CN102053695A - 电源管理装置和电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电源管理装置和电源系统。该电源管理装置包括用于输出电源电压的电源输出端口组，电源输出端口组包括数个DC转DC电源动态可调输出端口以及数个DC转DC电源动态不可调输出端口；还包括与数个DC转DC电源动态可调输出端口和数个DC转DC电源动态不可调输出端口，分别对应的数个参考电压输入端口；在至少一个DC转DC电源动态不可调输出端口与DC转DC电源动态不可调输出端口所对应的参考电压输入端口之间，设置有第二分压电阻；在参考电压输入端口与线性电源输出端口组中的线性电源动态可调输出端口之间，设置有第一分压电阻；且参考电压输入端口通过下拉电阻接地，实现通过可调电源LDO动态调节DC转DC。

Description

电源管理装置和电源系统

技术领域

本发明实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源管理装置和电源系统。

背景技术

目前大多数消费类电子产品基本都是采用嵌入式操作系统来实现，作为嵌入式操作系统的中央处理器(Central Processing Unit；以下简称：CPU)，其内核功能也越来越强大，多内核CPU也成为一种发展趋势，而且其内核电压也不仅限于一种，若能够对消耗大的内核电压进行有效地管理，则对整机功耗而言将会非常重要。尤其是对于便携式设备或者移动终端设备而言，其大多采用电池来供电，电源消耗需要重点考虑。基于电源成本及通用性的考虑，内核电压大部分由固定的电源提供，在系统运算量不大或者某些功能模块无需供电的情况下，由于固定的电源而导致系统功耗白白消耗。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有大多采用电源管理单元(power management unit；以下简称：PMU)方式来对电源进行管理，而CPU包括的多个内核例如基带部分、应用处理器(Application Processor；以下简称：AP)部分以及数字信号处理器(Digital Signal Processor；以下简称：DSP)部分等所需要的内核电压不仅是一种，由于受到PMU自身资源的限制，在为这些电源功率需求大的内核供电时，只有一路内核电压可采用动态调节的直流电源(Direct Current；以下简称：DC)转DC电源供电，其它几路内核电压则采用普通的DC转DC电源供电即只能采用固定电压输出。而实际工作中在CPU端在运算量不大或某些功能模块无需供电的情况下，CPU降频的同时由于内核电压不能相应的降低，因此将造成电源的浪费，电源利用率低。

发明内容

本发明实施例提供一种电源管理装置和电源系统，用以解决现有技术中应用PMU对电源进行管理的过程中电源利用率低等缺陷，以提高电源的利用率。

本发明实施例提供一种电源管理装置，包括：

用于输出电源电压的电源输出端口组，所述电源输出端口组包括数个DC转DC电源动态可调输出端口以及数个DC转DC电源动态不可调输出端口；

还包括与所述数个DC转DC电源动态可调输出端口和所述数个DC转DC电源动态不可调输出端口，分别对应的数个参考电压输入端口；

在至少一个DC转DC电源动态不可调输出端口与所述DC转DC电源动态不可调输出端口所对应的参考电压输入端口之间，设置有第二分压电阻；在所述参考电压输入端口与线性电源输出端口组中的线性电源动态可调输出端口之间，设置有第一分压电阻；且所述参考电压输入端口还通过下拉电阻接地。

本发明实施例提供一种电源系统，包括上述的电源管理装置以及为所述电源管理装置提供输入电压的电源。

本发明实施例提供的电源管理装置和电源系统，通过动态可调电源LDO实现动态可调的DC转DC电压输出，增加PMU为CPU多内核提供的DC转DC动态可调电源电压输出的路数，在充分发挥PMU资源的同时，使得内核电压能够根据程序运行的状态，通过改变电压值达到省电的目的。节约成本，降低系统无谓的能量消耗；且电路简单，通用性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电源管理装置实施例一结构示意图；

图2为本发明电源管理装置实施例二结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着现有多内核CPU技术的不断发展，若多路电源采用固定电压输出来供电，则系统用电消耗将非常大，不利于电池供电的产品。如果采用多个PMU，每一路内核电压对应一个可动态调整电压的PMU，虽然可以达到每路内核电压都可动态调整的目的，但这样会导致成本过高，且器件的增加会使印刷电路板(Printed Circuit Board；以下简称：PCB)板的空间变得紧张。本发明实施例针对上述缺陷，提供一种解决方案即通过动态可调电源即低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator；以下简称：LDO)实现动态电源可调的DC转DC，在充分发挥PMU资源的同时，节约成本，降低系统无谓的能量消耗，为产品稳定、可靠、长时间的运行提供一个新的发展方向；且电路简单，基本不会增加PCB板的面积，通用性好，简单实用。

图1为本发明电源管理装置实施例一结构示意图，本实施例中电源管理装置以PMU为例进行说明，如图1所示，该PMU为系统中常用的电源管理芯片负责对CPU多内核的电源电压的输出进行管理，PMU内包括内部集成总线内部集成总线(Inter Integrated Circuit；以下简称：IIC)3，该IIC3为PMU与外界的通信接口，在CPU需要省电的情况下，可以通过IIC3来通知PMU以调整电源电压的输出值。

图1中所示的PMU主要还包含两个部分，在上半部分为用于输出电源电压的电源输出端口组1，电源输出端口组1包括数个DC转DC电源动态可调输出端口以及数个DC转DC电源动态不可调输出端口，如图所示的VDC1_out为DC转DC电源动态可调输出端口(以下各实施例均以PMU具有一路DC转DC电源动态可调输出为例进行说明)；图中所示的VDC2_out、……、VDCn_out为数个DC转DC电源动态不可调输出端口，该路DC转DC为普通的DC转DC电源，也就是说一旦设定值，则不能改变。PMU通过VDC1_out及VDC2_out、……、VDCn_out多路DC转DC电路输出为CPU的多个内核供电。

上半部分还包括与数个DC转DC电源动态可调输出端口和数个DC转DC电源动态不可调输出端口即VDC1_out及VDC2_out、……、VDCn_out分别对应的数个参考电压输入端口例如图中所示的DEFDCDC1、DEFDCDC2、……、DEFDCDCn。上述的参考电压输入端口要接收从对应的电源输出端口反馈的输出电源电压值，并检测输出的电源电压是否与参考电压值一致。

该PMU的下半部分包括线性电源输出端口组2，线性电源输出端口组2包括多路LDO电路输出例如VLDO1_out、VLDO2_out、……、VLDOn_out。本实施例中VLDO1_out为可动态调整的一路LDO电源，其它几路LDO电源均为普通的LDO电源，本发明各实施例就是要利用可动态调整的VLDO1_out的LDO电源来实现普通DC转DC电源的动态调节功能。具体为，在至少一个DC转DC电源动态不可调输出端口(例如VDC2_out、……、VDCn_out)与该端口所对应的参考电压输入端口之间，设置有第二分压电阻，并且在该参考电压输入端口与线性电源输出端口组中的线性电源动态可调输出端口之间，设置有第一分压电阻；且该参考电压输入端口还通过下拉电阻接地。具体地例如，本实施例中为实现端口VDCn_out的DC转DC电源动态调节功能，在端口VDCn_out与该端口对应的端口DEFDCDCn之间设置一第二分压电阻4，在端口VLDO1_out与该端口DEFDCDCn之间设置一第一分压电阻5，并且该端口DEFDCDCn通过下拉电阻6与大地(GND)连接。

以下介绍基于上述结构，实现端口VDCn_out的DC转DC电源动态调节功能的工作原理。如图1所示，对于DC转DC电源动态可调输出端口VLDO1_out而言，在VLDO1_out与其对应的参考电压输入端口DEFDCDC1之间设置有动态可调电阻7，可动态调整的VLDO1_out电源通过动态可调电阻7接入到反馈端，该路电路CPU可以通过IIC3来通知PMU做相应的电压调整，用于给CPU内核之一VDD_C来供电。

而对于VDCn_out而言，其反馈电压值即端口DEFDCDCn的输入电压一定此处设为VDEF，由于下拉电阻6接地，这样通过反馈端的下拉电阻6的电流I值也就一定，且I＝VDEF/R，其中R为下拉电阻6的电阻值。端口VDCn_out的反馈端通过第二分压电阻4连接到端口DEFDCDCn，同时，端口VLDO1_out通过第一分压电阻5连接到端口DEFDCDCn。端口VLDO1_out与端口DEFDCDCn之间的I1，且I1＝(VLDO1-VDEF)/R1，其中VLDO1为端口VLDO1_out的电源电压输出值，R1为第一分压电阻5的电阻值；端口VDCn_out与端口DEFDCDCn之间的电流为I2，且I2＝(VDCn-VDEF)/Rn，其中VDCn为端口VDCn_out电源电压输出值，Rn为第二分压电阻4的电阻值。由电路可知，I＝I1+I2，即有VDEF/R＝(VDCn-VDEF)/Rn+(VLDO1-VDEF)/R1，由此可以得出：VDCn＝Rn*(VDEF/R-VlDO1/R1+VDEF/R1)+VDEF，其中VDEF、R、R1和Rn都为定值，因此当改变VlDO1的值的时候，VDCn的值也就随之线性改变，用于给CPU内核之一的VDD_ADSP供电，这就实现了由动态可调电源LDO来实现动态可调DC转DC的电路。PMU为CPU多内核提供的多路电源电压中便增加了一路动态可调的DC转DC电源电压输出。

上述实施例中，PMU可以通过IIC3接收CPU的动态调整指令，以动态控制DC转DC电源动态可调输出端口和线性电源动态可调输出端口的电压输出值。

本发明实施例提供的电源管理装置，通过动态可调电源LDO实现动态可调的DC转DC电压输出，增加PMU为CPU多内核提供的DC转DC动态可调电源电压输出的路数，在充分发挥PMU资源的同时，使得内核电压能够根据程序运行的状态，通过改变电压值达到省电的目的。节约成本，降低系统无谓的能量消耗；且电路简单，通用性好。

以上实施例提供的电源管理装置中，是以线性电源输出端口组中仅具有一个线性电源动态可调输出端口为例进行说明的，若线性电源输出端口组中具有两个以上的线性电源动态可调输出端口时，基于上述工作原理，可以实现输出给CPU的电源电压达到两路以上的动态可调的DC转DC电压输出。本实施例以线性电源输出端口组中具有两个线性电源动态可调输出端口(VLDO1_out和VLDO2_out)为例说明电路的组成。

本实施例的PMU中VLDO1_out和VLDO2_out均为线性电源动态可调输出端口，通过这两个端口实现VDC2_out和VDC3_out的DC转DC电源动态调节功能。图2为本发明电源管理装置实施例二结构示意图，本实施例中电源管理装置为PMU，如图2所示，对于DC转DC电源动态可调输出端口VLDO1_out而言，在VLDO1_out与其对应的参考电压输入端口DEFDCDC1之间设置有动态可调电阻7，可动态调整的VLDO1_out电源通过动态可调电阻7接入到反馈端，该路电路CPU可以通过IIC3来通知PMU做相应的电压调整，用于给CPU内核之一VDD_C来供电。

而对于VLDO1_out和VLDO2_out而言，分别增加分压电路，具体为，在端口VDC2_out与端口DEFDCDC2之间设置一第二分压电阻4，在VLDO1_out与端口DEFDCDC2之间设置一第一分压电阻5；在端口VDC3_out与端口DEFDCDC3之间设置一第二分压电阻4，在VLDO2_out与端口DEFDCDC3之间设置一第一分压电阻5；并且端口DEFDCDC2和端口DEFDCDC3通过同一个下拉电阻6接地。由于VLDO1_out和VLDO2_out可调，因此基于上述实施例的工作原理，对应的VDC2_out和VDC3_out输出的电源电压均可动态调整。本实施例中在参考电压输入端口与线性电源输出端口组中的两个线性电源动态可调输出端口之间，是分别设置一个第一分压电阻，当然也可以共用一个第一分压电阻，由于本领域普通技术人员根据以上描述便可以实现，具体电路组成此处不再赘述。

可选地，在至少一个DC转DC电源动态不可调输出端口与DC转DC电源动态不可调输出端口所对应的参考电压输入端口之间，设置一个第二分压电阻或分别设置一个第二分压电阻。也就是说在上述各实施例中，可以在端口VDC2_out与端口DEFDCDC2之间设置一个第二分压电阻，同时在端口VDC3_out与端口DEFDCDC3之间设置另一个第二分压电阻，即电路中存在两个第二分压电阻。当然，本领域普通技术人员根据以上描述还可以通过共用一个第二分压电阻来实现，具体电路组成此处不再赘述。

另外，本发明实施例提供的电源管理装置中，参考电压输入端口可以共同通过一个下拉电阻接地或分别通过各自对应的下拉电阻接地。如图2所示的电路中，端口DEFDCDC2和端口DEFDCDC3通过同一个下拉电阻6接地。当然端口DEFDCDC2和端口DEFDCDC3还可以分别连接不同的下拉电阻接地，具体电路组成此处不再赘述。

本发明实施例提供的电源管理装置，通过动态可调电源LDO实现动态可调的DC转DC电压输出，增加PMU为CPU多内核提供的DC转DC动态可调电源电压输出的路数，在充分发挥PMU资源的同时，使得内核电压能够根据程序运行的状态，通过改变电压值达到省电的目的。节约成本，降低系统无谓的能量消耗；且电路简单，不增加PCB板的面积，通用性好，简单实用。

本发明实施例还提供一种电源系统，包括电源管理装置即PMU和电源，其中，电源为PMU提供输入电压，PMU用于对输出给CPU内核的电源电压进行控制，本实施例提供的电源系统中涉及的PMU可以采用上述各实施例所提供的电源管理装置，其具体结构和工作原理此处不再赘述。本发明实施例提供的电源系统，在充分发挥PMU资源的同时，使得内核电压能够根据程序运行的状态，通过改变电压值达到省电的目的。而且节约成本，降低电源系统无谓的能量消耗、电路简单，不增加PCB板的面积，通用性好，简单实用。

发明提供的实施例不仅仅局限于上述所列举的单个PMU实现的情况，也适用于复杂系统中多个PMU的情况，还适用于利用单个PMU中的动态可调电源LDO调节一般DC转DC电源的场合。如果系统中使用了PMU，而采用的PMU动态可调节的DC转DC电源不足以为多内核提供动态可调电源的时候，若其它内核电压能够在不同的工作状态中呈现不同的电压值，便可以使用本发明实施例提供的电源管理装置对电源进行管理，或直接使用本发明实施例提供的电源系统。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电源管理装置，其特征在于，包括：

用于输出电源电压的电源输出端口组，所述电源输出端口组包括数个DC转DC电源动态可调输出端口以及数个DC转DC电源动态不可调输出端口；

还包括与所述数个DC转DC电源动态可调输出端口和所述数个DC转DC电源动态不可调输出端口，分别对应的数个参考电压输入端口；

在至少一个DC转DC电源动态不可调输出端口与所述DC转DC电源动态不可调输出端口所对应的参考电压输入端口之间，设置有第二分压电阻；在所述参考电压输入端口与线性电源输出端口组中的线性电源动态可调输出端口之间，设置有第一分压电阻；且所述参考电压输入端口还通过下拉电阻接地。

2.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述在所述参考电压输入端口与线性电源输出端口组中的线性电源动态可调输出端口之间，设置有第一分压电阻包括：

在所述参考电压输入端口与线性电源输出端口组中的数个线性电源动态可调输出端口之间，设置一个第一分压电阻或分别设置一个第一分压电阻。

3.根据权利要求1或2所述的电源管理装置，其特征在于，所述在至少一个DC转DC电源动态不可调输出端口与所述DC转DC电源动态不可调输出端口所对应的参考电压输入端口之间，设置有第二分压电阻包括：

在至少一个DC转DC电源动态不可调输出端口与所述DC转DC电源动态不可调输出端口所对应的参考电压输入端口之间，设置一个第二分压电阻或分别设置一个第二分压电阻。

4.根据权利要求1或2所述的电源管理装置，其特征在于，所述参考电压输入端口通过下拉电阻接地包括：

所述参考电压输入端口共同通过一个下拉电阻接地或分别通过各自对应的下拉电阻接地。

5.根据权利要求3所述的电源管理装置，其特征在于，所述参考电压输入端口通过下拉电阻接地包括：

所述参考电压输入端口共同通过一个下拉电阻接地或分别通过各自对应的下拉电阻接地。

6.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，在所述DC转DC电源动态可调输出端口与所述DC转DC电源动态可调输出端口对应的参考电压输入端口之间，设置有动态可调电阻。

7.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述电源管理装置通过内部集成总线接收动态调整指令，以动态控制所述DC转DC电源动态可调输出端口和所述线性电源动态可调输出端口的电压输出值。

8.一种电源系统，包括如权利要求1至7任一所述的电源管理装置以及为所述电源管理装置提供输入电压的电源。

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