電能管理電路及其控制電路的製作方法
2023-06-19 22:55:01
專利名稱：電能管理電路及其控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電能管理電路及其控制電路，特別涉及一種通過改變供電路徑， 以提高用電效率的電能管理電路及其控制電路。
背景技術：
由於工藝技術的持續進步，使得大量的電路元件可以被製作在單一晶片上，再加上市場上對複雜度高以及運用功能強的需求，使得整個系統包括微處理器，存儲存儲器等皆有可能集成到同一晶片上，以達到低功率、高效能、小體積以及高可靠度等諸多優點，而這種將多個分別具有不同功能的電路可以集成至一顆單一的晶片(Chip)，亦即俗稱的系統單晶片(System-on-a-Chip，SoC) 0然而，隨著市場上對運用功能的需求越來越多的趨勢下，工程師努力的增加集成至晶片的電路數量，但其複雜度與困難度亦相對提升，例如如何在晶片的最上層電路分割出各個功能方塊，並且在合成及布局完成後能達成時序的要求、如何在晶片階層作布局規劃等等難題，此外，電路跟電路間亦會發生幹擾，故信號完整性(signal integrity) 及可靠度(reliability)的重要性日益提升，例如噪聲(noise)的處理、電磁幹擾 (electromagnetic interference, EMI)的防治等。相對來說，系統單晶片的電源處理對於工程師來說顯得不是那麼的重要，工程師往往重視晶片內穩壓器(Regulator)的設計，通過穩壓器於晶片中劃分出多個電壓配置區塊(multiple voltage island)來對不同功能的電路進行電能的供應，只要在有持續的電能供應下(例如外部電源或內部蓄電電容)，每一個電壓配置區塊除了電壓需求的不同並無其他差異，好的電壓配置區塊設計並不會影響提高晶片整體的用電效率。因此，如何能提出一種方法或手段來對電壓配置區塊的電路進行設計，除提供必需的電壓驅動外，並在設計不複雜、元件單純且較低成本等前提下，更有效地提高用電的效率，此乃長久以來一直是相關專業領域人士努力改進的目標。
發明內容
本發明的目的在於提供一種通過改變供電路徑，以提高用電效率的電能管理電路及其發光二極體控制電路。根據本發明所揭示的電能管理電路，由一外部主電源所驅動，該電能管理電路包括一第一電路、一第二電路、一穩壓電容、一穩壓電路及一切換電路。第一電路用以執行一第一功能，第二電路用以執行一第二功能，穩壓電路耦接於外部主電源並具有一穩壓電容， 外部主電源通過穩壓電路對穩壓電容充電，以使得穩壓電容得以提供一直流電壓至第一電路及第二電路。切換電路耦接於外部主電源、穩壓電容及第一電路，並包括一檢測單元及一開關單元，檢測單元根據外部主電源產生一導通信號及一截止信號，開關單元耦接於檢測單元，當接收到導通信號時，導通穩壓電容對第一電路的供電，當接收到截止信號時，切斷穩壓電容對第一電路的供電。
其中，本發明的電能管理電路可應用於一晶片，而第一電路所述的第一功能則定義為此晶片執行上的主要作業，第二電路的第二功能則為輔助主要功能所必須的功能，值得注意的是，此第一電路或第二電路僅是名詞上的定義。例如本發明所揭示的一實施例，第一電路為一脈衝寬度調製(Pulse-Width Modulation,PWM)控制單元，用以控制一發光二極體模塊的調光功能，而第二電路則為一存儲單元，用以存儲目前發光二極體亮度的狀態，對於發光二極體模塊來說，兩者電路並無所謂第一或第二之分，最大的差別在於，PWM控制單元執行於持續供電的環境之下，當電源被斷開時(發光二極體熄滅)，PWM控制單元並無工作的需要，反之，由於存儲單元用以存儲亮度的狀態，當電源被斷開時，必須要仰賴電路上電容或其他儲能媒介來維持存儲單元的存儲功能。綜上所述，第一電路和第二電路除了功能的差異外，本發明此所指的第二電路為一需要持續電源供給方能正常工作的電路，例如存儲電路。其中，截止信號的產生是指當外部主電源被關閉，檢測單元檢測不到外部主電源的存在時，通過電壓或電流檢測的方式，對應發送此截止信號，反之，當檢測單元檢測到到外部主電源時，則發送導通信號。根據本發明所揭示的發光二極體控制電路，應用上述的電能管理電路，提供一種可存儲調光狀態的脈衝寬度調製(Pulse-Width Modulation,PWM)的發光二極體控制電路， 應用脈波寬度調製技術來對一發光二極體模塊進行調光，發光二極體控制電路包括一開關、一檢測單元、一存儲單元、一 PWM控制單元、一穩壓電容、一穩壓單元及一切換單元。開關，耦接一外部主電源並包括一開啟(ON)狀態及一關閉(OFF)狀態，檢測單元，耦接於開關並對應開啟狀態發送一第一信號，對應關閉狀態發送一第二信號，存儲單元，耦接檢測單元並存儲發光二極體模塊的一發光狀態，PWM控制單元，耦接於存儲單元並根據發光狀態發送一控制信號至發光二極體模塊，以進行調光，穩壓電容，提供一直流電壓至存儲單元及PWM 控制單元，穩壓單元，耦接外部主電源以對穩壓電容充電，切換單元，耦接於檢測單元、穩壓電容及PWM控制單元，切換單元根據第一信號或第二信號對應導通或截止穩壓電容對PWM 控制單元的供電。本發明的有益效果在於，通過上述的電路及其發光二極體控制電路架構，當外部主電源被關閉時，由於穩壓電路將不再對穩壓電容進行充電，在穩壓電容有限的儲能大小下，本發明通過檢測單元檢測外部主電源的方式來改變供電的路徑，將電能提供至最需要的電子元件，提高了電能利用的效率。有關本發明的特徵、實施方式與功效，茲配合附圖作最佳實施例詳細說明如下。
圖1為本發明電源轉換電路的電能管理電路的架構示意圖。圖2A為圖1切換電路的一實施例的電路圖。圖2B為圖1切換電路的另一實施例的電路圖。圖3為本發明發光二極體控制電路的示意圖。圖4為圖3存儲單元的一實施例的電路圖。其中，附圖標記說明如下10第一電路
11第二電路
12穩壓電路
13穩壓電容
14切換電路
141檢測單元
142開關單元
20外部主電源
30存儲單元
31脈衝寬度調製控制單元
32穩壓單元
33發光二極體模塊
40反相器
41第一正反器
42第二正反器
43第三正反器
44第四正反器
45第二與非門
TR電晶體
Rl第一電阻
R2第二電阻
D基納二極體
NAND第一與非門
Sff開關
Nl第一電壓埠
Dl第一輸入埠
Ql第一輸出埠
N2第二電壓埠
D2第二輸入埠
Q2第二輸出埠
N3第三電壓埠
D3第三輸入埠
Q3第三輸出埠
N4第四電壓埠
D4第四輸入埠
Q4第四輸出埠
R 重置埠
CLK時鐘脈衝輸入埠
具體實施方式
請參考圖1、圖2A及圖2B所示，圖1為本發明電源轉換電路的電能管理電路 (power managing circuit)的架構示意圖，圖2A為圖1切換電路的一實施例的電路圖，圖 2B為圖1切換電路的另一實施例的電路圖。電能管理電路由一外部主電源20所驅動，該電能管理電路包括一第一電路10、一第二電路11、一穩壓電容13、一穩壓電路12及一切換電路14。第一電路10用以執行一第一功能，第二電路11用以執行一第二功能，穩壓電路12 耦接於外部主電源20並具有一穩壓電容13，外部主電源20通過穩壓電路12對穩壓電容 13充電，以使得穩壓電容13得以提供一直流電壓至第一電路10及第二電路11。切換電路 14耦接於外部主電源20、穩壓電容13及第一電路10，切換電路14包括一檢測單元141及一開關單元142，檢測單元141根據外部主電源20產生一導通信號及一截止信號，開關單元 142耦接於檢測單元141，當接收到導通信號時，導通穩壓電容13對第一電路10的供電，當接收到截止信號時，切斷穩壓電容13對第一電路10的供電。其中，本發明的電能管理電路可應用於一晶片，而第一電路10所述的第一功能則定義為此晶片執行上的主要作業，第二電路11的第二功能則為輔助主要功能所必須的功能，值得注意的是，此第一電路10或第二電路11僅是名詞上的定義。舉例來說，第一電路10可為一脈衝寬度調製(Pulse-Width Modulation, PWM)控制單元，用以控制一發光二極體模塊的調光功能，而第二電路11則為一存儲單元，用以存儲目前發光二極體亮度的狀態，對於發光二極體模塊來說，兩者電路並無所謂第一或第二之分，最大的差別在於，PWM控制單元執行於持續供電的環境之下，當電源被斷開時，PWM控制單元並無工作的需要(因為發光二極體已經熄滅)，反之，由於存儲單元用以存儲亮度的狀態，當電源被斷開時，必須要仰賴電路上穩壓電容13或其他儲能媒介來維持存儲單元的存儲功能。綜上所述，第一電路 10和第二電路11除了功能的差異外，本發明此所指的第二電路11為一需要持續電源供給方能正常工作的電路。其中，截止信號的產生指當外部主電源20被關閉，檢測單元141檢測不到外部主電源20的存在時，通過電壓或電流檢測的方式，對應發送此截止信號，反之，當檢測單元 141檢測到到外部主電源20時，則發送導通信號。請再參考圖2A及圖2B所示，此兩附圖揭示兩種切換電路的實施例，兩者最大的差異在於檢測單元141的不同，圖2A所示的檢測單元141為一具有陰極及陽極的基納二極體 D，基納二極體D的陰極耦接於外部主電源20及開關單元142，圖2B所示的檢測單元141則為一組串接的第一電阻Rl與第二電阻R2，第一電阻Rl和第二電阻R2間耦接至開關單元 142。開關單元142由一第一與非門NAND及一電晶體TR所構成，第一與非門NAND具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，第一與非門NAND的第一輸入端耦接於該檢測單元 141，第二輸入端耦接穩壓電容13，電晶體TR具有一漏極(drain)、一源極(source)及一柵極(gate)，電晶體TR的漏極耦接於第一電路10，電晶體TR的源極耦接於穩壓電容13，電晶體TR的柵極耦接第一與非門NAND的輸出端。為了更能清楚的敘述本發明的切換電路特徵，以下對於信號電壓準位的說明，將以邏輯「 1」代表高電位，以邏輯「0」代表低電位，值得注意的是，此僅為用以敘述相對關係的例示之用，並非用以限定本發明的技術特徵，此外，檢測單元141於本說明書雖具有兩種不同的實施例，但兩者工作原理相同，故於此以檢測單元141為一整體進行說明，而不針對各別實施例分開進行說明。
首先，當外部主電源20提供一電壓至切換電路14時，檢測單元141根據外部主電源20的電壓發送一個「1」的信號至第一與非門NAND的第一輸入端，於此定義此「1」的信號為導通信號，同時，由於第一與非門NAND的第二輸入端耦接於穩壓電容13，對於第二輸入端來說，穩壓電容13輸入一個「 1」的信號，第一與非門NAND根據所輸入的信號，輸出一個「0」的信號至電晶體TR的柵極，電晶體TR的源極自穩壓電容13取得一個「1」的信號， 則導通穩壓電容13對第一電路10的供電路徑。反的，倘若外部主電源20被關閉，檢測單元141則檢測不到外部主電源的電壓，此時，檢測單元141發送一「0」的信號至第一與非門NAND的第一輸入端，於此定義此「0」的信號為截止信號，第一與非門NAND根據所輸入的信號，輸出一個「1」的信號至電晶體TR的柵極，在柵極與源極皆為「1」的狀態下，電晶體TR切斷穩壓電容13對第一電路10的供電， 使得穩壓電容13僅對第二電路11供電。請參考圖3所示，圖3為本發明發光二極體控制電路的示意圖。上述的電能管理電路可應用於一發光二極體控制電路，根據本發明所揭示的發光二極體控制電路，應用脈波寬度調製技術來對一發光二極體模塊進行調光，發光二極體控制電路包括一開關SW、一檢測單元141、一存儲單元30、一 PWM控制單元31、一穩壓電容13、一穩壓單元32及一切換單元142。開關SW耦接一外部主電源20並包括一開啟(ON)狀態及一關閉(OFF)狀態， 檢測單元141耦接於開關SW並對應開啟狀態發送一第一信號，對應關閉狀態發送一第二信號，存儲單元30耦接檢測單元141並存儲一發光二極體模塊33的一發光狀態，PWM控制單元31耦接於存儲單元30並根據發光狀態發送一控制信號至發光二極體模塊33，以進行調光，穩壓電容13提供一直流電壓至存儲單元30及PWM控制單元31，穩壓單元32耦接外部主電源20以對穩壓電容13充電，該穩壓電容13提供一直流電壓至該存儲單元30及該PWM 控制單元13，切換單元142耦接於檢測單元141、穩壓電容13及PWM控制單元31，切換單元 142根據第一信號或第二信號對應導通或截止穩壓電容13對PWM控制單元31的供電。其中，該開關SW可為一設置於牆壁上的開關。其中，該檢測單元141由一第一電阻Rl與一第二電阻R2串接而成，第一電阻Rl 的一端耦接於開關SW與穩壓單元32之間，第一電阻Rl的另一端耦接第二電阻R2。其中，該開關單元142包括一第一與非門NAND及一電晶體TR，第一與非門NAND具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，第一輸入端耦接第一電阻Rl與第二電阻R2之間，第二輸入端耦接穩壓電容13。電晶體TR具有一漏極、一源極及一柵極，漏極耦接PWM控制單元31，源極耦接該穩壓電容13，柵極耦接第一與非門NAND的輸出端。請參考圖4所示，圖4為圖3存儲單元的一實施例的電路圖，存儲單元30包括一第二與非門45、一反相器40、一第一正反器41、一第二正反器42、一第三正反器43及一第四正反器44。第一正反器41具有一第一電壓埠 Ni、一第一輸入埠 D1、一第一輸出埠 Q1、一重置埠 R及一時鐘脈衝輸入埠 CLK。第二正反器42具有一第二電壓埠 N2、一第二輸入埠 D2、一第二輸出埠 Q2、一重置埠 R及一時鐘脈衝輸入埠 CLK。第三正反器43具有一第三電壓埠 N3、一第三輸入埠 D3、一第三輸出埠 Q3、一重置埠 R及一時鐘脈衝輸入埠 CLK。第四正反器44具有一第四電壓埠 N4、一第四輸入埠 D4、一第四輸出埠 Q4、一重置埠 R及一時鐘脈衝輸入埠 CLK。各個電壓埠附 N4皆耦接於穩壓電容13，並由穩壓電容13提供所需要的電能供應，第一輸入埠 Dl耦接於第一電壓端□ m。第一反相器40，具有一輸入端及一輸出端，輸入端耦接檢測單元141，用以接收第一信號或第二信號，輸出端耦接第一至第四正反器41 44的時鐘脈衝輸入埠 CLK，第一反相器40根據第一信號或第二信號(亦即外部主電源20的開關狀態)依序對第一至第四正反器41 44的輸出狀態進行改變，以作為發光狀態的依據。第二與非門45包括一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，第一輸入端耦接於第四正反器44的第四輸出埠 Q4，第二輸入端耦接檢測單元141，用以接收第一信號或第二信號，輸出端耦接各個正反器 41 44的重置埠 R，當第二與非門45的第一輸入端與第二輸入端的輸入信號皆為「1」 的信號時，輸出端則輸出一個「0」的信號來重置各個正反器41 44，於此定義該用以重置的「0」的信號為一重置信號。然而，利用正反器來存儲狀態變化的原理為本領域技術人員所知悉，故於此不贅述。下列表1則代表存儲單元30於各個發光狀態所對應的邏輯位元。表 權利要求
1.一種電能管理電路，應用於一晶片，該晶片由一外部主電源所驅動並包括一穩壓電路，該電能管理電路包括一第一電路，用以執行一第一功能； 一第二電路，用以執行一第二功能；一穩壓電容，耦接該穩壓電路，以提供一直流電壓至該第一電路及該第二電路，其中， 該外部主電源通過該穩壓電路對該穩壓電容充電；以及一切換電路，耦接於該外部主電源、該穩壓電容及該第一電路，該切換電路根據該外部主電源導通或截止該穩壓電容對該第一電路的供電。
2.如權利要求1所述的電能管理電路，其特徵在於，該切換電路包括 一檢測單元，根據該外部主電源產生一導通信號及一截止信號；以及一開關單元，耦接於該檢測單元並用以接收該導通信號或該截止信號，當接收到該導通信號時，該開關單元導通該穩壓電容對該第一電路的供電，當接收到該截止信號時，切斷該穩壓電容對該第一電路的供電。
3.如權利要求2所述的電能管理電路，其特徵在於，該檢測單元為一具有一陰極及一陽極的基納二極體，該基納二極體的該陰極耦接於該外部主電源及該開關單元。
4.如權利要求2所述的電能管理電路，其特徵在於，該檢測單元包括一第一電阻與一第二電阻，該開關單元耦接至該第一電阻與該第二電阻間。
5.如權利要求2所述的電能管理電路，其特徵在於，該開關單元包括一第一與非門，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一與非門的該第一輸入端耦接該檢測單元，該第一與非門的該第二輸入端耦接該穩壓電容；以及一電晶體，具有一漏極、一源極及一柵極，該電晶體的該漏極耦接該第一電路，該電晶體的該源極耦接該穩壓電容，該電晶體的該柵極耦接該第一與非門的該輸出端。
6.一種電能管理電路的控制電路，應用脈衝寬度調製來對一發光二極體模塊進行調光，該電能管理電路的控制電路包括一開關，耦接一外部主電源並包括一開啟狀態及一關閉狀態； 一檢測單元，耦接該開關並對應該開啟狀態發送一第一信號，對應該關閉狀態發送一第二信號；一存儲單元，耦接該檢測單元並存儲該發光二極體模塊的一發光狀態； 一 PWM控制單元，耦接該存儲單元並根據該發光狀態發送一控制信號至該發光二極體模塊，以進行調光；一穩壓單元，耦接該外部主電源並對一穩壓電容充電，該穩壓電容提供一直流電壓至該存儲單元及該PWM控制單元；以及一切換單元，耦接該檢測單元、該穩壓電容及該PWM控制單元，該切換單元根據該第一信號或該第二信號對應導通或截止該穩壓電容對該PWM控制單元的供電。
7.如權利要求6所述的電能管理電路的控制電路，其特徵在於，該檢測單元由一第一電阻與一第二電阻串接而成，該第一電阻的一端耦接於該開關與該穩壓單元之間，該第一電阻的另一端耦接該第二電阻。
8.如權利要求7所述的電能管理電路的控制電路，其特徵在於，該切換單元包括 一第一與非門，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一與非門的該第一輸入端耦接該第一電阻與該第二電阻之間，該第一與非門的該第二輸入端耦接該穩壓電容；以及一電晶體，具有一漏極、一源極及一柵極，該漏極耦接該PWM控制單元，該源極耦接該穩壓電容，該柵極耦接該第一與非門的該輸出端。
9.如權利要求6所述的電能管理電路的控制電路，其特徵在於，該開關為一設置於牆壁上的開關。
10.如權利要求6所述的電能管理電路的控制電路，其特徵在於，該存儲單元包括一第一正反器，具有一第一電壓埠、一第一輸入埠、一第一輸出埠、一重置埠及一時鐘脈衝輸入埠，其中，該第一輸入埠耦接該第一電壓埠，該第一電壓埠耦接於該穩壓電容；一第二正反器，具有一第二電壓埠、一第二輸入埠、一第二輸出埠、一重置埠及一時鐘脈衝輸入埠；一第三正反器，具有一第三電壓埠、一第三輸入埠、一第三輸出埠、一重置埠及一時鐘脈衝輸入埠；一第四正反器，具有一第四電壓埠、一第四輸入埠、一第四輸出埠、一重置埠及一時鐘脈衝輸入埠；一第一反相器，具有一輸入端及一輸出端，該第一反相器的該輸入端耦接該檢測單元， 用以接收該第一信號或該第二信號，該第一反相器的該輸出端耦接所述時鐘脈衝輸入埠，並根據該第一信號或該第二信號依序對該第一至該第四正反器的輸出狀態進行改變； 以及一第二與非門，包括一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第二與非門的該第一輸入端耦接該第四正反器的該第四輸出埠，該第二與非門的該第二輸入端耦接該檢測單元，用以接收該第一信號或該第二信號，該第二與非門的該輸出端耦接所述重置埠，以供該第二與非門輸出一重置信號來重置該第一至該第四正反器。
全文摘要
本發明公開了一種電能管理電路及其控制電路，該電能管理電路由外部主電源所驅動，電能管理電路包括第一電路、第二電路、穩壓電容、穩壓電路及切換電路。第一電路用以執行第一功能，第二電路用以執行第二功能，穩壓電路耦接於外部主電源並具有穩壓電容，穩壓電容提供直流電壓至第一電路及第二電路。切換電路耦接於外部主電源、穩壓電容及第一電路，並包括檢測單元及開關單元，檢測單元根據外部主電源產生導通信號及截止信號，開關單元耦接於檢測單元，當接收到導通信號時，導通穩壓電容對第一電路的供電，當接收到截止信號時，切斷穩壓電容對第一電路的供電。本發明將電能提供至最需要的電子元件，以提高電能利用的效率。
文檔編號H05B37/02GK102448214SQ201010506919
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者王麟榕 申請人:飛虹高科股份有限公司