圧に変換し、前記可変電圧を出力する出力電圧可変DC−DCコンバータと、
前記出力電圧固定DC−DCコンバータの出力端子が前記給電端子に接続される第1切替状態と、前記出力電圧可変DC−DCコンバータの出力端子が前記給電端子に接続される第2切替状態とに切り替える切替スイッチ部と、
を備え、
前記制御部は、
前記外部機器と前記外部機器コネクタとの接続を検知した際、前記第1切替状態にさせるように前記切替スイッチ部を制御し、前記固定電圧を出力させるように前記出力電圧固定DC−DCコンバータを制御し、
前記外部機器からの前記給電要求を受信した際、前記給電要求の電圧が前記固定電圧と等しい場合、前記給電要求の電圧を出力させるように前記出力電圧固定DC−DCコンバータを制御し、
前記外部機器からの前記給電要求を受信した際、前記給電要求の電圧が前記固定電圧と等しくない場合、前記第1切替状態から前記第2切替状態に切り替えさせるように前記切替スイッチ部を制御し、前記給電要求の電圧を出力させるように前記出力電圧可変DC−DCコンバータを制御する、
ことを特徴とする処理装置。
続きを表示(約 1,900 文字)【請求項2】
請求項1に記載の処理装置であって、
前記制御部は、
前記外部機器からの前記給電要求を受信した際、前記第1切替状態である場合において、前記給電要求の電圧が前記固定電圧より大きい場合、前記出力電圧可変DC−DCコンバータの出力電圧を前記給電要求の電圧に設定し、前記出力電圧可変DC−DCコンバータの出力電圧が前記出力電圧固定DC−DCコンバータの出力電圧を超えた後に、前記切替スイッチ部を用いて前記第1切替状態から前記第2切替状態に切り替える、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の処理装置であって、
前記制御部は、
前記外部機器からの前記給電要求を受信した際、前記第2切替状態であった場合において、前記給電要求の電圧が前記固定電圧より大きい場合、前記出力電圧可変DC−DCコンバータに前記給電要求の電圧を出力させる、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか一項に記載の処理装置であって、
前記出力電圧可変DC−DCコンバータは、前記固定電圧より小さい第1電圧値から前記固定電圧より大きい第2電圧値までの範囲の電圧を出力可能であって、
前記制御部は、
前記外部機器からの前記給電要求を受信した際、前記第1切替状態である場合において、前記給電要求の電圧が前記固定電圧より小さい場合、前記出力電圧可変DC−DCコンバータの出力電圧を前記給電要求の電圧に設定した後に、前記切替スイッチ部を用いて前記第1切替状態から前記第2切替状態に切り替える、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか一項に記載の処理装置であって、
前記制御部は、
前記外部機器からの前記給電要求を受信した際、前記第2切替状態である場合において、前記給電要求の電圧が前記固定電圧と等しい場合、前記切替スイッチ部を用いて前記第2切替状態から前記第1切替状態に切り替える、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか一項に記載の処理装置であって、
前記外部機器と前記外部機器コネクタとの接続前は、前記出力電圧固定DC−DCコンバータ及び前記出力電圧可変DC−DCコンバータのいずれも前記給電端子に接続されない初期状態であり、
前記制御部は、前記外部機器と前記外部機器コネクタとの接続を検知した際、前記切替スイッチ部を用いて前記初期状態から前記第1切替状態に切り替えさせるように前記切替スイッチ部を制御する、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項7】
請求項6に記載の処理装置であって、
前記制御部は、
前記初期状態において、前記出力電圧可変DC−DCコンバータを停止させている、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項8】
請求項1から7のいずれか一項に記載の処理装置であって、
前記切替スイッチ部は、
前記出力電圧固定DC−DCコンバータの後段に配置され、導通および非導通を切り替える第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と前記給電端子の間に配置され、前記給電端子から前記第1スイッチング素子へ電流が流れることを阻止する第1逆流防止素子と、
前記出力電圧可変DC−DCコンバータの後段に配置され、導通および非導通を切り替える第2スイッチング素子と、
前記第2スイッチング素子と前記給電端子の間に配置され、前記給電端子から前記第2スイッチング素子へ電流が流れることを阻止する第2逆流防止素子と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを導通させることによって、前記出力電圧固定DC−DCコンバータ及び前記出力電圧可変DC−DCコンバータのうちの出力電圧が高い方が前記給電端子に出力される第3切替状態に切り替え可能である、
ことを特徴とする処理装置。
【請求項9】
請求項1から8のいずれか一項に記載の処理装置であって、
前記外部機器コネクタは、USBインタフェースに設けられ、
前記USBインタフェースには、前記外部機器コネクタに接続される前記外部機器への給電を制御するコントローラが設けられ、
前記制御部は、前記コントローラである、
ことを特徴とする処理装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、プリンタなどの画像処理装置を含む処理装置に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
従来、処理装置に備えられている電源装置は、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するAC−DCコンバータと、AC−DCコンバータが出力する直流電圧を所定の直流電圧に更に変換する複数のDC−DCコンバータとを有している。たとえば、特許文献1に記載の電源装置では、AC−DCコンバータで交流電圧からモータドライバなどの負荷に供給される直流電圧が生成され、更に、その直流電圧がDC−DCコンバータで3.3Vや1.5Vの直流電圧に変換される。
【0003】
一方、外部機器との接続のためのインタフェースを備える装置には、従来のUSB(Universal Serial Bus)2.0規格やUSB3.1規格だけではなく、USB−PD(Universal Serial Bus - Power Delivery)規格を満たすものがある。この装置では、その装置に接続されている給電先の給電要求に応じて、5mWから100Wまでの範囲の様々な電力を給電する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2013−34365号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
その必要を満たすため、電源装置にUSB給電専用のDC−DCコンバータを新たに設けて、USB給電専用のDC−DCコンバータから電力を給電先に給電する構成が考えられる。しかし、USB給電専用のDC−DCコンバータは、消費電力が大きく、USB給電専用のDC−DCコンバータが頻繁に駆動されると、消費電力が増加する。
【0006】
本発明の目的は、外部機器への給電による消費電力の増大を抑制できる、処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の目的を達成するため、本発明に係る処理装置は、外部機器が接続可能であって、外部機器に電力を給電する給電端子と外部機器との通信を行う通信端子とを有する外部機器コネクタと、外部機器と外部機器コネクタとの接続を検知し、通信端子を介して外部機器からの給電要求を受信する制御部と、直流電圧を変換して固定電圧を出力する出力電圧固定DC−DCコンバータと、直流電圧を制御部からの指示に基づいて設定された可変電圧に変換し、可変電圧を出力する出力電圧可変DC−DCコンバータと、出力電圧固定DC−DCコンバータの出力端子が給電端子に接続される第1切替状態と、出力電圧可変DC−DCコンバータの出力端子が給電端子に接続される第2切替状態とのいずれかに切り替える切替スイッチ部と、を備え、制御部は、外部機器と外部機器コネクタとの接続を検知した際、第1切替状態にさせるように切替スイッチ部を制御し、固定電圧を出力させるように出力電圧固定DC−DCコンバータを制御し、外部機器からの給電要求を受信した際、給電要求の電圧が固定電圧と等しい場合、給電要求の電圧を出力させるように出力電圧固定DC−DCコンバータを制御し、外部機器からの給電要求を受信した際、給電要求の電圧が固定電圧と等しくない場合、第1切替状態から第2切替状態に切り替えさせるように切替スイッチ部を制御し、給電要求の電圧を出力させるように出力電圧可変DC−DCを制御する。
【0008】
この構成によれば、制御部は、外部機器と外部機器コネクタとの接続を検知した際、出力電圧固定DC−DCコンバータから給電端子に固定電圧を出力させる。このとき、制御部は、出力電圧可変DC−DCコンバータを停止させている。その後、制御部は、外部機器からの給電要求を受信した際、給電要求の電圧値が固定電圧と等しい場合には、出力電圧固定DC−DCコンバータから給電端子に固定電圧を出力させる。一方、給電要求の電圧値が固定電圧と等しくない場合、制御部は、出力電圧可変DC−DCコンバータから給電端子に給電要求に応じた電圧を出力させる。これにより、出力電圧可変DC−DCコンバータが無駄に動作せず、出力電圧可変DC−DCコンバータが頻繁に駆動されることによる消費電力の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、外部機器への給電による消費電力の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の一実施形態に係る処理装置の電気的構成を示す図である。
第1給電制御のメインフローを示すフローチャートである。
第1リクエスト応答処理の流れを示すフローチャート(その1)である。
第1リクエスト応答処理の流れを示すフローチャート(その2)である。
本発明の他の実施形態に係る処理装置の電気的構成を示す図である。
第2給電制御のメインフローを示すフローチャートである。
第2リクエスト応答処理の流れを示すフローチャート(その1)である。
第2リクエスト応答処理の流れを示すフローチャート(その2)である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0012】
<処理装置の構成>
図1に示される処理装置1は、外部の商用電源から電源コード2を介して供給される交流電力で動作する装置である。処理装置1は、複数のモータMと、各モータMへの給電を制御するモータドライバ11とを備えている。処理装置1は、たとえば、MFP(Multi-Function Peripheral)であり、複数のモータMは、原稿を読み取る読取部、用紙を搬送する搬送部およびその搬送される用紙に画像を形成する画像形成部をそれぞれ駆動する。
【0013】
処理装置1は、CPU(Central Processing Unit)12、RAM13(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)14および各種のロジック回路15,16を備えている。RAM13は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリであり、CPU12がプログラムを実行する際のワークエリアとして使用される。ROM14は、フラッシュメモリなどの書き換え可能な不揮発性メモリからなる。ROM14には、CPU12によって実行されるプログラムや各種のデータなどが記憶されている。ロジック回路15,16は、論理演算を行う電子回路である。
【0014】
また、処理装置1は、AC−DCコンバータ21、出力電圧可変DC−DCコンバータ22、出力電圧固定DC−DCコンバータ23およびロジック用DC−DCコンバータ24,25,26を備えている。処理装置1では、外部の商用電源から供給される交流電圧がAC−DCコンバータ21で直流電圧に変換され、その直流電圧が必要に応じて出力電圧可変DC−DCコンバータ22、出力電圧固定DC−DCコンバータ23およびロジック用DC−DCコンバータ24,25,26で降圧されて各部に供給される。
【0015】
AC−DCコンバータ21は、整流平滑回路などを備えている。AC−DCコンバータ21の入力端子31には、外部の商用電源から電源コード2を介して供給される交流電圧が入力される。AC−DCコンバータ21は、入力端子31に入力される交流電圧を一定の直流電圧(たとえば、DC24V)に変換して、その変換後の直流電圧を出力端子32から出力する。モータドライバ11には、AC−DCコンバータ21の出力端子32から出力される直流電圧が供給される。
【0016】
出力電圧可変DC−DCコンバータ22は、リニアレギュレータなどを備えている。出力電圧可変DC−DCコンバータ22の入力端子33には、配線34が接続されており、AC−DCコンバータ21の出力端子32から出力される直流電圧が配線34を介して入力される。出力電圧可変DC−DCコンバータ22は、CPU12からの指示に従って、入力端子33に入力される直流電圧をDC9V、DC15VおよびDC20Vの直流電圧のいずれかに変換して、その変換後の直流電圧を出力端子35から出力する。
【0017】
出力電圧固定DC−DCコンバータ23は、リニアレギュレータなどを備えている。出力電圧固定DC−DCコンバータ23の入力端子36には、配線37が接続されており、AC−DCコンバータ21の出力端子32から出力される直流電圧が配線37を介して入力される。出力電圧固定DC−DCコンバータ23は、入力端子36に入力される直流電圧を一定の直流電圧(DC5V)に変換して、その変換後の直流電圧を出力端子38から出力する。
【0018】
ロジック用DC−DCコンバータ24は、リニアレギュレータなどを備えている。ロジック用DC−DCコンバータ24の入力端子41には、配線42が接続されており、出力電圧固定DC−DCコンバータ23の出力端子38から出力される直流電圧が配線42を介して入力される。ロジック用DC−DCコンバータ24は、入力端子41に入力される直流電圧を一定の直流電圧に変換して、その変換後の直流電圧を出力端子43から出力する。出力端子43から出力される直流電圧は、たとえば、DC3.3Vであり、DC3.3Vの電圧で動作するロジック回路15などに供給される。
【0019】
ロジック用DC−DCコンバータ25は、リニアレギュレータなどを備えている。ロジック用DC−DCコンバータ25の入力端子44には、配線45が接続されており、出力電圧固定DC−DCコンバータ23の出力端子38から出力される直流電圧が配線45を介して入力される。ロジック用DC−DCコンバータ25は、入力端子44に入力される直流電圧を一定の直流電圧に変換して、その変換後の直流電圧を出力端子46から出力する。出力端子46から出力される直流電圧は、たとえば、DC1.5Vであり、DC1.5Vの電圧で動作するRAM13などに供給される。
【0020】
ロジック用DC−DCコンバータ26は、リニアレギュレータなどを備えている。ロジック用DC−DCコンバータ26の入力端子47には、配線48が接続されており、出力電圧固定DC−DCコンバータ23の出力端子38から出力される直流電圧が配線48を介して入力される。ロジック用DC−DCコンバータ25は、入力端子47に入力される直流電圧を一定の直流電圧に変換して、その変換後の直流電圧を出力端子49から出力する。出力端子49から出力される直流電圧は、たとえば、DC1.0Vであり、DC1.0Vの電圧で動作するCPU12などに供給される。
【0021】
また、処理装置1は、外部機器をUSB接続するためのUSBインタフェース50を備えている。USBインタフェース50には、USBコネクタ51(外部機器コネクタの一例)およびUSBコントローラ52(制御部の一例)が設けられている。USBコネクタ51およびUSBコントローラ52は、USB3.1規格およびUSB−PD規格に準じている。
【0022】
USBコネクタ51は、Type−Cコネクタのレセプタクル(メス側)であり、Type−Cコネクタのプラグ(オス側)を受け入れる受入口が処理装置1の筐体から外部に露出するように配置されている。USBコネクタ51は、CC1端子、CC2端子、Dp(D+)1端子、Dp2端子、Dn(D−)1端子、Dn2端子、TX1端子対(TXp1端子とTXn1端子)、TX2端子対(TXp2端子とTXn2端子)、RX1端子対(RXp1端子とRXn1端子)、RX2端子対(RXp2端子とRXn2端子)、GND端子、VBUS端子および図示しないSBU1端子、SBU2端子を有しており、Type−Cコネクタのプラグを上下2方向に受入可能な構成となっている。
【0023】
USBコントローラ52は、電力設定用通信/給電制御部53、ケーブルプラグ電力供給部54、給電能力提示部55、USB通信制御部56およびマルチプレクサ(MUX)57を備えている。
【0024】
電力設定用通信/給電制御部53は、USBコネクタ51にUSBケーブルの一端に設けられたプラグが接続されると、その接続(ケーブル接続)を検知する機能を有している。USBケーブルの他端は、外部機器に接続されている。電力設定用通信/給電制御部53によりケーブル接続が検知されると、電力設定用通信/給電制御部53はCC1端子,CC2端子を介して、外部機器との間でUSB接続のコンフィグレーションを行う。
【0025】
USB接続のコンフィグレーションにより、電力設定用通信/給電制御部53はVBUS端子がUSB給電のソースとして動作するか否か、受入れたType−Cコネクタのプラグ(オス側)の方向、USBによるデータ通信の方向を決定する。また、電力設定用通信/給電制御部53は、VBUS端子がUSB給電のソースとして動作する場合、給電能力提示部55に設けられている可変電流源63,64およびスイッチ65,66を制御して、VBUSからの初期給電能力を外部機器へ通知する。
【0026】
電力設定用通信/給電制御部53は、検出したType−Cコネクタのプラグの方向に基づき、CC1端子、CC2端子のうち、適切な一つをコンフィグレーション用の通信(CC通信)用の端子に決定する。CC通信では、USB−PD規格に準じて、VBUS端子の電源の制御やUSBケーブルを使用してUSB規格以外のデータのやり取りを行うオルタネートモードを実行するための制御の為の通信を、外部機器との間で行う。また、ケーブルプラグ電力供給部54に設けられているスイッチ61,62を制御し、CC通信用に割り当てなかった端子をUSBケーブルに内蔵されているEMCA(Electrical Marked Cable Assembly)にケーブルプラグ電力(VCONN)が供給されるように設定する。
【0027】
また、USB通信制御部56には、マルチプレクサ57が接続されており、USB通信制御部56は、電力設定用通信/給電制御部53が検出したType−Cコネクタのプラグの方向に基づきマルチプレクサ57ならびにTX1端子対またはTX2端子対、RX1端子対またはRX2端子対を介して、外部機器との間でデータ通信を行う。
【0028】
USB−PD規格では、パワールールが定められており、このパワールールでは、機器の供給可能電力に応じてDC5V、DC9V、DC15VおよびDC20Vの電圧を外部機器に供給可能であり、DC5V、DC9VおよびDC15Vでの最大電流が3Aに規定され、DC20Vでの最大電流が5Aに規定されている。また、USB−PD規格ではパワールールに規定された電圧以外のDC3.3V〜21Vまでの任意の電圧を外部機器が要求可能であることも規定されている。そして、電力設定用通信/給電制御部53が電圧値と電流値との組合せによる給電要求を供給可能と判断した場合、CC通信により外部機器へ供給可能を通知する。
【0029】
USBコネクタ51のVBUS端子には、切替スイッチ部71を介して、出力電圧可変DC−DCコンバータ22および出力電圧固定DC−DCコンバータ23が接続されている。切替スイッチ部71は、第1スイッチング素子72、第1逆流防止素子73、第2スイッチング素子74および第2逆流防止素子75を備えている。
【0030】
第1スイッチング素子72、第1逆流防止素子73、第2スイッチング素子74および第2逆流防止素子75は、いずれもNチャネル型のMOSFET(NMOS)である。
(【0031】以降は省略されています)

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