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CN114123161B - 功率管理方法以及对应的控制装置和电气设备 - Google Patents

功率管理方法以及对应的控制装置和电气设备 Download PDF

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CN114123161B CN202010897904.4A CN202010897904A CN114123161B CN 114123161 B CN114123161 B CN 114123161B CN 202010897904 A CN202010897904 A CN 202010897904A CN 114123161 B CN114123161 B CN 114123161B
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Abstract

本公开的实施例提供了一种功率管理方法，包括：接收与设备的主模块所耦合的一组从模块相关联的第一信息，第一信息至少指示一组从模块各自在正常工作模式下的工作功率；接收与供电电源相关联的第二信息，供电电源被配置为向主模块和一组从模块供电；基于第一信息来计算一组从模块的工作功率之和；基于第二信息来确定功率限制值；以及如果一组从模块的工作功率之和不大于功率限制值，向一组从模块发送用于改变工作模式的指令，以使一组从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。还提供了相应的控制装置和电气设备。本公开的方案可以有效改善模块化电气设备的模块管理和功率管理，提升了电气设备的性能。

Description

功率管理方法以及对应的控制装置和电气设备
技术领域
本公开的实施例涉及功率管理，更具体地涉及模块化的控制器及其功率管理。
背景技术
在电气系统中，一些控制器被广泛使用以用于实现特定的控制功能。例如，被用于楼宇住宅、工厂以及自动化生产线等场景的电源转换控制器可以基于主电源和备用电源的电压、频率、不平衡等电参数的测量结果来判断电源是否有效，并且例如如果发现主电源失效，则该双电源转换控制器可以驱动相关设备以将上述场景中的供电电源由主电源转换至备用电源。
近年来，随着用户需求的不断增加，电气系统中的控制器的辅助功能越来越多样化。以电源转换控制器为例，电源转换控制器可以提供多样化的控制功能，例如针对消防应用，需要在火灾条件下强制不进行电源转换，以及例如针对多费率的应用，可以由用户手动或者通过可编程逻辑控制器(PLC)来选择低费率的电源；电源转换控制器可以提供多样化的人机界面(HMI)功能，例如有些用户需要简单的旋钮设置和灯，有些用户则需要功能强大的液晶屏，还有些用户需要显示屏外挂；此外，电源转换控制器还可以提供多样化的通信功能，例如有些用户会选择现场总线通信(诸如Modbus)，有些用户会选择无线通信(诸如Zigbee)，以及有些用户会选择功能强大的以太网(Ethernet)通信。
基于这些需求，控制器的模块化成为趋势。然而，模块化的控制器仍然存在一些问题。例如，出于模块通用性的考虑，控制器的主模块通常不会从机械上限制所耦合的从模块的类型，因此，理论上用户可以接入任何从模块组合。但是，控制器的主模块能够提供的功率通常是有限的，这可能导致一些模块组合无法获得足够的功率支持。因此，对于模块化的控制器，需要解决包括功率管理的模块管理问题。
发明内容
基于上述问题，根据本公开内容的示例实施方式，提供了功率管理方法以及对应的控制装置和电气设备。
在本公开内容的第一方面中，提供了功率管理方法，该方法包括：接收与设备的主模块所耦合的一组从模块相关联的第一信息，第一信息至少指示一组从模块各自在正常工作模式下的工作功率；接收与供电电源相关联的第二信息，供电电源被配置为向主模块和一组从模块供电；基于第一信息来计算一组从模块的工作功率之和；基于第二信息来确定功率限制值；以及如果一组从模块的工作功率之和不大于功率限制值，向一组从模块发送用于改变工作模式的指令，以使一组从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
在本公开的实施例中，通过对当前的供电电源进行标识，并且确定能够提供给从模块的最大功率，由此可以根据该最大功率对耦合到主模块的从模块的数量和类型进行调整，以避免由于供电电源功率的限制而使得从模块无法正常运行，从而有效改善了模块化电气设备的模块管理和功率管理，提升了电气设备的性能。
在本公开的某些实施例中，该方法还包括：如果一组从模块的工作功率之和大于功率限制值，在一组从模块中确定部分从模块，其中部分从模块的工作功率之和不大于功率限制值；以及向所确定的部分从模块发送用于改变工作模式的指令，以使部分从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。通过该实施例，在从模块的总功率过大时，可以使部分从模块进入正常工作模式，以确保设备部分辅助功能能够正常运行，由此最大程度减少功率限制对设备运行的影响。
在本公开的某些实施例中，第一信息至少还指示一组从模块各自的优先级，并且在一组从模块中确定部分从模块包括：基于一组从模块各自的优先级来确定部分从模块，其中部分从模块包括优先级高的从模块。通过该实施例，在从模块的总功率过大时，可以选择优先级更高的从模块正常运行，以确保设备的重要辅助功能的实现。
在本公开的某些实施例中，第二信息至少指示总线的电压，总线至少被耦合在供电电源与一组从模块之间。通过该实施例，借助于检测总线电压，可以简单并可靠地标识出当前使用的供电电源。
在本公开的某些实施例中，基于第二信息来确定功率限制值包括：如果总线的电压与主模块中的第一电源电路的输出电压相对应，将主模块中的第一电源电路能够提供给一组从模块的最大功率确定为功率限制值。通过该实施例，可以将设备自身的供电电源标识为当前使用的供电电源，并且防止正常运行的从模块超过设备自身的供电电源能够提供的功率。
在本公开的某些实施例中，基于第二信息来确定功率限制值包括：如果总线的电压与主模块所耦合的电源扩展模块中的第二电源电路的输出电压相对应，将电源扩展模块的第二电源电路能够提供给一组从模块的最大功率确定为功率限制值。通过该实施例，可以将设备的附加供电电源标识为当前使用的供电电源，并且防止正常运行的从模块超过附加供电电源能够提供的功率，从而可以有效改善设备的功率限制。
在本公开的某些实施例中，总线耦合到储能电路，并且经由电源开关耦合到一组从模块各自的控制装置，功率管理方法还包括：响应于总线的电压低于指示发生断电的供电阈值，关断电源开关以避免储能电路的预存功率被提供到一组从模块各自的控制装置，并且利用储能电路中的预存功率在主模块中进行存储数据的操作。通过该实施例，在设备发生断电时，可以确保储能电路的预存功率足以使主模块的控制装置完成数据存储的操作。
根据本公开的第二方面，提供了功率管理方法，该方法包括：在设备的从模块的低功耗工作模式下向从模块所耦合的主模块发送第一信息，第一信息至少指示从模块在正常工作模式下的工作功率，主模块被配置为至少基于第一信息来确定是否向从模块发送用于改变工作模式的指令；以及响应于从模块从主模块接收到用于改变工作模式的指令，将从模块的工作模式从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
在本公开的某些实施例中，其中第一信息至少还指示从模块的优先级。
根据本公开的第三方面，提供了主模块的控制装置，该控制装置包括：处理器；以及与处理器耦合的存储器，存储器具有存储于其中的指令，指令在被处理器执行时使处理器执行动作，动作包括：接收与设备的主模块所耦合的一组从模块相关联的第一信息，第一信息至少指示一组从模块各自在正常工作模式下的工作功率；接收与供电电源相关联的第二信息，供电电源被配置为向主模块和一组从模块供电；基于第一信息来计算一组从模块的工作功率之和；基于第二信息来确定功率限制值；以及如果一组从模块的工作功率之和不大于功率限制值，向一组从模块发送用于改变工作模式的指令，以使一组从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
根据本公开的第四方面，提供了从模块的控制装置，该控制装置包括：处理器；以及与处理器耦合的存储器，存储器具有存储于其中的指令，指令在被处理器执行时使处理器执行动作，动作包括：在设备的从模块的低功耗工作模式下向从模块所耦合的主模块发送第一信息，第一信息至少指示从模块在正常工作模式下的工作功率，主模块被配置为至少基于第一信息来确定是否向从模块发送用于改变工作模式的指令；以及响应于从模块从主模块接收到用于改变工作模式的指令，将所述从模块的工作模式从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
根据本公开的第五方面，提供了电气设备，该电气设备包括：主模块，包括根据第三方面的控制装置；以及至少一个从模块，每个从模块可移除地耦合到主模块，每个从模块包括根据第四方面的控制装置。
在本公开的某些实施例中，主模块还包括第一电源电路，第一电源电路被耦合到第一外部电源，电气设备还包括：电源扩展模块，可移除地耦合到主模块并且包括第二电源电路，第二电源电路被耦合到第二外部电源；以及总线，当电源扩展模块未耦合到主模块时，总线耦合到第一电源电路，并且当电源扩展模块耦合到主模块时，总线耦合到第二电源电路。
在本公开的某些实施例中，总线经由第一防反电路耦合到第一电源电路，并且当电源扩展模块耦合到主模块时，总线还经由第二防反电路耦合到第二电源电路，第一防反电路和第二防反电路被配置为仅允许功率分别从第一电源电路和第二电源电路流向总线。
在本公开的某些实施例中，第一电源电路提供的电压低于第二电源电路提供的电压。
在本公开的某些实施例中，电气设备用于电源转换控制，并且主模块还包括被配置为驱动用于电源转换的开关的驱动电路，驱动电路被耦合到第一电源电路以使驱动电路由第一电源电路供电。
在本公开的某些实施例中，主模块还包括电源开关和储能电路，总线被耦合到储能电路并且经由电源开关被耦合到至少一个从模块各自的控制装置，其中主模块的控制装置被配置为控制电源开关的接通和关断。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开内容的实施方式的关键或重要特征，亦非用于限制本公开内容的范围。本公开内容的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开内容的各实施方式的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1A示出了本公开的实施例可以在其中被实现的电气设备的示意性框图；
图1B示出了根据本公开的实施例的电气设备的示例性电路图；
图2示出了根据本公开的实施例的功率管理方法的流程图；
图3示出了根据本公开的实施例的功率管理方法的流程图；以及
图4示出了可以用来实施本公开的实施例的示例设备的示意性框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开内容的实施方式。虽然附图中显示了本公开内容的某些实施方式，然而应当理解的是，本公开内容可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施方式，相反提供这些实施方式是为了更加透彻和完整地理解本公开内容。应当理解的是，本公开内容的附图及实施方式仅用于示例性作用，并非用于限制本公开内容的保护范围。
在本公开内容的实施方式的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例/实施方式”或“该实施例/实施方式”应当理解为“至少一个实施例/实施方式”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
图1A示出了本公开的实施例可以在其中被实现的电气设备100的示意图。电气设备100可以包括主模块110。作为示例，电气设备100可以在一些场景中(诸如楼宇住宅、工厂以及自动化生产线)用于控制为场景中的用电设备提供电力的供电电源的转换。当电气设备100作为电源转换控制器时，电气设备100的主模块110可以包括驱动电路112，该驱动电路112被用于驱动电源转换开关(未示出)，以在主电源160和备用电源170之间进行切换，从而可以将主电源160或备用电源170的电力提供给场景中的用电设备(未示出)。电气设备100的主模块110可以包括控制装置114，该控制装置114可以获取主电源160和备用电源170的各种电气参数(诸如电压、频率等)以确定主电源160和备用电源170是否可用，从而例如可以在主电源160失效时，将用于场景中的用电设备的电源切换到备用电源170。此外，控制装置114还可以用于控制电气设备100内的其他相关电路。可以理解的是，电气设备100也可以是电气系统中的用于实现其他控制功能的控制器，而并非电源转换控制器。相应地，当电气设备100被用于实现其他控制功能时，电气设备100可以包括实现该其他控制功能的对应电路以替代驱动电路112。
在一些实施例中，主模块110可以包括电源电路111，电源电路111通常可以耦合到外部电源。作为示例，当电气设备100作为电源转换控制器时，电气设备100的主模块110的电源电路111可以连接到主电源160或备用电源170以获取功率。也就是说，电气设备100自身可以从主电源160或备用电源170获取功率以维持运行。电源电路111可以将所获取的功率提供给主模块110中的各个电路(例如驱动电路112和控制装置114以及其他电路)以及提供给耦合到主模块110的从模块120-1、120-2……120-N。
在一些实施例中，主模块110可以包括总线140，总线140可以将电源电路111提供的功率馈送到电气设备100中的各个电路或器件。在一些实施例中，主模块110还可以包括电源电路115，电源电路115可以耦合到总线140，并且将电源电路111的输出电压(或总线140的电压)转换为适用于控制装置114的电压，从而为控制装置114提供功率。在一些情况下，主模块110还可以包括检测电路118和储能电路116，检测电路118和储能电路116可以耦合到总线140。
电气设备100可以包括从模块120-1、120-2……120-N。通过提供从模块120-1、120-2……120-N，可以为用户提供多样化的辅助功能。作为示例，从模块120-1、120-2……120-N可以是以太网模块、DI/DO模块等。可以理解的是，根据用户需求以及电气设备的固有功能(诸如用于电源转换的功能)，从模块可以是实现辅助功能的任何模块。从模块120-1、120-2……120-N分别可以包括控制装置121-1、121-2……121-N，以帮助实现各个从模块的辅助功能。从模块120-1、120-2……120-N可以以可移除的方式耦合到主模块110，并且当从模块120-1、120-2……120-N耦合到主模块110时，主模块110中的电源电路111可以为这些从模块提供功率，并且上电后的控制装置121-1、121-2……121-N可以以有线或无线的方式与主模块110的控制装置114进行通信。
在一些实施例中，当从模块120-1、120-2……120-N耦合到主模块110时，从模块120-1、120-2……120-N可以耦合到总线140，使得电源电路111可以经由总线140向从模块提供功率。在一些实施例中，总线140可以经由上述电源电路115耦合到从模块120-1、120-2……120-N各自的控制装置121-1、121-2……121-N，以向从模块的控制装置提供功率。此外，在一些情况下，在电源电路115与从模块的控制装置之间可以设置有电源开关117。
为了进一步提升电气设备100的供电能力，电气设备100还可以包括电源扩展模块130。电源扩展模块130以可移除的方式耦合到主模块110并且包括耦合到外部电源的电源电路131，该外部电源可以是辅助电源180。电源扩展模块130的电源电路131可以代替电源电路111而向主模块和从模块中的电路或器件提供功率。在一些实施例中，当电源扩展模块130耦合到主模块110时，电源电路131可以耦合到总线140。此外，主模块110和电源扩展模块130还分别包括防反电路113和132，电源电路111和131分别经由防反电路113和132耦合到总线140。在一些情况下，电气设备100还可以包括具有控制装置151的外扩模块150，并且外扩模块150可以经由电源扩展模块130或电源扩展模块130的保护电路133而耦合到总线140，以从总线140获取功率。也就是说，除了可以利用固有接口耦合到从模块120-1、120-2……120-N之外，主模块110还可以通过附加线缆而耦合到外扩模块150，并且可以理解的是，电气设备100可以设置有一个或多个外扩模块。
图1B示出了电气设备100的示例性电路图。在图1A和图1B中，相同的部件采用了相同的附图标记进行标识。但是，可以理解的是，图1B中的电路实现方式仅仅是示例性的，并且图1A中的以方框示出的各个单元或模块可以以任何适当的方式来实现。如图所示，主电源160可以提供266V交流电压到电源电路111，并且备用电源170可以提供480V交流电压到电源电路111。电源电路111中的变压器和整流器可以对接收到的交流电压进行变压和整流。然后，电源电路111中的DC-DC转换器可以将经过变压和整流的14.7V-40.7V的直流电压转换为13.5V的直流电压，并提供给驱动电路112，以及经由防反电路113提供给总线140。作为DC-DC转换器的电源电路115可以将总线140的电压转换为3.3V的直流电压，并提供给作为MCU的控制装置114以及控制装置121-1、121-2……121-N。电源扩展模块130中的DC-DC转换器131可以将来自辅助电源180的24V的直流电压转换为14.5V的直流电压，并且经由防反电路132提供给总线140。
电气设备100的供电电源可以提供给从模块的功率通常是有限的，并且需要确保控制装置114以及诸如驱动电路112的功能电路的供电。此外，不同的从模块需要的功率并不相同，例如DI/DO模块需要的功率较少，而以太网模块需要消耗更多功率。因此，当较多的功率消耗高的从模块(诸如多个以太网模块)被耦合到主模块时，供电电源提供的功率可能难以支持这些从模块的所需功率，从而导致耦合到主模块的从模块无法正常运行。另外，提供附加供电电源(即电源扩展模块130)在一定程度上缓解了供电功率的不足，但是在存在两个或更多供电电源的情况下如何在电气设备中实现对供电的有效管理也是亟需解决的问题。
根据本公开的实施例，提供了改进的功率管理方案。在本公开的方案中，可以在电气设备100中判断哪个供电电源正在为从模块供电以及当前的供电电源是否能够支持从模块组合的正常运行，从而可以基于判断结果来主动调整可以进入正常工作模式的从模块，以确保电气设备获得最佳的运行性能。
以下参考附图来详细描述本公开的实施例。图2示出了根据本公开的实施例的功率管理方法200的流程图。方法200可以在图1A中的电气设备100中被实现，并且由主模块110的控制装置114的处理器来执行。为了便于讨论，将参考图1A和图1B来描述方法200。
在框201，控制装置114可以接收与设备100的主模块110所耦合的一组从模块120-1、120-2……120-N相关联的第一信息。该第一信息至少指示一组从模块120-1、120-2……120-N各自在正常工作模式下的工作功率。
具体地，在电气设备100接通电源之后，来自主电源160或备用电源170的功率、或者来自辅助电源180的功率可以经由电源电路113、115和131以及电源开关117(初始处于闭合状态)而被供应到主模块110的各个电路以及从模块120-1、120-2……120-N。由此，主模块110的控制装置114和从模块120-1、120-2……120-N各自的控制装置121-1、121-2……121-N开始工作。从模块120-1、120-2……120-N各自的控制装置121-1、121-2……121-N在上电之后可以处于低功耗工作模式并等待配置指令以确定是否需要进入正常工作模式，控制装置121-1、121-2……121-N在低功耗工作模式下仅存在非常低的功率消耗。主模块110的控制装置114可以以无线或者有线的方式接收来自于从模块120-1、120-2……120-N的第一信息，该第一信息指示了每个从模块在正常工作模式下所需要的功率。在一些情况下，第一信息还可以包括从模块的ID或者有助于标识从模块的其他信息。
在框202，控制装置114可以接收与供电电源相关联的第二信息，供电电源被配置为向主模块110和一组从模块120-1、120-2……120-N供电。
具体地，由于可能是多个电源电路中的其中一个正在向主模块和从模块供电，因此，第二信息可以是能够标识出正在供电的电源电路的信息。例如，供电电源可以是电气设备100自身的供电电源或者附加供电电源。例如，如图1A所示，电气设备100自身的供电电源可以是主模块110中的电源电路111，电源电路111可以耦合到诸如主电源160或备用电源170的第一外部电源。如图1B所示，电源电路111可以包括变压器、整流器以及DC-DC转换器，从而可以将来自外部电源的交流电压(例如266V或480V)转换为直流电压(例如13.5V)，以提供到主模块110和从模块120-1、120-2……120-N。此外，附加供电电源例如可以是电源扩展模块130中的电源电路131，电源电路131可以耦合到诸如辅助电源180的第二外部电源。电源扩展模块130可以以可移除的方式耦合到主模块110。如图1B所示，电源电路131可以是DC-DC转换器，以将外部电源的直流电压(例如24V)转换为适用于电气设备100的直流电压(例如14.5V)以提供到主模块110和从模块120-1、120-2……120-N。
例如，第二信息可以包括与当前供电电源有关的电气参数(诸如电压、电流和功率等)。例如，基于这些电气参数，控制装置114可以将当前的供电电源标识为主模块110中的电源电路111或电源扩展模块130中的电源电路131，从而确定当前供电电源能够提供的最大功率。可以理解的是，第二信息也可以包括与供电电源相关联的其他信息，只要能有助于控制装置114确定当前供电电源能够提供的最大功率，例如第二信息也可以直接指示当前供电电源能够提供的最大功率。
在本公开的某些实施例中，第二信息可以指示总线140的电压，总线140至少被耦合在供电电源与一组从模块120-1、120-2……120-N之间。
例如，如图1所示，总线140可以耦合到主模块110的电源电路111，并且当电源扩展模块130耦合到主模块110时，总线140可以耦合到电源扩展模块130的电源电路131。总线140还可以耦合到一组从模块120-1、120-2……120-N。总线140可以直接耦合到从模块120-1、120-2……120-N的诸如输入单元和输出单元的功能单元(未示出)；此外，总线140可以经由电源电路115耦合到从模块120-1、120-2……120-N的控制装置(例如，图1B中的MCU)121-1、121-2……121-N。可以理解的是，图1A和图1B仅仅是示例性的，并且总线140可以以任何适当的方式耦合在供电电源与从模块之间。
主模块110的检测电路118可以检测总线140的电压，并且将检测到的电压提供给控制装置114。由于供电电源经由总线140向从模块120-1、120-2……120-N提供电力，因此总线140的电压可以作为供电电源的标识信息。
例如，主模块110的电源电路111和电源扩展模块130的电源电路131向总线140输出的电压可以不相同。仅仅作为示例，如图1B所示，电源电路111的输出电压为13.5V，而电源电路131中的输出电压为14.5V。此外，在电源电路111与总线140之间以及在电源电路131与总线140之间分别设置有防反电路113和132，其中防反电路113设置在主模块110中，并且防反电路132设置在电源扩展模块130中。防反电路113和132使得功率(或电流)仅能由电源电路111和131向总线140方向流动，而不能反向流动。作为示例，如图1B所示，防反电路113和132可以是二极管，并且二极管被设置为阳极连接到电源电路111和131以及阴极连接到总线140。然而，也可以设置任何适当的电路或器件来实现功率或电流的单向流动。根据电路原理，只要电源电路111和131中的一个电源电路存在输出电流，总线140上就有电流，且总线140上的电压值取决于电源电路111和131的输出电压中较高的一者，且负载由输出电压较高的那个电源电路供电。
在一些实施例中，电源电路111的输出电压可以低于电源电路131的输出电压。由此，当电源扩展模块130没有耦合到主模块110时，由输出电压较低的电源电路111向总线140提供功率；当电源扩展模块130耦合到主模块110时，仅由输出电压较高的电源电路131向总线140提供功率(此时，由于防反电路113的存在并且总线140的电压高于电源电路111的电压，电源电路111与总线140之间没有功率交换)。可以理解的是，代替防反电路，也可以设置其他类型的电路，例如可以设置可控开关电路，例如当附加供电电源被耦合到主模块110时，可以通过可控开关电路断开主模块110的电源电路111与总线140之间的连接。因此，在这种情况下，当电源电路111正在向总线140供电时，总线140的电压将接近于电源电路111的输出电压(例如13.5V)，而当电源电路131正在向总线140供电时，总线140的电压将接近于电源电路131的输出电压(例如14.5V)。因此，总线140的电压可以用于指示总线140的功率是来自于主模块110的电源电路111还是来自于电源扩展模块130的电源电路131。采用检测总线电压的方式来判断供电电源具有简单可靠的优点。
在框203，控制装置114可以基于第一信息来计算一组从模块120-1、120-2……120-N的工作功率之和。
具体而言，第一信息包括从模块120-1、120-2……120-N处于正常工作模式所需的功率。因此，控制装置114可以基于第一信息来计算从模块120-1、120-2……120-N进入正常工作模式所需要的总功率。
在框204，控制装置114可以基于第二信息来确定功率限制值。具体地，基于第二信息可以确定当前供电电源可以提供给从模块的最大功率，由此可以确定功率限制值。例如，第二信息可以包括标识信息，基于该标识信息可以确定当前是主模块的电源电路111还是电源扩展模块130的电源电路131在供电。此外，控制装置114可以预先存储有与电气设备100的供电电源有关的信息，例如电气设备100的各个供电电源能够提供给从模块的最大功率。由此，控制装置114可以确定能够提供给从模块的最大功率，并将该最大功率确定为功率限制值。
在本公开的某些实施例中，如果总线140的电压与主模块110中的电源电路111的输出电压相对应，控制装置114可以将主模块110中的电源电路111能够提供给一组从模块120-1、120-2……120-N的最大功率确定为功率限制值。此外，在本公开的某些实施例中，如果总线140的电压与主模块110所耦合的电源扩展模块130中的电源电路131的输出电压相对应，控制装置114可以将电源扩展模块130的电源电路131能够提供给一组从模块120-1、120-2……120-N的最大功率确定为功率限制值。
作为示例，控制装置114可以设置阈值电压，该阈值电压的大小被设置在电源电路111的输出电压与电源电路131的输出电压之间。例如，电源电路111的输出电压为13.5V，以及电源电路131的输出电压为14.5V，则该阈值电压可以设置为14V。然后，可以将总线140的电压与该阈值电压进行比较，如果总线140的电压小于或等于该阈值电压，则确定总线140的电压与输出电压较低的电源电路111的输出电压相对应，并且如果总线140的电压大于该阈值电压，则确定总线140的电压与输出电压较高的电源电路131的输出电压相对应。可以理解的是，也可以采用其他方式来确定总线140的电压与哪个电源电路的输出电压相对应，例如可以直接将总线140的电压与相应电源电路的输出电压进行比较，以判断总线140的电压更接近于哪个电源电路的输出电压。
可以在控制装置114中预先确定并存储各个供电电源能够提供给从模块的最大功率。在预先确定各个供电电源能够提供给从模块的最大功率时，需要确定供电电源提供的从模块以外的其他电路的功率。例如，驱动电路112被耦合到电源电路111，使得驱动电路112由电源电路111供电；并且电源电路111和131还需要向主模块110的控制装置114供电。因此，在预先确定电源电路111能够提供给从模块的最大功率时，需要从电源电路111能够提供的最大功率中减去提供给驱动电路112和控制装置114的功率；在预先确定电源电路131能够提供给从模块的最大功率时，需要从电源电路131能够提供的最大功率中减去提供给控制装置114的功率。
电气设备100自身的供电电源(例如主模块110的电源电路111)能够提供给从模块的功率与电气设备100的附加电源(例如电源扩展模块130的电源电路131)能够提供给从模块的功率存在显著差异。电气设备100自身的供电电源能够提供的功率有限，并且必须首先要确保与其固有功能有关的电路(例如驱动电路112)的供电。例如，主模块的电源电路111总共能够提供6W的功率，然而可以提供给从模块的功率则仅有2.5W，这限制了主模块所耦合的从模块的数量和类型。诸如电源扩展模块130的附加供电电源可以仅向主模块的控制装置和从模块供电，而不必为驱动电路112供电(驱动电路112仍由主模块的电源电路111供电)。例如，在主模块的电源电路111仅能向从模块提供2.5W的功率的情况下，耦合到辅助电源180的电源扩展模块130可以向从模块120-1、120-2……120-N提供6W的功率。因此，在电气设备100中提供附加供电电源实际上进一步提升了电气设备100的供电能力，使得电气设备100可以承载高功耗的从模块组合。要注意的是，如果电源扩展模块130和辅助电源180被耦合到主模块，但电源电路111未耦合到主电源160或备用电源170、或者主电源160或备用电源170没有供电，则电气设备100不能实现电磁铁驱动及电源转换的功能，但可以实现部分其他功能，诸如通过主模块和从模块读取电气设备100的数据。
由此可见，控制装置114可以根据总线140的电压来确定电源扩展模块130是否被耦合到主模块110，并因此确定当前供电电源的功率限制值。
在框205，控制装置114确定一组从模块120-1、120-2……120-N的工作功率之和是否不大于功率限制值。具体而言，控制装置114可以将计算出的从模块120-1、120-2……120-N在正常工作模式下所需要的总功率与所确定的功率限制值进行比较。
在框206，如果一组从模块120-1、120-2……120-N的工作功率之和不大于功率限制值，则控制装置114向一组从模块120-1、120-2……120-N发送用于改变工作模式的指令，以使一组从模块120-1、120-2……120-N从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
具体而言，如果一组从模块120-1、120-2……120-N的工作功率之和不大于功率限制值，则可以确定当前的供电电源能够支持从模块120-1、120-2……120-N进入正常工作状态。因此，控制装置114可以以无线或有线的方式向从模块120-1、120-2……120-N发出指令信号，以使从模块120-1、120-2……120-N从上电之后的初始的低功耗工作模式改变为正常工作模式。
在本公开的某些实施例中，功率管理方法200还包括框207和208。
在框207，如果从模块120-1、120-2……120-N的工作功率之和大于功率限制值，在从模块120-1、120-2……120-N中确定部分从模块，其中该部分从模块的工作功率之和不大于功率限制值。具体地，当从模块120-1、120-2……120-N进入正常工作模式的所需总功率超过了供电电源能够提供最大功率，则控制装置140可以从从模块120-1、120-2……120-N中选择供电电源能够支持的部分从模块。
在本公开的某些实施例中，第一信息至少还指示从模块120-1、120-2……120-N各自的优先级，并且在从模块120-1、120-2……120-N中确定部分从模块包括：基于从模块120-1、120-2……120-N各自的优先级来确定部分从模块，其中部分从模块包括优先级高的从模块。具体地，在供电电源无法支持所有从模块正常工作的情况下，控制装置114可以从从模块120-1、120-2……120-N中选择优先级高的从模块进入正常工作模式，以确保电气设备100能够优先提供重要的辅助功能，以提升用户体验。
在框208，向所确定的部分从模块发送用于改变工作模式的指令，以使该部分从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。具体地，控制装置114可以以无线或有线的方式向所确定的部分从模块发送指令信号，以使该部分从模块进入正常工作模式。剩余的从模块可以被保持在低功耗工作模式或者与主模块110解除耦合。
可以理解的是，在从模块120-1、120-2……120-N的工作功率之和大于功率限制值的情况下，用户也可以对从模块120-1、120-2……120-N进行全部更换或部分更换，以获得更换后的从模块120-1、120-2……120-N。然后，控制装置114可以重新执行框201至框206，直至从模块120-1、120-2……120-N的工作功率之和不大于功率限制值。
此外，在一些情况下，电气设备100还设置有外扩模块150。例如外扩模块150可以是用于实现人接界面(HMI)功能的模块。可以理解的是，当外扩模块150被耦合到总线140或者经由电源扩展模块130耦合到总线140时，可以采用与从模块120-1、120-2……120-N相同的方式来管理外扩模块150的供电。例如，主模块110的控制装置114还可以从外扩模块150接收指示外扩模块150在正常工作模块下的工作功率的信息，并且判断从模块120-1、120-2……120-N和外扩模块150的总工作功率是否在功率限制值以内，然后主模块110的控制装置114可以根据判断结果来确定外扩模块150是否进入正常工作模块。也就是说，外扩模块150可以被视为从模块之一来进行管理，并且上文中针对从模块的描述同样适用于扩展模块150。
在本公开的某些实施例中，总线140耦合到储能电路116，并且经由电源开关117耦合到一组从模块120-1、120-2……120-N各自的控制装置121-1、121-2……121-N，并且功率管理方法200还包括：响应于总线140的电压低于指示发生断电的供电阈值，控制装置114关断电源开关117以避免储能电路116的预存功率被提供到一组从模块120-1、120-2……120-N各自的控制装置121-1、121-2……121-N，并且控制装置114利用储能电路116中的预存功率在主模块110中进行存储数据的操作。
如图1A所示，储能电路116可以耦合到总线140和主模块110的控制装置114，从而在正常供电时从总线140获得预存功率，并在供电中断时将预存功率提供给控制装置114以用于存储数据的操作。如图1B所示，储能电路116例如可以是储能电容。此外，电源开关117可以耦合在总线140与从模块120-1、120-2……120-N各自的控制装置121-1、121-2……121-N之间。在一些实施例中，总线140可以经由电源电路115向主模块和从模块的控制装置提供电力，其中电源电路115可以将总线140的电压转换为适用于控制装置的电压(如图1B所示，电源电路115可以是DC-DC转换器以将总线电压转换为3.3V电压)。由此，电源开关117可以耦合在电源电路115与从模块的控制装置121-1、121-2……121-N之间。电源开关117可以由主模块110的控制装置114控制以接通和关断。
在发生断电时，控制装置114可以断开电源开关117，以避免储能电路116中的预存功率流入从模块的控制装置121-1、121-2……121-N。由此，可以确保主模块110的控制装置114获得足够的预存功率来执行存储重要数据的操作。
图3示出了根据本公开的实施例的功率管理方法300的流程图。方法300可以在图1A和图1B中的电气设备100中被实现，并且由从模块的控制装置121-1、121-2……121-N中的任何控制装置的处理器来执行。可以理解的是，在电气设备100还设置有外扩模块150的情况下，可以采用与从模块120-1、120-2……120-N相同的方式来管理外扩模块150的供电，因此方法300也可以由外扩模块150的控制装置151中的处理器来执行。为了便于讨论，以下将以从模块120-1为例来描述方法300，并且将参考图1A和图1B来描述方法300。。
在框301，控制装置121-1在电气设备100的从模块120-1的低功耗工作模式下向从模块120-1所耦合的主模块110发送第一信息，第一信息至少指示从模块120-1在正常工作模式下的工作功率，主模块110被配置为至少基于第一信息来确定是否向从模块120-1发送用于改变工作模式的指令。
在框302，确定从模块120-1是否从主模块110接收到用于改变工作模式的指令。
在框303，响应于从模块120-1从主模块110接收到用于改变工作模式的指令，将从模块120-1的工作模式从低功耗工作模式转变为正常工作模式。在本公开的实施例中，可以对当前的供电电源进行标识，并且确定能够提供给从模块的最大功率，由此可以根据该最大功率对耦合到主模块的从模块的数量和类型进行调整以避免设备操作受到供电电源功率的限制，从而有效改善了模块化电气设备的模块管理和功率管理，提升了电气设备的运行性能。
图4示出了可以用来实施本公开的实施例的示例设备400的示意性框图。设备400可以被实现为图1A的控制装置114或控制装置121-1、121-2……121-N。设备400可以用于实现图2的方法200和图3的方法300。
如图所示，设备400包括中央处理单元(CPU)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的计算机程序指令或者从存储单元408加载到随机访问存储器(RAM)403中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还可存储设备400操作所需的各种程序和数据，例如，可以存储上文提及的测量数据。CPU 401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。
设备400中的多个部件连接至I/O接口405，包括：输入单元406，例如键盘、鼠标等；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘、光盘等；以及通信单元409，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元409允许设备400通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理单元401执行上文所描述的方法200或方法300。例如，在一些实施例中，方法200和方法300可被实现为计算机软件程序或计算机程序产品，其被有形地包含于机器可读介质，诸如非瞬态计算机可读介质，诸如存储单元408。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 402和/或通信单元409而被载入和/或安装到设备400上。当计算机程序加载到RAM 403并由CPU 401执行时，可以执行上文描述的方法200或300的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU 401可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法200或300。
本领域的技术人员应当理解，上述本公开的方法的各个步骤可以通过通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本公开不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应当理解，尽管在上文的详细描述中提及了设备的若干装置或子装置，但是这种划分仅仅是示例性而非强制性的。实际上，根据本公开的实施例，上文描述的两个或更多装置的特征和功能可以在一个装置中具体化。反之，上文描述的一个装置的特征和功能可以进一步划分为由多个装置来具体化。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种功率管理方法，包括：
接收与设备的主模块所耦合的一组从模块相关联的第一信息，所述第一信息至少指示所述一组从模块各自在正常工作模式下的工作功率；
接收与供电电源相关联的第二信息，所述供电电源被配置为向所述主模块和所述一组从模块供电，其中所述第二信息至少指示总线的电压，所述总线至少被耦合在所述供电电源与所述一组从模块之间，所述供电电源包括所述设备自身的供电电源和附加供电电源，所述设备自身的所述供电电源输出的电压不同于所述附加供电电源输出的电压；
基于所述第一信息来计算所述一组从模块的所述工作功率之和；
基于所述第二信息来确定功率限制值；以及
如果所述一组从模块的所述工作功率之和不大于所述功率限制值，向所述一组从模块发送用于改变工作模式的指令，以使所述一组从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
2.根据权利要求1所述的功率管理方法，还包括：
如果所述一组从模块的所述工作功率之和大于所述功率限制值，在所述一组从模块中确定部分从模块，其中所述部分从模块的所述工作功率之和不大于所述功率限制值；以及
向所确定的部分从模块发送用于改变工作模式的指令，以使所述部分从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
3.根据权利要求2所述的功率管理方法，其中所述第一信息至少还指示所述一组从模块各自的优先级，并且在所述一组从模块中确定所述部分从模块包括：
基于所述一组从模块各自的优先级来确定所述部分从模块，其中所述部分从模块包括优先级高的从模块。
4.根据权利要求1所述的功率管理方法，其中基于所述第二信息来确定所述功率限制值包括：
如果所述总线的所述电压与所述主模块中的第一电源电路的输出电压相对应，将所述主模块中的所述第一电源电路能够提供给所述一组从模块的最大功率确定为所述功率限制值。
5.根据权利要求1所述的功率管理方法，其中基于所述第二信息来确定所述功率限制值包括：
如果所述总线的所述电压与所述主模块所耦合的电源扩展模块中的第二电源电路的输出电压相对应，将所述电源扩展模块的所述第二电源电路能够提供给所述一组从模块的最大功率确定为所述功率限制值。
6.根据权利要求1所述的功率管理方法，其中所述总线耦合到储能电路，并且经由电源开关耦合到所述一组从模块各自的控制装置，所述功率管理方法还包括：
响应于所述总线的所述电压低于指示发生断电的供电阈值，关断所述电源开关以避免所述储能电路的预存功率被提供到所述一组从模块各自的所述控制装置，并且利用所述储能电路中的所述预存功率在所述主模块中进行存储数据的操作。
7.一种主模块的控制装置，包括：
处理器；以及
与所述处理器耦合的存储器，所述存储器具有存储于其中的指令，所述指令在被处理器执行时使所述处理器执行动作，所述动作包括：
接收与设备的主模块所耦合的一组从模块相关联的第一信息，所述第一信息至少指示所述一组从模块各自在正常工作模式下的工作功率；
接收与供电电源相关联的第二信息，所述供电电源被配置为向所述主模块和所述一组从模块供电，其中所述第二信息至少指示总线的电压，所述总线至少被耦合在所述供电电源与所述一组从模块之间，所述供电电源包括所述设备自身的供电电源和附加供电电源，所述设备自身的所述供电电源输出的电压不同于所述附加供电电源输出的电压；
基于所述第一信息来计算所述一组从模块的所述工作功率之和；
基于所述第二信息来确定功率限制值；以及
如果所述一组从模块的所述工作功率之和不大于所述功率限制值，向所述一组从模块发送用于改变工作模式的指令，以使所述一组从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
8.根据权利要求7所述的控制装置，所述动作还包括：
如果所述一组从模块的所述工作功率之和大于所述功率限制值，在所述一组从模块中确定部分从模块，其中所述部分从模块的所述工作功率之和不大于所述功率限制值；以及
向所确定的部分从模块发送用于改变工作模式的指令，以使所述部分从模块从低功耗工作模式转变为正常工作模式。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其中所述第一信息至少还指示所述一组从模块各自的优先级，并且在所述一组从模块中确定所述部分从模块包括：
基于所述一组从模块各自的优先级来确定所述部分从模块，其中所述部分从模块包括优先级高的从模块。
10.根据权利要求7所述的控制装置，其中基于所述第二信息来确定所述功率限制值包括：
如果所述总线的所述电压与所述主模块中的第一电源电路的输出电压相对应，将所述主模块中的所述第一电源电路能够提供给所述一组从模块的最大功率确定为所述功率限制值。
11.根据权利要求7所述的控制装置，其中基于所述第二信息来确定所述功率限制值包括：
如果所述总线的所述电压与所述主模块所耦合的电源扩展模块中的第二电源电路的输出电压相对应，将所述电源扩展模块的所述第二电源电路能够提供给所述一组从模块的最大功率确定为所述功率限制值。
12.根据权利要求7所述的控制装置，其中所述总线耦合到储能电路，并且经由电源开关耦合到所述一组从模块各自的控制装置，所述动作还包括：
响应于所述总线的所述电压低于指示发生断电的供电阈值，关断所述电源开关以避免所述储能电路的预存功率被提供到所述一组从模块各自的所述控制装置，并且利用所述储能电路中的所述预存功率在所述主模块中进行存储数据的操作。
13.一种电气设备，包括：
主模块，包括根据权利要求7至12中任一项所述的控制装置；以及
至少一个从模块，每个从模块可移除地耦合到所述主模块，每个从模块的控制装置包括：
处理器；以及
与所述处理器耦合的存储器，所述存储器具有存储于其中的指令，所述指令在被处理器执行时使所述处理器执行动作，所述动作包括：
在设备的从模块的低功耗工作模式下向所述从模块所耦合的主模块发送第一信息，所述第一信息至少指示所述从模块在正常工作模式下的工作功率，所述主模块被配置为至少基于所述第一信息来确定是否向所述从模块发送用于改变工作模式的指令；以及
响应于所述从模块从所述主模块接收到用于改变工作模式的指令，将所述从模块的工作模式从所述低功耗工作模式转变为正常工作模式。
14.根据权利要求13所述的电气设备，其中所述第一信息至少还指示所述从模块的优先级。
15.根据权利要求13所述的电气设备，其中所述主模块还包括第一电源电路，所述第一电源电路被耦合到第一外部电源，
所述电气设备还包括：
电源扩展模块，可移除地耦合到所述主模块并且包括第二电源电路，所述第二电源电路被耦合到第二外部电源；以及
总线，当所述电源扩展模块未耦合到所述主模块时，所述总线耦合到所述第一电源电路，并且当所述电源扩展模块耦合到所述主模块时，所述总线耦合到所述第二电源电路。
16.根据权利要求15所述的电气设备，其中所述总线经由第一防反电路耦合到所述第一电源电路，并且当所述电源扩展模块耦合到所述主模块时，所述总线还经由第二防反电路耦合到所述第二电源电路，所述第一防反电路和所述第二防反电路被配置为仅允许功率分别从所述第一电源电路和所述第二电源电路流向所述总线。
17.根据权利要求16所述的电气设备，其中所述第一电源电路提供的电压低于所述第二电源电路提供的电压。
18.根据权利要求16所述的电气设备，其中所述电气设备用于电源转换控制，并且所述主模块还包括被配置为驱动用于电源转换的开关的驱动电路，所述驱动电路被耦合到所述第一电源电路以使所述驱动电路由所述第一电源电路供电。
19.根据权利要求15所述的电气设备，其中所述主模块还包括电源开关和储能电路，所述总线被耦合到所述储能电路并且经由所述电源开关被耦合到所述至少一个从模块各自的所述控制装置，其中所述主模块的所述控制装置被配置为控制所述电源开关的接通和关断。
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