CN102549525B - 用于节能电源的自动可变电源插座 - Google Patents

Abstract

一种电源板形式的可变电源设备包括用于对被与之连接的电气设备供电的多个电源插座。电流感测电路被电耦合到每个电源插座并感测流过电源插座且被已被连接到插座的电气设备吸取的电流。功率控制电路响应于来自与电源插座相关联的电流感测电路的反馈信号选择性地向各电源插座提供待机模式功率信号和活动模式功率信号中的一个。

Description

用于节能电源的自动可变电源插座

相关申请的交叉引用

本申请针对2009年10月8日提交且题为“Automatic Variable Power Outlet for Energy Saving Power Source”的美国临时申请序号61/278,565，其公开被通过引用结合到本文中且由此要求其优先权。

技术领域

本发明涉及用于向电气设备提供功率的电源插座和电源浪涌板（power surge strip），所述电气设备诸如电视、数字视频录像机和播放器、音频放大器、盒式录像带、器具（诸如电冰箱）、录像机和AC/DC适配器。

背景技术

在消费者的家中存在每天被浪费的如此多的电功率能量，尤其是具有旧的或不易觉察的电气器具和电子设备的那些家庭。许多消费者没有意识到他们能够通过简单地在器具或设备不在使用中时将这些器具和设备从家庭壁装插座或电源板拔开插头来减少这些器具和设备的电消耗。然而，让用户在使用之后每天将这些电子设备和器具拔开插头且随后在这些器具和设备被重新供电时必须再次经历最初的装配程序是不切实际且麻烦的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对电气器具和电子设备供电的电源插座，其自动地将AC线电压减小至最低水平，其仍允许这些器具和设备在待机模式下适当地运行。

本发明的另一目的是提供一种用于向电气器具和电子设备提供功率的电源插座，一旦这些器具和设备被从其待机模式加电并开始吸取（draw）更多的电流以用于正常操作要求，该电源插座就自动地将提供给器具或设备的AC线电压增加至正常的115/120伏水平。

依照本发明的一个形式，一种供作为节能电源使用的自动可变电源设备包括一个或多个电源插座，其用于向一个或多个电气器具和电子设备提供功率；微处理器或主控制电路，其能够通过感测电流消耗的量来确定器具或设备是否处于“待机”模式且其能够在器具或设备处于此类待机模式时减小提供给器具或设备的电压以及相位和占空比；以及多个电流感测电路，其感测由被连接到每个电源插座的器具或设备吸取的电流，并且其向微处理器或主控制电路提供反馈信号，使得微处理器或主控制电路能够分别地依照器具或设备是处于正常供电模式还是处于待机模式来增加或减小供应给特定电源插座和被与之连接的器具或设备的电压。

根据将结合附图来阅读的本发明的说明性实施例的以下详细描述，本发明的这些及其它目的、特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1～4是依照本发明构造的电源板形式的自动可变电源设备的各种实施例的前视图。

图5是本发明的自动可变电源设备的图1所示的实施例的透视图。

图6是在本发明的可变电源设备中使用的电路的方框图。

具体实施方式

如图所示，依照本发明形成的电源插座板或浪涌板（具有浪涌保护能力）2包括多个电源插座4。电气器具和电子设备将被用插头插入电源板2上的特定插座4，其被适当地标记并被指定为用于特定类型的器具或设备，诸如电视、DVD、音频放大器、VCR、AC/DC适配器等。此电源板2可以用插头插入AC壁装插座，并选择性地向每个电源插座4提供功率。

执行初步实验以测量诸如电视、DVD、VCR和音频放大器的电子设备被关闭且处于待机模式时的功率消耗，所述电子设备电源线仍用插头插入AC插座中。输入电压被故意地减小至92伏AC，同时这些设备处于待机模式，并且随后针对每个设备测量功率消耗。此初步实验已证明如果将输入线电压从正常的115/120伏AC降低至92伏AC，则大多数较旧且不易觉察的消费者电子设备在其待机模式下将进行较少的功率消耗。某些设备还显示出从115伏AC情况下的1.2瓦至92伏AC情况下的待机模式下的0.5瓦的显著功率消耗减少。

当器具或设备处于待机模式时，在本发明中优选地使用九十二（92）伏AC，因为这在电子设备和器具将进入“节电（brown out）”状态且其电路在此电压水平下可能被损坏之前看起来是最低水平。

依照本发明，可变电源插座板2通过自动地将AC线电压降低至最低水平来解决设备在其处于待机模式时所浪费的能量，所述最低水平仍允许设备在待机模式下适当地运行。一旦那些设备“醒来”并开始吸取更多的电流以便在活动模式下遍历其启动序列，AC线电压将被本发明的可变电源插座板自动地增加回至正常的115/120伏AC水平。

本发明包括具有主控制电路9的电子电路8、形成主控制电路9的一部分的微处理器6以及多个电流感测电路10，每个感测电路10被连接到电源板2上的电源插座4，以监视被连接到电源板2的电气器具和电子设备的活动模式与待机模式之间的电流消耗。为了确定电子设备是处于活动模式还是待机模式，本发明的电源插座设备2能够使用多个方法或技术中的一个来区分这些状况。

一个方法是针对每个电子设备监视电流消耗，并随后将所监视的此电流消耗与在微处理器或与之相关联的存储器12内编程的预置功率水平（以瓦为单位）相比较。每个电子设备将被用插头插入本发明的电源板2上的特定插座4，其被适当地标记并被指定为用于此类型的设备，诸如TV、DVD、音频放大器、VCR、AC/DC适配器等。大多数这些电子设备在其处于待机模式时的功率消耗能够被预定。本发明的可变电源板2可以包括超控或设置开关14，其能够在任何时间被用户激活以绕过此可变电源插座特征并让电源插座4中的一个或多个充当正常AC插座（没有电压的待机回退）。

依照本发明的任何方法将通过使用微处理器6来测量低电流消耗状态以确定电子设备是处于关闭还是待机状态来使本发明的电源板2获悉被与之连接的每个电子设备或电气器具的功率消耗行为，并将此测量的电流消耗值存储在存储器12中，并且随后在设备处于活动模式时记录电子设备的平均或高电流消耗，并将此高电流消耗值存储在存储器12中。如果电子设备的电流消耗变成零，则该测量允许微处理器6确定设备被完全从本发明的电源板2、电力网或系统拔开插头。通过获悉用于被连接到电源板2的每个电子设备或电气器具的最小和最大电流消耗，微处理器6能够自动地感测电流消耗的变化并判定电子设备是处于待机模式还是活动模式，并且随后通过保持提供给电子设备被连接到的插座4的线电压为115/120伏AC（当设备处于活动模式时）或通过将线电压减小至92伏AC（当设备变成待机模式时）而依照所检测的设备状况来调整提供给电子设备被连接到的各插座4的电压。

图1～5举例说明依照本发明形成的优选地具有浪涌抑制能力的电源板2形式的自动可变电源设备的各种实施例。每个电源板2包括一个或多个可变电源插座4a，并且可以包括一个或多个固定（非可变）电源插座4b。

更具体地，图1和5示出具有两个可变120伏AC电源插座4a和四个固定（非可变）120伏AC电源插座4b的电源板2。此电源板2可以在电源板的内部包括浪涌抑制电路16，其优选地被连接到每个可变电源插座4a和每个固定电源插座4b。

图2示出具有两个可变120伏AC电源插座4a和五个固定（非可变）120伏AC电源插座4b以及卫星/电缆输入连接器18和卫星/电缆输出连接器20的电源板2。在电源板2的内部的浪涌抑制电路16优选地被连接到每个可变电源插座4a和每个固定电源插座4b以及被连接到卫星/电缆输入连接器18以提供用于卫星/电缆输出连接器20上的信号的浪涌抑制。

图3示出具有四个可变120伏AC电源插座4a和四个固定（非可变）120伏AC电源插座4b以及卫星/电缆输入连接器18和卫星/电缆输出连接器20以及以太网输入连接器22和以太网输出连接器24的电源板2。优选地，在此电源板2的内部包括浪涌抑制电路16且其被连接到每个可变电源插座4a和每个固定电源插座4b以及被连接到卫星/电缆输入连接器18和以太网输入连接器22以提供用于卫星/电缆输出连接器22和以太网输出连接器24上的信号的浪涌抑制。

图4举例说明可以用插头插入120伏AC壁装电源插孔中的电源板2。此壁装单元2优选地包括两个可变120伏AC电源插座4a。此单元2还优选地在其内部包括浪涌抑制电路16，其被连接到每个可变电源插座4a。

具有粘性背衬的标记（TV、VCR等）可以被电源板2的用户紧挨着诸如电视或盒式磁带录像机的指定电气设备被连接到的可变电源插座4a中的一个放置。如果用户希望针对板2上的特定电源插座4利用本发明的自动可变电源特征，则其按下位于邻近或接近于电源插座4的电源板2的正面上的“设置”按钮开关14。“设置”按钮开关14被连接到位于电源板2（参见图6）的内部内的电子电路8的微处理器6，使得微处理器6将知道执行操作例程以测量功率消耗及更特别地由被连接到由用户设置的特定可变电源插座4a的电气设备（电视、盒式磁带录像机等）吸取的电流。如果用户未按下“设置”按钮开关14，则微处理器6将不改变未被用户设置的该特定电源插座4上的功率，并且电源插座4将向被与之连接的电气设备提供固定（非可变）120伏AC功率信号。替换地，如果与插座4相关联的按钮开关14未被按下，则电源插座4将自动地向与之连接的电气设备提供可变电压。或者，可以为电源板2提供单按钮开关14，其将针对电源板2的所有或某些电源插座4超控可变电压特征或设置可变电压特征。

在用户按下“设置”按钮开关14之后，用户在关闭状态、其中电气设备被开启但未处于操作模式的待机状态（在某些电气设备的情况下，关闭状态可以是待机状态）以及其中电气设备可操作的活动状态（例如，电视正在显示画面，或者盒式磁带录像机正在播放盒式磁带）之间切换电气设备（电视、盒式磁带录像机等）。电源板2内的电子电路8的微处理器6将自动地测量功率消耗以及特别地被处于这些各种状态（关闭、待机和活动）中的电气设备吸取并通过关联电源插座4的电流。在每个状态下由被电连接到指定可变电源插座4a的特定设备吸取的电流将被存储在用于指定电源插座的电子电路8的存储器12内。在微处理器6已完成其例程且已针对电气设备可能处于的每个状态或模式成功地感测了被连接到各电源插座4a的电气设备吸取的电流或功率消耗之后，位于邻近或接近于每个可变电源插座4a的电源板2的正面上的绿色LED（发光二极管）28将被微处理器6点亮。

因此，微处理器6能够通过功率消耗或电气设备所吸取的电流的量值来感测电气设备处于什么状态（关闭、待机或活动）。

当电气设备处于“待机”状态或模式时，其被微处理器6认识到，微处理器6将使提供给关联可变电源插座的电压降低至优选地92伏AC。然而，当电气设备正在被使用并切换至活动状态或模式时，附加功率消耗或特别地由电气设备吸取的电流的更大量值将被电子电路8感测，并且此更大的功率消耗或更大的电流量值将被微处理器6与存储在电子电路8的存储器12中且与电气设备被连接到的特定可变电源插座4a相关联的功率消耗或电流的阈值值相比较。微处理器6相对于存储在存储器12中的待机功率消耗或电流阈值值或存储在存储器12中的另一预定阈值比较该更大的功率消耗或现在被电气设备吸取的更高的电流量值，并将确定电气设备不再处于待机状态且现在处于活动状态。在这些条件下，微处理器6将促使电子电路8向电气设备被连接到的电源板2的可变电源插座4a提供全120伏AC功率信号。

当电气设备再次从其中其可操作的活动状态转到待机状态或关闭状态时，功率消耗或特别地被电气设备吸取的较低电流量值的减小现在将被电子电路8感测，并且响应于所感测的较低功率消耗或被电气设备吸取的电流的量值的减小，作为所感测的功率消耗或被电气设备吸取的电流与存储在电子电路8的存储器12中的预定阈值水平之间的比较的结果，微处理器6将促使电子电路8向电气设备被连接到的可变电源插座4a提供较低电压，亦即优选地92伏AC。

图6举例说明供在本发明的自动可变电源设备中使用的电子电路8的一个形式。在电源线30上向电源板2（参见图1～3和5）形式的自动可变电源设备或者利用具有可直接接收至120伏AC壁装插孔（参见图4）中的插头的电源板或模块的自动可变电源设备提供120伏AC功率信号。该AC功率信号被提供给主控制电路9，其包括微处理器6和被连接到微处理器的AC功率调节电路32。AC功率调节电路32可以是AC至AC功率转换器，其依照由微处理器6提供给AC功率调节电路32的控制信号来选择性地增加或减小提供给电源板2上的单独电源插座4的功率信号。电子电路8还包括存储器12，诸如随机存取存储器（RAM），其形成主控制电路9的一部分并被电耦合到其微处理器6。并且，与电源板2上的每个可变电源插座4a相关联的是按钮“设置”开关14。

如附图的图6所示，并且仅仅出于用以促进本发明的理解的示例性目的，存在四个可变电源插座4a，亦即第一可变电源插座4a1、第二可变电源插座4a2、第三可变电源插座4a3和第四可变电源插座4a4。因此，存在与四个可变电源插座相关联的四个设置开关14，亦即第一设置开关14a、第二设置开关14b、第三设置开关14c和第四设置开关14d。设置开关14被电连接到电子电路8的主控制电路9及特别地其微处理器6，以从用户激活的设置开关14向微处理器6提供信号以用信号通知微处理器用户希望将在电源板2的插座4中的一个上提供的功率信号设置为可变或固定的（非可变）。

电源板2的电子电路8的主控制电路9及特别地其AC功率调节电路32向电气设备可以被连接到的可变电源插座14a提供AC功率信号。例如，可以将电视连接到第一可变电源插座4a1，可以将DVD（数字视频磁盘）播放器连接到第二可变电源插座4a2，可以将盒式磁带录像机连接到第三可变电源插座4a3，并且可以将诸如视频游戏控制器的各种设备连接到第四可变电源插座4a4。

本发明的自动可变电源设备2的电子电路8还包括一个或多个电流感测电路10。每个电流感测电路10被电连接到可变电源插座4a且更优选地被串联地连接在主控制电路9与可变电源插座4a之间，并且更特别地被与由主控制电路9提供给可变电源插座4a的AC功率信号串联地连接。如附图的图6所示，并且仅以示例的方式，在电源板的电子电路中存在四个电流感测电路10，亦即第一电流感测电路10a、第二电流感测电路10b、第三电流感测电路10c和第四电流感测电路10d。每个电流感测电路10被连接到可变电源插座中的一个，亦即第一可变电源插座4a1、第二可变电源插座4a2、第三可变电源插座4a3和第四可变电源插座4a4。

在本发明的一个形式中，电流感测电路10可以是与提供给各可变电源插座4a的AC功率信号串联地定位的电阻器，并且电阻器两端的电压降被作为反馈信号提供给主控制电路9及特别地其微处理器6。电阻器两端的电压当然指示由被连接到与电流感测电路10相关联的可变电源插座4a的电气设备吸取的电流。因此，当电气设备处于关闭状态、待机状态和活动状态时，微处理器6能够根据此反馈信号来确定由被连接到各可变电源插座4a的电气设备吸取的电流。

如前所述，或者预定阈值被存储在被电耦合到微处理器6的存储器12中且被用来确定被连接到特定可变电源插座4a的电气设备是处于待机状态还是活动状态，或者当电气设备处于关闭状态、待机状态和活动状态时，微处理器6能够通过利用由被连接到可变电源插座4a的电流感测电路10提供的反馈信号来测量由被连接到各可变电源插座4a的电气设备消耗的功率或吸取的电流而确定用来存储在电子电路8的存储器12中的合适阈值。

再次地，如前所述，当微处理器6在电气设备处于各种状态时确定功率消耗或特别地由电气设备吸取的电流时，其将点亮与特定可变电源插座4a相关联的绿色LED 28，以向用户指示对于该特定电源插座4a而言启用了经济模式。因此，对于图6所示的示例而言，存在四个优选地绿色LED 28，其中的每一个被单独地点亮且其中的每一个与第一可变电源插座4a1、第二可变电源插座4a2、第三可变电源插座4a3和第四可变电源插座4a4中的一个相关联。

微处理器6对来自每个电流感测电路10的反馈信号进行响应并根据该反馈信号来确定用于每个可变电源插座4a的电流阈值水平。响应于来自与特定可变电源插座4a相关联的电流感测电路10的反馈信号，如果反馈信号对应于大于（或者等于或大于）微处理器6存储在存储器12中的电流阈值水平的流过电源插座的电流，则微处理器6促使AC至AC转换器电路32向电源插座4a提供活动模式功率信号。提供给电源插座4a的活动模式功率信号优选地为120伏AC。如果反馈信号对应于等于或小于（或者小于）存储在存储器12中的电流阈值水平的流过电源插座4a的电流，则微处理器6进一步促使AC至AC转换器电路32向电源插座4a提供待机模式功率信号。优选地，提供给电源插座4a的待机模式功率信号等于约92伏AC。

本发明的可变电源板、网络、系统或壁装可变电源设备在其各种形式中符合被许多州和联邦机构采用的“绿色能量”概念。例如，在加利福尼亚州，存在这样的法律，其管理在该州中出售的任何新电子设备的功率消耗，其中，此类设备必须符合由加利福尼亚能源委员会或CEC控制的新节能标准。然而，仍存在于大多数消费者家中的较旧或不易觉察的设备的能量消耗从来没有得到解决，该设备在其处于待机模式时仍消耗过量的电能。通过使用本发明的可变电源插座板2，可以在处于待机模式的同时显著地减少这些设备的功率消耗。

虽然本发明的可变电源设备在本文中主要被描述为采取诸如图1～3和5所示的电源浪涌板以及诸如图4所示的插件模块的形式，但应认识到的是该可变电源设备可以采取许多不同形式，或者被结合到电子设备中，诸如向另一设备提供辅助功率的一个，并且可设想此类其它形式在本发明的范围内。

虽然在本文中已参考附图描述了本发明的说明性实施例，但应理解的是本发明不限于那些精确的实施例，并且在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本领域的技术人员可以在其中实现各种其它变更和修改。

Claims (8)

1.一种可变电源设备，用于为被与之相连的电气设备提供可变功率信号，所述可变电源设备包括：

至少一个电源插座，电气设备是能连接到所述至少一个电源插座的；

至少一个电流感测电路，所述至少一个电流感测电路被电耦合到所述至少一个电源插座并在电气设备处于至少待机模式和活动模式时感测流过所述至少一个电源插座且被已被连接到所述至少一个电源插座的电气设备吸取的电流，并响应于流过所述至少一个电源插座的感测的电流来生成反馈信号；以及

功率控制电路，其被电耦合到所述至少一个电源插座并响应于来自所述至少一个电流感测电路的反馈信号选择性地向所述至少一个电源插座提供待机模式功率信号和活动模式功率信号中的一个，所述待机模式功率信号和所述活动模式功率信号每个均是大于0伏特的AC电压，所述待机模式功率信号的电压小于所述活动模式功率信号的电压，所述待机模式功率信号和活动模式功率信号每个均组成提供给已被连接到所述至少一个电源插座的电气设备的功率。

2.如权利要求1所述的可变电源设备，其中，所述功率控制电路包括至少一个开关，所述至少一个开关被与所述至少一个电源插座相关联，所述至少一个开关能在第一状态和第二状态之间切换，所述功率控制电路响应于所述至少一个开关处于第一状态选择性地向所述至少一个电源插座提供待机模式功率信号和活动模式功率信号中的一个，所述功率控制电路在所述至少一个开关处于第二状态时向所述至少一个电源插座提供活动模式功率信号。

3.如权利要求1所述的可变电源设备，其中，所述功率控制电路包括AC至AC转换器电路，该AC至AC转换器电路接收120伏AC信号并响应于来自所述至少一个电流感测电路的反馈信号选择性地向所述至少一个电源插座提供待机模式功率信号和活动模式功率信号。

4.如权利要求3所述的可变电源设备，其中，所述活动模式功率信号等于120伏AC，并且其中，所述待机模式功率信号等于92伏AC。

5.如权利要求3所述的可变电源设备，其中，所述功率控制电路包括微处理器，所述微处理器被电耦合到AC至AC转换器电路并在选择性地向所述至少一个电源插座提供待机模式功率信号和活动模式功率信号时控制AC至AC转换器电路。

6.如权利要求5所述的可变电源设备，其中，所述微处理器对来自所述至少一个电流感测电路的反馈信号进行响应并根据该反馈信号来确定电流阈值水平，如果反馈信号对应于等于或大于电流阈值水平中的至少一个的、流过所述至少一个电源插座的电流，则微处理器促使AC至AC转换器电路向所述至少一个电源插座提供活动模式功率信号，如果反馈信号对应于等于或小于电流阈值水平中的至少一个的、流过所述至少一个电源插座的电流，则微处理器促使AC至AC转换器电路向所述至少一个电源插座提供待机模式功率信号。

7.一种向能连接到电气设备的至少一个电源插座提供可变功率信号的方法，其包括步骤：

感测在电气设备处于至少待机模式和活动模式时流过所述至少一个电源插座且被已被连接到所述至少一个电源插座的电气设备吸取的电流；

响应于流过所述至少一个电源插座的感测的电流生成反馈信号；以及

响应于所述反馈信号选择性地向所述至少一个电源插座提供待机模式功率信号和活动模式功率信号中的一个，所述待机模式功率信号和所述活动模式功率信号每个均是大于0伏特的AC电压，所述待机模式功率信号的电压小于所述活动模式功率信号的电压，所述待机模式功率信号和活动模式功率信号每个均组成提供给已被连接到所述至少一个电源插座的电气设备的功率。

8.如权利要求7所述的方法，还包括步骤：

根据反馈信号来确定电流阈值水平；

如果反馈信号对应于等于或大于电流阈值水平中的至少一个的、流过所述至少一个电源插座的电流，则向所述至少一个电源插座提供活动模式功率信号；以及

如果反馈信号对应于等于或小于电流阈值水平中的至少一个的、流过所述至少一个电源插座的电流，则向所述至少一个电源插座提供待机模式功率信号。