ЗАРЯДКИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области аксессуаров для мобильных электронных устройств, в частности к многофункциональным футлярам для мобильных электронных устройств: телефонов, планшетов и т.п., и может быть использовано для подогрева мобильных электронных устройств в холодное время года.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен чехол для мобильного телефона с электронагревательным элементом, раскрытый в документе CN202496595 (МПК А45С11/24, опубл. 24.10.2012), содержащий корпус, нагревательный элемент, расположенный в корпусе, выполненный в виде проволоки из металла с высоким электрическим сопротивлением, нагревательный элемент окружен защитным слоем. Защитный слой выполнен из теплопроводного материала со стороны чехла и теплоизоляционным со стороны мобильного телефона. Нагревательный элемент снабжен термостатом. Питание нагревательного элемента осуществляется от батареи мобильного телефона.

Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности подогрева батареи мобильного устройства в холодное время года из-за наличия теплоизоляционного слоя между нагревательным элементом и мобильным устройством, низкая эффективность нагрева из-за использования энергии батареи мобильного телефона, а также отсутствие возможности управления нагревом и другими функциями чехла.

Известен чехол для мобильного телефона с функцией нагрева, раскрытый в документе CN103704966 (МПК А45С13/00, опубл. 09.04.2014), содержащий корпус, установленный в корпусе нагревательный элемент в виде проволоки из металла с высоким сопротивлением и достаточно большим поперечным сечением, окруженный двухслойным материалом, верхний слой которого выполнен из теплопроводного материала, а нижний - из теплоизоляционного материала. Нагревательный элемент соединен посредством двухконечного кабеля с мобильным телефоном, снабженным программным обеспечением, для управления режимом нагрева.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность нагрева из-за отсутствия в чехле собственного источника питания, а также из-за схемы подключения нагревательного элемента к источнику питания, при которой нагрев осуществляется недостаточно быстро. Отсутствует возможность регулирования нагрева. Известен чехол для мобильного телефона, раскрытый в документе KR20140098297 (МПК А45С11/00, опубл. 08.08.2014), выбранный в качестве ближайшего аналога. Известный чехол содержит основной корпус и крышку, источник питания в виде аккумуляторной батареи, установленный внутри корпуса, нагревательный элемент в виде пластины, расположенный в крышке чехла между изоляционными слоями из полиуретана, переключатель режима нагрева, клемму для связи с мобильным телефоном, дисплей со световой индикацией, плату управления нагревом и зарядкой.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная эффективность нагрева, обусловленная схемой управления нагревательным элементом, которая не позволяет реализовать быстрый нагрев нагревательного элемента и плавное регулирование температуры нагрева.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для преодоления по меньше мере некоторых из проблем уровня техники предложен футляр для мобильного электронного устройства с функцией подогрева и зарядки, содержащий: корпус, источник питания, расположенный в корпусе; микроконтроллер, расположенный в корпусе; нагревательный элемент, расположенный в корпусе и связанный с источником питания и микроконтроллером, и по меньшей мере одно средство связи с мобильным электронным устройством, отличающийся тем, что микроконтроллер содержит средство для генерирования широтно-импульсной модуляции, при этом нагревательный элемент связан с источником питания через мостовую схему, включающую в себя две пары полупроводниковых ключей, а микроконтроллер связан с мостовой схемой и нагревательным элементом через два управляющих полупроводниковых ключа, каждый из которых связан с одной парой ключей мостовой схемы.

В одном из вариантов предложен футляр, содержащий датчик тока, расположенный в корпусе и включенный в мостовую схему.

В одном из вариантов предложен футляр, содержащий по меньшей мере один датчик температуры, установленный в корпусе. В одном из вариантов предложен футляр, в котором по меньшей мере один датчик тока расположен вблизи нагревательного элемента.

В одном из вариантов предложен футляр, в котором по меньшей мере один датчик тока расположен вблизи по меньшей мере одного средства связи с мобильным электронным устройством, которое представляет собой разъем USB.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности нагрева за счет увеличения скорости нагрева и обеспечение возможности плавного регулирования температуры нагрева.

В последующем описании, показаны и более подробно описаны варианты осуществления предложенного изобретения. Следует понимать, что изобретение допускает другие варианты осуществления, и некоторые их детали допускают модификацию в различных очевидных аспектах без отступления от изобретения, как изложено и описано в последующей формуле изобретения. Соответственно, чертежи и описание, по характеру, должны рассматриваться в качестве иллюстративных, а не в качестве ограничительных.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображен футляр для мобильного электронного устройства на виде в разборе.

На фиг.2 изображен общий вид спереди корпуса футляра для мобильного электронного устройства.

На фиг.З изображена мостовая схема управления нагревательным элементом футляра для мобильного электронного устройства при прохождении тока от правого плеча мостовой схемы к левому.

На фиг.4 изображена мостовая схема управления нагревательным элементом футляра для мобильного электронного устройства при прохождении тока от левого плеча мостовой схемы к правому.

Фигуры выполнены в приблизительном масштабе, некоторые элементы могут быть показаны более крупно для ясности, некоторые элементы могут быть показаны более мелко для упрощения. Следует понимать, что варианты осуществления, проиллюстрированные на фигурах, не являются ограничивающими объем прилагаемой формулы полезной модели.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, и специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Изобретение относится к области аксессуаров для мобильных электронных устройств, в частности к многофункциональным футлярам для мобильных электронных устройств: телефонов, планшетов и т.п., и может быть использовано для подогрева мобильных электронных устройств в холодное время года.

В предпочтительном варианте осуществления предложен футляр для мобильного электронного устройства с функцией подогрева и зарядки, который содержит корпус 1, источник 2 питания, расположенный в корпусе; микроконтроллер 4, расположенный в корпусе; нагревательный элемент В, расположенный в корпусе и связанный с источником 2 питания и микроконтроллером 4, и по меньшей мере одно средство связи с мобильным электронным устройством, отличающийся тем, что микроконтроллер 4 содержит средство для генерирования широтно-импульсной модуляции, при этом нагревательный элемент 3 связан с источником 2 питания через мостовую схему, включающую в себя две пары полупроводниковых ключей К2, КЗ, К5, Кб, а микроконтроллер 4 связан с мостовой схемой и нагревательным элементом 3 через два управляющих полупроводниковых ключа К1 и К4, каждый из которых связан с одной парой ключей мостовой схемы.

Благодаря предложенной конструкции футляра достигается технический результат, состоящий в повышении эффективности нагрева за счет увеличения скорости нагрева и обеспечении возможности плавного регулирования температуры нагрева.

Технический результат, как это будет описано здесь и ниже более подробно, обеспечивается за счет использования мостовой схемы подключения нагревательного элемента, включающей полупроводниковые ключи, переключающиеся по заданному алгоритму под управлением микроконтроллера со средством генерирования широтно- импульсной модуляции (ШИМ). Возможность такого управления обеспечивается связью микроконтроллера с мостовой схемой посредством управляющих ключей. Алгоритм переключения ключей мостовой схемы задается микроконтроллером в соответствии с программой в зависимости от типа нагревательного элемента. Импульсная подача энергии в виде импульсов разной полярности в совокупности с задаваемым алгоритмом переключения ключей реализует двукратный пробег тока через нагревательный элемент и формирует на нагревательном элементе напряжение с удвоенной амплитудой относительно питания мостовой схемы. Это ускоряет нагрев нагревательного элемента. При неизменной величине тока мощность нагрева увеличивается на 70-90%.

Мостовая схема подключения нагревательного элемента под управлением ШИМ позволяет изменять частоту переключения ключей от единиц Гц до сотен кГц. Переключение ключей под управлением микроконтроллера с ШИМ дает возможность не только оперативного изменения частоты, но и скважности (ширины) подаваемых импульсов, а также длительности «мертвого времени», под которым понимается задержка между включениями верхнего и нижнего ключей в одном плече мостовой схемы.

Изменение ширины импульса подачи энергии позволяет осуществлять плавную регулировку нагрева в зависимости от температуры окружающей среды. Регулирование длительности «мертвого времени» позволяет предотвратить протекание сквозных токов. Предотвращение сквозных токов позволяет обеспечить не только эффективности нагрева, но и надежность нагрева. Использование мостовой схемы позволяет формировать однополярный, или двухполярный частотный сигнал, или осуществлять подачу постоянного тока. Такая возможность позволяет использовать различные виды нагревателей: проволоку из металла с высоким электрическим сопротивлением, металлическую пластину, пленочные материалы и др.

В мостовую схему, как будет пояснено более подробно ниже, может быть включен датчик тока, связанный с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) микроконтроллера, с помощью которого микроконтроллер под управлением АЦП реализует защиту нагревательного элемента, отключая работу мостовой схемы при превышении заданного значения тока. Все это повышает эффективность нагрева нагревательного элемента.

Корпус 1 футляра может быть выполнен как из мягкого, так и жесткого материала: кожи, пластика и др. Для осуществления и управления функцией нагрева, а также другими функциями, в частности подзарядки мобильного электронного устройства, в корпусе 1 устанавливают плату микроконтроллера 4, например, архитектуры Cortex-МЗ. В качестве средства для генерирования ШИМ микроконтроллер 4 снабжен многофункциональным таймером с функцией широтно-импульсной модуляции, например, STM32F103, встроенным в микроконтроллер 4 или другими известными средствами. Микроконтроллер 4 также оснащен многоканальным 12-битным аналого- цифровым преобразователем, различными последовательными интерфейсами UART, I2C, SPI для подключения модулей бесконтактной передачи данных (Bluetooth), бесконтактного обмена данными с радиометками (NFC), беспроводной передачи питающей энергии (WPC) и др.

Корпус 1 футляра снабжен средствами связи с мобильным электронным устройством, например, разъемом 7 USB для подключения мобильного электронного устройства, а также разъемом 8 micro-USB для подключения зарядного блока. В корпусе 1 расположены нагревательный элемент В и источник 2 питания, функционально связанные с микроконтроллером 4.

В предпочтительном варианте осуществления в корпусе 1 футляра предусмотрен по меньшей мере один датчик температуры (на фигурах не показан). По меньшей мере один датчик температуры может быть расположен вблизи разъема 7 USB для подключения мобильного электронного устройства. В другом варианте осуществления, по меньшей мере один датчик температуры может быть расположен вблизи нагревательного элемента 3. В еще одном варианте, могут быть предусмотрены два отдельных датчика или комбинированный датчик, скомпонованный таким образом, чтобы быть расположенным и вблизи разъема 7 USB и вблизи нагревательного элемента 3.

В общем случае, нагревательный элемент 3 представляет собой пластину или проволоку из металла с высоким электрическим сопротивлением, например, вольфрама, заключенную в диэлектрическую оболочку. Также может быть применен нагревательный элемент 3 в виде пленки, или индуктивный нагревательный элемент. В качестве источника 2 питания для футляра используют аккумуляторную батарею, предпочтительно литиевую.

Нагревательный элемент 3 связан с источником 2 питания через мостовую схему, включающую две пары полупроводниковых ключей. Микроконтроллер 4 связан с нагревательным элементом через мостовую схему посредством двух управляющих полупроводниковых ключей, каждый из которых связан с одной парой полупроводниковых ключей мостовой схемы. В качестве полупроводниковых ключей могут быть использованы как биполярные, так и полевые транзисторы.

На фиг. 3 и 4 приведена мостовая схема, реализованная на полупроводниковых ключах К2, КЗ, К5, Кб. Два ключа К1 и К4 являются управляющими. Питание мостовой схемы и микроконтроллера 4 осуществляется от источника 2 питания. Управляющие ключи К1 и К4 используют для согласования напряжений питания микроконтроллера 4 и мостовой схемы и формирования сигналов управления верхними ключами К2 и К5 мостовой схемы. Работа мостовой схемы осуществляется под управлением ШИМ микроконтроллера 4, по задаваемому алгоритму. Алгоритм задается программой в зависимости от типа нагревательного элемента и устанавливает частоту и скважность переключения ключей, а также длительность «мертвого времени».

Как уже было отмечено выше, в предложенном устройстве могут быть применены нагревательные элементы двух типов: индукционные и резистивные. Предпочтительно, индукционные нагревательные элементы могут быть применены для нагрева устройств, имеющих металлический магнитный корпус. Частота работы мостовой схемы в этом случае задается равной от 250 до 350 кГ ц, и «мертвое время» около 50-65 наносекунд. В наиболее предпочтительном варианте частота работы мостовой схемы задана равной приблизительно 300 кГц, и «мертвое время» приблизительно 60 наносекунд. Указанные параметры определяют и задают посредством программы, хранимой в памяти микроконтроллера 4, в зависимости от индуктивности излучателя в нагревательном элементе 3 и максимально возможной скорости переключения транзисторов в мостовой схеме для обеспечения наибольшей эффективности нагрева за счет увеличения скорости нагрева и обеспечении возможности плавного регулирования температуры нагрева.

В качестве другого неограничивающего объем охраны варианта осуществления, могут быть использованы пленочные или проволочные резистивные нагревательные элементы. Соответственно, в зависимости от индуктивности нагревательного элемента (особенно важно для проволочного нагревательного элемента) частота работы мостовой схемы выбирается от 5 до 50 Гц, и «мертвое время» задается от около 1 до около 5 микросекунд. Указанные параметры определяют и задают посредством программы, хранимой в памяти микроконтроллера 4, в зависимости от индуктивности излучателя в нагревательном элементе 3 и максимально возможной скорости переключения транзисторов в мостовой схеме для обеспечения наибольшей эффективности нагрева за счет увеличения скорости нагрева и обеспечении возможности плавного регулирования температуры нагрева.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, выбранные параметры не меняют при любых режимах работы устройства и температуры окружающей среды, т.к. в схему устройства включен блок поддержания постоянного уровня напряжения питания нагревательного элемента независимо от уровня заряда аккумулятора, а температура регулируется возобновлением или прекращением работы мостовой схемы. В других вариантах осуществления изобретения может быть обеспечено регулирование мощности нагрева в зависимости от температуры окружающей среды и/или уровня заряда батареи. Скважность сигнала, подаваемого мостовой схемой на нагревательный элемент с учетом «мертвого времени» составляет приблизительно 48% и является по существу постоянным параметром.

Далее с обращением к фиг. В и 4 описана работа предложенного устройства. Сначала, в соответствии с алгоритмом, задаваемым микроконтроллером 4, одновременно включаются нижний ключ КЗ левого плеча мостовой схемы и верхний ключ К5 правого плеча мостовой схемы. При этом ток протекает через нагревательный элемент 3 в направлении от правого плеча мостовой схемы к левому, как это показано на фиг. 3. Затем все ключи выключаются. Далее, в соответствии с алгоритмом, задаваемым микроконтроллером 4, включается верхний ключ К2 левого плеча мостовой схемы и нижний ключ Кб правого плеча мостовой схемы. Ток при этом протекает через нагревательный элемент 3 в направлении от левого плеча к правому, как это показано на фиг. 4. Затем все ключи вновь выключаются.

Под действием проходящего тока нагревательный элемент 3 нагревается. Прохождение тока через нагревательный элемент 3 в двух направлениях ускоряет его нагрев. Мостовая схема может включать датчик Т тока, связанный с одним из каналов АЦП микроконтроллера 4, для защиты нагревательного элемента 3 от перегрева. Микроконтроллер 4 с помощью АЦП преобразовывает показания датчика тока в цифровое значение. Программа, исполняемая в микроконтроллере, в случае превышения заданного значения тока подает команду на отключение работы мостовой схемы и, соответственно, отключение нагрева.

Выбор и плавное регулирование режима нагрева осуществляется через интерфейс мобильного электронного устройства, оснащенного специальным программным обеспечением с помощью средств бесконтактного обмена данными, например, Bluetooth. Для контроля за нагревом и уровнем заряда на корпусе 1 футляра установлено средство 5 индикации, которое в предпочтительном варианте осуществления содержит множество светодиодов. Различные комбинации светящихся и несветящихся светодиодов указывают на состояние нагрева или зарядки мобильного устройства, находящегося в футляре.

При невозможности использования мобильного электронного устройства для управления нагревом и зарядкой футляр снабжен управляющей тактовой кнопкой б, позволяющей включать и отключать нагрев и зарядку мобильного электронного устройства. Наличие датчиков температуры, связанных с АЦП микроконтроллера 4, позволяет в автоматическом режиме с заданной частотой измерять и поддерживать требуемую температуру поверхности мобильного электронного устройства.

В холодное время года мобильное электронное устройство, например, смартфон или планшет, располагают в футляре с функцией подогрева таким образом, что нагревательный элемент В находился напротив аккумуляторной батареи устройства.

Через интерфейс смартфона или планшета устанавливают оптимальную температуру в зависимости от температуры окружающей среды. Предпочтительно, диапазон температур задается пользователем из трех предустановленных настроек. В другом возможном варианте осуществления изобретения диапазон температур задается пользователем в диапазоне от 0 до 50 градусов Цельсия. Следует понимать, что максимальная температура нагрева проволочным нагревателем не превышает 70 градусов Цельсия.

Соответствующая комбинация вспыхивающих светодиодов на поверхности футляра покажет, что футляр находится в режиме нагрева до температуры, установленной через интерфейс смартфона или планшета. Если мобильное электронное устройство разряжено и через него невозможно установить режим нагрева, то нагревом управляют с помощью тактовой кнопки б, позволяющей включать, отключать, переключать режимы нагрева в зависимости от длительности удержания кнопки.

Предложенный футляр представляет из себя небольшое устройство, вставляемое и фиксируемое в силиконовом чехле смартфона или планшета. Соответственно, устройство расположено у задней крышки смартфона или планшета и не закрывает экран и/или элементы управления устанавливаемого в него смартфона или планшета. Поэтому предложенное устройство не создает каких-либо препятствий и/или ограничений для полноценного использования смартфона или планшета.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность нагрева за счет повышения скорости нагрева и обеспечить возможность плавного регулирования температуры нагрева.