Патент на изобретение №2204204
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) БЛОК ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО ТЕЛЕФОНА
(57) Реферат: Изобретение относится к устройствам питания портативных телефонов. Техническим результатом является повышение стабильности питания телефона Портативный телефон имеет внутреннюю батарею; внешний портативный батарейный источник питания прикрепляется к телефону с возможностью съема. Устройство управления в телефоне управляет подключением соответствующих батарей ко входу питания телефона – в зависимости от детектирования напряжения внешней батареи. Всегда, когда присутствует внешняя батарея с напряжением выше заранее определенного минимального значения, внешняя батарея будет подключена ко входу питания телефона для обеспечения питания работы телефона, в результате чего продлевается срок службы внутренней батареи. Когда напряжение внешней батареи падает ниже минимального значения либо если внешняя батарея снята, устройство осуществляет автоматическое переключение на питание от внутренней батареи, поэтому внешнюю батарею можно заменять без нарушения электроснабжения для телефона, если телефон включен, или во время вызова. 2 с.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл. Изобретение относится к источникам питания для портативных телефонов, и, более конкретно, относится к портативному телефону с внутренней и внешней батареей, и к системе, и способу управления электропитанием для портативного телефона. Портативные телефоны могут иметь внутреннюю батарею для обеспечения питания, или внешнюю батарею, которая съемным образом устанавливается на корпусе телефона во время использования и снимается для перезарядки, когда телефон не используется. Обычно батарею необходимо заменять после большого числа циклов разрядки и подзарядки, обычно после 500 – 1000 циклов. В случае, когда батарея является внутренней, пользователь должен иметь доступ к внутренней батарее, не разбирая при этом телефон. Для этого может потребоваться относительно сложная процедура. По мере уменьшения размеров внутренних компонентов внутренняя батарея занимает значительную часть общей длины, ширины и толщины портативного телефона. Прикрепляемая к телефону внешняя батарея также увеличивает толщину пластмассы в общем узле телефона. Еще одной проблемой как в случае внутренних, так и внешних батарей является потенциальная возможность потери вызовов, если батарея теряет мощность во время вызова. В обычном портативном телефоне невозможно заменять или перезаряжать батарею, не выключая телефон. КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении нового и усовершенствованного устройства источника питания для портативного телефона. В соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения обеспечивают блок источника питания для портативного телефона, содержащий внутреннюю батарею для ее установки в корпусе портативного телефона, внешнюю батарею для съемной установки ее на корпусе телефона, блок управления, подключаемый к внутренней и внешней батареям для управления подключением соответствующих батарей к шине питания телефона, и вход подзарядки, подключенный к блоку управления для подключения зарядного устройства к выбранной батарее. Блок управления включает в себя первый и второй детекторы для детектирования состояния заряда соответствующих внутренней и внешней батарей, первый и второй переключатели для управления подключением внутренней батареи и внешней батареи к шине питания телефона, соответственно, и устройство управления, имеющее первый выходной сигнал для управления состоянием первого переключателя и второй выходной сигнал для управления состоянием второго переключателя; причем устройство управления реагирует на выходные сигналы детектора в целях замыкания первого переключателя и размыкания второго переключателя, если состояние заряда внешней батареи ниже заранее определенного минимального значения, и в целях размыкания первого переключателя, и замыкания первого переключателя, если состояние заряда внешней батареи выше заранее определенного минимального значения, в результате чего внешняя батарея обеспечивает питание всегда, когда она присутствует и когда напряжение батареи находится на минимальном значении, или выше минимального значения. Если напряжение внешней батареи падает, то система автоматически переключается на питание от внутренней батареи, в результате чего стабильный источник питания гарантирован в любое время. Значение минимального напряжения определяется по минимальному рабочему напряжению телефона. Устройство управления выполнено с возможностью автоматического выключения телефона, если напряжение обеих батарей падает ниже минимального напряжения. Устройство управления также предпочтительно подключают ко входу внешней подзарядки, и оно обнаруживает присутствие подзаряжающего напряжения на входе, указывая на то, что батареи необходимо подзарядить. Патент США 5686808, выданный Lutz (Лутц) 11 ноября 1997 г., и патент США 5440221, выданный Landau (Ландау) и др. 8 августа 1995 г., описывают различные способы и устройства для подзарядки батарей. Настоящее изобретение предполагает несколько другой подход к этой проблеме. Устройство управляет подзарядкой как внешней, так и внутренней батарей, при этом первой подзаряжают внутреннюю батарею. Предпочтительно, чтобы для каждой батареи от входа подзарядки обеспечивались и вход для быстрой подзарядки, и вход для компенсационного подзаряда; и чтобы устройство управления управляло соответствующими переключателями в целях определения факта подзарядки каждой батареи компенсационным подзарядом или быстрой подзарядкой – исходя из детектируемого напряжения батареи. Вход компенсационного подзаряда используют для подзарядки каждой батареи, если напряжение батареи ниже минимального рабочего напряжения телефона, и устройство управления осуществляет автоматическое переключение на быструю подзарядку, если детектируют, что напряжение батареи выше минимального рабочего напряжения. В предпочтительном варианте реализации данного изобретения внутреннюю батарею устанавливают на внутренней стороне дверцы или задней крышки, обеспечивающей доступ внутрь корпуса телефона. Внешняя батарея выполнена с возможностью ее установки на крышке, которая контактирует с соответствующими контактами на внешней поверхности крышки. Штырьковые выводы соединяют контакты внутренней батареи и внешней батареи с основным блоком монтажной платы (БМП) телефона. Штырьки контактируют с соответствующими контактными площадками на основной БМП для питания от внутренней и внешней батарей, и для подачи входных сигналов в устройство управления, чтобы определить: какая именно батарея обеспечивает питание и какую именно батарею подзаряжают, когда внешнее зарядное устройство подключено к телефону. Эта компоновка позволяет пользователю легко заменить внутреннюю батарею без помощи усложненных средств или инструкций по сборке. Блок источника питания в соответствии с данным изобретением обеспечивает надежный и стабильный источник питания от внешней или внутренней батареи и обеспечивает замену внешней батареи на новую внешнюю батарею во время осуществления вызова телефоном или когда телефон включен. Внутренняя батарея гарантирует стабильный источник питания в любое время в течение процесса замены. ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР Данное изобретение очевидно из приводимого ниже подробного описания предпочтительного варианта его осуществления, в совокупности с прилагаемыми чертежами, на которых аналогичные ссылочные обозначения относятся к аналогичным деталям, и на которых: Фиг. 1 приведено схематическое изображение схем управления и подзарядки батареи блока источника питания в соответствии с предпочтительным вариантом реализации данного изобретения; Фиг. 2 – схема состояний управления батареей; Фиг. 3 – вертикальная проекция портативного телефона с установленным внешним портативным батарейным источником питания. ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ На Фиг. 1 представлена схема управления и подзарядки батареи согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения для управления выходной мощностью из внутренней батареи 10 и внешней батареи 12 портативного телефона и обеспечения подзаряжающего ввода в них. Фиг. 3 изображает портативный телефон, имеющий основной корпус 14 и съемный внешний портативный батарейный источник или блок 15 питания, прикрепляемый к задней стенке основного корпуса. Основной блок 16 монтажной платы монтируют в основном корпусе, и он содержит компоненты и схемы для портативного телефона – известным квалифицированным специалистам из данного уровня техники. В соответствии с более подробным описанием в заявке, находящейся на совместном рассмотрении этого же Заявителя, от того же числа, на “Блок внешней батареи для портативного телефона”, содержание которой включено в данную заявку в качестве ссылки: внутреннюю батарею 10 предпочтительно устанавливают на внутренней поверхности крышки, съемно устанавливаемой на наружной стенке корпуса телефона и обращенной к БМП 16. Контакты в углублениях на наружной поверхности крышки будут контактировать с пластинчато-пружинными контактами 18 батареи, которые входят в контактные углубления, когда портативный батарейный источник питания прикреплен к корпусу телефона, – в соответствии с упоминаемой выше совместно рассматриваемой заявкой. Контакты внутренней батареи трассированы через цепь самозащиты и гибкую печатную схему к проводящим “пого”-штырькам 20, которые соответствуют местоположениям 22 контактных площадок на основной БМП, для подачи батарейного питания в телефон. Эта компоновка, состоящая из съемной крышки и “пого”-штырьковых соединителей обеспечивает возможность пользователю удобным образом заменять внутреннюю батарею, без какой-либо разборки телефона. Контакты, соединяющиеся с контактами 18 внешней батареи, также подключены через гибкую печатную плату к “пого”-штырькам 20 для подключения питания внешней батареи к телефону. Это техническое решение минимизирует толщину телефона и устраняет расположение друг на друге компонентов на задней стороне БМП, тем самым оставляя больше пространства для встраивания прочего вспомогательного оборудования именно в объеме конструкции самого телефона, либо в виде дополнительного наружного модуля, который можно совместить с самим телефоном. Это вспомогательное оборудование может использовать различные контакты на основной БМП в зависимости от количества и типа нужного входа/выхода. Некоторыми примерами возможного вспомогательного оборудования, некоторое из числа которого или все из числа которого можно интегрировать внутренне или внешне в БМП телефона, являются следующие: малогабаритная призматическая батарея, ЧМ-радиоприемник, модуль идентификации пользователя (МИП), модуль расширения программных средств (например, формирователи для различных пользовательских интерфейсов, алгоритмы для повышения рабочих характеристик, видеоигры с точечно-растровым дисплеем на телефоне и пр.), варианты расширения аппаратных средств, такие как увеличенная память телефонного справочника, цифровая обработка сигналов записи речи/запоминающее устройство, вибратор, громкоговоритель, устройство распознавания речи/программный модуль, аппаратурный модуль видеоигр, приемник глобальной спутниковой системы радиоопределения и пр. Это дополнительное оборудование можно удобным образом устанавливать на внутренней поверхности крышки или внешней стенке телефона и подключать через аналогичные штырьковые контакты к контактным площадкам на БМП 16. Это вспомогательное оборудование обеспечивает пользователям возможность приобретать и устанавливать в телефоне технические возможности, наиболее им нужные для повседневного использования. Это техническое решение позволяет включать в обычный телефонный аппарат прочие электронные устройства без ущерба для габарита, веса или рабочих характеристик, например любые из упоминаемых выше средств расширения технических возможностей. По желанию во внешней батарее также можно обеспечивать дополнительное оборудование для подключения – через соответствующие контакты, гибкую печатную схему и “пого”-штырьки – к основной БМП. Фиг. 1 является схематическим изображением схемы управления, которую можно установить на основной БМП для входа/выхода относительно внешней и внутренней батареи, и внешнего зарядного устройства. Эта схема имеет выходную линию 40 для подключения к входу питания телефона, вход 42 для подключения ко входу внешнего питания от зарядного устройства или вспомогательного оборудования, линию 44 входа/выхода во внутреннюю батарею 10 и линию 46 входа/выхода во внешнюю батарею 12. Схема также имеет выход 48 микроконтроллера и вход 50 микроконтроллера. Различные выходные сигналы батареи (напряжение, температура батареи, идентификатор батареи) подключают через аналого-цифровой преобразователь 52 к выходу микроконтроллера в целях контролирования состояния батареи. На линии 55 также обеспечивают вход 54 опорного напряжения. Входные сигналы 56, 57 направляют от линии 55 опорного напряжения к первому компаратору 58 и второму компаратору 59. Линия 55 также подключена к третьему компаратору 60. Каждый компаратор 58, 59, 60 имеет соответствующую гистерезисную обратную связь 62, 63, 64. Второй входной сигнал 65, 66 в первый и второй компараторы, соответственно, обеспечивают из выхода 46 внешней батареи. Второй входной сигнал 67 в третий компаратор обеспечивают от выходной линии 44 внутренней батареи. Каждый из выходных сигналов 68, 69 70 компараторов, соответственно, выдают в качестве входных сигналов в логический модуль 72 управления. В логический модуль 72 управления также поступают входные сигналы 73, 74 управления внутренней подзарядкой и внешней подзарядкой от входа 50 микроконтроллера и управляющий входной сигнал 75 от входной шины 42 питания внешней подзарядки. Первый переключатель M1 на МОП-транзисторе управляет соединением линии 46 входа/выхода внешней батареи с выходной шиной 40 для питания телефона; второй переключатель М2 на МОП-транзисторе управляет соединением линии 44 входа/выхода внутренней батареи с выходной шиной 40 для питания телефона. Состоянием переключателей M1 и М2 управляют с помощью первого и второго сигнальных выходов OUT1 и OUT2 из логического модуля управления – в соответствии с более подробным объяснением, приводимым ниже в Таблицах 1-3. Переключатель 76, управляемый устройством 78 управления переключением, управляет подключением входа подзарядки внешнего электропитания на линии 42 ко входам подзарядки батареи через переключатели Ml, M2 для быстрой подзарядки батарей, что также более подробно поясняется в Таблицах 1-3. Линия 42 также подключена через первую схему 80 компенсационного подзаряда и переключатель 81 ко входу подзарядки внутренней батареи через линию 44 и через вторую схему 82 компенсационного подзаряда и переключатель 83 – ко входу подзарядки внешней батареи через линию 46. Переключателем 81 управляют за счет сигнала внутренней подзарядки на линии 73 через линию 84, а переключателем 83 управляют за счет сигнала внешней подзарядки на линии 74 через линию 85. Фиг. 2 является схемой состояния управления батареями, иллюстрирующей возможные состояния S0-S8 управления батареями под управлением управляющей схемы, изображаемой на Фиг. 1, и также под управлением запрограммированных входных сигналов от микроконтроллера, также поясняемых в приводимой ниже Таблице 1, в которой описываются и объясняются различные состояния управления батареей. Согласно Фиг. 2 и Таблице 1 состояние S0 управления батареями имеет место тогда, когда внутренняя батарея подключена ко входной шине 40 электропитания телефона. В этом состоянии переключатель М2 замкнут, а переключатели M1 и 76 разомкнуты. В состоянии управления S1 внешняя батарея подключена ко входной линии 40 телефона, а переключатель M1 будет замкнут, в то время как переключатели М2 и 76 будут разомкнуты. В состоянии управления S4 телефон выходит из режима внешнего питания от зарядного устройства, т.е. переключатель 76 замыкают, и переключатели M1 и М2 размыкают, при этом подзарядка не происходит, поэтому переключатели 81 и 83 будут также разомкнуты. В состоянии управления S5 внутреннюю батарею подзаряжают посредством схемы 80 компенсационного подзаряда. В этом состоянии переключатель 81 будет замкнут, а все переключатели M1, M2, 76 и 83 будут разомкнуты. В состоянии управления S6 происходит быстрая подзарядка внутренней батареи. В этом состоянии переключатели 76 и M2 будут замкнуты, а все другие переключатели будут разомкнуты. В состоянии управления S7 внешняя батарея получает компенсационный подзаряд через переключатель S3, который будет замкнут, а все другие переключатели будут разомкнуты. Наконец, в состоянии управления S8 внешняя батарея быстро подзаряжается, а переключатели 76 и M1 замкнуты, при этом все другие переключатели разомкнуты. Таблица 2 приводит различные сигналы управления и их интерпретацию – для пояснения различных состояний в Таблице 1. Текущим состоянием управления батареи управляют с помощью выходных сигналов от логического блока управления и микроконтроллера исходя из входных сигналов батареи и входных сигналов от трех компараторов. Состояния S0-S3 имеют место, когда на линии 42 не имеется внешнего напряжения, как указано в Таблице 1, а состояния S4-S8 имеют место, когда имеется внешнее напряжение VEXT.DC на линии 42, обнаруживаемое логическим модулем управления 72 на линии 75. Таким образом, сигнал А является логикой 1, если присутствует внешнее питание, и логикой 0, когда внешнее питание не присутствует. Сигнал В в Таблицах 1 и 2 является выходным сигналом из компаратора 58, EXT.BATT.LOW, который формируется, когда опорный входной сигнал 56 выше входного сигнала 65 от внешней батареи. Сигнал С является выходным сигналом из второго компаратора 59, FORCE.TRKL.EXT, который определяет, будет ли батарея подвергаться быстрой подзарядке или компенсационному подзаряду. Сигнал D является сигналом CHARGE.EXT на линии 74; сигнал F является сигналом CHARGE. INT на линии 73. Эти сигналы будут единицей (1), если программное обеспечение намерено подзарядить соответствующую батарею, и единицу устанавливают только в том случае, если присутствует внешнее питание; либо они будут 0, если программное обеспечение не намерено подзаряжать соответствующую батарею. Сигнал Е является выходным сигналом 70 из третьего компаратора, FORCE. TRKL.INT, который является логической 1, если внутреннюю батарею можно подвергнуть быстрой подзарядке, и логическим 0, если внешняя батарея должна пройти компенсационный подзаряд. Пороговое напряжение или опорное напряжение на линии 55 определяют на основании рабочего напряжения телефона. В этом примере пороговое напряжение составляет 3,4 В, но возможны и другие значения. Пределы гистерезиса и рабочее напряжение можно определить, если определены рабочее напряжение и токи нагрузки данной конструкции телефона. Для первого компаратора 58 требуется достаточная обратная гистерезисная связь, чтобы исключить колебание выходного сигнала. Минимальные пределы гистерезисного напряжения вычисляют вычитанием падения напряжения между внешним батарейным элементом при максимальной скорости разряда из напряжения разомкнутой цепи внешнего батарейного элемента. Основное назначение первого компаратора заключается в обеспечении возможности чередования использования внутренней и внешней батарей во время работы. Программные средства составлены с возможностью нормального функционирования системы за счет внешней батареи 12, и они будут выполнять переключение на внутреннюю батарею 10 только в том случае, если напряжение внешней батареи снизится ниже порогового значения или когда внешняя батарея будет снята. Поэтому, согласно Фиг. 3, система перестанет работать на внешней батарее, если не будет внешнего питания и будет присутствовать внешняя батарея (S1), и автоматически переключится в состояние S0, если внешняя батарея будет отсутствовать. Эта компоновка обеспечивает пользователю возможность снимать и заменять внешнюю батарею при включенном телефоне, или во время вызова, без потери мощности. Внутренняя батарея обеспечивает стабильный источник питания в любое время в процессе переключения батарей с одного на другую. Программные средства микроконтроллера считывают напряжение каждой батареи с помощью аналого-цифрового преобразователя 52 и непрерывно контролируют общую емкость обоих батарейных источников питания, отображая результат на мониторе телефона. Если обе батареи, внутренняя и внешняя, имеют напряжение на уровне 3,4 В или ниже, тогда программные средства укажут низкий уровень заряда батареи пользователю и выключат телефон. Программные средства микроконтроллера также управляют подзарядкой внутренней и внешней батарей с помощью сигналов управления D и F на линиях 73 и 74. В то или иное время будет действовать только одна из них. Первой всегда подзаряжают внутреннюю батарею. С помощью второго и третьего компараторов 59 и 60 схема управления определяет, будет ли подзарядка быстрой или компенсационной. По желанию это можно, как вариант, осуществить с помощью программных средств микроконтроллера. В иллюстрируемом варианте реализации для обоих компараторов требуется достаточный гистерезис, чтобы гарантировать, что переход от компенсационного подзаряда к быстрой подзарядке происходил только в том случае, когда детектируемое напряжение батареи выше минимального рабочего напряжения телефона. Выходной сигнал каждого компаратора должен быть низким, когда напряжение батареи менее 3,4 В. Значение гистерезиса зависит от допуска схемы компаратора, при этом более строгий допуск сокращает время, затрачиваемое в режиме компенсационного подзаряда: сокращается время подзарядки до полной емкости с начального напряжения около 3,4 В. Схема управления совместно с управляющими входными сигналами микроконтроллера автоматически определяет, какая именно батарея обеспечивает вход питания телефона, и также определяет последовательность подзарядки батареи, когда присутствует внешнее (подзаряжающее) питание – согласно приводимым выше Таблицам 1 и 2. Приводимая ниже Таблица 3 является картой Карно логики переключения батарей для логического модуля управления 72, имеющего сигнальные входы А, В, D, Е и F. Упрощенная таблица OUT1 предназначается для схемы, в которой объединены компараторы 1 и 2 и исключен сигнал С – согласно нижней половине Таблицы 1. Схема и программные средства управления, изображаемые на Фиг. 1 и 2 и в приводимых выше Таблицах 1 и 3, автоматически управляют электропитанием для схем телефона и также управляют подзарядкой как внутренней, так и внешней батарей. Программные средства составлены с возможностью постоянного обеспечения питания от внешней батареи, если таковая присутствует – при условии достаточно высокого напряжения в ней, и если на линии 40 внешнее питание отсутствует. Если обнаружено, что внешняя батарея снята или ее напряжение слишком низкое, то в этом случае программные средства автоматически делают переключение на внутреннюю батарею. Это решение обеспечивает для пользователей возможность замены внешнего портативного батарейного источника питания на новый портативный батарейный источник питания, даже когда телефон в данный момент включен, или во время вызова – без потери сигнала. Программные средства также составлены с возможностью всегда заряжать первой внутреннюю батарею и производить компенсационный подзаряд, в необходимых случаях, с последующей быстрой подзарядкой, когда напряжение батареи достаточно высокое. Тем самым сокращают время подзарядки. Программные средства считывают напряжение батареи с помощью выходного сигнала 48 аналого-цифрового преобразователя, определяют общую емкость обоих батарей и отображают результат. Температурный датчик подключен к каждой из батарей; характеризующий температуру выходной сигнал контролируется как для обеспечения более точного определения емкости батареи, так и для обеспечения того, чтобы подзарядка производилась только в том случае, если температура находится в пределах определенного диапазона. Аккумуляторы сначала будут калибровать при комнатной температуре от 3,2 до 4,2 В, чтобы гарантировать оптимальную точность. Дополнительный внешний входной сигнал для идентификации батареи можно использовать в целях оптимизации алгоритма подзарядки для разных габаритов батареи. Эта система обеспечивает возможность одновременного применения внутренней и внешней батарей; система определяет, какая именно батарея в то или иное время обеспечивает питание; определяет, как и когда подзаряжать каждую батарею исходя при этом из значений порогового напряжения и значений гистерезиса, управляемых аппаратурными, программными средствами телефона, или сочетанием обоих этих средств. Пороговое напряжение и пределы гистерезиса конкретно определяют по рабочим напряжениям и токам нагрузки данной конструкции телефона. Хотя в описываемом выше примере подключение батареи к входу питания телефона определяют аппаратурными средствами, им можно также управлять как вариант программными средствами. Режимом и последовательностью подзарядки батареи в данном примере управляют с помощью программных средств и это управление можно также осуществлять и аппаратурными средствами. Эта система увеличивает рабочее время телефона между циклами подзарядки, позволяя вначале использовать внешнюю батарею и переключиться на внутреннюю батарею в необходимых случаях. Эта система, как отмечалось выше, также обеспечивает возможность замены внешнего портативного батарейного источника питания во время работы. Система обеспечивает возможность подключения и внутренней, и внешней батарей к телефону во время подзарядки, при этом гарантируется, что в целях обеспечения полного заряда сначала подзаряжается внутренняя батарея. С помощью внешней батареи, если таковая присутствует, для обеспечения питания можно продлить срок службы внутренней батареи. Когда необходимо, имеется удобный доступ к внутренней батарее для ее замены через съемную крышку, на которой он монтируется. Предпочтительный вариант осуществления данного изобретения представлен только в качестве примера и специалистам в данной области техники будут очевидны его возможные модификации, которые можно осуществить в рамках данного изобретения, которое определяется в прилагаемой формуле изобретения. Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
