Футляр для мобильного электронного устройства

Полезная модель относится к области аксессуаров для мобильных электронных устройств, в частности к многофункциональным футлярам для мобильных электронных устройств: телефонов, планшетов и т.п., и может быть использована для подогрева мобильных электронных устройств в холодное время года.
Известен чехол для мобильного телефона с электронагревательным элементом по патенту Китая на полезную модель CN202496595, A45C11/24, 2012, содержащий корпус, нагревательный элемент, расположенный в корпусе, выполненный в виде проволоки из металла с высоким электрическим сопротивлением, нагревательный элемент окружен защитным слоем. Защитный слой выполнен из теплопроводного материала со стороны чехла и теплоизоляционным со стороны мобильного телефона. Нагревательный элемент снабжен термостатом. Питание нагревательного элемента осуществляется от батареи мобильного телефона.
Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности подогрева батареи мобильного устройства в холодное время года из-за наличия теплоизоляционного слоя между нагревательным элементом и мобильным устройством, низкая эффективность нагрева из-за использования энергии батареи мобильного телефона, а также отсутствие возможности управления нагревом и другими функциями чехла.
Известен чехол для мобильного телефона с функцией нагрева по патенту Китая на изобретение CN103704966, A45C13/00, 2014, содержащий корпус, установленный в корпусе нагревательный элемент в виде проволоки из металла с высоким сопротивлением и достаточно большим поперечным сечением, окруженный двухслойным материалом, верхний слой которого выполнен из теплопроводного материала, а нижний – из теплоизоляционного материала. Нагревательный элемент соединен посредством двухконечного кабеля с мобильным телефоном, снабженным программным обеспечением, для управления режимом нагрева.
Недостатком известного устройства является низкая эффективность нагрева из-за отсутствия в чехле собственного источника питания, а также из-за схемы подключения нагревательного элемента к источнику питания, при которой нагрев осуществляется недостаточно быстро. Отсутствует возможность регулирования нагрева.
Известен чехол для мобильного телефона по заявке Кореи на изобретение KR20140098297, А45С11/00, 2014, выбранный в качестве ближайшего аналога. Известный чехол содержит основной корпус и крышку, источник питания в виде аккумуляторной батареи, установленный внутри корпуса, нагревательный элемент в виде пластины, расположенный в крышке чехла между изоляционными слоями из полиуретана, переключатель режима нагрева, клемму для связи с мобильным телефоном, дисплей со световой индикацией, плату управления нагревом и зарядкой.
Недостатком ближайшего аналога является недостаточная эффективность нагрева, обусловленная схемой управления нагревательным элементом, которая не позволяет реализовать быстрый нагрев нагревательного элемента и плавное регулирование температуры нагрева.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности нагрева.
Технический результат достигается тем, что в футляре для мобильного электронного устройства, содержащем корпус, установленный в корпусе нагревательный элемент, связанный с источником питания и микроконтроллером, средства для связи с мобильным электронным устройством, согласно полезной модели, микроконтроллер включает средства для генерирования широтно-импульсной модуляции, при этом нагреватель связан с источником питания через мостовую схему, включающую две пары полупроводниковых ключей, а микроконтроллер связан с мостовой схемой и нагревателем через два управляющих полупроводниковых ключа, каждый из которых связан с одной парой ключей мостовой схемы, при этом мостовая схема включает датчик тока, а в корпусе чехла установлен датчик температуры.
Технический результат обеспечивается за счет использования мостовой схемы подключения нагревательного элемента, включающей полупроводниковые ключи, переключающиеся по заданному алгоритму под управлением микроконтроллера с генератором щиротно-импульсной модуляции (ШИМ). Возможность такого управления обеспечивается связью микроконтроллера с мостовой схемой посредством управляющих ключей. Алгоритм переключения ключей мостовой схемы задается микроконтроллером в соответствии с программой в зависимости от типа нагревательного элемента. Импульсная подача энергии в виде импульсов разной полярности в совокупности с задаваемым алгоритмом переключения ключей реализует двукратный пробег тока через нагревательный элемент и формирует на нагревателе напряжение с удвоенной амплитудой относительно питания мостовой схемы. Это ускоряет нагрев нагревательного элемента. При неизменной величине тока мощность нагрева увеличивается на 70-90 %. Мостовая схема подключения нагревательного элемента под управлением ШИМ позволяет изменять частоту переключения ключей от единиц Гц до сотен кГц. Переключение ключей под управлением микроконтроллера с ШИМ дает возможность не только оперативного изменения частоты, но и скважности (ширины) подаваемых импульсов, а также  длительности «мертвого времени», под которым понимается задержка между включениями верхнего и нижнего ключей в одном плече мостовой схемы. Изменение ширины импульса подачи энергии позволяет осуществлять регулировку нагрева в зависимости от температуры окружающей среды. Регулирование длительности «мертвого времени» позволяет предотвратить протекание сквозных токов. Использование мостовой схемы позволяет формировать однополярный, или двухполярный частотный сигнал, или осуществлять подачу постоянного тока. Такая возможность позволяет использовать различные виды нагревателей: проволоку из металла с высоким электрическим сопротивлением, металлическую пластину, пленочные материалы и др. может быть С помощью датчика тока, включенного в мостовую схему и связанного с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) микроконтроллера, микроконтроллер под управлением АЦП реализует защиту нагревательного элемента, отключая работу мостовой схемы при превышении заданного значения тока. Все это повышает эффективность нагрева нагревательного элемента.
На фиг.1 изображен футляр для мобильного электронного устройства.
На фиг.2 изображен вид спереди корпуса футляра для мобильного электронного устройства.
На фиг.3 изображена мостовая схема управления нагревательным элементом футляра для мобильного электронного устройства при прохождении тока от левого плеча мостовой схемы к правому.
На фиг.4 изображена мостовая схема управления нагревательным элементом футляра для мобильного электронного устройства при прохождении тока от правого плеча мостовой схемы к левому.
Футляр для мобильного электронного устройства включает корпус 1, внутри которого расположены источник питания 2, нагревательный элемент 3, микроконтроллер 4. На внешнюю часть корпуса 1 выведены: световая индикация 5, кнопка управления режимом нагрева 6, разъемы 7 и 8 для подключения внешних устройств. Управление нагревательным элементом 3 осуществляется с помощью мостовой схемы, включающей полупроводниковые ключи К2, К3, К5, К6, непосредственно реализующие мостовую схему и полупроводниковые управляющие ключи К1 и К4. Устройство включает датчик тока Т (фиг.3 и 4) и датчики температуры (на фигурах не показан).
Футляр для мобильного электронного устройства работает следующим образом.
Корпус 1 футляра выполняют, как из мягкого, так и жесткого материала: кожи, пластика и др. Для осуществления и управления функцией нагрева, а также другими функциями, в частности подзарядки мобильного электронного устройства, в корпусе 1 устанавливают плату микроконтроллера 4, например, архитектуры Cortex-M3. В качестве средств для генерирования ШИМ микроконтроллер 4 снабжен многофункциональным таймером с функцией широтно-импульсной модуляции, например, STM32F103, встроенным в микроконтроллер 4 или другими известными средствами.  Микроконтроллер 4 также оснащен многоканальным 12-битным аналого-цифровым преобразователем, различными последовательными интерфейсами UART, I2C, SPI для подключения модулей  бесконтактной передачи данных (Bluetooth), бесконтактного обмена данными с радиометками (NFC), беспроводной передачи питающей энергии (WPC) и др, Корпус 1 футляра снабжен разъемом 7  USB для подключения мобильного электронного устройства, а также разъемом 8 micro-USB  для подключения зарядного блока. В корпусе 1 размещают нагревательный элемент 3 и источник питания 2, связанные с микроконтроллером 4. В корпусе 1 возле нагревательного элемента 3 устанавливают датчик температуры. Еще один датчик температуры может быть установлен возле разъема 7 для подключения мобильного электронного устройства. Нагревательный элемент 3 представляет собой пластину или проволоку из металла с высоким электрическим сопротивлением, например вольфрама, заключенную в диэлектрическую оболочку. Также может быть применен нагревательный элемент 3 в виде пленки, или индуктивный нагревательный элемент. В качестве источника питания 2 для футляра используют аккумуляторную батарею, преимущественно литиевую. Нагревательный элемент 3 связан c источником питания 2 через мостовую схему, включающую две пары полупроводниковых ключей. Микроконтроллер 4 связан с нагревательным элементом через мостовую схему посредством двух управляющих полупроводниковых ключей, каждый из которых связан с одной парой полупроводниковых ключей мостовой схемы. В качестве полупроводниковых ключей могут быть использованы как биполярные, так и полевые транзисторы. На фиг.3 и 4 приведена мостовая схема, реализованная на полупроводниковых ключах К2, К3, К5, К6. Два ключа К1 и К4 являются управляющими. Питание мостовой схемы и микроконтроллера 4 осуществляется от источника питания 2. Управляющие ключи К1 и К4 используют для согласования напряжений питания микроконтроллера 4 и мостовой схемы и формирования сигналов управления верхними ключами мостовой схемы К2 и К5. Работа мостовой схемы осуществляется под управлением ШИМ микроконтроллера 4, по задаваемому алгоритму. Алгоритм задается программой в зависимости от типа нагревательного элемента и устанавливает частоту и скважность переключения ключей, а также длительность «мертвого времени». Сначала одновременно включаются нижний ключ К3 левого плеча мостовой схемы и верхний ключ К5 правого плеча мостовой схемы. При этом ток протекает через нагревательный элемент 3 в направлении от правого плеча мостовой схемы к левому (фиг.4). Затем все ключи выключаются. Далее, в соответствии с алгоритмом, задаваемым микроконтроллером 4, включается верхний ключ К2 левого плеча мостовой схемы и нижний ключ К6 правого плеча мостовой схемы. Ток при этом протекает через нагревательный элемент 3 в направлении от левого плеча к правому (фиг.3). Затем все ключи вновь выключаются. Под действием проходящего тока нагревательный элемент 3 нагревается. Прохождение тока через нагревательный элемент 3 в двух направлениях ускоряет его нагрев. Мостовая схема включает датчик тока Т, связанный с одним из каналов АЦП микроконтроллера 4, для защиты нагревательного элемента 3. Микроконтроллер с помощью АЦП преобразовывает показания датчика тока в цифровое значение. Программа, функционирующая в микроконтроллере, в случае превышения заданного значения тока подает команду на отключение работы мостовой схемы и, соответственно, отключение нагрева.
Выбор и регулирование режима нагрева осуществляется через интерфейс мобильного электронного устройства, оснащенного специальным программным обеспечением с помощью средств бесконтактного обмена данными, например, Bluetooth. Для контроля за нагревом и уровнем заряда на корпусе 1 футляра установлена индикация 5 из нескольких светодиодов. Различные комбинации светящихся и несветящихся светодиодов указывают на состояние нагрева или зарядки мобильного устройства, находящегося в футляре. При невозможности использования мобильного электронного устройства для управления нагревом и зарядкой футляр снабжен управляющей тактовой кнопкой 6, позволяющей включать и отключать нагрев и зарядку мобильного электронного устройства. Наличие датчиков температуры, связанных с АЦП микроконтроллера 4, позволяет в автоматическом режиме с заданной частотой измерять и поддерживать требуемую температуру поверхности мобильного электронного устройства.
В холодное время года мобильное электронное устройство, например, смартфон или планшет, располагают в футляре с функцией подогрева таким образом, что нагревательный элемент 3 находится напротив аккумуляторной батареи устройства. Через интерфейс смартфона или планшета устанавливают оптимальную температуру в зависимости от температуры окружающей среды. Соответствующая комбинация вспыхивающих светодиодов на поверхности футляра покажет, что футляр находится в режиме нагрева до температуры, установленной через интерфейс смартфона или планшета. Если мобильное электронное устройство разряжено и через него невозможно установить режим нагрева, то нагревом управляют с помощью тактовой кнопки 6, позволяющей включать, отключать, переключать режимы нагрева в зависимости от длительности удержания кнопки.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить эффективность нагрева за счет повышения скорости нагрева и возможности регулирования температуры нагрева.