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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein tragbares Ladesystem, welches
die Funktion einer herkömmlichen
Ladeanordnung und die Technologie davon verbessert. Ein Steuerungsspeicher-Verfahren wird
in dem Ladesystem zum gleichzeitigen Laden und Entladen sowohl des
Ladesystem als auch des Entladesystems einer mobilen elektronischen
Vorrichtung angewendet, mittels einer programmierbaren Funktion
oder Liefern elektrischer Energie von der originären, eingebauten Batterie der
originären Schaltung
zu der mobilen elektronischen Vorrichtung, um den Anforderungen
zum Betreiben einer mobilen elektronischen Vorrichtung im Freien
oder in einem Innen-Arbeitsbereich mit anderen elektrischen Vorrichtungen
gerecht zu werden. Die vorliegende Erfindung lässt den Adapter für eine mobile
elektronische Vorrichtung weg und kann so die Materialkosten des
Adapters einsparen. Die vorliegende Erfindung ist für die meisten
mobilen elektronischen Vorrichtungen anwendbar und in der Lage,
die Batterie-Ladeeffizienz zu erhöhen, ein programmierbares Ergebnis zu
liefern und eine längere
Batterie-Betriebsdauer zu bieten.
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Wie
von den zugehörigen
Branchen erkannt wurde, ist das verbessern der Funktion des Ladens einer
mobilen elektronischen Vorrichtung in den letzten Jahren ein Thema
für Entwickler
mobiler elektronischer Vorrichtungen und ein Forschungs- und Entwicklungsthema
für OEM-Hersteller.
Die verwendete Technologie und das verwendete verfahren sind jenen ähnlich,
die für
Kraftfahrzeug-Ladegeräte
verwendet werden, oder es wird ein neuer Adapter an herkömmliche
Stromversorgungen angeschlossen, die für viele verschiedene mobile
elektronische Vorrichtungen verwendbar sind und die Anforderungen zum
Laden einer Batterie erfüllen.
Gegenwärtig
ist eine verbesserte Ladestruktur ein sehr wichtiger Punkt, da die
meisten herkömmlichen
Lade-Baugruppen einen Anschluss aufweisen, der speziell zum Anschließen an eine
festgelegte Stromversorgung entwickelt ist, und jede kleine Veränderung kann
eine Inkompatibilität
mit der Spezifikation hervorrufen.
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Im
allgemeinen weist ein elektrischer Ladeanschluss einen USB (universal
serial bus)-Port und eine Batterie-Ladevorrichtung für Minicomputer (personal digital
assistant, PDA) und Mobiltelefone auf. Der Markt für USB-Anschluss-Baugruppen ist in
den letzten Jahren signifikant gewachsen. Da mobile elektronische
Produkte mit der Zeit immer leichter, dünner, kürzer und kleiner werden, wurden
Ladeeinrichtungen ein Industriestandard und führen zu einer Langzeit-Batteriebetriebs-Technologie.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie der kleinen Bauteile, bedingt
ein kleines Batterie-Modul eine große Anforderung an die Lademodul-Vorrichtung und bietet auch
eine hervorragende Geschäftsmöglichkeit
für die
Stromversorgungs-Industrie. Um den Anforderungen von Mobiltelefonen,
Kommunikationsprodukten und anderen Branchen zu entsprechen, wird
eine kleine Lademodul-Baugruppe erwartet, um ihre Entwicklung in
der Zukunft fortzusetzen.
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Es
wird auf 1 Bezug genommen. Eine mobile
elektronische Vorrichtung 1 (wie zum Beispiel ein Notebook-Computer, ein Minicomputer
oder ein Mobiltelefon) nach dem Stand der Technik hat eine Ladebuchse 2 zum
Verbinden mit einem USB (universal serial bus)-Stecker 3 zum Übertragen
von Daten oder zum Laden einer Batterie. Die elektronische Vorrichtung 1 ist
auch an eine Stromversorgung und an eine Datenquelle angeschlossen.
Die Spezifikationen der herkömmlichen
Batterie-Ladevorrichtungen für
elektronische Geräte
müssen
von Zeit zu Zeit modifiziert werden. Veränderungen in der Spezifikation können durch
Verwenden eines Adapters überwunden
werden, aber es gibt noch Probleme hinsichtlich der Spezifikationen
von Spannung und Strom. Beispielsweise ist der Stecker für einen
Adapter größer, der
5V in 3V wandelt, und die Baugröße wird
zu groß, oder
eine zusätzlichen
Schaltung (die Schaltung des Adapters) bewirkt ebenso eine übermäßige Größe. In praktischen
Anwendungen beeinflusst eine solche Anordnung die Baugröße und zusätzlichen
Funktionen und beeinflusst nachteilig den Nutzwert des Steckers.
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Deshalb
ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung
bereitzustellen, die eine verbesserte Langzeit-Betriebseigenschaft
und ein programmierbares Ergebnis aufweist, das in dem Batterie-Ladeverfahren
für die
meisten elektronischen Geräte
verwendet wird, damit die Kosten gesenkt werden und die Qualität verbessert
wird.
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Um
das vorangehende Ziel zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung
einen Satz von in Reihe geschalteter Batterien sowie eine Schutzschaltung.
Die Schutzschaltung ist mit einer Mikroprozessoreinheit (MCU) verbunden,
welche ein Programm speichern kann, und die MCU ist ferner mit einem
Lademodul und einem Entlademodul verbunden. Das Lade- und das Entlademodul
sind jeweils mit einem Ausgangsmodul und einem Eingangsmodul verbunden,
zum Vermeiden des Problempunktes von sich ändernden Spezifikationen der
herkömmlichen
Ladevorrichtungen. Mit der Struktur eines Basis-Hauptladesystems
und eines Erweiterungs-Energie-Untersystems
wird die Funktion des Ladens und Entladens einer Stromversorgung
erreicht, um auf sparsame Weise eine Batterie-Ladevorrichtung für praktische Anwendungen zu
definieren. Deshalb hat die vorliegende Erfindung einen höheren praktischen Wert
gegenüber
dem Stand der Technik und stellt auch eine zusätzliche Batterie-Schutzfunktion
bereit.
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Das
System und der Aufbau der vorliegenden Erfindung sind nachstehend
näher ausgeführt. Ein
Basis-Hauptladesystem weist auf einen Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschluss,
einen Stromeinspeisungs-Anschluss, einen Programmupdate-Eingangsanschluss,
eine ladbare/entladbare Batterie und eine Hauptsystem-Leiterplatte.
Die Hauptsystem-Leiterplatte
ist mit dem Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschluss, dem Stromeinspeisungs-Anschluss,
dem Programmupdate-Eingangsanschluss und der ladbaren/entladbaren
Batterie verbunden. Das Basis-Hauptladesystem weist auch die folgenden Schaltungsmodule
auf. Ein Lade-/Entlade-Schnittstellenmodul
ist mit dem Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschluss
und dem Stromeinspeisungs-Anschluss
verbunden und hat eine Eingangs-/Ausgangssignal-Steuerfunktion. Ein Lademodul ist mit
dem Lade-/Entlade-Schnittstellenmodul verbunden
und hat eine Ladesignal-Steuerfunktion. Ein
Entlademodul ist mit dem Lade-/Entlade-Schnittstellenmodul verbunden und ist
in der Lage, ein Entladesignal zu steuern. Ein Batteriesteuerungs-Schnittstellenmodul
ist mit der ladbaren/entladbaren Batterie, dem Lademodul oder dem
Entlademodul verbunden und hat eine Batterie-Schutzfunktion. Ein
Steuermodul hat einen Speicher und ist in der Lage, ein Steuerprogramm
durch den Programmupdate-Eingangsanschluss zu aktualisieren.
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Die
vorangehenden Aspekte und viele der vorhandenen Vorteile dieser
Erfindung werden leichter erkannt und werden besser verstanden durch
Verweis auf die folgende ausführliche
Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung
gelesen wird, wobei:
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1 eine
schematische Darstellung eines Basis-Hauptladesystems zum Verbinden mit einem Erweiterungs-Energie-Untersystem gemäß dem Stand
der Technik ist;
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2 eine
Ansicht eines Erweiterungs-Energie-Untersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
und
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3 eine
andere Ansicht eines Erweiterungs-Energie-Untersystems gemäß der vorliegenden Erfindung
ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun genauer unter Bezugnahme auf die
folgenden Ausführungsformen
beschrieben. Es ist anzumerken, dass die folgenden Beschreibungen
bevorzugter Ausführungsformen
dieser Erfindung hier nur zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung
präsentiert
werden; sie sollen nicht erschöpfend
oder auf die genau offenbarte Form beschränkt sein.
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Für die Wirkungsweise
der vorliegenden Erfindung wird auf die folgende Beschreibung Bezug genommen.
Die vorliegende Erfindung installiert ein Programm in dem Speicher
der Steuereinheit (MCU, machine control unit), um den Lade-/Entladefluss für elektronische
Vorrichtungen unter verschiedenen Umständen zu ermöglichen, und verwendet einen einfachen
Weg, um den Fluss der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. In
der MCU ist ein Programm zum Testen einer Lade-/Entladevorrichtung
gespeichert. Nachdem der Stecker oder das Anschlussteil einer elektrischen
Ladevorrichtung angeschlossen ist, wird der Lade- oder Entladevorgang
für eine
elektronische Vorrichtung ausgeführt.
Der Stecker oder das Anschlussteil kann ein Anschlussteil einer
elektronischen Vorrichtung/einer Ladevorrichtung sein und ist im
Allgemeinen ein Notebook-Gleichspannungseingang (DCIN). Deshalb
ist es für
die vorliegende Erfindung leichter, mit einer Veränderung
von Spezifikationen einer elektronischen Vorrichtung zurechtzukommen.
Mit einem Erweiterungs-Energie-Untersystem
kann ein Lade-/Entladesystem mit einer Vielzahl von Funktionen definiert
werden, um den Erfordernissen der geforderten Anwendungen zu entsprechen.
Ferner kann die MCU an eine einfache Spannungsregelschaltung für die gewünschten Funktionen
angeschlossen werden.
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In
der vorliegenden Erfindung ist der ganze Satz von Batterien in Reihe
geschaltet und an eine Schutzschaltung angeschlossen, und die Schutzschaltung
ist an eine Mikroprozessor-MCU angeschlossen, die in der Lage ist,
ein Programm zu speichern. Die MCU ist ferner mit einem Lademodul
und einem Entlademodul verbunden, und das Lade- und das Entlademodul
sind mit einem Ausgangs-/Eingangsmodul verbunden, um den Problempunkt
einer festgelegten Spezifikation der Ladevorrichtungen nach dem
Stand der Technik zu vermeiden. Mit der Struktur eines Basis-Hauptladesystems
und eines Erweiterungs-Energie-Untersystems wird die Funktion des
Ladens/Entladens einer Stromversorgung erreicht, um auf sparsame
Weise eine Batterie-Ladevorrichtung für praktische Anwendungen zu
definieren. Deshalb hat die vorliegende Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik einen höheren
Wert und bietet auch eine zusätzliche
Batterie-Schutzfunktion.
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Es
wird auf 2 für die Architektur der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, welche aufweist: ein Basis-Hauptladesystem (NEO
A), welches ferner einen Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschluss
aufweist (OUT Port, welcher drei Kontaktpunkte OUT+, VSET, GND aufweist,
wobei VSET der Spannungstest-Kontaktpunkt zum Steuern der Ausgangsspannung
ist); einen Stromeinspeisungs-Anschluss (ACIN Port, welcher einen
V+- und einen GND-Kontaktpunkt aufweist); einen Programmupdate-Eingangsanschluss
(PROGRAM, Kontaktpunkte 1–5);
eine ladbare/entladbare Batterie (CELL1 bis CELL4); eine Hauptsystem-Leiterplatte, welche
mit den Schaltungen des vorangehenden Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschlusses
(OUT Port), des Stromeinspeisungs-Anschlusses (ACIN Port), des Programmupdate-Eingangsanschlusses
(PROGRAM) und der ladbaren/entladbaren Batterie (CELL1 bis CELL4)
verbunden ist. Die vorliegende Erfindung wiest auch die folgenden
Schaltungsmodule auf: ein Lade-/Entlade-Schnittstellenmodul (NPP,
welches einen Ladewiderstand Q7 und einen Komparator U2 aufweist), welches
mit dem Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschluss (OUT Port) und dem Stromeinspeisungs-Anschluss (ACIN)
verbunden ist und in der Lage ist, das Eingangs-/Ausgangssignal (Stromversorgungssignal)
zu steuern; ein Lademodul (CHARGER, welches eine Einphasen-Strombegrenzungsdiode
D19, ein Stromversorgungs-Eingangssignal ACPRESS und einen Lade-Einschaltwert
ENABLE aufweist), welches mit einem Entlade-Schnittstellenmodul
(NPP) verbunden ist und in der Lage ist, die elektrischen Signale
zu steuern; ein Entlademodul (BOOSTER, welches einen Referenzspannungs-Feedback-Wert NBVID,
ein Entlade-Einschaltsignal Booston, eine Entlade-Einstellung RUN, einen
Entlade-Ausgang VOUT1 und eine Stromregeldiode D17 aufweist), welches
mit dem Entlade-Schnittstellenmodul
(NPP) verbunden ist und in der Lage ist, das elektrische Signal
zu steuern; ein Batteriesteuerungs-Schnittstellenmodul (LVD, welches einen
Komparator aufweist), welches mit den ladbaren und entladbaren Batterien
(CELL1 bis CELL4), dem Lademodul oder dem Entlademodul (CHARGER,
BOOSTER) verbunden ist und in der Lage ist, den Energiepegel der
Batterie aufrecht zu erhalten; und ein Steuermodul (MCU, das mit
den parallelen Batterie-Kontaktpunkten CM1–CM4, den Entlademodul-Kontaktpunkten
SOPI-AULI, den Programmupdate-Eingangsanschluss-Kontaktpunkten XL-CK,
XO, XRES verbunden ist) zum Anschließen des Systemanschlusses (J1-HEADER),
der mit dem Erweiterungs-Energie-Untersystem (NEO B) verbundenen
Kontaktpunkte CHGAONLY, CHGBONLY und B SNS sowie BP PRESS, und des
mit dem J2-HEADER-Anschluss verbundenen Kontaktpunktes ConnPresC,
und das einen Speicher aufweist und in der Lage ist, ein Steuerprogramm
durch den Programmupdate-Anschluss zu aktualisieren.
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Für das mit
einem Erweiterungs-Energie-Untersystem verbundenen Hauptladesystem,
welches ein Hauptsystem- und Untersystem-Schnittstellenmodul (A/B
Comp, einen Prozessor U9 aufweisend) aufweist, wird auf die 2 und 3 Bezug
genommen. Die Implementierung dieser bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich beschrieben. Der Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschluss
ist eine USB (universal serial bus)-Schnittstelle, eine RS232-Schnittstelle,
ein Mobiltelefon-Stromversorgungs-Schnittstellenanschluss
oder ein Erweiterungsanschluss (welcher einen Anschluss bezeichnet,
der zu dem ursprünglichen
Anschluss hinzugefügt
ist). Die angeschlossene mobile elektronische Vorrichtung ist ein
Notebook-Computer, ein Minicomputer (personal digital assistant,
PDA), ein tragbarer Audio-/Video-Player oder ein Mobiltelefon. Der
Stromeinspeisungs-Anschluss ist eine USB-Schnittstelle, eine elektrische Haushalts-Ladeschnittstelle
oder eine elektrische Mobil-Ladeschnittstelle. Das Hauptladesystem
weist ferner einen Untersystem-Anschluss (J1-HEADER 9), eine mit einem Untersystem-Schnittstellenmodul
(A/B Comp) verbundene Hauptsystem-Leiterplatte und ein Erweiterungs-Energie-Untersystem
auf. Das Erweiterungs-Energiesystem
ist mit dem Basis-Hauptsystem durch den Erweiterungs-Energiesystem-Anschluss verbunden.
Das Erweiterungs-Energie-Untersystem weist einen Hauptsystem-Anschluss (J1-HEADER 9),
eine ladbare/entladbare Untersystem-Batterie (CELL1–CELL4) und eine Untersystem-Leiterplatte auf,
die mit dem Hauptsystem-Anschluss (J1-HEADER9) und der ladbaren/entladbaren
Untersystem-Batterie (CELL1–CELL4)
verbunden ist. Das Erweiterungs-Energie-Untersystem weist die folgenden
Schaltungsmodule auf: ein Untersystem- und Hauptsystem-Schnittstellenmodul
(A/B Comp, einen Prozessor U9 aufweisend); ein Untersystem-Batteriesteuerungs-Schnittstellenmodul
(LVD, einen Prozessor U6-1 aufweisend); und ein Untersystem-Steuermodul
(OVP, der Schaltungsschutz-Kontaktpunkte V+,
VHI, VMI, VLI aufweist). Die ladbare/entladbare Batterie (CELL1–CELL4)
hat eine Spannungsstoß-Schutzschaltung
und weist ein Steuermodul (Spannungsstoß-Schutz, OVP) und ein Batteriesteuerungs-Schnittstellenmodul
(LVD) auf, welche mit der Hauptsystem-Leiterplatte verbunden sind. Die ladbaren
und entladbaren Untersystem-Batterien (CELL1–CELL4) haben die Spannungsstoß-Schutzschaltung,
und das Untersystem-Steuermodul (OVP) und das Untersystem-Batteriesteuerungs-Schnittstellenmodul
(LVD) sind mit der Untersystem-Leiterplatte verbunden. Der Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Lade-Ausgangsanschluss
hat einen Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Spannungsparameter-Übertragungs-Kontaktpunkt zum
Weiterleiten des Mobile-Elektronische-Vorrichtung-Ladeparameters an
das Entlademodul oder weiter an das Steuermodul (OVP). Der Stromeinspeisungs-Anschluss hat eine
mit der Hauptsystem-Leiterplatte verbundene Schaltung, ist mit der
ladbaren und entladbaren Batterie zum Laden der Batterie verbunden,
und ist parallel mit einem Spannungssignal geschaltet, welches zu
dem Lademodul oder weiter zu dem Steuermodul (OVP) zu übertragen
ist. Das Hauptsystem ist mit einem Untersystem-Schnittstellenmodul
verbunden und ist in der Lage, ein Spannungssignal von dem Erweiterungs-Energie-Untersystem
zu empfangen, und ist auch in der Lage, das Erweiterungs-Energie-Untersystem
gemäß des Elektrische-Energie-Zustandes
des Erweiterungs-Energie-Untersystems
zu laden oder zu entladen, nachdem das Steuermodul angeschlossen
ist. Das Steuermodul (OVP) hat eine Steuerfunktion, um das Lade-Schnittstellenmodul (NPP),
das Lademodul (CHARGER), das Entlademodul (BOOSTER) und das Batteriesteuerungs-Schnittstellenmodul
(LVD) zu unterstützen,
um sowohl den Anforderungen für
unterschiedliche Spannungsoder Stromspezifikationen für viele
unterschiedliche elektronische Vorrichtungen als auch den Anforderungen
für verschiedene
Spezifikationen für die
festgelegte Spannung oder den festgelegten Strom von unterschiedlichen
Stromversorgungen gerecht zu werden.
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Es
ist nennenswert, dass die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile
aufweist:
- 1. Die vorliegende Erfindung ist
für verschiedene Arten
elektronischer Vorrichtungen anwendbar und erweitert so deren Anwendungen.
Die vorliegende Erfindung wird durch das Aufnehmen von Software-Operatoren
und das Integrieren eines Batteriemoduls in die Leiterplatte einer
elektronischen Vorrichtung erreicht, um eine mögliche falsche Anwendung von
Spezifikationen zu reduzieren und Effizienz des Ladens einer Batterie
zu erhöhen,
damit der Rentabilitätszweck
erreicht wird.
- 2. Die vorliegende Erfindung integriert die Lade- und Entladefunktion
in Abhängigkeit
von den gegenwärtigen
Bedingungen und integriert sowohl die Lade- als auch die Entladefunktion,
um dem Anwendungsbereich für
elektronische Vorrichtungen zu maximieren, die in unterschiedlichen
Situationen Anwendung finden.
- 3. Die vorliegende Erfindung weist ein Erweiterungsmodul auf,
welches in geeigneter Weise zum Senken der Gerätekosten und zum Bereitstellen
eines leichten Zugangs (wie zum Beispiel Bereitstellen eines stetigen
Stromflusses für
eine wichtige Schaltung) Anwendung findet.
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Obwohl
die Erfindung bezüglich
dessen beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktischste und
bevorzugte Ausführungsform
angesehen wird, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht
auf die offenbarte Ausführungsform
beschränkt sein
braucht. Im Gegenteil ist beabsichtigt, verschiedene Modifikationen
und ähnliche
Anordnungen zu erfassen, die innerhalb des Geistes und des Bereichs der
angefügten
Ansprüche
liegen, die der weitesten Interpretation entsprechen, damit all
solche Modifikationen und ähnlichen
Strukturen umfasst werden.