家用电器在处于待机模式甚至关闭时会消耗大量电力。待机电力消耗已成为住宅部门最大的个人电力最终用途之一，平均占家庭平均用电量的10%（每个家庭60W）[1]。目前正在制定严格的法规来限制待机功耗，据说工业化国家的住宅部门的待机功耗已超过20吉瓦。

本文展示了如何将待机功率降至50mW以下，同时最大限度地降低成本/复杂性并延长产品的预期寿命。特别注意电容式接近感测，这允许设计者增加大量的智能，例如仅在需要时唤醒并启用电子设备，以及允许向用户提供访问设备的特定功能所需的视觉指示。

罪魁祸首
就电子设备而言，“关闭”一词已经变得越来越相对，可以指代现代电子设备的许多低功率模式。目前使用的最流行的低功耗模式包括待机、睡眠、待机激活和软关闭模式。就本文而言，设备不执行其主要功能的所有非活动模式都将被称为待机模式。

几乎任何带有外部电源、LED或连续运行的显示器、遥控器、电池充电功能或任何类型的监控功能的产品都将持续耗电。表1.1简要介绍了一些最常见的家用电器及其典型的待机功耗。



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表1：典型家用电器待机功耗[2]

解决待机功耗问题
本质上，有三种广泛的策略可用于降低家用电器的待机功率：

社会教育。教育公众在购买电子电器时应该注意什么，并鼓励用户拔掉不用的设备。
技术创新。这涉及到实施创新技术，以提高电源的效率，从而最大限度地减少与所使用的功能相关的功耗。
智能设备行为和交互。这涉及通过用户监控智能激活低功耗模式。

社会教育有其实际局限性。即使是技术创新，在成本和保持电路块活动所需的能量的情况下，也会受到限制。

第三种策略是作者认为在根据用户是否在场智能地选择禁用某些功能方面存在显著改进的空间。以下部分提供了一些关于用户检测和电子电路连续启用/禁用的建议和示例。

具有电容式接近感应功能的智能低功耗模式
传统上，低功率模式在一定的固定延迟后被激活，时间间隔取决于设备。然而，在许多设备中，这可能会限制用户的有用性和可呈现的功能。例如，非常希望在诸如烤箱、微波炉和DVD播放器之类的设备上显示当前状态或一天中的时间，但只有当用户靠近设备时才这样做是有用的。

具有电容式接近感测的智能低功率模式是一种实用的解决方案，因为其功耗极低（约为3-10 uA）[3]，并且目前可用的传感器实现成本较低。

图1示出了电容式接近感测原理，其中低成本PCB铜浇注充当感测垫以检测用户的存在。可以容易地获得高达10cm的检测距离，而在特别注意电极设计的情况下可以获得高达30cm及以上的检测距离。

图1-在廉价的PCB上使用感应垫进行电容式接近感应。

检测用户的存在使设计工程师能够轻松添加和实现各种功能，同时需要更低的待机功率，如图2:.


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图2–仅在需要时启用各种功能，实现智能省电。

对于使用接近检测信息来激活低功率模式的方式，设计者具有几个可用选项。电容式接近感测IC具有直接输出以及I2C兼容的数据接口[4]，这很容易使它们直接禁用电子电路的部分，或者连接到微控制器（如果可用）。另一个是现代SMPS控制器具有备用和禁用输入引脚，这些引脚可以连接到电容式接近感测设备。下面的部分说明了实际的实现方法。
使用流行SMPS控制器的实用实现方法

辅助侧显示器和LED照明启用/禁用
当设备插上电源时，家用电器上的液晶显示器和LED照明总是处于活动状态，这通常是不必要的。当没有检测到用户的存在时，禁用这些能源消耗是有利的。图3说明了这一概念，其中典型的LCD显示器由微控制器根据从电容式接近传感器接收的数据启用/禁用。微控制器与Azoteq的IQS232单通道电容式触摸和接近传感器结合使用。

图3-二次侧显示器和LED照明启用/禁用电容式接近感应。

待机省电包括：

LCD可以完全关闭：如果使用小型LCD彩色显示器，则可节省高达500 mW的功率。
LED背光和暗处照明可以禁用：可能的节能范围从单个5 mW LED到多个100 mW或更多的LED。

如果微控制器的中断输入引脚连接到IQS232的直接输出引脚，则微控制器可以在用户不在的时间段内停止，从而增加另一个50 mW的潜在功率节省。

IQS232的功耗可以忽略不计，在其最低功率状态下平均为4 uA。

总待机功率可以节省600 mW以上。考虑到典型的SMPS电源为设备供电时的功率效率为70%（注意，当电源效率最高时，通常不是满负荷），很明显，功耗将远远超过大多数监管机构规定的300 mW的典型要求（Energy Star V2.0）。

即使使用100%高效的电源，也需要智能地禁用功能，而不会对设备的功能造成不利影响。

禁用SMPS控制器
许多现代SMPS控制器具有禁用或节能逻辑输入引脚，当激活时，将待机功率降至几乎为零。当次要方面存在有限的情报或使用效率低下的最有效的供应时，这通常是禁用整个供应的更有利的替代方案。在本例中，Power Integrations的TopSwitch恒压SMPS控制器与Azoteq的IQS232单通道电容式触摸和接近传感器一起使用。



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图4–通过禁用SMPS控制器IC来说明待机省电。

待机省电包括：

SMPS单独的潜在待机功率节省（没有二次侧功耗），其范围从100mW到超过1W，具体取决于所使用的SMPS控制器。在本例中使用TOP265EG的情况下，在110 V时，待机功率平均节省180 mW，在220 V时平均节省100 mW。

IQS232通过一个简单的电阻网络从主母线电压供电。考虑到其低功率状态下的功耗，估计功耗在110 V时为3.1 mW，在220 V时为6.2 mW。

即使使用高效的SMPS，或者在恒流SMPS电源的情况下，备用电流必须很高，也可以通过电容式接近传感器智能检测用户的存在，以低成本实现极低的备用功率。

结论
世界各地的政府和监管机构都将待机功耗视为一种巨大且不必要的电力损失。家用电器的电子设计工程师面临着相当大的压力，以满足监管机构和政府的要求，同时将生产成本降至最低。

如图所示，当设备能够在用户距离设备一定距离内进行感应时，可以使用大量用于提高待机功耗的选项。电容感应的其他好处包括在接近设备时对后续预期用户交互的直观指示，以及在用户在场的适当时间提供信息显示选项。

在后续的“产品操作方法”文章中，我们将展示SMPS控制器IC是如何集成到Azotec最新系列的电容式接近和触摸感应设备中的，以提供显著的功率和成本节约。

Gerrit de Villiers公司在比勒陀利亚大学完成了电子工程学士学位，并继续攻读工程硕士学位，专门研究核环境中的光学传感器。然后，他为Keystone管理了几个交钥匙产品，重点是消费者产品。2011年，他加入Azoteq，担任应用工程师，现在为消费市场开发包含电容触摸传感的智能开关电源。

工具书类
[1] Meier，A.，“待命：我们现在在哪里？”欧洲经济委员会2005年夏季研究论文集，Mandelieu，第847-854页
[2] 设备能效（E3）报告，备用电源——现状，2006年10月，报告编号2006/10
[3]IQS232产品介绍
[4]网址：www.azoteq.com