Система и способ передачи мощности и данных

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности передачи мощности и данных через единственную пару проводов или электрических контактов. Система для передачи мощности и данных от головного устройства на приемное устройство через электрическое соединение содержит: головное устройство, выполненное с возможностью передачи мощности и данных через выход, причем головное устройство выполнено с возможностью передачи мощности через выход в различные моменты времени относительно данных; приемное устройство, имеющее вход, соединяемый с выходом головного устройства, и содержащее схему приема мощности, схему приема данных и переключающий элемент, выполненный с возможностью соединения входа со схемой приема мощности или со схемой приема данных в зависимости от напряжения сигнала, принятого со входа. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системе и способу для обеспечения возможности передачи мощности и данных через единственную пару проводов или электрических контактов. В частности, настоящее изобретение относится к передаче мощности и данных от зарядного устройства на перезаряжаемое устройство через единственную пару электрических контактов.

Использование единственной пары проводов или линий для передачи как мощности, так и данных известно из уровня техники, при этом используется частотное мультиплексирование. Данные передаются посредством высокочастотной передачи через пару проводов. На приемном конце применяется фильтр нижних частот или фильтр верхних частот, что обеспечивает возможность передачи данных одновременно с передачей мощности. Тем не менее, данное решение не всегда желательно. В частности, включение фильтра нижних частот или фильтра верхних частот нежелательно в случае, если приемное устройство должно быть малогабаритным и дешевым. Указанные компоненты повышают стоимость электронной схемы устройства и, кроме того, занимают пространство внутри устройства.

Было бы желательно создать дешевые, компактные и надежные систему, устройство и способ приема мощности и данных через единственную пару электрических контактов.

В первом аспекте настоящего изобретения предложена система передачи мощности и данных от головного устройства на приемное устройство через электрическое соединение, содержащая:

головное устройство, выполненное с возможностью передачи мощности и данных через выход, причем головное устройство выполнено с возможностью передачи мощности через выход в различные моменты времени относительно данных; и

приемное устройство, имеющее вход, соединяемый с выходом головного устройства, и содержащее схему приема мощности, схему приема данных и переключающий элемент, выполненный с возможностью соединения входа со схемой приема мощности или схемой приема данных в зависимости от напряжения сигнала, принятого со входа.

Система использует «мультиплексирование по времени», которое представляет собой более дешевое и простое решение, чем частотное мультиплексирование, и не требует дополнительных фильтров. Кроме того, эта система не использует выделенных интервалов времени для мощности и данных и таким образом не требует синхронизации между головным устройством и приемным устройством. Приемное устройство определяет, когда происходит прием данных вместо мощности, на основании одного или более результатов определения напряжения.

Во втором аспекте предложено приемное устройство для приема мощности и данных от головного устройства, содержащее:

вход, соединяемый с головным устройством;

схему приема мощности;

схему приема данных; и

переключающий элемент, выполненный с возможностью соединения входа со схемой приема мощности или схемой приема данных в зависимости от напряжения сигнала, принятого со входа.

Переключающий элемент может быть выполнен с возможностью переключения из первого состояния во второе состояние, когда напряжение на входе выше первого порога напряжения. Переключающий элемент может быть выполнен с возможностью переключения из второго состояния в первое состояние, когда напряжение на входе ниже второго порога напряжения. Второй порог напряжения может быть ниже, чем первый порог напряжения. В качестве альтернативы, второй порог напряжения может быть равен первому порогу напряжения.

Первое состояние может представлять собой соединение со схемой приема данных. Второе состояние может представлять собой соединение со схемой приема мощности. В качестве альтернативы, первое состояние может представлять собой просто разъединение со схемой приема мощности. В этом случае схема приема данных может быть постоянно соединена со входом. Схема приема данных может быть также выполнена с возможностью определения уровня напряжения, соответствующего передаче мощности, и удаления данных, принятых во время передачи мощности.

В качестве альтернативы, первое состояние может представлять собой соединение со схемой приема данных, а второе состояние может представлять собой разъединение со схемой приема данных. В этом случае схема приема мощности может быть постоянно соединена со входом.

Второй порог напряжения может быть ниже, чем первый порог напряжения. В качестве альтернативы, второй порог напряжения может быть равен первому порогу напряжения.

Первый и второй пороги напряжения могут составлять от 1 до 30 Вольт и предпочтительно - от 2 до 8 Вольт. Первый порог предпочтительно составляет примерно 4 Вольта.

Схема приема данных может быть выполнена с возможностью определения логических уровней данных путем сравнения входного напряжения с третьим пороговым напряжением. Схема приема данных может быть выполнена с возможностью определения логических уровней данных путем сравнения входного напряжения с третьим порогом напряжения, когда входное напряжение повышается, и с четвертым порогом напряжения, когда входное напряжение снижается.

Переключающий элемент может содержать компаратор напряжений.

Приемное устройство может представлять собой устройство, работающее от батареи. Приемное устройство может представлять собой устройство, удерживаемое в руке.

Приемное устройство может представлять собой образующее аэрозоль устройство. Образующее аэрозоль устройство может быть выполнено с возможностью размещения образующего аэрозоль субстрата. Образующее аэрозоль устройство может быть выполнено с возможностью испарения образующего аэрозоль субстрата путем нагрева или иным образом для образования аэрозоля, который может доставляться пользователю. Образующее аэрозоль устройство может представлять собой электрически управляемую курительную систему. Образующее аэрозоль устройство предпочтительно представляет собой удерживаемое рукой образующее аэрозоль устройство, которое пользователю удобно держать между пальцами одной руки. Образующее аэрозоль устройство может иметь по существу цилиндрическую форму.

Длина первичного устройства может составлять от примерно 70 мм до примерно 120 мм, а внешний диаметр может составлять от примерно 10 мм до примерно 20 мм.

Головное устройство может представлять собой устройство для зарядки батареи. Головное устройство может само получать мощность от батареи. Головное устройство может представлять собой комплект батарей, аксессуар, оснащенный батареей, аксессуар с поддержкой USB, USB или другой тип адаптера переменного тока, автомобильное зарядное устройство/адаптер или другой тип источника питания или аксессуара. Головное устройство может быть выполнено с возможностью подачи мощности на приемное устройство в виде импульсов тока. Ток, подаваемый головным устройством, может составлять от 0 до 5 Ампер.

В третьем аспекте предложен способ приема мощности и данных от головного устройства в приемном устройстве, имеющем схему приема мощности и схему приема данных, через электрическое соединение, содержащий этапы, на которых:

принимают на входе электрический сигнал от головного устройства; и

выполняют сравнение напряжения входного сигнала, принятого на входе, с пороговым напряжением; и

соединяют или разъединяют вход и схему приема мощности или схему приема данных, в зависимости от результата сравнения.

Этап выполнения сравнения предпочтительно выполняют непрерывно, одновременно с приемом электрического сигнала на входе. Электрический сигнал предпочтительно представляет собой мультиплексированный по времени сигнал, содержащий как мощность, так и данные.

Этап соединения или разъединения может содержать переключение входа с соединения со схемой приема мощности или схемой приема данных на соединение со схемой приема данных или схемой приема мощности. В качестве альтернативы, этап соединения или разъединения может содержать соединение или разъединение входа и только одной схемы приема мощности или схемы приема данных, в то время как другая схема приема данных или схема приема мощности остается постоянно соединенной со входом.

Варианты реализации настоящего изобретения будут далее подробно описаны лишь на примерах со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

На фиг. 1 показана схематичная иллюстрация электрически управляемой курительной системы;

На фиг. 2 показана схематичная иллюстрация одной конфигурации электронной схемы приемного устройства в системе, показанной на фиг. 1;

На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая работу переключающего элемента, показанного на фиг. 2; и

На фиг. 4 показана схематичная иллюстрация альтернативного варианта конфигурации электронной схемы приемного устройства, показанного на фиг. 1.

На фиг. 1 показана система, содержащая головное устройство 100 и приемное устройство 102 согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. Головное устройство 100 в данном примере представляет собой зарядный блок для курительной системы с электрическим нагревом. Приемное устройство 102 в данном примере представляет собой образующее аэрозоль устройство с электрическим нагревом, выполненное с возможностью размещения курительного изделия 104, содержащего образующий аэрозоль субстрат. Приемное устройство содержит нагреватель для нагрева образующего аэрозоль субстрата во время работы. Пользователь затягивается через мундштучный участок курительного изделия 104 для втягивания аэрозоля в рот пользователя. Приемное устройство 102 выполнено с возможностью размещения внутри полости 112 в головном устройстве 100 с целью перезарядки источника питания в приемном устройстве.

Головное устройство 100 содержит первую батарею 106, управляющую электронную схему 108 и электрические контакты 110, выполненные с возможностью подачи электрической мощности на вторую батарею в приемном устройстве и подачи электрических данных на электронную схему 128 в приемном устройстве от первой батареи 106, когда приемное устройство соединено с электрическими контактами 110. Электрические контакты 110 расположены вблизи дна полости 112. Указанная полость выполнена с возможностью размещения приемного устройства 102. Компоненты головного устройства 100 заключены внутри корпуса 116.

Приемное устройство 102 содержит вторую батарею 126, вторичную управляющую электронную схему 128 и электрические контакты 130. Как описано выше, приемное устройство 102 выполнено с возможностью приема питающей мощности и данных от головного устройства, когда электрические контакты 130 контактируют с электрическими контактами 110 головного устройства 100. Приемное устройство 102 дополнительно содержит полость 132, выполненную с возможностью размещения курительного изделия 104. На дне полости 132 расположен нагреватель 134, например, нагреватель в форме лезвия. При использовании пользователь активирует приемное устройство 102, и мощность подается от батареи 126 через управляющую электронную схему 128 на нагреватель 134. Нагреватель нагревается до стандартной рабочей температуры, которая достаточна для образования аэрозоля из образующего аэрозоль субстрата в образующем аэрозоль изделии 104. Компоненты приемного устройства 102 заключены внутри корпуса 136. Приемное устройство этого типа описано более полно, например, в EP2110033.

В данном примере приемное устройство 102 представляет собой курительное устройство с электрическим нагревом. Таким образом, приемное устройство 102 имеет небольшой размер (как у обычной сигареты), однако оно должно подавать высокую мощность в течение периода времени, равного лишь нескольким минутам, обычно примерно 7 минутам, в процессе одного сеанса курения. Затем может потребоваться возврат второй батареи в головное устройство 100 для перезарядки.

В данном примере приемное устройство 102 имеет многоугольное поперечное сечение. Внешний диаметр приемного устройства может составлять от примерно 12,7 мм до примерно 13,65 мм при измерении от плоской грани до противоположной плоской грани; от примерно 13,4 мм до примерно 14,2 мм при измерении от ребра до противоположного ребра (т.е. от линии пересечения двух граней с одной стороны приемного устройства до соответствующей линии пересечения с другой стороны); и от примерно 14,2 мм до примерно 15 мм при измерении от вершины кнопки до противоположной нижней плоской грани. Длина приемного устройства составляет примерно 80 мм.

Первая батарея 106 в головном устройстве выполнена с возможностью хранения заряда, достаточного для многократной перезарядки второй батареи 126 до тех пор, пока не потребуется ее собственная перезарядка. Таким образом для пользователя обеспечена портативная система, которая обеспечивает возможность выполнения множества сеансов курения до тех пор, пока не потребуется перезарядка через электрическую розетку.

Для того, чтобы вторая батарея 126 удовлетворяла противоречивым требованиям в отношении малого размера, достаточной емкости и безопасной, но быстрой разрядки и разрядки, а также приемлемого срока службы, может использоваться литий-железо-фосфатная (LiFePO4) батарея, как в данном примере. Вторая батарея 126 в данном примере имеет цилиндрическую форму с диаметром 10 мм и длиной 37 мм. В альтернативном варианте, в качестве второй батареи может использоваться литий-титанатная батарея.

Первая батарея 106 в головном устройстве 100 представляет собой литий-кобальт-оксидную (LiCoO2) батарею призматического типа. Литий-кобальт-оксидная батарея обеспечивает более высокое напряжение батареи, чем литий-железо-фосфатная батарея, что обеспечивает возможность зарядки литий-железо-фосфатной батареи от одной литий-кобальт-оксидной батареи.

Образующий аэрозоль субстрат предпочтительно содержит табакосодержащий материал, включающий в себя летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может содержать нетабачный материал. Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат дополнительно содержит вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.

Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой твердый субстрат. Твердый субстрат может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, шарики, кусочки, тонкие трубочки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: листья трав, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и расширенный табак. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может представлять собой жидкий субстрат, и курительное изделие может содержать средства для удержания жидкого субстрата.

На фиг. 2 показана схематичная иллюстрация управляющей электронной схемы приемного устройства, показанного на фиг. 1. Электрический сигнал принимается на контактах 130. Контакт 130b представляет собой заземляющее соединение, а контакт 130а представляет собой сигнальное соединение. Входной сигнал с контактов 130 принимается переключающим элементом 140. Переключающий элемент соединен как со схемой 142 приема мощности, так и со схемой 144 приема данных, посредством электронной схемы 128 приемного устройства. Переключающий элемент представляет собой по существу компаратор напряжений, который изменяет свое состояние переключения в зависимости от входного напряжения. Как схема 144 приема данных, так и схема 143 приема мощности соединены с заземляющей линией 148, которая соединена с контактом 130b.

Схема 142 приема мощности соединена с батареей 126 устройства для подачи принятой мощности в соответствии с заданным протоколом зарядки. Когда устройство должно использоваться для образования аэрозоля, вслед за зарядкой производится подача мощности на нагреватель 134 от батареи 126 через схему 146 управления нагревателем.

Схема 144 приема данных пропускает принятые управляющие данные на схему 146 управления нагревателем по мере необходимости, например, для выполнения обновлений программного обеспечения. Данные могут пропускаться от схемы приема данных на другие элементы электронной схемы устройства, такие как схема 142 приема мощности, например, для подтверждения того, что головное устройство было идентифицировано как совестимое устройство для использования с приемным устройством.

При использовании, когда головное устройство соединено с приемным устройством, это головное устройство передает мощность и данные на приемное устройство через контакт 130а. Данные могут также пропускаться обратно от приемного устройства на головное устройство через контакты 130. Сигнал от головного устройства содержит мощность и данные в последовательном, а не в одновременном виде. Тем не менее, нет необходимости в предоставлении выделенных интервалов времени для передачи мощности и передачи данных. Передача мощности или данных может осуществляться в любой заданный момент времени. Вместо этого переключающий элемент 140 путем сравнения напряжений способен определять, осуществляется ли прием мощности или данных в каждый момент времени.

Определение данных производится схемой приема данных путем определения уровней напряжения или тока на ее входе. В данном варианте реализации схема 144 приема данных определяет логические уровни путем сравнения входного напряжения с Нижним Порогом 1, когда напряжение повышается, и с Нижним Порогом 2, когда напряжение снижается. Скорость передачи данных может быть очень высокой и она может находиться в диапазоне от 100 бит в секунду (100 бит/с) до 500 тысяч бит в секунду (500 кбит/с).

На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая работу переключающего элемента 140, показанного на фиг. 2. Переключающий элемент выполнен с возможностью разъединения со схемой приема мощности в случае удаления приемного устройства из головного устройства. Таким образом, в начальном состоянии, показанном в виде начального этапа 200, переключающий элемент соединяет вход 130а со схемой приема данных.

На этапе 210 переключающий элемент сравнивает входное напряжение V с первым пороговым напряжением V1, которое в данном примере составляет 4 Вольта. Если входное напряжение не больше 4 Вольт, то переключающий элемент остается соединенным со схемой приема данных и пропускает принятые данные на схему приема данных на этапе 260, при этом непрерывно продолжая сравнивать входное напряжение с V1. Если входное напряжение больше 4 Вольт, переключающий элемент переключается на этапе 220 в состояние соединения входа 130а со схемой приема мощности. На этапе 230 переключающий элемент принимает сигнал мощности со входа и пропускает его на схему 142 приема мощности. В этом состоянии, одновременно с пропусканием мощности на схему приема мощности, переключающий элемент непрерывно производит сравнение входного напряжения со вторым порогом V2 напряжения, который в данном примере составляет 3,5 Вольта. Это показано в виде этапа 240. Если напряжение на входе упало ниже V2, то переключающий элемент на этапе 250 переключается в состояние соединения входа 130а со схемой приема данных. На этапе 260 переключающий элемент принимает сигнал данных со входа и пропускает его на схему 144 приема данных. В этом состоянии, одновременно с пропусканием данных на схему приема данных, переключающий элемент непрерывно производит сравнение входного напряжения с первым порогом V1 напряжения, что показано в виде возврата к этапу 210. Если входное напряжение не больше 4 Вольт, то переключающий элемент продолжает пропускать данные на схему приема данных на этапе 260. Этот алгоритм переключения поддерживается непрерывно все то время, пока происходит прием сигнала на входе 130а. Ток, передаваемый во время передачи мощности, может быть настолько высоким, насколько это требуется для конкретного протокола зарядки, однако в данном примере он составляет от 0 до 5 Ампер.

На фиг. 4 показан альтернативный вариант компоновки переключающего элемента. В варианте реализации, показанном на фиг. 4, переключающий элемент 150 не соединен со схемой 144 приема данных и соединен лишь со схемой 142 приема мощности. Схема приема данных остается постоянно соединенной со входом 130а. Переключающий элемент действует лишь таким образом, чтобы соединять и разъединять схему 142 приема мощности со входом 130а в зависимости от входного напряжения. Та же самая стратегия управления, которая была описана со ссылками на фиг. 3, может быть применена и в данной компоновке, однако в этом случае на этапе 250 происходит разъединение со схемой приема мощности, а не переключение на схему приема данных.

Схема приема данных, показанная на фиг. 4, выполнена стойкой к напряжениям, подаваемым головным устройством, когда оно осуществляет передачу мощности. Схема приема данных, показанная на фиг. 4, выполнена с возможностью определения уровня напряжения, соответствующего передаче мощности, с помощью компаратора напряжений, и удаляет данные, полученные во время фазы передачи мощности.

Хотя описанные варианты реализации относятся лишь к передаче данных от головного на приемное устройство, эти варианты, разумеется, возможны также и в случае передачи данных от приемного устройства на головное устройство через те же самые контакты. Например, может быть полезно передавать на головное устройство сохраненные данные об использовании, диагностические данные или данные, относящиеся к батарее.

Вышеописанные примерные варианты реализации являются иллюстративными, а не ограничительными. Благодаря вышеописанным примерным вариантам реализации, другие варианты реализации, соответствующие вышеуказанным примерным вариантам, также должны быть теперь понятны специалистам с обычной квалификацией в данной области техники.

1. Удерживаемое рукой и питаемое от батареи образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением, выполненное с возможностью приема мощности и данных от головного устройства через одну пару электрических контактов и содержащее:

вход, соединяемый с головным устройством;

схему приема мощности;

схему приема данных; и

переключающий элемент, выполненный с возможностью соединения входа со схемой приема мощности или схемой приема данных в зависимости от напряжения сигнала, принятого со входа.

2. Система передачи мощности и данных от головного устройства на образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением через электрическое соединение через одну пару электрических контактов, содержащая:

головное устройство, выполненное с возможностью передачи мощности и данных через выход, причем головное устройство выполнено с возможностью передачи мощности через выход в различные моменты времени относительно данных; и

образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по п. 1.

3. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по п. 1 или 2, в которых переключающий элемент выполнен с возможностью переключения из первого состояния во второе состояние, когда напряжение на входе выше первого порога напряжения.

4. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по п. 3, в которых переключающий элемент выполнен с возможностью переключения из второго состояния в первое состояние, когда напряжение на входе ниже второго порога напряжения.

5. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по п. 4, в которых второй порог напряжения ниже, чем первый порог напряжения.

6. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по любому из пп. 3-5, в которых первое состояние представляет собой соединение со схемой приема данных.

7. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по любому из пп. 3-5, в которых первое состояние представляет собой разъединение со схемой приема мощности.

8. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по п. 4 или 5, в которых второе состояние представляет собой соединение со схемой приема мощности.

9. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по любому из пп. 3-8, в которых первый порог напряжения составляет от 1 до 30 В и предпочтительно — от 2 до 8 В.

10. Система или образующее аэрозоль устройство с электрическим управлением по любому из предыдущих пунктов, в которых схема приема данных выполнена с возможностью определения логических уровней данных путем сравнения входного напряжения с третьим пороговым напряжением.

11. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой головное устройство представляет собой устройство для зарядки батареи.

12. Способ приема мощности и данных от головного устройства в образующем аэрозоль устройстве с электрическим управлением, имеющем схему приема мощности и схему приема данных, через электрическое соединение через одну пару электрических контактов, содержащий этапы, на которых:

принимают на входе электрический сигнал от головного устройства; и

выполняют сравнение напряжения входного сигнала, принятого на входе, с пороговым напряжением; и

соединяют или разъединяют вход и схему приема мощности или схему приема данных, в зависимости от результата сравнения.

13. Способ по п. 12, в котором этап выполнения сравнения выполняют непрерывно во время приема электрического сигнала на входе.