CN101895217A - 家用电器的省电系统和省电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种家用电器的省电系统和方法，该省电系统包括信号处理单元、具有可调阻抗以用于对输入电压进行降压的降压网络、以及与该降压网络电连接且被配置用于控制该降压网络的阻抗的阻抗控制开关。该信号处理单元电连接到阻抗控制开关，并被配置用于监视家用电器的工作状况，计算家用电器在下一瞬间所需要的电流，并传送信号给阻抗控制开关，以控制阻抗控制开关根据计算结果调节降压网络的阻抗。

Description

家用电器的省电系统和省电方法
技术领域
本发明涉及家用电器的电源管理技术，更具体地说，涉及一种用于节省家用电器的功耗的基于微处理器的控制系统。
背景技术
具有电子控制系统的家用电器通常需要稳定的直流电源。该直流电源通常通过功率转换设备从交流电源直接转换而成，该功率转换设备是例如低频线性变压器、开关式电源或者简单的降压电路。电子控制系统在不同的工作状况下可能需要不同的功率，电源应该能够一直为控制系统提供足够的功率，以便电子控制系统正常地工作。在传统的技术中，电源持续不变地输出控制系统可能需要的最大功率，而不管控制系统的实际工作状况，这会导致电源电路大部分时间都消耗了大量的功率。目前，某些开关式电源在这方面有了一些改善，但是这样的系统的成本仍然很高。
发明内容
本发明涉及一种家用电器的省电系统。一方面，该省电系统包括信号处理单元、具有可调阻抗以用于对输入电压进行降压的降压网络、以及与该降压网络电连接且被配置用于控制该降压网络的阻抗的阻抗控制开关。该信号处理单元电连接到阻抗控制开关，并被配置用于监视家用电器的工作状况，计算家用电器在下一瞬间需要的电流，并传送信号给阻抗控制开关，以控制阻抗控制开关根据计算结果调节降压网络的阻抗。
在一个实施例中，降压网络包括降压电路和转换阻抗控制电路。降压电路通过阻抗控制开关与转换阻抗控制电路并联。降压电路包括第一电阻、第二电阻以及第一电容，第一电阻与第一电容并联，并与第二电阻串联。转换阻抗控制电路包括第三电阻、第四电阻和第二电容，第三电阻与第二电容并联并与第四电阻串联。阻抗控制开关开启时将降压电路和转换阻抗控制电路并联，阻抗控制开关关闭时将降压电路与转换阻抗控制电路断开连接，以便调节降压网络的阻抗。
在另一个实施例中，阻抗控制开关是电子-机械开关或者半导体功率器件。
在另一个实施例中，信号处理单元被配置以设定切换点电流值，判断家用电器下一瞬间所需要的电流是否等于或大于该切换点电流值，并根据判断结果调节降压网络的阻抗。信号处理单元被配置为：当家用电器在下一瞬间所需要的电流等于或者大于切换点电流值时，打开阻抗控制开关，以调节降压网络使其具有相对较低的阻抗，当家用电器在下一瞬间所需要的电流小于切换点电流值时，关闭开关以调节降压网络使其具有相对较高的阻抗。
在另一个实施例中，信号处理单元被配置为在调节降压网络的阻抗后设置标记值(flag value)，并在调节降压网络的阻抗前读取标记值。
另一方面，省电系统包括：信号处理单元；用于对输入电压进行降压的降压网络，该降压网络具有两个电流路径，用于将电流提供给家用电器；以及与降压网络电连接且被配置用于选择性地启用降压网络中的电流路径的电流控制开关。该信号处理单元与电流控制开关电连接，且被配置用于监视家用电器的工作状况，计算家用电器在下一瞬间所需要的电流，并传送信号给电流控制开关，从而使电流控制开关根据计算结果选择性地启用电流路径。
在一个实施例中，降压网络包括第一电流路径和第二电流路径。第一电流路径通过电流控制开关与第二电流路径并联。第一电流路径包括第一电阻、第二电阻以及第一电容，第一电阻与第一电容并联，并与第二电阻串联。第二电流路径包括第三电阻、第四电阻和第二电容，第三电阻与第二电容并联并与第四电阻串联。电流控制开关被配置为打开时启用第一电流路径和第二电流路径，以向家用电器提供电流，电流控制开关被配置为关闭时仅启用第一电流路径以向家用电器提供电流。
在另一个实施例中，电流控制开关是电子-机械开关或者半导体功率器件。
在另一个实施例中，信号处理单元被配置以设定切换点电流值，判断家用电器下一瞬间所需要的电流是否等于或大于该切换点电流值，并根据判断结果选择性地启用电流路径。信号处理单元被配置为：当家用电器在下一瞬间所需要的电流等于或者大于切换点电流值时，打开电流控制开关以启用两个电流路径；当家用电器在下一瞬间所需要的电流小于切换点电流值时，关闭开关以仅启用第一电流路径。
在另一个实施例中，信号处理单元被配置为在选择性地启用电流路径后，设置标记值，并在选择性地启用电流路径前读取标记值。
在另一方面，本专利申请涉及一种家用电器的省电方法。该方法包括：提供用于对输入电压进行降压的降压网络，该降压网络具有可在较高阻抗值和较低阻抗值之间调节的阻抗；设定门限电流值；计算家用电器在下一瞬间所需要的电流；如果所计算的家用电器在下一瞬间所需要的电流等于或者大于门限电流值，将降压网络的阻抗设定为较低的阻抗，如果家用电器在下一瞬间所需要的电流小于门限电流值时，将降压网络的阻抗设定为较高的阻抗。
在一个实施例中，该方法还包括在设定降压网络的阻抗后设置标记值，并在设定降压网络的阻抗前读取标记值。
附图说明
图1是根据本专利申请实施例的家用电器省电系统的功能框图；
图2是图1的省电系统的电路示意图；
图3是图1所示的省电系统的操作流程图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本专利申请的家用电器省电系统的实施例，在以下描述中提供了实施例的例子。在本专利申请中公开的家用电器的省电系统的示范性实施例被详细描述，但是对本技术领域的人员来说显而易见的是，为了简洁起见，对于理解家用电器的省电系统不是特别重要的某些特征没有示出。
此外，还应理解，本专利申请中公开的家用电器的省电系统并不限于以下描述的精确实施例，本技术领域的人员可做出各种改变和修改，而不脱离本发明的精神或范围。例如，不同说明性实施例的单元和/或特征可以在该说明书的范围内彼此组合和/或替换。
参照图1，本专利申请的实施例提供了一种家用电器的省电系统。该省电系统包括交流(AC)电压降压电路1、转换阻抗控制电路2、交流-直流整流电路3、调压电路4、基于微处理器的信号处理单元5、降压阻抗控制驱动电路6、以及阻抗控制开关7。
AC电压降压电路1通过阻抗控制开关7与转换阻抗控制电路2并联。信号处理电路5包括微处理器、可编程只读存储器(PROM)或者可擦除可编程只读存储器(EPROM)、随机存取存储器(RAM)、缓存、以及用于接收和处理各种输入和输出的电路。信号处理单元5与阻抗控制电路7电连接。在这个实施例中，可以在任何时间调节功率转换阻抗，也就是AC电压降压电路1和转换阻抗控制电路2形成的降压网络的阻抗，并且该调节由信号处理单元5控制，这将在稍后更详细地描述。
参照图2，是该实施例的省电系统的电路示意图，示出了省电系统的各种性能和功能组件。输入AC电流流过AC电压降压电路1，该AC电压降压电路1包括电阻R1、R2和电容C2。电阻R1与电容C2并联，并与电阻R2串联。AC电压降压电路1的阻抗Z1是：
Z1＝ZR1//ZC2+ZR2，其中：
ZR1＝R1，
ZR2＝R2，
ZC2＝1/(jω*C2)，ω＝2πf，其中f是AC电压频率。
因此阻抗Z1可以由以下等式给出：
Z1＝R1/(1+jωR1*C2)+R2
参照图2，输入AC电压VAC通过AC电压降压电路1耦合到AC-DC整流电路3，该输入AC电压产生的AC电源电流IAC1由以下公式给出：
IAC1＝(VAC-VD)/Z1，其中VD是整流电路3的电压。
整流电路3包括整流二极管阵列、整流桥或者仅仅是单个整流二极管。整流电路3输出DC电压，该DC电压被调压电路4进一步调节，从而为家用电器提供稳定的DC电压VDD。
上述电源电路为家用电器提供了相对较小的电流IAC1以供其运行。基于微处理器的信号处理单元5被配置用于监视家用电器的工作状况的改变，并实时计算系统所需要的功率以及电源电流。如果信号处理单元5发现家用电器的工作电流在下一瞬间需要增加以达到或超过门限电流值时，信号处理单元5被配置以发送信号到降压阻抗控制驱动电路6，使得驱动电路6打开阻抗控制开关7，以降低转换阻抗，从而允许更大的电流被供应到家用电器。在这个实施例中，门限电流值是IAC1。
阻抗控制开关7可以是电子-机械开关(例如继电器)或者半导体功率器件。参照图1和图2，阻抗控制开关7与转换阻抗控制电路2电连接。当阻抗控制开关7被开启时，电压降压电路和转换阻抗控制电路并联。当阻抗控制开关7被关闭时，电压降压电路和转换阻抗控制电路彼此断开连接。
参照图2，转换阻抗控制电路2包括电阻器R3和R4，以及电容C3。电阻器R3与电容C3并联，并与电阻R4串联。转换阻抗控制电路2的阻抗Z2如以下所示：
Z2＝ZR3//ZC3+ZR4，，其中
ZR3＝R3，
ZR4＝R4，
ZC3＝1/(jω*C3)，ω＝2πf，其中f是AC电源电压频率。
因此，阻抗Z2可以由以下等式给出：
Z2＝R3/(1+jωR3*C3)+R4
参照图2，当转换阻抗控制电路2被激活时，它与AC电压降压电路1并联。现在输入AC电压也通过转换阻抗控制电路2耦合到整流电路3。输入AC产生的附加AC电源电流IAC2由以下等式给出：
IAC2＝(VAC-VD)/Z2
因此，在这种状况下，总的AC电源电流IAC是：
IAC＝IAC1+IAC2
＝(VAC-VD)/Z1+(VAC-VD)/Z2＝(VAC-VD)/(Z1Z2//(Z1+Z2))＝(VAC-VD)/(Z1//Z2)
等式显示总的AC电源电流从IAC1增加到IAC＝IAC1+IAC2。这种效果也可以被理解为当AC-DC转换阻抗从Z1调节到比Z1低的(Z1//Z2)，总的AC电源电流从IAC1增加到IAC。因此，可以为家用电器提供增加的功率以供其正常工作。还可以理解，阻抗控制开关7实际是电流控制开关，用于启用或者停用电流路径，并控制提供给家用电器的电流。
但是，如果在另一个瞬间，信号处理单元5发现家用电器设备只需要少量的功率，实际上所需的功率很少使得家用电器只需要少于门限电流值IAC1的电源电流，则信号处理单元5被配置以发送信号到降压阻抗控制驱动电路6，使得降压阻抗控制驱动电路6关闭阻抗控制开关7，从而停用转换阻抗控制电路2并将其从系统断开。在那种情况下，提供给家用电器的AC电源电流降低回到IAC1，家用电器仍然正常工作。当家用电器通电时，上述过程一直自动运行。
当省电系统中的信号处理单元5监视家用电器的工作状况时，实时预测其功率消耗，并根据系统的实际功率需求调节AC-DC转换阻抗，从而调节AC电流源，当系统实际所需要的功率小于它所需要的最大功率时，省电系统通过减少功率浪费来省电。
图3是省电系统的更详细的操作流程图。首先，信号处理单元5设置系统电流值I0＝IAC1这一切换点，并设置时间点t0。然后系统计算电流Iti，该电流Iti是家用电器设备在下一瞬间ti＝ti-1+1运行所需的电流，其中i＝1，2，3，...，n。接下来，系统判断是否Iti-I0≥0。如果是，意味着系统在下一瞬间所需要的电流等于或者大于切换点电流I0＝IAC1；否则系统在下一瞬间所需要的电流小于切换点电流I0＝IAC1。
在Iti-I0≥0的情况下，信号处理单元5检查阻抗控制电路启用标记IF是否设定为预定值，在这个实施例中，该预定值为1。在这个实施例中，阻抗控制电路启用标记IF代表阻抗控制开关7的状态。如果标记IF打开，也就是IF＝1，意味着阻抗控制开关7被打开，因此低阻抗电路2被启用，IAC2被提供给家用电器。由于下一瞬间所需要的电流大于或者等于I0，系统被配置以继续启用转换阻抗控制电路2，并将电流IAC2提供给家用电器。但是，如果标记IF关闭，也就是IF＝0，意味着阻抗控制开关7被关闭，因此低阻抗电路2未被启用，IAC2未被提供给家用电器。由于下一瞬间所需要的电流大于或等于I0，信号处理单元5被配置以打开阻抗控制开关7和标记IF，启用转换阻抗控制电路2，并将电流IAC2提供给家用电器。
在Iti-I0＜0的情况下，由于在下一瞬间所需的电源电流小于I0，这意味着I0足够家用电器在下一瞬间正常工作，系统被配置停用转换阻抗控制电路2，关闭阻抗控制开关7和阻抗控制电路启用标记IF，并切断IAC2。
虽然本专利申请已经示出并特别参照几个实施例进行了描述，但是应当注意的是，可以做出各种改变和修改，而不脱离本发明的范围。

Claims (20)

1.一种家用电器的省电系统，其特征在于，包括：
信号处理单元；
降压网络，具有可调阻抗以用于对输入电压进行降压；以及
阻抗控制开关，与该降压网络电连接，且被配置用于控制该降压网络的阻抗，其中：
该信号处理单元电连接到阻抗控制开关，并被配置用于监视家用电器的工作状况，计算家用电器在下一瞬间所需要的电流，并传送信号给阻抗控制开关，以控制阻抗控制开关根据计算结果调节降压网络的阻抗。
2.根据权利要求1所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该降压网络包括降压电路和转换阻抗控制电路，该降压电路通过阻抗控制开关与转换阻抗控制电路并联。
3.根据权利要求2所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该降压电路包括第一电阻、第二电阻以及第一电容，第一电阻与第一电容并联，并与第二电阻串联。
4.根据权利要求2所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该转换阻抗控制电路包括第三电阻、第四电阻和第二电容，第三电阻与第二电容并联并与第四电阻串联。
5.根据权利要求2所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该阻抗控制开关被配置为打开时将降压电路和转换阻抗控制电路并联，该阻抗控制开关被配置为关闭时将降压电路与转换阻抗控制电路断开连接，从而调节降压网络的阻抗。
6.根据权利要求1所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该阻抗控制开关是电子-机械开关或者半导体功率器件。
7.根据权利要求1所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该信号处理单元被配置以设定切换点电流值，判断家用电器下一瞬间所需要的电流是否等于或大于该切换点电流值，并根据判断结果调节降压网络的阻抗。
8.根据权利要求7所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该信号处理单元被配置为当家用电器在下一瞬间所需要的电流等于或者大于切换点电流值时，打开阻抗控制开关，以调节降压网络使其具有相对较低的阻抗，当家用电器在下一瞬间所需要的电流小于切换点电流值时，关闭开关以调节降压网络使其具有相对较高的阻抗。
9.根据权利要求1所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该信号处理单元被配置为在调节降压网络的阻抗后设置标记值，并在调节降压网络的阻抗前读取标记值。
10.一种家用电器的省电系统，其特征在于，包括：
信号处理单元；
用于对输入电压进行降压的降压网络，该降压网络具有两个电流路径，用于将电流提供给家用电器；以及
电流控制开关，与降压网络电连接且被配置用于选择性地启用降压网络中的电流路径；其中：
该信号处理单元与电流控制开关电连接，且被配置用于监视家用电器的工作状况，计算家用电器在下一瞬间所需要的电流，并传送信号给电流控制开关，从而使电流控制开关根据计算结果选择性地启用电流路径。
11.根据权利要求10所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该降压网络包括第一电流路径和第二电流路径，第一电流路径通过电流控制开关与第二电流路径并联。
12.根据权利要求11所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该第一电流路径包括第一电阻、第二电阻以及第一电容，第一电阻与第一电容并联，并与第二电阻串联。
13.根据权利要求11所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该第二电流路径包括第三电阻、第四电阻和第二电容，第三电阻与第二电容并联并与第四电阻串联。
14.根据权利要求11所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该电流控制开关被配置为打开时启用第一电流路径和第二电流路径，以向家用电器提供电流，电流控制开关被配置为关闭时仅启用第一电流路径以向家用电器提供电流。
15.根据权利要求10所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该电流控制开关是电子-机械开关或者半导体功率器件。
16.根据权利要求10所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该信号处理单元被配置以设定切换点电流值，判断家用电器下一瞬间所需要的电流是否等于或大于该切换点电流值，并根据判断结果选择性地启用电流路径。
17.根据权利要求16所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该信号处理单元被配置为当家用电器在下一瞬间所需要的电流等于或者大于切换点电流值时，打开电流控制开关以启用两个电流路径；当家用电器在下一瞬间所需要的电流小于切换点电流值时，关闭开关以仅启用第一电流路径。
18.根据权利要求10所述的家用电器的省电系统，其特征在于，该信号处理单元被配置为在选择性地启用电流路径后设置标记值，并在选择性地启用电流路径前读取标记值。
19.一种家用电器的省电方法，其特征在于，该方法包括：
提供用于对输入电压进行降压的降压网络，该降压网络具有可在较高阻抗值和较低阻抗值之间调节的阻抗；
设定门限电流值；
计算家用电器在下一瞬间所需要的电流；
如果所计算的家用电器在下一瞬间所需要的电流等于或者大于门限电流值，将降压网络的阻抗设定为较低的阻抗；以及
如果家用电器在下一瞬间所需要的电流小于门限电流值时，将降压网络的阻抗设定为较高的阻抗。
20.根据权利要求19所述的家用电器的省电方法，其特征在于，该方法还包括在设定降压网络的阻抗后设置标记值，并在设定降压网络的阻抗前读取标记值。
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