CN105917671A - 用于操作听力设备的方法以及经优化以便由无汞电池供电的听力设备 - Google Patents

用于操作听力设备的方法以及经优化以便由无汞电池供电的听力设备 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于操作听力设备1的方法，该方法防止电池泄露，特别是在听力设备1由无汞电池2供电的情况下。该方法包括：监控听力设备1的多个电子单元7、8、9中的至少一个电子单元的电源电压；当基于监控而识别到低电源电压状况时，开启低电池泄露关闭状态，其中，开启低电池泄露关闭状态包括：在进入低电池泄露关闭状态时，激活至少一个功率门10，以便将多个电子单元7、8、9中的至少一个电子单元从电源断开，并且对被提供用于稳定电池电压的缓冲电容器4放电。此外，提供了一种被优化以便由无汞电池2供电的听力设备1。

Description

用于操作听力设备的方法以及经优化以便由无汞电池供电的听力设备
技术领域
本发明关于一种用于操作听力设备(具体而言，由无汞电池供电的听力设备)的方法，以及一种被优化以便由无汞电池供电的听力设备。具体而言，本发明涉及一种适于佩戴在用户的耳朵处或者至少部分地在耳道内的微型听力设备。这种听力设备包括耳机、通信设备、用于听力困难的人员的助听器(还被称为听力假体或者听力仪器)或者用于提高正常听力人员的听力能力的听力增强设备、以及被设计为防止噪声诱发的听力损失的听力保护设备。
背景技术
微型听力设备通常由无汞的锌空气纽扣式电池供电。无汞的锌空气电池单元受到析气的困扰，这发生在电池保持(例如，被遗忘)在听力设备的电池舱中延长的时间段时的深度放电之后。这可能导致电池泄露。因此，应当防止无汞电池单元的深度放电。
一些已知的听力设备可以通过将电池从电子电路断开来关断。这可以例如通过打开电池盖从而将电池从电池接触件释放来实现。以此方式，使电池的放电最小化。
一旦用户发出“关断”命令(例如，通过扳动接通/关断开关)，一些其它已知的听力设备会进入“断电”状态。在这种关断/断电状态下，听力设备仍然监控某些触发，这些触发然后可以引起听力设备再次唤醒，例如通过用户发出“接通”命令(例如通过致动用户控制元件)。为了监控唤醒触发，即使当实际上并未使用听力设备时，该听力设备的至少一些电路也必须被提供有功率。一旦电池变弱，听力设备就可能自动地进入“关闭(shutdown)”状态。例如当电池单元被遗忘在听力设备中时，关闭状态下的残余电流会导致电池深度放电和析气。
已知的听力设备采用电源耦合或缓冲电容器。缓冲电容器例如吸收扬声器电流峰值并且稳定听力设备的整个电系统。此外，在电池短暂地从电池接触件断开(例如当电池舱或电池盖被打开短的时间量时(例如，为了替换电池)或者由于功率毛刺(即，因机械振动或冲击引起的电池电源电压的短时中断))的阶段期间，缓冲电容器提供连续的电力供给。然而，提供大的缓冲电容器会导致不希望的死锁情况，其中在死锁情况下，听力设备不会执行上电复位(POR)并且即使以新的电池替换了耗尽的电池也依然不可操作，从而导致用户的困惑和失望。在使关闭状态下的残余漏电流最小化以便避免电池(特别是无汞电池)的深度放电的情况下，后一问题尤其突出。当需要电源电压自下跨越预先设置的阈值而进行过渡以便触发POR并将听力设备从关闭状态切换到正常操作状态时，会发生所提到的死锁情况。如果缓冲电容器由于残余漏电流非常小而放电非常缓慢，则到替换电池时电源电压可能不会已经下降到低于阈值，并且因此所需要的过渡不会发生，从而不会触发POR。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于操作听力设备的方法，该方法防止电池深度放电，尤其是针对听力设备由无汞电池供电时的情况。本发明的另一个目标是避免不希望的死锁情况，其中在死锁情况下，听力设备不会执行上电复位(POR)并且即以新的电池来替换耗尽的电池也依然不可操作。这些目标通过根据权利要求1的用于操作听力设备的方法来实现。
本发明的另一个目的是提供一种被优化以便由无汞电池供电的听力设备。在权利要求8中具体说明了这种听力设备。
在从属权利要求中提供了本发明的具体实施例。
本发明首先涉及一种用于操作听力设备的方法，所述听力设备包括功率管理单元、扬声器以及多个电子单元，例如控制单元、信号处理单元、存储器单元、无线收发器单元以及放大器，所述方法包括以下步骤：
a)通过提供电池电压的电池来对所述多个电子单元供电；
b)通过并联连接到所述电池的缓冲电容器来稳定所述电池电压，并且因此提供电源电压；
c)监控所述多个电子单元中的至少一个电子单元的所述电源电压；
d)当基于所述监控而识别到低电源电压状况时，开启低电池泄露关闭状态；
其中，所述开启低电池泄露关闭状态的特征在于：
-当进入所述低电池泄露关闭状态时，激活至少一个功率门，以便将所述多个电子单元中的至少一个电子单元从所述电源电压断开；
-对所述缓冲电容器放电。
在所述方法的一个实施例中，监控步骤c)包括以下步骤中的至少一个步骤：
c1)确定所述电池的电荷状态；
c2)执行电源电压毛刺检测。
在所述方法的另一个实施例中，确定步骤c1)包括：当所述电源电压下降到低于最小电压阈值时，识别出低电源电压状况。
在所述方法的另一个实施例中，执行电源电压毛刺检测的步骤c2)包括：当所述电源电压在比预先确定的最大毛刺时间跨度长的(连续)时间跨度内下降到低于预先定义的毛刺阈值时，识别出低电源电压状况。
在另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：当所述电源电压在短于或等于所述预先确定的最大毛刺时间跨度的(连续)时间跨度内下降到低于所述预先定义的毛刺阈值时，将所述多个电子单元中的至少一个电子单元复位。
在所述方法的另一个实施例中，监控步骤c1)还包括第二监控，所述第二监控包括：监控由所述听力设备的所述多个电子单元中的至少一个电子单元所消耗的电流。在此实施例中，所述最小电源电压阈值取决于此第二监控，具体而言，所述最小电源电压阈值是根据由所述多个电子单元中的至少一个电子单元所消耗的电流来设置的。
在所述方法的另一个实施例中，对所述缓冲电容器放电是通过打开电池盖来实现的，具体而言，是通过将所述电池从所述听力设备的至少一个电池接触件机械地移开来实现的。
在所述方法的另一个实施例中，当所述电源电压(即，所述缓冲电容器上的电压)下降到低于预先定义的最小缓冲电压阈值时，放电中止，其中，具体而言，所述最小缓冲电压是预先定义的，以便确保所述电池不会深度放电，并且其中，更具体而言，所述最小缓冲电压阈值在0.3V至0.7V的范围内。
本发明还涉及一种适合于由无汞电池供电的听力设备，包括：
-用于与电池接合的电池接触件；
-扬声器；
-多个电子单元，例如控制单元、信号处理单元、存储器单元、无线收发器单元以及放大器；
-缓冲电容器，所述缓冲电容器操作地连接到所述电池接触件，以用于稳定电池电压并且向所述多个电子单元提供电源电压；
-功率管理单元，所述功率管理单元适于监控所述电源电压并且识别低电源电压状况；
-至少一个功率门，所述至少一个功率门适于：当检测到低电源电压状况时，将所述多个电子单元中的至少一个电子单元从所述电源断开，所述功率门能够由所述功率管理单元控制；
-放电模块，所述放电模块适于对所述缓冲电容器放电。
在所述听力设备的一个实施例中，所述功率管理单元还能够进行以下操作中的至少一个操作：
-确定所述电池的电荷状态；
-执行电源电压毛刺检测。
在所述听力设备的另一个实施例中，所述功率管理单元还适于：当所述电源电压下降到低于最小电压阈值时，检测到低电源电压状况。
在所述听力设备的另一个实施例中，作为执行电源电压毛刺检测的一部分的所述功率管理单元还适于：当所述电源电压在比预先确定的最大毛刺时间跨度长的(连续的)时间跨度内下降到低于预先定义的毛刺阈值时，检测到低电源电压状况。
在所述听力设备的另一个实施例中，所述功率管理单元还适于：如果所述电源电压在短于或等于所述预先确定的最大毛刺时间跨度的(连续的)时间跨度内下降到低于所述预先定义的毛刺阈值，则开启对所述多个电子单元中的至少一个电子单元的复位。
在所述听力设备的另一个实施例中，所述功率管理单元还适于：监控所述多个电子单元中的至少一个电子单元所消耗的电流，并且根据所述多个电子单元中的所述至少一个电子单元所消耗的电流来设置或调节所述最小电压阈值。
在所述听力设备的另一个实施例中，所述放电模块适于：当检测到低电源电压状况时，对所述缓冲电容器放电。
在所述听力设备的另一个实施例中，所述放电模块与所述听力设备的电池盖操作地连接，并且所述放电模块适于：当所述电池盖被打开时，经由所述放电模块在所述电池接触件与地之间建立电连接，并且当所述电池盖被关闭时，通过将所述放电模块从所述电连接移除来中断所述电连接。
在所述听力设备的另一个实施例中，所述放电模块包括电路，所述电路适于：当所述缓冲电容器上的电压下降到低于预先定义的最小缓冲电压阈值时，中止放电，其中，具体而言，所述最小缓冲电压阈值被预先定义，以确保所述电池不会深度放电，其中，更具体而言，所述最小缓冲电压阈值在0.3V至0.7V的范围内。
要指出的是，上面提到的实施例的组合引起根据本发明的更进一步的、更具体的实施例。
附图说明
下面通过非限制性的示例性实施例并且参考附图进一步对本发明进行说明，其中附图示出：
图1是根据本发明的听力设备的示例性实施例的简要示意图；
图2是根据本发明的听力设备的简化示例性状态图；
图3是示出了对根据本发明的听力设备的电压毛刺检测以及关闭状态的触发的示例性时序图；以及
图4是用于根据本发明的听力设备的缓冲电容器放电电路的示例性实施例的电路图。
在附图中，相似的附图标记指代相似的部件。
具体实施方式
如先前所指出的，本发明涉及各种不同类型的微型耳级听力设备，其中听力设备包括耳机、通信设备、助听器、听力增强设备以及听力保护设备。所有这些类型的听力设备具有如下共同点：这些听力设备由电池供电并且以微型扬声器(典型地还被称为“接收机”)为特征，以便将声音输出到用户的耳道中。取决于具体应用，这些听力设备还可以包括麦克风、控制单元、信号处理单元、存储器单元和/或无线收发器单元。图1示出了根据本发明的听力设备1的示例性实施例的简要示意图。听力设备1包括电池2(现在通常要求电池2是无汞电池)以用于对听力设备1供电。电池2被插入到听力设备1的电池舱中，其中电池舱包含电池接触件。可以通过打开电池盖(这给予对电池舱的访问)来替换电池2。许多时候电池盖被设计为使得通过打开电池盖将电池2从电池接触件移开并且关断听力设备1。反之，通过关闭电池盖，使得电池2与电池接触件接触并且接通听力设备1。用开关3来表示这种机制。听力设备1还包括耦合或缓冲电容器4。此缓冲电容器4例如吸收扬声器电流峰值并且稳定听力设备1的电子装置。此外，在电池2短暂地从电池接触件断开的阶段期间，缓冲电容器4提供连续的电力供给。听力设备1还包括多个电子单元，例如功率管理单元6、微控制器7、信号处理单元8(例如，数字信号处理器，DSP)以及放大器9，其中放大器9提供对扬声器(图1中未示出)进行驱动的信号。如上面所指示的，听力设备1还可以包括无线收发器(图1中未示出)。此外，听力设备2还包括一个或多个存储器单元(图1中未示出)，例如非易失性存储器(NVM)，如EEPROM。功率管理单元6的目的在于监控电子单元7、8、9的电源电压。功率管理单元6还可以适于：监控由电子单元7、8、9中的至少一个电子单元所消耗的电流。功率管理单元6还能够检测电池寿命终止或者估计剩余的电池寿命。
当检测到低电源电压状况时，功率管理单元6将开启低电池泄露关闭状态。这例如通过高优先级的中断传送给电子单元7、8、9，此后除了功率管理单元6之外的所有电子单元7、8、9就会完成任何关键操作(例如，向存储器写入数据)，并且然后进入关闭状态。此外，功率管理单元6将激活功率门10，其中功率门10会将电子单元7、8、9从电源(即，电源电压)断开，从而大幅减小了电池2的负载，以使得避免深度放电。
电池盖可以适于：当打开电池盖以及开关3时，不仅将电池2从电池接触件断开，而且例如经由电阻器5b提供跨缓冲电容器4两端的电连接，以便在打开电池盖时对缓冲电容器4放电。通过图1中的虚线示出了这种可选连接。当关闭电池盖时，电阻器5b从缓冲电容器4电断开。电阻器5b与开关3一起形成了根据本发明的放电模块的第一实施例。
图2示出了根据本发明的听力设备的简要示例性状态图。如从图2中可以看到的，两种不同的触发可以引起听力设备2的状态从“正常操作状态”变化到“低电池泄露关闭状态”。触发可以基于例如由电池寿命终止(EOL)检测模块(例如，使用电池电压监控)所确定的低电压检测。这可以通过检测电池电压何时下降到低于最小电压阈值来实现。不仅可以监控电源电压，而且可以监控多个电子单元7、8、9中的至少一个电子单元所消耗的电流。然后可以根据多个电子单元7、8、9中的至少一个电子单元的电流消耗来设置或调节最小电压阈值。可以在某一时间段内进行这种监控。低电压检测还可以包括电压毛刺检测(VGD)方案。VGD方案检测例如因机械振动或冲击(其引起电池2从至少一个电池接触件短期断开)引起的暂时电压下降或短时功率中断。替代地，控制单元可以发出软件(SW)触发(例如，中断)，以便强制电子单元7、8、9进入低电池泄露关闭状态。
如在图3的示例性时序图中可以看到的，当电源电压Vbat下降到低于预先定义的临界阈值Vshtd并且在比预先确定的最大毛刺时段Tdrop长的连续时间跨度内未恢复到高于预先定义的最小阈值Vfrd时，电压毛刺检测器(其是功率管理单元6的一部分)一旦检测到短时功率中断就重启(即，复位)电子单元7、8、9。否则，如果电源电压Vbat下降到低于临界电平Vshtd并且在预先确定的最大毛刺时间跨度Tdrop(典型地小于100毫秒)内未恢复到最小电平Vfrd，则VGD触发电子单元的关闭。在此时间跨度期间，电子单元7、8、9被提供有来自缓冲电容器4的功率。一旦处于低电池泄露关闭状态下，电子单元7、8、9就不再被供电。不再监控外部输入或者唤醒触发，并且听力设备1消耗非常少的电流，例如小于5μA。当在没有预先定义的启动过程的情况下离开低电池泄露关闭状态时，一些单元在再次被供电时可能处于未经定义的状态下。仅硬上电复位(POR)能够使电子单元7、8、9离开低电池泄露关闭状态而进入正常操作状态中。可以例如当电源电压Vbat跨越某一阈值VPOR(从低于该阈值过渡)时触发此POR，以使得Vbat变得大于VPOR。这与将电池2从电池接触件断开并重新连接相对应，由此Vbat首先低于VPOR阈值电平并且然后高于VPOR阈值电平。
使低电池泄露关闭状态下的电池负载最小化不仅增加了对电池2放电所花费的时间(从而在延长的时间长度内防止电池2的深度放电)，而且增加了当电池2从电池接触件断开时对缓冲电容器4放电所花费的时间。当听力设备1处于低电池泄露关闭状态下并且在缓冲电容器4所提供的电源电压Vbat下降到低于最小电平VPOR之前替换电池2时，这可能引起死锁情况的问题。在这种情况下，不会发出POR，以便将听力设备1从低电池泄露关闭状态中恢复并强制过渡到正常操作状态中。在这种情况下，听力设备1对于用户可能依然不可操作。
本发明通过在开启低电池泄露关闭状态时主动地对缓冲电容器4放电来解决此问题。提出了用于对缓冲电容器4放电的两种不同方案。第一种方案利用电池盖(其中开关3操作地连接到该电池盖)在打开电池盖时使缓冲电容器4电短路。这可以例如利用柔性金属接触件来完成，其中柔性金属接触件在打开电池盖时产生短路(即，电连接，例如经由电阻器5b)，从而对缓冲电容器4放电。关闭电池盖会移除短路(还参见上面结合图1所给出的放电模块的第一实施例)。
第二种方案是基于电子电路的。图4中示出了用于根据本发明的听力设备1的缓冲电容器放电模块5a的示例性的第二实施例的电路图。缓冲电容器放电模块5a由嵌入式电子电路组成，例如包括锁存器14，其中锁存器14控制开关，该开关将电阻负载16连接到电池电源Vbat/将电阻负载16从电池电源Vbat断开，即将缓冲电容器4的两个端子彼此连接。锁存器14由低电池泄露关闭信号(LL)来设置。在图4的示例中，只要电源电压(即，缓冲电容器4上的电压)下降到低于某一电平(例如，预先确定的阈值)，就将锁存器复位。向锁存器14的“R”输入端施加的复位信号由比较器13生成，其中向比较器13施加分压Vbat电平和参考电压Vref。如果由于电压下降(例如，当打开电池盖时)而触发LL关闭条件，则在缓冲电容器4的两个端子之间连接电阻负载(R3)16，以便减小对缓冲电容器4放电所花费的时间。当比较器13的输入端处的分压电压低于参考Vref时，比较器13将锁存器14复位，锁存器14转而将断开电阻器负载(R3)16，同时听力设备保持在LL关闭状态下。
通过采用可编程(或经修整的)参考电压或者可编程电压分压器11可以对阈值电压Vref(在Vref下负载(R3)16被断开)编程。阈值电压Vref需要低于VPOR。此外，Vref应当被选择得足够高，以使得并联连接的电池2不会深度放电。Vref的有效范围在0.3V至0.7V之间。

Claims (15)

1.一种用于操作听力设备(1)的方法，所述听力设备(1)包括功率管理单元(6)、扬声器以及多个电子单元，所述多个电子单元例如是控制单元(7)、信号处理单元(8)、存储器单元、无线收发器单元以及放大器(9)，所述方法包括以下步骤：
a)通过提供电池电压的电池(2)来对所述多个电子单元(7，8，9)供电；
b)通过并联连接到所述电池(2)的缓冲电容器(4)来稳定所述电池电压，并且因此提供电源电压；
c)监控所述多个电子单元(7，8，9)中的至少一个电子单元的所述电源电压；
d)当基于所述监控而识别到低电源电压状况时，开启低电池泄露关闭状态；
其中，所述开启低电池泄露关闭状态的特征在于：
-当进入所述低电池泄露关闭状态时，激活至少一个功率门(10)，以将所述多个电子单元(7，8，9)中的至少一个电子单元与所述电源电压断开；
-对所述缓冲电容器(4)放电。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，监控步骤c)包括以下步骤中的至少一个步骤：
c1)确定所述电池(2)的电荷状态；
c2)执行电源电压毛刺检测。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定步骤c1)包括：当所述电源电压下降到低于最小电压阈值时，识别出低电源电压状况。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，执行电源电压毛刺检测的步骤c2)包括：当所述电源电压在比预先确定的最大毛刺时间跨度长的时间跨度内下降到低于预先定义的毛刺阈值时，识别出低电源电压状况。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，监控步骤c1)还包括第二监控，所述第二监控包括：监控由所述多个电子单元(7，8，9)中的至少一个电子单元所消耗的电流，并且其中，所述最小电压阈值取决于所述第二监控。
6.根据权利要求1至5中的一项权利要求所述的方法，其中，对所述缓冲电容器(4)放电是通过打开电池盖来实现的，具体而言，是通过将所述电池(2)从所述听力设备(1)的至少一个电池接触件机械地移开来实现的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述电源电压下降到低于预先定义的最小缓冲电压阈值时，放电中止，其中，具体而言，所述最小缓冲电压被预先定义，以便确保所述电池(2)不会深度放电，并且其中，更具体而言，所述最小缓冲电压阈值在0.3V至0.7V的范围内。
8.一种被优化以便由无汞电池(2)供电的听力设备(1)，包括：
-电池接触件，所述电池接触件用于与电池(2)接合；
-扬声器；
-多个电子单元，例如控制单元(7)、信号处理单元(8)、存储器单元、无线收发器单元以及放大器(9)；
-缓冲电容器(4)，所述缓冲电容器(4)能操作地连接到所述电池接触件，以用于稳定电池电压并且向所述多个电子单元(7，8，9)提供电源电压；
-功率管理单元(6)，所述功率管理单元(6)适于监控所述电源电压并且识别低电源电压状况；
-至少一个功率门(10)，所述至少一个功率门(10)适于：当检测到低电源电压状况时，将所述多个电子单元(7，8，9)中的至少一个电子单元与所述电源电压断开，所述功率门(10)能够由所述功率管理单元(6)控制；
-放电模块(5a，5b)，所述放电模块(5a，5b)适于对所述缓冲电容器(4)放电。
9.根据权利要求8所述的听力设备(1)，其中，所述功率管理单元(6)还能够进行以下操作中的至少一个操作：
-确定所述电池(2)的电荷状态；
-执行电源电压毛刺检测。
10.根据权利要求9所述的听力设备(1)，其中，所述功率管理单元(6)还适于：当所述电源电压下降到低于最小电压阈值时，检测到低电源电压状况。
11.根据权利要求9所述的听力设备(1)，其中，作为执行电源电压毛刺检测的一部分的所述功率管理单元(6)还适于：当所述电源电压在比预先确定的最大毛刺时间跨度长的时间跨度内下降到低于预先定义的毛刺阈值时，检测到低电源电压状况。
12.根据权利要求10所述的听力设备(1)，其中，所述功率管理单元(6)还适于：监控所述多个电子单元(7，8，9)中的至少一个电子单元的电流消耗，并且根据所述电子单元(7，8，9)中的所述至少一个电子单元的所述电流消耗来设置或调节所述最小电压阈值。
13.根据权利要求8至12中的一项权利要求所述的听力设备(1)，其中，所述放电模块(5a)适于：当检测到低电源电压状况时，对所述缓冲电容器(4)放电。
14.根据权利要求8至12中的一项权利要求所述的听力设备(1)，其中，所述放电模块(5b)与所述听力设备(1)的电池盖操作地连接，并且所述放电模块(5b)适于：当所述电池盖被打开时，经由所述放电模块(5b)在所述电池接触件与地之间建立电连接，并且当所述电池盖被关闭时，通过将所述放电模块(5b)从所述电连接移除来中断所述电连接。
15.根据权利要求13所述的听力设备(1)，其中，所述放电模块(5a)包括电路，所述电路适于：当所述缓冲电容器(4)上的电压下降到低于预先定义的最小缓冲电压阈值时，中止放电，其中，具体而言，所述最小缓冲电压阈值被预先定义，以确保所述电池不会深度放电，其中，更具体而言，所述最小缓冲电压阈值在0.3V至0.7V的范围内。
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