Способ подачи питания и источник питания с USB-интерфейсом для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов
METHOD FOR POWER SUPPLY AND POWER SUPPLY WITH USB INTERFACE FOR LOAD TIME-DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к области технологий связи и, в частности, к способу подачи питания и устройству питания с интерфейсом USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина) для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Уровень техники
Появляется все больше и больше видов разъемов для передачи данных по интерфейсу USB, при этом увеличиваются скорость передачи данных, число функций и потребляемая мощность, и к разъему с USB-интерфейсом предъявляются все более высокие требования по электропитанию. В соответствии с требованиями протокола связи USB стандартный ток электропитания USB-интерфейса компьютера составляет 500 мА для обеспечения безопасного питания интерфейса, схема ограничения тока устанавливается во всех схемах питания разъемов для защиты выходного напряжения питания USB-интерфейса от падения ниже безопасного значения, и имеется два основных способа ограничения тока, один из которых заключается в ограничении тока на выходном разъеме преобразователя постоянного тока в постоянный (DC-DC, direct current), при этом требования для выходного тока DC-DC преобразователя не являются высокими, то есть для использования данного способа ограничения тока подходит преобразователь постоянного тока с низким выходным током; другим способом является ограничение тока на входном разъеме DC-DC преобразователя, причем такой способ ограничения тока подходит для очень высокого значения выходного тока, так что выход по току для каждого отдельного преобразователя может удовлетворять требованию по току, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов начинает работать в пакетном режиме и требуется поддерживать рабочее напряжение на входном разъеме преобразователя так, чтобы оно не падало или падало незначительно.
Когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает в пакетном режиме, из-за наличия мгновенного большого тока требуется устанавливать большую емкость в схеме разъема для выполнения компенсации мощности, что предотвращает значительное уменьшение напряжения на разъеме USB-интерфейса и разъеме для нагрузки.
В способах ограничения тока на входном разъеме традиционного DC-DC преобразователя значение напряжения по спецификации протокола USB не рассматривается с точки зрения выбора элементов для ограничения тока.
Сущность изобретения
Технической задачей, решаемой в настоящем изобретении, является создание способа подачи питания и источника питания с USB-интерфейсом для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, которые снизят затраты на использование емкости, гарантируя при этом рабочие параметры.
Для решения указанной технической задачи предлагается источник питания с USB-интерфейсом для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, который содержит: USB-интерфейс, схему плавного включения и схему преобразования постоянного тока в постоянный, которые соединены последовательно, причем выход схемы преобразования постоянного тока в постоянный подает питание в нагрузочную систему множественного доступа с временным разделением каналов, характеризующийся тем, что источник питания также содержит конденсатор,
при этом первый конец конденсатора подключен между схемой плавного включения и схемой преобразования постоянного тока в постоянный, а второй конец конденсатора заземлен, и этот конденсатор используется для ограничения входного тока схемы преобразования постоянного тока в постоянный; причем величина емкости конденсатора выбирается в соответствии с напряжением на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает и не работает, максимальным током, допустимым для вывода USB-интерфейсом, входным напряжением схемы преобразования постоянного тока в постоянный, напряжением и током, необходимыми для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, и периодом работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Предпочтительно, значение емкости конденсатора, выбираемое в соответствии с напряжением на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает и не работает, максимальным током, допустимым для вывода USB-интерфейсом, входным напряжением схемы преобразования постоянного тока в постоянный, напряжением и током, необходимыми для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, и периодом работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, представляет собой:
значение емкости, полученное путем вычисления по следующей формуле:
0
0
i
где UC1 - начальное напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов не работает, UC2 - напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает, U - напряжение, необходимое нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, I - ток, необходимый нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, U - входное напряжение схемы преобразования постоянного тока в постоянный, η - коэффициент преобразования схемы преобразования постоянного тока в постоянный, I - максимальный ток, допустимый для вывода USB-интерфейсом, и Т - период работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Предпочтительно, источник питания также содержит схему обнаружения и схему управления основной полосы частот,
при этом схема обнаружения выполнена с возможностью размещения между USB-интерфейсом и схемой плавного включения и с возможностью обнаружения того, что выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения,
а схема управления основной полосы частот выполнена с возможностью соединения со схемой обнаружения на одном конце и с возможностью соединения с нагрузочной системой множественного доступа с временным разделением каналов на другом конце, а также с возможностью уменьшения мощности передачи нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, когда схема обнаружения обнаруживает, что выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения.
Предпочтительно, конденсатор представляет собой емкостную группу и переключательную группу, при этом один конец емкостной группы служит в качестве первого конца конденсатора, а другой конец емкостной группы служит в качестве второго конца конденсатора, и переключательная группа соединена со схемой управления основной полосы частот и включает и выключает свои внутренние элементы для управления значением емкости емкостной группы в соответствии с управлением схемы управления основной полосы частот.
Предпочтительно, емкостная группа включает по меньшей мере две параллельно включенных емкости, причем каждая емкость последовательно соединена с переключательным элементом, и все переключатели составляют переключательную группу.
Для решения указанной выше технической задачи также предлагается способ подачи питания с использованием USB-интерфейса для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, который включает:
после плавного включения, ограничение, с помощью конденсатора, входного тока схемы преобразования постоянного тока в постоянный, при этом значение емкости конденсатора выбирают в соответствии с напряжением на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает и не работает, максимальным током, допустимым для вывода USB-интерфейсом, входным напряжением схемы преобразования постоянного тока в постоянный, напряжением и током, необходимыми для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, и периодом работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, и
выполнение преобразования напряжения схемой преобразования постоянного тока в постоянный и подачу питания в нагрузочную систему множественного доступа с временным разделением каналов.
Предпочтительно, значение емкости конденсатора, выбираемое в соответствии с напряжением на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает и не работает, максимальным током, допустимым для вывода USB-интерфейсом, входным напряжением схемы преобразования постоянного тока в постоянный, напряжением и током, необходимыми для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, и периодом работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, представляет собой:
значение емкости, полученное путем вычисления по следующей формуле:
0
0
i
где UC1 - начальное напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов не работает, UC2 - напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает, U - напряжение, необходимое нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, I - ток, необходимый нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, U - входное напряжение схемы преобразования постоянного тока в постоянный, η - коэффициент преобразования схемы преобразования постоянного тока в постоянный, I - максимальный ток, допустимый для вывода USB-интерфейсом, и T - период работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Предпочтительно, способ также включает обнаружение того, что выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения, и, если выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения, уменьшение мощности передачи нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Предпочтительно, способ также включает: после определения значения емкости конденсатора, регулирование значения емкости конденсатора путем управления включением-выключением переключательных элементов в переключательной группе, соединенной с конденсатором.
Предпочтительно, конденсатор включает по меньшей мере две параллельно включенных емкости, при этом каждая емкость последовательно соединена с переключательным элементом.
С помощью устройства и способа согласно настоящему изобретению определяют минимальную емкость конденсатора, необходимую для входного разъема преобразователя постоянного тока в постоянный, путем контроля напряжения USB-интерфейса (имеющего значение, которое не меньше значения по стандартной спецификации), что гарантирует надежность работы USB-интерфейса компьютера и надежность работы разъема с учетом затрат во всей машине. При использовании устройства и способа согласно настоящему изобретению нет необходимости беспокоиться, поддерживает ли USB-интерфейс протокол USB 2.0 или протокол USB 3.0, а необходимо только учитывать фактическую возможность подачи питания USB-интерфейса, что имеет практическое значение для универсальных применений.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет структурную схему источника питания в соответствии с примером 1 настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет структурную схему источника питания с системой управления основной полосы частот в соответствии с примером 1 настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет структурную схему источника питания, содержащего конденсатор, в соответствии с примером 1 настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет блок-схему примера 2 настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет структурную схему источника питания в соответствии с примером применения.
Фиг. 6 представляет структурную схему модуля управления.
Фиг. 7 схематически представляет период работы системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Фиг. 8 представляет блок-схему работы системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения
Примеры осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что примеры, приведенные в настоящем изобретении, и признаки изобретения, указанные в этих примерах, могут быть скомбинированы по выбору друг с другом, если при этом не возникает противоречий.
Пример 1
Этот пример используется для описания источника питания с USB-интерфейсом для подачи питания в нагрузочную систему множественного доступа с временным разделением каналов, как показано на фиг. 1, при этом источник питания содержит: USB-интерфейс, схему плавного включения и схему преобразования постоянного тока в постоянный, которые соединены последовательно, причем источник питания также содержит конденсатор, используемый для ограничения тока, и первый конец конденсатора подключен между схемой плавного включения и схемой преобразования постоянного тока в постоянный, а второй конец конденсатора заземлен,
при этом схема плавного включения используется для осуществления плавного включения;
конденсатор используется для ограничения входного тока схемы преобразования постоянного тока в постоянный, и значение емкости конденсатора выбирается в соответствии с напряжением на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает и не работает, максимальным током, допустимым для вывода USB-интерфейсом, входным напряжением схемы преобразования постоянного тока в постоянный, напряжением и током, необходимыми для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, и периодом работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов; и
выход схемы преобразования постоянного тока в постоянный используется для подачи питания в нагрузочную систему множественного доступа с временным разделением каналов.
Поскольку разные нагрузки потребляют разный ток, возможности подачи тока интерфейсами для питания разных типов компьютеров различны. Это приводит к тому, что требуемые емкости также различны, при этом необходимый ряд емкостей, который должен включать две или более параллельно включенных емкостей, образует емкостную группу. Конденсатор может представлять одну емкость или группу емкостей, то есть емкостную группу.
В предпочтительном примере значение емкости конденсатора вычисляют по следующей формуле:
0
0
i
где UC1 - начальное напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов не работает, UC2 - напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает, U - напряжение, необходимое нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, I - ток, необходимый нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, U - входное напряжение схемы преобразования постоянного тока в постоянный, η - коэффициент преобразования схемы преобразования постоянного тока в постоянный, I - максимальный ток, допустимый для вывода USB-интерфейсом, и T - период работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов. Если коэффициент преобразования схемы преобразования постоянного тока в постоянный выше и приблизительно равен 1, этим коэффициентом преобразования можно пренебречь при расчете емкостей. Различные преобразования вышеприведенной формулы (1) находятся в пределах сущности настоящего изобретения. Когда конденсатор включает одну емкость, значение емкости конденсатора может быть получено путем вычисления по формуле (1).
В предпочтительном примере источник питания также содержит схему обнаружения и схему управления основной полосы частот, как показано на фиг. 2, причем схема обнаружения расположена между USB-интерфейсом и схемой плавного включения и используется для обнаружения того, что выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения; один конец схемы управления основной полосы частот соединен со схемой обнаружения, а другой конец выполнен с возможностью соединения с нагрузочной системой множественного доступа с временным разделением каналов, причем схема управления основной полосы частот используется для уменьшения мощности передачи нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, когда схема обнаружения обнаруживает, что выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения.
Вышеупомянутое значение емкости конденсатора может быть выбрано заранее, а также может быть сконструирована емкостная группа с регулируемым значением емкости. В другом предпочтительном варианте, как показано на фиг. 3, конденсатор включает емкостную группу и переключательную группу, при этом один конец емкостной группы служит в качестве первого конца конденсатора, а другой конец емкостной группы служит в качестве второго конца конденсатора, и переключательная группа соединена со схемой управления основной полосы частот и включает и выключает свои внутренние переключательные элементы для управления значением емкости емкостной группы в соответствии с управлением схемы управления основной полосы частот.
Вышеупомянутая емкостная группа содержит по меньшей мере две параллельно включенные емкости, при этом каждая емкость последовательно соединена с переключательным элементом, и все переключатели составляют переключательную группу.
Пример 2
Этот пример используется для описания способа подачи питания с использованием USB-интерфейса в нагрузочную систему множественного доступа с временным разделением каналов, при этом способ, как показано на фиг. 4, включает следующие шаги:
На шаге 401 выполняют плавное включение.
На шаге 402 конденсатор в схеме ограничения тока начинает работать, при этом ограничивают входной ток схемы преобразования постоянного тока в постоянный и выбирают значение емкости конденсатора в соответствии с напряжением на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает и не работает, максимальным током, допустимым для вывода USB-интерфейсом, входным напряжением схемы преобразования постоянного тока в постоянный, напряжением и током, необходимыми нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, и периодом работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Значение емкости конденсатора может быть вычислено по формуле (1) в приведенном выше примере 1, которая здесь не будет повторяться.
После определения значения емкости конденсатора, это значение емкости конденсатора может регулироваться путем настройки переключательной группы, соединенной с конденсатором. В частности, конденсатор содержит по меньшей мере две параллельно включенных емкости, при этом каждая емкость последовательно соединена с переключательным элементом.
На шаге 403 схема преобразования постоянного тока в постоянный выполняет преобразование напряжения и подает питание в нагрузочную систему множественного доступа с временным разделением каналов.
В предпочтительном примере упомянутый способ также включает: обнаружение того, что выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения, и, если выходное напряжение USB-интерфейса ниже заранее заданного порогового значения, уменьшение мощности передачи нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов.
Приведенный выше пример будет подробно описан ниже на примере приложения.
Как показано на фиг. 5, устройство в основном содержит следующие части: компьютерный USB-интерфейс, модуль управления, преобразователь постоянного тока в постоянный, нагрузочную систему множественного доступа с временным разделением каналов и систему управления основной полосы частот,
при этом компьютерный USB-интерфейс подает питание на разъем и осуществляет передачу данных через разъем; возможности питания современных компьютерных USB-интерфейсов очень большие, и при фактическом измерении все входные токи могут превышать 500 мА при условии, что напряжение USB-интерфейса не менее 4,75 В, причем возможность питания USB-интерфейса настольного компьютера больше возможности питания USB-интерфейса ноутбука;
модуль управления содержит схему обнаружения и схему плавного включения, как показано на фиг. 6, при этом входной разъем определенного преобразователя постоянного тока в постоянный выполняет все функции или часть функций модуля управления, и, следовательно, в зависимости от ситуации можно добавлять или не добавлять модуль управления; и
схема обнаружения в модуле управления имеет функцию установления порогового значения и обнаружения. Во время нормальной работы схема обнаружения может осуществлять обнаружение по напряжению, когда питание подается в USB-интерфейс, при этом когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает в пакетном режиме, входные напряжения USB-интерфейса и преобразователя постоянного тока в постоянный падают, поскольку USB-интерфейс подает мгновенный большой ток, причем когда схема обнаружения определяет, что напряжение USB-интерфейса падает до установленного порогового значения (оно может быть установлено немного выше, чем 4,75 В, например 4,8 В), немедленно выводится сигнал в систему управления основной полосы частот для выдачи сигнала тревоги.
Функцией схемы плавного включения является продление времени нарастания напряжения, когда разъем запитан, ограничение тока через большую емкость и предотвращение создания высокого тока схемой короткого замыкания мгновенной большой емкости на землю, который способен повредить большую емкость и преобразователь постоянного тока в постоянный, когда упомянутая схема просто находится под напряжением.
Функцией преобразователя постоянного тока в постоянный является преобразование напряжения USB-интерфейса в рабочее напряжение, необходимое нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, при этом преобразователь постоянного тока в постоянный и большая емкость, подключенная к входному разъему преобразователя постоянного тока в постоянный, вместе подают токи при работе нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, причем большая емкость играет важную роль в стабилизации напряжения на входном разъеме преобразователя постоянного тока в постоянный.
Нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов представляет собой нагрузочную систему с радиочастотным усилителем мощности, работающим в соответствии с определенной продолжительностью цикла на разъеме, и имеет множество рабочих характеристик в пакетном режиме работы; характеристики периода работы нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов относятся к фиг. 7, при этом особенностью указанной системы является работа в течение некоторого периода времени и прекращение работы в течение некоторого периода времени в пределах одного цикла. Нагрузка усилителя мощности может допускать, чтобы система управления основной полосы частот выполняла регулирование мощности усилителя мощности.
Для того чтобы гарантировать гибкость работы системы разъема, емкость, показанная на фиг. 5, может быть заменена емкостной группой с регулируемым значением емкости, при этом необходима переключательная группа для согласования с емкостной группой. Переключательная группа соединена с системой управления основной полосы частот и определяет, включить или выключить переключатель, под управлением системы управления основной полосы частот для управления значением емкости емкостной группы. Система управления основной полосы частот регулирует значение емкости при изменении напряжения USB-интерфейса, при этом когда напряжение USB-интерфейса падает до порогового значения, переключатель включается и значение емкости возрастает. Из вышеприведенного анализа видно, что возможности питания USB-интерфейсов разных компьютеров сильно различаются, и когда разъем вводится для работы в USB-интерфейс определенной модели ноутбука и напряжение USB падает до порогового значения, переключатель включается и количество емкостей, подающих питание в нагрузку усилителя мощности, увеличивается, при этом большее число емкостей будет заряжаться в процессе зарядки, так что будут удовлетворены требования нагрузки усилителя мощности по току. Когда напряжение USB-интерфейса намного выше порогового значения, множество переключателей могут быть закрыты с помощью системы управления основной полосы частот, уменьшается использование избыточных емкостей, и требования нагрузки усилителя мощности по току могут быть удовлетворены с небольшим количеством емкостей.
Система управления основной полосы частот в основном принимает сигнал тревоги, переданный из схемы обнаружения в модуле управления, осуществляет управление мощностью в нагрузке усилителя мощности нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, уменьшает мощность передачи нагрузки усилителя мощности нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов, тем самым снижая требования нагрузки усилителя мощности по току, и может управлять включением-выключением переключательных элементов в переключательной группе. Это предотвращает слишком большое падение напряжений на входном разъеме преобразователя постоянного тока в постоянный и USB-интерфейсе, влияя на стабильность работы разъема и стабильность USB-интерфейса для питания.
Принцип работы системы описан ниже со ссылкой на фиг. 8.
После подачи питания на разъем (шаг 801) скачок тока в момент включения питания уменьшают с помощью схемы плавного включения (шаг 802), что обеспечивает безопасное завершение процесса включения разъема. После завершения подключения разъем может работать с максимальной мощностью передачи, то есть нагрузка усилителя мощности в нагрузочной системе с временным разделением каналов может работать при максимальной мощности передачи (шаг 803). Модуль управления обнаруживает ситуацию падения напряжения USB-интерфейса (шаг 804), и если напряжение падает до установленного порогового значения (для обеспечения безопасности, в общем, пороговое значение немного выше, чем пороговое значение 4,75 В, например 4,8 В и т.д.), модуль управления посылает сигнал в систему управления основной полосы частот для выдачи сигнала тревоги, и сигнал управления основной полосы частот уменьшает мощность передачи усилителя мощности нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов (шаг 805) так, чтобы уменьшить потребность в подаче питания к USB-интерфейсу. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока источник питания с указанным интерфейсом не достигнет установленного порогового значения напряжения или немного не превысит его, и в этот момент указывают, что уровень мощности усилителя мощности нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов может гарантировать, что разъем и USB-интерфейс находятся в безопасном рабочем состоянии.
Расчет большой емкости входного разъема преобразователя постоянного тока в постоянный будет подробно описан на примере схемы, показанной на фиг. 5.
i
i
o
o
c
Предполагается, что типичное значение сопротивления равно R, когда модуль управления работает, входное напряжение и входной ток преобразователя постоянного тока в постоянный равны U и I, выходное напряжение и выходной ток равны U и I, коэффициент преобразователя постоянного тока в постоянный равен η, ток емкости, подающий питание, равен I, напряжение USB-интерфейса равно VBUS, типичное нормальное значение равно 5 В, нижнее предельное значение равно 4,75 В, когда происходит падение, и максимальный ток, допустимый для вывода USB-интерфейсом, равен I, когда усилитель мощности не работает, напряжение на энергонакопительной емкости равно UC1, и с учетом того, что рабочий ток очень мал и импеданс модуля управления в данный момент чрезвычайно мал, падение напряжения игнорируется в данный момент, то есть UC1 приближается к типичному нормальному значению USB-интерфейса, которое равно 5 В, и когда усилитель мощности работает, среднее значение напряжения на энергонакопительной емкости приближается к UC2:
Справедливо следующее уравнение в соответствии с формулой для коэффициента преобразования преобразователя постоянного тока в постоянный:
c
Ток, подаваемый большой емкостью, составляет I, и справедливо следующее уравнение:
o
o
c
Что касается фиксированной системы разъемов, ток, необходимый нагрузке, а именно ток I, необходимый нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, выходное напряжение, необходимое нагрузке, именно напряжение U, необходимое нагрузочной системе множественного доступа с временным разделением каналов, коэффициент η преобразования постоянного тока и рабочий диапазон входного напряжения преобразователя постоянного тока могут быть получены посредством простого расчета при сверке со справочником данных, таким образом, формула взаимосвязи между током, подаваемым большой емкостью I, и возможностью питания по USB-интерфейсу может быть вычислена с помощью уравнений (2)-(5):
on
Для выходного разряда большой емкости в пределах времени T (значение является фиксированным в системе множественного доступа с временным разделением каналов и составляет, в общем, 577 мкс в GSM), составляющего ΔQ, справедлива следующая формула:
on
Падение ΔU напряжения на емкости в пределах времени работы T приближенно рассматривается как:
Величина большой емкости устанавливается как С, и справедливо следующее уравнение:
Требуемая величина большой емкости С может быть получена с помощью формул (2)-(8):
UC1 - начальное напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов не работает, и оно может быть примерно равно типичному напряжению USB-интерфейса, и UC2 - напряжение на конденсаторе, когда нагрузочная система множественного доступа с временным разделением каналов работает. Описанный выше процесс вычисления производится в идеальном состоянии, и значение емкости в выбранной фактической модели предпочтительно выше, чем теоретическое расчетное значение.
o
o
i
on
i
Преобразователь постоянного тока bq24165 компании Texas Instruments взят в качестве примера, коэффициент η преобразования элемента составляет 90%, bq24165 подает питание в нагрузку GSM900MHz, ток, необходимый нагрузке с источником питания 3,6 В при 33 дБм, составляет 1,8 А, может быть известно, что: U=3,6 В, I=1,8 A, η=90%, U=4,75 В, T=0,577 мс, UC1=5 В, для удобства расчета падением напряжения пренебрегают, и UC2=U=4,75 В для этого момента. По формуле (10) можно рассчитать, что необходимая большая емкость составляет:
Емкость, рассчитанная в соответствии с формулой, больше, чем указанная емкость, с учетом того, что имеется падение напряжения на модуле управления, таким образом, значение емкости удовлетворяет требованиям нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов с большой емкостью.
При проведении расчета в соответствии со стандартным максимальным выходным током 500 мА USB-интерфейса, указанным в общем протоколе USB 2.0, может быть получено, что необходимая большая емкость составляет 2,34 mF. С учетом того, что все возможности источника питания с USB-интерфейсами современных компьютерных интерфейсов чрезвычайно высоки, и выходной ток ноутбука MAC с плохой способностью нести нагрузки при фактическом измерении составляет также 700 мА, может быть получено, что необходимая большая емкость составляет по расчету 1,88 мФ, аналогично в отношении компьютера, поддерживающего интерфейс USB 3.0, возможность источника питания с USB-интерфейсом составляет 900 мА, и может быть рассчитано, что необходимая большая емкость составляет по меньшей мере 1,42 мФ. Когда емкость нагрузочной системы усилителя мощности имеет регулируемую емкостную группу, количество емкостей может изменяться в соответствии с различными возможностями источников питания USB 2.0 и USB 3.0, и, таким образом, нет необходимости пересматривать и вновь проектировать разъем, поскольку проблема источника питания может быть решена с помощью регулируемой емкостной группы. Из этого примера можно видеть, что чем сильнее возможности источника питания с USB-интерфейсом, тем меньше значение большой емкости, которую необходимо добавить.
Благодаря использованию источника питания и способа для нагрузочной системы множественного доступа с временным разделением каналов согласно настоящему изобретению преодолевается недостаток в расчете большой емкости предшествующего уровня техники, в сочетании с фактическим состоянием источника питания с USB-интерфейсом рассматриваются не только показатели надежности USB-интерфейса и преобразователя постоянного тока в процессе нормальной работы, но также рассматривается и проблема надежности в момент включения питания после добавления большой емкости, разработан способ расчета, одновременно удовлетворяется питание нагрузки разъема, также затрагивается вопрос о затратах, и так как полностью используются возможности источника питания с компьютерным USB-интерфейсом, можно уменьшить большую емкость, необходимую на стороне разъема, что позволит сократить затраты на разработку разъема. Более того, настоящее изобретение применимо не только к USB-интерфейсу, поддерживающему протокол USB 2.0, но также к USB-интерфейсу, поддерживающему протокол USB 3.0.
Специалисту в данной области техники понятно, что все шаги или их часть в вышеупомянутом способе могут быть выполнены с помощью программы, выдающей команды соответствующему аппаратному обеспечению, при этом программа может быть сохранена на машиночитаемом носителе, таком как постоянное запоминающее устройство, диск или оптический диск и т.д. Альтернативно, все шаги или часть шагов в вышеупомянутых примерах могут быть реализованы с использованием одной или множества интегральных схем. Соответственно, каждый модуль/блок в вышеприведенных примерах может быть выполнен в виде аппаратного обеспечения, а также в виде программного функционального модуля. Настоящее изобретение не ограничено комбинацией аппаратного и программного обеспечения в конкретной форме.
Настоящее изобретение может также иметь другие разнообразные примеры осуществления, причем специалист в данной области техники может произвести различные соответствующие изменения и модификации в соответствии с настоящим изобретением в пределах сущности и объема настоящего изобретения, однако все такие соответствующие изменения и модификации находятся в пределах сущности прилагаемой формулы изобретения.
Промышленная применимость
С помощью устройства и способа согласно настоящему изобретению определяется минимальное значение емкости, необходимое для входного разъема преобразователя постоянного тока в постоянный, путем контроля напряжения USB-интерфейса (имеющего значение, которое не меньше, чем значение по стандартной спецификации), что гарантирует показатели надежности работы компьютерного USB-интерфейса и надежности работы разъема с учетом затрат во всей машине. При использовании способа и устройства согласно настоящему изобретению нет необходимости беспокоиться, поддерживает ли USB-интерфейс протокол USB 2.0 или протокол USB 3.0, а необходимо только учитывать фактические возможности источника питания с USB-интерфейсом, что имеет практическую значимость для универсальных приложений.