CN1705927A - 总线控制电源开关 - Google Patents

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Abstract

一种外围设备具有用于操作电源的总线控制开关装置。该设备包括用于经总线与远程设备通信的总线接口。开关电路连接在总线接口和电源之间。当电源为未激活状态时，该开关电路可运行用于检测总线动作，并且提供电压信号以响应于所述检测的总线动作激活电源，其中当总线上没有动作时，开关电路没有电源消耗。

Description

总线控制电源开关
相关申请
本发明要求基于35U.S.C.$119的2002年10月18日申请的临时专利申请序号为60/419632的优先权。
技术领域
本发明通常涉及电源，尤其涉及打开和关闭电源的技术。
背景技术
诸如路由器、网络集线器、打印机、扫描仪和类似物的外围设备，通常通过一个或多个总线系统被连接到一个计算机和/或相互连接。在像SOHO(小型与家庭办公室)和DHT(数字本地网络)的相对小的网络中，大多数外围设备通过中央电源开关或者通过单独打开每个设备而被打开。但是，当外围设备和计算机不在同一个地点时，这个激活操作变得更加困难。当多个外围设备在网络中相互距离遥远和/或者与计算机距离遥远时，电源控制的问题更加严重。结果，这样的设备通常不被关闭，而保留备用状态，因此持续的损耗电源。当总线没有接通时，不消耗检测电路中的电源来维护设备时，十分需要检测总线静止的外围设备。
发明内容
该外围设备具有用于操作电源的总线控制开关装置。该设备包括适合于通过总线与远程设备来通信的总线接口。开关电路连接在总线接口和电源之间。当电源为未激活状态时，开关电路是可操作的，用于检测总线动作并用于响应被检测的总线动作产生激活电源的信号，其中当在总线上没有检测到动作时，开关电路没有电源消耗。
附图说明
图1是外围设备的示例性说明，该外围设备具有对理解本发明的原理有用的总线控制开关装置。
图2是外围设备的另一个示例性说明，该外围设备具有对体现本发明的原理有用的总线控制开关装置。
图3是外围设备的另一个示例性说明，该外围设备具有对体现本发明的原理有用的总线控制开关装置。
图4是外围设备的另一个示例性说明，该外围设备具有对体现本发明的原理有用的总线控制开关装置。
具体实施方式
图1示出了外围设备10，例如打印机，其通过连接到总线接口30的总线25，连接到例如计算机的另一个电子设备20。注意到，设备10可以通过总线25和总线接口30被直接连接到外部设备20，或者可以通过例如以太网的计算机网络被连接。如图1所示，总线接口30包括通用同步总线(USB)连接器，该连接器用于传输电源和/或数据信号给打印机10和/或从打印机10传输电源和/或数据信号。在图1所示的实施例中，一对输入线34从计算机20传送数据信号给USB控制器12。电源线34通过连接器30从计算机20传送电源信号给电源开关40。电源开关40可以包括一个简单的继电器、固态开关、或者任何其它能够转换的连接主电源连接50与电源60的开关设备。在操作中，当计算机20通电时，USB电源线32有效，使得开关40闭合，从而激活电源60并使得电源被提供给控制器12用于处理从外部设备接收的数据。应当理解，基于电源的激活，该设备可以进入操作的备用模式或者运行模式。当计算机20被关闭或者除去USB连接，电源线34上的信号使开关40改变状态或者“打开”，从而使电源60和主连接50断开，并因此自动将打印机10“关闭”。
图2示出了对体现本发明的有用的示例性系统。如图2所示，总线接口30’包括用于通过总线25’连接外围设备10’到一外围设备(未示出)的以太网连接器。在这个实施例中，总线系统的实现不需要来自外部设备的配电。一对来自连接器30’的输入线34’传送数据给以太网控制器12’。一对输出线36从控制器12’传输输出信号到太网连接器30’，以传送到总线25上，进而发送到网络上的外部设备。在例如以太网(例如，以太网10/100base-T网络)的网络中，主设备(例如PC)通过提供周期扫描脉冲到输入线34’上，周期性的扫描总线25。这些扫描脉冲由无源信号检测器38检测。在由检测器38检测的扫描脉冲中的少量的扫描能量使检测器产生信号39，来激活或“打开”电源60以提供电源给控制器12’。
当电源60被激活时，控制器或者微型计算机12’是可操作的，以检测它的输入端子RX+，RX-，不论总线25是否被使用或者与系统断开。如果控制器12’检测到在预定时间间隔上不发生总线动作，或者总线接口与系统断开时，控制器产生命令信号62来“关断”电源60。
应当理解，例如以太网的网络不运送电源。但是，如前所述，总线动作的特征由在网络上传播的脉冲系列定义。这些脉冲系列可以被检测并且用于打开外围设备。图3示出了当外围设备为未激活状态时，不损耗电源来检测总线的未动作的一个示例性详细的电路。如图3所示，该外围设备包括提供这个操作的电路300。在总线25’上运送的脉冲系列23由以太网总线连接器30’接收，并且从端口RD+，RD-输入到信号线34’上的电路300。信号线运送表示总线动作的数据信号给以太网控制器/接收器12’的输入端口。信号线34还可以连接到变压器T1，该变压器使总线与电源隔离。变压器T1的输出V1a通过电阻器R3被连接到pnp晶体管Q1的基极b1，其提供网络25的输入阻抗。变压器T1的输出V1b在节点300b被连接到Q1的发射极e1。晶体管Q1的连接器c1在节点300a被连接到电容器C3。齐纳二极管D5和电阻器R4之间以及和电容器C3并行连接。金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q2具有在节点300a连接的栅极端g2。Q2的漏极端子d2通过电阻器R2被连接到节点300b，同时源极端s2在节点300c被连接到充电电容器C2。电阻器R2的值被选择为相对大的值，从而不消耗电源有效模式期间的大量的功率，而仍然提供足够电流给电容器C2，其中电容器C2提供电源给开关模式电源控制电路74。开关模式电源(SMPS)70在第一个输入端72被连接到节点300c，用于在控制电路74中接收电源电压Vcc。SMPS70还包括响应于控制电路74的输出的开关76，用于周期性的给变压器T2的初级绕组w1提供电压。
根据发明的一方面，外围设备被这样设置：当在未激活状态时，其用于检测总线的未动作的电路不消耗任何电源。更详细的是，当设备为未激活并且线34’上没有总线动作时，晶体管Q1被关闭并且没有电源被检测电路消耗。因为Q1被关闭，所以电容器C3不进行充电。因此，Q2也被关闭，所以Q2中没有消耗。当输入线34’上没有脉冲时，晶体管Q1和Q2不消耗能量。
但是，如图3所示，晶体管Q1响应于输入线34’上的总线动作，从而给电容器C3充电，以导致Q2偏压。这转而使C2充电以提供电压Vcc以激活SMPS70的控制电路74来提供输出电源电压Vs。特别是，如图3所示，表示总线动作的脉冲信号23在线路34’上被接收，并且被阶梯下降式变压器T1隔离。在基极端子b1上输入的脉冲信号使晶体管Q1偏压，从而Q1将被隔离的脉冲信号整流并且对电容器C3充电。跨接C3的电压控制MOSFET Q2的操作，并给电容器C2充电。更详细的是，当跨接C3的电压达到晶体管Q2的预定阈值时，MOSFET晶体管Q2被偏置以提供电流给充电电容器C2。当C2上的电压V达到阈值激活电压Vcc时，电源控制电路74被激活以产生周期性的开关信号39来激活开关76，从而周期性的连接变压器T2和GND，以产生外围设备的开关模式输出电源电压Vs。电源保持激活或“打开”直到电路300检测到总线没有动作和由R4、C3和R2、C2电路元件的时间常数产生的附加延迟。注意到，时间常数给电路300提供附加的抗扰度。当总线接口上没有脉冲时，C2最终放电到最小操作值(Vop)以下，使控制电路未被激活并且关闭电源。应当理解，用于使电源未激活的最小操作电压值可以与阈值激活电压Vcc相同，或者更优选的是小于阈值激活电压Vcc。这是因为激活电压通常大于操作电源的普通或平均电压电平。在任何情况下，应当理解，C2的最小的操作电压电平都存在，从而，当C2放电到该电平以下时，控制电路变得未激活并且电源被关断。
应当理解，旁路开关S1为上述的总线控制操作模式提供旁路。更详细的是，旁路开关S1使得用户从Q1、Q2以及相关电路旁路，并替代的提供经R2和S1的电流，从而直接给充电电容器C2充电，其中上述相关电路用于检测来自总线25’的输入脉冲以及激活电源。在这个构造中，当S1被关闭时，电源经和主电压Vmains之间的连接而被激活，而不需要总线上的激活。当开关S1打开时，外围设备为远程激活模式，其中使用来自总线的数据信号以激活电源。当然，如上所述，当开关S1打开并且总线上没有输入脉冲信号23时，用于检测总线动作的电路当在非激活状态时不消耗任何功率，其中包括晶体管Q1和Q2。
如这里所述，图3的电路是可操作的，当脉冲23不再出现在输入线路上时，在总线动作导致Q1和Q2的关闭，以及随后的根据电路的时间延迟C2放电之后，电源被关闭。但是，在特定的应用中得不到上述的关闭方法，例如当打印机从计算机接收指令以执行特定的打印操作，并且开始执行它的任务的处理时。在这个情况下，甚至当网络上没有总线动作时，外围设备应当保持有效以完成打印操作。图4示出了用于保持电源在有效状态但没有总线动作的示例性实施例。
如图4所示，电源70’包括连接到二极管D2的附加的绕组w3，其通过开关78(通常是闭合的)被连接到电容器C2。当Q2被开启时，电流穿过R2和Q2以对电容器C2充电。当达到阈值激活电压水平Vcc时，控制电路74被激活以使开关76周期性切换到GND。这将使变压器T2周期性地被施加电压，从而通过w2转换电源给次级侧。在这种情况下，绕组W3提供了一个额外的电源给电容器C2，进而提供给控制电路74，从而在电源70’的输入端锁存了该电压，其中绕组W3耦合到T2的初级侧，并且通过二极管D2经开关78连接到电容器C2。这保证了C2被充电到合适的电平以保持电源的激活，而不管总线上的脉冲信号23的任何后续中止。因此，图4的电源是可操作的，在电源开始激活之后(例如，通过检测总线动作)，设备能够继续运行，而不管后来的总线未被激活。
电源可以通过控制信号CI在电源70’的控制输入端75被关断。控制信号CI可以从控制器/接收器12’中的微处理器输入，在检测到总线上预定时间间隔上没有信号动作之后，以及基于任务的完成(例如，打印操作的完成)，产生控制信号CI来打开开关78。这使得C2放电，使控制电路74未激活并且关断电源70’。应当理解，控制输入和关断功能与微处理器接收器相关，也和相关于电源的锁闭与关断处理相关，这些功能可利用软件中的可执行指令来实现，也可以实现为硬件中的电路元件和/或组件，还可实现为固件中的可编程存储器，或者它们之间的结合。
尽管本发明已经描述了示例性实施例，但是并不限制于此。附属权利要求应当被构造为包括本发明的其它改变和实施例，这些改变和实施例由本领域的技术人员在不脱离本发明的等效物的范围内得到。

Claims (17)

1.一种具有用于操作电源的总线控制开关装置的外围设备，该设备包括：
用于经总线与远程设备通信的总线接口；以及
在总线接口和电源之间连接的开关电路，当电源为未激活状态时，该开关电路可运行用于检测总线动作，并且提供电压信号以响应于所述检测的总线动作激活电源，其中当总线上没有动作时，开关电路没有电源消耗。
2.如权利要求1的设备，其中开关电路包括第一开关晶体管，该晶体管具有耦合到所述总线接口的输入端，其中当在所述输入存在脉冲信号时，第一开关晶体管从非导通状态转换成导通状态。
3.如权利要求2的设备，其中开关电路还包括第二开关晶体管，该晶体管具有耦合到电容器的输入，其中当所述第一晶体管处于所述导通状态时，响应于电容器上的充电超过阈值电平，第二晶体管从非导通状态转换成导通状态。
4.如权利要求3的设备，其中开关电路还包括耦合到第二开关晶体管的输出的电容器，其用于提供输入电压给电源的控制电路，以根据该输入电压的电平激活或不激活电源。
4.如权利要求1的设备，其中电源还包括可响应于所述电源的初始激活的锁存电路，其用于提供足以维持电源在激活状态的电压信号给电源，而不管总线动作如何。
5.如权利要求4的设备，还包括耦合到所述电源的控制输入，其用于接收控制信号，以使得所述电源变成未激活。
6.如权利要求1的设备，还包括用于旁通所述开关电路以提供从输入电源电压源到所述电源的路径的装置，从而使得电源激活，而不管总线动作如何。
7.如权利要求1的设备，其中基于未出现总线动作，在给定时间延迟之后，电源被未激活。
8.一种具有用于操作电源的总线控制开关装置的外围设备，该设备包括：
用于经总线与远程设备通信的总线接口；
第一和第二开关晶体管；
第一和第二电容器，所述第一电容器耦合到所述第一开关晶体管，所述第二电容器耦合在所述第二开关晶体管和电源之间；其中所述第一开关晶体管耦合到所述总线接口，并在没有脉冲出现在所述总线接口时不消耗功率，其中，响应于所述总线接口上出现的脉冲，所述第一开关晶体管被激活，以给所述第一电容器充电，从而激活所述第二晶体管，以用于在所述第二电容器上产生足以激活所述电源的电压信号。
9.如权利要求8的设备，其中所述电源还包括控制输入，其在预定时间间隔内，接收响应于所述总线接口上的未激活的控制信号，并响应于此而不激活电源。
10.如权利要求8的设备，还包括电阻，其耦合到输入电压源和所述第二开关晶体管，当所述第二晶体管导通时，用于给所述第二电容器充电到足以激活所述电源的电压。
11.如权利要求8的设备，其中基于未出现总线动作，在给定时间延迟之后，电源被未激活。
12.如权利要求11的设备，其中时间延迟包括当没有检测到总线动作时，在所述开关电路中的所述第一和第二电容器的放电相关联的延迟。
13.如权利要求8的设备，其中总线包括以太网总线，所述总线动作包括一系列扫描脉冲。
14.一种可响应于总线上的输入数据信号的外围设备，包括：
用于控制外围设备的电源的电源控制器；以及
晶体管，其具有耦合到输入电压源的第一主电流导通接线端，耦合到所述控制器的输入电源端的第二主电流导通接线端，以及响应于施加到所述控制端的数据信号的控制端，其具有所述数据信号表示当超过阈值电压时用于给所述控制器供电的总线动作的幅度，所述幅度超过所述晶体管的阈值电压的幅度，其中当表示总线动作的所述数据信号未出现以用于维持所述控制器被未供电时，所述晶体管保持在无源、非导通状态，而不消耗功率。
15.根据权利要求14的外围设备，其中所述第二主电流导通接线端耦合到滤波电容器，以用于提供抗扰性。
16.根据权利要求14的外围设备，其中所述阈值电压由所述晶体管的发射极-基极连接决定。
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