離線電源的制作方法
【專利摘要】根據(jù)一方面，本發(fā)明實(shí)施方式提供了電源系統(tǒng)，其包括輸入線路、整流器、開關(guān)、電容器和控制電路，其中，輸入線路配置為接收輸入AC功率；整流器具有耦合到所述輸入線路的輸入和輸出；開關(guān)具有耦合到整流器的輸出的第一端和選擇性地耦合到電感器的第二端；電容器耦合到所述電感器；控制電路耦合到所述電感器和所述電容器；其中，所述控制電路被配置為控制開關(guān)以便將整流器的輸出選擇性地耦合到電感器以產(chǎn)生第一DC功率電平，當(dāng)接收到第一DC功率電平時(shí)在第一操作模式下操作，檢測整流的AC功率的相位角，以及響應(yīng)于所述相位角的檢測轉(zhuǎn)換到第二操作模式。
【專利說明】離線電源
[0001]本發(fā)明的背景發(fā)明領(lǐng)域
[0002]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)例通常涉及向低功率設(shè)備提供低電壓電源。
[0003]相關(guān)技術(shù)論述
[0004]在家庭自動(dòng)化和節(jié)能市場中，對“智能插座”以及更高成本且節(jié)能的其他智能電源產(chǎn)品的需求正在快速增長。比如，當(dāng)“智能插座”檢測到耦合到插座的設(shè)備已進(jìn)入待機(jī)模式時(shí)，這種“智能插座”可以阻止能量流向插座。另外，多個(gè)“智能插座”也可以被聯(lián)網(wǎng)在一起，以更有效地控制到多個(gè)插座的功率分配。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面針對電源系統(tǒng)，該電源系統(tǒng)包括輸入線路、整流器、開關(guān)、電容器和控制電路，其中，所述輸入線路配置為接收輸入AC功率；所述整流器具有耦合到輸入線路的輸入和輸出；所述開關(guān)具有耦合到整流器的輸出的第一端和選擇性地耦合到電感器的第二端；所述電容器耦合到電感器；所述控制電路耦合到電感器和電容器；其中，所述控制電路被配置為:控制所述開關(guān)以便將所述整流器的輸出選擇性地耦合到所述電感器以產(chǎn)生第一 DC功率電平；當(dāng)接收到所述第一 DC功率電平時(shí)在第一操作模式下操作；檢測整流的AC功率的相位角；以及響應(yīng)于所述相位角的檢測，轉(zhuǎn)換到第二操作模式。
[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，控制電路還被配置成:當(dāng)從接收來自電容器的第二 DC功率電平時(shí)，在所述第二操作模式下操作。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一操作模式是工作操作模式，且所述第二操作模式是待機(jī)操作模式，并且其中所述第一 DC功率電平大于所述第二 DC功率電平。
[0007]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，控制電路包括耦合到電感器和電容器的處理器以及耦合到開關(guān)和電容器的控制器。在一個(gè)實(shí)施方式中，處理器被配置為在待機(jī)操作模式下將選定的處理器任務(wù)暫停。在另一個(gè)實(shí)施方式中，電源系統(tǒng)還包括過零點(diǎn)(zero-crossing)標(biāo)志線，其被耦合到處理器并被配置成檢測所整流的AC功率的相位角。另一個(gè)實(shí)施方式中，開關(guān)被控制器控制以便將整流器的輸出選擇性地耦合到電感器從而向電感器提供電壓脈沖。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，開關(guān)是場效應(yīng)晶體管。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述開關(guān)以處于5MHz-20MHz范圍內(nèi)的切換頻率被控制電路操作。在另一個(gè)實(shí)施方式中，電感器的值在10uH-500uH的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，電容器的值在InF至1yF的范圍內(nèi)。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述整流器、開關(guān)、電感器和控制電路被集成在單個(gè)芯片內(nèi)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面針對向耦合到AC輸入線路的處理器提供DC功率的方法，該方法包括:接收來自耦合到AC輸入線路的AC電源的輸入AC功率；整流所述輸入AC功率以產(chǎn)生整流的AC功率；通過將所整流的AC功率選擇性地耦合到電感器，由所整流的AC功率產(chǎn)生第一 DC功率電平；向電容器和處理器提供所述第一 DC功率電平并在第一操作模式下操作處理器；檢測所整流的AC功率的相位角；以及響應(yīng)于所述相位角的檢測，將所述處理器轉(zhuǎn)換到第二操作模式。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，將所述處理器轉(zhuǎn)換到第二操作模式包括將所述處理器轉(zhuǎn)換到待機(jī)操作模式，并且使所述電容器放電以在第二操作模式下向處理器提供小于所述第一 DC功率電平的第二 DC功率電平。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括當(dāng)處理器在所述待機(jī)操作模式下時(shí)將選定的處理器任務(wù)暫停。
[0012]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，檢測包括監(jiān)測耦合到處理器的過零點(diǎn)標(biāo)志線，并確定對應(yīng)于所整流的AC功率的相位角范圍的過零點(diǎn)窗口，所述相位角范圍包括在其處所整流的AC功率具有零電壓值的相位角。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括響應(yīng)于過零點(diǎn)窗口已經(jīng)過去的判定，將所述處理器轉(zhuǎn)換到第一操作模式。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，產(chǎn)生包括使用具有固定頻率和隨相位角的變化而變化的占空比的控制信號(hào)將所整流的AC功率選擇性地耦合到電感器。在一個(gè)實(shí)施方式中，將所整流的AC功率選擇性地耦合到電感器包括使用控制信號(hào)控制開關(guān)以向電感器提供來自所整流的AC功率的電壓脈沖。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面還針對處理器系統(tǒng)，該處理器系統(tǒng)包括輸入線路、處理器和裝置，其中，所述輸入線路被配置為接收輸入AC功率，所述輸入AC功率具有周期性波形，所述周期性波形包括在其處波形的電壓小于閾值電壓的部分；所述處理器被配置為在來源于所述輸入AC功率的DC功率下操作；所述裝置用于檢測波形的電壓并且在檢測到電壓大于壓閾值時(shí)控制處理器以在第一操作模式下操作，以及用于在檢測到電壓等于或小于電壓閾值時(shí)在第二操作模式下操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖不旨在按比例繪制。在附圖中，用同樣的數(shù)字表示在各圖中示出的每個(gè)相同的或幾乎相同的組件。為清楚起見，并非每個(gè)組件都可以標(biāo)記在每個(gè)附圖中。在附圖中:
[0016]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面的電源系統(tǒng)的電路圖；
[0017]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面的整流的信號(hào)和對應(yīng)的電壓脈沖的圖形；以及
[0018]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面的用于提供來自AC干線的低DC電源電壓的過程的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的實(shí)施方式不限于以下描述中所闡述或附圖中所示的組件的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的實(shí)施方式能夠以多種方式被實(shí)踐或?qū)嵤?。而且，本文所用措詞和術(shù)語以描述為目的而不應(yīng)當(dāng)被視為限制。本文對“包含(including) ”、“包括(comprising)”、或“具有(having) ”、“容納(containing) ”、“含有(involving) ”以及其變化的使用是指包括其后列出的項(xiàng)和其等效物以及其他項(xiàng)。
[0020]如上面所討論的，“智能插座”和其他智能電源產(chǎn)品通常被用來改善成本和效率。“智能插座”通常包括配置為監(jiān)測和控制插座的嵌入式處理器。嵌入式處理器通常耦合到向插座提供功率的AC干線。然而，在最小化對提供至插座的功率的影響的同時(shí)使嵌入式處理器與AC線路斷開運(yùn)行，可能會(huì)要求該嵌入式處理器是低功耗處理器。例如，嵌入式低功率處理器可以接收來自耦合到AC線路的低電壓電源的低電源電壓。由AC線路產(chǎn)生這種低電壓電源通常要求在低電壓電源內(nèi)使用高電壓輸入電容器和高電容輸出電容器，這兩者都是比較大的。低電壓電源還可以包括其他組件(如，二極管、電感器、控制器集成電路(1C)、晶體管、電阻器、電容器等)，這些組件同樣占據(jù)了寶貴的空間并導(dǎo)致電源變得昂貴。
[0021]本文所述的至少一些實(shí)施方式提供了低成本和小尺寸的低電壓電源設(shè)計(jì)，其可以消除對輸入電容器的需求并且降低電源內(nèi)的其他組件的尺寸。
[0022]圖1是依據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的電源系統(tǒng)102的電路圖。電源系統(tǒng)102耦合到AC線路101和零線輸入103，并且包括被配置為操作電源系統(tǒng)102的控制電路。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制電路包括處理器116和開關(guān)控制器107。
[0023]電源系統(tǒng)102還包括橋式整流器104。橋式整流器104被耦合到AC線路101和零線103輸入，并且包括多個(gè)二極管(第一個(gè)二極管104a、第二個(gè)二極管104d、第三個(gè)二極管104g和第四個(gè)二極管104j)。第一個(gè)二極管104a的陽極104c和第二個(gè)二極管104d的陰極104e都被耦合到AC線路輸入101。第四個(gè)二級管104j的陽極104k和第三個(gè)二極管104g的陰極104i都被耦合到AC零線103。第二個(gè)二極管104d的陽極104f和第三個(gè)二極管104g的陽極104h都經(jīng)由負(fù)電源線115被耦合到處理器116。第一個(gè)二極管104a的陰極104b和第四個(gè)二極管105j的陰極1041都被耦合到開關(guān)106。
[0024]開關(guān)106也被耦合到電感器112的輸入113和開關(guān)控制器107。根據(jù)一個(gè)實(shí)例方式，開關(guān)106是單個(gè)高速、高電壓的晶體管(例如，場效應(yīng)晶體管(FET))。然而在其他實(shí)施方式中，開關(guān)106可以是其他任何類型的高速、高電壓的晶體管(例如，氮化鎵晶體管或碳化硅晶體管)。同樣在其他實(shí)施方式中，可以在開關(guān)106中使用任意數(shù)量的高速、高電壓的晶體管。
[0025]開關(guān)控制器117被耦合到負(fù)電源線115并且耦合到第一個(gè)二極管104a的陰極104b。開關(guān)控制器107還經(jīng)由反饋線路119被耦合到正電源線117。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，開關(guān)控制器107包括比較器。
[0026]電感器112的輸出118經(jīng)由正電源線117耦合到處理器116。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，電感器112比較小。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，電感器112的值為100uH(假設(shè)時(shí)鐘頻率>10MHz)。然而，在其他實(shí)施方式中，電感器112可以是任何合適的大小。
[0027]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,處理器116是低功率處理器。例如,在一個(gè)實(shí)施方式中，處理器116的電源要求是2.0-3.6V，工作電流要求大約是10mA，并且待機(jī)(或休眠)電流要求大約是I μ A。然而，在其他實(shí)施方式中，處理器116可以具有不同的電源要求。
[0028]第五個(gè)二極管108耦合在電源系統(tǒng)102上。第五個(gè)二極管108的陰極109耦合到開關(guān)106和電感器112的輸入113，并且第五個(gè)二極管111的陽極111被耦合到負(fù)電源線115。
[0029]輸出電容器110被f禹合在正電源線117和負(fù)電源線115之間。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，輸出電容器110比較小。如，在一個(gè)實(shí)施方式中，輸出電容器110的值約是5nF。然而，在其他實(shí)施方式中，輸出電容器110可以是任何合適的大小。
[0030]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，電源系統(tǒng)102還包括被稱合在開關(guān)106和處理器116之間的過零點(diǎn)標(biāo)志線114。
[0031]經(jīng)由AC線路輸入101提供給橋式整流器104的AC功率被整流，并且全波整流功率被提供給開關(guān)106。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，從AC線路輸入101經(jīng)由橋式整流器104通過開關(guān)106接收到的電壓的范圍從OV變化到354V。為了將相對高的電壓(如，354V)降到適合于低功率處理器116 (如，降到3.3VDC)的水平，基于經(jīng)由反饋線路119感測的正電源線117上的電壓，通過開關(guān)控制器107打開和關(guān)閉開關(guān)106，以便驅(qū)動(dòng)電感器112向處理器116提供合適的電壓水平。
[0032]當(dāng)開關(guān)106關(guān)閉時(shí)，來自開關(guān)106(即，來自接收到的整流功率)的電壓驅(qū)動(dòng)電感器112以便為電容器110充電且將電壓提供給處理器116的正電源線117。因?yàn)殡姼衅?12比較小(如，10uH)，故為避免電感器飽和，通過開關(guān)控制器107快速地打開和關(guān)閉開關(guān)106以產(chǎn)生窄電壓脈沖(即，由開關(guān)106接收的整流功率的狹窄部分)。窄電壓脈沖在一段短時(shí)間內(nèi)驅(qū)動(dòng)電感器112，在正電源線117上產(chǎn)生所需電壓以向處理器116供電，同時(shí)防止電感器飽和。
[0033]當(dāng)開關(guān)106打開時(shí)，在電感器113的輸入113處的電壓向負(fù)方向移動(dòng)直到第五個(gè)二極管108打開，并且向輸出電容器110提供了之前存儲(chǔ)在電感器112中的能量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，因?yàn)樘幚砥?16從輸出電容器110連續(xù)地獲取功率，電源電壓可能下降。
[0034]因?yàn)殡姼衅?12和輸出電容器110的值相對較小，電感器112和輸出電容器110的存儲(chǔ)容量可能是有限的。因此，當(dāng)開關(guān)106向電感器112提供的電壓脈沖變?yōu)榱銜r(shí)，在開關(guān)106接收到的整流功率的過零點(diǎn)附近，存儲(chǔ)在電感器112和輸出電容器110上的能量可能沒有處于單獨(dú)為處理器完全供電的足夠水平(例如，在3.3VDC和1mA處)。因此，某些處理器任務(wù)可能會(huì)被中斷。
[0035]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，為了避免當(dāng)存儲(chǔ)在電感器112和輸出電容器110中的能量不足以為工作狀態(tài)下的處理器116完全供電時(shí)(即，在開關(guān)106接收到的整流功率的過零點(diǎn)附近)處理器任務(wù)的中斷，處理器116針對臨近過零點(diǎn)監(jiān)測在開關(guān)106處接收到的整流功率(例如，經(jīng)由過零點(diǎn)標(biāo)志線114)。比如，在一個(gè)實(shí)施方式中，處理器116確定在整流功率的過零點(diǎn)臨近時(shí)的相位角。然后處理器116針對該相位角(即，為處理器116指示出所整流的功率的過零點(diǎn)臨近的相位角)監(jiān)測整流的功率(例如，經(jīng)由過零點(diǎn)標(biāo)志線114)。臨近過零點(diǎn)的指示并不一定意味著該整流功率已經(jīng)或?qū)⒁^零點(diǎn)，而是僅僅指示所整流的功率正在臨近或已經(jīng)達(dá)到零點(diǎn)。在其他實(shí)施方式中，用于識(shí)別臨近過零點(diǎn)的任何合適的方法都可以使用。
[0036]當(dāng)處理器116感測到臨近過零點(diǎn)時(shí)，處理器116轉(zhuǎn)換到待機(jī)(或休眠)狀態(tài)直到過零點(diǎn)窗口(即，當(dāng)過零點(diǎn)存在時(shí))過去。通過進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，在過零點(diǎn)附近，處理器需要較低量的功率(相比于工作狀態(tài))以保持處理器116的狀態(tài)，并且輸出電容器110和電感器112可以成功地提供較低量的功率。當(dāng)處理器116在待機(jī)狀態(tài)下時(shí)(即，在過零點(diǎn)窗口中)，某些不能被中斷的處理器任務(wù)(例如，無線電通訊或傳感器讀取)會(huì)暫停直到過零點(diǎn)窗口過去為止。
[0037]如，在工作狀態(tài)下操作時(shí)，處理器116針對臨近的過零點(diǎn)監(jiān)測在開關(guān)106處的接收的整流功率。一旦經(jīng)由過零點(diǎn)標(biāo)志線114感測到的臨近的過零點(diǎn)，處理器116就轉(zhuǎn)換到待機(jī)(或休眠)狀態(tài)以避免處理器任務(wù)的中斷。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在待機(jī)狀態(tài)下，處理器116要求I μ A和至少2V以在過零點(diǎn)窗口期間維持處理器的狀態(tài)(與當(dāng)處理器處于工作狀態(tài)時(shí)的1mA和3.3V并列)。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)處理器116在待機(jī)狀態(tài)下時(shí),5nF的輸出電容器110具有足夠容量(當(dāng)處理器116在工作狀態(tài)下時(shí)充電)來維持處理器116的狀態(tài)，其電壓僅下降34mV且在50Hz處，過零點(diǎn)時(shí)間大約是170uS。
[0038]在其他實(shí)施方式中，其中處理器的待機(jī)和/或工作電源要求是不同的，輸出電容器110和電感器112的值可以進(jìn)行不同地設(shè)計(jì)，以便提供能夠在過零點(diǎn)窗口期間為待機(jī)模式下的處理器116供電的合適的存儲(chǔ)容量。
[0039]一旦處理器116確定過零點(diǎn)窗口已經(jīng)過去，則利用來自電感器112 (由開關(guān)116的電壓脈沖驅(qū)動(dòng))的功率為處理器116供電以進(jìn)入工作狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施方式中，過零點(diǎn)窗口(即，當(dāng)處理器116在待機(jī)模式中且不能執(zhí)行某些任務(wù)時(shí))是170 μ S(即，大約為180度的線路周期中的3度寬或整個(gè)線路周期的1.7%);然而，在其他實(shí)施方式中，基于提供給開關(guān)106的整流功率，過零點(diǎn)窗口可以是不同的。在一個(gè)實(shí)施方式中，任務(wù)窗口(即，處理器能夠執(zhí)行任務(wù)而不被中斷的時(shí)間段)是10mS。
[0040]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在指定的任務(wù)窗口中某些處理器任務(wù)不能完全被執(zhí)行。比如，某些無線個(gè)人局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)(即，使用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，例如ZigBee)可能需要多于上面討論的示例性1mS的任務(wù)窗口。比如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，ZigBee通信可以在5mS內(nèi)被執(zhí)行，但最初的網(wǎng)絡(luò)連接需要15mS。在這種情況下，用于粒化網(wǎng)絡(luò)連接過程(即，在多個(gè)任務(wù)窗口上傳播該過程)的技術(shù)可以被用來防止該過程的突然中斷。
[0041]圖2是示出通過開關(guān)106接收的整流功率202和通過開關(guān)106由整流功率202產(chǎn)生的并提供給電感器112以驅(qū)動(dòng)電感器112的電壓脈沖204的一個(gè)實(shí)施方式的圖形200。全波整流功率202通過橋式整流器114由接收自AC線路輸入101的AC信號(hào)產(chǎn)生，并被提供給開關(guān)106。
[0042]當(dāng)開關(guān)106快速地打開和關(guān)閉，例如以1MHz或更大頻率打開和關(guān)閉時(shí)，整流功率202的一部分(S卩，電壓脈沖204)被提供給電感器112。接近整流功率202的峰值206處，電壓脈沖204在它們最窄的寬度處，而整流功率202在其最大幅度處，且只有整流功率202的一小部分是必須來驅(qū)動(dòng)電感器112以向處理器116提供必要的功率。然而，當(dāng)整流功率202向它的最小值208 ( S卩，向過零點(diǎn)210)移動(dòng)時(shí)，電壓脈沖204隨著整流功率202向零點(diǎn)移動(dòng)而變得更寬，并且需要整流功率202的更大部分來驅(qū)動(dòng)電感器112以向處理器116提供必要的功率。
[0043]如上所述，處理器116經(jīng)由過零點(diǎn)標(biāo)志線114針對臨近的過零點(diǎn)的監(jiān)測整流功率202。在過零點(diǎn)210處，電壓脈沖204變成零，同樣整流功率202也變成零。因此，當(dāng)過零點(diǎn)210臨近時(shí)，處理器轉(zhuǎn)換到待機(jī)模式并通過之前存儲(chǔ)在輸出電容器110和電感器112上的功率維持在待機(jī)模式中。當(dāng)處理器116確定過零點(diǎn)窗口已經(jīng)過去時(shí)，處理器116轉(zhuǎn)換回工作模式，并通過由電壓脈沖204再次驅(qū)動(dòng)的電感器112供電。
[0044]圖3是示出用于從具有電源系統(tǒng)102的AC干線提供低電源電壓的過程300的流程圖。在框302中，電源系統(tǒng)102從AC線路輸入101和零線輸入103接收AC功率。在框304中，全橋式整流器104將接收的AC功率整流并生成全波整流的AC功率。
[0045]在框306中，開關(guān)106是關(guān)閉的且全波整流AC功率中的一部分(S卩，電壓脈沖)被提供給電感器112。在框308中，電感器112由接收自開關(guān)106的整流功率的一部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以向處理器116提供電壓。在大體相同的時(shí)刻，在框310中，電感器112也由接收自開關(guān)106的整流功率的一部分驅(qū)動(dòng)，以向輸出電容器110提供電壓,從而為輸出電容器110充電。
[0046]在框312中，開關(guān)106是打開的且向電感器112提供的電壓脈沖變?yōu)榱?。在?14中，向處理器116提供存儲(chǔ)在電感器112和輸出電容器110中的能量。在框306中，開關(guān)106再次關(guān)閉。如上所述，穩(wěn)壓器的切換頻率比較高，使得相對迅地執(zhí)行框306至314，以避免相對較小的電感器112的飽和，并且使得電感器112向處理器116提供合適的電壓水平。
[0047]在框316中，一旦電感器112被驅(qū)動(dòng)以向處理器116供電，則該處理器被供電進(jìn)入工作狀態(tài)。在框318中，當(dāng)被來自電感器112的電壓供電時(shí)，處理器115檢測在開關(guān)106處的整流功率。在框320中，作出整流功率的過零點(diǎn)是否臨近的判定。在框316中，作為對過零點(diǎn)不存在的判定的響應(yīng)，處理器116保持在工作狀態(tài)中且在框318中繼續(xù)針對臨近的過零點(diǎn)監(jiān)測整流功率。在框322中，作為對臨近的過零點(diǎn)的識(shí)別的響應(yīng)，處理器116進(jìn)入待機(jī)(或休眠)狀態(tài)。如上所述，在待機(jī)狀態(tài)中，輸出電容器110和電感器112滿足了處理器的低功率要求。同樣在待機(jī)狀態(tài)中，不能被中斷的某些處理器任務(wù)被暫停直到過零點(diǎn)窗口過去為止。
[0048]在框320中，作出整流功率的過零點(diǎn)窗口是否已經(jīng)過去的判定。作為對過零點(diǎn)不存在的判定的響應(yīng)，在框316中處理器116轉(zhuǎn)換回工作狀態(tài)且在框318中繼續(xù)針對過零點(diǎn)監(jiān)測整流功率。作為對過零點(diǎn)仍然存在的判定的響應(yīng)，在框318和320中，處理器116維持在待機(jī)狀態(tài)并繼續(xù)針對過零點(diǎn)窗口結(jié)束監(jiān)測整流功率。
[0049]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，由于在電源中省去輸入電容器且縮小其他組件(如，輸出電容器110和電感器112)的尺寸，因此整個(gè)電源系統(tǒng)102被集成到單個(gè)芯片上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，由于縮小了電源系統(tǒng)102的尺寸，該電源系統(tǒng)102連同其他專用電路被結(jié)合到單個(gè)芯片上。比如，電源系統(tǒng)102和附加專用電路(如，線性霍爾效應(yīng)(hall-effect)電流傳感器、電壓測量、功率開關(guān)、數(shù)字化霍爾效應(yīng)傳感器、天線等等)可以全部被包含在“智能插座”的單個(gè)芯片內(nèi)。
[0050]如本文所述，開關(guān)106是高速、高電壓的開關(guān)；然而，在其他實(shí)施方式中，可以使用能夠驅(qū)動(dòng)電感器112來向處理器116提供合適的電壓水平的任何類型的開關(guān)106。
[0051]同樣如本文所述，電源系統(tǒng)102被描述為關(guān)于智能電源產(chǎn)品；然而，在其他實(shí)施方式中，電源系統(tǒng)102可用于需要電源從AC干線向設(shè)備提供低電壓的任何地方。
[0052]如本文所述，電源系統(tǒng)102包括能夠進(jìn)行全波整流的橋式整流器104 ;然而，在其他實(shí)施方式中，可以使用任何其他類型的整流器(如，半波整流器)，且處理器可以被配置為引起相應(yīng)的過零點(diǎn)和任務(wù)窗口。
[0053]如本文所述，電源系統(tǒng)102向處理器提供低電平功率；然而，在其他實(shí)施方式中，電源系統(tǒng)102可以被配置為向任何低功率設(shè)備提供低電平功率。
[0054]同樣如本文所述，電源系統(tǒng)102的控制電路包括處理器116和開關(guān)控制器107 ;然而，在其他實(shí)施方式中，電源系統(tǒng)102的控制電路可以只包括處理器116。在這樣的實(shí)施方式中，處理器116將控制開關(guān)106，而不是開關(guān)控制器107控制開關(guān)106，從而驅(qū)動(dòng)電感器112以向處理器116提供合適的電壓。
[0055]如本文所述，通過使用開關(guān)以驅(qū)動(dòng)電感器，電源系統(tǒng)102能夠?qū)⒏逜C干線輸入電壓降到相對較低的電壓電源水平，而沒有使用大的輸入電容器。另外，通過使用低占空比的開關(guān)式穩(wěn)壓器(如，5%)，電源系統(tǒng)102中某些組件(如，輸出電容器和電感器)的尺寸可以被縮小。最后，通過使得與電源系統(tǒng)102耦合的處理器在檢測到臨近的過零點(diǎn)時(shí)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，電源系統(tǒng)102能夠防止由于能量存儲(chǔ)容量降低的處理器任務(wù)中斷。
[0056]如此描述了本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的若干方面，應(yīng)當(dāng)理解，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，容易想到多種替換、修改和改進(jìn)。這樣的替換、修改和改進(jìn)旨在作為本公開的一部分，且旨在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。相應(yīng)地，前面的描述和附圖僅是作為示例。
【權(quán)利要求】
1.一種電源系統(tǒng),包括: 輸入線路，所述輸入線路被配置為接收輸入AC功率； 整流器，所述整流器具有耦合到所述輸入線路的輸入和輸出； 開關(guān)，所述開關(guān)具有耦合到所述整流器的輸出的第一端和選擇性耦合到電感器的第二端; 電容器，所述電容器耦合到所述電感器；以及 控制電路，所述控制電路耦合到所述電感器和所述電容器， 其中，所述控制電路被配置為: 控制所述開關(guān)以便將所述整流器的輸出選擇性耦合到所述電感器，從而產(chǎn)生第一 DC功率電平； 當(dāng)接收到所述第一 DC功率電平時(shí)在第一操作模式下操作； 檢測整流的AC功率的相位角；以及 響應(yīng)于所述相位角的檢測，轉(zhuǎn)換到第二操作模式。
2.如權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中，所述控制電路還被配置成:當(dāng)接收來自所述電容器的第二 DC功率電平時(shí)，在所述第二操作模式下操作。
3.如權(quán)利要求2所述的電源系統(tǒng)，其中，所述第一操作模式是工作操作模式，且所述第二操作模式是待機(jī)操作模式，并且其中，所述第一 DC功率電平大于所述第二 DC功率電平。
4.如權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其中，所述控制電路包括耦合到所述電感器和所述電容器的處理器以及耦合到所述開關(guān)和所述電容器的控制器。
5.如權(quán)利要求4所述的電源系統(tǒng)，其中，所述處理器被配置為在所述待機(jī)操作模式下使選定的處理器任務(wù)暫停。
6.如權(quán)利要求4所述的電源系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)被所述控制器控制成將所述整流器的輸出選擇性地耦合到所述電感器以向所述電感器提供電壓脈沖。
7.如權(quán)利要求4所述的電源系統(tǒng)，還包括過零點(diǎn)標(biāo)志線，所述過零點(diǎn)標(biāo)志線被耦合到所述處理器并被配置成檢測所整流的AC功率的相位角。
8.如權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)是場效應(yīng)晶體管。
9.如權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)以處于5MHz-20MHz范圍內(nèi)的切換頻率通過所述控制電路進(jìn)行操作。
10.如權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng),其中，所述電感器的值在10uH-500uH的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中，所述電容器的值在InF至1yF的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中，所述整流器、所述開關(guān)、所述電感器和所述控制電路被集成在單個(gè)芯片上。
13.一種向耦合到AC輸入線路的處理器提供DC功率的方法，所述方法包括: 接收來自耦合到所述AC輸入線路的AC電源的輸入AC功率； 整流所述輸入AC功率以產(chǎn)生整流的AC功率； 通過將所整流的AC功率選擇性地耦合到電感器，由所整流的AC功率產(chǎn)生第一 DC功率電平； 向電容器和所述處理器提供所述第一 DC功率電平并在第一操作模式下操作所述處理器； 檢測所整流的AC功率的相位角；以及 響應(yīng)于所述相位角的檢測，將所述處理器轉(zhuǎn)換到第二操作模式。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，將所述處理器轉(zhuǎn)換到第二操作模式包括:將所述處理器轉(zhuǎn)換到待機(jī)操作模式并且使所述電容器放電，以在所述第二操作模式下向所述處理器提供小于所述第一 DC功率電平的第二 DC功率電平。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括:在所述處理器處于所述待機(jī)操作模式下時(shí)將選定的處理器任務(wù)暫停。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，檢測包括:監(jiān)測耦合到所述處理器的過零點(diǎn)標(biāo)志線，并確定對應(yīng)于所整流的AC功率的相位角范圍的過零點(diǎn)窗口，所述相位角范圍包括在其處所整流的AC功率具有零電壓值的相位角。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括:響應(yīng)于所述過零點(diǎn)窗口已經(jīng)過去的判定，將所述處理器轉(zhuǎn)換到所述第一操作模式。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，產(chǎn)生包括:使用具有固定頻率和隨所述相位角的變化而變化的占空比的控制信號(hào)將所整流的AC功率選擇性地耦合到所述電感器。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，將所整流的AC功率選擇性地耦合到所述電感器包括:使用所述控制信號(hào)控制所述開關(guān)以向所述電感器提供來自所整流的AC功率的電壓脈沖。
20.—種處理器系統(tǒng)，包括: 輸入線路,所述輸入線路被配置為接收輸入AC功率，所述輸入AC功率具有周期性波形，所述周期性波形包括在其處所述波形的電壓小于閾值電壓的部分； 處理器，所述處理器被配置為在來源于所述輸入AC功率的DC功率下進(jìn)行操作；以及 裝置，所述裝置用于檢測所述波形的電壓，并且在檢測到所述電壓大于所述電壓閾值時(shí)控制所述處理器以在第一操作模式下操作，以及用于在檢測到所述電壓等于或小于所述電壓閾值時(shí)在第二操作模式下操作。
【文檔編號(hào)】H02H7/125GK104247191SQ201280072073
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月1日
【發(fā)明者】加里·R·瓦萊 申請人:施耐德電氣It公司