Способ и система для конфигурирования электрических контактов в электрическом устройстве
Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности правильной состыковки вместе силовых контактов и контактов для данных на двух устройствах без необходимости использования механических средств для принудительного приведения двух устройств к одной конкретной ориентации относительно друг друга. Электрическая система содержит первичное устройство (100) и вторичное устройство (102), при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта (110), а вторичное устройство содержит несколько электрических контактов (130), связанных с разными функциями; и при этом электрические контакты на вторичном устройстве могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях; при этом первичное устройство содержит: источник (106) напряжения; и контроллер (108); при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением; при этом контроллер соединен с каждым из переключателей и выполнен с возможностью последовательного замыкания пары переключателей во время операции по ориентации для соединения источника напряжения со вторичным устройством; при этом каждая пара переключателей содержит переключатель стороны высокого напряжения, связанный с одним из контактов, и переключатель стороны низкого напряжения, связанный с другим из контактов; и выполнен с возможностью записи разности напряжений между контактами, связанными с несколькими парами переключателей, и определения ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства на основании записанных разностей напряжений. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 табл., 8 ил.
Настоящее изобретение относится к способу и системе для определения ориентации вторичного устройства, электрически соединенного с первичным устройством, при этом вторичное устройство может быть соединено с первичным устройством в нескольких ориентациях. Изобретение, в частности, относится к зарядке вторичного устройства от первичного устройства и, в частности, к зарядке устройств с несколькими симметрично расположенными электрическими контактами, которые могут состыковываться с зарядным устройством в нескольких разных ориентациях.
Портативным электронным устройствам зачастую необходимо электрическое соединение с другими электрическими устройствами для перезарядки и для обмена данными, такими как обновления программного обеспечения или данные об использовании. Как правило, данные передаются через один набор электрических контактов, а питание передается через другой набор электрических контактов.
Для гарантирования того, что выполнены правильные электрические соединения, чтобы контакты для данных на одном устройстве состыковывались с контактами для данных на другом устройстве и подобным образом силовые контакты на одном устройстве состыковывались с силовыми контактами на другом устройстве, известные из уровня техники системы полагались на механические средства, гарантирующие возможность исключительно правильного соединения. Это значит, что корпусы устройств или гнезда на корпусах должны быть выполнены асимметричными.
Однако асимметричные корпусы могут быть нежелательными с технической и эстетической точки зрения. Целью изобретения является обеспечение возможности правильной состыковки вместе силовых контактов и контактов для данных на двух устройствах без необходимости использования механических средств для принудительного приведения двух устройств к одной конкретной ориентации относительно друг друга.
Первый аспект предусматривает первичное устройство для соединения со вторичным устройством, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта;
источник напряжения; и
контроллер;
при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением;
при этом контроллер соединен с каждым из переключателей и выполнен с возможностью последовательного замыкания пар переключателей во время операции по ориентации для соединения источника напряжения с устройством, при этом каждая пара переключателей содержит переключатель стороны высокого напряжения, связанный с одним из контактов, и переключатель стороны низкого напряжения, связанный с другим из контактов; и выполнен с возможностью записи разности напряжений между контактами, связанными с несколькими парами переключателей, и определения ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства на основании записанных разностей напряжений.
Вторичное устройство может содержать несколько электрических контактов, связанных с разными функциями, и электрические контакты вторичного устройства могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях.
Контроллер может быть выполненным с возможностью замыкания нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию вторичного устройства. Таким образом, функции электрических контактов в первичном устройстве могут быть подобраны таким образом, чтобы соответствовать функции электрических контактов вторичного устройства в зависимости от ориентации вторичного устройства.
Следовательно, первичное и вторичное устройства могут соединяться друг с другом в нескольких разных относительных ориентациях, и нет необходимости предусматривать на этих двух устройствах элементы механического сцепления, обеспечивающие определенную относительную ориентацию. Корпусы устройств могут быть выполненными осесимметричными, что может быть выгодно по техническим или эстетическим причинам. Кроме того, устройства, которые можно соединять друг с другом с несколькими разными ориентациями, как правило, легче использовать, чем устройства, которые можно соединять друг с другом только с одной ориентацией или с большим, ограниченным числом ориентаций. Несколько ориентаций представляет собой предпочтительно конечное число ориентаций.
Благодаря использованию источника напряжения в первичном устройстве и измерению падения напряжения на нескольких парах контактов для определения относительной ориентации первичного и вторичного устройств, от вторичного устройства не требуется никакого питания. Таким образом, система может работать, даже если вторичное устройство не имеет доступного источника питания, например если батарея во вторичном устройстве полностью разрядилась.
Первичное устройство может представлять собой электрическое зарядное устройство, и контроллер может быть выполненным с возможностью замыкания нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию вторичного устройства перед операцией по зарядке.
Могут быть использованы любые подходящие переключатели, но в одном варианте осуществления каждый из переключателей представляет собой транзистор.
Первичное устройство может содержать энергонезависимую память, в которой хранится запись ожидаемых разностей напряжений между контактами, связанными с каждой из нескольких пар переключателей, для каждой из нескольких ориентаций, и контроллер может быть выполненным с возможностью сравнения разностей напряжений, записанных во время операции по ориентации, с ожидаемыми разностями напряжений, чтобы определять ориентацию вторичного устройства.
Первичное устройство может дополнительно содержать токоограничивающий резистор, соединенный параллельно с токоограничивающим переключателем между источником напряжения и электрическими контактами на устройстве, при этом контроллер выполнен с возможностью удерживания токоограничивающего переключателя разомкнутым во время операции по ориентации. Это гарантирует, что во время операции по ориентации на контакты вторичного устройства проходит только ток ограниченной величины, а также что на вторичное устройство во время операции зарядки может проходить больший ток.
Первичное устройство может содержать по меньшей мере пять электрических контактов. В одном варианте осуществления первичное устройство содержит пять электрических контактов в пределах гнезда. Гнездо имеет в поперечном сечении форму правильного десятиугольника. Каждый из пяти электрических контактов расположен на одинаковом расстоянии от центральной точки в осесимметричном рисунке. Каждый из контактов может заполнять две смежные стороны гнезда.
Второй аспект изобретения предусматривает электрическую систему, содержащую первичное устройство и вторичное устройство, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта, а вторичное устройство содержит несколько электрических контактов, связанных с разными функциями; и при этом электрические контакты на вторичном устройстве могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях, при этом первичное устройство содержит:
источник напряжения; и
контроллер;
при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением;
при этом контроллер соединен с каждым из переключателей и выполнен с возможностью последовательного замыкания пар переключателей во время операции по ориентации для соединения источника напряжения с устройством, при этом каждая пара переключателей содержит переключатель стороны высокого напряжения, связанный с одним из контактов, и переключатель стороны низкого напряжения, связанный с другим из контактов; и выполнен с возможностью записи разности напряжений между контактами, связанными с несколькими парами переключателей, и определения ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства на основании записанных разностей напряжений.
Несколько ориентаций представляет собой предпочтительно конечное число ориентаций.
Преимущественно, вторичное устройство содержит защитные диоды, подключенные между несколькими парами контактов на вторичном устройстве.
Каждое из первичного устройства и вторичного устройства может содержать по меньшей мере четыре контакта. Два контакта на вторичном устройстве могут представлять собой контакты для данных, один контакт может представлять собой контакт подачи питания на стороне высокого напряжения, и еще один контакт может представлять собой контакт подачи питания на стороне низкого напряжения или контакт электрического заземления.
Вторичное устройство может содержать вторичную батарею.
Вторичное устройство может иметь такую форму, чтобы входить в гнездо в первичном устройстве с некоторым, но конечным числом ориентаций, с тем чтобы электрические контакты на вторичном устройстве могли входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства с некоторым, но конечным числом ориентаций. Вторичное устройство может содержать корпус с поперечным сечением в форме правильного многоугольника. Первичное устройство может содержать гнездо с соответствующим поперечным сечением в форме правильного многоугольника. Например, вторичное устройство и гнездо могут иметь в поперечном сечении квадрат, пятиугольник, шестиугольник, восьмиугольник или десятиугольник.
Вторичное устройство может содержать корпус с количеством сторон, превышающим количество его электрических контактов. Например, вторичное устройство может содержать корпус, у которого количество сторон в два раза больше, чем количество электрических контактов. В одном примере вторичное устройство содержит корпус с поперечным сечением в форме десятиугольника и содержит пять электрических контактов.
Электрические контакты на вторичном устройстве могут быть расположены осесимметричным рисунком. Электрические контакты на первичном устройстве тоже могут быть расположены осесимметричным рисунком. Электрические контакты на вторичном устройстве могут быть равномерно разнесены под углом вокруг центральной точки на торцевой поверхности вторичного устройства. Альтернативно, вторичное устройство может содержать один центральный контакт на торцевой поверхности устройства и несколько дополнительных электрических контактов, симметрично расположенных вокруг центрального контакта.
Электрические контакты на вторичном устройстве могут проходить по двум или более сторонам устройства. Если вторичное устройство может быть ориентировано относительно первичного устройства с таким же числом ориентаций, что и сторон на вторичном устройстве, это значит, что каждый электрический контакт на первичном устройстве может иметь два или более положения, в котором он может подключаться к любому заданному контакту на вторичном устройстве. Таким образом, механически отличающихся ориентаций может быть больше, чем электрически отличающихся ориентаций. Например, если вторичное устройство содержит корпус с десятью сторонами и может быть ориентировано с десятью разными физическими ориентациями относительно первичного устройства, но содержит только пять электрических контактов, каждый из которых проходит через две стороны корпуса вторичного устройства, то каждое из этих положений может быть электрически равноценно одному другому положению.
Вторичное устройство может представлять собой электрически управляемое курительное устройство и может иметь такой размер, чтобы почти соответствовать размеру традиционной сигареты.
Первичное устройство может представлять собой зарядное устройство или адаптер, позволяющий вторичному устройству соединяться с дополнительным устройством и обмениваться питанием и данными с дополнительным устройством. Например, первичное устройство может представлять собой USB-адаптер для вторичного устройства.
Третий аспект изобретения предусматривает способ определения ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства, с которым вторичное устройство соединено, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта, а вторичное устройство содержит несколько электрических контактов, связанных с разными функциями вторичного устройства; и при этом электрические контакты на вторичном устройстве могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях; при этом первичное устройство содержит источник напряжения и контроллер; при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением; при этом способ включает:
последовательное замыкание пар переключателей с соединением источника напряжения со вторичным устройством, при этом каждая пара переключателей содержит переключатель стороны высокого напряжения, связанный с одним из контактов, и переключатель стороны низкого напряжения, связанный с другим из контактов;
запись разности напряжений между контактами, связанными с несколькими парами переключателей, и
определение ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства на основании записанных разностей напряжений.
Первичное устройство может содержать энергонезависимую память, в которой хранится запись ожидаемых разностей напряжений между контактами, связанными с каждой из нескольких пар переключателей, для каждой из нескольких ориентаций, и способ может включать сравнение разностей напряжений, записанных во время операции по ориентации, с ожидаемыми разностями напряжений для определения ориентации устройства.
Однако не для всех пар переключателей может храниться ожидаемая разность напряжений. Ожидаемая разность напряжений между контактами, связанными с первой парой переключателей, может варьироваться в зависимости от состояния вторичного устройства.
Четвертый аспект изобретения предусматривает способ зарядки вторичного устройства, соединенного с первичным устройством, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта, а вторичное устройство содержит несколько электрических контактов, связанных с разными функциями вторичного устройства; и при этом электрические контакты на вторичном устройстве могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях; при этом первичное устройство содержит источник напряжения и контроллер; при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением; при этом способ включает:
определение ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства способом согласно третьему аспекту; замыкание нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию устройства; и обеспечение прохождения тока для зарядки от первичного устройства к вторичному устройству через по меньшей мере один из замкнутых переключателей.
Любой признак, относящийся к одному аспекту, может быть применен к другим аспектам в любой подходящей комбинации. В частности, аспекты способа могут быть применены к аспектам устройства, и наоборот. Кроме того, любые, некоторые или все признаки в одном аспекте могут быть применены к любым, некоторым или всем признакам в любом другом аспекте, в любой подходящей комбинации.
Также следует понимать, что отдельно взятые комбинации различных признаков, описанных и определенных в любых аспектах изобретения, могут быть реализованы, или предоставлены, или использованы независимо.
Эти и другие аспекты устройства будут понятны из следующих приведенных в качестве примера вариантов осуществления, которые описаны со ссылкой на следующие фигуры, на которых:
на фиг. 1 показано схематическое изображение системы, содержащей первичное устройство, которое выполнено с возможностью зарядки вторичного устройства;
на фиг. 2 показано изображение в перспективе приведенного в качестве примера вторичного устройства;
на фиг. 3a показано изображение компоновки электрических контактов на торцевой поверхности вторичного устройства, показанного на фиг. 2;
на фиг. 3b показано изображение компоновки электрических контактов на первичном устройстве, показанном на фиг. 1, наложенной на изображение, показанное на фиг. 3a;
на фиг. 4 показано схематическое изображение системы определения ориентации и зарядки в первичном устройстве, показанном на фиг. 1;
на фиг. 5 показано схематическое изображение соединений между контактами на вторичном устройстве, показанном на фиг. 1;
на фиг. 6 показано изображение альтернативной компоновки электрических контактов на первичном и вторичном устройствах; и
на фиг. 7 показано альтернативное первичное устройство.
На фиг. 1 показано первичное устройство 100. Первичное устройство 100 в данном примере представляет собой зарядный и очищающий блок для электрически нагреваемой курительной системы. На фиг. 1 также показано вторичное устройство 102. Вторичное устройство 102 в данном примере представляет собой электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, приспособленное для приема курительного изделия 104, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Первичное устройство 100 содержит первичную батарею 106, управляющую электронику 108 и электрические контакты 110, выполненные для подачи электропитания на вторичное устройство из батареи 106, когда вторичное устройство соединено с электрическими контактами 110. Первичное устройство выполнено для зарядки вторичного устройства с помощью батареи 106. Электрические контакты 110 выполнены смежно с дном полости 112. Полость выполнена с возможностью приема вторичного устройства 102. Предусмотрена крышка 114, которая выполнена для закрепления вторичного устройства 102 в полости 112 первичного устройства 100. Компоненты первичного устройства 100 расположены внутри корпуса 116. Крышка 114 соединена с корпусом 116 посредством шарнира 118.
Кроме того, первичное устройство 100 снабжено группой из трех индикаторов 120, 122 и 124. Индикатор 120 предусмотрен для указания уровня заряда в процентах, оставшегося в первичной батарее 106. Например, 100% будет указывать, что батарея 106 полностью заряжена, а 50% будет указывать, что батарея 106 наполовину заряжена.
Второй индикатор 122 предусмотрен для указания на то, что вторичное устройство 102 полностью заряжено и готово к использованию для генерирования аэрозоля. Индикатор 122 отображает данное состояние готовности только после того, как вторичное устройство способно обеспечивать достаточное питание для обеспечения пользователю полного сеанса курения; например, достаточное питание для аэрозолизации всего субстрата 104, образующего аэрозоль, или достаточное питание для генерирования заданного количества затяжек. В этом конкретном варианте осуществления вторичное устройство 102 не сможет работать, пока перезаряжаемая батарея 126 не будет полностью заряжена. Третий индикатор 124 предусмотрен для указания на то, что вторичное устройство очищается.
Вторичное устройство 102 содержит перезаряжаемую батарею 126, вторичную управляющую электронику 128 и электрические контакты 130. Как описано выше, перезаряжаемая батарея 126 вторичного устройства 102 выполнена с возможностью приема подаваемого питания от первичной батареи 106, когда электрические контакты 130 находятся в контакте с электрическими контактами 110 первичного устройства 100 и крышка находится в закрытом положении. Вторичное устройство 102 дополнительно содержит полость 132, выполненную с возможностью приема изделия 104, генерирующего аэрозоль. На дне полости 132 предусмотрен нагреватель 134, например нагреватель в виде пластины. При использовании пользователь активирует вторичное устройство 102, и питание подается от батареи 126 через управляющую электронику 128 на нагреватель 134. Нагреватель нагревается до стандартной рабочей температуры, достаточной для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, изделия 104, генерирующего аэрозоль. Компоненты вторичного устройства 102 расположены внутри корпуса 136.
В первичном устройстве предусмотрено пять электрических контактных штырей 110: два для подачи питания на вторичное устройство, как было описано, два для передачи данных между первичным устройством и вторичным устройством и один резервный контакт. Каналы для обмена данными используются для загрузки данных, таких как статистика использования, информация о рабочем состоянии и т. п., со вторичного устройства. Кроме того, канал для обмена данными выполнен с возможностью передачи данных, таких как рабочие протоколы и обновления программного обеспечения, с первичного устройства на вторичное устройство. Рабочие протоколы могут включать профили блоков питания, которые должны быть использованы во время подачи питания от вторичного блока питания на нагреватель. Данные могут быть переданы со вторичного устройства 102 на первичное устройство 100 и сохранены, например, в управляющей электронике 108. Затем данные могут быть переданы из первичного устройства 100 через порт 138 связи, который может быть соединен с управляющей электроникой 108.
На фиг. 2 показан вид в перспективе одного варианта осуществления вторичного устройства 102. Устройство 102 является удлиненным и содержит две противоположные многоугольные торцевые поверхности 202 и 204 соответственно. Как можно видеть, наружный корпус устройства 102 содержит четыре части, соединенные по соединительным линиям 208, 210 и 212 соответственно. Четыре части соответственно представляют собой первую коническую концевую часть 214, прикрепленную к первой центральной части 216, вторую коническую концевую часть 220, прикрепленную ко второй центральной части 218.
Вторичное устройство 102 по своей длине имеет поперечное сечение в форме правильного многоугольника. Полость 112 в первичном устройстве образует гнездо для вторичного устройства и по своей длине имеет в поперечном сечении соответствующий многоугольник, в этом примере - правильный десятиугольник. Это значит, что вторичное устройство может приниматься в гнездо первичного устройства, как будет описано, в десяти разных ориентациях.
На фиг. 3a показаны многоугольные торцевые поверхности 202 вторичного устройства 200. Как можно видеть, многоугольник в данном варианте осуществления имеет десять сторон. На фиг. 3 показана торцевая поверхность 202, содержащая пять электрических контактов 300. Имеется пять электрических контактов 302, 304, 306, 308 и 310, каждый из которых охватывает две смежные стороны десятиугольного корпуса. Электрические контакты расположены в виде осесимметричного узора вокруг центральной оси вторичного устройства. Электрические соединения приспособлены для соединения с контактными штырями 110 в первичном зарядном устройстве 100. Контакт 302 представляет собой контакт подачи питания, контакт 304 представляет собой контакт электрического заземления, контакт 306 представляет собой контакт приема данных, контакт 308 представляет собой резервный контакт, который также соединен с электрическим заземлением, и контакт 310 представляет собой контакт передачи данных.
На фиг. 3(b) показана торцевая поверхность вторичного устройства с наложенными электрическими контактными штырями первичного устройства. Имеется пять штырей, соответствующих пяти электрическим контактам на вторичном устройстве. Можно увидеть, что каждый из штифтов находится в контакте с разным электрическим контактом на вторичном устройстве. Пунктиром на фиг. 3(b) также показано другое возможное положение для штырей на контактах вторичного устройства, повернутое на 36 градусов относительно положения штырей, показанного сплошной линией. Два проиллюстрированных положения являются механически разными, но электрически идентичными.
Первичное устройство содержит несколько переключателей, которые позволяют каждому из пяти штырей быть соединенным с выходом питания из зарядной системы, электрическим заземлением и портами приема данных и передачи данных ЦП в первичном устройстве в зависимости от ориентации вторичного устройства в первичном устройстве. Таким образом, конечный пользователь может вставить вторичное устройство в гнездо в первичном устройстве с любой механически возможной ориентацией, не беспокоясь о правильной электрической конфигурации.
Для правильного выполнения штырей в первичном устройстве первичное устройство прежде всего должно иметь возможность определения ориентации вторичного устройства. В данном примере, поскольку первичное устройство представляет собой зарядное устройство, возможно, чтобы вторичное устройство не имело питания. Таким образом, в процессе обнаружения используется источник питания в первичном устройстве, чтобы выполнять процесс определения ориентации.
На фиг. 4 изображена упрощенная схема, на которой видна компоновка переключателей в первичном устройстве, позволяющая выполнять соединение каждого из штырей с напряжением зарядки от батареи в первичном устройстве и с электрическим заземлением.
Каждый из штырей 402, 404, 406, 408 и 410 содержит связанный с ним переключатель 412, 414, 416, 418 и 410 стороны высокого напряжения и связанный с ним переключатель 422, 424, 426, 428 и 430 стороны низкого напряжения соответственно. Переключатели могут использоваться, чтобы выборочно соединять каждый из штырей с напряжением зарядки от зарядного устройства 400 и с электрическим заземлением. В этом примере каждый из переключателей представляет собой транзистор, и работой каждого переключателя управляет ЦП 432. Для гарантирования того, что в процессе определения ориентации используется только ток ограниченной величины, также предусмотрен токоограничивающий резистор 434. Для шунтирования накоротко токоограничивающего резистора во время процесса зарядки предусмотрен переключатель с перекрывающими контактами, который также представляет собой транзистор. Переключатель с перекрывающими контактами также управляется ЦП 432, как показывает пунктирная стрелка.
На фиг. 5 изображена схема, показывающая компоновку защитных диодов во вторичном устройстве. Защитные диоды 502, 504, 506, 508 и 510 предусмотрены между контактами 302, 304, 306, 308, 310, чтобы не допускать повреждения электроники во вторичном устройстве. Эти диоды позволяют определить ориентацию вторичного устройства относительно первичного устройства, как будет описано далее. Для обозначения контактов на вторичном устройстве применяется следующее: Vcc для контакта 302 подачи питания, Tx для контакта 310 передачи данных, Rx для контакта 306 приема данных, Gnd для контакта 304 заземления и NC для резервного контакта 308, который соединен с заземлением.
Для того чтобы провести процесс определения ориентации, в исходном состоянии все транзисторы 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426, 428, 430 выключены. Затем эти транзисторы попарно включают, чтобы соединять между собой два следующих друг за другом штыря. В представленной ниже таблице 1 показано, как включаются эти пары транзисторов, где Vcc указывает на подачу питания от зарядного устройства, а Gnd указывает на заземление. Каждая из этих конфигураций отмечена ссылкой на номер стадии.
| Транзисторы включены | 412+422 | 414+424 | 416+426 | 418+428 | 420+430 |
| Штырь соединен с Vcc | 402 | 404 | 406 | 408 | 410 |
| Штырь соединен с Gnd | 404 | 406 | 408 | 410 | 402 |
| Номер стадии транзистора | Стадия 1 | Стадия 2 | Стадия 3 | Стадия 4 | Стадия 5 |
Таблица 1
ЦП 432 записывает разность напряжений между штырем, соединенным с Vcc, и штырем, соединенным с заземлением.
Чувствительность по напряжению контактов на вторичном устройстве показана в приведенной ниже таблице 2.
| Ссылка на номер положения | Положение 1 | Положение 2 | Положение 3 | Положение 4 | Положение 4 |
| Штырь соединен с Vcc | Vcc | Gnd | Tx | NC | Rx |
| Штырь соединен с Gnd | Gnd | Tx | NC | Rx | Vcc |
| Аналоговое поведение | Напряжение батареи [0V-4,2 В] | Прямое напряжение защитного диода [макс. 0,8 В] | Обратное включение защитного диода => отсутствие тока => Vcc | Прямое напряжение защитного диода [макс. 0,8 В] | Обратное включение защитного диода => отсутствие тока => Vcc |
| Цифровая интерпретация | Не определено Ø |
Низкий уровень 0 |
Высокий уровень 1 |
Низкий уровень 0 |
Высокий уровень 1 |
Таблица 2
Можно увидеть, что когда Vcc-контакт на вторичном устройстве выровнен с Vcc-контактом на первичном устройстве и Gnd-контакт на вторичном устройстве выровнен с Gnd-контактом на первичном устройстве, (обозначено «положение 1»), то напряжение, замеренное между контактами, зависит от напряжения батареи во вторичном устройстве, которая может быть полностью или частично разряжена. Когда показатели напряжения сравниваются с пороговым значением, положение 1, следовательно, может давать высокое значение или низкое значение, и, таким образом, в таблице 2 это обозначено как «не определено». Однако, когда Vcc-контакт и Gnd на первичном устройстве соединены с разными парами контактов на вторичном устройстве, напряжение на этих парах контактов предсказуемо. В положении 2 Vcc первичного устройства соединен с Gnd-контактом на вторичном устройстве, и Tx-контакт на вторичном устройстве соединен с Gnd первичного устройства. Разность напряжений между контактами равна прямому напряжению защитного диода 506, которое составляет максимум 0,8 вольт. Когда ЦП 432 преобразует это в цифровое значение путем сравнения с пороговым значением, это дает низкое значение или ноль. То же самое верно в положении 4, где напряжение между NC- и Rx-контактами на вторичном устройстве не превышает прямого напряжения защитного диода 508. И наоборот, в положении 3 и положении 5 защитные диоды 506 и 510 блокируют протекание тока, и поэтому разность напряжений между контактами равна напряжению Vcc зарядного устройства. ЦП преобразует это в высокое значение или 1, как показано в таблице 2.
Этот характерный ответ вторичного устройства, а также способность переключаться в разных парах штырей в первичном устройстве позволяют определять ориентацию вторичного устройства. В таблице 3 показана цифровая сигнатура каждого положения, по мере того как первичное устройство переходит от стадии 1 к стадии 5. Можно увидеть, что вне зависимости от того, равна ли неопределенная величина 1 или 0, каждая относительная ориентация дает уникальную цифровую сигнатуру. Это позволяет ЦП определять ориентацию вторичного устройства относительно первичного устройства.
| Цифровое обозначение | Положение/Стадия | Правильная стадия |
| Ø0101 | P1➯S1, P2➯S2, P3➯S3, P4➯S4, P5➯S5 | Стадия 1 |
| 1Ø010 | P1➯S2, P2➯S3, P3➯S4, P4➯S5, P5➯S1 | Стадия 2 |
| 01Ø01 | P1➯S3, P2➯S4, P3➯S5, P4➯S1, P5➯S2 | Стадия 3 |
| 101Ø0 | P1➯S4, P2➯S5, P3➯S1, P4➯S2, P5➯S3 | Стадия 4 |
| 0101Ø | P1➯S5, P2➯S1, P3➯S2, P4➯S3, P5➯S4 | Стадия 5 |
Таблица 3
В таблице 3 также показано, какая стадия является правильной стадией, для того чтобы происходила зарядка. Когда сигнатура ориентации определена, ЦП переключает первичное устройство в правильную стадию, т. е. соединяет правильную пару штырей с Vcc и Gnd, чтобы сделать возможной зарядку. На этой стадии ЦП также включает транзистор 436, чтобы обойти резистор 434. После этого зарядка вторичного устройства может проходить в соответствии с определенным протоколом зарядки.
Параллельно с силовыми транзисторами 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426, 428, 430 имеется сеть цифровых вентилей с тремя состояниями (не показано), управляемая ЦП, чтобы Rx- и Tx-контакты и штыри могли правильно соединяться друг с другом.
Должно быть понятно, что описанный вариант осуществления является лишь одним примером нескольких возможных вариантов осуществления, которые могут реализовывать изобретение. На фиг. 6 показана альтернативная форма корпуса вторичного устройства и альтернативная компоновка электрических контактов. На фиг. 6 вторичное устройство 602 имеет в поперечном сечении квадрат, а контакты 620 расположены по схеме, в которой предусмотрен центральный контакт и четыре симметрично размещенных внешних контакта. В случае центрального контакта, который остается центральным во всех возможных ориентациях, возможных перестановок меньше, и только для четырех соответствующих наружных штырей на первичном устройстве нужно предусмотреть силовые переключатели стороны высокого напряжения и стороны низкого напряжения.
На фиг. 7 показано альтернативное первичное устройство. Первичное устройство 700, изображенное на фиг. 7, представляет собой настольное зарядное устройство USB, которое соединяется посредством кабеля 704 с USB-портом на персональном компьютере для обеспечения зарядки вторичного устройства и обмена данными с персональным компьютером. Зарядное устройство 700 USB имеет десятиугольное гнездо 702, форма которого позволяет принимать конец вторичного устройства такого типа, как показано на фиг. 2.
Разумеется, следует понимать, что описание не должно ограничиваться подробностями вышеизложенных вариантов осуществления, которые описаны исключительно в качестве примера. Несмотря на то, что изобретение было описано относительно электрически нагреваемой курительной системы, содержащей курительное устройство и зарядное устройство, должно быть ясно, что для реализации изобретения могут быть использованы любые первичное и вторичное устройства, которые обмениваются питанием и данными через разные электрические контакты.
1. Первичное устройство для соединения со вторичным устройством, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта;
источник напряжения; и
контроллер;
при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением; и
при этом контроллер соединен с каждым из переключателей и выполнен с возможностью последовательного замыкания пар переключателей во время операции по ориентации для соединения источника напряжения с устройством, при этом каждая пара переключателей содержит переключатель стороны высокого напряжения, связанный с одним из контактов, и переключатель стороны низкого напряжения, связанный с другим из контактов; и выполнен с возможностью записи разности напряжений между контактами, связанными с несколькими парами переключателей, и определения ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства на основании записанных значений напряжения.
2. Первичное устройство по п. 1, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью замыкания нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию вторичного устройства.
3. Первичное устройство по п. 2, отличающееся тем, что первичное устройство представляет собой электрическое зарядное устройство, и при этом контроллер выполнен с возможностью замыкания нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию вторичного устройства перед операцией по зарядке.
4. Первичное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каждый из переключателей представляет собой транзистор.
5. Первичное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит энергонезависимую память, в которой сохранена запись ожидаемых разностей напряжений между контактами, связанными с каждой парой переключателей, для каждой из нескольких ориентаций, и при этом контроллер выполнен с возможностью сравнения разностей напряжений, записанных во время операции по ориентации, с ожидаемыми разностями напряжений для определения ориентации вторичного устройства.
6. Первичное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что дополнительно содержит токоограничивающий резистор, соединенный параллельно с токоограничивающим переключателем между источником напряжения и электрическими контактами на устройстве, при этом контроллер выполнен с возможностью удерживания токоограничивающего переключателя разомкнутым во время операции по ориентации.
7. Первичное устройство по любому предыдущему пункту, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере пять электрических контактов.
8. Электрическая система, содержащая первичное устройство и вторичное устройство, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта, а вторичное устройство содержит несколько электрических контактов, связанных с разными функциями; и при этом электрические контакты на вторичном устройстве могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях, при этом первичное устройство содержит:
источник напряжения; и
контроллер;
при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением;
при этом контроллер соединен с каждым из переключателей и выполнен с возможностью последовательного замыкания пар переключателей во время операции по ориентации для соединения источника напряжения со вторичным устройством, при этом каждая пара переключателей содержит переключатель стороны высокого напряжения, связанный с одним из контактов, и переключатель стороны низкого напряжения, связанный с другим из контактов; и выполнен с возможностью записи разности напряжений между контактами, связанными с каждой парой переключателей, и определения ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства на основании записанных значений напряжения.
9. Электрическая система по п. 8, отличающаяся тем, что вторичное устройство содержит диод, подключенный между каждой парой контактов на вторичном устройстве.
10. Электрическая система по п. 8 или 9, отличающаяся тем, что каждое из первичного устройства и вторичного устройства содержит по меньшей мере пять контактов.
11. Электрическая система по пп. 8, 9 или 10, отличающаяся тем, что вторичное устройство содержит вторичную батарею.
12. Способ определения ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства, с которым вторичное устройство соединено, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта, а вторичное устройство содержит несколько электрических контактов, связанных с разными функциями вторичного устройства; и при этом электрические контакты на вторичном устройстве могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях; при этом первичное устройство содержит источник напряжения и контроллер; при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением; при этом способ включает:
последовательное замыкание пар переключателей с соединением источника напряжения со вторичным устройством, при этом каждая пара переключателей содержит переключатель стороны высокого напряжения, связанный с одним из контактов, и переключатель стороны низкого напряжения, связанный с другим из контактов;
запись разности напряжений между контактами, связанными с каждой парой переключателей; и
определение ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства на основании записанных значений напряжения.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что первичное устройство содержит энергонезависимую память, в которой сохранена запись ожидаемых разностей напряжений между контактами, связанными с каждой парой переключателей, для каждой из нескольких ориентаций, и при этом способ включает сравнение разностей напряжений, записанных во время операции по ориентации, с ожидаемыми разностями напряжений с определением ориентации устройства.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что ожидаемая разность напряжений между контактами, связанными с первой парой переключателей, является неопределенной.
15. Способ зарядки вторичного устройства, соединенного с первичным устройством, при этом первичное устройство содержит по меньшей мере три электрических контакта, а вторичное устройство содержит несколько электрических контактов, связанных с разными функциями вторичного устройства; и при этом электрические контакты на вторичном устройстве могут входить в контакт с электрическими контактами первичного устройства в нескольких ориентациях; при этом первичное устройство содержит источник напряжения и контроллер; при этом каждый электрический контакт в первичном устройстве содержит связанный с ним переключатель стороны высокого напряжения, подключенный между контактом и источником напряжения, и связанный с ним переключатель стороны низкого напряжения, расположенный между контактом и электрическим заземлением; при этом способ включает:
определение ориентации вторичного устройства относительно первичного устройства способом по п. 12 или 13; замыкание нескольких переключателей в ответ на определенную ориентацию устройства; и обеспечение прохождения тока для зарядки от первичного устройства к вторичному устройству через по меньшей мере один из замкнутых переключателей.
