CN101059693A - 一种基于激活的零功耗待机电源控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于激活的零功耗待机电源控制装置，包括控制器、驱动器、电源切换电路、被控设备状态监测电路、信号感应电路以及电池。当信号感应电路接收到控制信号时，控制器被激活，并从信号感应电路接收控制信号，通过驱动器使交流电源控制开关接通被控设备的交流电源。当被控设备处于工作状态时，控制器根据收到的关机编码通过驱动器使交流电源控制开关关闭被控设备的交流电源，同时控制器处于低功耗待机状态，只有低能耗的信号感应电路还在工作，急需监控环境中的信号变化。从而达到低能耗且安全待机的目的。

Description

一种基于激活的零功耗待机电源控制装置

所属技术领域

本发明涉及家用电器领域，尤指用于家用电器的一种基于激活的零功耗待机电源控制装置。

背景技术

家用电器通常都采用市电作为工作与待机电源，待机电路的具体供电方式分为两种类型：

1)采用设备的正常工作电源兼作待机电源；

2)用独立的辅助交流电源作为待机电源；

这种传统待机电源供电模式存在两个问题：

1)待机能耗难以降低；

2)存在待机安全隐患。

非交流电源待机为同时克服上述弊端提供了可能性，其基本思路是：

1)利用一个独立待机电源控制装置控制待机过程。

2)该装置采用非交流电源供电，待机时物理切断被控设备的交流电源，使之彻底关闭。

3)只有该装置及其电源会产生待机能耗。

这样至少可以达到以下如下效果：

1)设备整机外部(宏观)检测待机能耗等于零。

2)实现了本质安全待机。

3)该装置复杂性较小，待机能耗可能做得很低。

从待机能耗绝对值来看，独立待机电源控制装置的待机能耗已经很小，因此很少有人研究进一步降低待机能耗的可能性、实用价值以及相应的控制结构。更多的讨论集中在非交流电源的供电模式上。现有方案包括：充电电池、太阳能(光)电池、一次性电池、电容储能及其各种组合待机供电方案。这些方案存在的普遍问题在于：较高的复杂性、成本增加较多以及在家电特殊应用环境中的各种问题。

最具可能性的充电电池方案存在如下重大缺陷：

1)电池与附加电路将可能显著增加成本；

2)必须保证在电池放电周期结束之前启动被控电器，否则电池放空后将导致被控设备无法启动，其他补救措施又会增加操作的复杂性。

3)长期存放之后需要激活，增加了控制电路的复杂性。

4)不能提供与被控电器相匹配的寿命。

一次性锂亚硫电池能够提供10-15年的保存寿命。从理论上说，只要在寿命期内电池消耗能量小于电池的供电容量，使用寿命就可以达到10-15年。但是为了使电池成本最小化，还必须把待机电源控制装置的综合待机电流降到极端微小的水平，显然这是极为困难的事情。

发明专利《一种零功耗待机电源控制装置》，专利号：200410062286.2提供了迄今为止最为完备和可实现的解决方案。

首先，这是一项基于关断的技术：在待机过程中关闭了包括单片机在内的几乎全部电路，只保留了一个极低功耗的红外信号接收电路用于监测环境中的红外信号变化。它不但能够广泛适合于没有激活(唤醒)功能的控制芯片(单片机)，同时也减少了控制芯片本身待机电流以及引脚泄漏电流对电池能量的无谓消耗。

其次，提供了精确的电池附加能耗控制：不但通过对被控设备工作电源以及被控设备电源特征POWER-ON信号的监测，避免了在交流电源不存在的情况下，电池对中间继电器单独激励所造成的能量损失；同时能够实现对被控设备交流电源的实时监测。其优点是：在中间继电器控制触点接通瞬间就可以监测到交流电源的存在状况。如果交流电源不存在，控制器就可以立即撤销对中间继电器的激励，所造成的电池能量损失时间长度很短。虽然通过对被控设备工作电源的监控也能实现这个目的，但是这个时间要长的多。因此通过上述结构能够把待机电池的能量损失降到最低限度，从而实现采用一节小容量电池长期支持待机的目的。

但是这种控制方案依然存在如下不足：

1)控制器需要通过上电复位过程才能启动，这个过程要比睡眠唤醒时间长的多，这对于实现非重复红外编码的检测可能十分困难；同时现代单片机的待机(睡眠)以及引脚泄漏电流极小，这种因素造成的电池能量损失实际上已经小到了可忽略的程度，而自我关断技术的复杂性较大；

2)控制系统的启动电流特别是中间继电器的启动电流必须全部来自于电池本身的供电，增加了对电池的冲击电流，这对电池本身的寿命和电能消耗极为不利；

3)许多电器，特别是低端电器，电源功率小，启动时间短，只通过对被控设备工作状态的监控也能达到采用交流电源监测的同样目的，只不过检测时间发生了一点滞后，所产生的能量损失是可以接受的。而且，按照现代电力网的供电保障水平，出现交流电源失去供电以及被控设备开关电源出现故障的概率极小。因此，在很多情况下单就为这个目的对交流电源进行监控的必要性是不充分的，而且也会增加成本和系统的复杂性。因此，在低端设备中采用这种完备方案是不必要的；

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种基于激活的零功耗待机电源控制装置。

为了解决上述问题，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置的技术方案包括控制器、交流电源控制开关、驱动器、电源切换电路、被控设备状态监测电路、信号感应电路以及电池；其中，

所述控制器通过所述驱动器与所述交流电源控制开关实现对被控设备市电的通断控制；所述电源切换电路的两个输入端分别连接所述被控设备工作电源与所述电池，所述电源切换电路的控制端与所述控制器连接，所述电源切换电路的输出作为所述基于激活的零功耗待机电源控制装置的工作电源分别连接到所述控制器、信号感应电路以及所述交流电源控制开关；所述被控设备状态监测电路的输入端与所述被控设备的状态信号连接，输出端与所述控制器连接，所述控制器根据检测到的被控设备状态完成相应的控制动作；所述信号感应电路输出端连接到所述控制器的一个输入端，作为所述控制器的唤醒激活以及信号输入；所述控制器在待机过程中处于低功耗休眠状态，只在收到所述信号感应电路的信号后才被激活。

进一步地，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置的信号感应电路的输出可以直接或者通过一个信号匹配电路连接到所述被控设备；

进一步地，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置的信号感应电路包括第一红外信号接收电路和第二红外信号接收电路；其中，

所述第一红外信号接收电路在所述被控设备待机时作为唯一的工作部件保持供电，用以监测环境中的红外信号变化，在所述控制器被启动后，所述第一红外信号接收电路收到的信号被忽略；

所述第二红外信号接收电路的工作电源受所述控制器的控制，在所述控制器待机过程中，所述第二红外信号接收电路被完全关闭不消耗电能，只有在当所述控制器被激活后，所述第二红外信号接收电路才能开始工作，用于接收红外信号编码。

进一步地，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置的电源切换电路包括被控设备工作电源通道、电池供电通道、电源控制开关；其中，

所述被控设备工作电源通道用以向所述基于激活的零功耗待机电源控制装置连接被控设备工作电源；

所述电池供电通道用以向基于激活的零功耗待机电源控制装置提供电池供电，这个通道在所述被控设备工作电源建立后能够自动关断；

所述电源控制开关与所述电池供电通道并联，并受所述控制器的控制，向所述基于激活的零功耗待机电源控制装置提供另一条电池供电通道。

进一步地，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置还包括一个辅助电源，所述辅助电源的输入端连接被控设备工作电源，输出端与所述电源切换电路连接。所述辅助电源在被控设备工作期间储存电能，可以降低所述电池的能量消耗，延长所述电池的使用寿命。

进一步地，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置还包括交流电源检测电路，所述交流电源检测电路串连在所述交流电源控制开关的控制通道中，不但能够检测所述交流电源开关以及被控设备的交流电源状况，同时能够监测交流市电的非正常过电压状态，所述控制器在正常运行过程中就可以根据这个信号立即关闭被控设备，从而不但能够保证被控设备的待机安全，还能改善被控设备的运行安全。

进一步地，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置还包括一个信号监测电路，所述信号监测电路输入端与被控设备的Power-on信号相连，输出端连接到所述控制器的一个输入端口。

本发明的有益效果

采用双红外信号接收电路以及控制器的睡眠一唤醒工作模式。其中一个标准红外接收电路由于功耗较大，只用于在控制器工作状态下接收红外信号编码，在待机过程中被完全关闭，另一个低功耗红外信号接收电路在待机过程中监测环境中的红外信号变化，可以实现极低的功耗。而且控制器在待机过程中处于低功耗的睡眠状态，只有当收到红外信号时才能激活。这样基于激活的零功耗待机电源控制装置的待机能耗只取决于待机红外信号接收电路、控制器待机以及交流电源控制开关的启动能耗，整个电源控制装置的待机电流典型值在亚微安水平，从而保证电池的长期待机寿命。

同时，目前的单片机已经能够提供微秒级的瞬时启动时间，因此这种控制方案能够适合于几乎所有红外编码信号的快速识别。

只采用被控设备工作状态监测可以降低整个控制结构的复杂性，减少成本。采用交流过电压检测装置，在实现待机安全的条件下还能有效地提高设备的运行安全性能，从而大幅度提高被控设备的总体安全性能。

内蒙古自治区电子产品检验所对采用该装置的彩色电视机的检测报告显示：待机状态下，电池供电电流典型值为0.508微安，交流电流为零；电视机正常工作状态下电池供电电流为零。

由于本方案采用更简单的控制结构，可靠性提高，在不改变传统操作模式的条件下，实现了本质安全待机，彻底消除了待机能耗。

在实际应用中，涉及的基本元器件只有一个采用该项技术的专用集成电路芯片、一节小容量的锂亚硫电池、一个中间继电器和一个功率继电器以及一个红外接收管，可以用极其低廉的成本直接整合到家电产品中，具有极大的成本优势。由于电池被永久安装在家电中，也不会增加最终用户的使用成本。同时还可以利用该项技术构造具有零待机功耗的具有各种产品形态的外置电源控制装置，这为现有的家电设备提供了应用零待机技术的途径。仅仅考虑中国每年超过9000多万台的电视机产量，3亿多台电视机的社会拥有量，以及目前社会对降低待机能耗的强烈愿望，本发明就具有了极大的市场潜力。

附图说明

图1是发明零功耗待机控制装置的结构框图；

图2是发明零功耗电源控制装置实施例的结构框图；

图3是发明基于激活的零功耗待机电源控制装置中的电源切换电路的结构框图；

图4是发明零功耗电源控制装置中交流电源控制开关的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置包括控制器1、交流电源控制开关2、驱动器3、电源切换电路4、被控设备状态监测电路5、信号感应电路6以及电池9；其中，

所述控制器1通过所述驱动器3与所述交流电源控制开关2连接，所述交流电源控制开关2一方面连接市电交流电源，同时通过内部的常开触点连接被控设备10。所述电源切换电路4的两个输入端分别连接被控设备工作电源与所述电池9，控制端与所述控制器1连接，所述电源切换电路4的输出作为所述基于激活的零功耗待机电源控制装置的工作电源分别连接到所述控制器1、交流电源控制开关2以及所述信号感应电路6。所述信号感应电路6的输出直接连接到所述控制器1的一个输入端。所述被控设备状态监测电路5的输入端与所述被控设备10的状态信号连接，输出端与所述控制器1连接，所述控制器1根据检测到的被控设备状态完成相应的控制动作。

在被控设备10待机过程中，所述控制器1处于低功耗待机状态，所述信号感应电路6监测环境中的信号变化，在收到信号变化时激活所述控制器1，如果所述控制器1收到正确开机信号就通过所述交流电源控制开关2接通所述被控设备10的交流电源，完成所述被控设备10的启动过程。

在被控设备10的正常工作过程中，所述控制器1从信号感应电路6接收控制信号，如果收到关机信号就通过所述交流电源控制开关2关闭所述被控设备10的交流电源，完成所述被控设备10的关机过程。

如图3所示，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置的电源切换电路4包括被控设备工作电源通道40、电池供电通道41、电源控制开关42；其中，

所述被控设备工作电源通道40、电池供电通道41、电源控制开关42的输出端连接在一起向基于激活的零功耗待机电源控制装置提供工作电源。所述被控设备工作电源通道40的输入端连接被控设备工作电源；电池供电通道41的输入端与所述电池9连接，向基于激活的零功耗待机电源控制装置提供一条不间断的电池供电通道，并且在所述被控设备工作电源通道40接通后自动关闭。所述电源控制开关42与所述电池供电通道41并联，向基于激活的零功耗待机电源控制装置提供了第二条受控电池供电通道。

下面参照附图2和附图4对本发明的实施例及其控制步骤作进一步说明。

如图2及图4所示，本发明基于激活的零功耗待机电源控制装置包括控制器1、交流电源控制开关2、中间继电器21、线包210、常开触点211，功率继电器22、线包220、常开触点221、驱动器3、电源切换电路4、被控设备状态监测电路5、第一红外信号接收电路6’、第二红外信号接收电路6”、辅助电源7、电源控制电路8、电池9、电视机10、交流电源检测电路11、电平匹配电路12、信号监测电路13；其中，

所述电源切换电路4的+5v和3.6v两个输入端分别连接到电视机10的工作电源和所述电池9上，它的控制端A与所述控制器1的两个输出端口相连，输出端VDD作为所述基于激活的零功耗待机电源控制装置的工作电源分别连接到所述控制器1、第一红外信号接收电路6’、电源控制电路8以及中间继电器21线包210的一个端子Q2上。所述驱动器3的一侧联接所述控制器1的两个控制输出，所述控制器1通过这两个控制端口实现对所述中间继电器21的吸合——保持控制，所述驱动器3的另一端连接所述中间继电器21线包210的另外一个端子Q1。所述交流电源检测电路11、中间继电器21的常开触点211、功率继电器22的线包220串联后连接到220v交流电源上。所述功率继电器22的常开触点221接在电视机10的交流主回路中。所述第一红外信号接收电路6’的输出直接与控制器1的一个端口相连；所述电源控制电路8是一个控制开关，控制端连接所述控制器1的一个输出端口，输出端连接所述第二红外接收电路6”的电源端，所述第二红外接收电路6”的输出接到所述控制器1的一个输入端口并通过电平匹配电路12连接到电视机10的红外信号输入端，所述电平匹配电路12由电视机10的工作电源供电。电视机10的电源控制信号Power-on通过所述信号监测电路13接入控制器1，电视机10的+5v工作电源经所述被控设备状态监测电路5接入控制器1的一个输出端口。所述交流电源检测电路11的输出和所述控制器1的一个输入端口直接相连，通过检测流经线包220的电流变化来判断交流电源的正常与过电压状况。

本发明一种基于激活的零功耗待机电源控制装置的控制步骤如下：

在电视机10关机后，中间继电器21释放，所述控制器1处于低功耗睡眠状态，第二红外信号接收电路6”被关闭，只有第一红外信号接收电路6’通过电源切换电路4的电池供电通道41被电池9供电处于工作状态。

每当按下遥控器的任何按钮，第一红外信号接收电路6’的输出脉冲就会通过控制器1的输入端口激励控制器1，使控制器1被唤醒启动，控制器1通过电源切换电路4的电源控制开关42接通电池9的第二条电池供电通道、通过电源控制电路8接通第二红外信号接收电路6”的工作电源，然后控制器1接收来自第二红外接收电路6”的红外编码；如果控制器1没有收到预设的电源控制编码，就关闭第二红外接收电路6”的工作电源，并关闭第二条电池供电通道，再次进入低功耗休眠状态。如果控制器1收到正确的开机编码，就会通过驱动器3激励中间继电器21的线包210，常开触点211闭合，这时控制器1通过交流电源检测电路11监测功率继电器22线包220的通电情况，如果控制器1还没有检测到功率继电器22线包220的交流激励电流，则取消对中间继电器21的激励，并关闭第二红外信号接收电路6”的工作电源和电源控制开关42，进入休眠状态。如果线包220的激励正常，控制器1在预定的时间内通过电视机工作电源监测电路5也监测到了电视机10的工作电源，意味着电视机10已经进入正常待机状态，通过电源切换电路4的被控设备工作电源通道40接通+5v电源、通过电源开关42关闭电池9的第二条电池供电通道，电池供电通道41将自动关闭，这样基于激活的零功耗待机电源控制装置将只在+5v电源的支持下工作，电池9的输出电流为零；再次按下遥控器电源控制按钮或者其它任意功能按键时，电视机10将进入正常功能画面。在电视机10的正常工作过程中，如果按下电视机遥控器的电源控制(待机)按键，控制器1就会撤销对线包210的激励，常开触点211、221释放，同时控制器1通过电源开关8关闭第二红外信号接收电路6”的工作电源，控制1然后也进入低功耗休眠状态。随着电视机10的关闭的+5v电源供电消失，但是由于电池供电通道41自动开通，因此控制器1和第一红外信号接收电路6’依然能够保持供电，整个系统处于低功耗待机状态，只有第一红外信号接收电路6’继续工作保持对红外环境信号的监控。这种控制结构还能保证在电视机10的正常工作过程中，一旦出现交流电源异常，所述控制器1也能立即取消对中间继电器21的激励，自动关闭电视机10，从而保证电视机10的运行安全。总之无论是在电视机10的启动过程中，还是电视机10的运行过程中，这种结构都能够保证在任何电源异常情况下，继电器21的激励都将被立即撤销。

控制器1除了利用被控设备状态监测电路5来监测电视机10的工作状态之外，还可以利用信号监测电路13通过检测电视机的POWER-ON信号来实现电源控制装置与电视机10的功能之间的协调，例如电视机10的无信号关机、定时关机等等。

驱动器3可以保证对中间继电器21的吸合、保持过程进行精确控制。

图3给出的电源切换电路4的结构框图，+5v通道设置了被控设备工作电源通道40，在3.6v通道设置了并联的电池供电通道41、受控的电池供电通道，该通道受电源控制开关42的控制。由于电池供电通道41不受控，因此可以在其它两个通道没有接通的情况下，保证为所述待机电源控制装置提供电源。同时由于被控设备工作电源通道40也是一个不受控通道，因此只要电视机接通交流电源而且工作电源正常，就能保证+5v电源接通，同时在参数配置上可以保证被控设备工作电源通道40的输出电压高于电池供电通道41的输出电压，从而保证电池供电通道41被自动关闭，只有电视机10的+5V电源向待机电源控制装置供电，从而节省电池9的电能消耗。但是，由于电池供电通道41只能提供小功率电源，因此只要控制器1启动，就需要接通电源控制开关42，以便能够提供中间继电器2启动所需要的较大电流。

待机情况下，待机电源控制装置通过电池供电通道41供电，由于这个通道自身能耗极小，在保证供电的情况下又能够减少电池9的能耗。只有存在红外信号的情况下，电源控制开关42才被打开，为基于激活的零功耗待机电源控制装置提供较大的电能，保证第二红外信号接收电路6”以及对中间继电器21的激励。而且+5v电源一旦接通，随着被控设备工作电源通道40的开通，电池供电通道就会立即关闭，从而实现只由+5v电源向基于激活的零功耗待机电源控制装置供电。

辅助电源14是一个超级电容储能装置，在+5v电源接通时可以储存部分电能，这样在当+5v电源消失之后可以作为电池9的补充能源，从而显著降低电池9的能耗，因此大大延长电池9的使用寿命。

Claims (7)

1.一种基于激活的零功耗待机电源控制装置，其特征在于：包括控制器、交流电源控制开关、驱动器、电源切换电路、被控设备状态监测电路、信号感应电路以及电池；其中，

所述控制器通过所述驱动器与所述交流电源控制开关实现对被控设备市电的通断控制；所述电源切换电路的两个输入端分别连接所述被控设备工作电源与所述电池，所述电源切换电路的控制端与所述控制器连接，所述电源切换电路的输出作为所述基于激活的零功耗待机电源控制装置的工作电源分别连接到所述控制器、信号感应电路以及所述交流电源控制开关；所述被控设备状态监测电路的输入端与所述被控设备的状态信号连接，输出端与所述控制器连接，所述控制器根据检测到的被控设备状态完成相应的控制动作；所述信号感应电路输出端连接到所述控制器的一个输入端，作为所述控制器的唤醒激活以及信号输入；所述控制器在待机过程中处于低功耗休眠状态，只在收到所述信号感应电路的信号后才被激活。

2.如权利要求1所述的一种基于激活的零功耗待机电源控制装置的信号感应电路的输出可以直接或者通过一个信号匹配电路连接到所述被控设备。

3.如权利要求1所述的一种基于激活的零功耗待机电源控制装置的信号感应电路包括第一红外信号接收电路和第二红外信号接收电路；其中，

所述第一红外信号接收电路在所述被控设备待机时作为唯一的工作部件保持供电，用以监测环境中的红外信号变化，在所述控制器被启动后，所述第一红外信号接收电路收到的信号被忽略；

所述第二红外信号接收电路的工作电源受所述控制器的控制，在所述控制器待机过程中，所述第二红外信号接收电路被完全关闭不消耗电能，只有在当所述控制器被激活后，所述第二红外信号接收电路才能开始工作，用于接收红外信号编码。

4.如权利要求1所述的一种基于激活的零功耗待机电源控制装置的电源切换电路包括被控设备工作电源通道、电池供电通道、电源控制开关；其中，

所述被控设备工作电源通道用以向所述基于激活的零功耗待机电源控制装置连接被控设备工作电源；

所述电池供电通道用以向基于激活的零功耗待机电源控制装置提供电池供电，这个通道在所述被控设备工作电源建立后能够自动关断；

所述电源控制开关与所述电池供电通道并联，并受所述控制器的控制，向所述基于激活的零功耗待机电源控制装置提供另一条电池供电通道。

5.如权利要求1所述的一种基于激活的零功耗待机电源控制装置还包括一个辅助电源，所述辅助电源的输入端连接被控设备工作电源，输出端与所述电源切换电路连接。所述辅助电源在被控设备工作期间储存电能，可以降低所述电池的能量消耗，延长所述电池的使用寿命。

6.如权利要求1所述的一种基于激活的零功耗待机电源控制装置还包括交流电源检测电路，所述交流电源检测电路串连在所述交流电源控制开关的控制通道中，不但能够检测所述交流电源开关以及被控设备的交流电源状况，同时能够监测交流市电的非正常过电压状态，所述控制器在正常运行过程中就可以根据这个信号立即关闭被控设备，从而不但能够保证被控设备的待机安全，还能改善被控设备的运行安全。

7.如权利要求1所述的一种基于激活的零功耗待机电源控制装置还包括一个信号监测电路，所述信号监测电路输入端与被控设备的Power-on信号相连，输出端连接到所述控制器的一个输入端口。

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