СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА ВНЕШНЕГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК H02J7/00 H01M10/46 

Настоящее изобретение относится к переходникам электропитания, в частности к способу и устройству для определения типа внешнего переходного устройства электропитания и изменения рабочих характеристик в соответствии с типом внешнего переходного устройства электропитания.

Уровень техники
В переносном устройстве с батарейным питанием таком как, например, сотовый телефон, обычно предусмотрен вход временного электропитания, чтобы пользователь мог использовать это устройство, запитывая его от первичного источника электропитания такого, как домашняя сеть электропитания или источник электропитания транспортного средства, в целях сбережения ресурса батареи. Кроме этого, желательно иметь внутреннее устройство подзаряда батарей, для перезарядки комплекта батарей, который может быть как внешним так и внутренним по отношению к упомянутому переносному устройству. Само устройство и его внутреннее зарядное устройство требуют источника электропитания или переходного устройства (переходника, адаптера), внешнего по отношению к переносному устройству для обеспечения питания соответствующим напряжением и током, требуемых для заряда внутренней батареи или для питания устройства.

На практике существует множество типов внешних источников электропитания. Например, источник электропитания высокой мощности может использоваться для быстрой зарядки батареи, а экономичный источник с малой мощностью может использоваться для медленной зарядки батареи. Так как работа внутреннего зарядного устройства зависит от использования конкретного внешнего переходного устройства, то переносное устройство должно иметь возможность определить тип конкретного используемого внешнего переходного устройства электропитания.

Соответственно, существует необходимость в средстве определения типа внешнего переходного устройства электропитания, которое подсоединяется к переносному пользовательскому устройству и изменения его режима работы в соответствии с типом переходного устройства электропитания и батареи. Изобретение обеспечивает большую гибкость системы и повышение ее эффективности при использовании различных типов внешних источников электропитания.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 блок-схема устройства для определения типа внешнего переходного устройства электропитания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - последовательность операций функционирования пользовательского переносного устройства, имеющего внешнее переходное устройство электропитания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 - последовательность операций способа определения типа внешнего переходного устройства электропитания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 - последовательность операций способа питания/заряда пользовательского переносного устройства, имеющего внешнее переходное устройство электропитания в соответствии с настоящим изобретением.

Описание предпочтительного выполнения
Настоящее изобретение предусматривает способ и устройство для определения типа внешнего переходного устройства электропитания. На фиг.1 представлена общая схема устройства, имеющего внешнее переходное устройство (адаптер) электропитания, применяемое для питания устройства, а также для обеспечения тока заряда батарей. Ток заряда регулируется внутренним зарядным устройством. Микроконтроллер пользовательского переносного устройства регулирует зарядный ток батареи. Контроллер предпочтительно содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенный с повышающим напряжение резистором, внешним, по отношению к устройству и с понижающим напряжение резистором во внешнем переходном устройстве электропитания. Переходное устройство электропитания, в сущности, является регулируемым источником электропитания, который может подсоединяться к первичному источнику электропитания такому, как сеть переменного тока, или источник постоянного тока на 12 В для использования в автомобиле.

Внешнее переходное устройство электропитания (адаптер) может представлять собой тип устройства с высоким уровнем тока, высокой мощностью, обеспечивающий быстрый заряд батареи или, в альтернативном случае, оно может представлять собой тип устройства с низким уровнем тока, обеспечивающий медленный заряд батареи. Изменяя сопротивление понижающего напряжение резистора в адаптере электропитания для идентификации типа внешнего адаптера электропитания, микроконтроллер может определить оптимальный режим подзарядки батарей, основываясь на типе зарядного устройства и другой информации, относящейся к батарее.

Как показано на фиг. 1, переносное устройство 10 содержит подсоединяемый внешний адаптер электропитания 12, запитываемый по линии 13. Переносное устройство 10, кроме того, содержит батарею 14, которая может быть по отношению к нему как внутренней, так и внешней. Например, переносное устройство 10 может представлять собой переносной сотовый телефон, имеющий передатчик 16 и приемник 18. Однако, необходимо учитывать, что любое другое средство, переносное или стационарное, приспособленное для приема внешнего электропитания, может использовать устройство и способ согласно настоящему изобретению. Передатчик 16 управляется микроконтроллером 20 имеющим АЦП 21. Переносное устройство 10 содержит, кроме этого, зарядное устройство 22 батарей. Передатчик 16, приемник 18 и зарядное устройство 22 запитываются по линии 24 от внешнего адаптера электропитания 12.

В общем случае батарея 14 должна включать чувствительный элемент такой, как резистор, терморезистор, разомкнутая цепь, закороченная цепь или другой элемент, который может служить датчиком. Различные типы батарей имеют различные характеристики напряжения для срока службы и эффективные последовательные сопротивления. Так как различные типы батарей являются взаимозаменяемыми для обеспечения электропитания одного и того же устройства (например, для переносного сотового телефона), то значение типа батареи может быть полезным для определения рабочих параметров устройства таких, как выходная мощность передатчика или условие предупреждения о состоянии разряда батарей. Подзаряжаемые батареи могут заряжаться с различным временем заряда и при различных условиях. Кроме этого, не подзаряжаемые типы батарей, не следует подвергать попыткам подзаряда.

Переносной телефон, имеющий зарядное устройство для батарей, пригодное для всех батарей, в идеальном случае должно адаптировать скорость заряда (ток заряда) и способы управления зарядом, применяемые в соответствии с типом батарей. Известно устройство для автоматического опознавания типа батареи, которая должна заряжаться и соответственно адаптировать свои параметры заряда соответствующим образом. Здесь может быть дана ссылка на патент США N 5,164,652 на "Способ и устройство для определения типа батарей и изменения рабочих характеристик", Р.М.Джонсона и М.П.Метрока, патентообладателем которого является заявитель настоящего изобретения. В заявке на изобретение США N 5,164,652 описываются устройства для определения типа батарей, для аппаратуры с батарейным питанием и подзарядом батарей.

В патенте N 5164652 кроме того, раскрываются средства видоизменения рабочих характеристик аппаратуры в соответствии с идентифицированным типом батареи. Сенсорная линия 26 батареи и сенсорная линия 28 напряжения, соединяющие батарею с микроконтроллером 20, обеспечивают необходимую информацию для оптимизации заряда батарей в соответствии с патентом США N 5,164,652. Микроконтроллер 20 содержит предварительно определенную информацию о типе батареи и будет устанавливать скорость и режим управления зарядом для обеспечения оптимальной скорости заряда для подзаряжаемой батареи и препятствовать заряду незаряжаемой батареи. Микропроцессор запрашивает из своей выбранной памяти характеристики заряда для конкретного типа батареи. Напряжение на выводах батареи определяется известным способом определения напряжения и вводится в микропроцессор 20, где оно сравнивается с характеристикой рабочего напряжения заряда батареи, запрошенной из памяти. Микропроцессор и внешний адаптер электропитания определяют необходимую для заряда батареи величину зарядного тока.

Внешняя сенсорная линия электропитания 30 от внешнего адаптера электропитания 12 соединена с микроконтроллером 20 переносного устройства 10. Переносное устройство 10 содержит повышающий напряжение резистор 32, связанный с внешней сенсорной линией электропитания 30. Аналогично, внешний адаптер электропитания 12 содержит понижающий напряжение резистор 34 (резистор определения типа), который также соединен, с внешней сенсорной линией электропитания 30. Повышающий напряжение резистор 32 и понижающий напряжение резистор 34 образуют цепь делителя напряжения, которая создает напряжение, определяющее тип внешнего адаптера электропитания.

В предпочтительном варианте выполнения, это устройство совместимо со старыми конструкциями источниками электропитания, которые не содержат резистор идентификации типа. Старые модели источников электропитания не содержат необходимой цепи отслеживания напряжения или могут не обеспечивать достаточного напряжения для заряда подключенной батареи при всех условиях. Устройство может определять, что подключен источник электропитания старой модели путем выявления отсутствия резистора идентификации типа. В этом случае, вход АЦП 21 подключен к +V посредством повышающего напряжения резистора 32 и, таким образом, микроконтроллер имеет возможность определить отсутствие понижающего напряжение резистора 34 во внешнем адаптере электропитания. Таким образом, микроконтроллер может отключить внутреннее зарядное устройство для предотвращения заряда в случае источников электропитания старых моделей.

В таблице 1, перечислены различные внешние источники электропитания, которые могут быть подключены к пользовательскому переносному устройству. Тип зарядного устройства указан во втором столбце. Кроме этого, как показано в третьем столбце, внешний адаптер может подключаться к устройству, которое находится в режиме проверки. Предпочтительное номинальное значение резистора 34 указано в столбце 4.

Хотя в таблице 1 перечислено пять внешних адаптеров электропитания, в рамках настоящего изобретения может использоваться любое количество адаптеров электропитания.

В таблице 2 указан пример АЦП для устройства адаптированного для подключения пяти внешних адаптеров электропитания. Соответствующее напряжение электропитания создаваемое резистором 32 (имеющим величину 10 К) и резистором 34 (имеющим величину, указанную в столбце 2) приведено в столбце 3. В то время как диапазон отсчетов аналого-цифрового преобразования A/D и полоса расфильтровки даны в качестве примера, могут использоваться и другие диапазоны отсчетов АЦ-преобразования и полосы расфильтровки. Либо могут использоваться другое количество входных средств и устанавливаться другие значения номиналов резисторов, напряжений, диапазонов отсчетов АЦП и полос расфильтровки.

Хотя предпочтительно используется АЦП для определения типа внешнего адаптера электропитания, в качестве альтернативы может использоваться логическая схема, аналогичная той, что показана на фиг.3 патента США N 5,164,652 для определения типа внешнего адаптера питания в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 изображена последовательность операций, иллюстрирующая работу переносного устройства, имеющего внешний адаптер электропитания в соответствии с настоящим изобретением. После начала работы на этапе 50 присутствие внешнего адаптера питания определяется на этапе 52. Если нет внешнего адаптера электропитания, то устройство запитывается от батареи на этапе 53. Если внешний адаптер электропитания присутствует, то определяется его тип на этапе 54. Способ определения типа внешней батареи будет описан детально со ссылкой на фиг. 3 и может быть реализован устройством, изображенном на фиг. 1.

Независимо от того, присутствует внешний адаптер электропитания или нет, тип батареи определяется на этапе 56. Это может осуществляться так, как описано в патенте США N 5,164,562. Наконец, на этапе 58 телефон запитывается от батареи (или от адаптера если он имеется), или батарея будет заряжаться оптимальным образом посредством адаптера питания, если он имеется, с учетом типа батарей и типа внешнего адаптера, подсоединенного к устройству. То есть параметры для заряда устанавливаются в соответствии с типом батареи и возможностью зарядного устройства в соответствии с патентом США N 5,164,652. Способ питания/заряда переносного устройства имеющего внешний адаптер электропитания, в соответствии с настоящим изобретением описан детально со ссылкой на фиг. 4.

На фиг. 3 показана последовательность операций, для определения типа внешнего адаптера электропитания в соответствии с настоящим изобретением. На этапе 62 создается цепь делителя напряжения между внешним адаптером электропитания и переносным устройством. Цепь делителя напряжения может формироваться в соответствии с настоящим изобретением, путем подсоединения первого резистора во внешнем адаптере электропитания ко второму резистору в переносном устройстве, как показано для примера в устройстве по фиг.1. На этапе 64, напряжение, создаваемое делителем напряжения, подается на микроконтроллер или иную управляющую схему в переносном устройстве. Предпочтительно напряжение затем преобразуется в цифровую форму в АЦП в микроконтроллере на этапе 66. Результат цифрового преобразования затем сравнивается с таблицей напряжений для просмотра в микроконтроллере на этапе 68 для определения типа внешнего адаптера электропитания. Хотя преобразование из аналогового в цифровую форму и предпочтительно, но аналоговый сигнал тоже может сравниваться со значениями из таблицы для просмотра.

На фиг. 4 приведена последовательность операций, поясняющая способ питания/заряда переносного устройства, имеющего внешний адаптер электропитания в соответствии с настоящим изобретением. На этапе 72, если внешний адаптер не является зарядным устройством, то внешний адаптер электропитания будет только обеспечивать питание переносного устройства на этапе 74. Если адаптер представляет собой зарядное устройство, то на этапе 78 телефон определяет, используется ли переносное устройство. Например, в случае переносного сотового телефона, будет определено, не отключен ли телефон от линии. Если устройство находится в рабочем состоянии, то внешний адаптер на шаге 78 будет осуществлять только питание устройства. Однако, если устройство не используется, то на этапе 80 будет определяться, используется ли в зарядном устройстве быстрый или медленный заряд. Это может быть определено в соответствии с устройством по фиг.1 и способом, иллюстрирующим фиг.3, описанным выше. Если устройство не используется и не используется режим быстрого заряда, то внешний адаптер будет медленно заряжать батарею на этапе 82. Если устройство не используется и применяется режим быстрого заряда, то внешний адаптер будет осуществлять быстрый заряд батареи на этапе 84. Необходимо иметь в виду, что адаптер электропитания может заряжать батарею и при питании устройства.

Настоящее изобретение предусматривает способ и устройство для определения типа внешнего адаптера электропитания и для осуществления зарядки внутренней батареи предпочтительным образом, с учетом типа внешнего адаптера электропитания и параметров батареи. Переносное устройство использует внешний адаптер электропитания непосредственно для электропитания устройства, а также для обеспечения зарядным током батареи, регулируемым внутренним зарядным устройством батареи. Адаптер в сущности представляет собой регулируемый источник электропитания, который может подсоединяться к сети переменного напряжения или к источнику питания постоянным током, напряжением 12 В в случае использования в автомобиле. Внешний адаптер электропитания может быть с высоким уровнем тока, с высоким уровнем напряжения, обеспечивая возможность быстрого заряда комплекта батарей или, в качестве альтернативы, он может быть с низким уровнем тока, обеспечивающим возможность только медленной зарядки подключенной батареи. Микроконтроллер регулирует зарядный ток, подаваемый на батарею. В предпочтительном случае микроконтроллер содержит АЦП, соединенный с повышающим напряжение резистором, внутренним для устройства и с резистором, понижающим напряжение во внешнем адаптере электропитания. Напряжение, создаваемое цепью резисторного делителя напряжения, используется для определения типа внешнего адаптера электропитания. Путем изменения величины резистора, понижающего напряжение во внешнем адаптере электропитания для идентификации внешнего адаптера, микроконтроллер может определить оптимальный режим заряда для батареи, основываясь на типе зарядного устройства и другой информации, относящейся к батарее.

Изобретение относится к способу и устройству для определения типа внешнего источника напряжения и видоизменения процесса заряда внутренней батареи с учетом типа внешнего источника электропитания и информации о батарее. Внешнее переходное устройство электропитания используется для обеспечения питания средства, а также зарядного тока для батареи, регулируемого внутренним зарядным устройством батареи. Микроконтроллер в средстве регулирует ток заряда батареи. Предпочтительно микроконтроллер содержит аналого-цифровой преобразователь, который соединен с повышающим напряжение резистором внутренним, по отношению к средству и с понижающим напряжение регистром, внутри внешнего переходного устройства электропитания. Напряжение, создаваемое цепью резисторного делителя, состоящего из повышающего напряжение резистора и понижающего напряжение резистора, используется для определения типа внешнего переходного устройства электропитания. Изменяя величину понижающего напряжения резистора во внешнем источнике электропитания для определения типа внешнего источника электропитания микроконтроллер может определить оптимальный режим заряда батарей, основываясь на типе зарядного устройства и характеристиках батареи. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Устройство для идентификации внешнего переходного устройства электропитания, подключенного к запитываемому устройству, причем внешнее переходное устройство электропитания предназначено для соединения с первичным источником электропитания и подачи электропитания на запитываемое устройство, при этом устройство для идентификации содержит микроконтроллер, введенный в запитываемое устройство, отличающееся тем, что содержит цепь резисторов, имеющую первый резистор и второй резистор, при этом первый резистор введен во внешнее переходное устройство электропитания и подключен ко второму резистору, введенному в запитываемое устройство, цепь резисторов формирует определяемое напряжение, взаимосвязанное с внешним переходным устройством электропитания, а микроконтроллер предназначен для приема определяемого напряжения и идентификации внешнего переходного устройства электропитания. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внешнее переходное устройство электропитания является регулируемым источником электропитания, соединенным с первичным источником электропитания, представляющим собой линию переменного тока. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внешнее переходное устройство электропитания является регулируемым источником питания, соединенным с первичным источником электропитания, представляющим собой источник постоянного тока. 4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит батарею, входящую в состав запитываемого устройства. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что запитываемое устройство содержит схему подзаряда батареи, предназначенную для подачи на нее электропитания от внешнего переходного устройства электропитания для осуществления заряда батареи. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит сенсорную линию от батареи для подачи сигнала, идентифицирующего тип батареи. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что микроконтроллер управляет схемой заряда батареи для заряда батареи в соответствии с типом внешнего переходного устройства электропитания и типом батареи. 8. Способ определения типа внешнего переходного устройства электропитания, подключенного к запитываемому устройству, отличающийся тем, что включает этапы, при которых осуществляют соединение первого резистивного элемента, расположенного во внешнем переходном устройстве электропитания, со вторым резистивным элементом, расположенным в запитываемом устройстве, для создания цепи делителя, формирование напряжения идентификации внешнего переходного устройства электропитания, основываясь на эталонном напряжении, и определение типа внешнего переходного устройства электропитания на основе напряжения идентификации внешнего переходного устройства электропитания.