交替待机模式的系统与方法 本发明一般地是针对电子装置，更具体地是针对当电子装置运行在待机模式或低功率模式时的一种用于降低电子装置能耗水平的装置和方法。
在电子装置中，当装置未被使用时，有时希望使该装置工作于待机模式(也称低功率模式)而不是断开装置的所有电源。例如，在电视机中通常持续地为电子电路的加热部件提供电源，即使是在电视机其它部件断开时。这使得当电视机接通时，对电视机不同部件起作用的电子电路(如对电视机显示屏的阴极射线管起作用的电路)很快达到正常运行水平。如果在待机模式没有最低限度地给电视机保持供电，那么当电视机接通时，就必须等待电视机的加热部件加热。
因此，在诸如收音机、电视机、立体声音响和其它相似类型的电子装置中，使用待机模式是需要的和有用的。电子装置在待机模式所消耗的能量与电子装置在装置接通时使用的能量相比要小。尽管如此，由于待机模式在电子装置中的使用是如此的广泛，并且由于使用待机模式确实消耗电能，所以待机模式所消耗的电量总计相当大。为了了解由于使用待机模式所消耗电能总量的大小，可用运行在待机模式的一台电视机所消耗的小部分电能乘以当今世界上的数百万台电视机。
最近几年中，电子设计中的某些进步已经降低了待机模式电路运行中的电能消耗量。但是由于待机模式中电能消耗总量仍然十分巨大，因此仍有必要寻找其它方法以进一步降低电子装置中待机模式的电能消耗。
要呈述这个问题，本发明的基本目的是提供一种装置和方法，用于降低电子装置运行在待机模式的电能消耗。
本发明进一步的目地是提供一种装置，用于降低电子装置运行在待机模式时的至少50％的电能消耗量。
本发明的装置和方法将描述为一种用于降低运行在待机功率模式的电视机电能消耗水平的装置和方法。认识到本发明的装置和方法不仅仅局限于电视机是很重要的。本领域的技术人员容易认识到本发明的原理也可以成功地用于其它类型的电子装置。尽管如此，在下面描述中，电视机用作解释性目的。
在本发明的优选实施方案中，本发明包括一种连接到电视机的能够运行在待机模式的电源电路内的待机循环计时器电路。待机循环计时器电路使电源电路在标准待机模式和关机功率模式之间交替。在关机功率模式，从电源电路到其它电路部件的所有电源都断开。在预定的时间周期过后，关机功率模式终止而待机功率模式恢复。在另一个预定的时间周期过后，待机功率模式终止而关机功率模式恢复。这种待机功率模式和关机功率模式的交替一直继续直到电视机接收到“on”信号以开启电视机电源正常运行。
如果关机功率模式的运行时间等于待机功率模式的运行时间，那么这种组合的电能消耗是其它只运行在待机功率模式所要求的电能消耗的一半。如果关机功率模式的运行时间大于待机功率模式的运行时间，那么这种组合的电能消耗将小于只运行在待机功率模式所要求的电能消耗的一半。因此，本发明对运行在待机功率模式的电视机在电能需求量上提供了可观的降低。
在一个典型的电视机电源电路中，脉冲宽度调制器电路通过在回扫变压器电路的初级边交替地开关电源以控制电源电路的运行。脉冲宽度调制器电路通过长时间断开电源使电源电路处于待机模式。
本发明中的待机循环计时器与脉冲宽度调制器电路相连接。待机循环计时器交替地发送“on”和“off”信号给所述脉冲宽度调制器电路。当待机循环计时器发送“on”信号时，脉冲宽度调制器电路使电源电路工作在待机模式。当待机循环计时器发送“off”信号时，脉冲宽度调制器电路使电源电路工作在关机模式。待机循环计时器以特定的时间间隔产生“on”和“off”信号发送给脉冲宽度调制器电路。通过选择待机循环计时器中某种电路元件的特定值来预定时间间隔。
待机循环计时器自动交替给脉冲宽度调制器电路发送所需的“on”和“off”信号。这些交替的“on”和“off”信号控制脉冲宽度调制器，因此，它使电源电路在待机模式和关机模式之间自动交替。当电视机接收一个外部信号而恢复正常运行时，待机循环计时器自动终止发送交替的“on”和“off”信号，而仅发送“on”信号给脉冲宽度调制器电路，以便电源电路能够给电视机提供连续不断的运行电源。
当电视机接收一个外部信号终止正常运行时，待机循环计时器自动恢复给脉冲宽度调制器电路发送交替的“on”和“off”信号，以恢复在待机模式和关机模式之间的交替。
前面内容已相当广泛地略述了本发明的特点和技术优点，因此本领域的技术人员可以很好地理解下面本发明的详细描述。本发明的其它特点和优点将在下文描述形成本发明权利要求的主题。本领域的技术人员应当认识到他们可以很容易地使用公开的构思和特殊实施例作为用于改变或设计其它结构的一个基础，以实现本发明相同的目的。本领域的技术人员也应该认识到这些等价的结构不会偏离本发明在其最广泛形式中的构思与范围。
在进行详细描述之前，阐明贯穿本专利文件使用的某些词语和短语的定义是有好处的：术语“include”和“comprise”以及它的派生词，意思是包括而无限制；术语“or”是可兼的，意思是和/或；术语“associated with”和“associated therewith”及其派生词，意思可以是包括、包括在内、互相连接、包含、包含在内、连接到或与…相连、耦合到或与…耦合、与…联系、与…协作、交织、并列、最接近于、一定要或一定与、有、有…特性等等；而术语“controller”、“processor”、“apparatus”的意思是任一种装置、系统或其中的至少控制一种操作的部件，这样一种装置可用于硬件、固件或软件、或一些至少两种相同的组合。应当指出，与任何一种特定的控制器相关的功能性可以是集中的或是分布式的、本地的或远程的。某些词语和短语的定义贯穿于本专利文件，本领域的普通技术人员应该认识到，在许多即使不是多数情况中，这种定义应用于这些定义的词语和短语的现在、以及将来的使用。
为了更完全理解本发明及其优势，现在结合相关附图的描述来参考，其中同样的号码指定同样的对象，其中：
图1是为电视机提供电源的具有多路输出的典型电源电路的简化示意图，它显示了在所述电源电路中本发明的待机循环计时器的连接；
图2是本发明中待机循环计时器的电路示意图；以及
图3是用在本发明中的电子信号时序示意图；以及
图4是说明本发明交替待机模式装置运行逻辑的流程示意图。
下面要讨论的图1至图4，以及用于描述本专利文件中本发明原理的多种实施例，都是仅仅作为例证，而不应当以任何方式解释以限制本发明的范围。本领域的技术人员会认识到，本发明的原理可以用于任何适当配置的可运行在待机或低功率模式下的电子装置。
图1显示一种为电视机供电的典型电源电路100的简化电路示意图，它包括一个有多路输出的回扫变压器电路。电源电路100的变压器初级边包括一个与一个电磁干扰(EMI)滤波器104连接的电源102，该滤波器连接到一个与变压器的初线线圈108连接的桥式整流器电路106上。电源电路100由待机控制器110来控制。在本发明的优选实施例中，待机控制器110是一种脉冲宽度调制器(PWM)控制集成电路(IC)110。为了方便，脉冲宽度调制器(PWM)控制集成电路(IC)110将被称为PWM电路110。PWM电路110通过晶体管112控制电源电路100的运行。
反馈信号通过反馈回路120从诸次级边输出中的一个反馈回来，并用于提供PWM电路110的闭合回路调节。初级边的反馈信号通过一隔离器电路130与次级边隔离开，隔离器电路也可用一种本领域熟知的光隔离器装置。
次级边包括用于产生典型电视机要求的不同电压水平的多路输出。例如，电视机可能有连接到具有几百伏电压值的高压增益(HVG)电路140上的电压输出水平。HVG电路140信号馈给一个电压放大器，它最终为阴极射线管(CRT)(没有示出)提供其所需要的几千伏。此信号可通过反馈回路120紧密地调整。
数值在范围约从100伏到200伏(100V-200V)的第二个输出电压工作于调制CRT的视频放大器150。大约6伏(6V)的第三个输出工作于驱动加热器160以加热CRT中的灯丝。12伏(12V)的第四个输出电压用于驱动音频放大器170。第五个输出电压为逻辑电路180提供5伏(5V)的电压。
视频放大器150的输出电压通过在输出端提供的一个线性调节器(LR)200来调节。音频放大器170的输出电压通过输出端的线性调节器(LR)210来调节。逻辑电路180的输出电压通过在输出端提供的线性调节器(LR)220来调节。只有HVG电路140的输出电压是通过反馈回路120借助初级边的PWM电路110来充分调节。如果不用线性调节器200、210和220来调节，其它的输出电压通常有较差的性能。
除了在正常运行期间提供电源之外，电视机的电源电路必须可进入待机模式。待机模式应消耗尽可能少的电能，但仍然提供一些最小功能。在待机模式时，希望保持CRT加热器160是热的，以便当电视机再次接通时电视图像几乎立即出现。在待机模式给逻辑电路180的电源也必须得以维持，以便当电视机再次接通时，电视机的逻辑电路180和电视机的主微处理器(没有示出)能够很快上电。
待机模式下给逻辑电路180的电源也可用于通过电源供给线240工作于红外(IR)遥控接收器230。响应于从一个典型的手持式电视机遥控单元中的红外发射器260发送的红外on/off信号，IR接收器230接收来自红外(IR)探测器250的信号。IR接收器230还包括一个存储器电路232，用于存储在关机模式期间IR接收器230没有电时的信号值。
给HVG电路140提供电源的输出电压电路有一个与负载串联的开关270，以便在待机模式期间开关270被断开以切断给HVG电路140的电源。类似地，给视频放大器150提供电源的输出电压电路有一个与负载串联的开关280，以便在待机模式期间开关280被断开以切断给视频放大器150的电源。类似地，给音频放大器170提供电源的输出电压电路有一个与负载串联的开关290，以便在待机模式期间开关290被断开以切断给音频放大器170的电源。
当运行在待机模式时，开关270、开关280和开关290被IR接收器230断开以切断由这些开关控制的各自的电路支路电源。另外，开关270、开关280和开关290在待机模式期间也可由电视机的主微处理器(没有示出)断开。由于开关270、开关280和开关290在待机模式期间被断开，所以在待机模式下电视机消耗的电能比它在正常运行模式下消耗的电能大体上低一些。
即使如此，运行在待机的模式下的电视机电源电路仍有明显的无效率。大多数电源在高输出功率水平上可高效地运行。当电源运行在低输出水平时，电源运行效率明显降低。这种无效率归因于额外的不必要的能耗。因此，希望尽可能多地降低待机模式下的能耗水平。
为了进一步降低待机模式期间的能耗水平，本发明提供一种装置和方法，以一种交替的待机模式来操作电源电路。即本发明使电源电路在运行的待机模式和关机模式之间交替。
在关机模式下，电源供给次级边的所有电源都完全断开。这意味着在关机模式的时间间隔期间，加热器电路160被断开，逻辑电路180被断开，且IR接收器230被断开。如果将待机模式和关机模式的占空比设计成50％，那么待机模式占一半时间，而关机模式占一半时间。于是使用本发明交替模式方法的待机能耗是使用标准待机模式方法时的待机能耗的一半。由于在加热器160中加热器电流也将降低一半，所以与使用标准待机模式方法开启电视机的时间相比较，启动电视机的时间将稍微增加。
如果将待机模式和关机模式的占空比设计成小于50％，那么待机模式所占时间将少于一半而关机模式所占时间将大于一半。于是采用本发明交替模式方法的待机能耗将小于采用标准待机模式方法的待机能耗的一半。
为了实现本发明的交替待机模式，将一种新型控制电路加到电源电路的初级边。此新型控制电路是待机循环计时器300。待机循环计时器300通过如图1所示的PWM电路110的“on/off”输入来控制PWM电路。待机循环计时器300由来自电源电路次级边IR接收器230的ON/STANDBY信号控制。IR接收器230给待机循环计时器300或是发送ON信号或是发送STANDBY信号。待机循环计时器300的信号由隔离器电路320将其与电源电路的信号隔离开，隔离器电路可用如本领域熟知的光隔离器装置。
当ON/STANDBY信号未被激活时(当电视机正处于正常运行过程时)，待机循环计时器300给PWM电路110产生一个连续的ON信号。当ON/STANDBY信号被激活时，那么待机循环计时器300按预先设定的占空比和频率产生交替地信号以交替接通和断开PWM电路110。
本发明的待机循环计时器300的一个优选实施例如图2所示。当ON/STANDBY信号是高(ON状态)时，则反相器400的输出是低并且与门402的输出也是低。来自与门的低输出态断开晶体管Q1 404。当晶体管Q1 404断开时，电容C406开始从Vsupply电压408充电。电容C406的电压开始向Vsupply电压408的电压水平方向增加。
当电容C406的电压向Vsupply电压408的电压水平值方向增加时，比较器二410的输出也被迫升高，因为它的负输入端阈值仅仅是Vsupply电压408的三分之一(1/3)。这是由于如下事实即电阻412的值选择为电阻414的值的两倍，并且比较器二410的负输入端连接到连接电阻412和电阻414的电路上。结果，比较器二410的输出为高并且给PWM电路110的输入一直为“ON”。
当ON/STANDBY信号变为低(当电视机在待机模式时)，那么反相器400的输出是高并且与门402的输出也是高，因为来自比较器一416的Va信号是高。来自与门402的高输出状态使晶体管Q1 404导通。导通的晶体管Q1 404迫使电容C406放电并使Vc的电压很快降到零伏电压值。
比较器一416负输入端的阈值是Vsupply电压408值的三分之二(2/3)。这是由于电阻418的值选择为电阻420的值的两倍以及比较器一416的负输入端连接到连接电阻418和电阻420的电路的事实。因为比较器一416的负输入端的阈值是Vsupply电压408值的三分之二(2/3)，所以当Vc降到零伏时，比较器一416的输出将变为低。同时，比较器二410的输出也将变为低，并因而发送一个“off”信号给PWM电路110。然后PWM电路110将自己断开。
此时因为比较器一416的输出为低，所以与门402的输出也变为低，并且晶体管Q1 404截止。晶体管Q1 404截止后，电容C406的电压将随时间常数RC慢慢增加。时间常数RC是电阻422的电阻值与电容C406的电容值的乘积。当Vc的电压达到Vsupply电压408值的三分之一(1/3)值时，比较器二410的输出变为高。从比较器二410的高输出端发送一个“on”信号给PWM电路110。“on”信号接通PWM电路110，并使电源电路100恢复待机模式。
当Vc的电压达到Vsupply电压408的三分之二(2/3)时，比较器一416的输出变为高，并且循环如图3所示重复它自己。通过给电容C406和电阻412、414、418、420和422设定适当的值，交替待机模式信号的频率和占空比可以很容易地调节到任意想要的值。
上面所描述的使用本发明的电源电路的运行用图3所示的时序示意图来说明。接收到来自IR发射器260的“off”信号之后，来自IR接收器230的ON/STANDBY输出信号变为低。同时，信号Vc、Va和PWMon/off都变为低，并且电源电路100进入关机模式。来自PWM电路110的开关信号完全断开。在由电阻422和电容C406的元件值决定的一段时间之后，待机模式被激活。此时PWM电路110进入它的待机模式(低功率模式)运行，它通常是一种成组发模的形式，其中PWM电路110以几千赫的速率在“高频率开关(high frequency switching)”和“关断(off)”之间循环。
关机模式和待机模式的交替一直继续直到IR发射器260发送一个由IR接收器230接收的“on”信号为止。因为IR接收器230只在待机模式期间是激活的，发射必须进行几次以确保它覆盖IR接收器230接通的时期。在图3中，来自IR发射器260的第一个“on”的发射在关机期间到达而没有被接收到。自IR发射器260的第二个“on”的发射在待机期间到来且被接收。
IR接收器230在存储器232中存储信号信息，以便IR接收器230在交替待机循环期间加电时，能保持在待机模式。即存储器232在IR接收器230在关机模式期间没有供电的时候为IR接收器230存储信号信息。
待机模式的持续时间和关机模式的持续时间可在四分之一(1/4)秒量级。因为按下电视机上的“power on”按钮所需的时间可能大于四分之一(1/4)秒，所以当按下“power on”按钮以及相应的“on码”时被接受到时，电视机很可能将至少在待机模式循环一部分中。因此电视观众在多数情况下通过按下一次“power on”按钮就能接通电视机。如果电视机在第一次按下“power on”按钮之后没有接通，观众可以简单地再按一次“power on”按钮。
图4是说明本发明一种典型的交替待机模式装置运行的逻辑流程示意图。在判断步骤500确定电子装置是否是接通的。如果电子装置是接通的，就使用正常工作电源，如操作步骤560所示。如果电子装置是没被接通，就接通待机电源，如操作步骤510所示。
然后电子装置在关机模式运行一个周期，如操作步骤520所示。然后电子装置在待机模式下运行一个周期，如操作步骤530所示。然后在判断步骤540再次确定电子装置是否是接通的。如果电子装置是接通的，那么就断开待机电源，如操作步骤550所示，并使用正常运行电源，如操作步骤560所示。
如果电子装置没有接通，那么电子装置再次在关机模式下运行一个周期，如操作步骤520所示，并且循环重复。待机模式和关机模式之间的交替无限地继续直到电子装置再次被接通。
虽然本发明已经就电视机电源供给作了详细描述，但是本领域的技术人员应该认识到他们在没有偏离本发明最宽形式的构思与范围下可以做出多种改变、替代和变更。