智能電源管理解決方案大幅度降低待機(jī)能耗
簡(jiǎn)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(shè)備，都有著待機(jī)期間耗電量大的問(wèn)題。這不僅浪費(fèi)電力和資金，同時(shí)對(duì)環(huán)境也有不利的影響。正是由于這個(gè)原因，現(xiàn)在對(duì)于大部分產(chǎn)品，都有相對(duì)應(yīng)的法規(guī)來(lái)嚴(yán)格地限制待機(jī)期間的能耗。
本文針對(duì)待機(jī)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(jī)節(jié)電（on-Power saving）。
除智能型電源管理之外，該架構(gòu)是一般目的使用的，與產(chǎn)品無(wú)關(guān)。它可以輕易地適應(yīng)和嵌入到消費(fèi)性設(shè)備、辦公設(shè)備和家用電器中。
待機(jī)規(guī)范能耗簡(jiǎn)介
待機(jī)模式是指產(chǎn)品被關(guān)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(dòng)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(shí)的狀態(tài)。
因?yàn)樵S多設(shè)備在多數(shù)時(shí)間都處于待機(jī)模式—如數(shù)字電視或打印機(jī)，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(jī)模式下的能耗應(yīng)少于或等于1至2 瓦特，根據(jù)設(shè)備類型有所不同，例如，對(duì)音頻/視頻產(chǎn)品而言，這個(gè)值固定為 1 瓦特。
STMicroelectronics的電源管理解決方案
ST 提出了一套智能型電源管理方案，該方案對(duì)于設(shè)計(jì)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(gè)通用低功率微控制器。
圖 1 顯示了常規(guī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，這些系統(tǒng)包括音頻/視頻產(chǎn)品、辦公設(shè)備和家用電器產(chǎn)品。不論是什么應(yīng)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IC 控制器管理所有的系統(tǒng)功能，與待機(jī)控制器、喚醒源和其它設(shè)備相連接。
喚醒源是指能命令待機(jī)控制器退出待機(jī)模式和回到活動(dòng)模式的事件。常用喚醒源是遠(yuǎn)程控制接收器、鍵盤、VGA和HDMI輸入等。喚醒源也可以是定時(shí)器事件（timer event），用于記錄、啟動(dòng)特定的操作，或用于定期更新。
在活動(dòng)模式期間，喚醒源與主IC 控制器相連接來(lái)執(zhí)行與命令相關(guān)的功能。
電源管理模塊是與主系統(tǒng)無(wú)關(guān)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(dāng)作待機(jī)控制器使用。它接收來(lái)自主IC控制器和喚醒源的輸入，通過(guò)繼電器打開和關(guān)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(jī)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(gòu)，系統(tǒng)以兩個(gè)不同的模式（參見圖2）工作：
活動(dòng)模式，此時(shí)為主IC 控制器和其它設(shè)備供電。
待機(jī)模式，此時(shí)僅為低功率微控制器和喚醒源供電。
重設(shè)定之后的預(yù)設(shè)狀態(tài)（default state）是活動(dòng)模式。
活動(dòng)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(gè)功能；它檢測(cè)來(lái)自喚醒源（如遠(yuǎn)程控制器）和前面板的使用者輸入；它利用I2C總線與其它設(shè)備和低功率微控制器相連接，在這種情況下，主IC 控制器被配置為主系統(tǒng)，而其它設(shè)備，包括低功率微控制器，則被配置成從屬（slave）系統(tǒng)。
在活動(dòng)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(duì)定時(shí)器新事件等編程，以及發(fā)送待機(jī)命令請(qǐng)求。
一旦待機(jī)控制器從主IC 控制器收到關(guān)機(jī)命令，便進(jìn)入待機(jī)模式。
待機(jī)模式
在低功率微控制器從主IC 控制器收到待機(jī)命令時(shí)，它將系統(tǒng)轉(zhuǎn)入待機(jī)模式，關(guān)閉與全接通電源連接的繼電器。在待機(jī)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(jìn)入停機(jī)模式，等待外部輸入或定時(shí)器事件。一旦上述事件發(fā)生，低功率微控制器退出停機(jī)模式（halt mode），對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行譯碼，通過(guò)繼電器開啟整個(gè)系統(tǒng)。喚醒事件的種類和功能透過(guò)I2C總線傳達(dá)到主IC 控制器，以執(zhí)行相關(guān)的操作；現(xiàn)在系統(tǒng)處于活動(dòng)模式，所有功能都可以正常地執(zhí)行 。
應(yīng)用范例
下面舉一個(gè)如何為消費(fèi)性應(yīng)用實(shí)施待機(jī)管理控制的例子。由于它可以適應(yīng)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(chǔ) ， 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(yuǎn)程控制器的紅外線接收器和前面板按鍵（電源開啟 / 關(guān)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(jī)命令開啟和關(guān)閉總電源。微控制器透過(guò)I2C通信與主IC 控制器（主系統(tǒng)中）連接， 8 位微控制器被配置為從屬系統(tǒng)，而主IC 控制器則被配置為主系統(tǒng)。
該主微控制器的特征是：
仿真的低速I2C從屬接口通信
遠(yuǎn)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
2C從屬接口是僅使用 2 個(gè)輸入/輸出引腳來(lái)模擬的。
在待機(jī)模式時(shí)，遠(yuǎn)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(dòng)重新加載（Auto Reload）定時(shí)器周邊來(lái)實(shí)施。
在待機(jī)模式下，前面板喚醒系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，電源開啟 / 關(guān)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(lái)驅(qū)動(dòng)。要開啟和關(guān)閉，可對(duì)輸出極性進(jìn)行編程。在待機(jī)模式下，微控制器處于停機(jī)模式，以便進(jìn)一步降低功耗；可利用外部中斷來(lái)退出待機(jī)模式。
應(yīng)用流程如圖4所示：
結(jié)論
為了大幅地降低能耗，ST 提出了產(chǎn)品待機(jī)期間的智能型電源解決方案。ST 的架構(gòu)是以低功率的微控制器為基礎(chǔ)，它藉由斷開大部分系統(tǒng)與總電源的連接來(lái)大幅地降低待機(jī)模式下的能耗。該方案既可節(jié)能又可降低對(duì)環(huán)境的影響。
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