CN101919137A - 负载控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种系统，包括用于接收电势并有选择地将所述电势提供给负载的装置。当存在负载控制信号时，接收和提供装置响应于负载控制信号，将电势提供给负载。系统还包括用于测量负载需求的装置。还包括用于控制接收和提供装置的装置。当负载需求大于预定阈值时，控制装置持续地提供负载控制信号。当负载需求小于预定阈值时，控制装置暂时地提供负载控制信号以确定负载需求。

Description

负载控制的系统和方法

技术领域

本文描述的实施例总体涉及对电负载的控制。

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.§119(e)，本申请基于并要求2007年10月18日递交的Joseph W.Hodges等的美国临时专利申请No.60/980,987，“SYSTEMAND METHOD FOR LOAD CONTROL”，的优先权，其合并于此作为参考。

背景技术

许多利用插入电源(例如，家用电力连接)的电设备在关闭和未用时会消耗能量。这主要是因为即使在非活跃时段，变压器或供电器仍保持与电源连接。对这些电设备进行供电的一种常用方法包括降压变压器及调节器。这种设备的常见示例包括移动电话充电器、VCR、电视、立体声、计算机和厨房电器。

保持被供电的设备通过它们的保持与电源连接的变压器和/或供电器浪费了能量。这种功率损耗通常称为幻影功率负载，这是因为功率消耗没有任何目的。电设备或电器在汲取电流时典型地处于待机状态或非活跃状态，而不是执行任何有用功能。总计来看，大量幻影负载构成了实质上浪费的功率的显著部分。

防止幻影负载的一种方法是在电器不使用时，物理地将该电器从电源插座中拔出。这将电器完全与电源断开，消除了幻影负载。但是，随后，当希望使用负载时，用户必须手动地插入负载，并且当不再希望使用时，拔出负载。这种不断的插入和拔出可能是耗时的任务，并且可能增大了对电源插座、插头和至负载的配线的磨损。

因此，需要减少来自未用负载的功率消耗量，以降低能量浪费。更一般地，需要基于负载自身的行为来控制负载。

附图说明

通过阅读以下详细描述、权利要求和附图，本发明的特征和创造性更加明显，以下是简要说明：

图1是节能装置的框图。

图2是图1节能装置的示例的示意图。

图3是用于图1节能装置的状态转移图。

图4是用于确定图1和2的负载的活跃和非活跃状态的直方分类图。

图5是图1和2的负载的激活的时间图。

图6是对图1和2的负载进行感应和开关的时间图。

图7是当负载活跃时负载感应的电流-时间图。

图8是当负载非活跃时负载感应的电流-时间图。

图9是墙壁电源插座备用节能装置的示例。

图10是包括节能特征的配电板的示例。

具体实施方式

现在参照附图，详细示出示例性实施例。虽然附图表示了这些实施例，但是附图不必是按照比例的，可以放大某些特征以更好地理解和说明实施例的新颖性。此外，本文描述的实施例不是穷尽性的，不是要将权利要求限制或制约到附图所示和下面详细描述所公开的精确形式和配置。

包括负载控制系统和方法的装置的示例可以是节能装置，该节能装置在负载不执行有用功能时去除至负载的电能。这样，减少了幻影负载功率。当负载正在执行有用功能时，正常提供电能，直到检测到幻影负载，此时，将负载从电源断开。这种负载的一个示例是家用电器，例如电视或电话充电器，当用户不需要其操作时，该家用电器可以不进行有用操作。当未开启电视时，该电视仍然汲取幻影负载电流，对内部变压器和/或供电电路提供电能。但是，本文描述的节能装置可以在电视未使用时中断电视的电能输入。该电能输入的中断基本上消除了幻影负载，这是因为电视的变压器或供电电子电路实质上是断电了，不再汲取电流。

节能装置的示例可以包括测量装置、开关装置和逻辑装置。测量装置可以配置为检测从电源流向负载的电流或功率。开关装置可以有选择地将负载与/从电源连接/断开。逻辑装置确定何时将负载与/从电源连接/断开。在一个示例中，逻辑装置根据测量装置读出的电流或功率消耗，确定负载是“活跃的”还是“非活跃的”。

逻辑装置通过测量负载消耗的电流，确定负载的状态。为了确定负载是“活跃的”还是“非活跃的”，逻辑装置将负载正在消耗的电流与阈值相比较。该阈值可以是预定值，或者可以是在节能装置连接到负载之后(例如，使用学习模式来定义和/或特征化负载功率使用)确定的。当节能装置使用可修改的阈值时，可以针对与节能装置连接的每个负载，调谐该值。在大量不同负载连接至单个类型的节能装置的情况下，可以使用这种自适应系统。例如，根据具体电器(例如，电视、无线电装置、电话充电器)和/或其中使用的电路设计，家用电器在“活跃”和“非活跃”状态下可能消耗多种功率。节能装置可以适应于所连接的负载。

每个负载可以具有优选阈值，逻辑装置使用该优选阈值来确定“活跃”和“非活跃”状态。该阈值可以由节能装置针对与其连接的每个负载来确定，因此，可以使用可适应系统来允许通过单个类型的节能装置对多种负载进行开关。该阈值的自适应学习的一种方法包括记录预定时间(例如24个小时)上的电流使用。在该学习模式下，将负载保持在完全供能状态，以便逻辑装置能够记录功率使用。当预定学习时间已经过去时，可以将阈值设定在该学习模式期间记录的最小和最大电流之间。如果在所记录的电流测量数据中注意到无变化或出现最小变化，则可以使用缺省阈值。

一旦保存了阈值，节能装置的逻辑装置就即刻开启负载，以测量电流消耗。然后，逻辑装置将电流消耗与阈值相比较。如果电流消耗大于阈值，则逻辑装置认为负载处于“活跃”状态，并保持至负载的电能。如果电流消耗小于阈值，则逻辑装置认为负载处于“非活跃”状态，并断开至负载的电能。如果负载处于非活跃状态，则逻辑装置偶尔(例如，周期性地)对负载供能，并重复上述测试，以根据负载的需求行为来确定负载的所需功率状态。

通过在负载非活跃时将负载从电源断开，减少了幻影电流量。当在非活跃时段期间将负载从电源断开，实现了能量节省。可以预定间隔(例如大约每2秒400ms)向负载供能，以检查负载状态。这可以称作“功率占空比”，其指示了向负载供能以检查活跃/非活跃状态的频率和持续时间。功率占空比可以在制造时确定(例如，存储在非易失性存储器中)，或者可以是根据负载(以及可选地，诸如按钮等用户输入)而可适配的。

一般而言，在“功率循环”期间，当向负载施加功率时，节能装置不时地测量电流消耗。如果负载消耗的电流在阈值之上，则认为该负载处于“功率请求”状态。在这种情况下，功率循环停止，并持续向负载施加功率。这是负载的正常“开”操作状态，并且不对功率进行循环。在负载的正常操作状态期间，持续监控所提供的电流。如果测量到电流在阈值之下，则确定负载已改变到待机状态。在这种情况下，重新开始功率循环状况，以再次节省能量。

本文总体上论述的是一种系统，该系统包括用于接收电势并有选择地将所述电势提供给负载的装置。该接收和提供装置可以配置为开关元件，其接收来自电源的电压，例如来自如在房屋或其他结构中找到的标准电力插座板。当存在负载控制信号时，该接收和提供装置也响应于负载控制信号，以将所述电势提供给负载。该系统还包括用于测量负载需求的装置，其中负载需求可以包括负载活跃性、功率需求或消耗的电流、电压、功率或其他测量。该系统还可以包括用于控制该接收和提供装置的装置。当负载需求大于预定阈值时，该控制装置持续提供负载控制信号。当负载需求小于预定阈值时，该控制装置也可以暂时地提供负载控制信号，以确定负载需求。

本文所述的另一示例是电设备，该电设备包括响应于开关信号的开关。该开关具有用于接收功率的输入以及用于连接至负载的输出。传感器可以测量负载的电需求，该电需求可以包括负载活跃性、功率需求或消耗的电流、电压、功率或其他测量。控制器有选择地提供开关信号。当电需求大于预定阈值时，控制器提供开关信号来向负载供能。在时延之后，控制器临时地提供开关信号来向负载供能，以确定该时延之后的电需求。

本文所述的还有一种用于控制电负载的方法。该方法包括确定负载需求。该负载需求可以包括负载活跃性、功率需求或消耗的电流、电压、功率或其他测量。该方法还包括当负载需求大于第一阈值时，向负载提供电能。该方法还包括当负载需求小于第二阈值时，去除至负载的电能。

图1是节能装置100的示例框图。一对输入110配置为接收来自电源的电压。负载120与输出连接，通过负载开关130将输出有选择地切换至输入110。控制器140使用至负载开关130的激活信号，来有选择地从输入110向负载120供能。控制器140可以将多个输入作为该激活信号的基础，这些输入包括负载传感器150和/或用户开关170。此外，控制器140可以包括存储器142，该存储器142提供对节能装置100的操作参数的非易失性存储。

在示例中，输入110可以配置为与典型的电力基础设施相接口，该电力基础设施可以包括标准化的电力配送系统。一个示例包括美国的标准“家用电力”，其操作在大约120伏特AC 60Hz。备选地，可以使用其他电压和频率，包括典型的220伏特，50Hz或60Hz。的确，节能装置100不应限于家用类型的电连接，而是也可以应用在多种环境中，包括移动负载、工业、汽车行业等。例如，节能装置100可以应用于120伏特AC 60Hz、220伏特AC 60Hz、220伏特AC 50Hz、480伏特AC、660伏特等。因此，节能装置100可以适配为与世界范围的电力基础设施一起使用(在电压和频率两方面)，电力基础设施包括但不限于家用、工业、移动设备等。其他示例可以包括诸如飞机、电动游艇、活动房屋、汽车等应用，在这些应用中，非必要电系统和设备(例如，针对乘客的信息娱乐或通信系统)的电能可以不要求持续供应。因此，在电能敏感的应用中，节能装置100通常可以减少电力系统的稳态负载，这可以降低操作成本、设备成本和/或维护成本。

如本文所示，供电器160为控制器140、诸如负载传感器150和负载开关130等关联的电子电路的操作提供电能。供电器160可以配置为，使得在对控制器140供能时不浪费能量。在另一示例中，供电器160可以包括可再充电和/或用户可替换的电池。这种电池配置使得从输入110汲取电能来向节能装置100提供电能不是必需的。

负载传感器150可以包括电流测量感应拓扑结构，其可以包括高侧电阻性差分放大器(下面将参照图2具体说明)。这种系统典型地实现串联在输入110和负载120之间的电阻器，以便测量该串联电阻器两端的压降，以确定流向负载120的电流。可以在模拟到数字转换器(ADC)输入或模拟比较器输入处，将所测量的至负载120的电流发送给控制器140。备选实施方式可以包括用于测量从输入110直接流向负载120的电流的霍尔效应传感器。在另一示例中，电流测量系统可以与负载开关130(例如感应FET)集成在一起。此外，可以采用功率测量或其他手段来确定负载120是否在使用中。

在操作中，控制器140可以时而地对负载120供能，以确定是否要持续激活负载120。如果负载120要求相对较大的电流(例如，如负载传感器150检测到的)，则允许通过负载开关130的持续激活来保持负载120被供能。如果负载120要求相对较小的电流，则通过断开负载开关140来对负载120解除激活。这样，控制器140使用负载传感器150来确定负载120的活跃或非活跃状态。在负载120关闭并且不需要相对较大的电流时，通过不持续对负载120供能，由这种暂时的供能方案实现了节能。

用户开关170可以用于对控制器130的操作进行超控，以基于用户请求对负载供能。例如，如果用户相信节能装置100应该对负载120供能，则可以激活用户开关170，来立即对负载120供能。用户开关170也可以被控制器140用作训练输入。例如，如果用户将特性与先前训练的负载120不同的任意负载连接到节能装置100，则用户可以按下用户开关170来激活负载120，并向控制器140信号通知应该重新进入训练模式(下面参照图3详细说明)。

存储器142可以具体实现为在无电能提供时保留信息的闪存、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其他非易失性存储器。存储器142中存储的典型的信息可以包括基于来自负载传感器150的测量的、与负载120的操作有关的统计信息。备选地，存储器142可以包括对控制器140的操作特征进行定义的通用参数信息。

一般而言，本文所示的框图不应理解为如何配置节能装置100的唯一示例。确实，在一些情况下，可以用时序逻辑电路、模拟电路或两者的组合来替换控制器140。此外，如本领域技术人员所知的，使用负载传感器150的对负载120的测量可以包括电流、电压或功率测量，这取决于配置。因此，本文所述的用于确定负载消耗的电流测量技术不是用于测量负载活跃性和负载需求的唯一手段。类似地，可以使用多种不同组件来配置负载开关130，例如场效应晶体管(FET)、交流三极管(TRIAC)、过零开关、或其他控制负载120的开关装置。

图2是节能装置200的示例的示意图。供能块210连接至电能输入260和公共端子262。传感器块220测量负载电流，负载开关块230总体上控制从电能输入260到负载输出270的功率流。负载输出270可以直接与至负载120(如图1所示)的电能输入连接。虽然对于操作不是必需的，但是用户开关250提供了对负载的即时激活。此外，可以使用红外传感器块240来确定用户遥控操作，该用户遥控操作请求对负载的即时供能。这可以在例如使用遥控器来开启电视时使用。在该示例中，红外传感器块240检测遥控器的使用，然后逻辑电路立即开启电视。

供能块210包括针对低功率操作的电容性供能拓扑结构。供能块210将双电压供应调节到大约12伏特和大约5伏特。桥式整流器BR1用于对来自电能输入260和公共端子262的交流(AC)进行整流。一般而言，齐纳二极管(D1，D2)和电容器网络(C2，C3，C4)对电压进行调节。除了向节能装置200供能之外，供能块210还提供电压基准(Vref)，以用于电流检测电路。

传感器块220包括串联电阻器R6，其配置为具有高额定功率的低值电阻器。例如，串联电阻器R6可以是额定功率为200瓦特的1欧姆电阻器。使用包括U2A、U2B和Vref(来自供能块210)在内的差分放大器配置，来测量流经串联电阻器R6并流向与负载输出270连接的负载的电流。将负载信号280提供给控制器U1，控制器U1包括用于操作负载开关块230的控制逻辑。控制器U1可以配置为在模拟至数字转换器(ADC)处接收负载信号280，以将模拟信号转换为数字值。一般而言，负载信号280向控制器U1指示与负载输出270连接的电负载正消耗/要求的电流或功率的量。由图2示意图中描述的电路消耗的负载不通过感应电阻器R6汲取电能。因此，这里所示的电路消耗的任何电能不包括在负载信号280所指示的负载需求值中。

虽然这里示出的传感器块220作为具有负载信号280单个输出的单一范围感应方案，但是传感器块220也可以包括感应电流的多个范围。例如，可以通过被提供有放大器U2A的输出处的信号的控制器U1，来测量第二负载信号(未示出)。因此，控制器U1能够检测由U2A和U2B两者提供的两个范围上的电流，U2A和U2B两者可以分别与U1的分离的ADC输入连接。备选示例也可以包括低侧测量方案或霍尔效应负载测量方案。

在示例中，控制器U1可以配置成能够执行图3所示的动作的微控制器。本领域技术人员公知的微控制器的示例包括例如来自Microchip(TM)的PIC(TM)微控制器、或者来自Atmel(TM)的AVR(TM)微控制器。为紧凑小型的设计，这里所示示例包括相对较小的器件，其可以具有8个引脚。但是，节能装置200可以包括这里未详细说明的其他特征，包括对负载进行进一步智能控制的射频接收。此外，微控制器U1可以基于单个传感器块220或多于一个的传感器块220，来控制多于一个的负载。因此，取决于具体应用的测量和控制要求，可以在功能方面对控制器U1提高或降低。

负载开关块230包括FET驱动器电路，用于控制连接至负载输出270的负载的电能。负载(如图1所示，作为负载120)与负载输出270和公共端子262电连接。由控制器U1提供负载控制信号286，来控制负载开关块230。负载开关块230对连接至负载输出270的负载(例如，设备或电器)进行激活(供能)或解除激活(断开)。负载开关块230一般包括电荷泵，其包括U3A和U3B并对桥式整流器BR2进行驱动，桥式整流器BR2进而驱动FET Q4和Q5。包括了金属氧化物变阻器(MOV)，以在关闭连接至负载输出270的负载时对相对敏感的FET Q4和Q5进行保护。MOV也可以执行副功能，作为针对电能输入260处存在的潜在的破坏性信号的电涌抑制器。

附加特征可以包括来自控制器U1的用户输出信号288，该用户输出信号288对LED D7进行开关。输出信号288可以用于向用户指示节能装置200的操作状态(例如，负载开或关)。备选地，输出信号288可以指示节能装置200处于学习模式(以下参照图3详细说明)、或者是否存在可能要求将负载关闭以保护电子器件的异常负载状况。

可以触发控制器140以开启负载120的输入(类似于红外传感器块240和用户开关250)的其他示例可以包括通用射频输入、网络输入(例如LAN或WiFi)、在电能输入260处经由电能线传输的数字信息、以及/或者针对电设备智能控制而设计的信号等。

图3是用于图2的节能装置200的状态转移图300。初始进入点310引导至激活负载转移312。节能装置200进入初始进入点的典型事件是在将单元插入电源时。然后，进入上电模式314，在此对负载供能预定的时延时间。典型地，结合控制器140(见图1)使用计时器/计数器。当该时延已经过去时，上电计时器超时转移316转换至教授/学习状态320。

至教授/学习状态320的初始进入转移至学习状态322，在此，控制器140测量负载在预定量的时间上使用的电流(电需求)。这里，控制器140在多个开和关周期上确定负载的行为。通过检查负载行为，控制器可以通过“负载活跃”电流消耗和“负载非活跃”电流消耗(以下参照图4详细说明)的图案，来确定何时负载在使用中。

控制器140保持在学习状态322，直到学习计时器超时转移324将控制转移至设置阈值状态326。然后，控制器140计算合适的阈值来区分负载“活跃”和“非活跃”状态。当已确定了阈值时，阈值存储/激活负载转移288将控制转移至睡眠检查负载状况状态330。阈值存储/激活负载转移288一般指示该阈值已存储在存储器(可以包括图1的存储器142等非易失性存储器)中。

备选地，阈值可以是在制造期间放置在非易失性存储器中的硬编码值。另一备选方式可以提供硬编码阈值的表。如果阈值不适合所连接的具体负载，则用户可以推动用户开关170(图1所示)，来向控制器指示该电流阈值没有按照需要起作用。然后，控制器可以使用例如分半算法等来定位对于该负载合适的阈值，以从表中选择另一阈值，从而减少所需的用户交互。

睡眠检查负载状况状态330具有初始进入点332，该初始进入点332立即将控制转移至脉冲激活负载状态334。脉冲激活负载状态334激活负载，并等待预定时间，以等到电流信号稳定。电流稳定转移336将控制转移至电流比较状态338，在此将所测量的经过负载的电流与在设置阈值状态326中确定的阈值相比较。如果所测量的经过负载的电流大于阈值，则电流高激活负载转移346将控制转移至激活负载状态350。

备选地，如果所测量的经过负载的电流小于阈值，则电流低解除激活负载转移340将控制转移至睡眠解除激活负载状态342，在此对负载解除激活。在睡眠解除激活负载状态342中，可以监控计时器，以确定何时经过了预定的睡眠时间。当已经过了预定的睡眠时间时，睡眠计时器超时激活负载转移344将控制转移回到脉冲激活负载状态334。正如可以从睡眠检查负载状况状态330确定的，控制器可以重复一周期，在该周期中测量负载是明显使用或不明显使用。当测量到电流大于阈值时，开启负载。类似地，当测量到电流小于阈值时，关闭负载。还要注意的是，控制器140可以在开到关以及关到开的转移中包括对阈值的滞后，以避免振荡和/或不希望的激活和解除激活。

在激活负载状态350中，控制器监控电流，以转移至负载的低电流消耗状态。当测量到电流小于在设置阈值状态326中确定的阈值时，切断至负载的电流。然后触发电流低转移352，控制前进到进入点332和脉冲激活负载状态334。

图4是用于确定图1和2的负载120的活跃和非活跃状态的直方分类图400的示例。在教授/学习状态320(参照图3详细说明的)的学习状态322期间，控制器监控对负载的使用，以收集信息。如图所示，在时间上测量电流幅度，以发展出两个不同区域。在图的右侧，由大量采样指示活跃状态420。类似地，在图的左侧，大量采样指示非活跃状态410。当控制器已经收集了足够信息时，或者计时器已经超时时，微控制器将控制转移至设置阈值状态326。

可以采用多种方式来确定阈值430。但是，许多负载在非活跃和活跃时展示出负载需求行为方面的显著不同。因此，对于许多应用，通过确定测量聚类之间的平均距离，来解决该活跃和非活跃状态的简单分类问题。在本示例中，由对于非活跃状态410和活跃状态420的两个不同的测量电流区域，来示出了测量电流的聚类。虽然未示出，但是阈值430可以包括滞后，这可以基本上防止不希望地开关负载。

图5是图1和2的负载120的激活的时间图500。时间图500一般是指在图3的睡眠检查负载状况状态330期间施加电能和去除电能的序列。在激活时间510，基于图3中至脉冲激活负载状态334的睡眠计时器超时激活负载转移344，向负载120(图1中)提供电能。

负载激活时间520允许控制器140确定是否希望对负载120完全供能。一般而言，负载激活时间520包括图3中电流稳定转移336和电流比较状态338的逻辑过程。决策时间530指示控制器140正在相对于阈值430(图4中)测试由负载传感器150(图1中)测量的电流。在决策时间530，因为所测量的电流小于阈值430，所以对负载120解除激活。然后，在非活跃时间540，对负载120解除激活。激活时间510和非活跃时间540的进一步重复展示出，负载120正在持续要求小于阈值430的电流。虽然时间图500示出了激活时间510和非活跃时间540的周期性间隔，但是也可以配置为每个时间序列具有非周期性时间，以使一些激活和/或解除激活在时间上不是均匀间隔开的。例如，如果测量电流接近阈值430，则控制器140可以减少在检查激活和解除激活之间的时间，以尝试更加密切地监控负载需求。

图6是用于感应和开关图1和2的负载120的时间图600。在该实例中，激活时间510在负载激活时间520上对负载120供能。然后，在决策时间530，确定负载120正在消耗大于阈值430的电流。在该确定(对应于图3的电流高激活负载转移346)之后，负载120在负载活跃时间610上保持活跃，其中负载活跃时间610包括激活负载状态350。负载120将保持活跃，直到由于至负载120的电流下降到阈值430之下(图6未示出)而触发了电流低转移352为止。

图7是在负载120活跃时负载感应的电流-时间图800。在该示例中，以模拟表形式示出了负载传感器150(图1所示)测量的电流。在非活跃时间540(图5所示)中，基本上没有电流流向负载120。但是，在激活时间510，电流的向上斜坡812指示了负载120正在要求电流。在稳定时段820，电流可能振荡或者行为不可预测，这是因为不知道负载120的特性。在稳定时段820期间，负载120接收全部电能，以初始化系统(如果是基于逻辑的)，或者转移到全供能状态。在稳定结束时间830，使用采样窗840来对负载电流采样。此时，从负载传感器150获得一个或多个采样，以确定负载120是否正在汲取大于阈值430的电流。如在决策时间530所示，负载120保持活跃，因为至负载120的电流大于阈值430。因此，在负载活跃时间610上，负载120保持活跃。

图8是在负载120非活跃时负载感应的电流-时间图800。在该示例中，以模拟表形式示出了负载传感器150(图1所示)测量的电流，相比于图7，图8的缩放因子略微高了一点(虽然图没有按照比例绘制)。在非活跃时间540(图5所示)中，基本上没有电流流向负载120。在激活时间510，电流的向上斜坡812指示了负载120正在要求电流。在稳定时段820期间，电流发生振荡，但是没有振荡到图7所示的程度。在稳定结束时间830，使用采样窗840来对负载电流采样。在决策时间530，对负载120解除激活，因为电流需求小于阈值430。负载120将在非活跃时间540上保持非活跃，直到下个激活时间510或用户激活。

图9是墙壁电源插座备用节能装置900的示例。该示例示出了图1的节能装置100的程式化封装备选方案。在使用时，用户可以将装置900插入标准双口插座中，其中，电力引脚920，930与插座板连接，将装置900保持在适当位置。装置900可以封装在外壳910中，并包括两个插座板922，932，以便用户插入负载。这里，节能装置100用作用户可安装的装置，以向后兼容现有插座板。在该示例中，电能引脚920映射至输入110(见图1)，插座板932映射至插入负载120(见图1)的位置。

图10是包括备用节能装置的配电板1000的示例。示出了类似于“配电板”1010的配置，其具有电源插头1020作为输入。输出包括由节能装置控制的主电源插座1030以及多个从电源插座1040、1042、1044，该节能装置监控主电源插座1030。但是，节能装置1000不仅仅是简单地基于主电源插座1030的功率消耗来开关从电源插座1040、1042、1044。而是，节能装置1000基于主电源插座1030的功率消耗来开关所有的主电源插座1030和从电源插座1040、1042、1044。用户具有手动输入(例如，用户开关170)，来超控节能装置1000的操作，以手动地开启或关闭电源插座。

此外，如本文所述，节能装置也可以内建到用于节省电能的产品中。在示例中，节能装置可以设计成电视的电路，以降低功耗。在另一示例中，节能装置可以设计成电话充电器。在又一示例中，节能装置可以设计成一般用于电子器件和电设备的标准变压器。此外，这里描述的系统和方法可以用于对更大设计内的子系统提供电能，而不需要位于主要电力输入处。

通过利用本文描述的节能装置的示例，可以显著降低源自幻影负载的能量损失。例如，包括具有基于变压器的供电器的阴极射线管(CRT)在内的电视在活跃时可以消耗大约120瓦特。当非活跃(例如待机模式)时，空闲功耗可以是大约8瓦特的幻影负载。当使用本文描述的节能装置时，防止幻影负载的能量节省可以是大约66％，这直接基于上述参照图3和4描述的活跃占空比百分比。因此，当采用节能装置时，电视在空闲时消耗的电能可以是大约2.6瓦特。与始终连接的空闲状况(8瓦特)之差可以是大约5.4瓦特的节省的电能。其他设备可以包括例如膝上计算机供电器，其在待机时消耗大约3瓦特的幻影负载。另一示例是台式计算机，其在空闲时消耗大约8瓦特。

以上详细描述了，特别是参照图3，4，7和8，描述了本文所述的用于确定负载在“活跃”或“非活跃”状态的阈值的示例。在CRT电视示例中，非活跃状态要求大约8瓦特，活跃状态要求大约120瓦特。则阈值可以安全地设置在8瓦特和120瓦特之间的任何位置。但是，可以将误差容限作为因素考虑进来，以允许将该阈值用于多种CRT电视，或者解决可能使非活跃和活跃功率需求发生移动的制造变化。因此，安全的阈值可以设置在64瓦特，这是非活跃和活跃功率需求值之间的中点。在另一示例中，膝上计算机供电器在非活跃时要求大约3瓦特，在活跃时要求大约26瓦特。因此，安全的阈值可以设置在14.5瓦特。在另一示例中，台式计算机供电器在非活跃时要求大约8瓦特，在活跃时要求大约120瓦特。因此，安全的阈值可以设置在64瓦特。注意，虽然这里以瓦特为单位论述了功率需求值以及在该情况下的阈值，但是实际使用的阈值取决于用于确定负载需求的方法手段，其可以包括电流测量、功率测量或电压测量。本领域技术人员会认识到，阈值可以调整以适应于具体所采用的负载需求测量。

注意，上述示例不是指示任何具体负载，不应该以任何方式来限制本发明公开。确实，电视、膝上计算机供能器以及台式计算机供能器仅仅是采用来使用负载控制方法并包括节能装置的负载类型的一些示例。此外，本文论述的每一负载都用作如何利用节能装置的示例。基于负载的技术、制造、用途和其他条件，负载可以具有较宽范围上的活跃需求和非活跃需求。因此，所述的负载并且特别是阈值不是要解释为限制性的值，而仅仅是示例性的。

参照上述实施例具体示出和描述了本发明，实施例仅仅是示意用于实现本发明的最佳模式。本领域技术人员应该理解，在所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内，在实施本发明时可以采用本文所述的本发明实施例的多种备选方案。实施例应该理解为包括本文描述的元素的所有新颖和非显而易见的结合，并且应该在本申请或后续申请中为这些元素的任何新颖和非显而易见的结合提出权利要求。此外，上述实施例是示意性的，没有任何单个特征或元素对于本申请或后续申请中要求保护的所有可能结合是必要的。

对于本文描述的过程、方法、启发等，应该理解，虽然这些过程等的步骤被描述为根据特定的有序序列而进行的，但是这些过程也可以按照与本文描述的顺序不同的顺序来执行的所述步骤来实现。还应该理解，可以同时执行某些步骤，可以添加其他步骤，或者可以省略本文描述的某些步骤。换言之，本文的过程描述提供了对特定实施例的示例，不应该被视为对要保护的本发明有限制。

因此，要理解，以上描述是示例性的，而不是限制性的。对于本领域技术人员，当阅读以上描述时，除了所提供的实施例之外的许多其他实施例和应用是显而易见的。本发明的范围不应该参照以上描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求给予权利的全部范围的等同物来确定。可以预期到本文论述的技术中将存在进一步的发展，所公开的系统和方法将结合到这些未来的实施例中。总之，应该理解，本发明能够包括修改和变化，仅由所附权利要求限定。

权利要求中使用的所有术语旨在给出它们最宽泛的合理构造和本领域技术人员理解的普通含义，除非本文中明显指出了相反情况。特别地，对单数冠词例如“a”、“the”、“said”等的使用应该理解为是说明了一个或多个所指示的元素，除非权利要求明显指出了相反情况。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

(a)接收和提供装置，用于接收电势并有选择地将所述电势提供给负载，当存在负载控制信号时，所述接收和提供装置响应于所述负载控制信号，将所述电势提供给所述负载；

(b)测量装置，用于测量负载需求；以及

(c)控制装置，用于控制所述接收和提供装置，当所述负载需求大于预定阈值时，所述控制装置持续地提供所述负载控制信号，当所述负载需求小于所述预定阈值时，所述控制装置暂时地提供所述负载控制信号以确定所述负载需求。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量装置包括对于与所述电势和所述负载串联的电阻器，测量压降。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收和提供装置包括开关元件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收和提供装置包括如下至少一个：场效应晶体管，电子开关，以及双向电子开关。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括：用于向所述控制装置、所述测量装置以及所述接收和提供装置中的至少一个提供电能的装置。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括：用于基于用户输入来提供所述负载控制信号的装置。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述负载需求包括电流和功率中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括：第一电连接器，与接收电势的所述装置电连通；以及第二电连接器，与有选择地将所述电势提供给所述负载的所述装置电连通。

9.一种电设备，包括：

响应于开关信号的开关，所述开关具有用于接收电能的输入以及连接至负载的输出；

传感器，测量至所述负载的电需求；以及

控制器，有选择地提供所述开关信号，当所述电需求大于预定阈值时，所述控制器提供所述开关信号来对所述负载供能，在时延之后所述控制器暂时地提供所述开关信号来对所述负载供能，以确定所述时延之后的所述电需求。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述传感器包括与所述输入和所述输出串联的电阻器。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述开关包括如下至少一个：场效应晶体管，电子开关，以及双向电子开关。

12.根据权利要求9所述的设备，还包括：电压提供器，向所述控制器、所述传感器和所述开关中的至少一个提供电压。

13.根据权利要求9所述的设备，还包括：用户输入，提供所述开关信号。

14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述电需求包括电流和功率中的至少一个。

15.根据权利要求9所述的设备，还包括：第一电连接器，与所述输入电连通；以及第二电连接器，与所述输出电连通。

16.一种用于控制电负载的方法，包括步骤：

确定负载需求；

当所述负载需求大于第一阈值时，向所述负载提供电能；以及

当所述负载需求小于第二阈值时，去除至所述负载的电能。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，确定负载需求的所述步骤还包括：

在第一预定时间上暂时地向所述负载提供电能；以及

在暂时地提供电能的步骤期间测量所述负载需求，以定义负载需求。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

学习模式，其中通过观察在活跃状态和非活跃状态下的所述负载，确定所述第一阈值和所述第二阈值。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

基于所述观察，对非活跃负载需求分类；以及

基于所述观察，对活跃负载需求分类。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

在所述非活跃负载需求和所述活跃负载需求之间的中点附近，确定所述第一阈值和所述第二阈值。

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