CN102089957A - 具有电压转换器的电力供给单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及装有电力供给单元的电气设施或装置，电力供给单元包含电压转换器，电压转换器具有分别限定了此电气设施或装置的原方侧和副方侧的原方和副方部分。此电力供给单元包含布置在所述原方侧的电力管理单元，转换器的原方部分和也布置在所述原方侧且控制在所述原方部分的原方电力路径中流动的电能的控制电路相关联。控制电路从电力管理单元至少接收用于关闭所述原方电力路径中的电能的第一控制信号，所述电力供给单元在所述第一控制信号被设置为OFF时进入极低电力模式(“电力降低”模式)，故转换器不再被供电。电力管理单元被布置为，在所述极低电力模式中，其能接收或产生至少唤醒信号并响应于所述唤醒信号将所述第一控制信号设置为ON，以便再度向转换器的所述原方和副方部分供电。
Description
技术领域
本发明涉及电气设施、装置或系统，其具有装有电压转换器或变压器的电源，并具有有着实质上减小的电力消耗的模式(待机模式)。
本发明介绍了新的“待机”模式，称为“电力下降(power down)”模式，其具有极低的电力消耗，同时，保持系统唤醒功能。
本发明可用在宽广范围的用户电子装置、计算机(特别是桌面PC)、显示器或计算机屏幕、电视机、DVD播放器和高逼真度装置(Hi-Fi)、用于例如无线电话和应答机的扩充站(docking station)或基站(base station)、解码器或解调器(机顶盒)、读取器和接收器、电炉或感应炉、厨房通风和冰箱、家用电器和家用自动化产品(门禁、车库开门器、自动内封闭或卷帘百页)、例如电子游戏机等的娱乐装置、传感器装置、安全系统等等之中。
背景技术
家庭和工业中的不同电气装置的累积待机电力消耗是巨大的。因此，通过将此耗电降到最低等级，存在大的节能潜力。例如，DVD播放器或机顶盒通常在其待机模式下消耗1到4瓦，导致8到30kWh的年能量消耗。
在装有电压转换器并具有待机模式的已知电气设施或装置中，关于待机状态的电力消耗的主要问题是由于转换器在此待机模式下保持被供电，也就是说，此转换器的副方侧仍由原方侧供电。因此，副方供电线仍作为该设施或装置副方侧的几个元件和单元的电源而为活动的(active)。
即使电力管理单元被布置在副方侧以便关闭某些单元和/或将某些单元——特别是主CPU(中央处理单元)——引入低能耗模式，转换器是开着的，此转换器的能量损耗在待机模式中连续存在。另外，副方侧的某些单元或元件由于其被供电而在待机模式中继续消耗能量。
发明内容
本发明的第一目的在于提出一种新的概念和对应的系统结构，用于具有电压转换器或变压器并具有电能消耗极低的“电力下降”模式的电气设施或装置的电力管理。
本发明的另一目的在于提出一种不同功能模式中这种设施或装置的副方侧的高效电力管理，其涉及新的原方侧电力控制概念。
用于电气设施或装置的本发明的电力供给系统或单元的一般结构在图1中示出。图1所示的根据本发明的系统电力管理克服了现有设施或装置的已知缺点。
电力供给单元包含转换器或变压器，其具有原方部分和具有不同电压等级(例如3V、5V、12V、24V)的几个输出线的副方部分。转换器限定了该设施或装置的原方侧和副方侧。原方部分与用于管理转换器原方电力路径中流动的电能的控制电路相关联，系统电力管理单元设置在原方侧，用于向控制电路供电并用于向此控制电路提供必要的控制信号。控制电路处理转换器原方电源的关键开关功能。因此，作为由电力管理单元或电路给与的控制信号的函数，到转换器副方部分的电力供给可被关闭或打开。另外，在活动模式下，转换器的效率可通过向流经转换器原方部分的电流的控制单元提供脉冲宽度调制信号(PWM信号)来提高。
根据本发明的系统电力管理单元或电路从电气连接到外部电源——特别是电力干线(mains)——的输入电路接收其电力供给。此系统电力管理单元或电路被布置为将电力干线的电压适应或降低到适合的电压等级，以便向与转换器原方部分相关联的控制电路供电，并用于其自己的电子单元和/或电气元件的供电。
在电力降低模式中，此系统电力管理单元或电路能够接收外部和/或内部控制信号(唤醒信号)和/或系统控制信号(在该设施或装置连接到系统或网络的情况下)和/或开关，以便从电力降低模式恢复，并致动该设施或其部件(即向转换器副方部分的至少某些部分供电，因此，至少部分地向该设施副方侧的电子单元和电气元件供电)。
外部控制信号的实例包括但不限于：
-红外(IR)远程控制；
-传感器(外部温度，压力，磁场，光等)；
-RF信号。
系统控制信号的实例包括但不限于：
-计算机信号；
-家庭网络产生信号。
内部控制信号的实例包括但不限于：
-时基(例如可编程计时器)；
-传感器(内部温度，压力，磁场，等等)。
在特定实施例中，可以使原方侧的传感器和/或LED和/或显示器通过系统电力管理部分被供电以及被控制。还可以具有时基，其用于显示时间和/或用于从电力下降模式唤醒和/或用于编程目的。
因此，本发明涉及装有电力供给单元的电气设施或装置，电力供给单元包含电压转换器，电压转换器具有分别限定了此电气设施或装置的原方侧和副方侧的原方和副方部分，其中，所述电力供给单元包含布置在所述原方侧的电力管理单元，转换器的原方部分和也布置在所述原方侧且控制所述原方部分的原方电力路径中流动的电能的控制电路相关联，此控制电路从电力管理单元至少接收用于关闭所述原方电力路径中的电能的第一控制信号，所述电力供给单元在所述第一控制信号被设置为OFF时进入极低电力模式(“电力降低”模式或最低电力模式)，故转换器不再被供电，所述电力管理单元被布置为，在所述极低电力模式中，其能接收或产生至少唤醒信号并响应于所述唤醒信号将所述第一控制信号设置到ON，以便再度向转换器的所述原方和副方部分供电。
根据本发明的特殊特征，电气设施或装置的特征进一步在于电力管理单元被布置为将由所述电力供给单元的输入电路接收的输入电压适应或降低为至少较低电压等级，用于向其电子元件供电。根据本发明另一特定特征，电力管理单元进一步被布置为将所述较低电压供到与所述转换器相关联的控制电路。
根据本发明的优选变型，电力管理单元包含：电力供给控制器，其管理此电力管理电路的几种功能；第一电压减小器，其在接收到输入电压时提供中间电压；第二电压减小器，其跟在所述第一电压减小器之后，并提供用于对所述电力供给控制器进行供电的低电压。根据本发明的特定特征，所述中间电压用于对所述控制电路供电。
根据本发明的另一优选变型，电力管理单元与布置在所述原方侧的外部控制接口、传感器、接收器和/或开关相关联，用于至少接收限定唤醒信号的第一外部控制，以便从低电力模式转换到活动模式。在本发明的替代实施方式中，电力管理单元与时基相关联，此时基在所述极低电力模式下是活动的，所述电力管理单元被布置为测量此后产生所述唤醒信号的预定时间周期。
根据本发明的另一优选变型，电力管理单元被布置为向所述转换器的所述原方部分的所述控制电路提供第二控制信号，此第二控制信号限定PWM信号，PWM信号用于对所述极低电力模式以外的至少另一功能模式下流过所述原方路径的电能进行调节，因此，对供到电气设施或装置的所述副方侧的电力进行调节。
根据本发明的另一特定特征，所述电力供给单元还包含：高电压存储电容器，其被连接到接收整流输入电压的高电压供电线；低或中间电压存储电容器，其被连接到中间电压供电线，所述第一电压减小器的输出和所述第二减小器的输入被连接于中间电压供电线之上。
根据本发明的另一优选变型，所述电力管理单元还包含启动供电电路，其被布置在所述高电压供电线和所述中间电压供电线之间，此启动供电电路被布置为在启动模式下对所述低电压存储电容器供电。
根据本发明的另一优选变型，电力管理单元还包含放电电路，用于在所述输入电压被切换为OFF时在特定延迟后对高电压存储电容器放电。
根据本发明的另一优选变型，双向绝缘接口被布置在原方侧和副方侧之间，用于位于电气设施或装置的原方侧的所述电力供给控制器和位于副方侧的至少主控制器之间的数据传送。
根据本发明另一优选变型，所述第一电压减小器限定了连同电容型分压器的桥式整流器，此第一电压减小器具有极低的电力消耗。在特别有利的变型中，第一电压减小器由具有仅仅两个双二极管、一个齐纳二极管和入口(entry)电阻器以及电容器的电路构成。
根据本发明另一优选变型，所述第二电压减小器具有极低电力消耗，并由具有低电流齐纳二极管、被布置为与齐纳二极管串联的电阻器以及与这两个元件并联的被布置为与提供低电压的电容器串联的晶体管的电路构成，晶体管的基极连接在电阻器和齐纳二极管之间。
根据本发明的另一优选变型，电气设施或装置还包含由与所述第一电压减小器并联的线圈产生的反馈信号，以便在所述转换器被供电时对电力供给单元的原方侧供电。
根据本发明的另一优选变型，与转换器相关联的控制电路包含开关电路，用于开启或关闭所述控制电路的供电，以便开通或关闭控制器的所述原方部分的能量供给。
根据本发明另一优选变型，所述电力供给单元包含具有整流器的输入电路，所述输入电路具有整流器的AC侧的至少第一电容器和DC侧的至少第二电容器，所述第一电容器具有被选择为使得在所述输入电路中不需要并联电阻器的最大值。
根据本发明的另一优选变型，在没有任何附加的电池或大电容器(超级电容器/金电容器)的情况下，当输入供电被切断时，电气设施或装置可在所述电力管理单元中保持此电气设施或装置的当前状态。
在图2中，示出了本发明的优选一般实施例。干线输入被连接到典型地具有熔断器、滤波器和整流器的输入电路。此输入电路接收干线的高电压(典型地为100到250伏)。其输出被电气连接到DC/DC电压转换器的原方部分。此原方部分与已经提到的控制电路相关联。系统电力管理单元具有第一电压减小器/适应器，其在原方侧提供中间电压(例如10到15伏)。此中间电压用于对控制电路供电，并对提供低电压(例如3到5伏)的第二电压减小器/适应器供电。还将注意，第一电压减小器在第一变型中接收来自输入电路的VAC供电信号，即非整流供电信号，在第二变型中接收VDC供电信号，即已经由输入电路的整流器整流的供电信号。
第二电压减小器对电力供给控制器和外部控制接口供电，外部控制接口接收外部控制信号。根据本发明，此电力供给控制器被布置为，按照外部控制信号和/或内部控制信号的函数，提供不同的控制信号。ON/OFF信号被电力供给控制器提供给控制电路。为了将设施引入电力下降模式(“零电力”模式)，电力供给控制器向控制电路发送OFF信号，其将DC/DC转换器原方路径中电流的流动切换为OFF，并因此将原方部分对此变换器副方部分的供电切换为OFF。通过特别是经由外部控制接口接收唤醒信号，电力供给控制器向控制电路发送ON信号，其将电流在所述原方路径中的电流流动切换为ON，以便由原方部分至少部分地对转换器的副方部分供电。
为了以最优的方式对于设施/装置的各种运行模式管理副方供电线的供电，电力供给控制器被布置为向转换器的原方部分的控制电路提供PWM信号。基于此PWM信号，可以精确地将原方部分的供电适应于转换器副方部分，并因此适应于由副方供电线供电的多种单元和元件。结果，电力供给控制器可作用在转换器的原方部分上，以便将电力供给适应于副方侧的总负载。
在优选变型中，电力供给控制器还具有通过绝缘数据传送电路连接到副方侧上的控制或处理单元的至少一个输出，绝缘数据传送电路保持原方与副方侧之间的电气分离。电力供给控制器因此可在已经唤醒本发明的设施/系统或装置之后向副方侧的电子单元发送和/或从之接收至少一个控制信号。电力供给控制器也可与布置在设施或装置原方侧的时基相关联。
注意，第一电压减小器可仅仅由离散的元件构成，不需要提供非常准确或稳定化的电压。相反，第二电压减小器可由向电力供给控制器——如果有的话，向传感器或其他电子单元——提供准确电压的电子电路构成。控制电路可主要由离散元件构成，并由中间电压供电。在一变型中，此控制电路具有由低电压供电——例如由第二电压减小器提供的电压——的集成单元。两个电压减小器可由具有两个或多于两个电压输出等级的共用电压减小器单元替代。在特定变型中，可使用提供低电压的仅仅一个电压减小器。
电压减小器和原方侧的相关联的电路的大小被设计为用于布置在原方侧并与系统电力管理系统相关联的少量电气元件和电子单元的供电。因此，可以将电力降低模式下设施的耗电减小到最小。在此电力降低模式中，与转换器的原方部分相关联的控制电路的主要部分也可被关闭以及在从电力供给控制器接收到ON信号时唤醒。
对于机顶盒的实例，可以将处于“电力降低”模式或最低电力模式的电力消耗在仍运行红外接收器的同时减小到低于10mW，或在不使用红外接收器时减小到低于5mW。
本发明的进一步的重要优点在于，不需要将电池或金电容器(超级电容器)并入本发明的设施或装置的副方部分。
附图说明
在附图的帮助下，在下面对优选实施例的介绍中，将进一步更为详细地介绍本发明，附图以非限制的方式作为实例给出，其中：
图1已经介绍，其原理性地示出了根据本发明的电力供给系统或单元的一般结构；
图2已经介绍，其原理性地示出了本发明的优选一般实施方式；
图3为根据本发明的优选电力供给单元的框图，其以非限制的方式给出；
图4示出了图3的电力供给单元的输入电路的布置；
图5示出了图3的电力供给单元的第一电压减小器电路的优选设计；
图6示出了构成图3的电力供给单元的启动供电和放电单元的电子电路；
图7示出了图3的电力供给单元的第二电压减小器电路的优选设计；
图8示出了图3的电力供给单元的电力下降模式的IR接收器的电力供给的定时图；
图9示出了图3的电力供给单元的原方和副方部分之间的数据传送电路；
图10示出了与图3的电力供给单元的DC-DC转换器的原方部分相关联的电子控制电路的设计；
图11示出了图3的电力供给单元的原方部分的电力部分的可能的布置；
图12原理性地示出了图3的电力供给单元的副方部分的可能的布置。
具体实施方式
在本发明的下面的介绍中，将会详细介绍用于机顶盒(STB装置)的电力供给单元。图3示出了此电力供给单元的框图。应当注意这是本发明的特定实施方式。如介绍性章节“发明领域”部分所概述的那样，本发明可广泛地应用。
在下面介绍的特定实施例中，提供了四种运行模式：
-“电力降低”模式(最低电力模式，转换器不被供电，输出不被供电)
-“待机”模式(所有副方电压可用，但是是轻负载)
-“启动”模式(较高电流在12V电源上可用，例如硬盘驱动器启动阶段)
-活动模式(全功能，正常运行)。
图3示出的电力供给单元包含DC/DC电压转换器，其具有分别限定包含此电力供给单元的电气设施或装置的原方侧和副方侧的原方和副方部分，以及在所述原方侧上的供电电压发生与控制部分、电力供给控制器、IR接收器和HV存储电容器。另外，电力供给单元包含或与电气设施或装置的原方与副方侧之间的绝缘数据传送电路相关联。供电电压发生与控制部分包含输入电路、第一电压减小器、低电压电容器(或中间电压电容器)、第二电压减小器和启动供电/放电电路。下面，将介绍图3的特定实施例的电力供给单元的各个块。
(A)原方供电电压发生
将介绍根据本发明对布置在原方侧的电子单元进行供电的原方供电电压发生的不同元件的优选电子电路。
输入电路在图4中示出。
“MOV1”为视情况可选的变阻器，并可用于干线输入上的改进的瞬变抗扰度。L1/C2可能不是必需的(取决于EMI测量结果)。
对于高于～30W的电力等级的突入电流限制，通常使用NTC(RNT1)。50W电力的典型值为10R。
对于“电力降低”模式，AC侧上的正常的“X”-电容器(C1，C2)具有特定的最大容量。正常的安全标准规定了100nF的最大值——否则，需要并联电阻器对这些电容器放电(拉干线插头后电击的危险)。然而，这样的并联电阻器已经可能导致过高的电力消耗。为了避免对此并联电阻器的需求，使用DC侧上较高的电容(C3，C4)。在这种情况下，一般的电流补偿扼流器(L2)应当也在此DC侧上。
需要HV存储电容器，用于原方侧能量存储(例如在短暂的线路中断期间)并对整流得到的AC输入电压进行滤波，以便获得可接受的纹波电压。此电容器被布置在输入电路和DC/DC转换器之间(见图3)。考虑到并联电阻器已经从输入电路移除，新的放电电路已被引入，用于对HV存储电容器进行放电。此放电电路将在后面介绍。
在50W的输出电力的典型值的情况下(230VAC输入，没有PFC)，HV存储电容器具有例如100μF的值(最小值400V)。这样的电容器具有非常低的泄漏电流。
第一电压减小器的优选电子电路在图5中示出。
第一电压减小器的任务在于为原方电路部分提供大约12到13V的中间电压。对于DC/DC转换器的原方部分的DC/DC控制单元(也对于视情况可选的PFC控制器)以及对于第二电压减小器，需要此电压等级。LV存储电容器在所述中间电压下存储电能。将要注意，LV存储电容器也可称为“中间电压电容器”，因为施加到此电容器的电压为中间电压12-13V。
然而，电力供给控制器需要低电压(例如大约3.3V)，其被第二电压减小器由12-13V产生。
适合用于电路元件D12(～13V)的有些可能类型的低电流齐纳二极管包括ON Semiconductor MMSZ4700T1和Vishay TLZ13B。
二极管D10/D11可以为低电压/低成本型，例如双二极管BAV99。C10/C11为平常的膜电容器(MKT)，例如10nF/630VDC(陶瓷也是可行的)。在较高等级输入电压谐波(非正弦形状)或发生线路暂态的情况下，必需R10/R11以限制电流。可能值：100R...1K。
由具有仅仅两个双二极管和齐纳二极管以及入口电阻器与电容器的电路构成的第一电压减小器实现两种功能：其构成桥式整流器以及电容分压器。特别地，双二极管涉入两种功能之中。这种高效布置是将处于“电力下降”模式的电力单元的耗电保持在极低等级的关键元素。此电压减小器的线路输入(有功)功率在230VAC下为大约3毫瓦(mW)。
低电压存储电容器(LV存储电容器)需要特定的最小值来存储用于启动原方DC/DC转换器的足够的能量，直到由转换器副方侧提供的反向供电发生作用。这种电容器的值为例如47μF(最小值25V)。
用于启动供电/HV放电块的优选电子电路在图6中示出。
此电路部分具有两项主要功能：
●初始启动的加速(用高于第一电压减小器所提供电流的较高电流对“LV存储电容器”充电)；
●输入电压已经断开后或预定时间段已经过去后HV存储电容器的放电；
以及另外的附属功能：
●提供分压器，以测量“Bulk+”电压(仅仅在Q30停用的条件下)R30......R34的可能大小：5x 10MOhm。这给出了大约2mW(电流～6μA)的230VAC下的连续损耗(总体R30......R34)。
用于元件D30的某些可能类型的齐纳二极管(～20V，低电流)包括ON Semiconductor MMSZ470T1和Vishay TZMC 20。用于元件Q30的某些可能类型的晶体管(电压容量最小值400V)包括Infineon BSS127和NXP PMBTA44。晶体管Q31仅仅经历最大25V，因此，可使用低成本MOSFET N沟道，例如2N7002或BSS123。
当干线供电中断时，电荷仍在HV存储电容器C14上。由于静态电流小，此电容器上的电荷长时间保持。在电力供给控制器的控制下，电容器C14于是根据系统规范被放电。当电力单元的供电被中断时，晶体管Q30和Q31用于对HV存储电容器放电。C14上的剩余电荷(高电压存储电容器)通过电阻器R35、R36、晶体管Q30和齐纳二极管D12解决。在电力下降后(这意味着切断市电电力)，C14的电荷继续对第二电压减小器供电，由此提供了电力供给控制器继续运行的能量。电力供给控制器以短的间隔将S_Startup信号设置为低(由此开启晶体管Q30)，以便将P12V上的电压保持在对于第二电压减小器的足够的等级。一旦电力供给控制器决定存储在C14中的任何剩余电荷需要被中和，其停用S_Start-up信号，因此将Q31切换为OFF、将Q30切换回为ON达足够长的时间，以便致动齐纳二极管D12(以反向)并对C14放电。此齐纳二极管的反向击穿电压为例如16V(高于第一电压减小器的输出的电压等级)。这将最终解除激励第二电压减小器和电力供给控制器自身。在白色货品设备的实例中，系统一般必须能够在20分钟的中断后由原先的状态重新启动。这种时间段需要被桥接(bridged)。本发明的电路提供了这种能力，因此将不丧失关键系统信息和参数。C14将能够甚至比所需要的长得多地保持电荷，因此需要在给定时间段后放电，以便避免维护访问(service access)期间的危险电压等级。
在电力供给单元的启动阶段期间，由提供控制信号(S_Start-up)的电力供给控制器控制的启动电路(图6所示)允许加速启动阶段。图5所示的电容分压器级(第一电压减小器)被特别设计为极低电流电路。其独立地引入从干线的插入到电力供给系统的启动之间的显著延迟(直至10秒)。启动电路构成到第一电压减小器的并联路径，用于对LV存储电容器C12快速充电，因此加速启动阶段(在当前介绍的实施方式的情况下，以大约20的因子，因此将启动延迟减小到大约500ms)。
在插入干线时，信号“S_Start-up”为低(Q31为OFF，Q30为ON，即导通)。电容器C12通过R35、R36迅速充电。电力供给控制器作为结果而启动。于是，其将信号“S_Start-up”设置为高(Q31ON，Q30OFF)，电容器C12现在通过电容分压器被供电。
晶体管Q31与电阻器R30-R34以及R37结合用于测量原方电压，允许电力供给控制器对干线电源的中断进行反应。一旦Q31为ON，信号“Sense_B”测量分压得到的下降的输入电压，并将之馈送到电力供给控制器上的AD转换器。在干线中断的情况下，电力供给控制器将足够快地检测此情况，从而能够停止电力部分。另外，这对于给定长度的时间防止电容器C14的放电，从而保持系统状态。
应当注意，充电和放电功能可在分立的电路中实现，代替上面介绍的组合电路。另外，放电电路还替代输入电路中的并联电阻器。然而，这样的并联电阻器也可由受到电力供给控制器控制的另一晶体管代替。
第二电压减小器的优选的电子电路在图7中示出。
电力供给控制器以及IR接收器模块需要例如3.3V的范围内的供电电压。此电压应当由中间电压(例如在10V和15V之间)获得。正常的线性调节器具有过高的静态供电电流。因此，根据本发明的特定特征，第二电压减小器具有这样的电子设计：其有着低电流齐纳二极管D40、与D40串联布置的电阻器R40、与这两个元件并联的与提供减小电压3.3V的电容器C40串联布置以的晶体管Q40。晶体管Q40的基极连接在R40和D40之间。用于元件D40的可能类型的齐纳二极管(3.6V，低电流)包括ON Semiconductor MMSZ4885T1。
在改进的变型中，可以添加3.3V的极低静态电流线性调节器(IC7)，以便进一步减小电流消耗。
B)电力供给控制器
根据本发明的特定特征，电力供给控制器被实现在根据本发明的电力供给单元的原方部分(原方侧)。在第一变型中，此电力供给控制器由专用的状态机构成。在另一变型中，电力供给控制器由可编程电路构成。优选为，状态机和可编程电路具有低功率设计。
电力供给控制器的任务包括但不限于：
●启动供电的控制
●模拟值的测量：
■供电电压(中间电压)
■HV存储电容器上的电压(Bulk+)
●在以下情况下从“电力降低模式”唤醒：
■接收到红外远程控制“上电”，和/或
■按下按钮“Power”，
■可编程计时器时间已过
●在以下情况下改变到“电力下降模式”：
■接收到红外远程控制“电力关闭”和/或
■按下按钮“Power”(例如短致动)，和/或
■来自主控制器的命令(例如在编程记录结束后)
●起用/停用DC/DC转换器原方，取决于：
■供电电压(中间电压)
■HV存储电容器上的电压
■温度(μC内部测量)
■过负荷-重启后的最小关机时间
●对于DC/DC控制原方提供PWM信号(频率和占空比)，特别是：
■提供软启动(占空比斜坡上升)
■定义最大占空比(例如取决于输入电压)
■频率的最终抖动(以便最优化EMI)
■在传统的“待机”模式期间提供“升压模式”运行
●接收并对来自IR接收器模块的信号进行解码
●“电力下降”模式期间对IR接收器模块的循环重新供电
●提供RTC(实时时钟)，包括“唤醒计时器”(从主控制器加载)
●接收来自主控制器的数据：
■控制标志(例如“on/off”，“使能手动off”，“唤醒获知确认”，“待机”)
■设置RTC
■加载唤醒计时器
●向主控制器发送数据
■状态标志
■IR接收数据
■RTC/唤醒定时器的读回设定(read back setting)
●视情况可选的PFC的控制
电力供给控制器的端口输入/输出概述：
C)IR-接收器
用于红外(IR)远程控制的接收器模块(优选为低功率型)可用作电力供给控制器的输入。这是从“电力降低”模式唤醒的可能的传感器装置。在一变型中，此接收器模块可以为机顶盒的仅仅一个，并可用于接收所有命令。在这种情况下，IR接收必须被发送到主控制器的数据。
在“电力下降”模式期间，IR接收器应当优选为仅仅在短的时间间隔中被供电，以便将平均电力保持为尽可能低。另一方面，所接收的命令应当在特定的最大时间内被检测到。图8示出了可能的定时图，如果使用通用的“RC-5代码”的话。
在“电力降低”模式下，对IR接收器供电的占空比可以为2.6％。假设1.3mA的供电电流(Vishay TSOP 34838SS1A的典型值)，这导致34μA的平均电流。替代性的IR接收器(例如Sharp GP1US301XP)可以为甚至低于该值。
在“活动模式”下，IR接收器将优选为连续被供电，使得所有命令在无任何延迟的情况下被接收成为可能。
D)原方侧与副方侧之间的数据传送
原方侧和副方侧之间的双向绝缘接口在本实施例中被布置用于位于原方侧的电力供给控制器和位于副方侧的STB装置的至少主控制器之间的数据传送。
用于绝缘数据传送的节约成本的方式通常是经由光耦合器(OC81，OC82，OC83)。实现这种绝缘数据传送的建议变型在图9中示出。基准Sout_p、Sin_p和Sclk_p分别限定原方侧的信号Sout、Sin和Sclk。基准Sout_s、Sin_s和Sclk_s分别限定副方侧的这些信号。
如果数据时钟速率不太高(范围1kHz或更低)，则可使用便宜的光耦合器类型，如LTV817S或PC817。
E)DC/DC转换器原方部分
原方部分的控制单元在图10中示出。此控制电路具有第一部分100，其接收由第一电压减小器产生的12V的电力信号和从电力供给控制器接收的开关信号(S_CPP)。此开关信号用于将DC-DC转换器的原方部分转换为ON或OFF。S_CPP启用和停用部分102中的放大器元件以及部分104中的IC51C、IC51D以及晶体管对Q50/51。部分100为本发明中的特殊对象，其允许转换器原方和副方部分在系统电力下降模式期间的完全关闭。输出第一部分100的电力线被连接到单稳态触发器电路102，单稳态触发器电路102还在入口接收PWM信号(S_PWM)。此PWM信号用于至少在特定的功能模式下对流经DC-DC转换器的电流进行调制。单稳态触发器电路的比较器的输出和电力线进入电路部分104，其仿真通常的电流模式PWM控制器(如UC3844)的功能。在此实施例中，下面的功能由电力供给控制器接管：
●振荡器，包含最大占空比定义和软启动
●传统“待机模式”期间的“促发模式”运行(可减小待机输入电力)
●12V供电电压的切换
●包含过电压保护的供电电压管理
●在输出过载的情况下定义的重启循环
●基准电压源
剩余电路104可用标准IC实现，如LM393+CD4011(比UC3844具有较少的材料成本)。
实现电压控制环，其从元件“到原方的控制环”(图12)接收副方侧信号，并将它们通过隔离的光耦合器OC 50发送到比较器元件IC50B。
在此系统的变型中，电力供给控制器的PWM输出直接驱动开关晶体管(用其间的门极驱动电路)。作为结果，(相对较快的)电压和电流控制环在固件中实现。电路部分102(“单稳态触发器”)出于安全原因提供：如果电力供给控制器的PWM输出停留在高等级(在故障情况下)，则此部分保护电力级免受损坏。可在电路部分102中使用备用比较器(如类型LM393)。
基于布置在上面介绍的特定实施例的电力供给单元的原方部分上的不同特定电子电路，获得涉及其电力消耗和效率的下列特性：
●“电力下降”模式下的输入电力在10mW左右或更低(例如4到5mW)；
●“待机模式”下的输入电力＜1W(如果输出负载低于0.6W)，其对应于实际“能源之星”要求；
●活动模式中的效率最小为80％。DC/DC转换器的原方部分的电力部分在图11中示出。该电路基于具有向后偏置的回扫转换器(flyback converter)概念。
本实施例中对于MOSFET Q60的要求包括600V的最小电压(优选为＞650V)，最大为40hm的内部电阻RDS(on)(优选为＜30hm)。
D60为具有最小值800V、1A、最大值100ns的“超快恢复整流器”二极管，例如类型“US1K”。
R61为电流检测电阻器。其值为例如1R(1W)或更小。反馈供电信号(12V)被提供并用于在转换器启动阶段已经完成后对第二电压减小器供电。
F)DC/DC转换器副方部分
DC/DC转换器的副方电力部分在图12中示出。
如果对于几种不同输出电压(这里：四个)仅仅使用一个转换器，拓扑必须被确定。一般而言，在没有在后调节的情况下，尽可能准确控制输出中的一个。在这种情况下，准确电力输出为+12V输出(+23V为较高电力，但允许更大的公差)。
到原方侧的主电压控制环为+12V控制器的输出。对于此输出(以及+23V输出)的过负载保护为原方侧电流限制(其限制了总输出功率)。
低电流输出可受到(廉价)线性调节器的在后调节。在这种情况下，此方法可用于+5V/0.2A(例如用类型78M05)。作为替代，可使用+12V的降压转换器输出(例如来自ON Semicond的类型NCP3063B)，特别是如果在+5V上需要较高电流的话。
对于D101的要求：最小60V/最小1A超快恢复或肖特基型(例如来自Fairchild Semicond.的ES1B)。对于D102的要求：最小150V/最小4A超快恢复或肖特基型(例如来自ON Semicond.的MBRF10H150CTG)。对于D103的要求：最小80V/最小6A肖特基型整流器(例如来自Fairchild Semicond.的FYP1010DN)。
还可能有D102和D103两端之间必需的缓冲器(snubber)部件(R/C)，取决于转换器泄漏电感。建议L101/L102以减小输出纹波和噪音，其也可帮助改进EMI特性。值：例如10μH/3.5A(例如来自Coilcraft的类型RFB0810-100L)。
所有电解质电容器应当为“低阻抗”型(例如来自CapXon的KZ系列)：C105和C106例如为2200μF/3.5A；C107例如为1200μF/16V，C103和C104例如为1000μF/35V。
3.3V输出可用同步降压转换器由+12V进行在后调节。这减小了转换器的复杂性和成本。另外，效率可得到改进。
在没有内部MOSFET的情况下，它们必须在外部提供。要求：最小30V，最大30mR，例如类型FDS8984(Fairchild Semiconductor)/NTMD6N02R2(ON Semiconductor)/STS8DNF3LL(STMicroelectronics)。所有这些类型为双MOSFET，意味着一个封装中的两个晶体管。
L103的电感依赖于开关频率和要求的输出纹波电压(以及该频率下C107的阻抗)。典型值可以为10μH/3.5A(例如来自Coilcraft的类型RFB0810-100L)。
G)对于其他应用的修改
根据本发明的此电力供给单元或系统也可用于多种其他应用，例如用于DVD播放器和“平板电视(flat-TV)”。
如果电力等级相同(50W)，则仅上面介绍的实施例的副方侧(包括转换器)必须被改变。另外，到副方控制器的串行通信可被修改。如果不需要实时时钟，则数据传输可最终仅仅是单向的。
如果功率等级不同，则原方电力级必须也被修改。高于75W输入电力(大约60W输出电力)，必须引入功率因数校正单元(PFC)。
H)本发明的某些主要优点/好处的简介
本说明书提出的电力供给单元将具有超越现有实施方式的下面的主要优点/好处：
●“电力降低”模式下实质上较低的能量消耗(特别是小于10mW)
●对于“绿色电力”要求的当前以及未来标准(即“能源之星”/“蓝色天使”)的满足
■在“电力降低”模式下实质上低于这些限制
■在“待机”模式下低于限制
●在“电力降低”模式下，保持到正常运行的重启可能性，由以下进行触发：
■红外(IR)远程控制，或
■按钮，可由前侧访问，或
■可编程计时器(内部实时时钟)
●在副方侧，在装置或设施中不需要电池或“超级电容器/金电容器”(特别是对于实时时钟)
●概念易于适应于许多应用。
Claims (20)
1.一种装有电力供给单元的电气设施或装置，电力供给单元包含电压转换器，电压转换器具有分别限定了此电气设施或装置的原方侧和副方侧的原方和副方部分，其特征在于，所述电力供给单元包含布置在所述原方侧的电力管理单元，转换器的原方部分和也布置在所述原方侧且控制在所述原方部分的原方电力路径中流动的电能的控制电路相关联，此控制电路从电力管理单元至少接收用于关闭所述原方电力路径中的电能的第一控制信号，所述电力供给单元在所述第一控制信号被设置为OFF时进入极低电力模式(“电力降低”模式)，使得转换器不再被供电，所述电力管理单元被布置为，在所述极低电力模式中，其能接收或产生至少唤醒信号并响应于所述唤醒信号将所述第一控制信号设置为ON，以便重新向转换器的所述原方和副方部分供电。
2.根据权利要求1的电气设施或装置，其特征在于，电力管理单元被布置为将由所述电力供给单元的输入电路接收的输入电压适应或降低为至少较低的电压等级，用于向其电子元件供电。
3.根据权利要求2的电气设施或装置，其特征在于，电力管理单元进一步被布置为将所述较低电压供到与所述转换器相关联的所述控制电路。
4.根据权利要求1的电气设施或装置，其特征在于，电力管理单元包含：电力供给控制器，其管理此电力管理电路的几种功能；第一电压减小器，其在接收到输入电压时提供中间电压；第二电压减小器，其跟在所述第一电压减小器之后，并提供用于对所述电力供给控制器进行供电的低电压。
5.根据权利要求4的电气设施或装置，其特征在于，所述中间电压用于对所述控制电路供电。
6.根据权利要求1-5中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，所述电力管理单元与布置在所述原方侧的外部控制接口、传感器、接收器和/或开关相关联，用于至少接收限定所述唤醒信号的第一外部控制。
7.根据权利要求1-5中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，所述电力管理单元与时基相关联，此时基在所述极低电力模式下是活动的，所述电力管理单元被布置为测量在其后产生所述唤醒信号的预定时间周期。
8.根据权利要求1-7中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，所述电力管理单元被布置为向所述转换器的所述原方部分的所述控制电路提供第二控制信号，此第二控制信号限定PWM信号，其用于对所述极低电力模式以外的至少另一功能模式下流过所述原方路径的电流进行调节，因此，对供到电气设施或装置的所述副方侧的电力进行调节。
9.根据权利要求4或5的电气设施或装置，其特征在于，所述电力供给单元还包含：高电压存储电容器(HV存储电容器)，其被连接到接收整流输入电压的高电压供电线；低电压存储电容器(LV存储电容器)，其被连接到中间电压供电线，所述第一电压减小器的输出和所述第二减小器的输入被连接到中间电压供电线。
10.根据权利要求9的电气设施或装置，其特征在于，所述电力管理单元还包含启动供电电路，其被布置在所述高电压供电线和所述中间电压供电线之间，此启动供电电路被布置为在启动模式下对所述低电压存储电容器供电。
11.根据权利要求9的电气设施或装置，其特征在于，所述电力管理单元还包含放电电路，用于在所述输入电压被切换为OFF时在特定延迟后对所述高电压存储电容器放电。
12.根据权利要求4、5、9-11中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，双向绝缘接口被布置在原方侧和副方侧之间，用于位于原方侧的所述电力供给控制器和位于副方侧的至少主控制器之间的数据传送。
13.根据权利要求4、5、9-12中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，所述第一电压减小器限定了桥式整流器和电容型分压器，此第一电压减小器具有极低的电力消耗。
14.根据权利要求13的电气设施或装置，其特征在于，所述第一电压减小器由具有仅仅两个双二极管、一个齐纳二极管以及入口电阻器和电容器的电路构成。
15.根据权利要求4、5、9-14中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，所述第二电压减小器具有极低电力消耗，并由具有低电流齐纳二极管(D40)、被布置为与齐纳二极管串联的电阻器(R40)以及与这两个元件并联的被布置为与提供低电压的电容器(C40)串联的晶体管(Q40)的电路构成，晶体管的基极连接在电阻器和齐纳二极管之间。
16.根据权利要求15的电气设施或装置，其特征在于，所述第二电压减小器还包含极低静态电流线性调节器。
17.根据权利要求4、5、9-16中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，被布置在所述转换器的所述原方部分中的线圈产生反馈电压信号，其与所述第一电压减小器的输出电压信号并联，以便在所述转换器被供电时对电力供给单元的原方侧供电。
18.根据权利要求1-17中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，与所述转换器相关联的所述控制电路包含开关电路，用于开启或关闭控制电路的供电，以便分别开通或关闭控制器的所述原方部分中的能量供给。
19.根据权利要求1-18中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，所述电力供给单元包含具有整流器的输入电路，所述输入电路具有整流器的AC侧的至少第一电容器和DC侧的至少第二电容器，所述第一电容器具有被选择为使得在所述输入电路中不需要并联电阻器的最大值。
20.根据权利要求1-19中任意一项的电气设施或装置，其特征在于，在没有任何附加的电池或大电容器(超级电容器/金电容器)的情况下，当输入供给被切断时，电气设施或装置能在所述电力管理单元中保持此电气设施或装置的当前状态。
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