CN1369754A - 用于电子装置的备用电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种备用电路、一种具有该备用电路的电子装置、一种用于控制该电子装置的方法和一种供电装置。鉴于通常的装置在处于待机模式下时,供电单元和控制设备长时间处于工作状态,因而能耗很高,本发明通过将供电单元在待机模式下关闭而提供了一种节能而又保持正常工作的解决方式。备用电路,最好通过能量缓冲元件进行供给,在待机模式下保持运转,并监视信号输入端是否有激活事件。当激活事件产生时,备用电路打开供电单元。

Description

用于电子装置的备用电路

技术领域

本发明涉及一种备用电路，一种具有该备用电路的电子装置，一种用于控制该电子装置的方法和一种供电模块。

背景技术

许多如录像机，卫星接收机，电视机，机顶盒，电脑显示器等的电子装置都具有所谓待机模式。这些装置从电器主机获取电能。为此，该装置具有相应的供电单元。除了50Hz的变压器电源外，SMPS(开关电源)也经常用于上述情况。开关型电源用于稳定的或不稳定的直流输入电压，该电压通常是利用整流器由主机中提取的。一个或多个电子开关用于将直流电压转变为交流电压或交流电流，该交流电压或交流电流的频率通常很高(也就是强烈，经常甚至是主机频率的许多倍)。交流电压或交流电流用于进一步的电压转换和能量传输，特别是用于产生一个或多个直流和/或交流电压。一个与主机频率相比明显较高的开关频率使非常小的磁性元件的使用成为可能。利用适当的开关控制方法有可能实现对输出电压的控制(例如频率控制，脉冲占空比控制或本领域专业人员所公知的其它方法)。

像电视这一类的装置经常配备有断路器，通过该断路器，供电单元与主机完全隔离，这样，装置被完全切断，也就是通过如机械开关，与主机在电气上完全隔离。在上述关断的位置上，装置不消耗任何电能。然而，装置也可以通过例如按下如无线电或红外线遥控装置之类的标准无线遥控装置上的“off”按钮切换到待机模式。然后，装置的操作单元(例如显像管，接收单元等等)被关断，通常伴有延迟或电子交换或次级电压的急剧降低。然而，在待机模式，由于装置内的至少一个单元，这里被称为“备用电路”，保持在激活状态，供电单元没有与主机相隔离。

在常用的装置中，备用电路经常围绕具有中央微处理器的整个控制元件而设置。该备用电路从装置的供电单元获取电能。例如，当采用红外线遥控装置时，在待机模式下，备用电路时时监控任一输入的红外线遥控信号。该输入信号被解码，微处理器判断是否接收到的信号代表激活事件。术语“激活事件”在这里指的是使装置开启的事件。例如，就电视机而言，上述操作可以是按下遥控器上的on/of钮或对数字节目表按钮的操作。如果该信号被备用电路接收、解码和识别，备用电路将使操作单元重新开启，以使装置工作在全部工作状态。

实践已证明，用户几乎长时间的使很多装置，特别是娱乐电子装置，处于待机模式，并且没有将他们与主机相隔离，因为只有在待机模式，如通过遥控器或时间控制开启(例如录像机)或通过输入信号控制开启(例如具有VPS信号的录像机或具有视频信号的计算机显示器)这类的方便操作才有可能实现。

许多装置不再具有“坚硬”，即机械的，主机开关。由于要求很高，特别是装置内绝缘性能、电流负载和电缆路由选择方面的要求很高，使得这种主机开关非常昂贵。并且，当涉及带有计时器的装置时，主机的全部隔离经常是不理想的，这是因为，如果没有缓冲存储器或不可能通过输入信号(无线电计时器、国际互联网、图文电视、无线电数据系统)实现自动控制，与装置相连的其它计时器将不会每次都复位。

然而，在待机模式，装置消耗相当大量的电能。这样，一方面导致供电单元的能量消耗，另一方面使得备用电路的能量消耗常常包括在整个控制元件之内，包括微处理器。这有总计1到10瓦特的残余量。

发明内容

本发明的目的在于进一步降低电子装置在电源下降模式下的能量消耗，并同时可以保持便于操作。

上述目的通过如权利要求1所述的备用电路、一种如权利要求15所述的电子装置、一种如权利要求22所述的用于控制电子装置的方法和一种如权利要求25所述的用于电子装置的供电部件得以实现。从属权利要求涉及本发明的优选实施方式。

根据本发明的用于电子装置的备用电路具有一个或多个信号输入端。这些是电子电路连接端，该连接端如此构成，如用于接收遥控信号的接收器、on/off开关、有用信号(例如视频信号或音频信号)、数字接口或其它传输器都可以与上述输入端相连接，以使相应的信号可以被处理。也可将输入端设计为不同信号传输器(如开关、IR接收器等等)与同一个输入端相连。最好设计为相对于不同的数值的测定(如增益、阈值检波、可能信号解码)，输入端是可编程的。

备用电路还具有控制单元。这种设计纯粹是基于操作上的考虑。它可以是以预定方式将不同的输入信号进行组合以生成相应的输入信号的逻辑元件。为此，建议采用可编程逻辑元件，尽管该元件也是硬布线电路。除了逻辑操作(AND、OR等等)外，该电路还可以包括其他元件和功能，如寄存器、移位寄存器、算术运算、比较器、计时器等等。同样，可以想象到以软件为基础的解决方式，即用微控制器中运行的程序取代控制操作。控制单元的功能最好是可编程的。

根据本发明的备用电路还具有用于控制供电单元的控制输出端。这里，对供电单元的控制应理解为供电单元在电学上、光学上、机电上或其它方面是可控的，即它可以切换到不同的开关状态。这里包括供电单元的开启和关闭，还包括中间工作电平。控制输出端必须适用于控制的开启。在电驱动输入端必须设计为使其为控制提供必要的能量，例如传递到光电耦合器或继电器电路。这里，为了能量消耗的最优化考虑，可以使用脉冲驱动器。

当电子装置处于电源下降模式，该电子装置的备用电路被激活。该电路最好被设计为使其在该工作模式的能量消耗尽可能减少。信号输入端-至少周期性的间隔查询-激活并连接到控制单元。如果其中一个信号输入端接收到了代表激活事件的信号，控制单元启动激活程序。激活事件包括在开关输入的情况下的打开动作、在信号输入有效的情况下有用信号的输入(例如将视频信号应用于电视机的A/V输入端，在最简单的情况下，通过比较器进行监测)或在遥控输入的情况下输入使装置开启的遥控信号的命令序列。使用有用信号的激活事件的另一个例子就是录像机中的VPS信号。然而，由于纯阈值检测法不能满足上述要求，因此要求采用一种相对复杂的解码电路(接收电路)。例如，为了使其能量消耗最优化，可以使其仅在程序记录时间被激活。

激活过程根据激活事件的不同而不同。在最简单的情况下，控制单元启动控制输出，然后将供电单元打开，以使装置切换到电源上升模式。

遥控输入在这点上具有特别之处。例如，在开关信号为“on”或产生有用信号的情况下，情况简单，装置打开，而遥控信号的情况则较为复杂。一方面，在这种情况下，信号和必要的处理过程相当复杂。例如，在采用无线电或红外线遥控信号的情况下，请求信号需要放大、解调、滤波并最好进行数字转换。另一方面，信号的单一出现不必代表激活事件。但是，有必要首先确定该装置(或其它装置)是否有望接到遥控信号。并且，还要确定是否接受到的遥控信号要使装置启动。最后，用户所期待的装置的反应和通过摇控信号开启的装置的反应并不总是相同。例如，用户可以通过按下适当的数字按钮立即打开电视机，看到预先选定的节目(接收频道)。

当备用电路对遥控信号进行处理时，基本上要进行全面分析、最小分析、多级分析这几项分析，在每种情况下，根据遥控信号的分析结果确定的请求结果都是有意义的。

通过备用电路对已接收到的遥控信号进行完整的分析，即对遥控信号所代表的编码进行测定并与已存储的等待信号相比较，该等待信号即使激活事件开始的命令序列。该等待信号可以预先存储在备用电路中。但是，代表激活事件的信号最好可以自由编程，即可存储在备用电路中。

在最小分析中，激活事件通过对遥控输入(例如红外探测二极管、超声波或无线电接收机等等)的任何活动的监测在备用电路中被确定。在采用红外线遥控的情况下，甚至有可能使红外线二极管工作在光电工作状态下。一旦任何形式的红外信号产生，激活事件启动，通过激活事件的启动电子装置切换到操作模式，在该操作模式下，装置控制单元(微控制器)被激活，然后该控制单元对信号全部解码。

在多级分析中，备用电路通过确定遥控接收元件(例如红外线输入)是否有活动而启动。如果有活动，备用电路继续开始全面分析。这种方法的优点在于有可能在极低的能量消耗下完成全部操作(几乎没有滞后)。因此可以避免不必要的激活事件(例如假设没有接收到任何预置等待编码)。

可以对接收到的用于启动激活事件的命令序列进行规定，首先将其临时存储在备用电路中，由后面的装置中的“唤醒”微处理器，将命令序列从备用电路中读出，以使信号传输不是“丢失”，而是实施。特别是当装置处于电源上升模式时，最好先通过装置的控制单元到备用电路中读取遥控信号。这样，就不必安装第二个遥控信号接收器。

本发明还具有作为附加信号输入端的数字信号输入端。该输入端可与任何数字接口相连接，包括标准串行或并行接口、总线系统等等。特别在计算机接口如以太网中，也可以对激活事件的确定进行监控。这对与互联网的连接是特别有用的。

备用电路最好包括由例如静态RAM实现的存储器。使用了这种存储器，可以使用极低的电能对被存储的数据进行保存。存储器的容量被设计为适合于操作参数(转换特性、模拟输入灵敏度等等)、已接收遥控编码、已存储等待编码和时钟或时间切换时钟寄存器的存储。

根据本发明的备用电路还具有计时器。在这里，该术语指的是功能上的任何形式的计时器或连续计数器，即该计时器概念适用于具有自动增量的简单计数寄存器。备用电路内还可以设有时钟发生器。并且还可以至少设有时钟脉冲确定元件(如石英)或完整的外部时钟发生器(振荡器)。与频率确定元件相连的输入端和与外部生成的时钟脉冲相连的输入端作为“时钟输入端”彼此相连。将主频传递给时钟脉冲的元件也可以认为是时钟发生器。

如果计时器有效，控制单元将可以完成定时自动开关操作，通过该操作，激活程序可以在设定的激活时间(或数值)开始。其优点在于，备用电路的计时器可以作为整个装置的实时计时器来使用，装置控制单元最好在每次打开时读取时钟。然后，计数寄存器将计数状态传递到计时单元内(年、月、日、小时、分钟、秒)。因而不必采用单独的实时计时器。

还可以提供使备用电路与装置进行通信的通信连接端，例如，将装置的微控制器安装在备用电路内部。它可以完成本领域专家所知的任何形式的数据通信。数字通信方式最好采用如串行或并行接口和总线系统。这里，最好采用I²C总线作为电路内部各部分的简单的标准化的连接部件，以节约成本。控制单元一方面可以通过上述通信连接进行编程，以使激活事件被确定(例如，假设控制单元在接收到开关信号，而不是有用信号后开始激活程序)。对存储器的直接传输有可能实现，例如遥控器发出命令序列，该命令序列使激活程序开始。在通信连接的同时还可以允许数据传输，接通后接收的存储在存储器中的遥控命令序列(和在接通后接收的其它合适的编码)也可以通过通信连接被读取出来。

现在的备用电路通常具有完整的装置控制设备，即这对备用电路没有什么贡献，但是控制设备包括微控制器-在待机模式保持运行。本发明贡献在于使用了独立的备用电路。其形式最好为集成电路，即芯片。

例如，为此可以采用标准的具有8到14端子的模块。上述模块的采用使生产成本和能量的消耗降低。最好采用已知的小电流漏极芯片技术，如CMOS。

备用电路最好设计为在电源下降模式下尽可能少的消耗电能。该电路最好具有节能电路设计(该设计使无负载，即没有使用信号，时能量消耗最小)和智能能源管理，在该管理下，电路中不需要的元件被禁用。进一步节能的方法是对触发模式下，即只是周期性的，对输入进行监测。

根据本发明的装置可以切换到电源降低模式和工作模式，在电源降低模式，供电单元被禁用，而备用电路保持运行。除了供电单元外，该电路还具有许多操作单元。这里，术语操作意味着有益于电子装置操作的任何单元。例如，它包括电视机的电路和显像管、磁带驱动设备和录像机接收元件等。操作元件指除去供电单元外的电子装置的所有电子元件，该供电单元与电源相连，为操作单元提供电能。

为使备用电路在供电单元被关断时保持运行，需要单独的电源。例如，初级电源，即供电单元最好与供电系统直接连接，即没有变压器。这样，可以通过保护电阻或电容器从电源系统中取出较低的工作电流。或者，使用能量存储器为备用电路提供电能。这里，还可以使用电池(最好是可更换的)。现在，半导体技术的使用使得在备用电路中使用的这种电池易于为备用电路提供电能长达2至5年。

然而，能量存储器最好是可再充电的。该能量存储器可以是蓄电池或有足够容量的电容。根据这种模式，该电容可以是标准(例如电解)电容或特别的电容量为0.47F或更高的高容量电容。

采用可再充电元件最好配备有充电装置。它可以使用外部能源，如太阳能电池。然而，通常在备用电路运行时(当装置处于工作模式下)，还是主要由装置的供电单元提供电能。

在此方面，还有不同方法用以保证在装置长时间处于电源降低模式下对备用电路电源的供给。一方面可以采用能量存储器监控，例如将供给电压与最小门限值进行比较。如果能量存储器的电压低于最低水平，能量存储器被充电，最好将供电单元打开，以使在某一时间(充电周期)内能量存储器可以得到用于充电的必要的电压。这里最好仅使供电单元打开，而整个装置不要开始工作，操作单元保持禁用，仅使供电单元为充电电路提供电能(电源上升屏蔽)。

或者，将上述方法相结合，采用在预先编程的间隔(固定充电周期)内将供电单元暂时打开以对能量存储器进行充电的充电方法。这一过程可以通过备用电路内时间切换计时器的操作得以实现，而在装置处于关断时期-例如，作为能量存储器的1000μF的电容需要的大约5分钟，或100mAh的蓄电池需要的几星期-被预先编程，期满后供电单元被重新打开。这里，供电单元最好是独立的，没有装置内的操作单元被打开。

根据本发明的电源装置，备用电路与供电模块形成为一体。这种电源装置可以与通常的装置连在一起作为“智能”供电单元、自身具有等待功能的供电单元来使用。

本发明其它的特点结合下面对实施例的描述更加明显。

附图说明

图1示出了备用电路的第一实施方式的示意图；

图2示出了包括有备用电路的电子装置的元件的方框图；

图3示出了包括有备用电路的电子装置的第一实施方式的示意图；

图4示出了包括有备用电路的电子装置的第二实施方式的示意图；

图5示出了包括有备用电路的电子装置的第三实施方式的示意图；

图6示出了备用电路的第二实施方式的示意图；

图7示出了备用电路的第三实施方式的示意图；

图8示出了包括有电源装置的电子装置的第四实施方式的示意图。

实施例详细说明

图1示出了包括有备用电路20的切换模块ZPS。切换模块ZPS具有1到14共14个外部端子。备用电路具有电源装置22，该电源装置具有线性稳压器24。该切换模块还具有时钟26、控制单元28和存储器30。

模块ZPS的端子1和2用于提供电源。电源装置22具有线性稳压器24，恒定电压作为参考常数输入线性稳压器内，线性稳压器为控制单元28和其它元件(未示出)提供电压。这样，电路模块可以在大约2到15V的较宽的输入电压范围内工作。电源装置22具有由电阻R1、R2、R3和R4组成的分压器，分压器每一级的电压分别与三个比较器U0、U1和U2相连。比较器U0、U1和U2分别将每级分出的电压与固定参考电压Vref相比较。

如图所示，参考电压可以由电源I1和稳压二极管30提供。这样，Vref保持与输入电压相分离，维持不变的低能量消耗。

比较器U0、U1和U2各自的输出信号输入到控制单元28。三个数字信号提供的关于电平+Ub的信息一起取自输入端1。例如，如果比较器信号U0和U1为0(即一次和二次分压低于参考电压)，但是第三比较器信号U2仍为1(即三次分压仍高于参考电压)，那么，总体上传递给控制单元的信息是电源电压确实急剧下降，但是仍高于最低值。

下面的表格示出了信号U0、U1和U2共同使用的情况。控制单元每次根据提供的值的所对应的功能完成必要的操作。

               U0  U1  U2   含义U＝U_max＝5V       1    1   1    最高电压，在充电期间关断供电单元U≈2V-5V           1    1   0    通常工作范围，无运行要求U＝U_min1≈2V       1    0   0    最小工作电压，开启供电单元为能

                             量存储器充电U＝U_min2≈1.5V     0    0   0    电压损耗，芯片的无效信息或操作

切换模块ZPS作为常用的集成CMOS半导体电路而构成。在电路的设计中必须注意保持尽可能低的能耗。这里，CMOS模块ZPS在2到5V的输入电压下工作。本发明该实施方式的平均功耗低于2mA，特别情况低于200μA。

切换模块ZPS的输入端6和7是时钟输入端，连接有振荡器，用于增加计时器频率，该振荡器的有源端子与时钟26连接到一起，并与外部石英32相连。计时器26是32位计数寄存器，该计数寄存器随输入端6和7输入的每个时钟脉冲(由未示出的分频器分频)递增。该计数寄存器26与控制单元28相连，以使其可以被读取出来。计数器状态可以通过换算转换为年、月、日、小时、分钟和秒。

电路模块ZPS的输出端8用于驱动供电单元。控制单元28驱动输出驱动器U7，通过该驱动器，输出端8可以至少在短时间内提供较宽范围的电流(1mA到200mA)。为此-取决于切换模块ZPS的使用-供电单元的光电耦合器，可以用继电器或直接的SMPS控制输入端使电源关闭或打开。

总线驱动元件34与存储器30和控制单元28相连接。总线驱动元件34由输入/输出端9和10驱动。所述元件是已知的用于I²C-总线的总线驱动元件。根据已知的协议，数据可以通过I²C-总线由存储器30输入或输出或由控制单元28输入或输出。

切换模块ZPS具有信号输入端3、4和5。这里，输入端3是切换输入端。开/关键直接与该输入端相连。在开关的动作下，被该开关释放的电脉冲与参考电压Vref通过比较器U3进行比较。比较结果送入控制单元28。本发明另一实施方式是将双稳态触发器与开关的下游相连，本发明该实施方式是将其直接与控制单元28相连。

输入端4是用于将切换模块ZPS内使用的电子装置发出的有用信号的有用信号输入端。对于电视机而言，该输入端可以是SCART(A/V)输入端，用于计算机显示器的VGA(同步)信号，用于音频放大器的音乐信号，用于录像机的SCART信号，用于无线通信装置的显示呼叫的信号和用于计算机外围设备的不同总线连接端的信号。该信号被放大，并通过比较器U4与参考电压Vref相比较，其比较结果被控制单元28再次评估。

输入端5是遥控信号输入端，该输入端与红外线探测二极管或红外线探测模块直接相连。红外线探测二极管提供电平极低的模拟信号，该信号被放大器U5(具有自动增益控制)放大，并被滤波器(未示出)带通滤波。A/D转换器U6将该信号转换为数字信号，该数字信号被控制单元28处理。

红外线探测模块直接提供数字信号，所以在这种情况下U5和U6可以省去。

端子5输出的信号输入控制单元28。该控制单元能够对接收到的数字红外信号解码，即对命令序列进行定位。这样，存储在存储器30中的序列使激活过程开始。控制单元28将接收到的序列与存储在存储器30中的序列进行比较。只有在序列完全匹配的地方，激活过程开始(见下文)。在该过程中，这些和其它输入的命令序列通过控制单元28存储在存储器30中，以使其可以顺序的-一旦装置的微控制器被“唤醒”-通过I²C总线被检索出来。

切换模块ZPS还具有输入端11到14，上述输入端作为编程管脚被设置。通过管脚进行适当的写入，不同的......可以被驱动。该写入过程也可以通过输入端9和10输入到I²C-总线。这样，电路模块ZPS对特殊的工作模式可以通过管脚跳线而进行编程。所有的16个二进制位的不同组合通过四个编程管脚11到14进行选择，有可能作为三态输入的共有81种组合。

这种编程(即模式选择)的例子如下表所示：0.        0000        标准模式，通过I²C接口编程1.        0001        标准化电视，激活程序在电视机接收到IR编码时开始10.       1010        计算机显示器，激活程序在被开启或模拟输入端输入信

                  号的情况下开始11.       1011        …

相同的切换模块ZPS可以安装于不同装置内，编程管脚11-14根据装置的不同进行不同的设定(例如1010用于计算机显示器的初始化)。

控制单元28将输入其中的不同信号进行合并，以使输出端8在激活事件被确定的情况下启动。控制单元28是可编程逻辑元件。在另一实施方式(未示出)中，控制单元只是使用振荡器作为时钟脉冲发生器的微控制器。编程过程通过I²C接口34实现。根据程序的不同，控制单元28可以完成下述操作：

当元件U3、U4和U6输出的信号相符合时，激活事件开始(信号输入)

在时钟26的数值与存储在存储器30中的激活时间相匹配时，激活事件开始(定时开关操作)

当由比较器U0、U1和U2输出的数值代表电能几乎耗尽时，激活事件开始(充电时期)。

在该过程中，控制单元28进行智能电源管理，通过该管理备用电路ZPS中处于特定工作模式或相关程序的无用元件被关断。这会影响到输出驱动器U7、输入端3、4和5的下游或I²C接口34。

在另一实施方式中，按触发模式，对输入端3、4和5以预定间隔进行查询。该间隔根据输入端类型而定。对开关的查询间隔应为10-500ms，有用信号输入查询间隔大于5秒的情况下，有可能没有明显的损耗。对于开关，最好每100ms查询一次，对于有用信号输入，最好每1s查询一次。这样，就不必采用如放大器U5之类的元件，因为该元件要始终打开，对整体能量消耗具有重大影响；取而代之的，它们只要周期性的短时间运行。

图2示出了电子装置40的方框图。该装置可以是电视机、录像机或其它电子装置。装置40具有用于供电的供电单元42，该供电单元通过端子44与供电系统相连。装置40还具有装置控制单元45(如电视机微控制器)和操作单元46(在电视机中是显像管和接收元件)。操作单元46和装置控制单元通过供电单元42获取电能。有用信号(如电视机中的SCART输入端的视频信号)通过有用信号输入端48输入操作单元46。

装置40装备有切换模块ZPS。该模块是可分离的电路。切换模块通过能量缓冲元件50获取电能。该元件可以通过输出端8开启和关闭供电单元42。

电子装置40具有开/关键52和作为外部输入元件的红外线探测二极管54。它们与切换模块ZPS的信号输入端相连。切换模块ZPS通过I²C总线与装置的操作单元46通信连接。

电子装置40可以在电源上升模式和电源下降模式之间进行切换。在电源上升模式，供电单元42打开，并为操作单元46和装置控制单元45提供电能。并同时为缓冲元件50提供电能，以使能量存储器自己充电。在装置40的电源上升模式，操作单元是激活的。对于电视机，显像管和接收元件都被打开。有用信号(如天线信号)48输入操作单元46，在操作单元中信号被处理(如识别、解调、显示、记录等)。在电源下降模式，装置40可以通过红外线摇控器(未示出)而被遥控。由红外线遥控器发出的信号由红外探测二极管54检出，并通过合适的信号输入端传递到切换模块ZPS，该模块通过I²C-总线将相应的信号传送到操作单元46。或者，操作单元46还可以设有分离的用于遥控信号的接收器，以使信号不必通过切换模块ZPS。

装置40可以由电源上升模式切换到电源下降模式。这可以通过合适的外部命令输入实现(如开关键52打到“off”或遥控命令)。然而，假使有用信号48在预定时间内失败，电源下降过程可以通过装置控制单元45实现。

在无激励时，装置控制单元45对切换模块ZPS编程，以使希望的激活事件被确认。例如，切换模块ZPS以定时开关切换方式使激活事件开始之后的一段激活时间传送到切换模块ZPS。同样，根据切换模块ZPS的信号输入对代表激活事件的信号输入进行确认。根据输入的遥控信号的命令序列，切换模块ZPS实现激活操作。然后，供电单元42关闭(直接通过装置控制单元45或通过切换模块ZPS，该模块通过I²C通信线路遵循命令进行操作)。电子装置40现在处于电源下降模式，在该模式下，只有由缓冲元件50支持的切换模块ZPS仍然保持运行。操作单元46和装置控制单元45完全关闭，供电单元42不再提供电能。没有电能再-理论上甚至通过供电单元-从电源44取出。下面我们将进一步解释当供电单元关闭时仍然发生剩余消耗的原因。

切换模块ZPS对信号输入端和用于在电源下降模式下启动激活事件的时钟进行监视。激活事件包括下面的：

开关52打开的动作

有用信号48的产生

检测到遥控命令序列与已存储的“唤醒”序列完全匹配

激活事件到达(与外部时钟预先确定的时间相匹配)

缓冲器50中的电压降至最小值之下。

根据应用的不同，特别是根据电子装置40类型的不同，只有一些甚至只有一个上述操作可以实现。对于其它的应用，另外的激活事件可以作为请求被确定，并可以提供附加的输入端。

如果切换模块ZPS在电压下降模式检测到激活事件，那么该模块将通过输出端8驱动供电单元42，以使其电压再次上升。结果，电子装置40切换到电压上升模式，在该模式下，操作单元46和装置控制单元45通过供电单元42获取电能。同时，缓冲元件50再次充电。

激活过程仅对缓冲元件50进行充电，并进行适当的电源上升屏蔽，以使操作单元46和装置控制单元45的电源不上升，只是供电单元42在电能再次充满前保持对缓冲元件50充电。这种充电循环可以是时控的(由此在另一个充电循环发生前，时间段在无效时间被预先确定)或对缓冲元件50提供的电压进行监控，以使在缓冲元件50能量耗尽前充电循环被启动。与备用电路ZPS相连的供电装置22提供相应的用于上述目的可以被评价的信号。

如果激活过程基于接收到的遥控命令序列而开始，在启动延时后，“醒来的”装置控制单元45将读出接收到并暂时存储在切换模块ZPS中的遥控命令序列，并对它们进行处理。这样保证了首先使激活开始的信号也可以在装置切换到电源上升模式时被执行。

图3示出了具有备用电路的电子装置的第一实施方式的示意图。该实施方式特别适用于轻型供电装置(大约达25W)。电子装置40还具有操作单元46和具有微控制器的装置控制单元45。在装置的前端56是开关52和红外探测二极管54。有用信号48与操作单元46和切换模块ZPS相连接。一个1000μF的电容器58用作能量缓冲元件。电子装置40具有SMPS供电单元42(开关电源)。该供电单元的初级端通过主滤波器60和保险丝62连接到供电系统。供电单元42的初级端和次级端按规定充分分离。粗线64所示出的部分应相应绝缘。SMPS供电单元42可以打开和关闭光电耦合器66。这里，通过光耦合可以完全绝缘。

光电耦合器66的LED与切换模块ZPS的输入端8相连。这样，切换模块ZPS可以打开或关闭供电单元。开关电源常具有集成元件，供电单元(内部交流电压的产生)的操作可以通过该集成元件进行控制。现在所应用的这种元件有些与电子开关相连。在其它情况下，这种开关键可以用很少的费用进行添加。这里，开关键保证了将输入电压转变为内部高频交流电压的受控半导体开关键保持关闭。然而，这里输入级即使在供电单元关闭的情况下还保持运行，以使残余消耗量-虽然低-还存在。

供电单元42的次级端与装置40的操作单元46相连接。供电单元42的次级输出端68与具有微控制器的装置控制单元45相连。如果供电单元42打开，作为切换模块ZPS的电源的电容缓冲元件58也被充电-通过二极管-由此输出。电路模块ZPS通过输出端9和10(I²C-总线)与装置控制单元45相连。切换模块ZPS的动作可以通过装置控制单元45和进行编程，信号-如从输入端5得到的遥控编码-可以通过此连接传送到装置控制单元45。

本发明的第一实施方式中的缓冲元件为标准电容器。电容量为1000μF的电容器可以保证以10μA的电流为切换模块提供必要的电源电压2～5v大约5分钟。然而，再充电过程非常迅速。电容器可以在小于1秒钟的时间之内被充满。本发明第一实施方式中采用对电源电压进行监视的方法对充电过程进行控制。供电单元42可以通过光电耦合器66进行开启，并且不会产生干扰噪声。供电单元的其余部分同样设计为使打开过程不会产生明显的噪声干扰，以使周期性的充电过程不会太明显。在充电周期内，首先通过供电装置检测输入电压是否低于门限值，如果低于门限值，切换模块ZPS激活供电单元42，以使缓冲元件58可以通过端子68进行充电。同时，使电源上升屏蔽的信号或命令通过端子9和10传送到装置控制单元45，以使在供电单元的短时激活期间，装置控制单元45的供电单元42不完全上升，而操作单元46的电源一点也不上升。假设充电周期为5分钟的情况下，每秒钟的能耗为5W，在电源下降模式下，平均能耗总和为0.017W。

或者，可以通过打开的电源不自动使装置控制单元45(和操作单元46)电源上升而实现电源上升屏蔽，因此首先需要特别的“激活命令”，如通过通信端子9、10。

或者，可以使用电容量为0.1F、最高耐压为5.5V的高容量电容器(超高容量，高容量)。假设电路模块ZPS需要2到5V电压下10μA的电流，充电周期大约为8小时。采用容量稍大的能耗为10W、充电时间为10s的供电单元，其所产生的能耗为0.034W。

在特别应用中，对能量缓冲单元的选择和对充电方式的选择根据电子装置的类型的不同(和根据供电单元的类型不同)而异。这里所指的所有缓冲元件可以组合使用。另外，可以采用具有超高容量的太阳能电池作为电源。这里，如果装置处于黑暗条件下，就还仍需要充电过程。

图4示出了电子装置40的另一实施方式。就大多数元件而言，其设置与第一实施方式相同，以使上述元件也可用于该实施方式。与本发明的第一实施方式不同之处在于，供电单元42不是通过光电耦合器由切换模块ZPS进行开启或关闭的。而是采用双稳继电器70直接连接到电源44之后，该继电器通过输出端8由切换模块ZPS驱动，使电源与供电元件相分离。在本实施方式中，供电单元42结构简单，不需要成为可控的。这里，如果必需的话，仅需要50Hz的变压器对电压进行检波和平滑。本发明此种实施方式还适合于大功率开关电源(＞100W)。如前所述，在开关电源断开时，输入级(滤波器等)的剩余消耗保持。在采用大功率供电单元，其损耗如此巨大，以至于需要考虑通过继电器70将电网完全隔离。

与第一实施方式的不同之处还在于缓冲元件的性能。这里采用蓄电池72，该蓄电池由充电电路74充电。与第一实旋方式相比，另一个不同之处是不依靠通过继电器70或光电耦合器66对供电单元42的控制。本实施例提供的仅是有可能的组合方式，对于特殊的应用，可以采用其它种类的用于切换模块ZPS的供电单元控制器和电源。

第二实施方式的蓄电池72具有充足的大容量，该电容量可以使装置在静止状态下工作长于一天。最好采用100mAh的容量的蓄电池。这样，可以在能量消耗为100μA的条件下工作6星期。然而，该元件的充电时间非常长，大约5小时。或者，可以将其充电时间缩短为1小时，但是这需要增加复杂的附加电路。然而，由于其周期长达6星期，在电子装置40处于正常工作状态下进行充电就足够了。

装置仍需长时间保持电源下降模式，本实施方式中采用定时控制器对充电周期进行监控，以保持电源供应。在每个无效状态下，切换模块ZPS由装置控制单元45的微控制器编程，以使在操作时间之后，如果装置没有同时被激活，充电周期(如5星期)也可以开始。

图5示出了电子装置40的第三实施方式。与本发明的前两个实施方式相比，该实施方式不是采用缓冲元件作为切换模块ZPS的电源，而是将切换模块ZPS通过供电电路76直接与供电系统相连。供电电路76与主滤波器60相连。该装置还包括有MΩ级的保护电阻和检波电路。为了使能耗＜0.05W，保护电阻在全部操作范围内分走约50μA的电流(全部操作范围85V到240V)。如果电路采用电网(如200V到240V)供电，将需要分出100μA的大电流。如果用电容器代替电阻，将可以分出mA级的大电流。

如图5所示的第三实施方式中，按照规则切换模块ZPS通常不完全与初级绝缘，如线64所示的绝缘路径。按照规则，为继续保证绝缘的要求，端子9和10必需通过光电耦合器78、80与装置控制单元45相连接。

在本发明的未单独示出的另一实施方式中，图5中的光电耦合器78和80被省略。这样，装置控制单元45和切换模块ZPS之间没有通信。切换模块ZPS被永久编程-如通过上述编程管脚-为特定功能功能。在该实施方式中，可以通过抗干扰或对电子装置的改良实现成本收益。备用电路ZPS由此易于利用现有装置进行集成。

图6示出了电路模块ZPS的第二实施方式。该实施方式中，模块仅有8个端子，以使作为标准的具有8端子的双列直插式组件的集成CMOS电路而使用。

与本发明图1所示的第一实施方式相比，第二实施方式中的切换模块ZPS只有一个信号输入端3。如图6所示，该信号输入端3是模拟信号、遥控信号和开关信号的通用输入端。这样，在输入端3、红外探测二极管54、开关52和模拟信号电路55彼此并联并接地。在模块内部，输入端3之后连接有对遥控信号进行评价的元件U5A、U8A和开关信号进行评价的比较器U3A。放大器U5A将从IR二极管(54)得到的信号放大，并提供其低的静态电流(该电流经过+Ub后的高阻连接的处理)传。这里，选择静态电流的方式是为了在开关打开时电压保持高于U3A的开关门限值。这需要自动产生静态电流。如果开关(52)打开，电压将下降至0V，从而比较器U3A改变状态。由于一方面红外探测二极管54接收到连续的不同的遥控命令信号，而另一方面开关52打开，控制单元28可以对输入端3接收到的信号的种类进行识别。

电路55将可能的信号传送到端子53，这样做只是进行大体监控，以确定是否有信号出现。该信号驱动晶体管Q1，该晶体管用作开关，通过R5开启输入端3为0V。这样就产生了一个问题，即当装置工作时，输入信号将总从输入端子53输入，以使输入端3通过电路55保持接地。而后没有其它输入-开关、遥控信号等-被识别。为了使装置在电源上升之后可以识别命令，在信号由6输入的情况下，通过Q2和R9使电路无效。为了上述目的，假设通过输出端6对供电单元进行驱动，那么，只要供电单元打开，输出端6就有一个恒定的输出信号。信号S3在Q1被短路，结果该输出信号打开Q2，从而电路55处于无效状态。对供电单元最好采用触发驱动，可以采用分离的输入端或另外的离散元件实现无效。

图7示出了切换模块ZPS的简单应用。这里，切换模块ZPS作为电子装置内部的开关电源使用，其在机械上将供电单元与电源分离开。可以将开关52进行组合以实现相对昂贵的电路的功能，该开关与切换模块ZPS相连，电源如图3和4所示被控制。

切换模块ZPS仅包括具有两个比较器的电源装置22、控制单元28和用于驱动电源(未示出)的驱动器U7A。可替换的(AlkMn)电池V1用作缓冲元件。使用了该电池的电路可以工作长达7年。在这里，没有与电子装置的数据连接，并且该连接也是不必要的。该解决方式可以不作改变或只进行很小的改进就可用于已知装置。

图8示出了电子装置40的第四实施方式。具有操作单元46、输入端48、装置控制单元45和具有控制器的前端56的装置40的构成与图1到4相同。与前面的实施方式相比，装置40具有供电装置82，在该供电装置内，供电单元的操作与切换模块ZPS是集成在一起的。供电装置82具有用于操作单元46的供电输出端84。还具有缓冲输入端86。通信连接端88用作切换模块ZPS和装置控制单元45之间的双向通信。供电装置82还具有用于有用信号的输入端90，该输入端与装置40的信号输入端48相连接。

供电装置82具有SMPS供电单元42，该供电单元通过光电耦合器66打开或关闭。供电单元42的初级通过滤波器60与主端子44相连。保险丝62同样与主端子相连。超高容量电容92设置为切换模块ZPS的电源的缓冲元件，该电容在供电单元42打开时通过输出端84和二极管进行充电。供电单元82具有开关52和红外探测二极管54。上述元件设置于装置40的前部。为此，就要使供电单元82必须装入装置40内，以使元件52和54可以装到前部，或使这些元件分开设置于前部，并与供电装置82相应的端子连接。由于图8所示的实施方式与图3所示的实施方式类似，因此前述元件在此应用相同。该实施方式元件排列简单，装置ZPS成为主体装置82的一部分。这样，供电单元42、其驱动器(这里是光电耦合器66)和切换模块ZPS易于切换到其它状态。

上面的实施例可以看作是在不同的情况下对元件的示范性组合，在各种情况下，各元件的其它组合方式(如使用继电器/电路或光电耦合器连通电路，使用电池/电容器/高容量电容/蓄电池进行缓冲等)也是可能的。

本发明上述实施方式的其它方式的改进如下：

可以用图8所示的电源装置82替代内部的具有切换单元ZPS的供电单元42，为用于控制电子装置的微控制器(装置控制单元45)也可以-如通过微控制器内部等效操作部件的硬件连接或将两个功能元件连接起来-实现与切换模块ZPS相同的功能。这里，“备用电路”不必再作为电子装置的分离元件。

在上述实施方式中，红外探测二极管每次都直接与切换模块ZPS的信号输入端相连接。可以将这种二极管替换为现成的红外探测模块，该模块可以完成对检测信号的预处理并生成数字信号。

作为检测器的用于遥控信号的红外二极管需要放大器和用于偏流的电源。或者，该二极管还可以工作于光电工作模式。在该工作模式，二极管不是作为可变电阻使用，而是用来在红外线放电时在二极管上产生(低)电压。为了无负载时能耗尽可能降低，二极管要被连接成使其在无负载(即没有信号存在)时首先切换到光电工作模式。只有在检测到电压是由于信号的输入而产生的情况下，二极管才切换到更加灵敏的通常用于检波电路的光电阻模式并被用作通常的IR检波二极管，以使信号可以被接收和处理。

本发明的第三实施方式(图5)使用具有双向光电耦合器78、80的通信端子9、10是一种相对昂贵的解决方式。这里，还可以采用简单的单向接口，此时数据只可以通过该接口由切换模块ZPS传送到装置控制单元45。在采用该节约成本的解决方式的情况下，在通过遥控输入端5激活期间，切换模块ZPS将在适当的接通延时(为了启动装置控制单元45)后通过单向接口将检测到的遥控编码传送出去。该解决方式可以很好的结合到图8所示的实施方式中(使切换单元ZPS与供电装置82相结合)。更进一步而言，以任何方式连接到SMPS中的光电耦合器都可以应用于该接口。

定时开关时钟功能可用于将装置切换到电源下降模式，并在一定、指定时期使电源上升。例如，用于在预定时期接收节目信息的机顶盒或其计时器根据VPS的型号而进行控制的录像机都可以通过相应的供电单元关断的方式切换到电源下降模式。

这里所讲的遥控功能是通过通常的红外线遥控器实现的。本领域专家可以采用其它形式的遥控器(如无线电、超声波等)而轻易实现上述功能，在设计中要考虑到不同的特性和需求(信号形式、检测方法、接收方式、处理过程、编码方式和解码方式等)要符合所选的不同类型信号的要求。

Claims (25)

1.一种用于电子装置(40)的备用电路，具有

一个或多个输入端(3、4、5)和

控制单元(28)和

用于控制供电单元(42)的控制输出端(8)，其中：

在信号输入端接收到预定义为激活事件的信号时，控制单元(28)开始激活程序，

控制输出端(8)产生用以开启供电单元(42)的信号。

2.根据权利要求1所述的备用电路，其特征在于，一个输入端是用于为电子装置(40)提供有用信号的有用信号输入端(4)。

3.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，一个输入端是用于按键连接的开关输入端(3)。

4.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，一个输入端是用于接收由无线遥控器发出的信号的遥控输入端(5)。

5.根据权利要求4所述的备用电路，其特征在于，与红外探测元件(54)相连的信号输入端(5)适合于对红外线遥控器发出的信号的检测。

6.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，一个输入端是数字数据输入端，该输入端可与任何数字接口连接，如计算机网络。

7.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，还具有存储器(30)。

8.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，还具有计时器(26)。

9.根据权利要求8所述的备用电路，其特征在于，

控制单元(28)执行定时切换操作，

在该操作方式下，激活时间被预置，并且

激活程序在到达该激活时间时开始。

10.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，还具有一个或多个时钟输入端(6、7)。

11.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，还具有一个或多个通信端子(9、10)，用于向控制单元(28)和/或存储器(30)传送数据和/或接收从控制单元(28)和/或存储器(30)传出的数据。

12.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，电路(ZPS)由单独的集成元件而构成。

13.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，遥控输入端(5)接收到的信号由控制单元(28)通过通信端子(9、10)进行传送。

14.根据前面权利要求之一所述的备用电路，其特征在于，

存储器存储遥控激活信号，

控制单元(28)将控制输入端(5)接收到的信号与已存储的激活信号进行比较，

如果上述信号相匹配，激活程序开始。

15.一种电子装置，具有

一个或多个操作单元(46)

和与电源(44)相连的、用于为操作单元(46)提供电能的供电单元(42)，其特征在于，

装置(40)可以切换到电源下降模式，

在该模式下，供电单元(42)被关闭，

而备用电路(ZPS)保持运行，

该电路在激活事件发生时开启装置(40)的供电单元(42)。

16.根据权利要求15所述的电子装置，其特征在于，包括有如权利要求1-14之一所述的备用电路(ZPS)。

17.根据权利要求15或16所述的电子装置，其特征在于，

还具有为备用电路(ZPS)提供电能的供电电路(76)，

该供电电路直接从电网获取电能。

18.根据权利要求15或17所述的电子装置，其特征在于，还具有为备用电路(ZPS)提供电能的能量存储器(50)。

19、根据权利要求18所述的电子装置，其特征在于，

能量存储器是可充电元件(58、72)，

当供电单元(42)打开时，能量存储器被充电。

20.根据权利要求18所述的电子装置，其特征在于，

当装置(40)切换到电源下降模式下时，备用电路(ZPS)的控制单元(28)被编程，

以使经过预定时间后装置(40)可以再次切换到电源上升模式，从而使能量存储器(58、72)被再次充电，

该预定的时间被确定为使可充电元件(58、72)在该时间内可以获取足够的用于使备用电路工作的电能。

21.根据权利要求15-20之一所述的电子装置，或根据权利要求1-14之一所述的备用电路，包括有用于监测能量存储器(50)的剩余容量的电路。

22.一种用于电子装置的方法，其中

具有至少一个操作单元(46)和至少一个用于为操作单元(46)提供电能的供电单元(42)的电子装置(40)由电源上升模式切换到电源下降模式，

至少一个供电电源(42)在电源上升模式打开，所有的供电单元(42)在电源下降模式关闭，

但备用电路(ZPS)在电源下降模式保持运行，

备用电路(ZPS)对一个或多个信号输入端(3、4、5)进行监视以确定激活事件的发生，

和在激活事件发生时，装置(40)再次由电源下降模式切换到电源上升模式。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，

开始激活事件存储在备用电路(ZPS)中，并在装置打开后被查询。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，

备用电路(ZPS)通过通信接口被编程，

从而确定输入端出现的何种事件代表激活事件。

25.一种用于电子装置的供电装置，包括

供电单元(42)，

其特征在于，

用于打开或关闭供电单元(42)的开关装置(66、70)，

和具有一个或多个信号输入端(3、4、5)的备用电路(ZPS)，

供电单元(42)被关闭时，备用电路(ZPS)保持运行，在一个信号输入端有激活事件产生时，备用电路控制电路元件(66、70)使供电单元(42)被打开。

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