УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК H01M10/42 

Изобретение относится к области электронной техники с поддержкой электропитания от управляемых источников питания и может быть использовано при разработке электронных устройств, использующих в качестве источника электропитания аккумуляторные батареи.

Известно (RU 114226) устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности, состоящее из корпуса и размещенных в нем коннектора подключения источника напряжения, зарядной цепи, элемента аккумулятора, индикатора и блока контроля и управления. Также известно (RU 126514) устройство активации и контроля работоспособности батареи, состоящее из датчика тока, разрядной цепи, индикатора, батареи, блока контроля параметров батареи и блока управления. Данные устройства предназначены только для заряда аккумуляторов и батарей, а также анализа их исправности, степени разряда, значения электрических параметров и степени деградации в процессе эксплуатации и не решают задачу энергосбережения автономных источников питания.

Известны (RU 2653403) устройство управления и контроля энергопотребления источника электропитания, содержащее первый микроконтроллер выполненный высокоскоростным со сравнительно большим энергопотреблением и с возможностью снижения тактовой частоты, второй микроконтроллер, выполненный низкоскоростным с малым энергопотреблением, при этом источник электропитания последовательно соединен через второй микроконтроллер с первым микроконтроллером, а также способ энергосбережения при котором с помощью первого микроконтроллера осуществляют перевод источника электропитания в активный или «спящий» режим, а с помощью второго микроконтроллера в «спящем» режиме дополнительно понижают тактовую частоту первого микроконтроллера. Недостатком данного устройства и способа энергосбережения является то, что в режиме ожидания (спящем режиме) не производится полного отключения всех микроконтроллеров от батарей, и потребление энергии системой не прекращается.

Известны (RU 2663212) устройство для запуска режима экономии энергии, включающее модуль получения параметра связи с шлюзовым устройством, модуль определения текущего рабочего состояния согласно параметру связи, модуль запуска, а также способ при котором осуществляется получение параметра связи с шлюзовым устройством и определение текущего рабочего состояния согласно параметру связи, а запуск режима экономии энергии осуществляется, когда определено, что рабочее состояние является состоянием бездействия. Недостатком указанного способа и устройства является то, что в режиме экономии энергии (спящем режиме) не производится полного отключения и система продолжает потреблять энергию намного больше, чем саморазряд батареи.

Известен способ энергосбережения (RU 2752816) в котором устройство управления по окончании рабочего цикла по сигналу от микроконтроллера снимает сигнал, который переводит управляемый источник питания в энергосберегающий режим, при котором полностью отключается подача питания от источника питания на схему управления, при необходимости включения управляемого источника питания устройство управления получает питание от батареи путем передачи сигнала через контакт подачи напряжения питания и через специализированную схему выделения из внешнего события признака включения, возбуждая электрический сигнал для включения источника питания в рабочий режим на время, достаточное для запуска микроконтроллера, при этом специализированная схема выделения из внешнего события признака включения не использует энергию батареи, микроконтроллер, после проведения начальной инициализации, выдает сигнал для поддержания источника во включенном состоянии на время выполнения рабочего цикла, после окончания которого микроконтроллер переводит источник питания в энергосберегающий режим.

Предлагаемое устройство и способ направлено на устранение недостатков перечисленных выше способов и устройств, увеличение помехоустойчивости цепей электропитания устройств управления питанием средств вычислительной техники (СВТ), а также увеличение сохранности ресурса батареи на этапе хранения и в те периоды времени, когда батарея не используется.

Получение указанного технического результата достигается тем, что управление энергопотреблением источника питания осуществляется посредством взаимодействия системы управления электропитанием в составе сопрягаемого оборудования и составных частей устройства управления электропитанием, одна из которых расположена в управляемом источнике питания, а другая в сопрягаемом оборудовании, причем расположенная в управляемом источнике питания составная часть включает в себя источник дежурного питания, приемник команды «включение», детектор события «отключение», маркер отключенности, и узел согласования управляемого источника питания, а расположенная в сопрягаемом оборудовании составная часть включает узел опроса кнопок и условий включения сопрягаемого оборудования, узел управления включением, по меньшей мере один передатчик команды «включение», по меньшейф мере один маркер подключенности, и по меньшей мере один узел согласования-сопрягаемого оборудования.

Сущность предложенных устройства и способа поясняется чертежом:

Фиг.1 - структурная схема устройства управления питанием для СВТ, содержащего два управляемых источника питания, где

1 - сопрягаемое оборудование;

2 - управляемый источник питания (батарея);

3 - соединитель подключения на управляемом источнике питания (батарее);

4 - соединитель подключения на сопрягаемом оборудовании;

5 - составная часть устройства управления электропитанием, расположенная в управляемом источнике питания;

6 - составная часть устройства управления электропитанием, расположенная в сопрягаемом оборудовании;

7 - узел защиты управляемого источника питания (батареи);

8 - система управления электропитанием в составе сопрягаемого оборудования;

9 - узел опроса кнопок и условий включения сопрягаемого оборудования;

10 - сборка из элементов питания в управляемом источнике питания;

11 - маркер отключенности подключаемого управляемого источника питания (батареи);

12 - узел согласования управляемого источника питания (батареи);

13 - детектор события «отключение»;

14 - приемник команды «включение»;

15 - источник дежурного питания управляемого источника питания (батареи);

16 - узел согласования сопрягаемого оборудования с управляемым источником питания (батареей);

17 - маркер подключенности сопрягаемого оборудования;

18 - передатчик команды «включение» сопрягаемого оборудования;

19 - узел опроса кнопок и условий включения режимов сопрягаемого оборудования;

20 - узел управления включением сопрягаемого оборудования.

Далее приводится описание взаимодействия в соответствии с предлагаемым способом двух составных частей предлагаемого устройства управления электропитанием - составной части устройства управления электропитанием расположенной в источнике питания (батареи) 5 и составной части устройства управления электропитанием расположенной в сопрягаемом оборудовании 6.

Подключение управляемого источника питания (батареи) 2 к сопрягаемому оборудованию 1 производится посредством соединителей 3 и 4, которые обеспечивают подключение четырех электрических цепей: цепи «силовая», цепи «связная», цепи «дежурная», цепи «общая».

Цепь «силовая» обеспечивает питание сопрягаемого оборудования во включенном режиме. Управление подачей энергии в цепь «силовая» обеспечивается расположенным в узле защиты 7 управляемого источника питания (батарее), ключом (не показан). Подача энергии в сопрягаемое оборудование по цепи «силовая» приводит к включению сопрягаемого оборудования.

Цепь «дежурная» отвечает за подачу в сопрягаемое оборудование дежурного электропитания. Дежурное электропитание формируется размещенным в управляемом источнике питания (батарее) источником дежурного электропитания. Дежурное электропитание, поступая в сопрягаемое оборудование, обеспечивает электропитание ограниченной части устройства управления электропитанием, а именно, расположенной в сопрягаемом оборудовании составной части устройства управления электропитанием 6. Питание иных частей сопрягаемого оборудования от дежурного электропитания не производится.

Цепь «дежурная» также используется передатчиком 18 для передачи команды «включение» со стороны сопрягаемого оборудования в сторону управляемого источника питания (батареи). Поступление в батарею команды «включение» приводит к замыканию ключа (не показан), подаче батареей энергии в цепь «силовая» и включению сопрягаемого оборудования.

Цепь «связная» обеспечивает информационный обмен между управляемым источником питания (батареей) и сопрягаемым оборудованием по протоколу последовательного обмена данными с активным низким уровнем. Цепь «связная» с обеих сторон - в управляемом источнике питания (батарее) и в сопрягаемом оборудовании -оснащена узлами согласования, позволяющими защитить управляющую логику батареи и управляющую логику сопрягаемого оборудования от помех и паразитных токов, возможных на этапе подключения и отключения батареи от сопрягаемого оборудования. Дополнительно, узлы согласования позволяют разместить в сопрягаемом оборудовании на цепи «связная» маркер подключенности 17, а в управляемом источнике питания (батарее) - на цепи «связная» маркер отключенности 11. Наличие этих маркеров на цепи «связная» непрерывно контролирует детектор события «отключение» 13. Это позволяет узлу защиты управляемого источника питания (батареи) 7 выполнять действия, требуемые при отключении управляемого источника питания (батареи) от сопрягаемого оборудования.

Формирование команды «включение» в сопрягаемом оборудовании производится узлом управления включением 20. Этот узел обеспечивает заданную длительность удержания команды «включение» и позволяет сопрягаемому оборудованию однозначно реагировать на сигналы включения, независимо от длительности этих сигналов.

Формирование сигналов включения сопрягаемого оборудования производит узел опроса кнопок и условий включения 19. При этом доступно три типа условий, формирующих команду «включение»:

- подключение кнопок к узлу 19 позволяет включать сопрягаемое оборудование по нажатию на кнопку;

- подключение к узлу 19 входов от стационарной электросети позволяет включать сопрягаемое оборудование при подаче питания от стационарной электросети без необходимости нажатия кнопок на изделии, состоящем из сопрягаемого оборудования с подключаемыми управляемыми источниками питания;

- подключение к узлу 19 сигнала от системы управления электропитанием в составе сопрягаемого оборудования 8 позволяет удерживать включенное состояние сопрягаемого оборудования после прекращения иных условий формирования команды «включение» - и продолжить работу с электропитанием от управляемого источника питания (батареи).

Предложенные устройство и способ допускают возможность подключения к сопрягаемому оборудованию одновременно более одной батареи. При этом в сопрягаемом оборудовании кратно повторяются составные части 4 и 6 устройства управления электропитанием.

Предложенные устройство и способ управления электропитанием позволяют:

- обеспечить канал обмена информацией между управляемым источником питания (батареей) и сопрягаемым оборудованием;

- обеспечить надежность работы сопрягаемого оборудования за счет использования малого количества контактных пар в соединителях подключения при подключении управляемого источника питания (батареи) к сопрягаемому оборудованию;

- достичь малого уровня энергии, потребляемой сопрягаемым оборудованием от управляемого источника питания (батареи), в составе выключенных средств вычислительной техники и уровень саморазряда управляемого источника питания (батареи), отключенной от сопрягаемого оборудования за счет формирования сигнала, сообщающего микроконтроллеру управляемого источника питания (батареи) о факте отключения от сопрягаемого оборудования, а также обеспечения блокировки электропитания, выдаваемого управляемым источником питания (батареей) на силовые контакты соединителя подключения, после отключения управляемого источника питания (батареи) от сопрягаемого оборудования.

Также предлагаемое устройство и способ реализуют широкую функциональность, включая следующие функции:

1) при физическом отключении оператором управляемого источника питания (батареи) от сопрягаемого оборудования - кратковременный перевод управляемого источника питания (батареи) во включенное состояние (выход из энергосберегающего режима) с целью самодиагностики и кратковременной индикации состояния оператору;

2) функция включения управляемого источника питания (батареи) по нескольким управляющим сигналам с возможностью одновременного контроля состояния каждого управляющего сигнала без потери основной функциональности предлагаемого устройства и способа;

3) функция организации телеметрического канала связи параллельно с основной функциональностью для передачи расширенного объема информации между управляемым источником питания (батареей) и сопрягаемым оборудованием.

Кроме того, предложенные устройство и способ обеспечивают более высокий уровень разграничения между микропотребляющими и прочими узлами СВТ, причем, в перечне микропотребляющих узлов СВТ, которые непрерывно получают электропитание, отсутствуют микроконтроллеры. Это позволяет полностью защитить СВТ от сбоя функционирования, который характерен для СВТ, системы питания которых построены на основе микроконтроллеров, длительно работающих автономно, особенно в условиях отсутствующего или затрудненного, нерегулярного регламентного обслуживания, и может быть вызван различными причинами, как то: неточность номиналов, космические лучи, погодные электромагнитные явления, а также иные неучтенные на этапе проектирования сочетания воздействий, приводящие к нарушению работы микроконтроллера в системе питания.

Изобретение относится к области электронной техники с поддержкой электропитания. Технический результат состоит в увеличении помехоустойчивости цепей электропитания устройств управления питанием средств вычислительной техники, а также увеличении сохранности ресурса батареи на этапе хранения и в те периоды времени, когда батарея не используется. Для этого управление энергопотреблением источника питания осуществляется посредством взаимодействия системы управления электропитанием в составе сопрягаемого оборудования и составных частей устройства управления электропитанием, одна из которых расположена в управляемом источнике питания, а другая в сопрягаемом оборудовании, причем расположенная в управляемом источнике питания составная часть включает в себя источник дежурного питания, приемник команды «включение», детектор события «отключение», маркер отключенности и узел согласования управляемого источника питания, а расположенная в сопрягаемом оборудовании составная часть включает узел опроса кнопок и условий включения сопрягаемого оборудования, узел управления включением, по меньшей мере один передатчик команды «включение», по меньше мере один маркер подключенности и по меньшей мере один узел согласования сопрягаемого оборудования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство управления энергопотреблением источника электропитания, состоящее из двух частей одна из которых расположена в управляемом источнике питания, а другая в сопрягаемом оборудовании, причем расположенная в управляемом источнике питания составная часть включает в себя источник дежурного питания, приемник команды «включение», детектор события «отключение», маркер отключенности и узел согласования управляемого источника питания, а расположенная в сопрягаемом оборудовании составная часть включает узел опроса кнопок и условий включения сопрягаемого оборудования, узел управления включением, по меньшей мере один передатчик команды «включение», по меньшей мере один маркер подключенности и по меньшей мере один узел согласования сопрягаемого оборудования, при этом узел опроса кнопок и условий включения сопрягаемого оборудования соединен с узлом управления включением, который соединен с передатчиком команды «включение», и совместно с маркером подключенности, который соединен с узлом согласования сопрягаемого оборудования, через который и через узел согласования управляемого источника питания, расположенные в сопрягаемом оборудовании узел опроса кнопок и условий включения сопрягаемого оборудования, узел управления включением, передатчик команды «включение» и маркер подключенности соединяются с маркером отключенности, детектором события «отключение» и одновременно с приемником команды «включение» и источником дежурного питания.

2. Способ управления энергопотреблением источника электропитания, отличающийся тем, что управление энергопотреблением источника питания осуществляют посредством устройства управления электропитанием по п.1, взаимодействие частей устройства управления электропитанием, расположенных в управляемом источнике питания и сопрягаемом оборудовании обеспечивают посредством электрических цепей: цепи «силовая», цепи «связная», цепи «дежурная», цепи «общая», а для защиты от помех и паразитных токов в цепи «связная» управляемого источника питания и сопрягаемого оборудования размещают узлы согласования.