NO178359B - Krafttilförsels-grensesnitt for en mobiltelefon - Google Patents

Description

Teknisk område

Det foreliggende oppfinnelse angår et krafttilførsels-grensesnitt for en mobiltelefon, hvis spenningstilførsel skal ligge mellom en maksimal tillatt driftsspenning og en minimal'tillatt driftsspenning, for tilførsel til mobiltelefonen fra en ytre kilde, hvis terminalspenning overskrider den maksimalt tillatte driftsspenning for mobiltelefonen, og med en spenningsregulator for regulering av mobiltelefonens driftsspenning.

Tidligere kjent

En mobiltelefon blir normalt tilført strøm fra et batteri innbefattet i et hus som kan være adskilt fra den mobile håndmodulen, eller alternativt være egnet til å bli inn-ført i denne. Det er også mulig å tilføre strøm til mobiltelefonen fra et konvensjonelt kjøretøy-batteri, hvor mobiltelefonen f. eks. er tilkoblet sigarettenner-terminalen ved hjelp av en separat kabel.

Fra GB 2.197.761-A er det kjent en mobiltelefon som kan holdes i hånden, og som kan benyttes i et kjøretøy. Mobiltelefonen kan plugges inn i en biladapter som kobler mobiltelefonen til en forsterker- og ladningsenhet, som raskt lader mobiltelefonens batteri fra en ytre strøm-kilde. En temperaturføler avføler temperaturen på forsterker- og ladningsenhetens hus og er koblet til en beskyttelseskrets som avbryter ladningen dersom temperaturen overskrider en viss verdi. Beskyttelseskretsen beskytter dessuten forsterker- og ladningsenheten mot at den ytre strømkilde kobles inn med feil polaritet og mot at den ytre strømkilde avgir en for høy spenning. Dersom den ytre strømkildes spenning er for høy, reduseres spenningen med en spenningsstabilisator som omfatter en tran-sistor, en zenerdiode og en motstand. Den stabiliserte spenning mater forsterker- og ladningsenheten.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe et krafttilførsels-grensesnitt av den ovenfor beskrevne type som vil tillate at mobiltelefonen blir tilført kraft fra en ytre spenningskilde med en høyere terminalspenning enn den maksimalt tillatte driftsspenning for mobiltelefonen.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det som spenningsreduserende element blir brukt en motstandskabel som i den ene enden er tilkoblet en ytre spenningskilde og i den andre ende er tilkoblet en elektronisk enhet som på sin side er tilkoblet direkte til mobiltelefonen med det formål å levere strøm til denne. Den elektroniske enhet innbefatter en spenningsregulator. Dette muliggjør at den potensielle forskjell mellom terminalspenningen på den ytre kilde og utgangsspenningen for grensesnittet, blir delt i to komponenter, nemlig et spenningsfall over motstandskabelen og et ytterligere spenningsfall over spenningsregulatoren. Spenningsfallet over kabelen frem-kaller ohmske termiske tap over spenningsregulatoren og forårsaker at kabelen blir oppvarmet. Spenningsfallet over spenningsregulatoren resulterer i oppvarming av spenningsregulatoren. Dette muliggjør at krafttapet blir delt mellom kabelen og spenningsregulatoren og muliggjør derved at spenningsregulatoren kan gjøres mindre enn ved en sammenlignbar situasjon uten bruk av motstandskabel.

Mer spesielt er et krafttilførsels-grensesnitt av den innledningsvis angitte art ifølge oppfinnelsen kjenne-tegnet ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av det vedføyde patentkrav 1.

Varmetapene er konsentrert i rommet ved at kabelen er

viklet helisk.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et perspektivriss av et krafttilførsels-grensesnitt ifølge oppfinnelsen og viser bruken av grensesnittet for å tilføre kraft til en mobiltelefon fra en sigarettenner-terminal, og

figur 2 viser et koblingsskjerna for den elektroniske enhet .

Beste metode for å utføre oppfinnelsen

Figur 1 viser en mobiltelefon 1, et krafttilførsels-grensesnitt 2 ifølge oppfinnelsen og en sigarettenner-terminal 3. Strømmen blir normalt tilført mobiltelefonen I fra en batteripakke i et hus (ikke vist) som kan bli skjøvet fast på den bakre siden av mobiltelefon. Batteri-huset er utstyrt med konvensjonelle fjærterminaler for å koble batteriene elektrisk til mobiltelefonens elektriske strømkretser.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter grensesnittet 2 en helisk viklet kabel 4 med to ender, hvor den ene er koblet til en elektrisk kontakt 5 på sigarettenner-terminalen 3. Den andre enden av kabelen er tilkoblet et hus 6 som inneholder den elektroniske enhet som vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor under henvisning til figur 2. Huset 6 er utstyrt med langstrakte kammer 7 og 8 beregnet for innføring i tilsvarende spor 9 og 10 i huset II på mobiltelefonen 1.

Den elektroniske enhet i huset 6 er montert på et strøm-løpskort (ikke vist) som er montert i huset. Som vist i fig 2 innbefatter den elektroniske enhet to inngangs-terminaler J1 og J2, hvor J1 er koblet til den positive pol på den ytre spenningskilde og den andre J2 er koblet til minus-polen på den samme spenningskilde. Terminalen J2 er jordet, mens terminalen J1 er strømførende. Den elektroniske enhet innbefatter også to utgangsterminaler J3 og J4 i form av fjærtilkoblere (ikke vist) beregnet for kontakt med en respektiv kontaktplate (ikke vist) på mobilhuset 11. Utgangsspenningen over terminalene J3 og J4 skal være mellom maksimal og minimal tillatt driftsspenning for mobiltelefonen, på tross av det faktum at inngangsspenningen over terminalen J1 og J2 kanskje kan være høyere enn den maksimale tillatte driftsspenning, idet den nevnte inngangsspenning er lik terminalspenningen på den ytre spenningskilde redusert med spenningsfallet i motstandskabelen. En jordkabel 17 strekker seg mellom terminalene J2 og J4. Hjertet i den elektroniske enhet er en spenningsregulator 12 med en inngang som er tilkoblet terminalen J1 og en utgang som er tilkoblet utgangsterminalen J3. Spenningsregulatoren har form av en integrert krets som må være utstyrt med kondensatorer 13 og 14 for å virke som spenningsregulator. En zenerdiode 15 er tilkoblet, på den viste måte, mellom inngangen på spenningsregulatoren og jordkabelen 17 og virker som en såkalt "transorber" for å begrense amplituden av spenningen på inngangen til spenningsregulatoren. En kondensator 18 som er koblet mellom inngangsterminalen J1 og J2 og en tilsvarende kondensator 19 som er koblet mellom terminalen J3 og J4, virker som filter for å filtrere ut såkalte spisser i inngangs og utgangsspenningene.

De største effekttapene i krafttilførsels-grensesnittet opptrer under sending fra mobiltelefonen. Ifølge oppfinnelsen skal grensesnittet dimensjoneres slik at en del av effekttapene blir absorbert i motstandskabelen, mens den gjenværende, fortrinnsvis mindre del, av de nevnte tapene blir absorbert i spenningsregulatoren. Dette vil sikre at komponentene i den elektroniske enheten bare vil bli ubetydelig oppvarmet ved maksimal belastning, og at den vesentlige del av varmetapene opptrer i motstandskabelen. Det er ønsket å opprettholde oppvarming av de elektroniske komponenter på et så lavt nivå som mulig, for å unngå nødvendigheten av separate kjølearrangementer eller kjøleanordninger i huset 6. Motstandskabelen er på den andre side utsatt for den omgivende luft og har en stor varmeavgivende overflate, og dette betyr at kabelen er velegnet for avgivelse av store termiske effekter. Motstanden og lengden av kabelen er fortrinnsvis valgt slik at kabelen ikke vil bli oppvarmet til en temperatur ved hvilken en person vil brenne seg på kabelen når mobiltelefonen er i bruk for sending over et langt tidsrom. Søkeren har funnet det formålstjenelig å velge lengden og motstanden av kabelen slik at kabeltemperaturen maksimalt vil nå legemstemperatur, d.v.s. 37°C, når det sendes over lange tidsperioder.

Med tanke på dette er det derfor formålstjenelig å dimen-sjonere kabelens egenskaper på følgende måte: Kabelmotstanden skal velges slik at når mobiltelefon er utsatt for maksimale belastningsbetingelser og derved trekker maksimal strøm, vil spenningsfallet over kabelen, utregnet ved hjelp av Ohms lov, være maksimalt lik forskjellen mellom hele spenningen fra den ytre spenningskilde og summen av den minimalt tillatte driftsspenning pluss den såkalte "drop-out-voltage" fra spenningsregulatoren, d.v.s. det minste tillatte spenningsfall over regulatoren for at regulatoren skal tillate at strømmen passerer derigjennom. Denne "drop-out-voltage" er normalt av størrelsesorden 0,4-0,5 V. Spenningsfallet over kabelen vil fortrinnsvis være lik forskjellen mellom nevnte terminalspenning og den maksimalt tillatte driftsspenning.

Kabelmotstanden må imidlertid i forhold til lengden av kabelen, være slik at kabelen ikke blir oppvarmet til en usedvanlig høy temperatur. Istedenfor burde kabelen ha en lav motstand slik at kabelen kan ha en lang lengde og en stor varmeavgivende overflate. På den andre side burde kabelmotstanden ikke være usedvanlig lav, slik at man får en uhåndterlig kabellengde, til tross for at kabelen blir viklet helisk. Hvis den tilgjengelige kabel har en lav motstand, slik at kabelen har en uhåndterlig lengde, er det mulig å bruke en flerlederkabel og koble noen av lederne i serie. Fig 2 viser en metode for å koble den elektroniske enhet når kabelen 2 omfatter fire ledere, referert til som 21, 22, 23 og 24.

Tre av kabellederne, mer spesielt lederne 21, 22, 23, er innbyrdes koblet i serie, og en ende av seriekombinasjon-en er koblet til den positive terminal på den eksterne spenningskilde, mens den andre enden av nevnte seriekom-binasjon er koblet til inngangsterminalen J1. Den fjerde lederen 24 i kabelen strekker seg mellom den negative terminalen på den ytre spenningskilden og jordlederen 17 på den elektroniske enhet. Dette øker motstanden for en gitt grensesnittlengde med en faktor på tre.

Denne serieforbindelse av de tre kabellederne 21-23 kan bli tilveiebrakt ved å sammenlodde lederne 22 og 23 i den ene enden av kabelen, mens kablene 21 og 22 blir koblet sammen i den andre enden av nevnte kabel, ved hjelp av en forbindelse 20 for gjensidig å sammenkoble de to inn-gangsterminalene J5 og J6 elektrisk.

Alternativt kan lederne 21 og 22 ved den nevnte andre ende av kabelen 3 bli kortsluttet mot hverandre, f. eks. ved å lodde nevnte leder-ender, istedenfor å bruke for-bindelsen 20.

Spenningsregulatoren må alltid være dimensjonert slik at spenningsfallet som skal reduseres, d.v.s. terminalspenningen, minus summen av spenningsfallet over kabelen pluss regulatorens "drop-out-voltage", utregnet for den maksimale driftsstrøm etter multiplikasjon av den maksimale driftsstrøm, ligger under den maksimalt fastlagte utgang fra spenningsregulatoren, d.v.s. effekttapet foranlediget av spenningsregulatoren pr. tidsenhet.

Som et eksempel på anvendelsen av et krafttilførsels-grensesnitt ifølge oppfinnelsen, kan det nevnes at bil-batteriet leverer en spenning som varierer mellom 11 og 15 V like-spenning. Mobiltelefonen har en maksimal driftsspenning på 8,0 V og en minimal driftsspenning på 5,3 V. Den maksimale driftsstrømmen for mobiltelefonen er 800 milliampere. Den minimale driftsstrømmen er ca. 60 milliampere. Motstandskabelen har en lengde som typisk ligger mellom 2,8 m og 3,5 m, avhengig av toleransene i kabelmotstanden. Kabelen er viklet helisk til en typisk lengde på ca. 40 cm. Kabelen innbefatter fire ledere som hver har en motstand på 3,25 Ohm. Bare to ledere blir brukt, nemlig en jordleder og en strømleder. Den totale kabelmotstanden er således 6,5 Ohm. Den anvendte spenningsregulator er av typen LM 2940-8 og er koblet for å levere en styrt utgangsspenning på 8,0 V. Kontinuerlig sending over en periode på 20 minutter resulterer i en neppe merkbar oppvarming av kabelen fra romtemperatur,

o

1 ca. 18 C, til ca. 35 C. Ingen merkbar oppvarming av kabelen ble observert ved sending over kortere perioder. Batteriet som ble brukt, var et konvensjonelt 12 V batteri .

Det skal fastslås den beskrevne utførelsesform kan modi-fiseres innen omfanget av de følgende krav.

Claims (5)

1 . Et krafttilførsels-grensesnitt for en mobiltelefon, hvis spenningstilførsel skal ligge mellom en maksimal tillatt driftsspenning og en minimal tillatt driftsspenning, for tilførsel til mobiltelefonen fra en ytre kilde, hvis terminalspenning overskrider den maksimalt tillatte driftsspenning for mobiltelefonen, og med en spenningsregulator for regulering av mobiltelefonens driftsspenning, karakterisert ved- en motstandskabel (4) med to ender, hvor en ende er beregnet for tilkobling til terminalspenningen; - en elektronisk enhet som er montert i et hus (6) og som har en inngang (J1, J2) og en utgang (J3, J4), hvor nevnte inngang er beregnet for tilkobling til den andre enden av kabelen og nevnte utgang er beregnet for tilkobling til en strøm-inngangsterminal på mobiltelefonen; - en spenningsregulator (12) som er innbefattet i den elektroniske enhet, og som leverer en styrt utgangsspenning som i det vesentlig er like stor som den maksimale tillatte driftsspenning for mobiltelefonen og som er koblet til utgangen (J3, J4) på den elektroniske enhet; - idet kabelmotstanden er valgt slik at spenningstapet over kabelen - utregnet ved hjelp av Ohms lov - når mobiltelefonen er utsatt for tilstanden med maksimal belastning, og dermed trekker maksimal strøm, er høyst lik forskjellen mellom den nevnte terminalspenning og summen av den minimalt tillatte driftsspenning og "the drop-out-voltage" for spenningsregulatoren; og - idet lengden av kabelen er valgt i forhold til motstanden i nevnte kabel slik at når mobiltelefonen er utsatt for maksimal belastning over lengere perioder, vil den ytre temperatur på kabelen høyst nå omtrent 50°C, fortrinnsvis omtrent 35°C.

2. Et kraftforsynings-grensesnitt ifølge krav 1, karakterisert ved at kabelen er helisk viklet for å konsentrere den varmeavgivende overflate hos kabelen.

3. Et kraftforsynings-grensesnitt ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at spenningsregulatoren er valgt slik at et hvilket som helst spenningsfall som gjenstår å bli redusert, d.v.s. terminalspenningen minus summen av spenningsfallet over kabelen og "the drop-out-voltage" for spenningsregulatoren multiplisert med den maksimale strøm, vil ligge under den maksimale nominelle effekt for spenningsregulatoren.

4. Et kraftforsynings-grensesnitt ifølge krav 3, karakterisert ved at den elektroniske enhet innbefatter en amplitudebegrensende strømkrets (15) tilkoblet over inngangen (J1, J2) til den elektroniske enhet.

5. Et kraftforsynings-grensesnitt ifølge et hvilket som helst av de tidlige krav, karakterisert ved at kabelen innbefatter 4 ledere, hvorav tre er koblet i serie, hvor de serie-koblede ledere er koblet mellom den positive terminal på den ytre spenningskilde og strømlederen til den elektroniske enhet, mens den gjenstående fjerde leder er en returleder mellom den negative pol på den ytre spenningskilde og jordlederen til den elektroniske enhet.