ST智慧電源管理的解決方案降低待機期間的能耗

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(gòu)是一般目的使用的，與產(chǎn)品無關(guān)。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。

待機規(guī)范能耗簡介

待機模式是指產(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。

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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對于不同產(chǎn)品是不同的，但是每個都含有一個包括 I2C 總線的主IC 控制器 ，以及至少一個喚醒源（wake-up source）。

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(guān)的功能。

電源管理模塊是與主系統(tǒng)無關(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(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I2C總線與其它設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)，而其它設備，包括低功率微控制器，則被配置成從屬（slave）系統(tǒng)。

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(guān)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(zhuǎn)入待機模式，關(guān)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I2C總線傳達到主IC 控制器，以執(zhí)行相關(guān)的操作；現(xiàn)在系統(tǒng)處于活動模式，所有功能都可以正常地執(zhí)行 。

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(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)待機命令開啟和關(guān)閉總電源。微控制器透過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

I2C從屬接口是僅使用 2 個輸入/輸出引腳來模擬的。

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(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/輸出引腳來驅(qū)動。要開啟和關(guān)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(jié)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(gòu)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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