電源管理裝置的製作方法
2023-05-08 04:07:21 3
專利名稱：電源管理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源管理裝置，特別於電源供應時，通過功率比較器比較系統的電源能量供應與消耗，將系統除電量消耗外所剩餘的電量充分地供應給電池進行充電，以達到提高用電效率的目的。
背景技術：
一般來說，一個系統的用電為固定的功率消耗，故電源供電依照此功率消耗而決定分配的電源電力，至少需提供比此基本功率消耗更高的電力，如系統基本用電為100瓦特，則至少提供大於100瓦特的電力。如果此系統為功能強大的複雜系統，則其中供電系統用電的狀態，可包括正常開機狀態(onstate)、待命狀態(stand-by state)、閒置狀態(suspend state)、關機狀態(offstate)等，如美國專利US5,586,333號所公開的用於計算機系統外圍裝置的電源管理方法，即可針對以上各種模式產生不同的電源管理信號控制電源輸出，其中如計算機系統中包括的電源模式，包括運行狀態、待命狀態與休眠狀態(sleep mode)等，電源供電需根據不同的電源模式，提供不同的供電量。
至於可攜式計算機的系統，如筆記本/膝上型計算機，美國專利第6,763,478號公開了一種計算機中央處理器(CPU)與總線(BUS)頻率(Clock)會隨著電源不同而調整的技術，當以AC電源供電時，CPU與總線即以最高性能運行，如果檢測到以電池供電時，即自動降低運行頻率，達到省電的目的。
以上公知的省電模式都是針對系統端的用電產生省電的效果，而在現有技術中，美國專利第6,741,066號，如圖1，其充電控制器12產生的反饋信號(feedback signal)101包括電池15的充電電流/電壓和系統16的用電量的信息，外接電源10利用此反饋信號101來調整對系統16與電池15充電的輸出電量，以此提升便攜型裝置電池與AC電源的使用效率。
圖1中，電源10電連接系統16內的電源調整器(power conditioning)14，並供應系統16電量，電源調整器14又耦接多個外圍18a，18b，18c；至於充電控制器12則監測電池15的用電量，並以反饋信號101反饋至電源10，故電源10可由此信號得知電池15所需電量，以平衡電池15與系統16的用電。
現有技術所公開的技術，雖然能使系統提升用電效率，但所能達到的效果卻有限；本發明的電源管理裝置則提出更為有效的使用較低功率電源的技術，除了針對系統用電外，還能對電池有效地充電，並且可配合中央處理器降電壓、降頻工作來提升用電效率。
發明內容
本實用新型涉及一種電源管理裝置，利用對系統的電源控制運用的管理，當使用AC電源時，通過AC電源提供系統運行所需的電量，同時以其中控制器與電源比較單元對電池做更有效率的充電，達到(1)、確保系統的總消耗功率不會超過電源供應器所提供的規格；(2)、以同樣規格的電源供應器，可以支持消耗功率更多及運算速度更高的系統。
電源管理裝置至少包括提供系統用電的電源；耦接於電源與系統間，以隨時或周期性檢測該系統用電與該電源的供電情形的供電檢測單元；控制單元，耦接該供電檢測單元、該系統與切換開關的控制晶片；切換單元，耦接該控制單元，為控制該電源對該電能存儲裝置充電的電路開關；以及電能存儲裝置，經由該切換開關耦接該供電檢測單元，並提供該系統的直流電源。其中供電檢測單元通過控制單元與系統連接，並且通過切換開關控制電能存儲裝置的充電與否。
根據所述的電源管理裝置，其中該系統的該供電檢測單元至少包括限流電阻、比較單元與電源轉換單元。
根據所述的電源管理裝置，其中該比較單元跨接於該限流電阻的輸出/入端。
根據所述的電源管理裝置，其中該電源轉換單元為電壓轉換電路。
根據所述的電源管理裝置，其中該比較單元為運算放大器。
根據所述的電源管理裝置，其中該限流電阻為多個電阻組成的電路。
根據所述的電源管理裝置，其中該控制單元為耦接於該系統內南橋晶片的鍵盤控制晶片。
根據所述的電源管理裝置，其中該控制單元耦接該系統的處理器，以控制該處理器降頻運行。
根據所述的電源管理裝置，其中該控制單元耦接該系統的處理器，以控制該處理器降電壓運行。
本實用新型的管理方法流程包括啟動電源，檢測電源的總供電量，檢測系統的消耗電量，接著，檢測電能存儲裝置的電量，再比較電源的總供電量與系統的消耗電量，以判斷是否有足夠的剩餘電量對電能存儲裝置充電，與是否對系統的處理器進行降電壓或降頻措施。
圖1為公知技術電源管理的方塊示意圖；圖2為本實用新型電源管理裝置的示意圖；圖3為本實用新型電源管理裝置實施例的示意圖；其中，附圖標記說明如下12充電控制器101 反饋信號15電池14電源調整器16系統10電源18a， 18b，18c外圍20電源22供電檢測單元24切換單元26電能存儲裝置28系統29控制單元31第一限流電阻
32第二限流電阻33第一比較單元34第二比較單元35電源轉換單元281 處理器具體實施方式
一種電源管理裝置，通過比較系統的電量提供與消耗而運用控制器來達到系統內的電源管理，可有效地使用較低功率電源的技術，此外，除供應系統用電外，還能有效地對電池充電，並配合中央處理器降電壓、降頻工作來提升用電效率。以下詳述本實用新型的優選實施例，其實際應用可以此實施例等效運用，但並不限於在此的敘述。
本實用新型所述的電源管理裝置在系統供電時，可動態調整對其中電能存儲裝置(如電池)進行充電，當系統總消耗功率超過電源所提供的特定瓦特(Watt)數時，電源管理裝置即刻自動停止對電池充電，甚至對系統處理器作降頻、降電壓運行，並在系統用電正常後，能檢測剩餘電量是否足夠對該電能存儲裝置充電，給予適當電壓充電。
舉例來說，如系統使用130瓦特供電能力的電源，而耦接系統本身的電能存儲裝置(如電池)充電最大功率為40瓦特，但如果系統不含電池充電所需功率外，需要最大消耗功率為130瓦特，若同時供系統用電與對電池充電，電源供應的功率將不敷使用，在此情況下，本發明的實施例可中斷對電池的充電，而隨時檢測系統用電有否改變，若系統用電降低，且剩餘電量可達電池充電功率，則可自動對電池以所需的功率充電。
若系統總消耗功率已超過電源所供的電能，此時，己不考慮電池充電的用電，此時系統內產生的檢測信號傳給系統，可驅使系統對其處理器作降頻動作，或對其中處理器的電源轉換器作降電壓的動作，以保護電源與系統的供電平衡，不致損毀或死機，並在降頻或降電壓期間，檢測供電情形，以隨時恢復系統的正常運行。
請參閱圖2所示電源管理裝置的示意圖，外部電源20耦接供電檢測單元22，供電檢測單元22還耦接系統28，並通過切換單元24與電能存儲裝置26耦接，其中，電能存儲裝置26提供系統28所需的直流電源，而由供電檢測單元22隨時或周期性檢測與比較系統28用電與電源20的供電情形；當電源20對系統28供電且運行時，供電檢測單元22由比較結果得知電源20供電是否有足夠的剩餘電量，通過控制單元29控制切換單元24開啟，使電源20對電能存儲裝置26充電，而當電源20供電情況不足對電能存儲裝置26充電，則控制單元29關閉切換單元24的線路，中止充電；此外，若電源20供電不足對系統28供電，除中止對電能存儲裝置26充電外，還可通過控制單元29對系統28內處理器等耗電元件做降電壓或降頻措施。
上述控制單元29可為耦接供電檢測單元22、系統28與電能存儲裝置26的控制晶片，也可為設置於系統28中的集成電路(IC)，此集成電路的使用可沿用系統28中晶片，如耦接於系統28內南橋晶片(South Bridge)的鍵盤控制晶片(keyboard controller)，還可為本實用新型特別設計的控制晶片。
而圖3所示的裝置示意圖為本實用新型的最優選實施例之一，其中在圖2中所示的供電檢測單元22可包括限流電阻31，32、比較單元33，34與電源轉換單元35，其中電源20耦接第一限流電阻31，而由第一比較單元33跨接第一限流電阻31的輸出/入端，並耦接電源轉換單元35，此電源轉換單元35是電源20為提供連接系統28工作所需電能的電壓轉換電路，其將電源20所輸入的電壓轉換為各種系統28內部元件所需各種不同的電壓，如輸入20V，轉換系統28所需的5V等，系統28內部還設置有多個元件，如圖中所示的處理器281，系統28也可由電能存儲裝置26供電，並接受控制單元29的控制信號，如對處理器281做降頻或降電壓的要求。
第一比較單元33耦接控制單元29，將電源20的供電與系統28的用電的比較結果傳送給控制單元29，控制單元29可以此比較結果決定是否開啟或關閉切換單元24，使開始或中止電源20對電能存儲裝置26充電，或對系統28內處理器281做降電壓或降頻運行。
若切換單元24開啟電源20對電能存儲裝置26充電，充電電流經過第二限流電阻32對電能存儲裝置26充電，且第二比較單元34跨接第二限流電阻32的輸出/輸入端，以檢測電能存儲裝置26的充電狀態。
上述第一限流電阻31與第二限流電阻32為多個電阻並聯組成的電路結構，用於產生壓降，當電流經過時，電流越大則壓降越大，再分別通過第一比較單元33與第二比較單元34放大此信號，故比較單元33，34可為運算放大器(OP Amp)的配置，以取得輸出/入端之間的電位差，當得知電源20供電、系統28與電能存儲裝置26的用電情形後，將結果傳至控制單元29，經比較一電壓默認值，決定是否有足夠電能對電能存儲裝置26充電，或是迫使系統28內處理器281降電壓或降頻。通過上述裝置保護電源20，使其不致於功率消耗過大而燒毀，亦能提供系統28穩定電量，達到提升用電與系統工作的效率。
系統用電的狀態，包括正常開機狀態、待命狀態、閒置狀態、關機狀態等，而在配合作業系統下，則有正常運行狀態、待命狀態與休眠狀態等。本實用新型所述的電源管理裝置也可對系統28中各用電狀態做檢測，以動態調整對電能存儲裝置26的充電供電，如待命與休眠狀態，由於此時對系統供電較小，可以剩餘足夠的電量對電能存儲裝置26充電。
綜上所述，本實用新型為電源管理裝置，通過其裝置可達到以較小功率的電源，來有效率地進行系統供電與電池充電，並在供電不足時，能使系統內處理器予以降頻與降電壓的措施，實為不可多得的創新物品，及具產業上的利用價值。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非用以限制本實用新型，故舉凡運用本實用新型說明書及附圖內容所做的等效結構變化，均包含於本實用新型的專利保護範圍內，合予陳明。
權利要求1.一種電源管理裝置，其特徵在於，至少包括電源，提供系統用電；供電檢測單元，耦接於該電源與該系統，以隨時或周期性檢測該系統用電與該電源的供電情形；控制單元，耦接該供電檢測單元、該系統與切換開關的控制晶片；切換單元，耦接該控制單元，為控制該電源對該電能存儲裝置充電的電路開關；以及電能存儲裝置，經由該切換開關耦接該供電檢測單元，並提供該系統的直流電源。
2.如權利要求1所述的電源管理裝置，其特徵在於，該系統的該供電檢測單元至少包括限流電阻、比較單元與電源轉換單元。
3.如權利要求2所述的電源管理裝置，其特徵在於，該比較單元跨接於該限流電阻的輸出端和輸入端之間。
4.如權利要求2所述的電源管理裝置，其特徵在於，該電源轉換單元為電壓轉換電路。
5.如權利要求2所述的電源管理裝置，其特徵在於，該比較單元為運算放大器。
6.如權利要求2所述的電源管理裝置，其特徵在於，該限流電阻為多個電阻組成的電路。
7.如權利要求1所述的電源管理裝置，其特徵在於，該控制單元為耦接於該系統內南橋晶片的鍵盤控制晶片。
8.如權利要求1所述的電源管理裝置，其特徵在於，該控制單元耦接該系統的處理器，以控制該處理器降頻運行。
9.如權利要求1所述的電源管理裝置，其特徵在於，該控制單元耦接該系統的處理器，以控制該處理器降電壓運行。
專利摘要本實用新型公開了一種電源管理裝置，至少包括電源；供電檢測單元；控制單元；切換單元；以及電能存儲裝置。該電源管理裝置用於一般系統用電與其電池充電間的電源管理，如在可攜式計算機中的系統與電池用電策略中，當啟動電源後，通過比較電路與限流電阻等元件組成的供電檢測電路檢測電源的總供電量、系統消耗功率與電能存儲裝置的電量，在比較電源的總供電量與系統的消耗電量後，以足夠的剩餘電量供應電能存儲裝置充電，或在電量不足時，使系統的處理器降頻或降電壓，以有效利用較小功率的電源，實現省電、高用電效率與降低成本等效果。
文檔編號G06F1/26GK2901666SQ20062000666
公開日2007年5月16日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日
發明者王明璋, 張文雄, 廖世偉, 吳廷宏, 李永勳 申請人:藍天電腦股份有限公司