CN101626194B - 降低电源的空载功率的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低电源的空载功率的装置、系统和方法。该装置包括：连接模块，其确定负载是否连接至所述电源的输出端子。还包括：空载模块，其在所述连接模块确定负载没有连接至输出时，在空载间隔内关闭所述电源。监视模块在空载间隔结束时在监视间隔内开启所述电源。在所述监视间隔期间，所述连接模块确定负载是否连接至所述电源的输出端子。如果所述连接模块在所述监视间隔期间确定负载连接至所述电源，则激活模块开启所述电源。如果没有连接负载，则启动另一空载间隔。

Description

降低电源的空载功率的装置、系统和方法

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地，涉及降低用于适配器和移动产品的电源的空载功耗。

背景技术

个人和企业逐渐意识到他们的能耗，并积极地寻求降低能耗。无论主要动机是降低碳足迹的规模还是节省能源成本，消费者都需要从生产商得到更加能源有效和生态友好的产品。

在电子设备无处不在的时代里，消费者和管理者逐渐意识到电子设备的能耗成本。能源低效的常见原因是所谓的“能源吸血鬼”。常见的电子设备(例如计算机、电视和电器)甚至在设备关闭时也需要待机功率和消耗电力。待机功率提供使得设备甚至在其关闭时保存信息，响应于远程控制，或提供其他功能所必须的功率。待机功率也带来了设备的寄生损耗。对于许多设备来说，在待机模式下消耗的功率相当于在活动模式下消耗的功率。

许多设备(例如图1中所示的膝上型计算机110、个人数字助理(“PDA”)112、和蜂窝电话114)将插头插入到充电器(例如充电器100)中。许多消费者在断开他们正在充电的设备之后，仍使充电器100插入插座。即使这些断开的充电器100不再提供任何有价值的功能，这些充电器仍继续消耗能量。可论证地，适配器中的这些损耗甚至比待机功耗的情况更加严重，因为功率被完全浪费并且没有向所有者提供功能价值。

EPA估计由关闭的设备消耗的功率或由保持插入状态的充电器100消耗的功率的数量达到每年大约450亿千瓦时的电力，并且导致成本每年增加35亿美元。考虑到这样大量的成本，业界专注于降低由他们制造的电子设备消耗的功率。需要一种过程、装置和系统，用于在电源处于空载时(即，没有主动地向电子负载提供电力时)降低电源消耗的功率的数量。

发明内容

根据本领域的当前情况，具体地，根据通过当前可用的功率降低技术尚未完全解决的问题和需求，开发了本发明。相应地，本发明提供了一种降低电源的空载功率的处理、装置和系统，其克服了本领域中上述缺点中的多个或全部。

该装置配置有逻辑单元，其包括被配置为在功能上执行降低电源的空载功耗所必须的步骤的多个模块。在一个实施例中，该装置包括：连接模块，其确定负载是否连接至电源的输出端子。

在一个实施例中，所述连接模块通过测量所述电源的输出端子处的输出功率并将所述输出功率与预定义阈值相比较，来确定负载是否连接至所述电源的输出。在某些实施例中，这还涉及向比较器发送输出功率值和限定预定义阈值的基准值。所述预定义阈值典型地是近似等于噪声电压的最低值。在其他实施例中，所述连接模块通过测量从所述电源的输出端子吸取的电流来确定负载是否连接至电源。

该装置还包括：空载模块，其响应于所述连接模块确定负载没有连接至所述输出，在空载间隔内关闭所述电源的一个或多个有源部件。在空载间隔的结束，监视模块在监视间隔内开启所述电源的一个或多个有源部件。所述连接模块在所述监视间隔期间确定负载是否连接至所述电源的输出端子。所述连接模块可采用瞬时功率测量、在监视间隔期间的平均功率测量、以及在所述监视间隔的多个子间隔期间的平均功率测量。

该装置还包括：激活模块，如果所述连接模块在所述监视间隔期间确定负载连接至所述电源，则开启所述电源的有源部件。作为响应，所述电源在所述电源的输出端子处保持稳定电压。如果没有连接负载，则所述电源在监视间隔结束时进入另一空载间隔。

在某些实施例中，该装置包括：内部电力源，其在所述空载间隔期间向所述连接模块、所述监视模块、和所述激活模块提供电力。所述内部电力源可以是电池或电容器，在电源处于活动状态以及电源处于省电模式的监视间隔期间，对所述电容器充电。所述电容器的大小与所述模块的能量要求有关，还与所述空载间隔和所述监视间隔的长度有关。

该装置备选地可包括：传感器模块，其测量所述电源的输出端子处的输出功率，并将所述输出功率与预定义阈值相比较。如果所述传感器模块确定所述输出功率小于所述预定义阈值，则空载模块在空载间隔内关闭所述电源以及去激活所述传感器模块的感测。所述监视模块在所述空载间隔的结束在监视间隔内开启所述电源并激活所述传感器模块的感测。在此监视间隔期间，所述传感器模块测量输出功率。

当所述传感器模块在所述监视间隔期间测量到小于所述预定义阈值的输出功率时，去激活模块激活所述空载模块以在空载期内关闭所述电源以及所述传感器模块的感测。当所述传感器模块在所述监视间隔期间测量到大于所述预定义阈值的输出功率时，激活模块使所述电源返回其活动状态，以使所述电源在其输出端子处提供稳定电压。

除了上述装置之外，还公开了一种包括此类装置的系统。该系统包括：电源，其接收稳定电输入并生成稳定电输出。所述电源包括上述的传感器模块、空载模块、监视模块、去激活模块、和激活模块。所述系统还可包括电子设备，其连接至所述电源的输出端子。此电子设备可以例如是便携式计算机、电器(例如电视或洗衣机)、电话、或个人数字助理。所述电源可以是在所述电子设备中的内部电源或外部电力适配器。所述电源也可是逆变器，其接收DC输入并在输出端子处产生AC输出信号。

其他实施例包括一种方法和一种计算机程序产品。所述计算机程序产品可包括在计算机可读介质中存储的指令，用于降低电源的空载功率。所述计算机程序产品包括：上述的传感器模块、空载模块、监视模块、去激活模块、和激活模块。在一个实施例中，这些模块可以在微控制器中实现。所述传感器模块可以通过测量所述电源的输出端子处的输出功率或测量从输出端子吸取的电流来确定电源是否正在提供电力。

在一个实施例中，所述空载模块通过提供信号以关闭脉宽调制器来关闭所述电源。此外，所述微控制器可以从电容器或电池接收电力。

所述降低电源的空载功率的方法包括：测量所述电源的输出端子处的输出功率，并将此值与预定义阈值相比较。该方法还包括：如果所测量的输出功率小于所述预定义阈值，则在空载间隔内关闭所述电源。该方法还包括：在监视间隔内开启所述电源以及在所述监视间隔期间测量所述输出端子处的输出功率。所述监视间隔在所述空载间隔结束时开始。该方法还包括：当在所述监视间隔期间所述输出功率大于所述预定义阈值时，在所述电源的输出端子处提供稳定电压。该方法还包括重复以下步骤：在空载间隔内关闭所述电源；以及在监视间隔内开启所述电源，直到在所述监视间隔期间测量到大于所述预定义阈值的输出功率。

根据随后说明和所附权利要求，本发明的特征和优点将变得更加清楚，或通过实现以下所述的本发明，可以获知本发明的特征和优点。

附图说明

为了更容易理解本发明的优点，通过参照在附图中示出的特定实施例提供以上简述的发明内容的具体实施例。可以理解，这些附图仅示出本发明的典型实施例，因此不应视为是对本发明范围的限制，通过使用附图结合附加特性和细节描述和说明本发明，其中：

图1是需要来自可分离的电源的电力的各个示例性设备的示意性示图；

图2是示出根据本发明的电源的一个实施例的系统框图；

图3是示出根据本发明的电源的一个实施例的备选系统框图；

图4A是示出实现本发明的设备的时序的一个实施例的示意性时序图；

图4B是示出当实现本发明的设备与负载断开连接时由该设备消耗的平均功率的示意图；

图5是示出实现本发明的电路的一个实施例的示意性电路图；

图6是示出实现本发明的电路的实施例的第二示意性电路图；以及

图7是示出实现本发明的方法的一个实施例的示意性流程图。

具体实施方式

将本说明书中描述的多个功能单元标记为模块，以便更具体地强调它们的实现无关性。例如，模块可以被实现为包括定制VLSI电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管或其他分离组件之类的现用半导体的硬件电路。模块还可以在诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备之类的可编程硬件设备中实现。所披露的模块可以在微控制器中实现。

模块也可以在通过各种类型处理器执行的在计算机可读介质(例如，盘、CD、硬盘驱动器、闪存驱动器、以及本领域已知的其他介质)上存储的软件中实现。例如，标识的可执行代码的模块可以包括一个或多个物理或逻辑的计算机指令块，所述块可以例如组织为对象、过程或函数。然而，标识的模块的可执行代码不需要在物理上位于一起，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，当所述指令被逻辑地结合时，将包括所述模块并实现模块的所述目的。

实际上，可执行代码的模块可以是单个指令或多个指令，并且甚至可以分布在数个不同的代码段上、多个不同的程序中，以及跨多个存储器设备。同样，操作数据可以在模块中被标识和在此示出，并且可以包括在任何适当的形式中并组织在任何适当类型的数据结构中。操作数据可以被收集为单个数据集，或可以分布在包括不同存储设备的不同位置上，并且可以至少部分地仅作为电子信号存在于系统或网络中上。在此类实施例中，模块可作为计算机可读介质(例如，CD、闪存、盘、存储器、和本领域普通技术人员已知的其他介质)中的可执行代码来实现。

如上文简单描述的，图1示出膝上型计算机110、PDA 112和蜂窝电话114。这些设备是范围从电池充电器到MP3播放器的电子设备的示例，其中可从充电电源(例如电源100)移除负载。可包括电源100的其他设备包括电器(电视、洗衣机、干衣机等)、刀片系统、和桌上电脑。在某些实施例中，电源100可物理地结合到构成负载的电子设备中。在此类实施例中，可能未从电源100物理地移除负载，但是当设备关闭时负载看起来要小得多。在此类实施例中，即使保持物理连接，负载也可以看作在电气上移除。本发明可以在电源100中实现，电源100为代表电源100上的负载的一个或多个电子设备提供电力，其中在电子设备关闭时，负载可以被断开连接或被减小至较低的值。

图2提供电源系统200的示意性框图。系统200包括电源100和负载224。电源100包括：连接模块210、内部电力源214、空载模块216、监视模块218、激活模块220、和有源电路部件222。在备选实施例中，进入电源100的装置包括：连接模块210、内部电力源214、空载模块216、监视模块218、和激活模块220。本发明不仅限于上述实施例之一，在说明书中用于描述直接结合到电源100中的模块的说明仅是可实现本发明的一种示意性方式。

电源100接收在图2中标识为源电力230的稳定输入电压，并且在输出端生成稳定输出电压。在一个实施例中，源电力230是提供输入电压的交流(AC)源，例如壁式插座。此AC输入电压大约是60Hz(赫兹)和120Volt(伏特)，或者在可实现该设备的各个国家中可具有典型用于电力源的其他值。

电源100将输入电压转换成稳定输出电压。在一个实施例中，输出电压是直流(DC)电压，并且提供对如图1所示的电子设备充电或允许其操作所必须的电力。备选地，电源100可以是接收稳定输入DC电压和生成稳定输出AC电压的逆变器。

电源100包括有源电路部件222。有源电路部件222可以例如是包括MOSFET、BJT和脉宽调制器的开关、功率监视器、比较器、放大器、以及本领域普通技术人员已知的其他部件。这些有源电路部件222可用于在电源100中生成多个级。多级电源100典型地包括具有各种拓扑(例如升压、降压、降压-升压、回扫、

及其组合)以及使用开关的其他已知拓扑的多个级。本领域普通技术人员可理解，此类多级电源可用于通过控制负载的输入电流来提供有源功率因数校正，以使其与输入电压成比例。这样，有源功率因数校正可提供接近1的功率因数，因此减少系统中的能量损耗和谐波。使用有源电路部件222的电源级也可被配置为：虽然负载改变，仍为电源100提供严格的稳定输出电压。

为电源100提供和保持此类严格的稳定输出电压的处理给系统增加了成本。因此，无论负载是否连接至输出端子，都需要能量来保持输出电压。例如，在典型实施例中，有源电路部件200包括开关。操作这些开关引起电源100的切换损耗。

在所示实施例中，电源100包括连接模块210。连接模块210确定负载(例如电子设备)是否连接至电源100的输出端子。在一个实施例中，连接模块210通过机电连接传感器确定是否存在负载。例如，连接模块210可包括在负载连接至电源100时短路的管脚，由此发信号通知负载的存在。

在备选实施例中，连接模块210可通过测量电路的电参数(例如电源100的输出端子处的输出功率值)来检测负载存在与否。然后，连接模块210将此测量的输出功率值与预定义阈值相比较，并基于该比较来做出负载是否连接至电源100的决定。

在一个实施例中，连接模块210包括比较器，其接收测量的输出功率值和预定义阈值作为其输入。当输出功率值等于或小于预定义阈值时，比较器提供指示负载被断开连接的信号。理想地，预定义阈值是接近0但足够高以防止假触发的最低值。例如，即使没有负载连接至电源100，噪声也可能导致连接模块210测量输出端子处的大于0瓦特的电力值，或至少发信号通知大于0瓦特的功率值。适当预定义的阈值有助于保证噪声和其他不期望的波动不会使得连接模块210虚假地报告负载的存在。

备选地，连接模块210通过测量从电源100的输出端子吸取的电流来确定负载是否连接至电源100的输出端子。在一个实施例中，连接模块210通过使用电阻器来测量电流。备选地，可使用本领域普通技术人员已知的其他器件(包括霍耳效应器件和电流变换器)来测量电流。

电源100还包括空载模块216。当连接模块210确定负载没有连接至电源100的输出端子时，空载模块216在这里称为空载间隔的时间间隔内关闭电源100的有源部件。在一个实施例中，空载模块216在空载间隔内还去激活连接模块210，以使连接模块210在空载间隔期间不窥探或寻找负载。因此，如果负载在空载间隔期间连接至电源100，则连接模块210不检测或不报告负载的存在。

备选地，空载模块216关闭除连接模块210提供的监视功能以外的每个功能。在一个实施例中，关闭电源100的有源部件涉及关闭电源100中的逻辑、传感器或通信部件。空载模块216可实际关闭有源部件222，或在备选实施例中，生成信号以关闭有源部件222(例如脉宽调制器)。

在空载间隔内关闭有源电路部件222典型地使得电源100停止在输出端子处生成稳定电压。在空载间隔期间，这显著降低了由电源100消耗的能量。

电源100还包括监视模块218，其在空载间隔结束时在监视间隔内开启有源部件222。在一个实施例中，即使连接模块210在监视间隔期间的读取指示负载不存在，监视模块218也在整个监视间隔内开启这些有源部件222。在一个实施例中，无论负载是否存在，有源电路部件222在整个监视间隔内都处于开启状态。开启有源部件222可包括直接或通过信号开启逻辑、传感器、或例如脉宽调制器的部件。

在监视间隔期间，电源100的连接模块210监视输出端子处的输出功率，并确定负载是否连接至电源100。如果在监视间隔期间不存在负载，则监视间隔持续直到结束。如果在监视间隔期间连接负载，或如果在监视间隔之前的空载间隔期间连接负载，则连接模块212报告负载的存在。

如上所述，连接模块210可测量输出端处的输出功率，以确定是否存在负载。连接模块210可以使用各种不同方式在监视间隔期间进行此操作。在一个方式中，连接模块210在监视间隔期间采用瞬时功率测量或基本瞬时功率测量。备选地，连接模块210计算整个监视间隔期间的功率读取的平均值，并将此平均值与预定义阈值相比较。连接模块210也可采用监视间隔的一个或多个子间隔期间的平均功率测量，并将每个平均功率测量与预定义阈值相比较。

电源100还包括激活模块220。当连接模块210在监视间隔期间确定负载连接至电源100时，激活模块220开启有源电路部件222。当激活模块220被触发时，电源100返回其正常操作并在电源100的输出端子处提供稳定电压。此时，电源100继续其正常操作，并向连接的负载提供必要的能量。

如果在监视间隔期间连接模块210没有检测到负载，则空载监视器216在附加空载间隔内关闭有源电路部件222。只要负载没有连接至电源100，则空载间隔-监视间隔周期就无限地继续。当连接负载时，连接模块210在相关监视间隔期间检测其存在，触发激活模块220，并使电源100恢复到其标准操作，以便在其输出端子处提供稳定电压。

在某些实施例中，电源100可附加地包括内部电力源214。内部电力源214在空载间隔期间为例如连接模块210、监视模块218和激活模块220的模块提供电力。内部电力源214可以是容易放入电源100外壳并可提供必要的电力的锂电池或其他电池。

内部电力源214也可以是电容器，其在电源100开启并在输出端提供稳定电压时被充电。电容器也可以在监视间隔中电源100处于省电模式下时被充电。在此类实施例中，根据空载间隔的长度设置电容器的大小，以使电容器保持足够的能量，以在空载间隔的整个持续时间内对各个模块提供电力。类似地，根据监视间隔的长度设置电容器的大小，以便在监视间隔内对电容器补充足够的能量，以至少在空载间隔的持续时间内对模块提供电力。

本领域普通技术人员可理解，可使用其他变型来实现内部电力源214，并且内部电力源214不限于特定方案。例如，电感器是可用于存储能量以及为上述相关模块提供能量的能量存储设备。

图3示出了降低电源100的空载功率的装置300的备选实施例。装置300包括：传感器模块310、内部电力源214、激活模块220、空载模块316、监视模块218、和去激活模块225，如下所述。

在上文中根据图2描述了电源100的有源电路部件222和内部电力源214。装置300包括传感器模块310，其测量电源100的输出端子处的输出功率，并且将输出功率与图3中标识为“基准”的预定义阈值相比较。如上所述，传感器模块310可感测和比较瞬时功率读取或限定时间间隔期间的平均功率。典型地，基准值是足以防止由于噪声引起的假功率读取的最低值。

在所述实施例中，空载模块216在称为空载间隔的时间段内关闭电源100，并去激活由传感器模块310进行的感测。当传感器模块310确定输出功率小于预定义阈值时，空载模块316执行此功能。在一个实施例中，关闭电源100意味着去激活有源电路部件222。由于在负载断开连接时输出功率将典型地下降到接近于0的值，所以在负载从电源100断开连接时，传感器模块310可通过测量输出功率进行有效感测。

当在空载间隔期间去激活传感器模块310时，传感器模块310停止向其他模块发送用于指示输出功率值下降到预定义阈值以下的控制信号或指示符。在另一实施例中，模块在空载间隔期间不再响应来自传感器310的此类信号。结果，在空载间隔期间，如果负载连接至电源100的输出端子，则在省电模式下的电源100不会识别到负载的存在。

一旦由空载模块启动的空载间隔结束，监视模块218就在监视间隔内开启电源100并激活传感器模块310的感测。在此监视间隔期间，传感器模块310主动地监视输出功率，并基于输出功率和预定义阈值电压的比较发送用于指示负载存在与否的适当信号。结果，随后在下一监视间隔期间检测到在空载间隔期间连接的负载。结合图4更详细地描述本发明的时序。

装置300还包括去激活模块224。如果传感器模块310在监视间隔结束测量到小于预定义阈值的输出功率，则去激活模块224激活空载模块216以在空载间隔内关闭电源110以及传感器模块310的感测。在一个实施例中，输出功率是在整个监视间隔上的平均功率值。如果直到监视间隔的结束没有连接负载并且传感器模块310没有检测到负载，则去激活模块224使电源100经历另一空载间隔。去激活模块224结合空载模块316和监视模块218将电源100置于空载间隔-监视间隔循环中，此循环将一直继续，直到在监视间隔期间检测到负载。此循环是电源100的省电模式。

装置300还包括激活模块220。如果传感器模块310在监视间隔期间测量到大于预定义阈值的输出功率，则激活模块220使电源100返回活动状态。在此活动状态下，电源100在输出端子处为负载提供稳定电压。激活模块220可通过激活传感器、逻辑、通信、以及本领域普通技术人员已知的其他部件和特性来开启电源100。

图4A示出了例如电源100的装置或实现本发明的装置300的代表性时序图。在供电模式阶段，当连接负载时，例如电源100或300的电源在输出端提供稳定电压。在供电模式阶段中，电源100通常消耗以瓦特测量的一定的平均功率。此平均功率可以反映电源100的寄生功率损耗以及操作有源电路部件(例如脉冲调制开关)所必须的电力。

当用户断开负载时，电源100转变为省电模式，在此模式下，电源100不再在输出端子处保持稳定电压。在一个实施例中，当传感器模块310确定负载已经断开连接时，电源100转变为省电模式。在另一实施例中，当连接模块210确定负载已经断开连接时，电源100可转变为省电模式。

省电模式是由空载模块216和监视模块318启动的一系列空载间隔和监视间隔的总和。在空载间隔期间，电源100关闭，在某些实施例中这涉及脉宽调制开关的关断。在一个实施例中，空载模块216关闭电源100。当电源100关闭时，在该间隔期间使用的瓦特数降低到电源100在供电模式下使用的瓦特数以下。通过电源100的设计者来预先确定空载间隔的时间长度。在一个实施例中，空载间隔的长度可以大约是1分钟。

在空载间隔结束之后，监视模块218在监视间隔内再次开启电源100。在一个实施例中，与检测负载存在的部件(例如连接模块210或传感器模块310)一起在监视间隔内再次接通脉冲调制开关。电源100的相关部件(例如传感器模块310)在监视间隔期间监视负载。

由于电源100再次开启，所以在监视间隔期间消耗的平均功率大于在空载间隔期间消耗的平均功率。在监视间隔期间消耗的平均功率可以基本上等于在电源100处于供电模式时消耗的平均功率。在某些实施例中，在监视间隔期间消耗的平均功率可以更小。本领域普通技术人员可理解，图4A所示的功率值是示例性的并且可能未按比例。

如图4A所示，如果在监视间隔期间没有检测到负载，则电源100进入附加空载间隔。在此空载间隔结束之后，触发第二监视间隔。此循环将继续，直到电源100在某一监视间隔期间确定连接了负载。

因此，在图4A的实例中，在空载间隔期间连接了负载。在此空载间隔期间，电源100的连接感测功能被禁用，使得电源100在负载连接时不检测负载的存在。在空载间隔结束时，监视间隔开始。如上所述，可配置用于感测负载存在的部件，以使它们在监视间隔的子间隔期间(如图所示)或在整个监视间隔期间瞬时检测到负载的连接。

一旦电源100确定负载存在，电源100就返回供电模式，并开始在输出端子处提供稳定电压。如图4B所示，在省电模式期间，在没有这里所述的监视和关机功能下，电源100消耗的平均功率明显大于由实现本发明的电源100消耗的平均功率。在典型实施例中，空载功率从瓦特量级降低到毫瓦。在考虑到电子设备的整个生产线时，这种节省的总量相当大。

图5是实现本发明的示例性电路500的示意性电路图。电路500的拓扑用于回扫适配器，后者可用于向膝上型计算机或移动产品提供电力。电路500包括输入整流器和滤波器510。输入电压通常首先通过输入整流器和滤波器510，后者将输入电压从其输入端处的AC转换成在其输出端处的DC。输入整流器和滤波器510可包括例如半波或全波整流器，其输出对于本领域普通技术人员是已知的。输入整流器和滤波器510还提供电磁干扰(“EMI”)滤波，以满足行业标准。提供此类滤波的方式对于本领域普通技术人员是已知的。

向变压器T1施加由输入整流器和滤波器510生成的整流后的DC电压。变压器T1将斩波后的DC信号变换到二次侧。然后，此信号通过二极管D1来整流，以及通过电容器C2来滤波，随后施加到在Vout处连接的负载。所示的切换电源配置在Vout处提供严格的稳定输出，并且可提供例如有源功率因数校正的进一步功能。

大约等于1的功率因数是非常期望的，并且在许多情况下这是调节所需的。所示配置将电流从与输入电压大约同相的源吸取到升压级，从而提供大约等于1的功率因数，这促进了功率节省并提高了电源效率。

电阻器R1用于向脉宽调制器514提供电力。在一个实施例中，电阻器R2用于向脉宽调制器514提供电流测量，所述电流测量是脉宽调制器514保持稳定电压输出所必须的反馈的一部分。脉宽调制器514还接收与Vout处的电压相关的反馈。本领域普通技术人员可理解，可实现对此的变型；例如，可使用电流传感器代替电阻器R来确定电流。

脉宽调制器514驱动开关Q1。开关Q1可以是半导体器件，例如金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)。由于功率MOSFET在低电压的高换向速度和高效率，所以典型实施例使用功率MOSFET用于开关；然而，电路可使用其他切换器件。本领域普通技术人员已知的，可通过改变MOSFET端子处的电压来接通(闭合)和关断(打开)开关。开关Q1是有源部件222的实例。

脉宽调制器514控制Q1的切换速率并使用0和1之间的占空比值，以指定其中开关Q处于接通的切换周期的一部分。通过改变脉宽调制器514使用的占空比值和/或切换周期来控制N1和Vout处的电压。在一个实施例中，脉宽调制器514向驱动器(未示出)发送信号，所述驱动器将信号转换成与接收该信号的特定开关兼容的信号。

在通过电路500或相关拓扑实现的典型电源中，脉宽调制器514继续调节Vout处的输出电压，而不管电源是否连接至负载。结果是在不需要脉宽调制器514时浪费了运行脉宽调制器514的功率，引起切换损耗以及在家庭电路中的损耗。这些损耗典型地在几瓦特的量级。

图5示出了降低上述这些损耗的方式。图5示出了连接至节点N2并在点Vout处的功率监视器512。本领域普通技术人员可理解，电气系统中的功率等于电流与电压相乘。在一个实施例中，功率监视器512通过测量N2处的电压获得跨电容器C2的电压值，以及获得在Vout处测量的穿过Rs的电流值。当负载连接至Vout时，电流将流过Rs并进入负载中，并且在N2处出现非0电压。在一个实施例中，当负载从Vout断开连接时，开路使得Rs和地线分开，并且没有电流流过Rs。因此，功率读取大约等于0，其中噪声可能引起功率读取中的某些非零波动。本领域普通技术人员可理解，可采用各种方式来测量Vout处的电压和电流值，以及在某些实施例中电阻器Rs可以不是必须的。

在其他实施例中，负载可没有物理断开，但是在构成负载的电子设备关闭时负载值下降到特定阈值以下。在此类实施例中，负载可继续吸取电流，但是电流值充分响应于负载值的改变而改变，因此装置300可基于功率测量确定电子设备是否关闭。

本领域普通技术人员可理解，图5没有精确测量输出功率；例如，在运行中，由于跨电阻器Rs的一些电压下降，所以在点Vout处的电压稍微低于在N2处测量的电压。因此，在所示实施例中，功率监视器512可报告比实际输出功率更高的输出功率值。出于本发明的目的，输出功率可以指准确或近似的输出功率，其是足够精确测量的，以基于输出功率读取来确定是否连接了负载。

在其他实施例中，可简单地通过在一定间隔期间监视Vout处的电流值来检测负载的存在。也可以通过实现用于检测何时连接或断开负载的机械手段来检测负载的存在。本领域普通技术人员可理解，可使用各种电方法和机械方法来确定负载存在与否。

在一个实施例中，可使用功率监视器512来确定负载是否连接至电源。功率监视器512监视功率，并向比较器518报告功率值。功率监视器512可瞬时报告功率读取，或计算指定时间间隔期间的平均值。

比较器518将功率监视器512报告的输出功率与基准值相比较。在一个实施例中，基准值可直接取决于地线，以使基准值用作零值。在其他实施例中，由基准表示的预定义阈值可以是某些较低的但非零的值，从而减小指示负载存在的假功率值的可能性，因为仅在噪声电平以上进行测量。

在输出功率下降到预定阈值基准值以下时，比较器518激活ON/OFF定时器516。作为响应，ON/OFF定时器516在空载间隔内关闭脉宽调制器514。在空载间隔期间，开关Q1不再主动地切换。在一个实施例中，开关Q1保持“打开”状态，以使开关Q1在电路中显示为开路。因此，在空载间隔期间，电路500中的功率使用显著低于开关Q1和脉宽调制器514是活动时使用的功率。

在空载间隔期间来自功率监视器512的功率读取可大于预定义的阈值电压，因此足以触发从比较器518到定时器516的信号。所述功率读取可导致由比较器518提供到定时器516的信号从低转变为高。例如，在电容器C仍具有所存储能量的大量储备时，负载可连接至Vout。结果，负载将通过电阻Rs吸取跨C2存储的电压，并生成非零功率读取，直到电容器C2完全放电。在一个实施例中，定时器516在空载间隔期间忽略来自比较器518的这些信号。在备选实施例中，定时器516在空载间隔期间可响应于此类信号使脉宽调制器514转变为活动状态。在其他实施例中，在空载间隔期间去激活功率监视器512或比较器518，以使定时器516不接收来自比较器518的任何信号。

在一个实施例中，功率监视器512和比较器518是传感器模块310的一部分。在一个实施例中，在定时器516中实现空载模块216、监视模块318、激活模块220、和去激活模块224。在此类实施例中，定时器516可以是微控制器。

在空载间隔之后，脉宽调制器514在监视间隔内开启，在此期间电路500恢复主动监视Vout处的负载。如果在监视间隔期间没有检测到负载，则定时器516在附加空载间隔内关闭脉宽调制器514。在一个实施例中，定时器516分别在空载和监视间隔内继续使脉宽调制器在关闭和激活状态之间交替，直到定时器516在监视间隔期间从比较器518接收到指示连接负载的信号。此信号可采取由比较器518提供的输出信号从低到高转变的形式，所述转变是由于功率监视器512读取到大于预定义阈值的输出功率值并且比较器518检测到此改变而引起的。

如以上详细描述的，比较器518可响应于由功率监视器512读取的瞬时改变而转变向定时器516发送的信号。比较器518也可以在等于或小于监视间隔的某个间隔上计算由功率监视器512提供的值的平均值。本领域普通技术人员可理解，可以将测量间隔备选地结合在功率监视器512中。

图6示出与图5所示类似的电路600，但是增加了内部电力源以及检测负载存在与否的不同设备。电路600可被配置为提供如结合图5所述的空载间隔和监视间隔，并且还显示在空载间隔期间对电路600的部件提供电力的实施例。

如图所示，电路600没有功率监视器，代替地在Vout处包括电流传感器612。在一个实施例中，电流传感器612是电流变换器。在备选实施例中，电流传感器612是霍耳效应传感器或本领域普通技术人员已知的其他电流检测设备。当电源处于开启状态和供电模式下以使其在Vout处提供稳定电压时，与输出端子连接的负载将从输出端子吸取电流，从而电流传感器612读取非零电流值。当负载断开连接时，电源的输出端子开路，从而附属的电流传感器612测量不到电流。

在所示实施例中，可结合比较器618使用电流传感器612，以基于电流测量确定负载是否连接至电源。此电路600的操作与电路500的操作的类似之处在于，将电流传感器612测量的值与图6中表示为“基准”的预定义阈值相比较。基于此比较，电路600可确定负载是否连接至电源。

除了图5所示元件之外，图600示出了二极管D2和电容器C3。本领域普通技术人员可理解，二极管D2防止电流从电容器C3泄露和穿过Rs。因此，例如，如果在空载间隔期间负载连接至Vout，则二极管D2防止在C3中存储的能量经过Rs和负载而释放。

结果，可使用电容器C3为例如功率监视器612、比较器618、和定时器616的部件提供电力。如图所示，电容器C3向比较器618提供电力。在活动模式下的电源(以及主动切换Q1的脉宽调制器614和在Vout处提供稳定电压的电源)提供在电容器C3中存储的能量，作为正常操作的一部分。然而，当电源在空载间隔期间关闭时，不再通过电源的活动功能对电容器C3提供能量。

在空载间隔期间，电容器C3提供能量以对电源的部件提供电力。例如，在空载间隔期间，电容器C3对比较器618提供电力。电容器C3必须具有足够的大小，以存储为比较器618在整个空载间隔内提供电力所必须的能量。本领域普通技术人员能够基于电容器C3为之提供电力的部件的能量需求以及基于空载间隔的长度来适当设置电容器C3的大小。

在空载间隔之后，电容器C3在对电源的部件提供电力时自然地耗费其一些或全部能量。如果在紧邻空载间隔之后检测到负载，则电源转变为活动状态，并通过电源的正常操作对电容器C3提供能量。然而，如果电源在监视间隔期间没有开启，则监视间隔本身必须具有足够的长度，以对电容器C3再次提供能量。同样，本领域普通技术人员能够基于电容器的大小以及在空载间隔结束时其能量状态来确定监视间隔应为多长，以在下一个空载间隔内对电容器C3提供足够的能量。

可使用电容器C3对电源中的多个部件提供电力。在一个实施例中，电容器C3在空载间隔期间不向功率监视器612提供电力。如果在空载间隔内不需要监视，则在该时间段内功率监视器612的电力不是必须的。在某些实施例中，电容器C3可用于对定时器616提供电力，以及“引导”脉宽调制器614，以在空载间隔结束之后但在电路600开始为脉宽调制器614提供电力之前，提供足够电力以重新开始切换操作。

图7是示出本发明操作的实例的流程图。本领域普通技术人员可理解，在不脱离本发明精神的情况下，图7所示的步骤可以被重新排序、省略、或扩展，并且本发明不仅限于所示方法。

方法700始于检测702与电源连接的负载存在与否。如果负载存在，则检测702步骤重复。此刻，电源为与其输出端子连接的负载提供稳定电压输出。因此，电源的操作对应于结合图4A所述的供电模式。如果负载丢失或断开连接，则电源转变为省电模式704。

在省电模式704下，在空载间隔内关闭704a电源。当空载间隔结束时，电源在监视间隔内开启704b，并同时开始监视704c负载。如果在监视间隔的结束没有连接负载，则电源确定704c负载不存在，并且电源在随后的空载间隔内关闭。电源保持供电模式704，并重复空载间隔-监视间隔模式，直到在监视间隔期间检测到负载。

如果电源确定704c连接了负载，则电源结束706省电模式，并开始在输出端子处再次提供稳定输出电压。然后，监视和检测步骤702开始，直到负载再次从电源断开连接。

在不脱离本发明精神和实质特征的情况下，本发明可通过其他特定形式来实现。在所有方面，所述实施例都将被视为仅是示例性的而非限制性的。因此，本发明的范围通过所附权利要求指定，而非由以上说明指定。在权利要求的含义及其等同物范围内所进行的所有改变均包含在其范围内。

Claims (26)

1.一种降低电源的空载功率的装置，该装置包括：

连接模块，其确定负载是否连接至电源的输出端子；

空载模块，其响应于所述连接模块确定负载没有连接至所述输出端子，在空载间隔内关闭所述电源的一个或多个有源部件；

监视模块，其响应于空载间隔的结束而在监视间隔内开启所述电源的一个或多个有源部件，其中所述连接模块在所述监视间隔期间确定负载是否连接至所述电源的输出端子；以及

激活模块，其响应于所述连接模块在所述监视间隔期间确定负载连接至所述电源，开启所述电源的一个或多个有源部件，其中所述电源在所述电源的输出端子处保持稳定电压。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述空载模块还响应于所述连接模块在所述监视间隔期间确定负载没有连接至所述电源，在空载间隔内关闭所述电源的一个或多个有源部件。

3.如权利要求1所述的装置，还包括：内部电力源，其在所述空载间隔期间向所述连接模块、所述监视模块、和所述激活模块中的至少一个提供电力。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述内部电力源是电容器，并且其中响应于所述电源处于供电模式状态或所述电源处于省电模式状态的监视间隔中，对所述电容器充电。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述电容器的大小与所述空载间隔的长度有关，以使所述电容器保持足够的能量，以在所述空载间隔期间为所述连接模块、所述监视模块、和所述激活模块中的至少一个提供电力。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述电容器的大小与所述监视间隔的长度有关，从而在所述监视间隔期间对所述电容器补充足够的能量，以在所述空载间隔期间为所述连接模块、所述监视模块、和所述激活模块中的至少一个提供电力。 

7.如权利要求1所述的装置，其中所述连接模块通过测量所述电源的输出端子处的输出功率值以及将所述输出功率值与预定义阈值相比较来确定负载是否连接至所述电源的输出端子。

8.如权利要求7所述的装置，其中将所述输出功率值与所述预定义阈值相比较的步骤包括：比较器接收所述输出功率值和基准值作为输入，所述基准值将所述预定义阈值限定为近似等于噪声电压的最低值。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述连接模块通过测量从所述电源的输出端子吸取的电流来确定负载是否连接至所述电源的输出端子。

10.如权利要求7所述的装置，其中所述连接模块在所述监视间隔期间确定负载是否连接至所述电源的输出端子的步骤包括：采用瞬时功率测量、在所述监视间隔期间的平均功率测量、以及在所述监视间隔的一个或多个子间隔期间的平均功率测量中的一个。

11.如权利要求1所述的装置，其中所述电源是交流(AC)到直流(DC)适配器。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个有源部件包括一个或多个脉宽调制开关。

13.一种降低电源的空载功率的装置，该装置包括：

传感器模块，其测量所述电源的输出端子处的输出功率，并将所述输出功率与预定义阈值相比较；

空载模块，其响应于所述传感器模块确定所述输出功率小于所述预定义阈值，在空载间隔内关闭所述电源以及去激活所述传感器模块的感测；

监视模块，其响应于所述空载间隔的结束，在监视间隔内开启所述电源并激活所述传感器模块的感测，其中所述传感器模块在所述监视间隔期间测量所述输出功率；

去激活模块，其响应于所述传感器模块在所述监视间隔期间测量到小于所述预定义阈值的输出功率，激活所述空载模块以在空载期内关闭所述电源以及所述传感器模块的感测；以及

激活模块，其响应于所述传感器模块在所述监视间隔期间测量到大于 所述预定义阈值的输出功率，使所述电源返回活动状态，其中处于活动状态的电源在所述电源的输出端子处提供稳定电压。

14.如权利要求13所述的装置，还包括：内部电力源，其在所述空载间隔期间向所述监视模块提供电力。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述内部电力源是电容器，并且其中响应于所述电源处于开启状态而对所述电容器充电。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述电容器的大小与所述空载间隔的长度有关，以使所述电容器保持足够的能量，以在所述空载间隔期间为所述监视模块提供电力。

17.如权利要求15所述的装置，其中所述电容器的大小与所述监视间隔的长度有关，从而在所述监视间隔期间对所述电容器补充足够的能量，以在所述空载间隔期间为所述监视模块提供电力。

18.如权利要求13所述的装置，其中所述传感器模块测量整个监视间隔内的平均输出功率，并响应于确定整个监视间隔内的平均输出功率小于所述预定义阈值而激活所述空载模块。

19.一种降低电源的空载功率的方法，该方法包括：

测量所述电源的输出端子处的输出功率，并将所述输出功率与预定义阈值相比较；

响应于测量到小于所述预定义阈值的输出功率，在空载间隔内关闭所述电源；

在监视间隔内开启所述电源以及在所述监视间隔期间测量所述输出端子处的输出功率，其中响应于所述空载间隔的结束而在所述监视间隔内开启所述电源；以及

响应于在所述监视间隔期间测量到大于所述预定义阈值的输出功率，在所述电源的输出端子处提供稳定电压。

20.如权利要求19所述的方法，还包括重复以下步骤：在空载间隔内关闭所述电源；以及在监视间隔内开启所述电源，直到在所述监视间隔期间测量到大于所述预定义阈值的输出功率。 

21.如权利要求19所述的方法，其中关闭所述电源的步骤包括：去激活所述电源的一个或多个有源电路元件，以使所述电源在所述输出端子处不提供当所述电源处于开启状态时提供的稳定电压，所述一个或多个有源电路元件包括MOSFET、BJT、脉宽调制器、功率监视器、和比较器中的一个或多个。

22.一种降低电源的空载功率的系统，该系统包括：

电源，其接收稳定电输入并生成稳定电输出，所述电源包括：

传感器模块，其测量所述电源的输出端子处的输出功率，并将所述输出功率与预定义阈值相比较；

空载模块，其响应于所述传感器模块确定所述输出功率小于所述预定义阈值，在空载间隔内关闭所述电源以及去激活所述传感器模块的感测；

监视模块，其响应于所述空载间隔的结束，在监视间隔内开启所述电源并激活所述传感器模块的感测，其中所述传感器模块在所述监视间隔期间测量所述输出功率；

去激活模块，其响应于所述传感器模块在所述监视间隔期间测量到小于所述预定义阈值的输出功率，激活所述空载模块以在空载期内关闭所述电源以及所述传感器模块的感测；以及

激活模块，其响应于所述传感器模块在所述监视间隔期间测量到大于所述预定义阈值的输出功率，使所述电源返回活动状态，其中处于活动状态的电源在所述电源的输出端子处提供稳定电压。

23.如权利要求22所述的系统，还包括：电子设备，被配置为连接至所述电源的输出端子以及接收所述电源的输出功率作为输入，其中所述电源是内部电源和外部电力适配器中的一个。

24.如权利要求23所述的系统，其中所述电子设备是便携式计算机、电话、和个人数字助理(“PDA”)中的一个。

25.如权利要求23所述的系统，其中所述电子设备是电器。

26.如权利要求22所述的系统，其中所述电源是逆变器，在所述输 出端子处的稳定电压是交流输出，并且所述稳定电输入是直流输入。 

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