CN101563826A

CN101563826A - 电子设备识别***

Info

Publication number: CN101563826A
Application number: CNA2007800471239A
Authority: CN
Inventors: 查尔斯·勒梅; 克利福德·里舍-凯利
Original assignee: Draeger Medical Systems Inc
Current assignee: Draeger Medical Systems Inc
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: WO2008083165A3; EP2097963B1; EP2097963A2; WO2008083165A2; US7759908B2; CN101563826B; US20080157714A1

Abstract

一种电子设备识别***，包括整流器桥，用于从相应或相反极性的输入直流电压提供固定极性的输出直流电压。该***还包括跨接耦合到该整流器输入的识别组件。这允许通过应用于该整流器桥的输入的电检测电路识别该识别组件值。

Description

电子设备识别***

本申请要求于2006年12月28日提交的序列号为60/882,258的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明一般涉及电子设备的电源领域，更具体地涉及利用可拆除插座或入坞设备的电源互连。

背景技术

许多便携式电子设备使用诸如电池等便携式内置电源，在该设备未连接到诸如电插座等更固定的电源时提供必需的工作电流和电压。电池经常是可充电型的，例如可以是镉镍、锂离子或铅酸型的。已经使用诸多不同的方法在该电池位于母体便携式设备内时给此类电池充电。在通常情况下，使用一对铜线给电池充电。充电线的导线通常覆盖有绝缘层，因此并不暴露。当将导线固定连接到该设备上安装的适当接线条或插座时，导线与该设备内的电池接触。

在其它情况下，使用利用暴露电接头的基于坞站或插座的充电***。当使用坞站时，通过将设备直接放置在坞站充电部分的接头上，可以较快地给该设备充电。在临床环境中，通常期望暴露的充电接头，因为因而可以轻易地清洁该接头。然而，在临床环境中暴露接头的潜在危险是显然的，因此，存在病患隔离以及任意暴露电压值相关的必需满足的许多安全要求。响应于这些管理和安全因素，充电***有时使用第二组接头在提供电池充电电压之前检测设备被正确地放置。然而，显然不希望使用两组接头，因为它增加成本和出故障的概率，并且可能没有足够的容纳空间。此外，希望某种方法以确认将便携式仪器正确放置在坞站内和允许将电源有效传输给便携式仪器而不考虑电源电压极性。根据本发明原理构建的电子设备识别***解决了这些缺点和相关问题。

发明内容

根据本发明的原理，电子设备识别***包括整流器桥，用于从相应或相反极性的输入直流电压提供固定极性的输出直流电压。该***还包括跨接耦合到整流器桥输入的识别组件。这允许通过施加给整流器桥输入的电检测电路识别识别组件值。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明原理的电子设备识别***的方框图；和

图2是符合本发明原理的包括便携式医疗设备和坞站的***的方框图；

图3是根据本发明原理的实现电子设备识别***的便携式医疗设备一部分的示意图；和

图4以部分方框图和部分示意图形式图示根据本发明原理的实现电子设备识别***的坞站的一部分。

具体实施方式

作为在本申请中使用的术语“组件特性”是指电或电子组件的电或电子可检测特性。例如，对于无源电子组件，例如电阻器、电容器或电感器，可检测特性可以分别是电阻、电容或电感。对于有源电子组件，可检测特性可以是当启动时由该组件生成的：(a)信号；(b)消息和/或(c)值。

图1是根据本发明原理的电子设备识别***1的方框图。在图1a中，整流器桥6从相应或相反极性的输入直流电压提供固定极性的输出直流电压。识别组件26跨接耦合到整流器桥6的输入。这允许通过应用于整流器桥的电检测电路46识别识别组件值。当识别组件26未由检测电路46识别出时，整流器桥6基本上断开，防止提供输出直流电压。当识别组件由检测电路46识别出时，整流器桥6基本上开启并提供输出直流电压。

识别组件26可以是无源识别组件，并可以是：(a)电阻器，(b)电容器和/或(c)电感器。可替代地，识别组件26可以是有源识别组件，当启动时提供：(a)信号，(b)消息和/或(c)数值。整流器桥6可以使用半导体开关设备。这种半导体开关设备可以是：(a)MOSFET，(b)电阻器和/或(c)二极管。

图1b图示根据本发明原理的电子设备识别***的另一实施例。用相同的参考数字表示与图1a所示单元相同的那些单元，不再予以详细描述。在图1b中，串联单元120跨接耦合到整流器桥6的输入。同时参考图1c，串联单元120包括与至少一个开关设备115串联的识别组件26。在第一模式中，该至少一个开关设备115电耦合识别单元26跨接整流器桥6的输入。这允许通过应用于整流器桥6输入的电检测电路46识别识别组件值。在第一模式中，整流器桥6基本上断开，防止提供输出直流电压，和在第二模式中，整流器桥6基本上开启，提供输出直流电压。

如上所述，识别组件26可以是无源识别组件，并可以是：(a)电阻器，(b)电容器和/或(c)电感器。可替代地，识别组件26可以是有源识别组件，当启动时提供：(a)信号，(b)消息和/或(c)数值。该至少一个开关设备115可以是：(a)半导体设备和/或(b)继电器。整流器桥6可以使用半导体开关设备。该半导体开关设备可以是：(a)MOSFET，(b)电阻器和/或(c)二极管。

图2图示根据本发明原理的***1的更详细实施例。***1包括便携式电池操作病患监视器或其它便携式电子设备2。病患监视器2通常包括隔离的传感器引线12和13，例如互连至病患14。***1包括适合于接收病患监视器2的坞站3。24伏电源38通过路径39向坞站3提供电源。当病患监视器2未连接到坞站3时，内部电源5将电流从电池4提供给病患监视器2。当病患监视器2连接至坞站3时，电源5接收来自24伏电源38的电流，并执行两个功能，即向监视器2提供电流，同时提供电流以给电池4充电。

病患监视器2还包括数据收发信机8，其通过路径11对接红外收发信机二极管装置9，该红外收发信机二极管装置9被形成以包括密封红外窗口10。坞站3还包括包含在红外收发信机二极管装置22内的密封红外窗口21。红外收发信机二极管装置9和22允许通过红外链路23在坞站3和便携式设备之间的数据互通。链路23允许数据收发信机8与局域网(LAN)40通信。

便携式设备2包括电池充电接头18和19。坞站3具有两个匹配接头16和17，坞站适合于以两个位置之一接收监视器2，彼此偏离大约一百八十度，以便接头18在第一位置可以互连接头16，而在第二位置，接头18互连接头17。坞站3包括控制将电源施加给电源引脚16和17的电子开关和传感器15。电源5互连至桥电路6，其将电源从接头18和19传输至电源5。

参见图3，可以更好地理解桥电路6的操作。在所图示的实施例中，设计桥电路6用于24伏操作。本领域技术人员理解也可以使用在其它电压上工作的电源。虽然将电源5图示为桥电路6的输出负载，但是也可以跨接正输出端子24和负输出端子25放置多种负载中的任一负载。在一种实施例中，电子开关和传感器15(图2)提供施加给输入端子18和19的任意极性的激源，但是可以使用多种其它电源中的任意电源作为桥电路6的输入源。

在所图示的实施例中，桥电路6包括无源识别组件，例如电阻器26，在一种实施例中，其具有大约两千欧姆的值。本领域的技术人员理解可以使用有源识别组件替代无源识别组件，其当激活时可以发送表示有源识别组件识别的信号、消息或数值。本领域技术人员还理解这样一个信号、消息或数值的识别需要不同的检测器，理解如何设计和实现这种检测器，并理解如何互连它们与本发明的其它电路。

电阻器26串联耦合第一N通道耗尽模式场效应晶体管(FET)27和第二N通道耗尽模式FET 28。FET 27和28的组合构成(图1的)开关设备115。在诸如FET 27和28的N通道耗尽模式设备内，在栅极29或30上的负电压(相对于源极32)导致耗尽区域扩大并从侧面侵占通道，缩小链接源极32到漏极33的通道或路径31。当由于在栅极29上施加的负电压幅值导致耗尽区域完全关闭通道时，通道31的阻抗变得非常大，FET 27的源-漏导通路径被有效关闭，即电流不能在源极32和漏极33之间流动。相反地，在栅极29或30上的正电压(相对于源极)吸引驻留在栅极临近区域内的来自周围半导体材料的电子，从而形成较低阻抗的导电通道31。FET 27和28因而操作为电压响应可变阻抗单元。当将较低电压施加给输入端子18和19时，FET 27和FET28的源-栅电压接近于零，源-漏导通路径处于导通状态。在该状态中，电阻器26通过FET 27和28跨接到输入端子18和19。

具有大约0.01微法值的输入电容器59也跨接端子18和19以提供在电源38和整流器桥6之间的电压过滤。一旦从坞站3(图2)拆除便携式设备2，并且没有任何其它电路，跨越电容器59的电压可以保持在拆除之前其原有电压上。因为端子18和19暴露，这代表对使用该便携式设备2的人员的电击危险。串联单元，在图3中是FET 27、FET 28和电阻器26，给跨接耦合整流器桥6的输入且耦合至连接到输入的暴露端子18和19的电容器59放电。这防止了当从坞站3拆除便携式设备2时与端子无意接触导致的暴露端子18和19的电击危险。

在操作中，在坞站3内生成较低电压。将较低电压提供给电子仪器2。如上所述，识别组件26在此状态下通过开关设备115跨接耦合输入端18和19。检测在电子仪器2内组件26的特性(例如其阻抗)。响应于检测到组件26，将较高电压提供给电子仪器2。确定较高电压的实际极性，确定诸如电源等电负载的所需极性。如果需要，将较高电压的实际极性转换成诸如电源5等电负载的所需极性，从而将较高电压正确地提供给电负载，例如电源5。FET 34、35、36和37工作为桥电路以在输出端24上提供正输出直流电压和在输出端25上提供负输出电压，而与输入直流电压在输入端18和19上的极性无关，如下文将更详细描述的。

一旦将较高电压提供给电子仪器2，就电隔离电子仪器2内的组件26。更具体地，将组件26定位在电压响应可变阻抗单元(例如FET 27、28)之间，通过改变提供给电压响应可变阻抗单元FET 27、28的电压来隔离组件26。这避免了当由24伏电源38(图2)供电时在整流器桥6操作过程中通过电阻26的电源浪费。

本领域的技术人员认识到当已经由电检测电路46识别出该识别组件26时不必将其隔离。因此，根据本发明的原理，开关设备115(即FET 27和28)不是必需单元。相反地，它提供了在电子检测电路46已经识别出识别组件26之后停止识别组件26的电源浪费的附加优点。

形成电子仪器2以包括第一和第二电端子，例如18、19。通过第一和第二电端子，例如18、19，将较高电压和较低电压提供给电子仪器2。通过第一和第二电端子，例如18、19，检测在电子仪器2内的组件26的特性。

参见图4，可以理解位于坞站3内的电子开关15的操作。电子开关15操作以便在监视器入坞之前和当时的时刻，坞站3的正极性垫片16通过电路路径44暴露为大约三伏的电势。该电压由应用于电容器45和电阻器43的电压源(未图示)提供。电阻器43的值为大约10000欧姆。跨接端子16和17的3伏电压值产生暴露供电端子16和17的病患安全模式。

在端子16和17上没有监视器2的情况下，监视器2(图3)内的电阻器26不能被电子开关15检测到，没有电流流经端子16和17。因此，维持了病患安全模式。然而，当监视器2出现在坞站3内时，监视器2内的电阻器26跨接耦合端子16和17，使电流通过端子16和17。通过电流出现在端子16和17上，电子开关15能够检测出电阻器26的出现。电阻器43和26构成分压器。具体而言，沿着电路路径47经过电阻器43和通过监视器2内的电阻器26流动的电流生成跨越坞站端子16和17的大约1/2伏的电势差。无源阻抗监视器传感器46检测出存在大约1/2伏特，并在响应状态中，主电源开关48通过场效应晶体管49从电源38(图2)向电路路径50提供24伏特。响应于更高的24伏电压势，以下文更详细描述的方式，监视器2内的FET 27和28变成非导电的，并隔离电阻器26。

在操作中，参见图3，一旦将监视器2放入坞站3内(图4)，如上所述，较低的大约1/2伏特电势出现在桥电路6上。当将低于1.20伏特的电压通过端子18和19提供给桥电路6时，构成整流器桥6的四个FET 34、35、36和37偏置截止，它们的寄生二极管51、52、53和54不导电，该1.2伏特的电压等于由两个串联二极管导致的电压降。然而，响应于较小源-栅电压，作为N通道损耗模式设备的FET 27和28导电。因此，未隔离跨接桥6的输入端18、19与FET 27和28串联耦合的电阻器26，当施加低于1.20伏特的电压时，其存在可以由传感器开关15(图4)检测出。因此，将较低电压、低电流激励施加给暴露端子16和17以检测和验证何时出现诸如电源5等适当的负载电路。

一旦出现电阻器26，因此检测和验证出在监视器2内的电源5，可以通过主电源开关48(图4)将诸如24伏电源38(图2)的电压源连接到坞站3。这代表较高电压。可以以任意极性激励该较高电压。例如，假设以端子18为正端子和端子19为负端子，将输入电压增加至24伏特。当输入电压增加到大于1.20伏特的值时，在FET 35和36内的寄生二极管52和53分别开始导通，并使用原始电压极性和减去两个二极管电压降低值的幅度将电压信号提供给电源5。当输入电压增加至大约14.20伏特时，标称12伏特齐纳二极管58和56开始导通。当电压增加高于14.20伏特时，FET 35和36开始导通。当电压增加至24伏特时，FET 35和36已经完全增强，从而实现从输入端18和19到输出端24和25的完全电压转移，其具有取决于每个FET的内部阻抗和负载电流幅值的电压降，所述负载电流通常仅仅几百毫安。对于相反极性的施加电压，连接齐纳二极管55和57的FET 34和37执行相同的电压转移功能。

在较高的输入电压上，FET 27和28动作以隔离电阻器26，从而避免通过它不必要的电源损耗。当端子18是正的和端子19是负的时，FET变得不导通，因为其源电压(大约12伏特，如由齐纳二极管58控制的)超过其栅电压(大约零伏特)。FET 27的源-漏导通路径变成不导通的，隔离了电阻器26与输入端18、19。对于相反的输入极性，FET 28提供类似功能。

参见图1，***1执行下述动作：在坞站3内生成较低电压；将该较低电压提供给电子仪器2；检测在电子仪器2内组件26的特性；和响应于检测到组件特性，将较高电压提供给电子仪器2。

在一种实施例中，***1还执行动作：只要将较高电压施加给电子仪器2，则电隔离在电子仪器2内的识别组件26。此外，该***还执行下述动作：定位识别组件26与电压响应可变阻抗单元27、28串联(图3)；和通过改变提供给电压响应可变阻抗单元27、28的电压来隔离识别组件。如上所述，这停止了通过识别组件26的能量损失。

***1执行下述动作：确定较高电压的实际极性；确定电负载5(图3)的所需极性；和根据需要将较高电压的实际极性转换成电负载5的所需极性以正确地将较高电压提供给电负载5。此外，***1执行下述动作：构成电子仪器1以分别包括第一和第二电端子18和19；分别通过第一和第二电端子18和19将较高电压和较低电压提供给电子仪器1；和分别通过第一和第二电端子18和19检测在电子仪器1内识别组件26的特性。

虽然已经参考具体实施例描述了本发明，但是也可以进行各种修改。本领域的技术人员理解串联单元120和整流器桥6可以合并在如上所述连接到病患14的便携式医疗设备内。此外，电阻器26可以用其它无源组件替代，例如电感器或电容器。用于执行电子传感器和开关15的功能的组件可以包括半导体、继电器或者两者组合。此外，在开关15内使用的半导体设备可以是常规晶体管或者金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)。虽然在一种实施例中已经公开了电阻器26形式的无源识别组件，但也可以使用可生成代表入坞状态和极性的识别信号、消息或数值的有源组件或电路。本发明的范围完全由权利要求书定义。

虽然以示例实施例的形式描述了本发明，但并不限制于此。相反地，权利要求书应当被宽泛地解释以包括本领域技术人员在不脱离本发明等同物范围的情况下可以实施的本发明的其它变型和实施例。本公开文本将涵盖在此所讨论实施例的任意修改或变化。

Claims

1.一种电子设备识别***，包括：

整流器桥，用于从相应或相反极性的输入直流电压提供固定极性的输出直流电压；和

跨接耦合到所述整流器桥输入的识别组件，允许通过应用于所述整流器桥的所述输入的电检测电路识别所述识别组件值。

2.根据权利要求1的***，其中：

当检测电路未识别出所述识别组件时，所述整流器桥基本上关闭，防止提供所述输出直流电压；和

当检测电路识别出所述识别组件时，所述整流器桥基本上开启，并提供所述输出直流电压。

3.根据权利要求1的***，其中所述识别组件包括作为下述至少之一的无源识别组件：(a)电阻器、(b)电容器和(c)电感器。

4.根据权利要求1的***，其中所述识别组件包括当启动时提供下述至少之一的有源识别组件：(a)信号、(b)消息和(c)数值。

5.根据权利要求1的***，其中所述整流器桥使用半导体开关设备。

6.根据权利要求5的***，其中所述半导体开关设备包括下述至少之一：(a)MOSFET、(b)晶体管和(c)二极管。

7.根据权利要求1的***，其中所述识别组件给跨接耦合所述整流器桥的所述输入且连接所述输入的暴露端子的电容器放电以防止来自所述暴露端子的电击危险。

8.根据权利要求1的***，其中所述识别组件和所述整流器桥合并在连接到病患的便携式医疗设备内。

9.一种电子设备识别***，包括：

串联组件，包括与至少一个开关设备串联且跨接耦合所述整流器桥输入的识别组件，在第一模式中，所述至少一个开关设备电耦合所述识别组件跨越所述整流器桥的所述输入，允许通过施加给所述整流器桥的所述输入的电检测电路识别所述识别组件值，在第二模式中，所述至少一个开关设备基本上电隔离所述识别组件与所述整流器桥的所述输入。

10.根据权利要求1的***，其中：

在所述第一模式中，所述整流器桥基本上关闭，防止提供所述输出直流电压；和

在所述第二模式中，所述整流器桥基本上开启，并提供所述输出直流电压。

11.根据权利要求10的***，其中所述识别组件包括作为下述至少之一的无源识别组件：(a)电阻器、(b)电容器和(c)电感器。

12.根据权利要求10的***，其中所述识别组件包括当启动时提供下述至少之一的有源识别组件：(a)信号、(b)消息和(c)数值。

13.根据权利要求10的***，其中所述至少一个开关设备是下述至少之一：(a)半导体设备和(b)继电器。

14.根据权利要求10的***，其中所述整流器桥使用半导体开关设备。

15.根据权利要求14的***，其中所述半导体开关设备包括下述至少之一：(a)MOSFET、(b)晶体管和(c)二极管。

16.根据权利要求10的***，其中所述串联单元给跨接耦合所述整流器桥的所述输入且连接所述输入的暴露端子的电容器放电以防止来自所述暴露端子的电击危险。

17.根据权利要求10的***，其中所述识别组件和所述整流器桥合并在连接到病患的便携式医疗设备内。

18.一种用于操作电子设备识别***的方法，包括步骤：

在坞站内生成较低电压；

将该较低电压提供给电子仪器；

检测在该电子仪器内的组件的特性；和

响应于检测出该组件特性，将较高电压提供给该电子仪器。

19.权利要求18的方法，还包括步骤：只要将较高电压提供给电子仪器则电隔离在电子仪器内的该组件。

20.权利要求19的方法，还包括步骤：

定位该识别组件与电压响应可变阻抗单元串联；和

通过改变提供给该电压响应可变阻抗单元的电压，隔离该识别组件。

21.权利要求18的方法，还包括步骤：

确定较高电压的实际极性；

确定电负载的所需极性；和

根据需要将较高电压的实际极性转换成电负载的所需极性以正确地将该较高电压提供给电负载。

22.权利要求18的方法，还包括步骤：

形成电子仪器以包括第一和第二电端子；

通过该第一和第二电端子将较高电压和较低电压提供给电子仪器；和

通过该第一和第二电端子检测在该电子仪器内的识别组件的特性。