СИСТЕМА И СПОСОБ КОНФИГУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ УСТРОЙСТВЕ
SYSTEM AND METHOD OF CONFIGURING ELECTRICAL CONTACTS IN ELECTRICAL DEVICE

Настоящее изобретение относится к способу и системе обнаружения ориентации вторичного устройства, электрически соединенного с первичным устройством, при этом вторичное устройство может быть соединено с первичным устройством в нескольких ориентациях. Изобретение, в частности, относится к зарядке вторичного устройства от первичного устройства и к зарядке устройств с несколькими симметрично расположенными электрическими контактами, которые могут состыковываться с зарядным устройством в нескольких разных ориентациях.
Портативным электронным устройствам зачастую необходимо электрическое соединение с другими электрическими устройствами для перезарядки и для обмена данными, такими как обновления программного обеспечения или данные об использовании. Как правило, данные передаются через один набор электрических контактов, и питание передается через другой набор электрических контактов.
Для гарантирования того, что выполнены правильные электрические соединения, чтобы контакты для данных на одном устройстве состыковывались с контактами для данных на другом устройстве и подобным образом силовые контакты на одном устройстве состыковывались с силовыми контактами на другом устройстве, предшествующие системы полагались на механические средства для предотвращения неправильного соединения. Это означает, что устройства могут быть соединены только в одной ориентации, что может быть затруднительным и может вызвать раздражение у конечных пользователей.
Целью изобретения является обеспечение возможности правильной состыковки вместе силовых контактов и контактов для данных на двух устройствах без необходимости использования механических средств для принудительного приведения двух устройств в одну конкретную ориентацию относительно друг друга.
В первом аспекте предусмотрена система, содержащая первичное устройство и вторичное устройство, при этом первичное устройство содержит штыри электрических контактов, выполненные с возможностью образования контакта с электрическими контактами на вторичном устройстве, для обеспечения возможности обмена питанием и данными между первичным и вторичным устройствами, при этом первичное устройство имеет n штырей электрических контактов, где n - положительное целое больше двух, и при этом первичное и вторичное устройства выполнены таким образом, что штыри электрических контактов первичного устройства выполнены с возможностью образования контакта с электрическими контактами вторичного устройства в нескольких разных предусмотренных относительных ориентациях, при этом несколько предусмотренных относительных ориентаций включают m отличающихся электрических ориентаций, где m - положительное целое меньше n, и при этом первичное устройство выполнено с возможностью определения того, в какой из m электрических ориентаций находится вторичное устройство относительно первичного устройства, посредством сравнения величин напряжения, измеренных между по меньшей мере m разных пар электрических контактов на вторичном устройстве, с записью величин напряжения, сохраненной в памяти в первичном устройстве.
Первичное устройство и вторичное устройство могут быть выполнены таким образом, что количество физически предусмотренных относительных ориентаций превышает m.
В одном варианте осуществления n равно пяти. Вторичное устройство может также иметь пять электрических контактов. Каждый из электрических контактов может образовывать две смежных стороны корпуса вторичного устройства. Таким образом, в случае пяти электрических контактов вторичное устройство может иметь десятисторонний корпус, в котором каждый контакт охватывает две стороны корпуса. Пять контактов могут представлять собой силовой контакт, контакт электрического заземления, контакт передачи данных, контакт приема данных и резервный контакт, соединенный с электрическим заземлением.
Вторичное устройство может иметь наружный корпус, имеющий поперечное сечение в форме правильного многоугольника с выступом по меньшей мере на одной стороне многоугольника. В одном варианте осуществления многоугольник представляет собой десятиугольник.
Первичное устройство может содержать гнездо, при этом штыри электрических контактов предусмотрены в гнезде и при этом гнездо имеет такую форму, которая позволяет вторичному устройству внутри гнезда образовывать контакт со штырями электрических контактов в нескольких предусмотренных относительных ориентациях.
Первичное устройство может содержать опорную поверхность снаружи гнезда, при этом опорная поверхность выполнена с возможностью стыковки со вторичным устройством и предотвращения некоторых относительных ориентаций между штырями первичного устройства и контактами вторичного устройства. В одном варианте осуществления опорная поверхность представляет собой поверхность, проходящую от кромки гнезда, имеющей форму одной половины гнезда, и выполнена с возможностью поддержки вторичного устройства во время его образования контакта с гнездом.
В одном варианте осуществления m равно трем. Несколько разных предусмотренных относительных ориентаций может состоять из пяти предусмотренных относительных ориентаций.
Первичное устройство может содержать контроллер, выполненный с возможностью подачи тока на разные пары штырей электрических контактов, и содержит энергонезависимую память, на которой хранится запись величин напряжения, и контроллер может быть выполнен с возможностью сравнения измеренных величин напряжения между разными парами штырей электрических контактов с записью величин напряжения. Посредством использования источника питания в первичном устройстве и измерения падения напряжения на нескольких парах штырей контактов для определения относительной ориентации первичного и вторичного устройств от вторичного устройства не требуется никакого питания. Таким образом, система может работать, даже если вторичное устройство не имеет доступного источника питания, например, если батарея во вторичном устройстве полностью разрядилась.
Могут быть использованы любые подходящие переключатели, но в одном варианте осуществления каждый из переключателей представляет собой транзистор.
Первичное устройство может представлять собой зарядное устройство, выполненное с возможностью зарядки вторичной батареи во вторичном устройстве. Контроллер в первичном устройстве может быть выполнен с возможностью замыкания нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию вторичного устройства перед операцией зарядки. Первичное устройство может дополнительно содержать токоограничивающий резистор, подключенный параллельно токоограничивающему переключателю между источником питания и электрическими контактами на устройстве, при этом контроллер выполнен с возможностью удерживания токоограничивающего переключателя разомкнутым во время операции ориентации. Это гарантирует, что только ток ограниченной величины проходит на контакты вторичного устройства во время операции ориентации, а также, что больший ток может проходить на вторичное устройство во время операции зарядки.
Преимущественно, вторичное устройство содержит защитные диоды, подключенные между несколькими парами контактов на вторичном устройстве.
Вторичное устройство может представлять собой электрически управляемое курительное устройство и может иметь такой размер, чтобы соответствовать размеру традиционной сигареты. Первичное устройство может представлять собой зарядное устройство или адаптер, позволяющий вторичному устройству подключаться к дополнительному устройству и обмениваться питанием и данными с дополнительным устройством. Например, первичное устройство может представлять собой USB-адаптер для вторичного устройства.
Вторичное устройство может представлять собой электрически управляемую курительную систему.
Во втором аспекте предусмотрен способ конфигурирования электрических контактов в первичном устройстве, выполненном с возможностью образования контакта со вторичным устройством, при этом первичное устройство имеет штыри электрических контактов, выполненные с возможностью образования контакта с электрическими контактами на вторичном устройстве, для обеспечения возможности обмена питанием и данными между первичным и вторичным устройствами, при этом первичное устройство имеет n штырей электрических контактов, где n - положительное целое больше двух, при этом первичное устройство имеет несколько переключателей, позволяющих разным штырям контактов входить в соединение с измерительным компонентом внутри первичного устройства и с электрическим заземлением, и при этом первичное и вторичное устройства выполнены таким образом, что штыри электрических контактов первичного устройства выполнены с возможностью образования контакта с электрическими контактами вторичного устройства в нескольких разных предусмотренных относительных ориентациях, при этом несколько относительных ориентаций включают m отличающихся электрических ориентаций, где m - положительное целое меньше n, включающий, когда вторичное устройство находится в контакте с первичным устройством: последовательное замыкание разных пар переключателей из нескольких переключателей для соединения по меньшей мере m разных пар электрических контактов на вторичном устройстве с измерительным компонентом в первичном устройстве и сравнение величин напряжения, измеренных измерительным компонентом, с записью величин напряжения, сохраненной в памяти в первичном устройстве.
Этап замыкания разных пар переключателей из нескольких переключателей может подключать блок питания в первичном устройстве к разным контактам на вторичном устройстве.
Контроллер может быть выполнен с возможностью замыкания нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию вторичного устройства. Таким образом, функции электрических контактов в первичном устройстве могут быть выполнены таким образом, чтобы соответствовать функции электрических контактов вторичного устройства в зависимости от ориентации вторичного устройства.
Любой признак, относящийся к одному аспекту, может быть применен к другим аспектам в любом подходящем сочетании. В частности, аспекты способа могут быть применены к аспектам аппаратуры, и наоборот. Кроме того, любые, некоторые или все признаки в одном аспекте могут быть применены к любым, некоторым или всем признакам в любом другом аспекте в любом подходящем сочетании.
Также следует понимать, что отдельно взятые комбинации различных признаков, описанных и определенных в любых аспектах изобретения, могут быть реализованы, или предоставлены, или использованы независимо.
Эти и другие аспекты аппаратуры будут понятны из следующих приведенных в качестве примера вариантов осуществления, которые описаны со ссылкой на следующие фигуры, на которых:
на фиг. 1 показано изображение в перспективе приведенного в качестве примера вторичного устройства;
на фиг. 2 показано схематическое изображение вторичного устройства, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3a показано изображение схемы электрических контактов на торцевой поверхности вторичного устройства, показанного на фиг. 2;
на фиг. 3b показано изображение схемы электрических контактов на первичном устройстве, показанном на фиг. 1, наложенной на изображение, показанное на фиг. 3a;
на фиг. 4a показан вид в перспективе приведенного в качестве примера первичного устройства;
на фиг. 4b показано схематическое изображение первичного устройства, показанного на фиг. 4a, соединенного со вторичным устройством;
на фиг. 5 показано схематическое изображение предусмотренных ориентаций вторичного устройства относительно первичного устройства;
на фиг. 6 показано изображение первое расположение для определения ориентации вторичного устройства;
на фиг. 7 показано изображение второе расположение для определения ориентации вторичного устройства; и
на фиг. 8 показано расположение переключателей внутри первичного устройства.
На фиг. 1 показан вид в перспективе одного варианта осуществления вторичного устройства 100. Вторичное устройство 100 в данном примере представляет собой электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, выполненное с возможностью вмещения курительного изделия, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Устройство 102 является удлиненным и содержит две противоположных многоугольных торцевых поверхности 102 и 104 соответственно. Как можно видеть, наружный корпус устройства 100 содержит четыре части, соединенные по соединительным линиями 108, 110 и 112 соответственно. Четыре части соответственно представляют собой первую коническую концевую часть 114, прикрепленную к первой центральной части 116, вторую коническую концевую часть 120, прикрепленную ко второй центральной части 118. Кнопка 106 предусмотрена на корпусе в выступающей части, которая в качестве ключевого элемента ограничивает количество возможных ориентаций, в которых вторичное устройство может находиться в контакте с первичным устройством.
Вторичное устройство схематически показано на фиг. 2. Вторичное устройство 102 содержит перезаряжаемую батарею 126, вторичную управляющую электронику 128 и электрические контакты 130. Как описано выше, перезаряжаемая батарея 126 вторичного устройства 102 выполнена с возможностью приема подаваемого питания от первичной батареи 106, когда электрические контакты 130 находятся в контакте с электрическими контактами 110 первичного устройства 100 и крышка находится в закрытом положении. Вторичное устройство 102 дополнительно содержит полость 132, выполненную с возможностью вмещения изделия 101, генерирующего аэрозоль. На дне полости 132 предусмотрен нагреватель 134, например, нагреватель в форме лезвия. При использовании пользователь активирует вторичное устройство 102, и питание подается от батареи 126 через управляющую электронику 128 на нагреватель 134. Нагреватель нагревается до стандартной рабочей температуры, достаточной для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, изделия 104, генерирующего аэрозоль. Компоненты вторичного устройства 102 расположены внутри корпуса 136. Кнопка 106 также показана на фиг. 2.
На фиг. 4a показано первичное устройство 400. Первичное устройство 400 в данном примере представляет собой зарядный блок для вторичного устройства типа, показанного на фиг. 1 и 2. Первичное устройство 400 представляет собой зарядное USB-устройство, выполненное с возможностью подключения к USB-порту персонального компьютера. Первичное устройство содержит USB-разъем 444, подключенный к корпусу 440 первичного устройства кабелем 442. Питание подается на первичное устройство через USB-подключение. Первичное устройство содержит цепь зарядки, управляющую электронику и электрические контакты, выполненные с возможностью подачи электропитания на вторичное устройство от цепи зарядки, когда вторичное устройство подключено к электрическим контактам, как будет описано.
На фиг. 4b показано поперечное сечение первичного устройства со вторичным устройством, находящимся в контакте с ним. Как можно видеть, штыри 402, 404, 406 электрических контактов на первичном устройстве предусмотрены внутри гнезда 450. Гнездо 450 вместе с отверстием 446 выполнено с возможностью вмещения вторичного устройства 100. Опорная поверхность 452 поддерживает вторичное устройство. Опорная поверхность имеет такую форму, чтобы соответствовать половине поверхности вторичного устройства или одной половине гнезда, т.е. половине десятиугольника. Верхняя протяженность опорной поверхности указана пунктирной линией 454. Когда вторичное устройство электрически находится в контакте с первичным устройством, плоская поверхность корпуса вторичного устройства опирается на опорную поверхность 452. Но взаимодействие опорной поверхности 452 на первичном устройстве и кнопки 106 на вторичном устройстве предотвращает образование контакта вторичного устройства со штырями электрических контактов в некоторых ориентациях.
Первичное устройство выполнено с возможностью подачи питания на вторичное устройство и обмена данными со вторичным устройством через штыри контактов. Подключение для обмена данными выполнено с возможностью загрузки данных со вторичного устройства, таких как статистика использования, информация о рабочем состоянии и т.п. Кроме того, подключение для обмена данными выполнено с возможностью передачи данных с первичного устройства на вторичное устройство, таких как рабочие протоколы. Рабочие протоколы могут включать профили источника питания, которые должны быть использованы во время подачи питания от вторичного блока питания на нагреватель. Данные могут быть переданы со вторичного устройства 100 на первичное устройство 400 и сохранены, например, в управляющей электронике в первичном устройстве. Затем данные могут быть переданы с первичного устройства 400 через USB-разъем. Первичное устройство может быть переключено между разными конфигурациями, так что штыри контактов в первичном устройстве выполняют разные функции в разных конфигурациях, как будет описано.
На фиг. 3a показана многоугольная торцевая поверхность 102 вторичного устройства 100. Как можно видеть, многоугольник в данном варианте осуществления представляет собой десятиугольник. Кнопка 106 выступает за пределы основной десятиугольной формы. На фиг. 3a показано, что торцевая поверхность 102 имеет пять электрических контактов 302, 304, 306, 308 и 310, каждый из которых охватывает две смежных стороны десятиугольного корпуса. Электрические контакты расположены в виде осесимметричного узора вокруг центральной оси вторичного устройства. Электрические контакты приспособлены для соединения со штырями контактов в первичном зарядном устройстве 400. Контакт 302 представляет собой контакт подачи питания, контакт 304 представляет собой контакт электрического заземления, контакт 306 представляет собой контакт передачи данных, контакт 308 представляет собой резервный контакт, также соединенный с электрическим заземлением, и контакт 310 представляет собой контакт приема данных.
На фиг. 3b показана торцевая поверхность вторичного устройства с наложенным поверх положением штырей электрических контактов первичного устройства. Имеется пять штырей 402, 404, 406, 408, 410, соответствующих пяти электрическим контактам на вторичном устройстве. Можно увидеть, что каждый из штырей находится в контакте с разным электрическим контактом на вторичном устройстве. На фиг. 3b пунктирной линией также показано еще одно положение для штырей на контактах вторичного устройства, повернутое на 36 градусов против часовой стрелки относительно положения штырей, показанных сплошной линией. Можно увидеть, что два проиллюстрированных положения являются механически разными, но электрически идентичными.
Первичное устройство выполнено таким образом, что позволяет каждому из пяти штырей быть соединенным с каждым из следующего: выходом питания из зарядной системы, электрическим заземлением, и портами передачи данных и приема данных ЦП в первичном устройстве в зависимости от ориентации вторичного устройства в первичном устройстве. Конечный пользователь может вставить вторичное устройство в гнездо в первичном устройстве в любой механически возможной ориентации, не беспокоясь о правильной электрической конфигурации.
В данном примере имеется пять механически предусмотренных ориентаций, обозначенных как P1, P2, P3, P4 и P5, поскольку взаимодействие кнопки и опорной поверхности предотвращает пять ориентаций. На фиг. 5 показаны предусмотренные ориентации. Показан каждый из электрических контактов 302, 304, 306, 308, 310 и линия 360 представляет положение кнопки. Кнопка не может находиться ниже горизонтали, поскольку в данных положениях она будет мешать опорной поверхности. Положение каждого из штырей 402, 404,406, 408 и 410 контактов на первичном устройстве показано для каждой конфигурации.
Можно увидеть, что пять механически предусмотренных ориентаций включают только три отличающихся электрических конфигурации. Электрически P1 эквивалентна P2, а P3 эквивалентна P4. Соответственно, первичное устройство должно иметь возможность переключения между тремя разными электрическими конфигурациями.
Для правильного конфигурирования штырей в первичном устройстве первичное устройство сначала должно иметь возможность определения того, какая из трех возможных электрических конфигураций соответствует ориентация вторичного устройства. Также можно увидеть, что во всех пяти конфигурациях один из штырей 406 или 408 соединен с одним из контактов 308 или 304 заземления, и что контакт 302 подачи питания всегда соединен с одним из штырей 410, 402 и 404.
На фиг. 6 показана первая компоновка, которая позволяет первичному устройству определять ориентацию вторичного устройства. В данной первой компоновке во вторичном устройстве обнаруживается напряжение от батареи. На фиг. 6 показано схематическое изображение штырей 402, 404, 406, 408, 410 контактов на первичном устройстве, соединенных с контактами на вторичном устройстве 100. Каждый из контактов 410, 402 и 404, с которыми соединена линия подачи питания к батарее во вторичном устройстве, соединен переключателем 610 с делителем напряжения. Делитель напряжения содержит резисторы 602 и 604. ЦП 606 в первичном устройстве выполнен с возможностью считывания напряжения между двумя резисторами. Штыри 406 и 408 контактов соединены с заземлением через переключатели 612. В данном варианте осуществления переключатели 610 и 612 представляют собой транзисторы, которыми управляет ЦП 606.
Процесс обнаружения ориентации переходит к определению того, какой из штырей 410, 402 и 404 соединен с батареей вторичного устройства. На первом этапе S1 предполагается, что вторичное устройство находится в ориентации P1 или P2, так что переключатели, связанные со штырями 410 и 406 контакта, замкнуты. Затем напряжение от делителя напряжения записывается. Затем на этапе S2 предполагается ориентация P3 или P4 и переключатели, связанные со штырями 402 и 408, замкнуты, и напряжение на делителе напряжения записывается. Наконец, на этапе S3 предполагается ориентация P5 и переключатели, связанные с штырями 404 и 406, замкнуты, и напряжение на делителе напряжения записывается. Записанные величины напряжения сравниваются с пороговым значением и в результате сравнения присваивается либо высокое значение 1, либо низкое значение 0. Далее в таблице 1 показаны конечные значения напряжения, зависящие от фактической ориентации вторичного устройства.
<b>Фактическая ориентация</b>
<b>Значение S1</b>
<b>Значение S2</b>
<b>Значение S3</b>
P1 или P2
1
0
0
P3 или P4
0
1
0
P5
0
0
1
Таблица 1
Можно увидеть, что каждая отличающаяся электрическая конфигурация, соответствующая конкретной ориентации или ориентациям вторичного устройства относительно первичного устройства, имеет уникальный результат после этапов S1, S2 и S3. ЦП может сравнивать записанный результат с базой данных, сохраненной в памяти, для установки правильной электрической конфигурации для штырей электрических контактов.
Перед описанием того, как сконфигурированы штыри электрических контактов в первичном устройстве, будет описан альтернативный способ обнаружения ориентации со ссылкой на фиг. 7. В данном примере, поскольку первичное устройство представляет собой зарядное устройство, возможно, что вторичное устройство не будет иметь питания. Таким образом, является преимущественным, когда в процессе обнаружения ориентации для выполнения обнаружения используется источник питания в первичном устройстве, а не источник питания во вторичном устройстве. В системе, показанной на фиг. 7, это положение контактов заземления на вторичном устройстве, которые обнаруживаются.
Источник 605 напряжения в первичном устройстве соединен через резистор 608 с каждым штырем 410, 402 и 404 контактов через соответствующие переключатели 610. Штыри 406 и 408 контактов соединены с заземлением через соответствующие переключатели 612. Переключатели 610 и 612 представляют собой транзисторы, которыми управляет ЦП 606. ЦП выполнен с возможностью измерения напряжения на каждом из штырей 410, 402 и 404, когда они соединены с источником 605 напряжения. Величины напряжения снова сравниваются с нижним пороговым значением для присвоения им двоичного значения. Если выходное напряжение равно нулю, ЦП должен быть соединен с контактом заземления на вторичном устройстве
Как и раньше, пары переключателей замкнуты последовательно для предоставления последовательности величин напряжения, записываемой ЦП. Записанная последовательность величин напряжения сравнивается с данными последовательности, сохраненными в памяти, для обеспечения возможности установки ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства.
Как и раньше, переключатели переключаются в соответствии с этапами S1, S2 и S3. В таблице 2 показаны конечные значения, записанные ЦП.
<b>Фактическая ориентация</b>
<b>Значение S1</b>
<b>Значение S2</b>
<b>Значение S3</b>
P1 или P2
1
0
1
P3 или P4
1
1
0
P5
0
1
1
Таблица 2
Снова можно увидеть, что каждая из электрически отличающихся относительных ориентаций между первичным и вторичным устройствами предусматривает уникальную последовательность величин напряжения.
После того как ориентация вторичного устройства относительно первичного устройства известна, штыри контактов в первичном устройстве затем должны быть сконфигурированы для их соединения для правильного функционирования внутри первичного устройства. На фиг. 8 показана упрощенная схема, на которой показана компоновка переключателей в первичном устройстве, которая обеспечивает достижение правильной конфигурации.
Может существовать необходимость возможности соединения источника питания, указанного как Vcc, со штырями 40, 402 и 404 в зависимости от ориентации вторичного устройства. Соответственно, переключатели 610 предусмотрены для выборочного соединения Vcc с одним из данных штырей. Может существовать необходимость возможности соединения всех штырей 402, 404, 406, 408 и 410 с электрическим заземлением в зависимости от ориентации вторичного устройства. Соответственно, переключатели 612 предусмотрены между каждым из штырей и электрическим заземлением. Может существовать необходимость соединения линии передачи данных, указанной как Tx, со штырем 410, 402 или 408. Может существовать необходимость соединения линии приема данных Rx со штырем 404, 406 или 408. Первый переключатель 802 с тремя состояниями предусмотрен для выборочного соединения Tx со штырем 410 или 402, или ни с одним из них. Второй переключатель 804 с тремя состояниями предусмотрен для соединения Rx со штырем 404 или 406. Третий переключатель 806 с тремя состояниями также предусмотрен для соединения штыря 408 с Tx, или Rx, или ни с одной из них.
В данном примере каждый из переключателей 610 и 612 представляет собой MOSFET. Ориентацией каждого переключателя управляет ЦП в первичном устройстве. Первичное устройство может сохранять правильную конфигурацию переключателей 610, 612, 802, 804 и 806 для каждой определенной ориентации вторичного устройства в энергонезависимой памяти. Затем ЦП может просто найти конфигурацию переключателей в памяти и соответственно произвести управление переключателями.
Токоограничивающий резистор 810 также предусмотрен для гарантирования того, что только ток ограниченной величины используется в процессе обнаружения ориентации. Переключатель 812 с перекрывающими контактами, который также представляет собой транзистор, предусмотрен для шунтирования накоротко токоограничивающего резистора во время процесса зарядки. Переключателем с перекрывающими контактами также управляет ЦП.
Описанный вариант осуществления является лишь одним примером нескольких возможных вариантов осуществления, которые могут реализовывать изобретение. Конечно же, следует понимать, что описание не должно ограничиваться подробностями вышеизложенных вариантов осуществления, которые описаны исключительно в качестве примера. Несмотря на то, что изобретение было описано относительно электрически нагреваемой курительной системы, содержащей курительное устройство и зарядное устройство, должно быть ясно, что для реализации изобретения могут быть использованы любые первичное и вторичное устройства, которые обмениваются питанием и данными через разные электрические контакты.