Устройство энергопитания и электрическая схема, использующая это устройство энергопитания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах энергопитания. Техническим результатом является создание устройства энергопитания и электрической схемы с устройством обработки данных, в которых путем наблюдения за потреблением энергии невозможно сделать вывод относительно процессов и соответствующих данных, используемых в устройстве обработки данных. Устройство энергопитания и электрическая схема, использующая это устройство энергопитания, содержит промежуточный накопитель энергии, основной накопитель энергии и устройство переключения, причем устройство переключения имеет, по меньшей мере, два положения переключения, при этом в первом положении переключения промежуточный накопитель энергии подключен к входу энергопитания, а во втором положении переключения соединен с основным накопителем энергии, который связан с выходом энергопитания. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству энергопитания и к электрической схеме с этим устройством энергопитания.

Из реферата к патенту Японии JP 61161967 известно устройство энергопитания с промежуточным накопителем энергии (CZ; LZ), основным накопителем энергии (С) и устройством переключения (S), причем устройство переключения (S) имеет по меньшей мере два положения переключения, причем в первом положении переключения промежуточный накопитель энергии (CZ; L) подключен к входу энергопитания (Е), а во втором положении переключения соединен с основным накопителем энергии (С), который соединен с выходом (А) энергопитания. Аналогичное решение известно из ЕР 0818875 А2. Из ЕР 0386261 А1 известно подобное устройство, причем переключение промежуточного накопителя энергии производится посредством двух устройств переключения, которые попеременно управляют входом и соответственно выходом промежуточного накопителя энергии. В патенте США 5278489 описано устройство для управления устройством переключения в устройстве энергопитания.

Существует все возрастающая потребность в использовании более надежных источников энергопитания для схем обработки данных. Эта потребность обусловлена тем, что в технике обработки данных все более необходимо контролировать возможность приведения в действие схемы обработки данных. В соответствии с осуществляемой при этом идентификацией и соответственно аутентификацией и проверкой того, разрешена ли работа или нет, все в возрастающей степени делаются попытки обойти такие меры защиты. Возможность несанкционированного доступа к операциям или данным в устройстве обработки данных обусловлена возможностью во время нормальной работы определить изменения в потреблении энергии устройства обработки данных. Используя информацию о таких изменениях, затем получают доступ к определенным процессам и соответственно данным, в то время как такой доступ не санкционирован.

В соответствии с этим задачей изобретения является создание устройства энергопитания и соответственно электрической схемы с устройством обработки данных, в которых путем наблюдения за потреблением энергии невозможно сделать выводы относительно процессов и соответствующих данных, используемых в устройстве обработки данных.

Эта задача решается в соответствии с изобретением с помощью признаков, представленных в пунктах 1 и 5 формулы изобретения. За счет развязки заряжаемого промежуточного накопителя энергии от входа энергопитания, перезаряда его на основной накопитель энергии, потребление энергии, наблюдаемое на входе энергопитания, становится независимым от мгновенного значения потребления энергии, которое можно наблюдать на выходе энергопитания и которое обусловлено устройством обработки данных, так как промежуточный накопитель энергии после перезаряда на основной накопитель энергии соединяется с устройством разряда энергии.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

При этом указанные меры служат также блокировке мгновенного значения потребления энергии на выходе энергопитания и соответственно устройства обработки данных. Изобретение поясняется ниже со ссылками на чертежи, на которых показано следующее: фиг.1 - первый вариант осуществления изобретения, фиг. 2 - дальнейшее развитие показанного на фиг.1 варианта осуществления изобретения, фиг.3 - еще одна форма выполнения показанного на фиг.1 варианта осуществления изобретения, фиг.4 - второй вариант осуществления изобретения.

На фиг.1 представлен первый вариант осуществления изобретения. Как показано на чертеже, на вход Е приложено напряжение U, которое подается на переключатель S, когда этот переключатель S находится в первом положении Z1 переключения. При этом положении переключателя напряжение прикладывается к конденсатору CZ. При этом конденсатор CZ заряжается до значения напряжения U, приложенного на входе Е. Когда переключатель S устанавливается во второе положение Z2, то конденсатор CZ оказывается соединенным не с входом Е, а с конденсатором С, который заряжается от конденсатора CZ. На выходе А приложено напряжение UV, имеющееся на конденсаторе С, которое служит в качестве напряжения питания для устройства 1 обработки данных, подключенного к выводу А. В процессе работы устройства 1 обработки данных осуществляется потребление энергии, так что конденсатор С разряжается. Поэтому необходимо, чтобы переключатель S вновь был возвращен в положение Z1 так, чтобы конденсатор CZ снова заряжался, а после смены положения переключателя S на положение Z2 конденсатор С снова заряжается.

Устройство 1 обработки данных должно работать с тактовой частотой Т. Если частота переключения, которая используется для повторного перезаряда конденсатора, меньше, чем удвоенная тактовая частота Т, то невозможно на основе тока заряда, который заряжает конденсатор CZ, сделать выводы относительно тока, который питает устройство 1 обработки данных от конденсатора С.

Использование простого фильтра нижних частот позволяет подавить высокие частоты, в результате чего затрудняется получение информации о функционировании устройства, однако за счет соответствующего усиления можно вновь обеспечить наблюдаемость действительного закона изменения тока.

Выполнение в виде считывающего фильтра позволяет намеренно исказить условия теоремы дискретизации при использовании частоты переключения (частоты дискретизации), лежащей ниже удвоенной тактовой частоты схемы, в результате чего существенно затрудняется воспроизведение исходного закона изменения тока. Желательное действие искажения тем сильнее, чем ниже частота переключения по отношению к тактовой частоте.

За счет изменений во времени частоты переключения можно дополнительно затруднить указанное воспроизведение.

Фиг.2 иллюстрирует дальнейшее развитие представленного на фиг.1 варианта осуществления. Здесь одинаковые или аналогичные элементы обозначены теми же ссылочными позициями. В этом варианте осуществления предусмотрено N конденсаторов Z1 - ZN, которые через соответствующие переключатели S1 - SN с входа подачи напряжения заряжаются напряжением U. В данном случае предусмотрено, что конденсаторы одновременно заряжаются входным напряжением U и затем один за другим параллельно подключаются к конденсатору С. Тем самым снижаются пульсации напряжения на конденсаторе С, и при этом на вход Е не передается информация. Дополнительная возможность состоит в том, чтобы конденсаторы CZ1 - CZN непрерывно подсоединять к конденсатору С в более сложной очередности. В обоих случаях осуществляется выравнивание или сглаживание зарядного тока, обусловленного входным напряжением. Кроме того, в обоих случаях может быть предусмотрено, что для устройства 1 обработки данных описываемое устройство может работать как регулятор напряжения. В этом случае тактовая частота Т зависит от потребления тока, т.е. регулируется от напряжения UV питания.

На фиг. 3 представлена еще одна форма выполнения варианта осуществления по фиг.1. В этом случае переключатель S имеет третье положение Z3 переключения. Кроме того, параллельно конденсатору С и устройству 1 обработки данных предусмотрен параллельный регулятор 2 напряжения. Разница в функционировании устройства по фиг.3 по отношению к устройству, показанному на фиг.1, состоит в том, что после перезаряда на конденсатор С накопленного на конденсаторе CZ заряда переключатель S занимает положение Z3. В этом положении конденсатор включен параллельно схеме 3 разряда. При этом схема 3 разряда разряжает конденсатор CZ до предварительно определенного значения. Затем переключатель S вновь переключается в положение Z1, в котором конденсатор CZ соединен с входом Е, так что он вновь заряжается от входного напряжения U. Таким способом конденсатор CZ перед новым циклом заряда достигает предварительно определенного состояния, так что он всегда заряжается одним и тем же током заряда от входного напряжения U. Все три формы выполнения первого варианта осуществления изобретения пригодны для реализации в виде интегральной схемы на полупроводниковом кристалле. При этом, например, в случае устройства обработки данных, которое требует напряжения питания 2 вольта и работает при средней мощности потерь 2 мВт, частоте переключения 1 МГц и входном напряжении 3 В, для конденсатора CZ необходима емкость 1 нФ. При этом передается ток 1 мА. Переключатель S в таком случае выполнен в виде обычного электронного переключателя. Эта схема предпочтительна для интегральных схем, которые изготавливаются по технологии, применяющей ферроэлектрические диэлектрики. В подобном случае применима диэлектрическая постоянная Е, повышенная по сравнению с используемыми до настоящего времени типовыми значениями диэлектрической постоянной, так что в подобном случае для реализации предварительно заданной емкости требуются меньшие площади.

На фиг. 4 представлен второй вариант осуществления изобретения. В этом варианте емкость CZ, показанная на фиг.1-3, заменена на индуктивность. Реализуемое посредством переключателя S переключение из положения Z1 в положение Z2 обуславливает следующее. В положении Z1 в индуктивности L протекает ток I (Т), так что формируется магнитное поле. Это магнитное поле соответствует накопленной этой катушкой энергии магнитного поля. Если переключатель S изменяет положение переключения с Z1 на Z2, то катушка оказывается соединенной с конденсатором С, который с использованием накопленной в индуктивности L энергии магнитного поля вновь заряжается до напряжения UV(T). Чтобы при переключении из положения Z1 в положение Z2 предотвратить возникновение перенапряжений, параллельно индуктивности L должен быть включен так называемый безынерционный диод D. Если невозможно индуктивность L выполнить в составе полупроводниковой интегральной схемы, то она может быть размещена по меньшей мере непосредственно на поверхности полупроводниковой интегральной схемы. Возможные формы выполнения заявленного устройства согласно фиг.2 и 3 могут быть применены и в данном втором варианте осуществления изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство энергопитания, содержащее промежуточный накопитель энергии (CZ; L), основной накопитель энергии (С) и устройство переключения (S), причем устройство переключения (S) имеет, по меньшей мере, два положения переключения, при этом в первом положении переключения промежуточный накопитель энергии (CZ; L) подключен к входу энергопитания (Е), а во втором положении переключения соединен с основным накопителем энергии (С), который связан с выходом энергопитания (А), отличающееся тем, что устройство переключения (S) после второго положения переключения занимает третье положение переключения, в котором с промежуточным накопителем энергии (CZ; L) соединено устройство разряда энергии.

2. Устройство энергопитания по п.1, отличающееся тем, что содержит множество промежуточных накопителей энергии (CZ1, CZ2,..., CZN-1, CZN), каждый из которых через соответствующее устройство переключения подсоединяется параллельно к входу энергопитания (Е) или к основному накопителю энергии (С).

3. Устройство энергопитания по п.2, отличающееся тем, что множество промежуточных накопителей энергии (CZ1, CZ2,..., CZN-1, CZN) соединяются с входом энергопитания в предварительно определенные различные моменты времени.

4. Устройство энергопитания по п.3, отличающееся тем, что множество промежуточных накопителей энергии (CZ1, CZ2,..., CZN-1, CZN) одновременно соединяются с основным накопителем энергии (С).

5. Устройство обработки данных с устройством энергопитания по любому из пп.1-4, выполненное в виде интегральной схемы на полупроводниковом кристалле, отличающееся тем, что устройство переключения (S) приводится в действие с частотой, которая меньше или равна максимальной рабочей частоте устройства обработки данных.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4