用于减少电子产品的功耗的装置和方法

摘要

提供一种用于减少电子产品的功耗的装置和方法。该装置和方法通过如下操作来减少不必要的功耗：如果在操作持续长时间的电子产品中满足了预定控制条件，则切断用于驱动负载的功率。在操作持续长时间的电子产品中，如果满足预定控制条件，则切断用于驱动负载的功率来防止浪费功率，并且仅当不满足预定控制条件时驱动负载，从而有效地减少电子产品的功耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于减少电子产品的功耗的装置和方法，并且更特别地涉及一种如下的装置和方法，其中如果在操作持续长时间的电子产品中满足预定控制条件，则切断用于致动电子产品的功率来减少电子产品的功耗。

背景技术

在操作持续长时间的电子产品中，用于展现该电子产品的独特功能的负载不是所有时间都操作。替代的是，如果满足预定控制条件（温度、热、压力等），则负载临时挂起；否则，负载继续操作。

即使满足了预定控制条件，也继续向传统电子产品供应功率。即，甚至当由于满足了预定控制条件而不需要功率供应来驱动负载时，也继续供应功率。因此，由于电子产品产生的待机功率，在电子产品中出现了不必要的功耗。

例如，在冰箱中，压缩机操作以维持用户预置温度。如果冰箱的内部温度达到了预置温度，则压缩机临时停止操作。如果冰箱的内部温度增加超过了预置温度，则压缩机继续操作。甚至当压缩机停止操作时，仍旧向冰箱供应功率，这引起功耗。尽管随着用户使用模式的变化，压缩机通常针对家庭使用平均每天操作持续5小时。因而，在冰箱中，不必要的功耗每天平均发生19小时。

操作持续长时间的其他电子产品也不必要地消耗了功率，这是由于甚至在负载不操作（比如冰箱）时的待机功率。

例如，尽管负载的不同类型，诸如加热器、泵、电磁阀、风扇、灯等、调制解调器、传真机、机顶盒、复印机、冷水器/热水器、微波炉、坐浴盆、调温器、机器工具、汽锅、干手器以及遭受相同问题的其他电子产品，但是甚至当负载不操作时也有不必要的功耗。

因而，为了解决前述问题，存在对于用于减少电子产品的功耗的装置和方法的急迫需要。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面是至少解决上述问题和/或劣势并且至少提供下述优势。因而，本发明的一个方面是提供一种用于有效地减少电子产品的功耗的装置和方法，其中通过如下操作来防止功耗：如果满足了预定控制条件，则切断用于驱动负载的功率，并且如果不满足预定控制条件，则供应功率以驱动负载。

问题的解决方案

根据本发明的一个方面，提供一种用于减少在操作持续长时间的电子设备中消耗的功率的装置，该装置包括功率开关单元，用于供应或切断到电子设备的外部功率，传感器单元，用于测量与电子产品的负载的操作相关联的状态并且输出测量数据，以及控制器，用于通过使用来自传感器单元的测量数据输出来确定电子产品是否满足预定控制条件，并且根据确定结果来控制功率开关单元和电子产品的负载，其中如果电子产品满足预定控制条件，则控制器停止负载的操作并且关断功率开关单元以切断外部功率；否则，如果电子产品不满足预定控制条件，则控制器接通功率开关单元以供应外部功率并且再次驱动负载。

根据本发明的另一方面，提供一种用于减少在操作持续长时间的电子设备中消耗的功率的方法，该方法包括由传感器单元测量与电子产品的负载的操作相关联的状态并且输出测量数据，由控制器通过使用输出测量数据来确定是否满足预定控制条件，如果满足预定控制条件，则控制器停止负载的操作并且关断功率开关单元以切断外部功率；并且如果不满足预定控制条件，则控制器接通功率开关单元以供应外部功率并且再次驱动负载。

本发明的有利效果

在如上所述的本发明操作中，在此公开的本发明的代表性的那些获得的效果将简要表述如下。

通过提供用于减少电子产品的功耗的装置和方法，本发明在负载不被驱动时自动切断功率供应，因为电子产品满足了预定控制条件，这减少了不必要的功耗。

附图说明

本发明的示例性实施例的上述和其他特征和优势将从结合附图的以下详细描述中更加清楚，其中：

图1是根据本发明一个实施例的用于减少电子产品的功耗的装置的电路图；以及

图2是根据本发明一个实施例的用于减少电子产品的功耗的方法的流程图。

具体实施方式

在本发明的以下描述中，省略在此合并的已知功能和配置的详细描述以避免使本发明的主题不清楚。基于本发明中的功能定义以下的术语，并且以下的术语可以根据用户或操作者的意图、通常实践等变化。因此，基于说明书的整个内容来进行术语的定义。

本发明提出一种用于减少操作持续长时间的电子产品的功耗的装置和方法。在操作持续长时间的电子产品中，用于展现该电子产品的独特功能的负载不是所有时间都操作。替代的是，如果满足预定控制条件（温度、热、压力等），则负载临时挂起；否则，负载继续操作。

例如，在冰箱中，压缩机操作以维持用户预置温度。如果冰箱的内部温度达到了预置温度，则压缩机临时停止操作。在本发明中，当在电子产品中满足预定控制条件并且因此负载临时挂起时，切断向电子产品供应的功率以减少电子产品中消耗的功率。

在本发明的以下实施例中，其中挂起负载（即不将电压提供到电子产品中）的状态将被称作功率切断模式，并且其中负载操作（即，将电压提供到电子产品中）的状态将被称作功率供应模式。在功率切断模式中，控制器不是所有时间都醒着并且周期性的被唤醒。其中控制器操作的状态将被称作唤醒模式，并且其中控制器不操作的状态将被称作休眠模式。

当电子产品处于功率切断模式中、即负载不操作时，本发明切断到电子产品的功率供应，从而减少电子产品中消耗的不必要待机功率。

此后，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。现在将对用于减少电子产品的功耗的装置的结构和操作进行描述。

图1是根据本发明一个实施例的用于减少电子产品的功耗的装置的电路图。

参考图1，电子产品100包括功率开关单元101、自锁继电器102、功率单元104、自锁继电器驱动单元106、控制器108、自锁继电器功率单元110、休眠模式功率单元112、负载驱动器114、负载116（或负载1和2）、传感器单元118、键输入单元120、通信单元122、出口部分124和出口126。在以下描述中，将不描述与本发明不相关的部件的操作。

功率单元104将来自外部功率源的交流（AC）功率输入转换为直流（DC）功率并且将DC功率供应到电子产品100中。自锁继电器102和自锁继电器驱动单元106是功率开关单元101的示例，功率开关单元101被配置为供应或切断到电子产品100的功率。在以下描述中，自锁继电器102和自锁继电器驱动单元106将被用作功率开关单元101的示例，但是对于本领域技术人员而言明显的是其他类型的开关也可以在根据本发明的电子产品100中使用。因而，自锁继电器功率单元110是功率开关功率单元的示例。

自锁继电器102关闭或打开去往功率单元104的AC功率线缆触点10和11以及触点12和13，从而供应或切断到功率单元104的功率。自锁继电器驱动单元106（利用四个晶体管Q3、Q4、Q5和Q6配置为桥电路）在控制器108的控制下驱动自锁继电器102。控制器108的输出O2与自锁继电器驱动单元106的晶体管Q5和Q6连接，并且控制器108的输出O3与自锁继电器驱动单元106的晶体管Q3和Q4连接。

自锁继电器功率单元110包括利用电流充电的电容器C2，用于接“通”自锁继电器102和二极管D2以便防止充电电流被放电。在功率切断模式中，自锁继电器功率单元110供应功率用于致动自锁继电器102以将功率重新供应到电子产品100中。在功率切断模式中，如果休眠模式功率单元112完全放电，则控制器108可能发生故障，并且因此，休眠模式功率单元112必须在完全放电之前被重新充电。自锁继电器功率单元110致动自锁继电器102以供应功率用于对休眠模式功率单元112重新充电。

包括晶体管Q1和Q2以及继电器K1和K2的负载驱动器114驱动电子产品100中的负载116。负载116是展现电子产品100的独特功能的设备和部分。例如，负载可以是用于维持冰箱的制冷和冰冻温度的压缩机，并且可以是用于热水器的加热器。尽管图1中示出的电子产品100包括两个负载，但是其可以包括对于本领域技术人员而言显而易见的一个或多个负载。

休眠模式功率单元112包括超级电容器C1以及二极管D1和D2，并且向功率切断模式中的电子产品100的某些部件供应功率。如果电子产品100转变到功率供应模式，则休眠模式功率单元112利用电流对超级电容器C1重新充电。二极管D1运转以防止充电电流被放电。

当电子产品100处于功率切断模式中时，切断向电子产品100供应的主功率，并且因此休眠模式功率单元112向控制器108、键输入单元120和通信单元122供应功率。控制器108不是所有时间都醒着，但是被周期性地唤醒。换言之，控制器108周期性地重复执行休眠模式和唤醒模式。

传感器单元118包括晶体管Q7、电阻器R3和R4、以及传感器1和2。传感器1和2感测对应于电子产品100的功能的当前状态并且向控制器108中的模数转换器提供感测信息。感测单元118的晶体管Q7与控制器108的输出O4连接，并且控制器108控制在感测操作期间利用来自休眠模式功率单元112的功率供应传感器单元108。

键输入单元120包括电阻器R1和R2以及开关SW1和SW2，并且与控制器108的输入I1和I2连接。键输入单元120执行对外部输入的中断处理。即，如果在功率切断模式中生成外部输入，则键输入单元120进行到功率供应模式的转变。例如，如果用户打开正处于功率切断模式的冰箱的门，则生成中断并且进行到唤醒模式和功率供应模式的转变，从而重新向冰箱供应功率。

当电子产品100处于功率切断模式时，通信单元122可以从家庭网络系统接收控制信号。在控制信号输入时，通信单元122向控制器108提供控制系统用于中断处理。控制器108从功率切断模式向功率供应模式转变，并且执行用于重新供应功率的操作。此后，在本发明的实施例中，用于生成被输入到控制器108的中断信号以允许电子产品100转变到功率供应模式的设备将被称作信号发生器。即，用于生成中断信号的键输入单元120和家庭网络可以是信号发生器的示例。

控制器108控制电子产品100的总体操作并且执行诸如测量、计算、确定、记忆和处理之类的功能以根据电子产品100的特性来控制电子产品100。控制器108周期性地重复执行休眠模式和唤醒模式，从而最小化电子产品100中消耗的功率。在本发明的一个实施例中，微计算机（Micom）U1 可以用作控制器108的示例。

此后，将进行对根据本发明的实施例的用于减少电子产品的功耗的装置的操作的详细描述。

在产品发布时，自锁继电器102的触点10和11以及触点12和13被配置为彼此接触以在插入电子产品100时向电子产品供应功率。如果稍后向功率单元104供应AC功率，则功率单元104将AC功率转换为DC功率并且向电子产品100供应DC功率。在功率供应模式中，电子产品100通过经由负载驱动器114确定负载116来执行正常操作。

一旦从功率单元104向自锁继电器功率单元110供应DC功率，就利用通过二极管D4的电流对自锁继电器功率单元110的电容器C2充电。自锁继电器功率单元110的二极管D4被逆偏置以防止自锁继电器功率单元110中充电的电流被放电。当电子产品100从功率切断模式向功率供应模式转变时，自锁继电器功率单元110提供在自锁继电器102中充电的电流。由于自锁继电器功率单元110的电容器C2的电容增加，所以放电时间也增加。因此，可以基于电子产品100的特性来选择合适的电容。

一旦从功率单元104向休眠模式功率单元112供应DC功率，就利用通过二极管D2的电流来对休眠模式功率单元112的超级电容器C1充电。超级电容器C1具有双结构，使得超级电容器C1可以在预定时间（例如，约20秒）流逝之后被充电。在完成充电时，休眠模式功率单元112的二极管D2被逆偏置以防止充电的电流被放电。

当休眠模式功率单元112在功率切断模式中提供充电电流时，放电电流从若干μA到1或2mA。因此，无法利用超级电容器C1的电流来驱动需要数十mA或更多的驱动电路的负载（比如，自锁继电器102）。因而，休眠模式功率单元112供应功率给消耗小量电流的控制器108、键输入单元120、通信单元122和传感器单元118。当电子产品100包括远程控制接收器时，休眠模式功率单元112可以向远程控制接收器供应功率。

在功率切断模式中，没有利用来自休眠模式功率单元112的功率继续对控制器108供应，但是控制器108交替地以休眠模式和唤醒模式操作。通常，控制器108在休眠模式中仅消耗若干μA，但是在唤醒模式中消耗数百μA。因而，即使在长时间中维持功率切断模式，休眠模式功率单元112也可以维持对控制器108的功率供应。

当电子产品100执行正常操作时，控制器108通过传感器单元118检查电子产品100的当前状态。控制器108的输出O4将“低”脉冲应用于传感器单元118的晶体管Q7的基极。这时，传感器单元118的晶体管Q7被接通并且向传感器S1和S2供应功率。传感器S1和S2感测对应于电子产品100的功能的当前状态，并且向控制器108的模数转换器AD1和AD2提供感测数据。模数转换器AD1和AD2将来自传感器S1和S2的模拟信号输入转换为数字信号，并且向控制器108提供数字信号。

例如，如果电子产品100的功能是温度控制功能，传感器S1和S2测量与电子产品100的功能相关联的温度。一旦传感器S1和S2向控制器108提供测量的温度，控制器108就确定测量的温度是否满足预定控制条件。因此，控制器108确定是否驱动作为负载的加热器或冷却器。如果传感器S1和S2是换能器，则控制器108确定是否驱动作为负载的压缩机。传感器S1和S2和负载的类型将随电子产品100的功能而变化，并且传感器S1和S2以及负载也可以由控制器108控制。

一旦传感器单元118向控制器108提供感测数据，控制器108的输出O4输出“高”脉冲。传感器单元118的晶体管Q7关断，从而切断到传感器单元118的功率。这是旨在在电子产品100处于功率供应模式时最小化不必要的电流消耗。

控制器108通过将传感器单元118测量的值与预置值进行比较来确定是否满足预定控制条件。如果满足预定控制条件，则控制器108以功率切断模式操作以减少电子产品100中消耗的功率。否则，如果不满足预定控制条件，则控制器108以功率供应模式操作以继续驱动负载。

控制器108将传感器单元118测量的值与预置值进行比较，并且如果不满足预定控制条件，则控制器108操作以继续驱动负载。预置值可以是制造者在产品发布时预置的值或可以是用户设置的任意值。如果当电子产品100处于功率切断模式时不满足预定控制条件，则控制器108从休眠模式唤醒并且将从“高”电平去往“低”电平的脉冲用于输出O3。这时，自锁继电器102被接通以将功率供应到电子产品100中。此后，控制器108将“高”脉冲应用于输出O5和O6以接通负载驱动器114的晶体管Q1和   Q2。负载驱动器114驱动继电器K1和K3以驱动负载1和2。由于从功率切断模式到功率供应模式的转变，自锁继电器功率单元110和休眠模式功率单元112被重新充电。

如果传感器单元118的传感器S1和S2被周期性地测量并且满足预定控制条件，则控制器108将“低”脉冲应用于输出O5和O6。在从控制器108输入“低”脉冲时，负载驱动器114关断晶体管Q1和Q2并且驱动继电器K1和K3以停止负载1和2的操作。

为了由于满足预定控制条件而以功率切断模式操作，控制器108向输出O2输出从“高”电平去往“低”电平的脉冲。当输出脉冲是“高”时，自锁继电器驱动单元106的晶体管Q5和Q6接通并且自锁继电器功率单元110中充电的电流在从自锁继电器102的线圈级的端子14向端子15的方向上通过二极管和晶体管Q6的发射极r流动。因此，自锁继电器102的触点10和11以及触点12和13彼此分离，因此切断从外部功率源的功率供应。这样，如果满足预定控制条件，则切断功率供应，从而减少电子产品10消耗的待机功率。

键输入单元120包括电阻器R1和R2以及开关SW1和SW2。如果键输入单元120将“低”脉冲应用于控制器108的输入I1和I2，则控制器108进入中断处理模式，使得控制器108从休眠模式唤醒并且执行中断处理。

例如，如果电子产品100是冰箱，键输入单元120的开关可以是门打开感测开关。如果冰箱的门打开，则键输入单元120的开关进行操作并且将“低”脉冲应用于控制器108的输入I1和I2。控制器108进入中断处理模式并且因此从休眠模式唤醒，向输出O3输出从“高”电平去往“低”电平的脉冲。如果在控制器108的输出O3时接通自锁继电器驱动单元106的晶体管Q3和Q4，则将自锁继电器功率单元110的电容器C2中充电的电流提供给自锁继电器102的线圈级。在将电流供应给自锁继电器102的线圈级时，自锁继电器102的触点10和11以及触点12和13进行彼此接触，因此向功率单元104供应AC功率。电子产品100从功率切断模式向功率供应模式转变。在功率供应模式中，控制器108致动作为负载的灯以照明冰箱的内部。由于再次供应功率，所以自锁继电器功率单元110和休眠模式功率单元112被重新充电。

如果电子产品100是坐浴盆，则键输入单元120的开关可以是坐下感测开关。如果坐下感测开关感测到功率切断模式中用户坐下，则生成中断，使得控制器108从休眠模式唤醒以致动自锁继电器102。因此，再次供应功率并且电子产品100执行正常操作。这样，通过根据电子产品100互换开关和负载，可以将本发明应用于任何类型的电子产品。

现在将描述用于在电子产品100的功率切断模式中生成中断或不满足预定控制条件时转变到功率供应模式的操作。

控制器108向输出O3输出从“高”电平去往“低”电平的脉冲。如果自锁继电器驱动单元106的晶体管Q3和Q4在控制器108的输出O3维持“高”脉冲时接通，则向自锁继电器102提供自锁继电器功率单元110的电容器C2中的充电电流。一旦自锁继电器功率单元110在从端子15到端子14的方向上向自锁继电器102的线圈级提供电流，自锁继电器102的触点10和11以及触点12和13就彼此进行接触，因此向功率单元104供应AC功率。

在重新供应功率时，利用电流对自锁继电器功率单元110的电容器C2和休眠模式功率单元112的超级电容器C2重新充电。控制器108通过负载驱动器114驱动负载116。如果通过负载116的驱动满足了预定控制条件，则控制器108执行涉及功率切断模式的操作，从而最小化电子产品100中消耗的待机功率。

如果操作持续长时间的电子产品100与家庭网络系统通信，则其可以包括与家庭网络系统连接的通信单元122。在功率切断模式中，在从家庭网络系统输入控制信号时，通信单元122生成中断。在通信单元122中生成中断时，控制器108在生成中断之后执行上述操作以转变到功率供应模式。

同时，通常负载安装在电子产品内部以执行用于电子产品的独特功能的操作。然而，负载可以是工业设备，诸如可以分离安装在电子产品外部的机器工具或制造设施。在该情况中，根据本方面的电子产品可以是用于控制工业设备的电子产品。用作负载的工业设备通常使用3相功率。

在功率供应模式中，需要用于将电子设备的输出功率转换为3相功率的设备，使得电子设备的控制器可以向负载供应功率。为此，可以在电子设备的出口部分126中提供磁铁。控制器控制输出O7以致动继电器K2，从而供应或切断到负载的功率。当向负载供应功率时，在电子设备的出口部分126中提供的磁铁将2相功率转换为3相功率并且向负载供应3相功率。因此，如果满足预定控制条件，则电子产品自动切断到负载的功率供应，因此减少功耗。

至此已经描述了根据本发明实施例的用于减少功耗的装置的结构和操作。因此，在操作持续长时间的电子产品中，当由于满足预定控制条件而不驱动负载时，自动切断功率供应，从而减少不必要的功耗。

图2是根据本发明一个实施例的用于减少电子产品的功耗的方法的流程图。

参考图2，接通电子产品的功率开关。在步骤202中，如果由于功率失效等而突然切断功率供应，则自锁继电器维持“开”状态持续预定初始时间T0。这是因为如果由于功率供应的突然切断而关断自锁继电器，则利用电流不足以对自锁继电器充电器和休眠模式充电器充电。

在步骤204中，控制器确定是否满足对应于电子产品功能的预定控制条件。如果通过传感器单元输入的值不满足预定控制条件，则过程去往步骤206。在步骤206中，控制器通过负载驱动器驱动负载以满足预定控制条件。在步骤208中，控制器周期性地致动传感器单元的传感器以确定是否满足预定控制条件。

如果在步骤204中通过传感器单元输入的值满足预定控制条件，则过程去往步骤210。在步骤210中，控制器停止负载的操作以减少电子产品中消耗的功率并且关断自锁继电器。即，电子产品进入功率切断模式。在步骤212中，为了最小化电子产品中消耗的功率，控制器进入休眠模式。

在步骤214中，确定是否从键输入单元120或通信单元122生成中断。如果是，则过程去往步骤216以接通自锁继电器并且重新供应功率。

否则，如果在步骤214中生成中断，则过程去往步骤218。在步骤218中，控制器周期性地从休眠模式唤醒来以唤醒模式检查传感器单元的传感器。

在完成步骤218之后，控制器确定在步骤220中是否满足对应于电子产品的功能的预定控制条件。如果通过传感器单元输入的值不满足预定控制条件，则过程去往步骤216。在步骤216中，控制器接通自锁继电器以满足预定控制条件。一旦接通自锁继电器并且因此再次供应功率，就由负载驱动器驱动负载。

如果在步骤220中通过传感器单元输入的值满足预定控制条件，则过程去往步骤222。在步骤222中，控制器计算自锁继电器功率单元和休眠模式功率单元的放电时间T2。这是因为如果电子产品满足预定控制条件持续长时间，则自锁继电器功率单元和休眠模式功率单元中的充电电流可能耗尽并且因此电子产品的操作可能不受控制。

在步骤224中，将控制器计算的放电时间T2与预置自然放电时间T1进行比较。如果放电时间T2大于或等于自然放电时间T1，则过程去往步骤226以清除放电时间T2，并且继而去往步骤216。在步骤216中，接通自锁继电器以再次供应功率，并且利用电流对自锁继电器功率单元和休眠模式功率单元重新充电。

如果放电时间T2小于自然放电时间T1，则电子产品继续以功率切断模式操作。

这样，在操作持续长时间的电子产品中，当由于满足预定控制条件不驱动负载时，自动切断功率供应，从而有效地减少不必要的功耗。

同时，虽然已经参考本发明的某个示例性实施例示出并且描述了本发明，但是本领域技术人员将理解可以在其中进行形式和细节的各种改变而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的精神和范围必须不由描述的其实施例而是由所附权利要求书和所附权利要求书的等同物来限定。