説明

携帯装置のUSB充電

【課題】起動できないほど消耗した蓄電池が内蔵された携帯装置であっても、USB接続されたホスト装置から供給された電流で高速に蓄電池を充電する。
【解決手段】携帯装置を、USB接続されたホスト装置に充電専用装置として認識さてホスト装置から高電流の供給を受け、充電に必要の無い主要部分への電流供給を停止に加えて、携帯装置の各部への電流の供給する制御部をスタンバイ状態にして充電電流をできるだけ多くする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内蔵の蓄電池を充電する携帯装置及充電システムに関し、特にUSBケーブルを介してホスト装置から提供される電流を使用して内蔵の蓄電池を充電する携帯装置及び充電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電子カメラやICレコーダ等の携帯装置の電源として充電可能な蓄電池(以下、電池と称する)が幅広く用いられている。通常、それら携帯装置にはACアダプタが付属し、そのACアダプタを介して携帯装置内の電池を充電するか、叉は専用の充電器が付属し、その充電器に携帯装置から取り外した電池を装着して充電する。
【0003】
一方、携帯装置をUSB(Universal Serial Bus)インターフェースを使用して、PC等のホスト装置とケーブルで接続する場合には、ホスト装置から一定の電流の供給を受けることが可能となっており、この電流を電池の充電に利用することができる。特許文献1には、ホスト装置とUSBケーブルで接続されたデジタルカメラにおいて、ホスト装置から供給される電流が高電流(500mA)の場合はバッテリを充電し、供給される電流が低電流(100mA)の場合はバッテリは充電されず、その供給された電流で通信待機を行なうことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2010−287115号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
USB2.0の規格によると、携帯装置がUSBケーブルを介してホスト装置から供給を受けることが可能な電流は、コンフィギュレーション状態(Configured)では500mA(高電流)まで可能であり、非コンフィギュレーション状態(Unconfigured)では100mA(低電流)まで可能である。電池の消耗が大きく携帯装置を起動することができない場合には、高電流の供給を受けるためにコンフィギュレーション状態するのに必要な処理を携帯装置で実行できず、ホスト装置から供給される低電流で充電を続けることになる。
【0006】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、蓄電池が消耗して起動できない場合であっても、USBケーブルで接続されたホスト装置から高電流の供給を受けて短時間で内充電することができる携帯装置及び携帯装置を含む充電システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために本発明の携帯装置は、ホスト装置とUSB接続され場合に、USBインターフェースを介して前記ホスト装置から供給される電流により、内蔵の蓄電池を充電可能な携帯装置であって、前記USBインターフェースを介して前記ホスト装置と通信する通信部と、前記蓄電池の電力残量を計測すると共に前記USBインターフェースを介して供給された電流で前記蓄電池を充電する充電部と、当該携帯装置の各部分を制御する制御部と、前記USBインターフェースを介して前記ホスト機器と接続されたことを検出する接続検出部と、前記通信部と充電部と制御部と接続検出部とを除く当該携帯装置の主要回路部分と、を具備し、前記制御部は、前記USBインターフェースを介して前記ホスト装置と接続された時には、前記ホスト装置から供給される第1の電流量の電力で前記主要部分を除く前記通信部と前記残量検出部と前記充電部と前記制御部とを動作させ、前記充電部が計測した前記蓄電池の電力残量が当該携帯装置を起動させることが可能な所定閾値以下の場合、当該携帯装置を充電専用デバイスとして前記ホスト装置が認識するようにUSB規格で定義されたパラメータを設定し、当該携帯装置を前記充電専用デバイスとして認識した前記ホスト装置から前記第1の電流量より多い第2の電流量の電力の供給を受け、前記主要回路部分への電流の供給を停止したまま、前記充電部に前記第2の電流量で蓄電池を充電させると共に、前記制御部を消費電力の少ないスタンバイ状態にすることを特徴とする。
【0008】
また、本発明の充電システムは、USB接続された携帯装置とホスト装置で構成され、前記携帯装置は、USBインターフェースを介して前記ホスト装置と通信する第1の通信部と、前記蓄電池の電力残量を計測すると共に前記USBインターフェースを介して供給された電流で前記蓄電池を充電する充電部と、当該携帯装置の各部分を制御する制御部と、前記USBインターフェースを介して前記ホスト機器と接続されたことを検出する接続検出部と、前記第1の通信部と充電部と制御部と接続検出部とを除く当該携帯装置の主要回路部分と、を具備し、前記ホスト装置は、USBインターフェースを介して前記携帯装置と通信する第2の通信部と、前記USBインターフェース介して前記携帯装置に電力を供給する電力供給部と、前記電力提供部が提供する電力を第1の電流量から当該第1の電流量より多い第2の電流量に切り換える電流切替え部とを具備し、前記携帯装置の制御部は、前記USBインターフェースを介して前記ホスト装置と接続された時には、前記ホスト装置から供給される前記第1の電流量の電力で前記主要回路部分を除く前記第1の通信部と充電部と制御部と接続検出部を動作させ、前記充電部が計測した前記蓄電池の電力残量が前記携帯装置を起動させることが可能な所定閾値以下の場合、USB規格で定義された所定のパラメータを充電専用デバイスとして設定し、前記ホスト装置の電流切替え部は、前記第2の通信部が前記携帯装置から取得した前記所定のパラメータが前記充電デバイスを表わす場合、前記携帯装置に供給する電流を前記第1の電流量から前記第2の電流量に切り替え、前記携帯装置の制御部は、前記主要回路部分への電流の供給を停止したまま、前記充電部に前記ホスト装置から供給された前記第2の電流量で蓄電池を充電させると共に、前記制御部を消費電力の少ないスタンバイ状態にすることを特徴とする
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、起動できないほど消耗した蓄電池が内蔵された携帯装置であっても、USB接続されたホスト装置から供給された電流で高速に蓄電池を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施の形態に係る充電システムの携帯装置の構成例を示すブロック図である。
【図2A】USBの充電規格1.2で規定されているDead Batteryを充電する第1の方法を説明する図である。
【図2B】USBの充電規格1.2で規定されているDead Batteryを充電する第2の方法を説明する図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るUSB充電システムの携帯装置であるデジタルカメラの充電のフローを示す図である。
【図4】本発明の実施の形態に係るUSB充電システムのホスト装置であるパーソナルコンピュータのOSの情報処理を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態に係るUSB充電システムのホスト装置であるパーソナルコンピュータの充電ドライバの情報処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。図1は、携帯装置の一例としてのデジタルカメラ(DSC)をあげ、そのデジタルカメラのシステム構成例を示すブロック図である。
【0012】
システムコントロールブロック100はデジタルカメラの動作全般とUSB(Universal Serial Bus)通信を制御するブロックであり、システムコントローラ102とUSBコントローラ103により構成されている。システムコントローラ102はCPU及びシステムを制御するための各種プログラムが記憶されたROM及び一時的に情報を記憶するRAMにより構成されている。
【0013】
また、カメラブロック101は、デジタルカメラの主要な機能である撮影と画像表示を実行するブロックで、撮像回路110、画像処理回路111、表示回路112、メモリコントローラにより構成されている。
【0014】
本実施の形態では、デジタルカメラの各回路に電力を供給するのは、カメラ本体内の充電可能な二次電池105であり、充電コントローラ104は、二次電池105の充電を制御すると共に電力残量を出力する。
【0015】
USBコントローラ103と充電コントローラ104はUSBポート106を介してとホスト装置であるPC(パーソナルコンピュータ)とUSBケーブルで接続される。USBポート106のD+ライン及びD−ラインはホスト装置と通信するためのデータラインであり、VBUSラインはホストから供給される電流が流れる電力ラインである。プルアップ抵抗108の一端は二次電池のプラス極に接続されており、システムコントローラ102によりスイッチ109をONにすることによりD+端子をプルアップすることができる。
【0016】
カメラブロック101の撮像回路110は、CCDやCMOSのイメージセンサとそれらを駆動する回路で構成され、撮像光学系によりイメージセンサ表面に形成された被写体像を画像信号に変換して出力する。画像処理回路111は、AD変換回路と画像形成回路と圧縮伸長回路で構成され、AD変換回路は撮像回路110が出力したアナログの画像信号をデジタル画像信号に変換し、画像形成回路はデジタル画像信号を処理して、カラー画像データを生成し、圧縮伸長回路はカラー画像データを圧縮処理した後、画像ファイルを生成する。メモリコントローラ113は、メモリカードインターフェースを含み、画像処理回路111で生成された画像ファイルを、メモリカードインターフェースに装着された不揮発性メモリで構成されたメモリカードに記憶する。
【0017】
表示回路112は、液晶の表示パネルと、その液晶パネルを駆動する液晶駆動回路から構成される。メモリコントローラ113によりメモリカードから読み出された画像ファイルは、画像処理回路111の圧縮伸長回路で伸長処理された後縮小処理されて、液晶駆動回路により液晶パネルに表示する。また、表示回路112は、撮影回路110が連続撮影して出力する画像信号を画像処理回路111が処理してビデオ画像を生成し、プレビュー画像として液晶パネルに動画像表示する。
【0018】
システムコントロールブロック100とカメラブロック101を構成する各回路は、システムバス114を介して接続されている。また、システムコントローラ102と充電コントローラ104は、VBATAD信号、ISEL信号、CHDEND信号をやり取りする。充電コントローラ104が出力するVBATAD信号は二次電池105の電力残量を表わす信号であり、CHDEND信号は充電が完了したことをシステムコントローラ102に通知する信号である。一方、システムコントローラ102から出力されるISEL信号は、充電コントローラ104がVBUSラインを介してホスト装置から供給を受ける電流を制御する信号である。
【0019】
システムコントロールブロック100及びカメラブロック101の各回路には二次電池105から電力VDDが供給される。カメラブロック101の各回路に供給される電力は、システムコントローラから出力される信号VDDSELで制御されるスイッチ107によりON/OFFされる。カメラ起動時には、スイッチ107はOFFとなっており、カメラブロック101の各回路には電力が供給されない構成となっている。
【0020】
USBのバッテリ充電規格1.2(Battery Charging Specification Revision 1.2)では、装置を動作させることができないほど消耗した蓄電池(Dead Battery)を、装置が起動できるように充電する方法が2通り規定されている。
【0021】
第1の方法では、ホスト装置に携帯装置(本実施の形態ではデジタルカメラ)が接続され、ホスト装置が携帯装置を識別できない状態(Unconfigured)であっても、携帯装置はVBUSラインを通じてホスト装置から供給される100mAの電流を使用して45分間充電することができる。この方法では、端末装置はホスト装置とUSB通信する必要がない。図2(A)に示すように、充電コントローラ104のみ動作すればよいので、供給された電流のほとんどは二次電池105の充電に当てることができる。しかしながら、ホストから供給される電流は100mAと少ないので、充電に時間がかかってしまう。
【0022】
第2の方法では、携帯装置はVBUSラインを通じて最大500mAの電流を15分間供給を受けることが、ホスト装置は携帯装置を識別し一部通信可能な状態(Configured)で、携帯装置にホスト装置から送信されたトークンに、通常のデータ通信ができないことを知らせるNAKまたは他の有効なレスポンスで応答しなければならない。従って、図2(B)に示すように、充電コントローラ104とシステムコントローラ102とUSBコントローラ103は動作している必要があるので、ホストから供給された電流の一部がそれらの回路で消費される。
【0023】
図3、4、5で本実施の形態の充電システムを説明する。図3は、デジタルカメラの充電フローである。
ステップS100でUSBケーブルがホスト装置であるPCに接続されると、VBUSを介してPCから100mAの電流が供給される。充電コントローラはこの100mAの電流をシステムコントロールブロックに含まれる各回路に供給する。
【0024】
ステップS101では、システムコントローラ102が、充電コントローラ104が出力したVBATADの値により、二次電池105の電力残量(電池残量)がデジタルカメラを起動するために必要とする電力量に達しているか否かを判定する。二次電池の電池残量がデジタルカメラを起動するだけ残ってないと判定された場合はステップS102に進み、電池残量がデジタルカメラを起動するだけ残っている場合にはステップS111に進む。
【0025】
ステップS102では、システムコントローラ102は、デジタルカメラを充電専用デバイスとして認識させるために、ディスクリプタ(USB仕様で規定された携帯装置全体のデータを格納したデータ構造体)に充電専用デバイスであることをセットすると共に必要とするバス電流を500mAにセットする。PCはこのディスクリプタの内容を取得することにより、充電専用デバイスが接続されたことを検出る。
【0026】
ステップS103では、D+データラインのプルアップ抵抗108のスイッチ109をONにする。続いてステップS104でPCとネゴシエーションが行われ、ディスクリプタの内容がPCに取得される。この過程でPCはデジタルカメラを充電専用デバイスとして認識する。
【0027】
ステップS105で、PCから送信されるSet_Configurationリクエストの受信を待つ。Set_Configurationリクエストが受信されると、最大で500mA(USB3.0では900mA)までの電流供給をVBUSラインを介して受けることができる。
【0028】
Set_Configurationリクエストを受信後、ステップS106で、システムコントローラ102はISEL信号で充電コントローラ104の引き込み電流を500mAに切り替える。
【0029】
PCからは、SOF(Start of Frame)のみが送信され、意味のあるデータは送信されないので、USBコントーラー103は受信したSOFを読み飛ばすだけでよい。SOFはD+、D−ライン上で送られるがSOFの応答は存在しない。そのためステップS107でシステムコントローラ102をスタンバイ状態に遷移させて消費電力を下げることができる。その結果、VBUSを介して供給される500mAの電流のより多くを二次電池の充電に利用することができる。SOFの受信は続けられるので、D+とD−ラインの信号だけはアクティブとなっている。
【0030】
ステップS108では、充電完了までLOOPを繰り返す。そして、二次電池105の電圧が所定の閾値を越えた場合、充電コントローラ104は二次電池105の充電が完了したと判定する。なお、図3のフローではLOOPになっているが、システムコントローラはスタンバイ状態に入ってるためCPUはWAIT状態にある。
【0031】
ステップ109では、充電コントローラ104から出力された充電完了信号CHGENDがシステムコントローラ102に入力され、システムコントローラ102がスタンバイ状態から復帰して通常の動作状態に戻る。
【0032】
ステップS110では、D+ラインのプルアップ抵抗108のスイッチ109をOFFにしてPCとのUSB通信を切断する。続いてステップ111で、システムコントローラ102が出力するVDDSEL信号によりスイッチ107をONにしてカメラブロック101に含まれる各回路に電力を供給する。
【0033】
ステップS112では、ディスクリプタに標準デバイス(ここではマスストレージデバイス)であることを設定し、PCと再接続するためにステップS113でプルアップ抵抗108のスイッチ109をONにする。その結果、デジタルカメラはPCにマスストレージとして接続される。
【0034】
次に図3で説明したデジタルカメラの充電フローに対応する、PCのOSと充電ドライバの処理手順について説明する。本実施形態では、デジタルカメラを充電専用デバイスとしてPCに認識させるために、充電ドライバをインストールしなければならない。ただし、OS側で予め準備されている場合はこの限りではない。因みに充電ドライバはUSBケーブルが接続された際に不明なデバイスとして検出され、その時にインストールされてもよいし、予めインストールされておりUSBケーブルが接続されたときに該当するドライバが認識され有効となってもよい。
【0035】
図4はUSB接続時のPCのOSの処理フローである。
【0036】
ステップS200では、PCはUSBポートのD+ラインがプルアップされていること検出してデジタルカメラが接続されたことを認識する。接続後、ステップS201でPCとデジタルカメラはお互いにネゴシエーション処理を行う(図3のS104に対応)。
【0037】
ネゴシエーション後、ステップS202でPCはデジタルカメラからディスクリプタを取得し、ステップS203でそのディスクリプタが充電専用デバイスを表わすか否かを判定する。判定がNOの場合はデジタルカメラをマスストレージデバイスとして接続し、マスストレージデバイスとしての処理を実行する(ステップS209)。なお、デジタルカメラのマスストレージデバイスとしての接続は、D+ラインのプルアップがOFFになったことを検出すると終了する(ステップS210)。
【0038】
ステップS203でYESと判定された場合は、ステップS204とS205でOSは専用充電ドライバをロードした後起動して、充電ドライバに制御を移す。
【0039】
OSは、充電ドライバに制御を渡すと、携帯装置との通信を停止するサスペンド状態に遷移するのを防ぐためにSOF(Start of Frame)パケットを送信し続ける(ステップ206)。ステップS207で、USBポートのD+ラインのプルアップがOFFになったのを検出すると、OSは、ステップS208で充電ドライバをアンロードして処理を終了する。
【0040】
図5は、ステップS204でロードした充電ドライバの処理フローを説明する。
【0041】
ステップS300でデジタルカメラからディスクリプタを取得する。続いてステップS301で、デジタルカメラが500mAの電流の供給を受けることができるようにSet_Configurationリクエストを送信する。
【0042】
その後、待機してOSからのアンロード指示を待つ。OSからアンロードが指示されると、充電ドライバが使用したリソース(メモリ類)を解放して処理を終了する。
【0043】
以上説明したように、本実施の形態におけるデジタルカメラでは、ステップS106で充電コントローラ104の引き込み電流を500mAに切り替えたえた後、ステップS107でシステムコントローラをスタンバイ状態できるので充電以外に消費する電力を軽減して、充電時間を短縮することができる。
【0044】
本実施の形態では、ホスト装置としてパーソナルコンピュータ(PC)、携帯装置としてデジタルカメラの場合について本発明を説明したが、携帯装置としてはビデオカメラやICレコーダ、ミュージックプレーヤーなどの蓄電池で駆動する装置であれば良い。またホスト装置としては、AC電源や大容量の電池から電力が供給されるUSBホスト機能を有する装置であれば良い。
【符号の説明】
【0045】
1 … デジタルカメラ
100 … システムコントロールブロック
101 … カメラブロック
102 … システムコントローラ
103 … USBコントローラ
104 … 充電コントローラ
105 … 二次電池
106 … USBポート
107 … スイッチ
108 … プルアップ抵抗
109 … スイッチ
110 … 撮影回路
111 … 画像処理回路
112 … 表示回路
113 … メモリコントローラ
114 … システムバス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ホスト装置とUSB接続され場合に、USBインターフェースを介して前記ホスト装置から供給される電流により、内蔵の蓄電池を充電可能な携帯装置であって、
前記USBインターフェースを介して前記ホスト装置と通信する通信部と、
前記蓄電池の電力残量を計測すると共に前記USBインターフェースを介して供給された電流で前記蓄電池を充電する充電部と、
当該携帯装置の各部分を制御する制御部と、
前記USBインターフェースを介して前記ホスト機器と接続されたことを検出する接続検出部と、
前記通信部と充電部と制御部と接続検出部とを除く当該携帯装置の主要回路部分と、を具備し、
前記制御部は、前記USBインターフェースを介して前記ホスト装置と接続された時には、前記ホスト装置から供給される第1の電流量の電力で前記主要部分を除く前記通信部と前記残量検出部と前記充電部と前記制御部とを動作させ、
前記充電部が計測した前記蓄電池の電力残量が当該携帯装置を起動させることが可能な所定閾値以下の場合、当該携帯装置を充電専用デバイスとして前記ホスト装置が認識するようにUSB規格で定義されたパラメータを設定し、当該携帯装置を前記充電専用デバイスとして認識した前記ホスト装置から前記第1の電流量より多い第2の電流量の電力の供給を受け、
前記主要回路部分への電流の供給を停止したまま、前記充電部に前記第2の電流量で蓄電池を充電させると共に、前記制御部を消費電力の少ないスタンバイ状態にすることを特徴とする携帯装置。
【請求項2】
前記携帯装置はデジタルカメラであり、前記主要回路部分は、被写体を撮影して電気信号に変換する撮像部、前記撮像部が出力する電気信号を処理して画像データを生成する画像処理部、前記画像処理部が再生した画像データを画像ファイルとして記録媒体に記憶するメモリと、前記画像データを表示する表示部とを少なくとも含むことを特徴とする請求項2に記載の携帯装置。
【請求項3】
ホスト装置と蓄電池で動作する携帯装置とがUSB接続されたシステムであって、
前記携帯装置は、
USBインターフェースを介して前記ホスト装置と通信する第1の通信部と、
前記蓄電池の電力残量を計測すると共に前記USBインターフェースを介して供給された電流で前記蓄電池を充電する充電部と、
当該携帯装置の各部分を制御する制御部と、
前記USBインターフェースを介して前記ホスト機器と接続されたことを検出する接続検出部と、
前記第1の通信部と充電部と制御部と接続検出部とを除く当該携帯装置の主要回路部分と、を具備し、
前記ホスト装置は、
USBインターフェースを介して前記携帯装置と通信する第2の通信部と、
前記USBインターフェース介して前記携帯装置に電力を供給する電力供給部と、
前記電力提供部が提供する電力を第1の電流量から当該第1の電流量より多い第2の電流量に切り換える電流切替え部とを具備し、
前記携帯装置の制御部は、前記USBインターフェースを介して前記ホスト装置と接続された時には、前記ホスト装置から供給される前記第1の電流量の電力で前記主要回路部分を除く前記第1の通信部と充電部と制御部と接続検出部を動作させ、
前記充電部が計測した前記蓄電池の電力残量が前記携帯装置を起動させることが可能な所定閾値以下の場合、USB規格で定義された所定のパラメータを充電専用デバイスとして設定し、
前記ホスト装置の電流切替え部は、前記第2の通信部が前記携帯装置から取得した前記所定のパラメータが前記充電デバイスを表わす場合、前記携帯装置に供給する電流を前記第1の電流量から前記第2の電流量に切り替え、
前記携帯装置の制御部は、前記主要回路部分への電流の供給を停止したまま、前記充電部に前記ホスト装置から供給された前記第2の電流量で蓄電池を充電させると共に、前記制御部を消費電力の少ないスタンバイ状態にすることを特徴とする充電システム。
【請求項4】
前記携帯装置はデジタルカメラであり、前記主要回路部分は、被写体を撮影して電気信号に変換する撮像部、前記撮像部が出力する電気信号を処理して画像データを生成する画像処理部、前記画像処理部が再生した画像データを画像ファイルとして記録媒体に記憶するメモリと、前記画像データを表示する表示部とを少なくとも含むことを特徴とする請求項2に記載の携帯装置。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−80392(P2013−80392A)
【公開日】平成25年5月2日(2013.5.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−220289(P2011−220289)
【出願日】平成23年10月4日(2011.10.4)
【出願人】(504371974)オリンパスイメージング株式会社 (2,647)
【Fターム(参考)】