智能電源管理解決方案大幅度降低待機能耗
簡介
現(xiàn)今,私人家中和辦公室使用的電氣產(chǎn)品的數(shù)目正在以極快的速度增加。這些產(chǎn)品中的大多數(shù),例如音頻/視頻產(chǎn)品和辦公設備,都有著待機期間耗電量大的問題。這不僅浪費電力和資金,同時對環(huán)境也有不利的影響。正是由于這個原因,現(xiàn)在對于大部分產(chǎn)品,都有相對應的法規(guī)來嚴格地限制待機期間的能耗。
本文針對待機模式下電源器件提出了 ST 智慧電源管理的解決方案,它符合新規(guī)范的開機節(jié)電(on-power saving)。
除智能型電源管理之外,該架構是一般目的使用的,與產(chǎn)品無關。它可以輕易地適應和嵌入到消費性設備、辦公設備和家用電器中。
待機模式是指產(chǎn)品被關閉,不執(zhí)行任何常規(guī)功能但仍然與電源連接的狀態(tài)。
活動模式(active mode)則是指產(chǎn)品在開啟并處于執(zhí)行常規(guī)功能時的狀態(tài)。
因為許多設備在多數(shù)時間都處于待機模式—如數(shù)字電視或打印機,因此這一期間的節(jié)能程度將決定整體節(jié)能的狀況。
目前能源之星( Energy Star?)的規(guī)范規(guī)定待機模式下的能耗應少于或等于1至2 瓦特,根據(jù)設備類型有所不同,例如,對音頻/視頻產(chǎn)品而言,這個值固定為 1 瓦特。
ST 提出了一套智能型電源管理方案,該方案對于設計具有可持續(xù)原則(sustainable principle)的系統(tǒng)是十分有必要的。
這一方案的方法是在含有特定電源控制韌體的主系統(tǒng)中添加一個通用低功率微控制器。
圖 1 顯示了常規(guī)系統(tǒng)的結構圖,這些系統(tǒng)包括音頻/視頻產(chǎn)品、辦公設備和家用電器產(chǎn)品。不論是什么應用,都可以將它們分為兩部分:
? 主系統(tǒng)模塊(block)
? 電源管理模塊
主系統(tǒng)模塊執(zhí)行系統(tǒng)主要目的的活動;其硬件拓撲結構對于不同產(chǎn)品是不同的,但是每個都含有一個包括 I
主IC 控制器管理所有的系統(tǒng)功能,與待機控制器、喚醒源和其它設備相連接。
喚醒源是指能命令待機控制器退出待機模式和回到活動模式的事件。常用喚醒源是遠程控制接收器、鍵盤、VGA和HDMI輸入等。喚醒源也可以是定時器事件(timer event),用于記錄、啟動特定的操作,或用于定期更新。
在活動模式期間,喚醒源與主IC 控制器相連接來執(zhí)行與命令相關的功能。
電源管理模塊是與主系統(tǒng)無關的通用模塊。這部分的核心部件是一顆8 位的低功率微控制器,它通常當作待機控制器使用。它接收來自主IC控制器和喚醒源的輸入,通過繼電器打開和關閉為多數(shù)主系統(tǒng)供電的全開通電源模塊(full on power supply block)。在待機模式期間,低功率微控制器和喚醒源由輔助電源供電。
根據(jù)該架構,系統(tǒng)以兩個不同的模式(參見圖2)工作:
- 活動模式,此時為主IC 控制器和其它設備供電。
- 待機模式,此時僅為低功率微控制器和喚醒源供電。
重設定之后的預設狀態(tài)(default state)是活動模式。
活動模式
一旦系統(tǒng)被插上電源,系統(tǒng)所有部件都通電,并且處于執(zhí)行狀態(tài)。主IC 控制器將管理每個功能;它檢測來自喚醒源(如遠程控制器)和前面板的使用者輸入;它利用I
在活動模式狀態(tài)下的主IC 控制器和低功率微控制器的相互通信中,主IC 控制器更新低功率微控制器的緩存器,例如,對定時器新事件等編程,以及發(fā)送待機命令請求。
一旦待機控制器從主IC 控制器收到關機命令,便進入待機模式。
待機模式
在低功率微控制器從主IC 控制器收到待機命令時,它將系統(tǒng)轉入待機模式,關閉與全接通電源連接的繼電器。在待機模式下,僅有低功率微控制器和喚醒源通電。在此一期間,低功率微控制器進入停機模式,等待外部輸入或定時器事件。一旦上述事件發(fā)生,低功率微控制器退出停機模式(halt mode),對收到的信號進行譯碼,通過繼電器開啟整個系統(tǒng)。喚醒事件的種類和功能透過I
應用范例
下面舉一個如何為消費性應用實施待機管理控制的例子。由于它可以適應不同的主系統(tǒng)模塊,因此只介紹電源管理模塊,如圖3。
它是以ST7FOXA0為基礎 , 而ST7FOXA0則是一款成本非常低的ST 8 位微控制器。
系統(tǒng)的喚醒源是遠程控制器的紅外線接收器和前面板按鍵(電源開啟 / 關閉命令)。
8 位微控制器和喚醒源的電源電壓是3.3 伏;它們是系統(tǒng)永久都在執(zhí)行的部分。另一方面,主IC 控制器是由 8 位的微控制器根據(jù)待機命令開啟和關閉總電源。微控制器透過I
該主微控制器的特征是:
- 仿真的低速I
- 遠程控制器接收器和譯碼器喚醒事件
- 前面板喚醒事件
- 具有可編程極性(programmable polarity)的主電源命令
I
在待機模式時,遠程控制器接收器喚醒系統(tǒng)。譯碼程序利用配置為外部中斷的輸入/輸出引腳和12位自動重新加載(Auto Reload)定時器周邊來實施。
在待機模式下,前面板喚醒系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中,電源開啟 / 關閉按鈕與配置為外部中斷的引腳相連接。
總電源藉由作為輸出配置的輸入/輸出引腳來驅動。要開啟和關閉,可對輸出極性進行編程。在待機模式下,微控制器處于停機模式,以便進一步降低功耗;可利用外部中斷來退出待機模式。
應用流程如圖4所示:
結論
為了大幅地降低能耗,ST 提出了產(chǎn)品待機期間的智能型電源解決方案。ST 的架構是以低功率的微控制器為基礎,它藉由斷開大部分系統(tǒng)與總電源的連接來大幅地降低待機模式下的能耗。該方案既可節(jié)能又可降低對環(huán)境的影響。
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