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Die Erfindung betrifft die Verringerung
des Stromverbrauchs in einem Monitor.
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Häufig
wird, z. B. in einem Büro,
ein Monitor am Morgen eingeschaltet und erneut für die Nacht ausgeschaltet.
So ist der Monitor für
den ganzen Tag eingeschaltet, und er verbraucht Energie, obwohl
seine effektive Betriebszeit nur einen Bruchteil der Dauer des Arbeitstags
ausmachen kann. In einigen Büros
werden die Monitore zwischen Arbeitstagen überhaupt nicht abgeschaltet.
Daher wurden mehrere verschiedene Lösungen entwickelt, um den Stromverbrauch
von Anzeigeeinheiten und Monitoren zu verringern.
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US 5 389 952 A zeigt einen Kathodenstrahlröhre-Monitor,
der so konfiguriert ist, dass er auf Spannungspegelsignale von einem
Hostcomputer reagiert. Der Monitor verfügt über einen SYNC-Detektor zum Überwachen
des Vorliegens der Signale V-SYNC und H-SYNC vom Host sowie eine
Spannungspegel-Steuereinrichtung zum Abschalten der Versorgungsspannung
im Kathodenstrahlröhre-Monitor
in Reaktion.
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US 5 483 464 A zeigt einen Computer zum Erzeugen
eines Betriebssteuersignals, das einen AUS-Modus anzeigt, wenn das
Computersystem für
eine vorbestimmte Zeit nicht genutzt wurde. Es ist eine Spannungssteuerung
vorhanden, um bei Erkennung des AUS-Modus die Spannung zu stoppen,
wie sie an die Peripherieeinrichtung des Computers geliefert wird.
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Eine bekannte Lösung, die auch eine Verlängerung
der Lebensdauer der Bildröhre
statt auf Energieeinsparung abzielt, besteht darin, ein Computerprogramm
zu verwenden, das den Schirm löscht,
wenn das System für
eine Zeit lang nicht verwendet wurde. Der Hauptzweck einer derartigen
Funktion besteht im Verhindern des Einbrennens unerwünschter
Muster in das Leuchtstoffmaterial der Bildröhre. In ihrer einfachsten Ausführungsform
schaltet diese Art einer Funktion das Videosignal vom Displayadapter
weg.
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Beträchtliche Energieeinsparungen
werden bei einer Monitoranordnung erzielt, die den Monitor ausschaltet,
wenn eine bestimmte Periode verstrichen ist, in der das System nicht
genutzt wurde. Dies kann z. B. unter Verwendung einer Schaltung
bewerkstelligt werden, die erkennt, dass das Videosignal fehlt und
die, für die
Dauer des Fehlens des Signals, die Spannung für diejenigen Teile des Monitors
abschaltet, die die meiste Energie verbrauchen. Diese Anordnung
kann den Energieverbrauch eines Monitors im Energiesparzustand auf
5 bis 8 W gesenkt werden.
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Die Video Electronics Standards Association,
VESA, hat ein Anzeigeleistungs-Verwaltungssignalgabe(DPMS = display
power management signalling)-System
auf Grundlage von Monitorsynchronisiersignalen spezifiziert. Beim
DPMS-System hat ein Monitor vier verschiedene Zustände:
- – EIN,
was den Normalbetrieb des Monitors entspricht;
- – Bereitschaft,
wobei der Schirm z. B. gelöscht
ist, wodurch eine kleine Verringerung des Energieverbrauchs erzielt
wird;
- – Aufgehoben,
wobei ein Hauptteil der Monitorfunktion ausgeschaltet ist und;
- – AUS,
wo beinahe alle Funktionen des Monitors ausgeschaltet sind.
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Die deutlichsten Energieeinsparungen
werden in den Zuständen
aufgehoben und AUS erzielt.
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Im DPMS-System wird der Monitor auf
Grundlage von Vertikal-und Horizontal-Synchronisierimpulsen in den gewünschten
Zustand gesteuert. Der Monitor muss dazu in der Lage sein, den gewünschten
Zustand aus den Pegeln der Vertikal- und Horizontal-Synchronisierimpulse
herauszulesen und auf den durch die Synchronisierimpulse spezifizierten
Betriebspegel zu schalten. Die unten angegebene Tabelle zeigt die
den verschiedenen Zuständen
entsprechenden Zustände
der Synchronisierimpulse.
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In der Tabelle bedeutet 'Ja', dass die Frequenz
und das Impulsverhältnis
des Eingangssignals einen im DPMS-System definierten Grenzwert überschreiten. Ähnlicherweise
bedeutet 'Nein', dass das Frequenz- und
das Impulsverhältnis
des Eingangssignals unter dem fraglichen Grenzwert liegen.
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Bei einer Lösung gemäß dem DPMS-System muss die
die Synchronisiersignale lesende Schaltung dazu in der Lage sein,
die Frequenz und das Impulsverhältnis
der Synchronisierimpulse zu messen, falls erforderlich. Die Lösung muss
auch dazu in der Lage sein, die aktuelle Situation klarzustellen,
um Fehler zu vermeiden, wenn der Displayadapter z. B. die Auflösung ändert. Außerdem ist
Energie erforderlich, um die Synchronisierimpulse zu lesen, und
damit vom Displayadapter, auf Grund der angewandten Technologie,
keine Energie abgezogen werden kann. Eine übliche Weise, das Lesen der
Synchronisierimpulse und die Monitorsteuerung zu bewältigen,
besteht in der Verwendung des Mikroprozessors des Monitors.
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Eine beim DPMS-System weit verbreitete
Lösung
ist ein sogenannter Software-Spannungshalter.
Dies bedeutet eine Vorrichtung, die keinen tatsächlichen Hauptspannungsschalter
enthält,
um die Spannung abzuschalten, sondern dass der Schalter durch einen
solchen ersetzt ist, der in Zusammenhang mit dem Prozessor lokalisiert
ist. Durch diesen Schalter kann die Vorrichtung unabhängig von
den Pegeln des Synchronisiersignal in den AUS-Zustand gesteuert
werden. Für
den Benutzer erscheint der AUS-Zustand so, als wäre die Vorrichtung durch einen
Hauptspannungsschalter abgeschaltet worden.
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Derzeit existieren drei Lösungstypen
zum Zuführen
von Spannung zur Sekundärseite
der Spannungsversorgungseinheit während des extremen Stromsparzustands,
oder des AUS-Zustands:
- – Spannung wird auf normale
Weise durch die Hauptspannungsversorgung vom Netz an die Sekundärseite der
Spannungsversorgung geliefert;
- – Spannung
wird durch passive Komponenten wie Kondensatoren vom Netz an die
Sekundärseite
der Spannungsversorgung geliefert; und
- – es
wird eine gesonderte Spannungsquelle verwendet.
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Bei einer ersten Version der Lösung betreffend
das Anlegen der Netzspannung an die Sekundärseite der Spannungsversorgung
sind Schaltelemente vorhanden, die Teile des Systems abtrennen,
die Energie verbrauchen. Das Abtrennen kann durch Ausschalten der
Steuersignale oder der Betriebsspannungen der Teile erfolgen. Im
aufgehobenen Zustand werden Blöcke
mit hoher Spannung abgetrennt. Im AUS-Zustand werden alle Teile
mit Ausnahme des Mikroprozessors oder einer entsprechenden Schaltung,
die die Synchronisiersignale liest und die Vorrichtung steuert,
abgeschaltet. Bei dieser Lösungsart
arbeitet die Spannungsversorgungseinheit der Vorrichtung dauernd,
und sie erzeugt dauernd stabilisierte Betriebsspannung für die Sekundärseite. Der Vorteil
dieser Lösung
ist ihre Einfachheit, jedoch ist die Effizienz der Spannungsversorgung
schlecht. Außerdem
benötigt
die Lösung
viele Schaltelemente, wenn mehrere Betriebsspannungen existieren.
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Bei einer zweiten Version der Lösung betreffend
das Anlegen der Netzspannung werden die Betriebsspannungen der Sekundärseite im
AUS-Zustand auf einen wesentlich niedrigeren Pegel als in der normalen Betriebssituation
stabilisiert, um so den Betrieb von Schaltungen zu verhindern, die
die Sekundärseite
belasten, und um den Energieverbrauch der Schaltkreise auf einen
niedrigen Pegel zu senken. In der Praxis erfolgt dies normalerweise
durch Stabilisieren einer hoch-stabilisierten Betriebsspannung der
Sekundärseite
von z. B. 150 Volt, die zum Erzeugen der anderen Betriebsspannung
der Sekundärseite
verwendet wird, auf einen Pegel von ungefähr 8 Volt. Die Betriebsspannung
(z. B. +5 V) für
den Prozessor wird durch einen Regler aus der abgesenkten Betriebsspannung
erhalten. Die Stabilisierung von Spannungen auf einen niedrigen
Pegel bei dieser Version entspricht den Schaltern der ersten Version.
Zusätzlich
zum Spannungsabsenkelement wird ein Schalter erforderlich, der die
abgesenkte Sekundärspannung
als Betriebsspannung für
den Prozessor für die
Dauer des Stromsparzustands anlegt. Der Vorteil der Erlösung ist
immer noch Einfachheit, und dass gleichzeitig die Effizienz der
Stromversorgung geringfügig
verbessert ist, da die in der Spannungsversorgung erzeugten Spannungsamplituden
kleiner als bei der ersten Lösung
sind. Die Kompliziertheit der Schaltung hängt nicht von der Anzahl der
Betriebsspannungen ab, da alle Betriebsspannungen gleichzeitig abgesenkt
werden.
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Bei einer dritten Version der Lösung betreffend
das Anlegen der Netzspannung ist der Betrieb der Spannungsversorgung
nicht kontinuierlich, sondern Energie wird der Sekundärseite im
Impulsen zugeführt. Dies
verbessert den Wirkungsgrad der Spannungsversorgung weiter. Bei
dieser Art eines Systems sind die Betriebsspannungen der Sekundärseite im
Stromsparzustand nicht stabil, sondern sie enthalten eine Schwingung
mit der Impulsfrequenz. Jedoch wird der Prozessor dauernd mit einer
ausreichend hohen Betriebsspannung versorgt und sein Betrieb wird
nicht unterbrochen.
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Die zweite Grundlösung verwendet passive Komponenten
wie Kondensatoren zum Übertragen
von Energie vom Netz zur Sekundärseite.
Der kapazitive Strom der Kondensatoren wird auf der Sekundärseite zu einer
Gleichspannung gleichgerichtet und gefiltert. Damit die erzielte
Spannung für
normale Prozessoren ausreicht, muss die Kapazität der Kondensatoren hoch sein,
was bedeutet, dass ihre körperliche
Größe und ihre Kosten
zunahmen.
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Bei Systemen unter Anwendung einer
getrennten Spannungsquelle wird die zweite Spannungsquelle dann
verwendet, wenn die Hauptspannungsversorgung abgeschaltet ist. Die
getrennte Spannungsquelle ist für
niedrige Spannungspegel optimiert, und sie speist normalerweise
nur den Prozessor. Der Vorteil eines derartigen Systems ist sein
zuverlässiger
Betrieb und der gute Wirkungsgrad der Spannungsquelle. Der Nachteil besteht
darin, dass zwei Spannungsversorgungseinheiten erforderlich sind,
was die Komponentenkosten erhöht.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
unter Verwendung von so wenig zusätzlichen Komponenten wie möglich ein
Stromsparverfahren für
den AUS-Zustand zu schaffen, das effektiver als das gemäß dem Stand der
Technik ist. Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zu schaffen, das so viele bereits in Monitoren existierende
Komponenten wie möglich
verwendet.
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Die Aufgaben werden dadurch gelöst, dass
die Überwachung
von Synchronisiersignalen im AUS-Zustand periodisch erfolgt. Im
erfindungsgemäßen System
arbeitet die Spannungsversorgung impulsförmig, was bedeutet, dass zwischen
Impulsen die Spannung auch vom Prozessor des Monitors abgeschaltet
ist. Die Länge
eines Impulses reicht dazu aus, dass der Prozessor den aktuellen
Zustand des Systems und die eingegebenen Synchronisiersignale liest
und, falls erforderlich, die Spannungsversorgung des Geräts in den
Normalbetrieb steuert.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren,
bei dem die genannten Steuersignale im Stromsparzustand periodisch überwacht
werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein System,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Element, das das Betriebszustand-Steuersignal überwacht,
so ausgebildet ist, dass es auf periodische Weise arbeitet.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme
auf als Beispiele angegebene veranschaulichende Ausführungsformen
und die 1, die eine
schematische Darstellung des Prinzips des erfindungsgemäßen Systems ist,
detaillierter beschrieben.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren
werden die stromverbrauchenden Blöcke abgeschaltet, wenn die Vorrichtung
ausgehend vom Normalzustand in den AUS-Zustand eintritt. Ferner arbeitet die
Spannungsversorgung (1, 2) des Systems im AUS-Zustand
auf Impulsweise, was bedeutet, dass der Prozessor (4) oder
eine entsprechende Schaltung, die die Synchronisiersignale liest,
nur für
einen Teil der Zeit ihrer Betriebsspannung erhält. Nach einem Energieimpuls
wird die Spannungsversorgung (1, 2) vollständig abgeschaltet,
und die Betriebsspannung des Prozessors (4) fällt auf
null. Die Energie eines Impulses reicht dazu aus, dass der Prozessor
(4) den aktuellen Zustand des Systems bestimmt und die
eingegebenen Synchronisiersignale liest und, falls erforderlich,
die Spannungsversorgung (1, 2) der Vorrichtung
in den normalen Betriebszustand steuert.
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Periodischer Betrieb ist ausführbar, da
die Aufwärmzeit
eines Monitors normalerweise relativ lang ist, ungefähr 10 Sekunden,
und da die durch den periodischen Betrieb verursachte Zusatzverzögerung unwesentlich
ist. Daher können
die Belastung der Spannungsversorgung und gleichzeitig die Spannungsversorgung
für die
Sekundärseite
in kurzen Perioden statt kontinuierlichen Betrieb aufgeteilt werden,
um den Gesamtstromverbrauch der Vorrichtung zu verringern.
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Wenn die Betriebsspannung hoch ist,
untersucht der Prozessor (4) den aktuellen Zustand der
Vorrichtung sowie die Zustände
der Synchronisiersignale. Der Energieverbrauch der Vorrichtung umfasst
dann denjenigen durch den Prozessor und seiner Peripherieschaltungen
sowie die Energieverluste in der Spannungsversorgungseinheit. Wenn
die Betriebsspannung niedrig ist, verbraucht der Prozessor keinerlei
Energie. Da die gesamte Sekundärseite
abgeschaltet ist, sind die Energieverluste in der Spannungsversorgungseinheit klein,
ungefähr
400 mW. Daher ist der Gesamtstromverbrauch des Systems direkt proportional
zur Länge
der Spannungsunterbrechungszeit. Ein vorteilhaftes Verhältnis für die Betriebsspannung
beträgt
z. B. 500 ms angeschlossen und 2,5 Sekunden abgetrennt.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird
die Hauptspannungsversorgung (1, 2) der Vorrichtung
für Spannungsversorgung
verwendet, und Prozessoren oder entsprechende Schaltkreise entsprechend
den bereits in Gebrauch befindlichen Systemen werden zum Überwachen
der Synchronisiersignale verwendet. So können die Komponentenkosten
so niedrig wie möglich
gehalten werden, während
gleichzeitig der Stromverbrauch verringert wird.
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Ein wesentliches Element bei der
Erfindung ist ein Energiespeicher (3), der für Situationen,
in denen der Bedarf einer Energie Vorübergehend erhöht ist,
Zusatzenergie enthält.
Ein derartiger Energiespeicher kann z. B. ein Kondensator sein,
der unter Verwendung von Energieimpulsen von der Spannungsversorgung geladen
wird. Die Energie im Energiespeicher wird nicht zum Überwachen
der Signale verwendet. Dank dieses Zusatzmerkmals kann die Energiemenge
in den Energieimpulsen von der Spannungsversorgung so optimiert werden,
dass sie der vom Prozessor benötigten
Energie entspricht und so kann der Stromverbrauch der Vorrichtung
auf das Minimum reduziert werden.
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Zusatzenergie ist in Situationen
erforderlich, in denen die Spannungsversorgungseinheit vom periodischen
Betrieb in den Normalbetrieb zurückgeführt werden
muss. Eine derartige Situation tritt dann auf, wenn der Prozessor
eine Synchronisiersignal-Kombination erkennt, die es erforderlich
macht, dass die Vorrichtung in einen Zustand eintritt, der mehr
Energie verbraucht. Information zum Übergang in den Normalbetrieb
muss dann an die Schaltung geliefert werden, die die Primärseite der
Spannungsversorgung steuert. In der Praxis kann die Information
dadurch geliefert werden, dass ein Triggerimpuls oder ein entsprechendes
Steuersignal durch einen Optoisolator oder einen Transformator an
die Primärschaltungsseite
geliefert wird. Es ist ein getrennter Energiespeicher erforderlich,
da eine relativ große
Stromstärke
dazu erforderlich ist, den Optoisolator oder den Transformator zu
betreiben.
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Zusatzenergie ist auch dann erforderlich,
wenn es der Benutzer der Vorrichtung wünscht, dieselbe durch einen
Software-Spannungsschalter zu starten. Der Zweckdienlichkeit halber
ist es wesentlich, dass die Vorrichtung hierauf sofort reagiert,
und nicht während
des nächsten
Spannungsimpulses. Daher muss ausreichend Energie verfügbar sein,
um den Triggerimpuls an die die Primärseite steuernde Schaltung
zu liefern.
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Ferner kann der Energieverbrauch
des Prozessors während
der Ausführung
einiger Routinen vorübergehend
gegenüber
dem mittleren Niveau erhöht
sein. Zu derartigen Routinen gehören
z. B. das Einschreiben in den EEPROM oder das Verifizieren eines
Messergebnisses. Durch Bereitstellen dieser Quelle zusätzlicher Energie
für den
Prozessor kann die Größe des Energieimpulses
von der Spannungsversorgung entsprechend dem mittleren Energieverbrauch
durch den Prozessor optimiert werden.
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Der Fachmann erkennt, dass die obige
Beschreibung betreffend die Nutzung der Synchronisiersignale als
Steuersignale nur veranschaulichenden Zwecken dient und dass die
Steuersignale auch auf andere Weise realisiert sein können. Ferner
ist die Erfindung nicht auf DPMS-Systeme beschränkt, sondern sie kann auch bei
anderen Monitortypen angewandt werden.
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Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet
ein Monitor jedes Gerät,
das eine Bildröhre
enthält,
wie eine Computerdisplayeinheit oder ein Fernsehgerät.
