CN101141078A - 供电设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于为预定的系统单元供电的供电设备，其设置有：电源选择单元，直接连接到系统单元，以选择多个电源输入中的一个并且将选择的电源输出到系统单元；控制器，设置在电源选择单元和系统单元之间的供电路径之外，用于根据电源开关信号控制电源选择单元选择性地将电源选择单元选择的电源输出到系统单元。

Description

供电设备
技术领域
本发明涉及一种供电设备，更具体地说，涉及一种能够在多个输入中进行选择并且进行供电的供电设备。
背景技术
电子设备，例如，移动打印机、笔记本式个人计算机(PC)或其它移动装置可包括供电设备(该供电设备包括用于转换外部电源的适配器和设置在该供电设备中的电池)和用于基于电子设备的当前状态在适配器提供的电源(以下，称为“适配器电源”)和电池提供的电源(以下，称为“电池电源”)之间进行适当选择或控制的装置。
图1显示了典型的电子设备。如图1所示，这样的电子设备10包括电源选择单元11、电源开关单元12和系统单元13。系统单元13包括除连接到电源的构造之外的各种构造的实际组件，例如打印引擎(未示出)和用户接口(未示出)等。电源选择单元11根据条件在适配器电源Va和电池电源Vb之间进行选择，并且将选择的电源供应到电源开关单元12。然后，电源开关单元12根据用户输入的系统电源开/关信号(以下，称为“电源开关信号”)将选择的电源Vx从电源选择单元11发送到系统单元13。这里，电源选择单元11和电源开关单元12可被称作供电设备。
在传统的供电设备中，电源开关单元12被设置在电源选择单元11的输出端，以直接控制作为主电源的系统电源Vin。另外，需要多个高成本的场效应晶体管(FET)和单独的控制装置，用于大功率应用。结果，传统的供电设备会很大并且昂贵。
具体地说，FET被合并在电源选择单元11和电源开关单元12中。在电源选择单元11和电源开关单元12结合的情况下，多个FET串联，从而电压值可由于每个电路元件而下降。因此，由于电压降，系统电源Vin的电压值(以下，称为“输入电压电平”)可能不是系统单元13所需的值。但是，如果将低阻值的FET用于大功率应用，以保证输入电压电平处于系统单元13所需的电平，则生产成本会相当高。此外，如果输入电压电平处于系统单元13所需的电平，则电池电源Vb的可用电压范围(例如，通常在3V和4.2V之间)变得更窄，从而电池电源Vb不能被充分使用。结果，电池的寿命会缩短。
发明内容
本发明的各方面和示例性实施例提供一种能够减少成本和大小的供电设备，其在多个电源中进行选择并且供应选择的电源，从而使得电路元件的电压降最小化。
本发明的其它方面和/或优点一部分将在以下描述中被阐述，一部分从以下描述中变得清楚，或者可通过实施本发明可学习到。
根据本发明的示例性实施例，一种用于为预定的系统单元供电的供电设备设置有：电源选择单元，直接连接到系统单元，所述电源选择单元选择多个电源输入中的一个，并且将选择的电源输出到系统单元；控制器，被设置在电源选择单元和系统单元之间的供电路径之外，所述控制器用于根据电源开关信号控制电源选择单元选择性地将选择的电源输出到系统单元。
根据本发明的一方面，所述多个电源输入包括适配器电源和电池电源。
根据本发明的一方面，电源选择单元在配器电源和电池电源中选择具有更高的输入电压的那一个。
根据本发明的一方面，电源选择单元还包括第一比较器和第二比较器以及第一开关部分和第二开关部分，其中，所述第一比较器和第二比较器分别比较适配器电源的电压和电池电源的电压，并且根据比较结果分别输出具有互相相反的逻辑状态的信号，所述第一开关部分和第二开关部分根据第一比较器和第二比较器的输出选择性地将适配器电源和电池电源输出到系统单元。
根据本发明的一方面，第一比较器和第二比较器的输出是集电极开路型，控制器包括至少一个开关晶体管以根据电源开关信号选择性地将上拉电压供应到第一比较器和第二比较器的输出端。
根据本发明的一方面，电源选择单元还包括用于对适配器电源和电池电源中的至少一个的电压进行分压的分压电阻。
根据本发明的一方面，第一开关部分和第二开关部分分别包括MOSFET。
根据本发明的一方面，电源选择单元包括用于分别根据第一比较器和第二比较器的输出操作第一开关部分和第二开关部分的第一晶体管和第二晶体管。
根据本发明的另一方面，还设置用于将适配器电源和电池电源中的一个供应到第一比较器和第二比较器的第一二极管和第二二极管。
根据本发明的一方面，电源选择单元还包括用于对适配器电源和电池电源中的至少一个的电压进行分压的分压电阻。
根据本发明的另一方面，电源选择单元还包括用于分别根据第一比较器和第二比较器的输出操作第一开关部分和第二开关部分的第一晶体管和第二晶体管。
除了上述方面和示例性实施例之外，其它方面和实施例将通过参照附图和通过学习以下描述而变得清楚。
附图说明
通过下面结合附图阅读示例性实施例和权利要求的详细描述，本发明的更好的理解将会变得清楚，其中，附图、实施例和权利要求书都构成本发明的公开的一部分。虽然以下记载并示出的公开主要在于公开本发明的示例性实施例，但是应该清楚理解的是上述公开仅仅是说明性和示例性的，并且本发明并不限于此。本发明的精神和范围只由权利要求限定。以下，是对附图的简单描述，其中：
图1是表示具有典型的供电设备的电子设备的框图；
图2是表示根据本发明示例性实施例的具有合并的供电设备的电子设备的框图；
图3是表示根据本发明示例性实施例的供电设备的电路图。
具体实施方式
现在，将详细描述本发明的当前实施例，其例子被表示在附图中，图中相同的标号始终指代相同的元件。以下，通过参照附图描述实施例以解释本发明。
图2是表示根据本发明实施例的电子设备100的框图。这种电子设备100可以是移动打印机、笔记本式PC和其它便携式装置。电子设备100也可设置有适配器(未示出)和电池(未示出)，其中，适配器用于将来自外部电源的电源(例如，AC电)转换为作为可用系统电源的DC电，电池设置在电子设备100内，以供应电池电源。
如图2所示，电子设备100包括系统单元110，系统单元110包括被设置为接收工作电源并且执行主要操作(例如由这种工作电源驱动的打印)的一个或多个系统组件。电子设备100还包括供电设备200，供电设备200包括被设置为将作为工作电源的系统电源Vin供应到系统单元110的电源选择单元120和控制器130。供电设备200可被设置在电子设备100的内部或者可以可拆卸地设置在电子设备100的外部。系统单元110具有输入电压端，具有输入电压电平的系统电源Vin提供到该输入电压端，从而使包括在系统单元110中的一个或多个系统组件工作。这里，输入电压电平具有预定的允许范围。结果，如果在电源选择单元120中的电压降在所述预定的允许范围内，则系统单元110可无故障地运行。
电源选择单元120直接连接到系统单元110的输入电压端上，以将系统电源Vin供应到系统单元110。电源选择单元120在适配器电源Va和电池电源Vb之间进行选择，并且输出选择的电源作为系统电源Vin。根据本发明的示例性实施例，电源选择单元120根据条件在适配器电源Va和电池电源Vb之间进行选择，但是，这种条件并不是必须的。另外，电源选择单元120中的电路元件的电压降应该被最小化以使得系统电源Vin的电压电平可以在输入电压电平的预定的允许范围内。
控制器130控制电源选择单元120根据外部电源开关信号选择性地将系统电源Vin供应到系统单元110。控制器130设置在电源选择单元120和系统单元110之间的系统电源Vin的供电路径之外，用于产生用于电源选择单元120的控制信号Vc。这里，控制信号Vc用于确定是否将系统电源Vin供应到系统单元110。这样，控制器130不直接切换系统电源Vin开/关，从而可用简单的电路来替代大功率FET用于电源开关操作。结果，电子设备100的成本和大小可大大地减少。
现在看图3，图3显示了根据本发明示例性实施例的供电设备的详细电路图。参照图3，电源选择单元120将适配器电源Va和电池电源Vb中具有更高的电压值的一个作为系统电源Vin输出。例如，如果适配器电源Va和电池电源Vb中的一个被输入到电源选择单元120，则电源选择单元120将输入电源作为系统电源Vin输出。但是，如果适配器电源Va和电池电源Vb两者都被输入到电源选择单元120，则电源选择单元120将适配器电源Va和电池电源Vb中具有更高的电压值的一个作为系统电源Vin输出。例如，如果适配器电源Va的电压值是5伏特(5V)，电池电源Vb的电压值是4.2伏特(4.2V)，并且如果适配器电源Va和电池电源Vb两者都被输入到电源选择单元120，则选择5伏特的适配器电源Va输出。因此，电池的功耗被最小化。
如图3所示，电源选择单元120包括第一开关部分112a、第二开关部分112b、第一比较器121a和第二比较器121b。如果适配器电源Va被输入到第一开关部分112a，则第一开关部分112a根据第一比较器121a的输出选择性地输出适配器电源Va作为系统电源Vin。但是，如果电池电源Vb被输入到第二开关部分112b，则第二开关部分112b根据第二比较器121b的输出选择性地输出电池电源Vb作为系统电源Vin。
第一开关部分112a和第二开关部分112b各自包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。通常，当MOSFET导通使得第一开关部分112a和第二开关部分112b的电压降在系统单元110的输入电压电平的预定的允许范围内时，虽然MOSFET的电流值很高，但是特性上MOSFET的电压降却很小。因此，适配器电源Va和电池电源Vb的电压降可以有效地最小化。根据本发明的示例性实施例，第一开关部分112a和第二开关部分112b是P-型MOSFET。第一开关部分112a和第二开关部分112b各自包括源极(S)和漏极(D)，适配器电源Va或电池电源Vb输入到源极(S)，漏极(D)是系统电源Vin的输出端。
第一比较器121a和第二比较器121b分别输出第一电压信号V1和第二电压信号V2，其中，第一电压信号V1显示在适配器电源Va和电池电源Vb中哪个具有更高的电压电平，第二电压信号V2的逻辑状态与第一电压信号V1的逻辑状态相反。第一比较器121a和第二比较器121b的电路各自都是简单的，并且因为这些简单的电路消耗很少的功率，所以可将功耗最小化。
如果适配器电源Va的电压值高于电池电源Vb的电压值，则第一比较器121a输出逻辑状态为“高”的第一电压信号V1，而如果适配器电源Va的电压值低于电池电源Vb的电压值，则第一比较器121a输出逻辑状态为“低”的第一电压信号V1。相似地，如果电池电源Vb的电压值高于适配器电源Va的电压值，则第二比较器121b输出逻辑状态为“高”的第二电压信号V2，而如果电池电源Vb的电压值低于适配器电源Va的电压值，则第二比较器121b输出逻辑状态为“低”的第二电压信号V2。在任何情况下，第一电压信号V1和第二电压信号V2的逻辑状态总是相反的。
第一比较器121a和第二比较器121b的输出最好是集电极开路型(opencollector type)。换句话说，第一比较器121a和第二比较器121b仅在预定的上拉(pull-up)电压被输入到它们的输出端(参照V1和V2)时，才正常地输出第一电压信号V1和第二电压信号V2。如果上拉电压未输入到第一比较器121a和第二比较器121b，则第一比较器121a和第二比较器121b可能不会正常地输出信号。所述上拉电压可通过控制器130作为控制信号Vc输入。
电源选择单元120还可包括第一分压电阻122a和123a以及第二分压电阻122b和123b，它们用于对适配器电源Va和电池电源Vb的电压进行分压，并且将分压后的电压输出到第一比较器121a和第二比较器121b。第一分压电阻122a和123a的值和第二分压电阻122b和123b的值可以是相等的。根据本发明的另一实施例，第一分压电阻122a和123a的值和第二分压电阻122b和123b的值可被适当地设置，使得第一分压电阻122a和123a两端的电压差和第二分压电阻122b和123b两端的电压差分别变大。因此，可防止由于错误而使得电池电源Vb变得高于适配器电源Va时，无意地选择电池电源Vb。具体地说，第一分压电阻123a的值大或者第二分压电阻123b的值小。但是，这些分压电阻的值不限于此。
第一比较器121a和第二比较器121b接收通过第一二极管141a和第二二极管141b供应的工作电源Vd。第一二极管141a和第二二极管141b具有分别连接到适配器电源Va和电池电源Vb的阳极。第一二极管141a和第二二极管141b的阴极互相连接，并且工作电源Vd从它们的阴极被输出。换句话说，适配器电源Va和电池电源Vb中的输入的一个被作为工作电源Vd输出。因为在第一二极管141a和第二二极管141b中发生电压降，所以第一比较器121a和第二比较器121b最好具有能够足以弥补该电压降的输入电压电平。例如，第一比较器121a和第二比较器121b的输入电压电平的预定的允许范围在2伏特(2V)到18伏特(18V)之间。
电源选择单元120还可包括第一晶体管113a和第二晶体管113b，它们根据第一比较器121a和第二比较器121b的输出来操作第一开关部分112a和第二开关部分112b。第一晶体管113a和第二晶体管113b最好各自包括NPN型的双极性晶体管。另外，电源选择单元120还可包括第三分压电阻125a和126a以及第四分压电阻125b和126b，它们为第一晶体管113a和第二晶体管113b的基极电流对第一控制信号V1和第二控制信号V2的电压适当地进行分压。
此外，电源选择单元120可包括保护电阻114a和114b，保护电阻114a和114b分别将第一开关部分112a和第二开关部分112b的各自的源极(S)连接到它们各自的栅极(G)，从而防止第一开关部分112a和第二开关部分112b由于噪声而产生错误。
电源选择单元120的操作如下。首先，适配器(或外部电源)和电池中的至少一个被首先连接到电源选择单元120，工作电源Vd被供应到第一比较器121a和第二比较器121b，然后第一比较器121a和第二比较器121b开始工作。如果适配器电源Va被输入而电池电源Vb未被输入，则适配器电源Va的电压值高于电池电源Vb的电压值。因此，如果上拉电压(参照Vc)被供应，则第一比较器121a输出具有“高”逻辑状态的第一电压信号V1，第二比较器121b输出具有与第一比较器121a输出的电压信号V1的逻辑状态相反的“低”逻辑状态的第二电压信号V2。
根据具有“高”逻辑状态的第一电压信号V1，第一晶体管113a导通并且第一开关部分112a的栅极(G)接地。第一开关部分112a的栅极(G)和源极(S)之间的电压差满足MOSFET的导通条件(例如，栅极(G)和源极(S)之间的电压差大于3V)，从而第一开关部分112a导通。在这种情况下，系统电源Vin的电压值基本上等于适配器电源Va的电压值。
但是，如果第二电压信号V2具有“低”逻辑状态，则第二晶体管113b截止。在这种情况下，第二开关部分112b的栅极(G)和源极(S)之间的电压差不满足MOSFET的导通条件，从而第二开关部分112b截止。
如果适配器电源Va没有被输入而电池电源Vb被输入，则系统电源Vin的值基本等于电池电源Vb的值。如果适配器电源Va和电池电源Vb二者均被输入，并且适配器电源Va高于电池电源Vb，则系统电源Vin的电压值基本等于适配器电源Va的电压值。
同时，再参照图3，控制器130设置有第一开关晶体管131和第二开关晶体管132，第一开关晶体管131和第二开关晶体管132根据外部输入的电源开关信号选择性地将上拉电压(参照Vc)供应到第一比较器121a和第二比较器121b的输出端(参照V1和V2)。此外，控制器130还设置有第一电阻133至第四电阻136、第一上拉电阻128a和第二上拉电阻128b。
第一开关晶体管131最好是NPN型双极性晶体管，第二开关晶体管132最好是PNP型双极性晶体管。电源开关信号通过第一电阻133被输入到第一开关晶体管131的基极，第一开关晶体管131的发射极接地。第二电阻134的一端连接到第一开关晶体管131的基极，第二电阻134的另一端接地。第一开关晶体管131的集电极通过第三电阻135连接到第二开关晶体管132的基极。第二开关晶体管132的发射极连接到第一二极管141a和第二二极管141b的阴极，第二开关晶体管132的集电极连接到第一上拉电阻128a的一端和第二上拉电阻128b的一端。第四电阻136的一端连接到第二开关晶体管132的基极，其另一端连接到第二开关晶体管132的发射极。第一上拉电阻128a和第二上拉电阻128b的另一端分别连接到第一比较器121a和第二比较器121b的输出端(参照V1和V2)。
控制器130的操作如下。电子设备100最好包括电源开关(未示出)和检测电路(未示出)，用户通过所述电源开关能够选择开/关电源，检测电路用于在检测到电源开关的状态之后产生电源开关信号。首先，当用户断开电源开关时，逻辑状态为“低”的电源开关信号被输入到控制器130，以使得第一开关晶体管131和第二开关晶体管132截止。因此，控制信号Vc变低并且上拉电压不被输入到第一比较器121a和第二比较器121b。因此，第一比较器121a和第二比较器121b不能够正常地输出信号。结果，虽然提供适配器电源Va和电池电源Vb中的至少一个，但是，系统电源Vin不被供应到系统单元110。
如果用户接通电源开关，则控制器130接收逻辑状态为“高”的电源开关信号。在这种情况下，如果输入适配器电源Va和电池电源Vb中的至少一个，则第一开关晶体管131和第二开关晶体管132导通。因此，控制信号Vc 变高并且上拉电压被输入到第一比较器121a和第二比较器121b。因此，第一比较器121a和第二比较器121b正常地输出信号，并且输入的适配器电源Va和电池电源Vb中的一个作为系统电源Vin被供应到系统单元110。
如上所述，本发明提供一种能够节省成本(即，低生产成本)、尺寸小和有效地，使得用户能够选择多个电源中的一个并输出所述选择的电源的供电设备。换句话说，当供电设备选择所述电源中的一个并输出时，控制电路不直接开关系统电源Vin，而是开关电源选择单元120的输出。因此，供电设备200能够减少其成本和尺寸。此外，因为控制器被设置在系统电源Vin的供电路径的外面，所以可最小化电路元件的电压降和功耗，并且因为电池由于增大的可用电压范围而被充分使用，所以可延长电池的寿命。
虽然已经显示并描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的真正范围的情况下，随着科技发展，可进行各种改变和修改，并且可对本发明的元件做等同替换。在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改、改变、增加和组合，以将本发明的教导使用到特定的情况下。例如，控制器130和电源选择单元120可用不同的电路元件(包括简单的晶体管、二极管和电阻)被构造。因此，本发明意图不限于公开的各种示例性实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.一种用于为包括一个或多个系统组件的系统单元供应电源的供电设备，所述供电设备包括：
电源选择单元，直接连接到系统单元，所述电源选择单元选择多个电源输入中的一个，并且将选择的电源输出到系统单元；
控制器，被设置在电源选择单元和系统单元之间的供电路径之外，所述控制器用于根据电源开关信号控制电源选择单元选择性地将电源选择单元选择的电源输出到系统单元。
2.如权利要求1所述的供电设备，其中，所述多个电源输入包括适配器电源和电池电源。
3.如权利要求2所述的供电设备，其中，电源选择单元在配器电源和电池电源中选择具有更高的输入电压的那一个。
4.如权利要求3所述的供电设备，其中，电源选择单元包括第一比较器和第二比较器以及第一开关部分和第二开关部分，其中，所述第一比较器和第二比较器分别比较适配器电源的电压和电池电源的电压，并且根据比较结果分别输出具有彼此相反的逻辑状态的信号，所述第一开关部分和第二开关部分根据所述第一比较器和第二比较器的输出选择性地将适配器电源和电池电源输出到系统单元。
5.如权利要求4所述的供电设备，其中，第一比较器和第二比较器的输出是集电极开路型，并且控制器包括至少一个开关晶体管以根据电源开关信号选择性地将上拉电压供应到第一比较器和第二比较器的输出端。
6.如权利要求4所述的供电设备，其中，电源选择单元还包括用于对适配器电源和电池电源中的至少一个的电压进行分压的分压电阻。
7.如权利要求3所述的供电设备，其中，第一开关部分和第二开关部分分别包括MOSFET。
8.如权利要求4所述的供电设备，还包括用于将适配器电源和电池电源中的一个供应到第一比较器和第二比较器的第一二极管和第二二极管。
9.如权利要求5所述的供电设备，其中，电源选择单元还包括用于对适配器电源和电池电源中的至少一个的电压进行分压的分压电阻。
10.如权利要求4或5所述的供电设备，其中，电源选择单元包括用于分别根据第一比较器和第二比较器的输出操作第一开关部分和第二开关部分的第一晶体管和第二晶体管。
11.一种电子设备，包括：
系统单元，包括一个或多个主要组件；
电源选择单元，直接连接到系统单元，用于选择适配器电源和电池电源中的一个并且将选择的电源供应到系统单元，以驱动所述一个或多个主要组件的工作；
控制器，被设置为根据电源开关信号控制电源选择单元选择电源并将选择的电源供应到系统单元。
12.如权利要求11所述的电子设备，其中，当用户接通/断开电源开关时产生电源开关信号。
13.如权利要求11所述的电子设备，其中，电源选择单元选择适配器电源和电池电源中具有更高输入电压的那一个。
14.如权利要求11所述的电子设备，其中，电源选择单元包括：
第一比较器和第二比较器，并联布置，用于分别比较适配器电源和电池电源的电压，并且分别产生具有相反的逻辑状态的输出信号；
第一开关部分和第二开关部分，并联布置，用于根据第一比较器和第二比较器的输出信号选择性地将适配器电源和电池电源供应到系统单元。
15.如权利要求14所述的电子设备，其中，控制器包括用于根据电源开关信号选择性地将上拉电压供应到第一比较器和第二比较器的输出端的至少一个开关晶体管。
16.如权利要求14所述的电子设备，其中，电源选择单元还包括：
分压电阻，用于对适配器电源和电池电源中的至少一个的电压进行分压；
第一晶体管和第二晶体管，并联布置，以分别根据第一比较器和第二比较器的输出来操作第一开关部分和第二开关部分；
第一二极管和第二二极管，分别被设置为将适配器电源和电池电源中的一个供应到第一比较器和第二比较器。
17.如权利要求14所述的电子设备，其中，第一开关部分和第二开关部分分别包括MOSFET。
18.如权利要求14所述的电子设备，其中，控制器包括：
第一开关晶体管，具有用于通过第一电阻接收电源开关信号的基极和接地的发射极；
第二开关晶体管，其基极通过第二电阻连接到第一开关晶体管的集电极，其发射极连接到用于供应适配器电源和电池电源中的一个的第一二极管和第二二极管的阴极，其集电极通过第一上拉电阻和第二上拉电阻分别连接到第一比较器和第二比较器的输出端。
19.如权利要求18所述的电子设备，其中，第一开关晶体管是NPN型双极性晶体管，第二开关晶体管是PNP型双极性晶体管。
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