专利名称：一种零功耗待机电源控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于家用电器领域，具体涉及一种家用电器零功耗待机电源控制装置。
二、技术背景由于家用电器及其电源系统的复杂性，要想采用传统方案从本质上降低其待机能耗并同时解决待机安全问题显得十分困难。于是许多人提出了独立电源控制装置解决方案，但是由于电源控制装置本身依然存在一定程度的能耗问题，于是又派生出对电源控制装置的交流电源、充电电池、太阳能电池、一次性电池、电容储能及其各种组合待机供电方案。这些方案都不同程度地存在着能耗较大、较高的电路复杂性、成本显著增加等各种各样的问题，最终都难以在实际系统中大量采用。
理想的解决方案应该包含以下内容1.具有本质安全的待机状态即待机条件下交流电源必须被机械继电器彻底切断，也就是说被控电器和电源控制装置本身都不能用交流电源待机；2.辅助待机系统具有足够低的成本这就要求不能改变现有的遥控器及其控制方式，不能采用可充电电池、太阳能电池等等会显著增加成本的解决方案，唯一可行的就是采用一次性长寿命电池作为待机电源。
3.采用一次性电池的基本条件是足够小的电池容量，电池寿命必须和被控电器的标称寿命相匹配(电器寿命期内不换电池)，这就要求从根本上降低电池的平均电能消耗。
为了减少电池的能耗，基本做法应该是待机状态和被控电器的电源启动过程中，待机控制器由电池供电，启动过程完成之后，待机控制器应该切换到由被控电器的工作电源供电。必须保障电源控制装置在所有涉及电池供电的操作过程中的总平均耗能降到极其微小的数值，待机电源控制方案才具有实际价值，专利文献“省电型红外线感测收信系统”，98117670.4提出待机状态下使电源控制装置本身处于休眠状态，“用一种独立供电的超低功耗“前级感测电路”(本文中称为红外值班电路)监测来自遥控器的前导码，在这种前导码出现后电源控制装置才被唤醒，启动工作红外接收电路实现所需控制目的”。这是目前最接近理想要求的解决方案。该方案存在的不足在于该值班电路不能提供足够的带宽，只能接受遥控器的前导码(3khz)，同时要求遥控器能够提供前导码与38khz数据编码连续循环的编码格式；有些产品，例如康佳电视机采用非PPM的红外编码，编码格式本身就没有提供前导码，这都导致了该方案不能适应目前家用电器普遍采用的红外信号编码格式，同时需要增加一个工作红外接收电路。“前级感测电路”的结构也不能提供足够小的运行功耗，这将导致较大电池容量需求或者需要在使用过程中不断更换电池；另外，该方案也没有提供相关的功率驱动技术保障假设采用通常的交流电源待机，该方案将失去本质安全属性，同时装置的超低功耗特征也将消失，值班电路的独立供电也失去了意义；如果采用电池待机——交流工作的混合供电模式，在一些特殊情况下，例如用户在没有交流电时尝试启动装置将导致待机电池的迅速耗竭，因为目前任何低成本的机械继电器的驱动功率都在数百毫瓦以上。因此依然不能从根本上解决问题。
三、发明的目的正是针对现有技术存在的不足本发明提供了一种能够把独立电源控制装置待机电流总平均值降到亚微安或者弱微安水平的系统解决方案，实现用小容量一次性电池长期既保持家电设备热待机功能，又能达到待机时脱离交流电源的理想待机效果。
四
发明内容
一种零功耗待机电源控制装置由驱动器、中间继电器、功率继电器、交流电源检测电路、被控设备工作电源监测电路、红外信号接收电路、电源切换电路、单片机等组成；所述控制装置采用交流电源和一次性电池混合供电；交流主回路采用继电器控制；用一个红外接收电路监视环境中红外信号的变化、接收红外信号编码，单片机根据红外信号编码实现所述控制装置的控制功能；其特征在于待机时只有所述红外接收电路用电池保持供电，其余电路全部关闭；利用红外编码触发电源切换电路，开通所述控制装置的电池供电通道，单片机得电启动并输出电池保持信号使电池供电通道保持开通；如果被控设备工作电源正常建立，则单片机通过电源切换电路接通交流供电通道，然后撤销电池保持信号；只要同时关闭交流供电通道、撤销电池保持信号，所述控制装置的供电就会关闭；单片机利用驱动器控制中间继电器，中间继电器的常开触点与交流电源检测电路以及功率继电器的线圈串联后跨接在两条交流电源线上，功率继电器的常开触点串接在交流主回路中，再配合被控设备工作电源检测电路所述单片机实现对交流主回路的控制。
通过上述综合技术措施使得待机电流、继电器的平均驱动电流、电池无效损耗等极小化，从而实现本发明的目的。这种方案适合需要遥控操作的电视机、影碟机、音响、空调等家用电器的待机电源控制。
本发明的零功耗待机电源控制装置其特征还在于所述红外接收电路也可以是一个微功耗时钟电路；用来定时或者非定时地接通所述单片机完成相应的电源控制功能。这种方案适合于电冰箱、热水器等需要进行温度控制的家用电器实现零功耗待机电源控制。
本发明的零功耗待机电源控制装置其特征还在于所述红外接收电路也可以是任何微功耗物理参数检测电路；用以在特定条件满足时启动所述电源控制装置完成相应的控制功能。实现这类装置的零功耗待机。
本发明的零功耗待机电源控制装置其特征还在于所述红外接收电路也可以通过一个电源切换电路接受交流和电池供电；这样在交流电源启动后，红外接收电路也可以用交流电源代替电池供电，进一步减少电池的能耗。
本发明的零功耗待机电源控制装置其特征还在于红外接收电路的输出可以直接或者通过电平变换电路传送给需要红外编码的设备；例如在电视机的应用中，电视机就可以与电源控制装置公用一个红外接收电路。
本发明的零功耗待机电源控制装置其特征还在于可以采用另外的红外接收电路来接收红外信号编码，所述红外接收电路在待机时也被关闭；本发明的零功耗待机电源控制装置其特征还在于可以用半导体开关取代所述中间继电器，或者同时取代中间继电器和功率继电器；例如用可控硅输出的光电隔离器，其用意在于这种半导体器件具有更小的驱动电流，如果采用脉冲驱动光电隔离器件，在电视机的应用背景下，驱动系统所产生的电池能耗将可以被完全忽略，这将导致一种极低(电池)待机能耗的零功耗待机控制方案。
五、附图及图面说明
图1是本发明的电源控制装置结构框2是本发明的电源控制装置实施例1的结构框3是图1，2中的电源切换电路结构框4是本发明的电源控制装置实施例2的结构框图六、实施例在图1中给出了一种零功耗待机电源控制装置结构框图1—驱动器、2—中间继电器、3—功率继电器、4—交流电源检测电路、5—被控设备工作电源监测电路、6—红外信号接收电路、7—电源切换电路、8—单片机。
下面参照附图2对本发明装置的实施例及其控制步骤作进一步说明。
在图2中给出了一种零功耗待机电源控制装置实施例结构框图1—驱动器、2—中间继电器、3—功率继电器、4—交流电源检测电路、5—电视机工作状态检测电路、6—电平匹配电路、7—红外信号接收电路、8—电源转换电路、9—电源切换电路、10—单片机、11—一次性电池、12—电视机工作电源监测电路、20—线包、21常开触点、30—线包、31—常开触点。
其特征在于；所述电源转换电路8的两个输入端分别连接到电视机的工作电源和待机电池11上，其输出端接红外信号接收电路7的电源端；电源切换电路9的两个输入端分别连接到电视机的工作电源和待机电池11上，它的三个控制端分别与单片机10、红外信号接收电路7相连，输出端连接到单片机10、以及中间继电器2线包20的一个端子上；驱动器1的一侧接单片机10的主回路控制输出，另一端连接中间继电器2线包20的另外一个端子，中间继电器2的常开触点21、交流电源检测电路4、功率继电器3的线包30串联后连接到220v交流电源上，功率继电器3的常开触点31接在电视机的交流主回路中；红外信号接收电路7的输出直接与单片机10的一个端口以及电平匹配电路6相连，而电平匹配电路6的输出连接到电视机的红外信号输入端，电平匹配电路6由电视机工作电源供电；电视机的电源控制信号和电视机的工作电源分别经电视机工作状态检测电路5和电视机工作电源监测电路12接入单片机10。交流电源检测电路4的输出和单片机10的输入端口直接相连，通过检测流经线包30的电流变化来判断交流电源的存在状况。
本发明的电源控制装置的控制步骤如下在电视机关机后，所述电源控制装置中各单元电路全部被关闭处于零功耗状态，只有红外信号接收电路7通过电源转换电路8被电池11供电处于工作状态。每当按下遥控器的任何按钮，红外信号接收电路7的输出脉冲都会通过电源切换电路9短暂的接通电池11向单片机10提供工作电源，单片机10复位启动后，首先向电源切换电路9输出电源保持信号，维持电池11的供电通道。同时单片机10接收来自红外接收电路7的红外编码，如果单片机10没有收到预设的电源控制编码，就撤销电源切换电路9的电源保持信号，又恢复到红外接收电路7工作而单片机10被关闭的状态。如果单片机10收到启动被控电器的控制编码，就会通过驱动器1激励中间继电器2的线包20，常开触点21闭合，这时单片机10通过交流电源检测电路4监测功率继电器3线包30的通电情况，如果在中间继电器2的预定激励时间之后，单片机10还没有检测到功率继电器3线包30的激励电流，则取消对中间继电器2的激励，并关闭直流电源；如果线包30的激励正常，单片机10在预定的时间内通过电视机工作电源监测电路12也监测到了电视机工作电源，电视机就进入正常待机状态，单片机10同时通过电源切换电路9接通+5v电源通道、关闭电池11的供电通道；再次按下遥控器电源控制按钮或者其它任意功能按键时，电视机将进入正常使用功能。在电视机的正常工作过程中，如果按下电视机遥控器的电源控制(待机)按键，单片机10就会撤销对线包20的激励，常开触点21、31释放，电视机的交流供电被切断，功能停止。因为在电视机正常工作过程中，电池11的供电通道被关闭，一旦出现交流掉电，对中间继电器2的激励也会被自动取消。总之无论是在交流电源启动过程中，还是电视机的运行过程中，这种结构保证了在任何电源异常情况下，继电器2的激励都将被立即撤销，避免由一次性电池11对继电器2的长期单独激励。
电源转换电路8只能完成+5v电源和3.6v电池11之间的自动切换，不能彻底关闭。其目的在于交流电源建立之后，也能够用+5v电源接替3.6v电池向红外信号接收电路7供电，进一步降低电池的能耗。
电视机工作状态检测电路5可以通过检测电视机的POWER-ON信号来实现电源控制装置与电视机的功能之间的协调，例如电视机的无信号关机、定时关机等等。
驱动器1可以保证对中间继电器2的吸合、保持过程进行精确控制。
图3给出了电源切换电路9的结构框图，交流通道设置了一个降压、滤波电路90，有三个控制端，主要利用两个三极管开关91，92分别实现电池11通道的暂时性接通、稳定接通、+5v电源的稳定接通以及这两个电源通道的彻底关闭，并实现对这两个通道的隔离。
待机情况下，电源切换电路9被彻底关闭，只有存在红外信号的情况下，红外信号接收电路7才会触发电源切换电路9使三极管开关92暂时开通。在这个开通时间里，单片机10通电启动，并输出一个稳定控制信号，在红外信号消失后依然能够继续保持开关92的开通状态，也就保证了单片机的供电。
如果单片机10没有收到合法的电源控制编码，开关92的控制信号将被撤销，单片机10的电源被彻底切断。
如果单片机10收到合法电源控制编码，并且启动+5v电源成功，单片机10首先接通开关91，然后关闭开关92，这样单片机10就过渡到+5v电源供电，电池输出电流变成零。
如果这个过程出现交流掉电，单片机10就会关闭开关91，或者随着+5v电源的消失，对中间继电器2的激励将被自动撤销。这种结构还保证了即使交流电源重新恢复，单片机系统也不会被自动重启动。
图4是本发明的另一种电源控制装置结构框图，在这里红外接收电路6的只是作为单纯的值班电路，收到编码后触发电源切换电路，接通单片机的工作电源，红外编码的接收任务由独立的红外接收电路9完成，该电路的电源也可以被关闭。
七、发明的效果采用待机时只保留红外接收电路供电而彻底关闭其它电路的方案，可以避免常规设计中需要由单片机来关闭功能电路的麻烦，节省了单片机的管脚，减少了电路的复杂性；每次单片机启动时，单片机可以自动完成上电复位，避免单片机长期运行可能出现的错误；另外这种方案还能适合于没有唤醒功能的单片机，适用性更广。
待机时彻底关闭了单片机系统，避免了单片机的待机电流、管脚泄漏电流对总待机电流的影响，待机电流的总量及其离散程度都减少了，整个电源控制装置的待机电流完全只取决于红外接收电路的待机电流，由于本发明采用的超微功耗红外信号接收电路待机功耗极小，整个电源控制装置的待机电流典型值在0.5微安以下。
电池的电流消耗还包括中间继电器启动阶段的脉冲电流，单片机工作电流等。在满足要求前提下单片机尽量采用较低的工作频率，其工作电流也只有2-300微安。中间继电器启动阶段的电流平均值与被控电器开关电源的启动时间、被控电器的启动频率以及所选用的中间继电器线包驱动功率等因素有关。在目前机械继电器制造水平下，触点可控制220v交流主回路的微型继电器线包驱动功率可以小到200毫瓦左右，吸合时间10毫秒，在典型家电开关电源启动时间(小于300毫秒)和假定每天(电视机)启动20次的工作频率条件下，由所述中间继电器造成的电池平均电流消耗在一个微安左右。这样电池的总平均电流消耗小于1.5微安，这已经大大低于锂亚硫电池的漏电水平(如果取2％的高限，大约相当于2.3微安)。
由于系统解决方案的精确控制，电源控制装置非正常运行造成的电池能量损耗可以完全忽略。这样，即使采用1000毫安时的小容量一次性电池，也能够保证30年的理论供电寿命。
驱动继电器的脉冲电流还可以有效地减轻电池本身的钝化，使保存寿命本来就长达10-15年的锂亚硫电池的实际寿命得以进一步延长，从而保证了电池寿命和电器(例如电视机)寿命基本匹配，一次性电池将作为一个固定的元器件安装在设备中。
在待机过程中所述电源控制装置、被控电器与交流电源之间将被继电器触点彻底隔离，交流隔离能力显著提高，主回路的交流隔离能力取决于所选的功率继电器。在本发明的实施例中选用的继电器交流主回路隔离水平达到2400VAC，功率继电器线包驱动回路的耐压水平达到1500VAC，整个系统交流待机电流降为零。
包头市技术监督局对采用该装置的彩色电视机的检测报告显示；待机状态下，电池供电电流典型值为0.43微安，交流电流为零；电视机正常工作状态下电池供电电流为零。
由于本方案成本低廉，不改变传统操作模式，使用更为安全，实现了本质安全待机，彻底消除了待机能耗，实现了家用电器的终极能耗标准；产品的可靠性提高，损坏率下降，减少了厂家和用户维护费用的支出；广泛采用该项技术的结果还可以极大的节约能源，彻底消除由此而产生的环境问题，社会效益极其显著；目前待机能耗成为家电产品的焦点和未来的技术壁垒，中国是家电制造大国，该项技术将使中国的家电行业在世界上具有独一无二的竞争优势。
从实施例可以看出本发明的电路结构非常简单，全部采用低成本普通器件，可以容易地制成专用集成电路芯片，这将非常有利于该项技术的推广和在家电产品中的应用。在实际应用中，涉及的基本元器件只有一个采用该项技术的专用集成电路芯片、一节小容量的锂亚硫电池、一个中间继电器和一个功率继电器以及一个红外接收二极管，可以用极其低廉的成本直接整合到家电产品中，具有极大的成本优势。由于电池被永久安装在家电中，也不会增加最终用户的使用成本。同时还可以利用该项技术构造具有零待机功耗的具有各种产品形态的外置电源控制装置，这为现有的家电设备提供了应用零待机技术的途径。仅仅考虑中国每年超过7000万台的电视机产量，3亿多台电视机的社会拥有量，以及目前社会对降低待机能耗的强烈愿望，本发明就具有了极大的市场潜力。
权利要求
1.一种零功耗待机电源控制装置一种零功耗待机电源控制装置由驱动器、中间继电器、功率继电器、交流电源检测电路、被控设备工作电源监测电路、红外信号接收电路、电源切换电路、单片机等组成；所述控制装置采用交流电源和一次性电池混合供电；交流主回路采用继电器控制；用一个红外接收电路监视环境中红外信号的变化、接收红外信号编码，单片机根据红外信号编码实现所述控制装置的控制功能；其特征在于待机时只有所述红外接收电路用电池保持供电，其余电路全部关闭；利用红外编码触发电源切换电路，开通所述控制装置的电池供电通道，单片机得电启动并输出电池保持信号使电池供电通道保持开通；如果被控设备工作电源正常建立，则单片机通过电源切换电路接通交流供电通道，然后撤销电池保持信号；只要同时关闭交流供电通道、撤销电池保持信号，所述控制装置的供电就会关闭；单片机利用驱动器控制中间继电器，中间继电器的常开触点与交流电源检测电路以及功率继电器的线圈串联后跨接在两条交流电源线上，功率继电器的常开触点串接在交流主回路中，再配合被控设备工作电源检测电路所述单片机实现对交流主回路的控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述红外接收电路也可以是一个微功耗时钟电路；
3.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于所述红外接收电路也可以是任何微功耗物理参数检测电路；
4.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于所述红外接收电路也可以通过一个电源切换电路接受交流和电池供电；
5.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于可以采用另外的红外接收电路来接收红外信号编码，所述红外接收电路在待机时也被关闭；
6.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于可以用半导体开关取代所述中间继电器，或者同时取代中间继电器和功率继电器。
全文摘要
通过采用亚微安级的超微功耗红外值班与接收电路、单片机控制、继电器中继驱动、低功耗保持以及待机只保持红外接收电路供电等综合技术保障措施，将待机电源的平均电流消耗降到弱微安水平。这样待机时就可以彻底切断交流电源，采用小容量一次性电池长期待机，电池寿命可以和家电的标称寿命匹配。交流待机电流降到零，待机安全性能大幅度提高，彻底解决了待机能耗和待机安全问题。本发明所采用的技术方案简单易行，成本低廉，在家用电器领域具有普遍适用性。
文档编号G08C23/04GK1719358SQ20041006228
公开日2006年1月11日 申请日期2004年7月5日 优先权日2004年7月5日
发明者周先谱 申请人:周先谱, 周思源