CN102089962A - 用于超低空闲功率操作的原边控制电路和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于在空闲模式中将功耗减少到超低级别，诸如，有效功率的大约1/10到1/1000或更低的方法和电路。一种超低空闲电源包括初级电路、次级电路和控制电路。控制电路监视所述初级电路的行为，并且确定是否存在空闲状态或没有负载状态，并且如果是，则断开初级电路。通过断开初级电路，该超低空闲电源的功耗被减小到超低级别。
Description
技术领域
本发明涉及减少电子设备中的功耗。更具体地，本发明涉及用于启动电源或设备内的超低空闲功率模式的电路和方法。
背景技术
对较低功耗和环境友好的消费设备的不断增长的需要导致了对具有“绿色”技术的电源电路的关注。例如，平均来说，连续“接电源”的笔记本电源适配器有67％的时间处于空闲模式。即使是符合耗电低于0.5瓦特/小时的规定要求的电源适配器，这种长期的空闲时间累积也能达到每年每个适配器3000瓦时的浪费电能。当计算多个空闲电源适配器的浪费电能时，功率损失是相当可观的。
发明内容
根据本发明的各个方面，公开了用于在通电设备的空闲模式期间将功耗减小到超低级别，诸如有效功率的大约1/10到1/1000或更少的方法和电路。在示例实施例中，超低空闲电源给电子设备，诸如例如，笔记本计算机、移动电话、蓝牙耳机、智能电话、MP3播放器和便携GPS系统供电。超低空闲电源可以包括初级电路、次级电路和控制电路。次级电路诸如通过隔离器件耦合到初级电路。初级电路从控制电路接收控制信号，以便适合地控制初级电路的状态。
在示例实施例中，控制电路包括逻辑控制单元，其监视并且评估通电设备是否处于空闲模式，并且如果是，将提供控制信号，该控制信号被配置为通过控制开关电路改变初级电路状态来控制初级电路的状态。通过分离和/或禁止初级电路，电源的功耗被在空闲操作期间基本上减小到超低级别。
附图说明
当结合附图考虑时，可以通过参考详细描述和权利要求书得出对本发明的更全面的理解，在所有附图中，类似的附图标记指示类似的元件，并且：
图1示出了根据示例实施例，配置为用于在空闲模式期间减少功耗的示例电源的方框图；
图2示出了根据示例实施例，配置有用于在空闲模式期间减少功耗的初级电路的示例电源的另一个方框图；
图3示出了根据示例实施例，配置有用于在空闲模式期间减少功耗的初级电路的示例电源的电路图；
图4示出了根据示例实施例，配置有用于在空闲模式期间减少功耗的初级电路的示例电源的电路图/示意图；和
图5示出了根据示例实施例，配置有用于在空闲模式期间减少功耗的初级电路的示例电源的电路图/示意图。
具体实施方式
此处可以根据各个功能组件和各个处理步骤描述本发明。应当理解，这些功能组件可以被配置为执行特定功能的任意数目的硬件或结构组件实现。例如，本发明可以采用各种集成组件，诸如缓冲器、电流镜，以及包括各种电子器件，例如，电阻器、晶体管、电容器、二极管等的逻辑器件，可以针对各种预期目的适合地配置这些电子器件的值。另外，可以在任意集成电路应用中实施本发明。然而仅出于说明的目的，此处将结合用于电源电路的开关功率转换器描述本发明的示例实施例。另外，应当注意，虽然各种组件被在示例电路中适当地耦合或连接到其它组件，不过也可以通过组件之间的直接连接，或通过经由位于其间的其它组件或器件的连接实现这些连接和耦合。
根据本发明的各个方面，公开了配置为用于在空闲模式期间将功率减小到超低级别，诸如有效功率的大约1/10到1/1000或更少的电源。在示例实施例中，并且参考图1，超低空闲电源100包括初级电路110、次级电路120和控制电路130。在示例实施例中，超低空闲电源100给诸如笔记本计算机、移动电话、蓝牙耳机、智能电话、MP3播放器和便携GPS系统的电子设备供电。另外，输出电源是交流电(AC)或直流电(DC)，并且与初级电路110相连。次级电路120与初级电路110通信。控制电路130监视并且控制初级电路110的状态。虽然控制电路130在图1中被示出为连接到初级电路110的组件，控制电路130还可被集成在初级电路110内或以其它方式被认为包括在初级电路110内，这两个组件都是电源100的原边部分，并且示出的实施例仅用于说明目的。在示例实施例中，监视和/或评估初级电路110的行为和/或特性。如果初级电路110的被监视的行为和/或特性表明该电子设备现在基本上未从超低空闲电源100汲取功率，则控制电路130促使或进行控制以断开或禁用初级电路110。在一个实施例中，基本上没有功率旨在表达输出功率在典型最大输出负载在大约0-1％的范围内。在示例实施例中，控制电路130被配置为通过控制开关电路以改变初级电路状态并且改变电源100的操作模式，例如，从初级电路110断开或禁止输入功率，来控制初级电路110的状态。在示例实施例中，控制电路130控制初级电路110，以便根据输入功率级别改变超低空闲电源100的模式。然而，还可以观察和监视各种其它状态，诸如与初级电路其它组件操作的速率、电流级别等等。
通过基本上禁止或断开初级电路110，可以降低超低空闲电源110的功耗。在一个实施例中，基本上禁止初级电路被配置为初级电路110的开关电路是静态的，并且仅汲取无信号电流。在另一个实施例中，基本上禁止初级电路被配置为开关电路不再切换，并且初级电路110的电容器和次级电路120的电容器是静态的，并且不以波纹电流充电。在另一个实施例中，基本上禁止初级电路被配置为从初级电路110彻底去除电源。
在示例实施例中，超低空闲电源100具有三个模式：有效、正常空闲和超低空闲。有效模式是给电子设备供电时超低空闲电源100的有效功能。正常空闲模式是超低电源被连接到输入功率源，但是未有效地给电子设备供电时的模式。在示例实施例中，超低空闲电源100在切换到超低空闲模式之前验证当前状态是正常空闲模式。
在超低空闲模式期间，初级电路110被基本上禁止或断开，与在正常空闲模式期间相比，这充分减少了功耗的速度。另外，在另一个实施例中，超低空闲电源100还可以包括低占空比“唤醒”期，以便将空闲时间从恒定空闲改变为长时段的零功率和短时段的空闲功率。在示例实施例中，在周期的“唤醒”时间期间，超低空闲电源100操作以便在次级电路120上提供输出。如果连接的电子设备需要比空闲功率更多的功率，则初级电路110被配置为保持接通。一旦从次级电路120的功率汲取返回到空闲模式，超低空闲电源100将在一段时间后进入超低空闲模式。
根据一个示例实施例，并且参考图2，超低空闲电源200包括初级电路210、次级电路220和控制电路230。安全边界250将初级电路210和次级电路220分隔开。超低空闲电源200接收可以是AC或DC的功率输入201，并且将功率输出202传输到电子设备，功率输出202也可以是AC或DC。
在示例实施例中，初级电路210包括输入电路212、能量存储单元214和调制器216。输入电路212配置为保护、滤波和/或整流初级电路210的输入功率。在一个实施例中，输入电路212包括输入EMI滤波器和整流器，并且可以包括用于保护、滤波和/或整流的任意其它器件。在示例实施例中，输入电路212包括受控开关，其配置为禁止或断开初级电路210中的组件的功率输入。另外，能量存储单元214被配置为平滑整流后的直流，并且用于存储能量。能量存储单元214可以包括能量存储电容器或任意其它能量存储器件或电路。调制器216配置为驱动电介质隔离器件，诸如例如，变压器。在示例实施例中，调制器216可以包括PWM控制器和/或MOSFET。
根据一个示例实施例，控制电路230监视初级电路210的行为，并且基于通过初级电路210传输的功率、初级电路210组件的操作速度、调制器216中的脉冲宽度、能量存储器件214内包含的存储电容器中的波纹电流、来自AC输入201的输入电流、初级电路210内损耗组件的温度和/或流过初级电路210内的开关电路的电流中的至少一个或它们的组合，便于实现对超低空闲电源200的模式控制。例如，如果输出负载处于基本上低功率大约几十秒钟，则控制电路230可以便于实现将超低空闲电源200改变为超低空闲模式。在示例实施例中，在返回正常功率模式之前，超低空闲电源200保持在超低空闲模式某个时间段，例如，几十分钟。如果初级电路210的行为指示返回正常功率模式之后较大的输出负载需求，则控制电路230将超低空闲电源200保持在正常操作模式中，直到检测到正常空闲模式为止。在示例实施例中，超低空闲电源200的模式由于所选择的准则而改变，并且该准则可以包括固定准则、模板和/或学习到的准则。
根据一个示例实施例，控制电路230包括逻辑控制单元240和功率控制单元232。逻辑控制单元240配置为，例如，通过监视调制器216的操作来监视初级电路210，并且输出向初级电路210反馈信息的控制信号。在示例实施例中，逻辑控制单元240包括监视和控制设备。监视和控制设备可以包括组合逻辑机、状态机和/或微处理器。监视和控制设备还可以包括配置为监视调制器216的操作的无源组件。功率控制单元232，其可以包括例如组合逻辑机、状态机和/或微处理器，功率控制单元232例如通过控制调制器216的操作来控制初级电路210的操作。功率控制单元232还可以包括利用双极性晶体管或MOSFET的开关。例如，功率控制单元232可以从逻辑控制单元240接收控制信号，并且诸如通过控制开关S1、S2、S3和/或S4的操作，启动或禁止调制器216的多个部分。
在示例实施例中，并且参考图2和3，初级电路210通过变压器319给次级电路220传递功率。另外，初级电路210连接到第一地315，并且次级电路220连接到被以安全边界250隔开的第二地325。除了包括全波桥电路314、积分器316、具有电阻器R1和/或其它组件的电流到电压转换器317、以及能量存储单元214之外，初级电路210还可以配置有具有脉冲宽度调制器(PWM)控制器311和MOSFET313的调制器216。
调制器216内的组件，诸如PWM控制器311和MOSFET 313，用于以高频速率对来自输入电路212的输入DC斩波，以便驱动变压器319，并且将来自变压器319的原边(左侧)的功率传递到副边(右侧)。斩波速率或占空比与输出202上的负载直接成正比。
在示例实施例中，逻辑控制单元240可以监视PWM控制器311，以监视指示超低空闲电源200应当改变为超低空闲模式的行为。PWM控制器311包括具有开/关状态和一种调制速度的分立组件。PWM控制器311的开/关状态控制传输给次级电路220的功率。例如，在一个实施例中，从PWM控制器311进入调制器216内的晶体管开关，诸如MOSFET 313的脉冲速率实质上影响功率输出202处传递的输出功率。在另一个实施例中，PWM控制器311可以使用具有固定速率的可变宽度脉冲串，以便控制功率输出202处的功率。在另一个实施例中，PWM控制器311还可以使用速率和宽度的组合，以便控制传输到次级电路220的功率。
在示例实施例中，当PWM控制器311检测到正常轻载状态时，该速率和脉冲宽度被减小到比正常负载状态低很多。在示例实施例中，比正常低很多被定义为在大约1-90瓦特范围的负载状态期间，低于大约1kHz的脉冲速率。在另一个实施例中，比正常低很多被定义为空闲状态期间几毫秒时间段中的几微秒的脉冲宽度。PWM控制器311的输出速率的这种改变可在输入IN1处被采样或检测。例如，逻辑控制单元240可以采样PWM控制器311的DRV输出，并且可以测量驱动脉冲的速率(频率)。在低功率级别，PWM控制器311将操作于通常被称为“周期跳跃(cycle skipping)”的低脉冲速率模式。当功率输出202处的负载低于大约20瓦特时通常发生周期跳跃，并且随着负载从接近零改变到大约20瓦特，脉冲速率将从几百脉冲/秒改变为几千脉冲/秒。另外，这种变迁到降低的PWM速率和减小的宽度模式以及在该模式中的操作可被逻辑控制单元240检测到，逻辑控制单元240监视在输入IN2处从积分器316的输出观察到的来自PWM控制器311的脉冲的速率(其中，PWM控制器311的DRV输出的脉冲速率可被积分器316积分，以便提供与202处的负载成比例的DC电压)，和/或输入IN3处的电流到电压转换器317(其中MOSFET开关313中的电流被电阻器R1转换为电压，并且结果电流与功率输出202处的负载电流成比例地改变)。在一个实施例中，减小的宽度还可被描述为减小的占空比，其中占空比指PWM输出脉冲处于有效、或高、或以PWM信号的速率或周期驱动开关元件的时间的比例。
一旦检测到，逻辑控制单元240还可以通过挂起调制器216内的以及否则初级电路210内的开关来减小功率。在示例实施例中，通过逻辑控制单元240向开关S1、S2、S3和/或S4发送信号挂起开关，以便选择性地将PWM控制器311从其功率输入、HV(高压输入)、VDD(控制器操作电压)或其对MOSFET 313的驱动断开。
根据一个示例实施例，来自初级电路210的功率通过变压器319跨越安全边界250传输到次级电路220。安全边界250创建初级电路和次级电路之间的非直接接触，以便防止不想要的电传输。在示例实施例中，安全边界250包括电介质隔离组件。电介质隔离组件可以包括变压器、电容耦合或光耦合器。另外，电介质隔离组件可以是适合于满足安全要求Underwriters Laboratory 60950标准的任意组件。根据安全法规，安全边界250出现在初级电路210内包括AC，以及从次级电路传输DC功率的实施例中。在附加实施例中，安全边界可以存在，但不是需要的，或可以根本不存在。例如，在具有DC输入和DC输出的实施例中可以没有安全边界。
在示例实施例中，变压器319包括原边绕组PW1、副边绕组SW1以及副边绕组SW2。副边绕组SW2通过开关S3给PWM控制器311提供操作功率，而副边绕组SW1提供次级电路220的输出电压。初级电路210内的二极管D1和电容器C2用于整流和平滑副边绕组SW2的AC输出，从而PWM控制器311的输入VDD是直流(DC)。在示例实施例中，PWM控制器311包括与能量存储电容器214通信并且被开关S2控制的高压(HV)输入。使用HV输入在加电时启动PWM控制器311的功能，一旦PWM控制器311驱动MOSFET 313和原边绕组PW1，则VDD输入提供正常操作电压。在示例实施例中，在电源“接通”状态，开关S1-S4被正常闭合，从而PWM控制器311可以加电并且正常工作。
在示例实施例中，次级电路220还包括输出电路222。输出电路222配置为将来自初级电路210的功率转换为用于电子设备的功率输出202处的所希望的功率负载。在示例实施例中，输出电路222包括滤波电容器。在另一个实施例中，在超低空闲电源200接收AC功率并且传输DC功率的情况下，输出电路222可以包括至少一个整流器。
控制电路230配置为通过控制开关S1-S4以便控制调制器216，来控制初级电路210的状态。这些开关可以包括FET类型的晶体管开关，或可以包括继电器，诸如固态或Triac或闭锁型继电器，或适合于供电的任意其它开关设备或机制。根据示例实施例，控制电路230使用功率控制单元232，以便通过开关S2-S4控制调制器216的操作。功率控制单元232从逻辑控制单元240接收控制信号，并且通过控制开关S2、S3和/或S4启动或禁止开关元件216的若干部分。在另一个示例实施例中，功率控制单元232还可以控制开关S1，以便有效地去除开关元件216的全部电源。由从功率控制单元232传递的功率控制信号指示开关元件216的启动和禁止。该功率控制信号具有至少两个状态：正常空闲和超低空闲。另外，在示例实施例中，控制电路230将其当前状态保持在存储器内。在一个实施例中，使用晶体管锁存实现存储器。另外，在示例实施例中，控制电路230的默认非编程状态为正常空闲。
在示例实施例中，对当前模式的选择基于PWM控制器311的历史速率。可由监视来自PWM控制器311的输出的输入IN1的逻辑控制单元240确定这种历史速率。可以基于PWM控制器311的过去速率确定一个模板，并且将其用于确定超低空闲电源应当操作于哪个模式。例如，该模板可以确定一旦PWM控制器311处于空闲模式多于15分钟，这种使用可以指示输出设备在一个长的持续时间内将不需要有效供电，并且超低空闲电源应当切换到超低空闲模式。
在一个实施例中，超低功耗低于大约0.5瓦特。在另一个实施例中，超低功耗是有效状态功率的大约1/10到1/1000或更小。在一个实施例中，例如，在正常空闲模式中的电源消耗大约为300mW，并且在超低空闲模式期间的功耗在大约0mW到大约300mW之间。
这种超低空闲电源电路可被用于各种应用。例如，当被用于给电子设备诸如膝上计算机、移动电话、蓝牙耳机、智能电话、MP3播放器、视频游戏系统和便携GPS系统供电时，超低空闲电源可以减少浪费的功耗。在示例实施例中，超低空闲电源200可以减少使用AC离线切换器的电子设备上的浪费的功耗。
电源200中可以包括各种其它特征、设备和功能，以便便于实现改进的操作和/或提供反馈信息。例如，在示例实施例中，虽然图2或3中未示出，超低空闲电源200可以包括位于连接尖端或电源主体处的物理机械待机开关。该待机开关可被用于将超低空闲电源200的模式从有效模式或正常空闲模式手动改变为超低空闲功率模式。另外，该待机开关可被用于将超低空闲电源200的模式从超低空闲功率模式手动改变为有效模式或正常空闲模式。另外，在示例实施例中，超低空闲电源200包括至少一个照明指示器，以便示出电源的模式。在另一个实施例中，超低空闲电源200包括指示关于功耗的统计的设备。另外，该设备可以是量表、诸如LCD或LED的显示器，并且该统计可以包括节省的瓦特、功率级别、电源效率等。在另一个实施例中，逻辑控制单元240监视环境光状态，并且确定环境光是否是暗的。根据一种示例操作方法，并且参考图2和3，当电源200最初被连接到功率输入201时，电源200正常工作，并且通过给电子输出设备提供输出功率来响应负载状态。控制电路230以正常空闲模式启动，同时逻辑控制单元240通过输入IN1-IN3监视调制器216的行为，并且确定功率输出在某个时间段上是轻载还是没有负载。
在示例实施例中，当功率输出负载低于预定阈值时，电源状态从正常空闲改变到超低空闲。该预定阈值可以是固定的、动态的和/或学习到的。在一个实施例中，轻负载是落在该预定阈值之下的任意输出负载。
如果在调制器216处检测到轻有效或非有效，逻辑控制单元240向功率控制单元232发送改变/控制信号。一旦收到该信号，功率控制单元232将状态从正常空闲改变为超低空闲。另外，功率控制单元232向开关S2、S3和S4传递另一个信号，从而通过断开开关S1、S2、S3、S4或其组合而禁止调制器216。一旦调制器216被禁止，则开关元件中浪费的功率被消除，并且仅损失来自能量存储单元214的非常小的泄露电流。结果，消耗功率的电路被断开，并且电源200进入“沉寂”，并且其中在该断开时间期间，极大地最小化了连接到AC输入的组件所消耗的功率。
在一个示例的操作方法中，如果逻辑控制单元240向功率控制单元232发送信号以便闭合开关S1、S2、S3和S4，则逻辑控制单元240监视调制器216的行为。如果调制器216内的切换频率或速率增加，从而指示功率输出202处的负载需要，则逻辑控制单元240向功率控制单元232发送信号，以便将状态改变回正常空闲模式。在示例实施例中，超低空闲电源200保持在正常空闲模式中，直到负载状态指示减小的或“零”功率状态为止。在另一个示例实施例中，逻辑控制单元240可以包括内部计时器，以便周期地将超低空闲电源状态改变回正常空闲，从而次级电路组件可以保持电能。
在示例实施例中，即使当超低空闲电源200处于超低空闲模式时，能量存储单元214也通过开关S1周期地连接到功率输入201。这导致从超低空闲模式到正常空闲模式或有效模式的迅速转变，而没有给能量存储单元214重新充电的延迟。即使开关元件216在超低空闲模式中被禁止，这也可以发生。参考图4，可以结合电源400的另一个示例实施例，进一步公开附加细节和操作特征。根据这个示例实施例，输入电路212包括输入电路312和整流器314。输入电路312包括用于输入端子210处的AC输入功率的RC滤波电路，并且可被以各种方式构造或重新布置，以便提供电涌保护和/或滤波功能。整流器314包括全波桥整流器电路，但是类似地可以包括各种其它整流器配置。在示例实施例中，开关S1-S4包括FET类型的开关，但是还可适合地被以各种其它开关器件和组件诸如继电器取代。开关S1-S4配置为将功率耗用从其来源断开。积分器316包括二极管D2和由逻辑控制单元240使用的电容器C4。为了给PWM控制器311和功率控制232提供受调节的功率，初级电路210还包括包含二极管D1、电容器C2、电阻器R7、齐纳二极管Z1和电容器C5的电路。次级电路220包括二极管D3和电容器C3，它们用于整流和滤波副边绕组SW1的脉动输出，以便由功率输出202使用。
在电源400的启动过程中，所有FET开关S1-S4处于“闭合”状态，允许电源400正常启动。虽然示出了N沟道，但开关S1-S4按照需要可以是N沟道或P沟道种类的。输入电路212的滤波后的AC输出经过FET开关S1，并且给能量存储单元214充电。随着能量存储单元214上的电压上升，少量电流被电阻器R4和R5通过FET开关S2“拾取”，并且馈送到PWM控制器311的HV输入。这个HV(高电压)输入电流开始启动PWM控制器311内的电路，并且短脉冲开始出现在PWM控制器的输出DRV(驱动)上。这些脉冲经过FET开关S4到达MOSFET 313的栅极。该栅极驱动MOSFET 313，使得MOSFET 313打开和关闭，其中这种切换驱动变压器319的PW1原边绕组。变压器副边绕组SW2通过变压器耦合来接收驱动脉冲，并且将脉动输出电压提供给二极管D1。二极管D1和电容器C1对该脉冲进行整流和滤波，并且给电阻器R7产生非稳压DC电压。电阻器R7电流在该DC电压到达齐纳二极管Z1和大容量电容器C5之前限制这个DC电压。电容器C5是大值电容器，当电源400的其余部分被控制电路230关闭时，其可用于保持给功率控制232供电。齐纳二极管Z1和电容器C5上的电压是经稳压并且平滑的DC电压，该DC电压被功率控制232使用，并且还被通过FET开关S3馈送到PWM控制器311，到达PWM控制器311的输入VDD(主电源输入)。一旦PWM控制器311感测到其VDD输入上的稳定输入，则PWM控制器311将加宽DRV输出上的脉冲宽度，并且增加该脉冲的频率。这个启动过程使得变压器副边SW1接收更宽的高频脉冲，并且在功率输出202处从D3和C3产生DC电压输出。202处的电压电平被以本领域的技术人员已知的方法反馈到PWM控制器311(出于清楚起见未示出反馈路径)。这个反馈处理完成稳压环路，并且此时电源处于正常操作。
关于负载级别检测，在功率级别处于大约20瓦特到最大输出功率范围内时的正常操作期间，PWM控制器311通常将以大约60KHz(每秒60,000个脉冲)的固定频率产生直至大约50％占空比的变化宽度输的出脉冲。随着功率输出202处的负载在这个输出范围上改变，电源400内的反馈将使得PWM控制器311调整DRV输出处的输出脉冲，以便调节202处的输出电压。当输出负载处于大约20瓦特到实际上没有负载之间时，PWM控制器311的输出脉冲将具有与功率输出202处的负载成比例的较短的持续时间和更低的频率。逻辑控制单元240将使用在输入IN1-IN3处接收的这种脉冲信息，以便确定功率输出202处的近似负载，并且将使得功率控制单元232基于功率输出202处的负载改变调制器216的功能。
当逻辑控制单元240监视了输入IN1-IN3并且确定了功率输出202上存在低负载或零负载状态时，逻辑控制单元240将使得功率控制单元232发送信号，以便操作开关S1-S4，从而有选择地断开原边上的电路以便减小空闲功率级别。例如，控制电路230将首先断开FET开关S3和S2，去除PWM控制器311的所有电能。其次，可以断开FET开关S4，以便去除MOSFE T313的栅极的任何残留驱动。这防止MOSFET 313由于来自PWM控制器311的DRV输出的泄漏电流而导通。最后，断开FET开关S1，以便去除从输入电路212达到能量存储单元214的经整流的DC。当处于高输入电压时，保持能量存储单元214完全充电所需的泄漏电流是相当大的。根据另一个示例实施例，仅存在S1，并且其在低空闲时被断开，以便去除所有电能，并且使得可以进入超低功率空闲模式。控制电路230重新闭合S1便于实现所有电路重新供电，并且允许电源正常操作。
一旦调制器216和其它初级电路被开关S1-S4隔离，仅借助大容量电容器C5上的电荷给逻辑控制单元240和功率控制单元232供电。在示例实施例中，电容器C5将具有足够大的值，以便给逻辑控制单元240和功率控制单元232供电几十分钟。在其它电路停用，即，没有电能的时间期间，逻辑控制单元240和功率控制单元232处于低功率睡眠模式，它们仅从电容器C5汲取几毫微安培。逻辑控制单元240可以周期地醒来，并且指示功率控制单元232给电容器C5重新充电。在示例实施例中，重新充电的电容器C5允许逻辑控制单元240和功率控制单元232返回低功率睡眠模式，直到电容器C5需要重新充电，或恢复调制器216的电能以便测试负载状态。为了测试负载状态，功率控制单元232同时闭合所有开关(即，S1-S4)，以便重新建立系统加电时的初始启动状态。
在另一个示例实施例中，功率控制单元232被指示短暂闭合开关S1，以便保持能量存储单元214充电。能量存储单元214的这种预充电便于系统在恢复操作时迅速启动。在一个实施例中，为了确定何时返回接通或加电，逻辑控制单元240感测功率控制单元232的输入VDD处的电压，并且当a)功率控制单元232的输入VDD上的电压达到临界低电平并且必须被重新充电时，或b)在已经经过了一段时间之后，将重新激励电源400。功率控制单元232将同时闭合所有4个开关S1-S4，以便重新建立系统加电时的初始启动状态。因为能量存储单元214已被保持充电，这种启动处理要比“冷”掉电启动快。当电源400启动时，大容量电容器C5被重新充电，以便继续给功率控制单元232的输入VDD提供电压。
一旦电源400开启并且被逻辑控制单元240根据输入IN1-IN3处的信号测量为正在运行，逻辑控制单元240将再次进行测量，并且确定功率级别。如果在关闭时间期间功率输出202处的负载增加了，则逻辑控制单元240将允许电源400正常运行。如果功率输出202负载继续为低或接近零，则逻辑控制单元240将再次以功率控制单元232向FET开关S1-S4发送信号，以便将电源400设置为超低功率状态。
根据一个示例实施例，并且参考图5，结合电源500公开其它细节和操作特征。根据这个示例实施例，输入电路212包括输入电路312和整流器314。输入电路312包括用于输入端子201处的AC输入功率的RC滤波电路，并且可被以用于提供电涌保护和/或滤波功能的各种方式构造或重新布置。整流器314包括全波桥整流器电路，但是类似地可以包括各种其它整流器配置。另外，积分器316包括二极管D2和电容器C4。次级电路220包括二极管D3和电容器C3，它们用于对副边绕组SW1的脉动输出进行整流和滤波，以便由功率输出202使用。
在示例实施例中，单个开关S1位于PWM控制器311和MOSFET源电阻器R1的原边接地回路上。如果开关S1断开，则即使PWM控制器311和MOSFET 313可能具有从整流器314提供的电压，也没有到PWM控制器311和MOSFET 313的地315的回路。在示例实施例中，瞬态开关SW1被激活，并且导致开关S1闭合。作为例子，开关SW1可以是按钮开关，但是开关SW1可以包括用于提供瞬态开关功能的任意开关或器件。开关S1的闭合允许PWM控制器311开始操作并且驱动MOSFET 313。另外，在另一个示例实施例中，监视调制器216的行为。如果积分器316的输出存在低功率空闲状态的指示，开关S1在某个时间段之后断开。断开开关S1去除调制器216的接地回路，并且电源500配置为关闭，直到开关SW1被再次激活。在示例实施例中，电源500包括配置有手动重启选择的功率控制单元，而不是配置为周期地重启电源500的功率连接。
上面已经参考各种示例实施例描述了本发明。然而，本领域的技术人员将认识到，可以对示例实施例进行改变和修改，而不脱离本发明的范围。例如，除了上面所示的电路之外，可以用其它类型的电源电路实现各种示例实施例。可以根据特定应用或考虑与系统操作相关联的任意数目的因素，适合地选择这些替换方案。另外，这些和其它改变或修改旨在被包括在下面的权利要求书中所表达的本发明的范围内。
Claims (27)
1.一种配置有超低空闲功率模式的电源，所述电源包括：
初级电路，配置为从外部功率源接收功率；
次级电路，耦合到所述初级电路，并且配置为提供功率输出；和
控制电路，配置为监视所述初级电路，并且控制所述初级电路，从而当检测到空闲功率模式时，基本上禁止所述初级电路。
2.如权利要求1所述的电源，其中所述控制电路监视所述初级电路内的占空比、开关速率或电流流动中的至少一个，以便确定功率级别高于预定阈值还是低于预定阈值。
3.如权利要求2所述的电源，其中所述控制电路包括配置为监视所述初级电路的逻辑控制单元，以及配置为控制所述初级电路的功率控制单元。
4.如权利要求3所述的电源，其中所述逻辑控制单元和所述功率控制单元包括组合逻辑机、状态机或微处理器中的至少一个。
5.如权利要求3所述的电源，其中所述初级电路包括调制器电路，配置为驱动变压器或其它电介质隔离设备中的至少一个。
6.如权利要求5所述的电源，其中所述逻辑控制单元配置为监视所述调制器电路的信号。
7.如权利要求5所述的电源，其中所述功率控制电路配置为控制至少一个开关，以便控制所述调制器电路。
8.如权利要求5所述的电源，其中所述调制器电路包括MOSFET或其它晶体管驱动器中的至少一个和PWM控制器。
9.如权利要求1所述的电源，还包括待机开关，配置为将所述电源从超低空闲功率模式转换到有效模式或正常空闲模式。
10.如权利要求1所述的电源，还包括待机开关，配置为将所述电源从有效模式或正常空闲模式转换到超低空闲功率模式。
11.一种配置为便于实现电源中的超低空闲功率模式的电路，所述电路包括：
输入电路，配置为对输入功率进行滤波和整流；
耦合到所述输入电路的能量存储电路；
耦合到所述能量存储电路的调制器，所述调制器配置为以高频速率调制输入功率以便驱动变压器，并且将功率从该变压器的原边传输到该变压器的副边；和
控制电路，配置为监视所述调制器，并且控制所述初级电路，从而当所述控制电路确定基本上不存在负载时，所述初级电路基本上被禁止，从而将电源被配置为处于超低空闲功率模式中。
12.如权利要求11的电路，其中所述控制电路监视所述调制器的占空比或开关速率中的至少一个，以便确定是否基本上不存在负载。
13.如权利要求11的电路，其中所述控制电路包括配置为监视所述调制器的逻辑控制单元，以及配置为控制所述电路的功率控制单元。
14.如权利要求11的电路，其中所述调制器包括PWM控制器以及MOSFET或其它晶体管驱动器中的至少一个。
15.如权利要求13的电路，其中所述逻辑控制单元包括耦合到所述调制器以便监视所述调制器的输出的至少一个输入，所述调制器的输出包括输出脉冲速率、占空比和电流级别中的至少一个。
16.如权利要求15的电路，其中耦合到所述调制器以便监视直接来自所述调制器内的PWM控制器的输出脉冲速率的所述至少一个输入中的至少一个是来自耦合到所述调制器内的PWM控制器的积分器的输出，以及来自耦合到所述调制器内的PWM控制器的电流到电压转换器的输出。
17.如权利要求13的电路，其中所述电路包括耦合在所述功率控制单元和所述调制器之间的至少一个开关器件，从而所述功率控制单元断开所述至少一个开关器件，以便禁止所述调制器。
18.一种便于实现在空闲功率操作过程中具有超低功耗的电源的方法，所述方法包括：
监视所述电源的初级电路的特性，并且确定何时出现基本上没有负载的状态；
当检测到所述基本上没有负载的状态时，基本上禁止所述电源的所述初级电路，以便产生超低功率模式。
19.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括当所述控制电路确定存在功率负载时，启动所述电源。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述确定何时出现基本上没有负载的状态包括检测所述初级电路内何时出现低的占空比或开关速率或电流流动中的至少一个。
21.如权利要求19所述的方法，其中当所述初级电路的占空比或开关速率或电流流动中的至少一个增加到一个阈值级别之上时，发生所述启动所述电源。
22.如权利要求18所述的方法，其中所述监视包括使得控制电路监视所述初级电路内的占空比或开关速率或电流流动中的至少一个，以便确定是否存在所述基本上没有负载的状态。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述控制电路监视调制器的活动，以确定是否存在基本上没有负载的状态。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述控制电路监视直接来自所述调制器内的PWM控制器的输出脉冲速率或占空比中的至少一个。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述控制电路监视来自耦合到所述调制器内的PWM控制器的积分器的输出。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述控制电路监视来自耦合到所述调制器内的PWM控制器的电流到电压转换器的输出。
27.如权利要求18所述的方法，其中所述监视初级电路的特性包括唤醒周期，以便便于实现测试输出汲取或对所述电源的内部电路重新充电中的至少一个。
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