СИЛОВОЙ МОДУЛЬ С АВТОНОМНЫМ ПИТАНИЕМ И ИНТЕРФЕЙСОМ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ КОНТРОЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СИЛОВОГО МОДУЛЯ К ЭЛЕКТРОННОМУ УСТРОЙСТВУ
SELF-POWERED POWER MODULE WITH AN INTERFACE FOR DETECTING CONNECTION CONTROL AND METHOD FOR DETECTING THE CONNECTION OF THE POWER MODULE TO AN ELECTRONIC DEVICE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обмена информацией с электронным устройством и обеспечения электронного устройства автономным питанием.
Известны (RU 2526028, US 9239772) способ и устройство для обнаружения извлечения аккумулятора в процессе сеанса цифрового обмена данными с аккумулятором, в котором осуществляется сравнение уровня напряжения с пороговым уровнем напряжения и выдача сигнала сравнения, полученного в результате этого сравнения, причем упомянутый уровень напряжения присутствует на используемой для цифровой связи со схемами аккумулятора линии связи с соединителем аккумулятора, и этот уровень напряжения включает по меньшей мере один заранее заданный низкий уровень напряжения и по меньшей мере один заранее заданный высокий уровень напряжения, причем упомянутый пороговый уровень напряжения отличается от упомянутого заранее заданного низкого уровня напряжения и упомянутого заранее заданного высокого уровня напряжения, связь со схемами аккумулятора не влияет на обнаружение извлечения аккумулятора, определение состояния подключения аккумулятора осуществляется на основе сигнала состояния аккумулятора, который запускается, когда продолжительность превышения упомянутым уровнем напряжения упомянутого порогового напряжения превышает по времени заранее заданное таймером значение.
В упомянутых изобретениях детектирование наличия питания в корневом устройстве идет во время передачи данных. При этом необходимо чтобы корневое устройство было запитано и включено, что требует постоянного наличия напряжения питания на соединителе аккумулятора, что в свою может привести к коррозии выводов либо выходу из строя в случае короткого замыкания или попадания в коррозионную среду отключенного аккумулятора.
Известен (US 9893547) способ чтения, записи или обновления через соединительный интерфейс для передачи информации между портативным устройством и аккумуляторной батареей, содержащей аккумуляторный элемент и внутреннюю схему, соединенную с аккумуляторным элементом, причем внутренняя схема динамически включает или отключает режим доставки информации для аккумуляторного элемента в соответствии с управляющим сигналом, передаваемым от портативного устройства во внутреннюю схему аккумуляторного блока через соединительный интерфейс, при этом информация для аккумуляторного элемента содержит, по меньшей мере, одну из информации, фактически полученной от аккумуляторного элемента, и информации, которая была сохранена внутренней схемой; и информация для аккумуляторного элемента содержит сигнал прерывания, а внутренняя схема сравнивает уровень напряжения аккумуляторной батареи с целевым порогом, чтобы определить, передавать ж сигнал прерывания на портативное устройство через соединительный интерфейс.
В US 9893547 детектирование наличия аккумулятора путем сравнения уровень напряжения аккумуляторной батареи с целевым порогом требует постоянного наличия напряжения питания на соединителе аккумулятора, что в свою может привести к коррозии выводов либо выходу из строя в случае короткого замыкания или попадания в коррозионную среду отключенного аккумулятора.
Известны (US 7755321) способ и устройство для обнаружения извлечения батареи, в котором во время запуска портативного устройства связи на схему обнаружения подается питание, и первый вход схемы обнаружения устанавливается на первый логический уровень, а второй вход схемы обнаружения устанавливается на второй логический уровень, выходной сигнал схемы обнаружения подается на третий вход схемы обнаружения, и новое выходное значение для схемы обнаружения генерируется на основе первого, второго и третьего входа, а новое значение выходного сигнала сохраняется в средстве памяти.
Использование в US 7755321 отдельного контакта идентификации сужает выбор доступных соединителей, а также уменьшает надежность соединения, которая обратно пропорциональна количеству контактов соединителя.
Известны (US 20070018611) устройство интерфейса между аккумуляторным элементом и электронным устройством, содержащее: по меньшей мере, два электрических соединительных элемента между аккумуляторным элементом и электронным устройством, блок хранения цифровых данных, связанных с аккумуляторным элементом, причем блок хранения является частью элемент батареи, компонент, предназначенный для представления аналоговых данных, связанных с элементом батареи, компонент, являющийся частью элемента батареи, первая схема связи, сконфигурированная для передачи упомянутых аналоговых данных от элемента батареи в электронное устройство через, по меньшей мере, одно из электрических соединительных элементов, и вторую схему связи, сконфигурированную для передачи упомянутых цифровых данных от аккумуляторного элемента к электронному устройству через, по меньшей мере, один из электрических соединительных элементов, а также аккумуляторный элемент, содержащий по меньшей мере один перезаряжаемый аккумуляторный элемент и по меньшей мере два электрических соединительных элемента для формирования электрических соединений с электронным устройством, при этом аккумуляторный элемент содержит: блок хранения цифровых данных, связанных с аккумуляторным элементом, компонент расположены для представления аналоговых данных, связанных с аккумуляторным элементом, первая схема связи сконфигурирована, чтобы сделать упомянутые аналоговые данные доступными для электронного устройства, по меньшей мере, через один из электрических соединительных элементов, а вторая схема связи сконфигурирована, чтобы сделать упомянутые цифровые данные доступными для электронного устройства, по крайней мере через один из электрических соединительных элементов.
В US 20070018611 осуществляется обмен аналоговыми данными между элементом батареи и электронным устройством. Передача аналоговых данных в дополнение к цифровым требует наличия дополнительного контакта в соединителе, что сужает выбор доступных соединителей, а также уменьшает надежность соединения, которая обратно пропорциональна количеству контактов соединителя. Кроме того, аналоговые данные проигрывают цифровым в помехозащищенности.
Задача и технический результат, на достижение которых направлено предлагаемое изобретение состоит в разработке силового модуля с автономным питанием для электронного устройства и способа связи между силовым модулем и электронным устройством, обеспечивающего детектирование подключения и наличия питания в электронном устройстве, без использования дополнительных цепей в соединителе с целью повышения надежности соединения между силовым модулем и электронным устройством, а также расширения выбора соединителей.
Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому изобретению силовой модуль с автономным питанием и интерфейсом для детектирования контроля подключения электронного устройства, содержит источник питания, контроллер, термодатчик, управляемый контроллером электрический ключ и соединитель, причем контроллер включает в себя как минимум один процессор, память с микропрограммой, средство измерения напряжения и таймер, соединитель содержит по меньшей мере два силовых контакта, соединенных с плюсом и минусом источника питания через ключ, и по меньшей мере один контакт, соединенный с портом ввода-вывода процессора для осуществления детектирования подключения электронного устройства и цифровой связи с ним, порт ввода-вывода выполнен с возможностью подтяжки к земле и к питанию контроллера через интегрированный в него резистор, и для обнаружения подключения силового модуля к электронному устройству, подключение напряжение источника питания к соединителю осуществляется в зависимости от детектирования подключения и наличия питания в электронном устройстве, а также команд поступающих по цифровой линии связи силового модуля с электронным устройством, причем детектирование осуществляется на стороне силового модуля, отдельно от цифровой коммуникации, но с использованием тех же контактов соединителя, что и для цифровой связи с электронным устройством.
Заявленное решение поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - схема устройства силового модуля;
Фиг. 2 - структура порта ввода-вывода контроллера силового модуля;
Фиг. 3 - схема линий связи электронного устройства, а - запитанного, б - не запитанного;
Фиг. 4 - диаграмма уровней сигналов канала связи при подключении силового модуля к запитанному электронному устройству;
Фиг. 5 - диаграмма уровней сигналов канала связи при подключении силового модуля к не запитанному электронному устройству.
На фиг. 1 обозначено:
1 - силовой модуль,
2 - источник питания силового модуля,
3 - ключ,
4 - контроллер силового модуля,
5 - соединитель,
«-ВАТ» - минус источника питания,
«+ВАТ» - плюс источника питания,
«SCL» - тактовый сигнал,
«SDA» - сигнал данных.
В качестве источника питания силового модуля может выступать как элемент аккумуляторной батареи, так и любой другой источник питания, например, резервный генератор.
Детектирование подключения осуществляется путем определения наличия втекающего или вытекающего тока по линии данных, которые являются портом ввода-вывода контроллера силового модуля. Направление тока определяется по уровню напряжения на сигнальном выводе соединителя. Если в течение периода времени отсчитываемого таймером времени ток сохраняет свое направление, либо отсутствует, генерируется внутренний сигнал детектирования подключения и наличия питания в электронном устройстве, что может вызывать подключение ключа, и, следовательно, подачу напряжения источника питания на соединитель, а также инициирование обмена на линии данных.
При детектировании подключения силового модуля к электронному устройству в начальном состоянии, когда силовой модуль не подключен, напряжение на силовых линиях соединителя отсутствует, линии канала данных сконфигурированы как входы, причем линия сигнала данных (SDA) соединенным с ней встроенным в порт ввода вывода подтягивающим резистором (Фиг. 2) подтянута к «земле», а линия передачи тактового сигнала (SCL) - к питанию контроллера силового модуля. В случае использования однопроводного канала связи возможно попеременное подтягивание входа сначала к напряжению питания контроллера, затем к «земле».
В системе питания электронного устройства, для функционирования канала данных линии SDA, SCL подтянуты к напряжению питания (Vdd) контроллера питания электронного устройства (Фиг. 3.а), причем сопротивление подтяжки много меньше, чем внутреннее сопротивление подтяжки контроллера силового модуля (Фиг. 2).
При подключении силового модуля к запитанному электронному устройству (Фиг. 4), происходит подъем уровня линии SDA, что приводит к запуску последовательности активации.
В электронном устройстве без подачи питания в начальный момент времени конденсаторы линии питания контроллера питания электронного устройства разряжены и подтягивают линии шины данных к «земле» (Vss) (Фиг. 3.б), вследствие чего линия SCL подтягивается к «земле» (Фиг. 5), что также приводит к запуску последовательности активации.
В ходе последовательности активации в зависимости от состояния источника питания силового модуля, а также внутренних сигналов детектирования подключения и наличия питания в электронном устройстве может происходить подача напряжения на силовые выводы «-ВАТ» «+ВАТ» соединителя силового модуля, и в случае необходимости переконфигурирование выводов канала данных для обмена и инициализации обмена данными с системой питания электронного устройства.
Одновременное использование выводов канала данных, как для детектирования подключения, так и по прямому назначению для обмена данными позволяет:
- отказаться от отдельных выводов в соединителе для обмена данными и детектирования подключения и наличия питания на электронном устройстве,
- повысить надежность соединения вследствие уменьшения количества контактов соединителя,
- дублировать силовые выводы при сохранении общего числа контактов,
- обеспечить более широкий выбор соединителей.
С целью дополнительного повышения надежности работы регулярно коммутируемого соединения в рамках предлагаемого решения возможно также использовать защиту линий связи с применением различных схемотехнических решений, ориентированных на коммутируемые каналы.