блок питания и зарядное устройство для электрического устройства, запитываемого от батареи, и способ

Формула изобретения

1. Способ управления подачей тока на электрическое устройство, запитываемое от батареи, от внешнего источника тока, где внешний источник тока является либо источником неизменного тока, либо источником тока, изменяющегося во времени, при котором осуществляют измерение входного тока (I_вх) от внешнего источника тока, осуществляют выбор желаемого выходного тока (I_{вых-жел}) в соответствии с заданными рабочими параметрами электрического устройства, определяют нагрузочную долю, как долю тока от внешнего источника, включаемого в течение регулярного периода времени Т, из математического выражения _{вых-жел}= I_вх (нагрузочная доля), осуществляют подачу тока I_выход на электрическое устройство в соответствии с нагрузочным циклом, который определяется математическим выражением нагрузочный цикл = (I_{вых-жел}/I_вх) Т.

2. Способ по п. 1, при котором осуществляют выбор I_{вых-жел} в соответствии с режимом зарядки батареи.

3. Способ по п. 1, при котором осуществляют изменение нагрузочной доли в течение регулярного периода времени Т.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что I является функцией (I_вх-I_{вых-жел}).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют, нуждается ли батарея в зарядке, и если батарея нуждается в зарядке, устанавливают I_{вых-жел} равным току зарядки батареи, если батарея не нуждается в зарядке, устанавливают I_{вых-жел} равным току потребления электрического устройства в режиме работы.

6. Блок питания для электрического устройства, запитываемого от батареи, соединенный либо с источником неизменного тока, либо с источником тока, меняющегося во времени, содержащий преобразователь переменного тока в постоянный, который выполнен с возможностью отслеживания входного тока (I_вх), от источника тока к электрическому устройству, электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ), хранящее желаемые выходные токи (I_{вых-жел}), соответствующие заданным рабочим параметрам электрического устройства, контроллер, сообщающийся с упомянутым преобразователем переменного тока в постоянный и ЭППЗУ, при этом контроллер выбирает I_{вых-жел}, в соответствие с упомянутыми заданными рабочими параметрами, и определяет нагрузочную долю, как долю тока от внешнего источника, включаемого в течение регулярного периода времени Т, из математического выражения I_{вых-жел}= I_вх (нагрузочная доля), при этом контроллер подводит входной ток к электрическому устройству в соответствии с нагрузочным циклом, который определяется математическим выражением нагрузочный цикл= (I_{вых-жел}/I_вх) Т.

7. Блок питания по п. 6, отличающийся тем, что содержит подзаряжаемую батарею, стыкованную с электрическим устройством, для запитки электрического устройства, когда источник тока отсоединен.

8. Блок питания по п. 7, отличающийся тем, что содержит переключатель зарядки, сообщающийся с упомянутым контроллером, замыкающим упомянутый переключатель зарядки, с возможностью заряда упомянутой батареи в соответствии с одним из упомянутых заданных параметров.

9. Блок питания по п. 6, отличающийся тем, что упомянутые заданные параметры заключают в себе по крайней мере режим зарядки и режим работы устройства.

10. Блок питания по п. 9, отличающийся тем, что упомянутый контроллер устанавливает I_{вых-жел} равным току зарядки батареи, I_бат.

11. Блок питания по п. 9, отличающийся тем, что упомянутый контроллер устанавливает I_{вых-жел} равным току работы устройства, I_устр.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится в общем случае к электрическому устройству, запитываемому от подзаряжаемых батарей, и конкретнее к блоку питания и зарядки и способу приведения в действие электрического устройства и зарядки батареи при помощи источников питания с варьирующимся током.

В электрическом устройстве, например в сотовом телефоне, питание на устройство обычно подается от батареи. Телефонная батарея, например, заряжается путем подключения телефона к внешней подаче питания, именуемой зарядным устройством. Обычно процесс зарядки проходит под управлением программного обеспечения, находящегося в телефоне.

Структура и способ, отвечающие настоящему изобретению, расширяют способ управления током от источника неизменного тока к источнику тока, варьирующегося во времени, который требуется в новых изделиях. То есть общепринятый источник неизменного тока дорог в производстве и в целях уменьшения стоимости производства новые изделия включают в себя значительно менее дорогое зарядное устройство, выдающее ток, варьирующийся во времени. Изобретение использует новый способ, чтобы управлять зарядкой батареи и работой телефона при помощи варьируемого тока. Способ использует усовершенствованную унифицированную формулу управления током как для заряда батареи, так и для подачи питания при помощи источников варьирующегося питания. Также предлагается варьирующийся период времени, чтобы сглаживать средний выходной ток.

Прежде зарядные устройства для сотовых телефонов предусматривали источники неизменного тока. Телефонная батарея могла заряжаться непосредственно, путем подключения зарядного устройства к телефону, без какого-либо управления током. При подаче тока на телефон использовалась формула для вычисления нагрузочного цикла, который является долей зарядного тока (I_заряд), включаемого в течение регулярного периода времени Т. Поэтому усредненная по этому периоду времени величина тока (I_тел) равна преимущественному току телефона:

нагрузочный_цикл = (I_тел/I_заряд) х T. (1)

Для источника неизменного тока I заряд является константой и I_тел является константой, соответствующей уровням питания телефона. Таким образом, нагрузочный цикл также является константой на каждом уровне питания.

Стандартные зарядные устройства являются простыми устройствами сопряжения переменного/постоянного тока, которые подключают телефоны непосредственно к стенной розетке через соединитель системы телефона. Стандартные зарядные устройства выдают неотфильтрованный и неотрегулированный выходной ток с использованием традиционного трансформатора и мостового двухполупериодного выпрямляющего устройства для преобразования 110 В (или 220 В) переменного тока в 6 В постоянного тока. Величина выходного тока стандартного зарядного устройства варьируется, исходя из времени и напряжения на его нагрузке. В общем случае выходной ток является двухполупериодным с амплитудой от 0 до 1,5 А при 120 Гц (или 100 Гц) и средним значением около 700 мА. Напряжение нагрузки зарядного устройства в этом случае обычно является напряжением батареи. Чем ниже напряжение нагрузки, тем выше будет выходной ток, и наоборот.

Патент США 5,539,298 раскрывает компьютерную систему, которую можно подключать к устройству сопряжения переменного тока и портативному батарейному источнику питания. При отсутствии устройства сопряжения переменного тока компьютер запитывается от батареи, а при наличии устройства сопряжения переменного тока источник переменного тока выдает питание на компьютер и чтобы заряжать батарею. Зарядный ток может быть импульсным, и пиковый уровень импульсов зависит от того, подается питание на компьютер или нет. Однако эта система имеет недостаток, заключающийся в том, что она не может работать с источником тока, варьирующегося во времени.

Когда для зарядки батареи используется источник тока, варьирующегося во времени, телефонная батарея не может заряжаться путем простой подводки зарядного тока. Входной зарядный ток должен непрерывно измеряться. Поэтому общепринятый способ зарядки батареи, использующий источник неизменного тока, уже не годится, и требуется новый способ, чтобы генерировать преимущественный зарядный ток в течение периода времени.

В соответствии с изобретением предусматривается унифицированный способ зарядки батареи, позволяющий управлять источниками неизменного тока, а также источниками тока, варьирующегося во времени. В отличие от способа зарядки, используемого для источника неизменного тока, входной ток источника тока, варьирующегося во времени, должен непрерывно проверяться на протяжении процесса зарядки. Величину тока, выводимого, чтобы заряжать батарею или чтобы подавать питание телефона, можно устанавливать равным различным желаемым значениям путем выбора различных нагрузочных долей, исходя из измерения входного тока. Чтобы усовершенствовать вычисление преимущественного выходного тока, предусматривается унифицированная формула для различных источников питания (I_вxод) и различных желаемых токов (I_{вых-жел}), в соответствии с заданным отношением. Преимущество этого способа в том, что способ вычисления для управления током на телефон является точным независимо от того, является ли источник тока неизменным или варьирующимся во времени. При зарядке телефонной батареи I_{вых-жел} это величина тока желательного для зарядки батареи. При подаче питания телефона I_{вых-жел} является величиной тока, желательной, чтобы приводить в действие телефон в различных режимах работы. При использовании источника неизменного питания I_вход является неизменным значением от внешнего источника питания. При использовании источника питания, варьирующегося во времени, I_вход варьируется и должен все время измеряться. Для всех комбинированных ситуаций можно получать различные желаемые выходные токи путем изменения нагрузочной доли за период времени.

В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается настраиваемый период времени, чтобы добиться более гладкого усреднения тока, что улучшает зарядную эффективность. В некоторых случаях, например, когда входной ток много больше желаемого тока, нагрузочная доля должна была бы уменьшиться так, что ток подавался бы в короткоимпульсном режиме. Поскольку нагрузочная доля это доля зарядного тока (I_вход), включаемого в течение регулярного периода Т, короткоимпульсный режим приводит к возникновению большого промежутка времени, на протяжении которого зарядный ток выключен. Такой прерывистый процесс зарядки не является гладким и потому нежелателен. Для источника тока, варьирующегося во времени, разность между желаемым выходным током и входным током также варьируется во времени. Если используется фиксированный период времени, то чем больше разность, тем беднее будет результат усреднения. Период времени t можно таким образом модифицировать, исходя из разности между I_вход и I_{вых-жел}. Когда эта разность меньше 0 (т.е. I_вход< I_{вых-жел}), период времени продолжает расширяться, пока I не изменит знак.

В иллюстративном варианте реализации способ, отвечающий настоящему изобретению, включает в себя (а) измерение входного тока (I_вход) из источника тока, (b) выбор желаемого выходного тока (I_{вых-жел}) в соответствии с заданными рабочими параметрами, (с) определение нагрузочного цикла в соответствии с I_вход и I_{вых-жел} и (d) подачу питания (I_выx) на электрический аппарат в соответствии с нагрузочным циклом. Этап (b) может осуществляться путем выбора I_{вых-жел} в соответствии с работой зарядки батареи, и этап (d) может осуществляться путем подачи питания, чтобы заряжать батарею. Нагрузочный цикл является произведением нагрузочной доли и периода времени. В этой связи этап (с) осуществляется путем варьирования нагрузочной доли в течение периода времени. В альтернативном процессе период времени является функцией от (I_вход-I_{вых-жел}), и этап (с) осуществляется путем варьирования периода времени.

Этап (b) может осуществляться путем определения того, нуждается ли батарея в зарядке, и если да, установления I_{вых-жел} равным току зарядки батареи (I_бат). В этой связи, если батарея не нуждается в зарядке, этап (b) может осуществляться путем установления I_{вых-жел} равным току работы устройства (I _устр).

В другом иллюстративном варианте реализации, отвечающем изобретению, предусматривается блок питания для электрического устройства, запитываемого от батареи. Блок питания является стыкуемым либо с источником неизменного тока, либо с источником тока, варьирующегося во времени. Блок питания включает в себя преобразователь постоянного тока в переменный, который отслеживает входной ток (I_вход) из источника тока, память, хранящую желаемые выходные токи (I_{вых-жел}), соответствующие заданным рабочим параметрам, и контроллер, который определяет нагрузочную долю в соответствии с I_вход и I_{вых-жел}, где контроллер управляет переключателем, чтобы подводить входной ток (I_вход) к электрическому устройству в соответствии с нагрузочным циклом. Блок питания может дополнительно включать в себя подзаряжаемую батарею, стыкованную с электрическим устройством для запитки электрического устройства, когда источник тока отсоединен.

Блок питания может дополнительно заключать в себе цепь зарядки, сообщающуюся с контроллером, где контроллер замыкает цепь зарядки, чтобы заряжать батарею в соответствии с одним из заданных параметров. Заданные параметры предпочтительно заключают в себе, по крайней мере, режим зарядки и режим работы устройства. В этой связи, когда устройство находится в режиме зарядки, контроллер устанавливает I_{вых-жел} равным току зарядки батареи (I_бат), а когда устройство находится в режиме работы устройства, контроллер устанавливает I_{вых-жел} равным току работы устройства (I_устр).

Эти и другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых:

фиг.1 является блок-схемой, иллюстрирующей блок питания, отвечающий настоящему изобретению;

фиг. 2 является рабочей диаграммой, иллюстрирующей способ, выполняемый микропроцессором блока питания;

фиг. 3 является графиком управления током, показывающим I_вход и I_{вых-жел} в зависимости от времени;

фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим средний выходной ток, когда I_вход>>I_{вых.-жел};

фиг. 5А-5В являются графиками, иллюстрирующими управление током с использованием варьирования периодов времени; и

фиг. 6 является диаграммой машины состояний, отвечающей настоящему изобретению.

Фиг. 1 является блок-схемой, иллюстрирующей структуру блока питания, отвечающую настоящему изобретению. Блок питания 10 включает в себя зарядное устройство 12, которое соединяется с источником питания переменного тока, например, стенной розеткой. Входной ток I_заряд течет по направлению к переключателю 14, который размыкается и замыкается, исходя из сигнала УПР от микропроцессора 16. Микропроцессор управляет переключателем 14 через цепь зарядки 18 в соответствии с алгоритмом управления, отвечающим настоящему изобретению. Микропроцессор 16 обращается к ЭППЗУ (электрически перепрограммируемому постоянному запоминающему устройству), которое хранит желаемые выходные токи (I_{вых-жел}) для параметров зарядки и работы телефона. ЭППЗУ также хранит другие переменные в соответствии с таблицей.

Батарея 20 устройства принимает входной ток I_бат для зарядки батареи, когда блок питания находится в режиме зарядки, и переключатель 14 замкнут.

Алгоритм, выполняемый структурой, отвечающей настоящему изобретению, будет описан со ссылкой на фиг.2. Для этого сотовый телефон описывается как электронное устройство, хотя изобретение применимо и к другим электронным устройствам, и изобретение не предполагается ограниченным сотовым телефоном.

Когда зарядное устройство подключается к телефону (с батареей), инициируется цикл зарядки. Функция зарядки может осуществляться либо когда телефон включен с полным обслуживанием, либо когда он выключен. Ток зарядки всегда модулируется сигналом УПР, управляющим переключателем зарядки, на протяжении цикла зарядки. Величина тока, подаваемого на телефон или батарею, зависит от различных режимов работы и напряжения батареи.

Подключение зарядного устройства обнаруживается путем восприятия тока на этапе 101. Этот ток будет восприниматься каждую секунду путем включения УПР и считывания тока, выводимого из зарядного устройства через цепь зарядки. Зарядное устройство обнаруживается, если среднее значение тока выше порогового уровня зарядного тока (этап 102).

Если зарядное устройство обнаружено, то на этапе 103 активируется алгоритм зарядки. Как отмечено выше, в отличие от общепринятого способа зарядки, используемого для источника неизменного тока, входной ток источника тока, варьирующегося во времени, должен непрерывно проверяться в течение процесса зарядки (этап 104). Входной ток I_заряд затем усредняется до I_вход на этапе 105. То есть зарядный ток должен считываться, пока включен УПР, и ток, выводимый из стандартного выпрямительного зарядного устройства, является двухполупериодным с частотой 120 Гц. Принимая во внимание, что в одном стандартном быстром зарядном устройстве имеет место конденсатор на 4700 мкФ, который обуславливает большое время перехода, всякий раз при изменении УПР ток измеряется каждые 5 с путем взятия 10 выборок по 8 мс после включения УПР на 50 мс. Новое считывание тока является средним значением 10 выборок. I_вxод затем вычисляется с использованием фильтрационного усреднения путем сложения нового считывания тока и предыдущего I_вxод с весовыми коэффициентами соответственно 1/32 и 31/32.

Затем на этапе 106 выясняется, нуждается ли батарея в зарядке. Если да (ДА на этапе 106), микропроцессор переходит к этапу 107. Если нет (НЕТ на этапе 106), микропроцессор переходит к этапу 108. На этапах 107 и 108 ток, необходимый соответственно для зарядки батареи или для работы телефона, устанавливается равным желаемому выходному току I_{вых-жел}, исходя из режимов работы. Величина тока, выводимого, чтобы заряжать батарею или подавать питание телефона, устанавливается равным желаемому значению посредством микропроцессора путем выбора различных нагрузочных долей, исходя из измерения входного тока (см. фиг.3). Предусматривается следующая унифицированная формула для различных источников питания (I_вход) и различных требуемых токов (I_{вых-жел}):

I_{вых-жел}=I_вход х нагрузочная_доля (2)

и

нагрузочный_цикл = нагрузочная_доля х Т, (3)

где Т это период времени для получения среднего тока I_{вых-жел}. Как отмечено выше, преимущество унифицированной формулы в том, что вне зависимости от того, источник какого рода тока используется, неизменного или варьирующегося во времени, формула (2) всегда может быть использована в качестве общего способа вычисления. При зарядке телефонной батареи I_{вых-жел} является величиной тока, требуемой для зарядки батареи, а при подаче питания телефона I_{вых-жел} является величиной тока, чтобы компенсировать ток телефона, расходуемый в различных режимах работы. При использовании источника неизменного питания I_вход это неизменное значение от внешнего источника питания. При использовании источника питания, варьирующегося во времени, _вход варьируется и должен все время измеряться. Для всех комбинированных ситуаций различные выходные токи можно наблюдать путем изменения нагрузочной доли в течение периода времени. Фиг.3 иллюстрирует управление током с использованием формул (2) и (3) как для зарядки батареи, так и для подачи питания телефона. Заметим, что для заданного выходного тока I_{вых-жел} нагрузочная доля возрастает по мере того, как входной ток I_вход уменьшается.

На этапе 109 нагрузочный цикл вычисляется в соответствии с _вход и I_{вых-жел}, исходя из формул (2) и (3), так что:

нагрузочный_цикл = (I_{вых-жел} /I_вxод) х Т (4)

Затем нагрузочный цикл выводится для управления включением или выключением УПР, и питание (I_выx) подается на электрический аппарат в соответствии с определяемым нагрузочным циклом. Для уменьшения вычислительного бремени микропроцессора нагрузочные циклы можно предварительно вычислять и хранить в виде таблиц в ЭППЗУ. Микропроцессор обращается к соответствующей таблице и извлекает нагрузочный цикл, соответствующий входному току I _вход и желаемому выходному току I_{вых-жел}.

Нагрузочный цикл устанавливается равным 100%, если I_вход ниже I_{вых-жел}. В противном случае нагрузочный цикл вычисляется с использованием вышеприведенной формулы. В особом случае, когда передатчик включен и напряжение батареи выше 5,3 В, УПР будет установлен на низкое значение в течение остатка периода времени, чтобы защитить телефон от внутреннего перегрева.

В то время, когда нагрузочный цикл включен, могут иметь место короткие импульсы УПР низкого значения для измерения напряжения батареи. В то время, когда УПР выключен (t_имп-(нагрузочный_цикл)), могут иметь место короткие импульсы УПР высокого значения для обнаружения подключения зарядного устройства.

Более гладкие усреднения тока можно получить, используя настраиваемый период времени Т. Поскольку входной ток варьируется во времени, разность между выходным током и входным током также варьируется во времени. Если используется фиксированный период времени, то, чем больше разность, тем беднее будет результат усреднения (см. фиг.4).

Пусть для усреднения тока используется варьируемый период времени, тогда нагрузочный цикл в формуле (3) будет:

нагрузочный_цикл = нагрузочная_доля х t.

В этой формуле период времени t модифицируется, исходя из разности между I_вход и I_{вых-жел}. В общем случае t можно выразить как функцию от I

t = f(I) = f(I_вход-I_{вых-жел}) (5)

При возрастании I период времени Т убывает, и наоборот. Когда I меньше нуля (I_вход<I), период времени продолжает расширяться, пока I на изменит знак. Фиг. 5А-5В показывают выходной ток, гладко усредненный с использованием варьирования периода времени, вычисляемого по формуле (5).

Фиг. 6 является диаграммой машины состояний для алгоритма, отвечающего изобретению. Когда включается питание телефона, подаваемого либо от батареи, либо от внешнего источника питания, алгоритм зарядки входит в состояние ЗАПУСК, в котором все параметры, связанные с алгоритмом, инициализируются. 10-минутный таймер запуска активизируется, чтобы позволить телефону достичь температуры батареи. Телефон начинает постоянно проверять подключение зарядного устройства и отождествляет тип источника питания, приданного к телефону. Если никакого зарядного устройства не обнаружено, алгоритм идет в состояние ПЕРЕНОСНАЯ_ УСТАНОВКА, в котором зарядка не действует, и телефон работает как переносная установка.

Всякий раз при обнаружении зарядного устройства зарядка активизируется и состояние изменяется от состояния ПЕРЕНОСНАЯ УСТАНОВКА к состоянию ОЖИДАНИЕ. Состояние ОЖИДАНИЕ - это анализирующее состояние алгоритма зарядки. В состоянии ОЖИДАНИЕ микропроцессор проверяет все требования зарядки, чтобы гарантировать, что батарея заряжается в безопасной ситуации. Требования включают в себя: (1) таймер запуска закончил отсчет, (2) передатчик выключен, (3) телефон не обращается к системе и не сканирует каналы, (4) температура батареи находится в диапазоне для зарядки, и (5) напряжение батареи ниже уровня "первоначально полностью заряженной батареи". Если все требования выполнены, алгоритм переключается в состояние ЗАРЯДКА. В противном случае алгоритм остается в состоянии ОЖИДАНИЕ и поддерживает батарею. Если обнаруживается, что напряжение батареи до зарядки выше уровня "первоначально полностью заряженной батареи", алгоритм сразу входит в состояние ЗАРЯДКА_ ОКОНЧЕНА, чтобы избежать перезарядки полностью заряженной батареи.

В состоянии ЗАРЯДКА батарея заряжается зарядным током от блока питания. В течение зарядки некоторые требования, например, ситуации передатчика, температура батареи и режимы работы телефона, постоянно отслеживаются. Если какое-либо из этих требований достигает неприемлемого уровня, алгоритм возвращается в состояние ОЖИДАНИЕ. В противном случае, батарея непрерывно заряжается, пока не будет достигнут уровень полностью заряженной батареи. Чтобы определять, когда батарея полностью заряжена, используются четыре условия: (1) обнаружение минус дельта V, (2) обнаружение пикового напряжения, (3) максимальное напряжение батареи и (4) ограничения таймера безопасности. При наступлении любого из этих условий состояние ЗАРЯДКА прекращается. Алгоритм переключается в состояние ЗАРЯДКА ОКОНЧЕНА, и батарея объявляется полностью заряженной.

В состоянии ЗАРЯДКА_ОКОНЧЕНА алгоритм поддерживает полностью заряженную батарею с помощью модулированного зарядного тока. Функция отжатия разблокируется, чтобы защищать батарею от подзарядки в течение короткого времени. Требования, проверяемые в состоянии ОЖИДАНИЕ, также испытываются в состоянии ЗАРЯДКА_ ОКОНЧЕНА. Алгоритм возвращается в состояние ЗАРЯДКА, чтобы подзаряжать батарею, если напряжение падает ниже дежурного уровня перезарядки в дежурном режиме. Если напряжение батареи падает до переговорного уровня подзарядки в переговорном режиме, алгоритм возвращается в состояние ОЖИДАНИЕ и затем в состояние ЗАРЯДКА, когда передатчик выключается.

Если никакого зарядного устройства не обнаруживается за 3 с в ходе процесса зарядки, алгоритм возвращается в состояние ПЕРЕНОСНАЯ_УСТАНОВКА и прерывает процесс зарядки.

Режим чистой зарядки устанавливается при включении питания телефона путем подключения зарядного устройства к телефону или при выключении питания телефона, но при подключенном зарядном устройстве. В режиме чистой зарядки блок передатчика выключен и цифровая клавиатура заблокирована. Процесс зарядки батареи является единственной активизированной функцией. Программное обеспечение управления зарядкой является унифицированной функцией, предназначенной как для нормального режима, так и для режима чистой зарядки.

При соединении с зарядным устройством телефон может переключаться между нормальным режимом и режимом чистой зарядки путем нажатия кнопки "КОНЕЦ". В течение перехода между режимами процесс зарядки плавно переводится из данного режима работы в другой режим. Некоторые статусы зарядки сохраняются, чтобы продолжать процесс зарядки. Цикл зарядки не будет перезапущен, когда телефон переустанавливается вследствие переключения режимов работы. Эта конструкция также применима к ситуации, когда телефон перезапускается (теплый запуск или перезагрузка) программным обеспечением.

Коль скоро зарядный ток варьируется во времени, ток, требуемый, чтобы заряжать батарею или запитывать телефон, должен также все время модулироваться. Модуляция генерирует нагрузочный цикл, который является долей регулярного периода времени такого, что средний ток по этому периоду времени равен преимущественному зарядному току. Нагрузочный цикл является переменной, значение которой зависит не только от величины зарядного тока и требуемого тока, но также от многих других параметров, например зарядных состояний, напряжения батареи, включения/выключения передатчика и его уровней питания и выборов включения/выключения подсветки. В этом контексте:

нагрузочный_цикл = (I_{вых-жел}/I_вход) х Т_п, (6)

где Т_п - это регулярный период времени (5 с),

I_заряд - усредненный зарядный ток от зарядного устройства,

I_{вых-жел} - ток, требуемый для зарядки батареи или для подачи тока телефона.

Чтобы заряжать батарею, нагрузочный цикл является функцией от I_вxод и тока зарядки батареи I_бат:

нагрузочный_цикл = (I_бат/I_вход) х Т_п (7)

Чтобы подавать ток телефона, нагрузочный цикл является функцией от I_вход и тока телефона I_тел. Дополнительные 10% нагрузочного цикла предусматриваются для эффективности зарядки, так что:

нагрузочный_цикл = (I_тел/I_вход) х Т_п х 100% (8)

Если подсветка включена, нагрузочный цикл компенсируется током подсветки I_{подсвет}, и:

нагрузочный_цикл = ((I_бат + I_{подсвет})/I_вход) х Т_п (9)

или

нагрузочный_цикл = ((I_тел + I_{подсвет})/I_вход) Х Т_п х 100% (10)

Нагрузочный цикл устанавливается равным нулю, если передатчик включен, и напряжение батареи выше 5,3 В, или телефон обращается к системе или сканирует каналы при напряжении батареи около 4,5 В. Если передатчик включен, и напряжение батареи ниже 4,5 В, нагрузочный цикл вычисляется с использованием равенства (7).

В состоянии ЗАРЯДКА, если все требования зарядки, проверенные в состоянии ОЖИДАНИЕ, выполнены, зарядный ток подается на батарею, пока не определится состояние полностью заряженной батареи. Поскольку в батареях нет встроенных термисторов, обнаружение того, что батарея полностью заряжена, основывается только на считывании напряжения. Усредненное напряжение V_сред вычисляется и проверяется каждую минуту путем сравнения нового считывания напряжения с предыдущим. Если кривая зарядки возрастает, максимальное считывание V_{сред МАКС} обновляется новым считыванием V_сред. В противном случае активизируется определение того, является ли батарея полностью заряженной, если V_{сред макс} оказывается выше уровня полностью заряженной батареи. Способы, описанные ниже, используются для определения того, является ли батарея полностью заряженной.

(1) Обнаружение минус дельта V

Батарея полностью заряжена, если напряжение батареи V_сред является двумя считываниями выпрямителя (соответствующее примерно 28 мВ) меньше максимального считывания V_{сред макс} за два последовательных цикла.

(2) Обнаружение пикового напряжения

Зарядка окончена, если напряжение батареи V_сред меньше или равно максимальному считыванию V_{сред макс} в течение десяти минут.

(3) Максимальный предел напряжения

Зарядка останавливается, если максимальное считывание напряжения V_{сред макс} достигает или превосходит максимальный уровень напряжения батареи.

(4) Предел таймера безопасности

Зарядка прекращается, если она достигает максимального времени зарядки. Этот таймер действует, когда батарея фактически заряжена.

При стандартном зарядном устройстве варьирующийся зарядный ток также обуславливает варьирование напряжения батареи. Напряжение не может быть непосредственно измерено путем считывания преобразователя переменного тока в постоянный. Измерение напряжения активизируется каждые 5 с в то время, как УПР выключен. После установления выключения УПР на 100 мс производится выборка напряжения, и новое среднее напряжение является средним значением новой выборки и предыдущего среднего напряжения.

При отсутствии встроенного термистора, под температурой батареи подразумевают внутреннюю температуру телефона, выдаваемую термистором генератора. Поскольку фактическая температура батареи не может быть точно измерена термистором, она используется как опорная точка внешней температуры телефона в ходе процесса зарядки. Батарея не будет заряжаться, если температура выходит за пределы определенного диапазона. Температура проверяется раз в секунду и усредняется с использованием фильтрационного усреднения путем сложения нового считывания температуры и предыдущего среднего значения температуры с весовыми коэффициентами соответственно 1/8 и 7/8. Пределы температуры требуются для всего процесса зарядки.

В соответствии с настоящим изобретением предусматриваются блок питания и способ для приведения в действие электрического устройства и зарядки батареи устройства вне зависимости от того, является ли источник тока неизменным или варьирующимся во времени. Таким образом, можно реализовать менее дорогое зарядное устройство, например стандартное зарядное устройство, которое, как замечено выше, подает ток, варьирующийся во времени, снизив общую стоимость изделия. Кроме того, при использовании настраиваемого периода времени для усреднения тока достигаются более гладкие усреднения тока и таким образом более эффективная зарядка.