低功率待机电路的制作方法

低功率待机电路
1.本发明涉及一种低功率待机电路。本发明具体涉及一种用于电器的低功率待机电路，该电器诸如例如但不限于饮料制备机。
2.能量消耗是世界范围内主要关注的问题，因此低能量消耗已经成为电器，特别是家用电器的重要质量特征。当插入到电力干线上时由电器消耗的电功率或者当处于非操作模式(例如处于待机模式)时所消耗的线路功率已经例如获得了很多关注。
3.诸如家用电器之类的电器通常以待机模式为特征，通过致动例如开关按钮(优选为软按钮)、遥控器或任何其他适当的致动器，该电器可以从待机模式快速切换到操作模式。当处于待机模式时，与处于操作模式的电器的电消耗相比，电器的电消耗通常显著降低。然而，处于待机模式的电器的电消耗不为零，因为其控制电子器件的至少一部分通常保持活动，以便感测致动器的用户的致动，从而唤醒该电器并使其进入其操作模式。
4.需要最小化此类电器在处于待机模式时的电消耗，以便有助于减少它们的总电消耗。
5.已经提出了用于最小化电器的待机功率消耗的若干解决方案，但是在尝试实现通常被指定为零功率待机消耗(其对应于小于5mw的待机模式下的功率消耗)方面仍有改进的空间。
6.因此，本发明的目的是提供一种具有最小能量消耗的待机电路。
7.本发明的目的特别是提供一种允许实现小于5mw的待机功率消耗的待机电路。
8.本发明的另一个目的是提供一种具有最小消耗的待机电路，该待机电路可以在致动待机电路的低功率有源或无源通电开关和/或传感器时，使电器进入其操作模式。
9.这些目的和其他优点通过本发明的目的实现。
10.这些目的和其他优点特别是通过一种用于电器的待机电路来实现的，该待机电路包括：ac功率输入，该ac功率输入用于连接到ac电源(例如连接到市电)；ac功率输出，该ac功率输出用于连接到电器的控制电路；控制电路电源线，该控制电路电源线将该ac功率输入连接到该ac功率输出，该控制电路电源线包括用于闭合和断开该控制电路电源线的控制电路电源开关；逻辑器件，该逻辑器件用于控制该控制电路电源开关；辅助ac-dc转换器，该辅助ac-dc转换器连接到该ac功率输入，用于在该控制电路电源线断开时将dc功率供应到该逻辑器件；通电ac-dc转换器，该通电ac-dc转换器连接到该ac功率输出，用于在该控制电路电源线闭合时将dc功率供应到该逻辑器件；一个或多个无源和/或有源输入部件，该一个或多个无源和/或有源输入部件用于感测所述电器的用户的输入并且生成相应的信号，其中该逻辑器件被配置为从该一个或多个无源和/或有源输入部件接收该信号，并且基于该信号控制该控制电路电源开关。
11.当电器处于其待机模式时使用用于向待机电路供应dc功率的辅助ac-dc转换器，以及当电器处于其操作模式时使用用于向待机电路供应dc功率的另一通电ac-dc转换器允许设计具有最小能量消耗的辅助ac-dc转换器，其尺寸被设计为仅提供一个或多个有源或无源部件所需要的dc功率量，以用于通过逻辑器件感测用户输入和用于接通控制电路电源开关。当电器处于其操作模式时，例如为了一旦闭合就驱动控制电路电源开关，待机电路所
需的更高功率由优选更强大的通电ac-dc控制器提供，当电器处于其待机模式时，该通电ac-dc控制器不被供电。
12.控制电路电源开关例如是triac，例如光电三端双向可控硅开关元件或继电器。
13.优选地，辅助ac-dc转换器的ac带电输入的阻抗高于通电ac-dc转换器的ac带电输入的阻抗，使得当控制电路电源线闭合并且通电ac-dc转换器被供电时，辅助ac-dc转换器不活动。
14.优选地，辅助ac-dc转换器和通电ac-dc转换器仅包括分立部件。
15.在实施方案中，一个或多个无源和/或有源输入部件包括软开关按钮。
16.在实施方案中，一个或多个无源和/或有源输入部件包括有源部件，例如霍尔传感器。
17.这些目的和其他优点还通过一种电器(例如饮料制备机)来实现，该电器包括此类待机电路、用于控制该电器的控制电路和电负载，其中通过待机电路切换到控制电路的供电，并且通过控制电路切换到负载的供电。
18.这些目的和其他优点还通过一种用于使此类电器从其待机模式进入其操作模式的方法来实现，该方法包括以下步骤：
[0019]-由用户致动该一个或多个无源和/或有源输入部件中的一个无源和/或有源输入部件；
[0020]-由该待机电路的该逻辑器件从所述一个或多个无源和/或有源输入部件中的一个无源和/或有源输入部件接收信号；
[0021]-由该逻辑器件发射用于接通该控制电路电源开关的控制信号，以对该电器的该控制电路通电。
[0022]
优选地，该方法还包括以下步骤：通过该控制电路闭合该负载电源开关以对电器的负载通电。
[0023]
通过附图所示的以下详细描述，将更好地理解本发明，其中：
[0024]-图1是根据本发明的具有待机电路的电器的示意图；
[0025]-图2是根据本发明的待机电路的示意图；
[0026]-图3是根据本发明的待机电路的功率部分的一个实施方案的电气示意图；
[0027]-图4示出了图3的待机电路的逻辑器件及其接口。
[0028]
图1示意性地示出了包括根据本发明的待机电路2的电器1。电器1例如是家用电器，诸如例如但不限于饮料制备机，例如咖啡制备机和/或茶制备机。根据本发明，当电器1处于待机模式时，待机电路2控制电器1，而电器1的控制电路3在操作模式下控制电器1。电器1通常还包括电负载4，诸如例如但不限于泵、加热器、电动冲泡单元和/或优选由电器1的控制电路3控制的电器的任何其他ac供电电气部件中的一者或多者。
[0029]
电器1优选地包括ac电源端子11、12，用于其到外部ac电源5的电连接。ac电源端子11、12例如是用于其连接到电源插座的电源插头，该电源插座连接到市电，即连接到公共配电网络。ac电源端子11、12优选地包括ac带电(ac-l)输入端子11和ac中性(ac-n)输入端子12。
[0030]
当电器1连接到ac电源5并且处于其待机模式时，其大部分功能被禁用。特别地，电负载4和控制电路3不被供电。然而，当电器1处于其待机模式时，待机电路2保持通电。如将
在下面更详细解释的，待机电路2被配置用于将控制电路电源线30切换到控制电路3，并且控制电路3被配置用于将负载电源线40切换到负载4。优选地，待机电路2被配置为接通和断开控制电路电源线30两者。
[0031]
当电器1处于其操作模式时，其大部分部件，优选地其所有部件被通电并且可操作。控制电路3被配置用于以本领域公知的方式控制电器1在处于操作模式时的功能，因此这里不再详细描述。控制电路3优选地连接到和/或包括电器1的用户接口(图中未示出)，用于从电器1的用户接收命令并且相应地控制电器1的各种元件以便实现所请求的功能或操作，例如饮料的生产和输送。另选地或附加地，用户接口远离电器，例如作为专用外部遥控器和/或作为移动设备(诸如例如智能电话或膝上型计算机)上的应用，该膝上型计算机优选使用无线通信协议(诸如例如蓝牙或wifi)与电器1通信，用于向电器1的控制电路3发送用户命令。
[0032]
控制电路3优选地例如通过控制将负载电源线40切换到负载4的负载电源开关31(例如triac或继电器)来控制对电器1的负载4的供电。控制电路3优选地被配置为进一步控制电器1在处于其操作模式时的功能，包括负载4的功能。负载4的性质取决于电器1的性质和功能。负载4可以例如包括一个或多个电动马达、泵、加热器和/或电器1的任何其他ac供电电气元件。
[0033]
根据本发明，通过由待机电路2切换的控制电路电源线30对控制电路3供电。当连接到电器的ac输入端子11、12时，由ac电源5提供的ac功率优选地由控制电路3的ac-dc转换器转换为适当的dc功率，例如3v、5v和/或任何其他适当的dc电压，用于向控制电路3的电子部件和/或由控制电路控制的电子部件供电。
[0034]
控制电路3通常包括逻辑器件，例如asic或mcu，其充当电器1的主控制器，用于例如从用户接口、从传感器和/或从待机电路2接收控制信号，并且用于在操作模式中控制电器1的元件的操作，以便实现电器1的期望功能。控制电路3优选地还包括存储器，用于存储例如将由控制电路3的逻辑器件执行的固件和/或软件，和/或用于存储诸如用户偏好、操作参数等参数。
[0035]
在一个示例性实施方案中，电器1是饮料制备机，例如用于制备咖啡和/或茶类饮料的机器。负载4例如包括以下中的一者或多者：第一泵，该第一泵用于使水循环通过容纳饮料配料(例如研磨咖啡和/或茶叶)的冲泡单元；第一加热器，该第一加热器用于在水进入冲泡单元之前加热水；马达，该马达用于打开和关闭冲泡单元；研磨机，该研磨机用于研磨咖啡豆；第二泵，该第二泵用于泵送另一种液体饮料配料，例如牛奶；第二加热器和/或泡沫发生器，该第二加热器和/或泡沫发生器用于加热和/或发泡牛奶；等。控制单元3优选地以本领域已知的方式控制负载4，即电器1的ac供电元件，以便通过负载4的元件的适当操作序列实现所请求的饮料的制备。控制电路3可以包括和/或控制饮料制备机的其他电子部件，诸如例如传感器和/或用户接口的输入设备。控制单元3例如包括配料检测和/或识别模块，用于检测和/或识别引入到饮料制备机中的饮料配料并且优选地使操作序列(即，饮料制备配方)适应配料。附加地或另选地，控制单元3包括或控制另外的传感器，诸如例如用于控制相应的贮存器中的液体(例如水或牛奶)的液位的一个或多个液位传感器、用于控制一个或多个加热器的温度的一个或多个温度传感器等。
[0036]
根据本发明，并且参考图2，待机电路2包括控制电路电源开关21，例如triac或继
电器，用于将控制电路电源线30切换到电器的控制电路。
[0037]
待机电路2还包括两个ac-dc转换器，用于向待机电路2的电子部件和/或由待机电路控制的电子部件供应dc功率：辅助ac-dc转换器24和通电ac-dc转换器25。辅助ac-dc转换器24的ac输入侧电连接到电器的ac功率输入端子11、12，使得当电器被插入到适当的ac电源(例如，市电)时，辅助ac-dc转换器24的ac输入侧直接连接到该ac电源并且从该ac电源供电。通电ac-dc转换器25的ac输入侧电连接到到控制电路3的电源线30、相对于电源的控制电路电源开关21的下游以及电器的ac-l输入端子12，使得仅当控制电路电源线30闭合时，即当控制电路通电时，通电ac-dc转换器25才被供电。辅助ac-dc转换器24和通电ac-dc转换器25共享公共dc输出245，以向待机电路2的电子部件和/或由待机电路控制的电子部件供应dc功率。
[0038]
当电器处于其待机模式时，待机电路2的电子部件由辅助ac-dc转换器24提供的dc功率供电。当电器处于其操作模式时，控制电路电源线30闭合，并且待机电路2的电子部件优选由通电ac-dc转换器25提供的dc功率供电。
[0039]
待机电路2包括用于控制待机电路2的控制电路电源开关21和/或其他电子部件22，和/或由待机电路控制的控制电路电源开关和/或其他电子部件的逻辑器件23，诸如有源或无源通电开关和/或传感器22'、22”、22”'。待机电路2的逻辑器件23例如被配置为从一个或多个有源或无源通电开关或传感器22'、22”、22”'接收一个或多个信号，并且基于所接收的一个或多个信号来发射用于切换待机电路2的电源开关21的控制信号。一个或多个开关22'、22”、22”'例如包括致动器，诸如软按钮、触觉开关按钮、霍尔传感器、簧片开关和/或用于将电器从其待机状态切换到其操作状态的任何其他适当的致动器。一个或多个开关和/或传感器22'、22”、22”'优选地是电器的用户接口的一部分。出于安全和/或构造简单的原因，一个或多个开关和/或传感器22'、22”、22”'优选地是低功率部件。
[0040]
待机电路2优选地还包括通信接口26，用于在控制电路通电时与电器的控制电路通信。通信接口26优选地包括输入信号接口27和输出信号接口28，用于分别接收和发送信号到电器的控制电路。输入信号接口27、和输出信号28优选地是光耦合器，从而避免待机电路2的逻辑器件23与电器的控制电路的逻辑器件或任何其他电子部件之间的任何电连接。
[0041]
由待机电路2从电器的控制电路接收的信号可以例如包括指示电器的功率状态的状态信号，即，例如指示电器是否处于其操作模式。从待机电路2发送到电器的控制电路的信号可以例如包括关断信号，以向控制电路指示电器应当被切换到其待机模式，使得控制电路可以在待机电路2通过断开控制电路电源线30来关断控制电路之前，以受控方式关断电器的负载和其他部件。关断信号可以例如在一个或多个开关或传感器22'、22”、22”'中的一个开关或传感器被电器的用户激活之后，由逻辑器件23发送到控制电路。
[0042]
可以在待机电路2和电器的控制电路之间交换其他状态和/或控制信号，以便在操作模式中管理电器。
[0043]
在图3所示的根据本发明的待机电路2的一个优选的实施方案中，辅助ac-dc转换器24和通电ac-dc转换器25分别包括一对整流二极管241、242和251、252，用于对存在于它们各自的ac输入处的ac功率进行全波整流。辅助ac-dc转换器24的该对整流二极管241、242因此被连接以便对施加在电器的ac输入端子11、12处的ac功率进行整流，而通电ac-dc转换器25的该对整流二极管251、252被连接以便对施加在控制电路电源开关21下游的控制电路
电源线30与电器的ac-l输入端子12之间的ac功率进行整流。待机ac-dc转换器24和通电ac-dc转换器25优选地包括公共平滑级和公共dc输出端子245。在图3所示的一个优选的实施方案中，公共平滑级例如包括与整流二极管对241、242和251、252并联连接的dc电容器和反向击穿二极管，例如齐纳二极管。公共dc输出端子245是用于待机电路2的电子部件的dc电源。
[0044]
优选地，辅助ac-dc转换器的尺寸被设计为提供足够的dc功率以用于为以下器件供电：待机电路2的逻辑器件23；可能有源的一个或多个传感器22'、22”、22”'，用于生成唤醒信号以供待机电路2将电器从其待机模式切换到其操作模式；并且在电器进入其操作模式时在初始阶段驱动控制电路21。为了最小化电器待机消耗，辅助ac-dc转换器24的尺寸优选地被设计为使得当电器处于其操作模式并且控制电路电源线30必须保持闭合时，该辅助ac-dc转换器不提供足够的dc功率来驱动控制电路电源开关21。因此，通电ac-dc转换器25的尺寸优选被设计为提供比辅助ac-dc功率转换器25更多的dc功率，使得其可以向待机电路2的所有部件供电，包括在电器处于操作模式时驱动控制电路电源开关21。辅助ac-dc转换器24的ac带电输入线例如包括串联的ac电容器和电阻器，用于以常规方式降低施加在整流二极管241、242处的ac电压的电平，并且在电器处于其待机模式时最小化功率消耗。通电ac-dc转换器25的ac带电输入线包括分压器，该分压器包括与第二电阻器串联的第一电阻器，该第二电阻器并联连接到ac电容器，从而允许更多的功率进入通电ac-dc功率转换器25而不是进入辅助ac-dc功率转换器24。
[0045]
切换控制电路电源线30的控制电路电源开关21例如是triac 210，其切换信号通过光电三端双向可控硅开关元件211来控制，该光电三端双向可控硅开关元件继而通过来自待机电路2的逻辑器件23的控制信号来切换。光电三端双向可控硅开关元件211的使用允许防止待机电路2和ac电源线30之间的任何电流接触，从而增加电器的整体安全性。
[0046]
在图4中示意性地示出了根据本发明的待机电路的逻辑器件23的示例。逻辑器件23例如是微控制器、mcu或任何适当配置的集成电路。逻辑器件23由在辅助ac-dc转换器24和通电ac-dc转换器25的公共dc输出245处可用的dc功率供电。以常规方式，逻辑器件23还连接到待机电路的接地230。逻辑器件23还包括用于从一个或多个开关或传感器22'、22”、22”'接收信号的一个或多个输入信号接口，以及用于经由输入信号接口27和输出信号接口28与电器的控制电路通信的双向通信接口。逻辑器件23还包括控制信号接口，用于向控制电路电源开关21发送控制信号，特别是用于切换控制电路电源开关21的光电三端双向可控硅开关元件211。
[0047]
根据本发明，当电器1处于待机模式时，只有待机电路2被通电。待机电路2的元件的数量被保持为最小，即，具有限于待机电路2的元件的控制的功能的逻辑器件23、用于生成用于逻辑器件23对电器1通电和/或断电的信号的一个或多个无源和/或有源开关或传感器22，以及可以利用来自逻辑器件23的简单低功率信号进行切换的控制电路电源开关21。因此，可以将待机电路2的元件的总电消耗保持在5mw的零功率极限以下，从而允许使用仅由分立元件制成的辅助ac-dc功率转换器24，以便在电器处于待机模式时向这些元件提供足够的dc功率。因此，本发明允许实现小于5mw的待机消耗。
[0048]
此外，从辅助ac-dc转换器24到通电ac-dc功率转换器25的dc电源的切换仅通过ac-dc转换器的各个输入级的硬件配置来完成。
[0049]
在操作模式中，电器1由控制电路3控制，该控制电路通常需要比待机电路2更多的
功率，但是在待机期间完全关闭。
[0050]
当电器处于待机模式时，待机电路2和控制电路3之间的完全电流分离以及控制电路3的完全关断允许根据电器的需要自由地设计控制电路3，而不需要太多关注其在减少活动模式中的功率消耗。