具体实施方式
请参阅图2所示,为本发明第一实施例所揭露的一种电源管理装置100,应用于电子电路200,用以提供电力至电子电路200的多个电子组件。电子电路200为电脑主机(例如笔记本电脑、台式电脑、或伺服主机)的主要电路,与电源管理装置100共同组成该电脑主机。电子组件为电子电路200中各项需要使用电力的电子芯片,例如中央处理器、显示芯片、北桥芯片、南桥芯片或系统内存等。
再参阅图2所示,本发明用以管理二个以上的电子组件的电源,是以第一实施例是先以二个电子组件为例进行说明。为避免混淆,二个电子组件分别定义为第一电子组件211及第二电子组件212,第一电子组件211及第二电子组件212可为电子电路中的任意组件,但电子组件的数量并不以二个为限。电源管理装置100包含电源供应器110、主电压转换器DD1、从属电压转换器DD2、开关组件SW。
电源供应器110用以转换电力源的电力的电压为特定电压之后,提供输出电力。用于电子电路200的电源供应器110包含二种电力源,分别为外部交流电力及电池的直流电力。本实施例以外部交流电力作为电力源,但电力源不以此为限,其中电源供应器110为交流转直流换流器(AC-DC inverter),设置于电脑主机中,或是采用外接方式电性耦接于电子电路200。
作为电源供应器110的交流转直流换流器用以将外部交流电力(110V-220V)转换为直流电力(5V或12V),再输出电力至主电压转换器DD1或从属电压转换器DD2。主电压转换器DD1或从属电压转换器DD2再转换此直流电力为电压相对较低的直流电力之后输出。
主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2皆为直流直流转换器(DC-DC converter),且主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2实质上相同,其差异仅在于所对应的电子组件不同,以及输入电力来源的差异。
主电压转换器DD1具有主输入端131与主输出端132,其中主输入端131电性耦接于电源供应器110,用以接收电源供应器110的输出电力并转换该输出电力的电压。主输出端132电性耦接于电子组件其中之一的第一电子组件211,以输出电压转换后的电力至第一电子组件211。一般而言,电性耦接于主电压转换器DD1的主输出端132的第一电子组件211为电子电路200中电功率消耗最大的电子组件,或是闲置机率最小的电子组件,例如中央处理器。
从属电压转换器DD2具有从属输入端141及从属输出端142,从属输入端141用以接收电力,使从属电压转换器DD2转换该电力的电压。从属输出端142电性耦接于另一个电子组件,亦即第二电子组件212。从属电压转换器DD2由从属输出端142输出转换后的电力至第二电子组件212。从属电压转换器DD2及主电压转换器DD1分别对应相异的电子组件(第一电子组件211及第二电子组件212),以依据各电子组件的需求改变输出电力。
开关组件SW电性耦接于从属输入端141、主输出端131及电源供应器110。开关组件SW是常态地电性耦接于从属输入端141,且开关组件SW透过切换机制,可选择地电性耦接于主输出端131或电源供应器110。透过开关组件SW的切换机制,开关组件SW可选择地切换从属输入端141电性耦接于电源供应器110或主电压转换器130的主输出端131,以决定从属输入端131的电力来源,并使从属电压转换器DD2转换电力的电压,由从属输出端142输出至第二电子组件212。
控制器150电性耦接于电子电路的中央处理器,中央处理器可为第一电子组件211(或第二电子组件212)。控制器150用以接收中央处理器的切换命令,以控制开关组件SW切换该从属输入端141电性耦接于电源供应器110或是主输出端131。
参阅图3所示,当开关组件SW切换从属电压转换器DD2的从属输入端141电性耦接于电源供应器110,主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2并联于电源供应器110,而一起由电源供应器110取得电压相同且电压相对较高的输入电力。与主电压转换器DD1相同,从属电压转换器DD2转换输入电力为电压及电功率相对较高的输出电力。此时,主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2皆为全功率负载输出,以分别提供电功率相对较高的电力至第一电子组件211及第二电子组件212。
参阅图4所示,当开关组件SW切换从属电压转换器DD2的从属输入端141电性耦接于主电压转换器DD1的主输出端132,从属电压转换器DD2串连于主电压转换器DD1。此时,从属电压转换器DD2所接收的输入电力,为经过主电压转换器的转换而电压相对较低的输出电力。此电力经过从属电压转换器DD2再转换后,便形成电压及电功率相对较低的输出电力。此时,从属电压转换器DD2为低功率负载输出,提供电功率相对较低的输出电力至第二电子组件212。亦即,第一电子组件211及第二电子组件212实际所接收的电力,都是由主电压转换器DD1输出,差异在于第二电子组件212所接收的电力进一步被从属电压转换器DD2转换过。因此电源供应器110的输出功率仅需要提供主电压转换器DD1全负载运作所需的电功率即可,降低电源供应器110的总输出功率。
参阅图5所示,于第一实施例中,开关组件SW可包含第一开关S1及第二开关S2。从属电压转换器DD2的从属输入端141透过第一开关S1电性耦接于电源供应器110,而从属电压转换器DD2的从属输入端141透过第二开关S2电性耦接于主电压转换器DD1的主输出端132。控制器150电性耦接于第一开关S1及第二开关S2,用以切换第一开关S1与第二开关S2为导通或断路,且第一开关S1及第二开关S2交替地切换,亦即仅有其中之一会被导通。
参阅图6及图7所示,当第一开关S1导通而第二开关S2断路时,从属电压转换器DD2的从属输入端141电性耦接于电源供应器110,由电源供应器110取得电压相对较高的输入电力。当第二开关S2导通而第一开关S1断路时,从属电压转换器DD2的从属输入端141电性耦接于主电压转换器DD1的主输出端132,取得电压相对较低的电力。
参阅图8所示,为本发明第二实施例的电源管理装置100,应用于可选择外部电力或内部电力作为电力来源的电子装置,例如笔记本电脑。电源管理装置100包含电源供应器、主电压转换器DD1、从属电压转换器DD2、开关组件SW及控制器150。
电源供应器包含交流转直流换流器111及电池112,交流转直流换流器111用以接收家用交流电力(110V-220V),并转换为12V直流电力输出,并对电池112进行充电,而电池则可直接输出12V直流电。
电源供应器具有二种电力模式,分别为外部电力模式及电池电力模式。于外部电力模式下,电源供应器110以交流转直流换流器111直接提供电力并对电池112充电。于电池电力模式下,电源供应器110以电池112供应电力。
参阅图9所示,以实际数据为例,电源供应器110输出的电压为12V,而主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2为可转换12V为5V的直流-直流电压转换器。当第一电子组件211及第二电子组件212皆为全速运作时,此时电子电路的电力负载需求为重负载(heavy load)。此时,主电压转换器DD1直接以主输入端131由交流转直流换流器111取得12V电力,而转换为5V电力输出,输出电压及电功率相对较高的电力。同样地,此时控制器150控制开关组件SW,切换从属电压转换器DD2的从属输入端141电性耦接于交流转直流换流器111以取得12V电力,以使从属电压转换器DD2转换电源供应器110的12V输出电力为5V电力输出,而输出相对较高的电压及电功率。以电力的输入及输出状态来看,主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2皆为全负载功率运作(Full load)。同时,交流转直流换流器111亦可对电池112进行充电。
参阅图10所示,当交流转直流转换器111不连接外部电力时,则电源供应器的电力模式变更为电池模式,以电池112提供12V直流电力。为了延长电池120操作时间,电子组件210b不以全速运作,使电子电路的电力负载为轻负载(light load)。此时,主电压转换器DD1仍以主输入端131由电池112取得12V电力,并转换为5V的电力输出,维持输出电压及电功率相对较高的电力。控制器150控制开关组件SW,使从属电压转换器DD2的从属输入端141电性耦接于主电压转换器DD1的主输出端132以取得5V电力,并转换5V电力转换为3V电力。以电力的输入及输出状态来看,主电压转换器DD1为全负载功率运作,但从属电压转换器DD2为低负载功率运作,因此可以降低从使电压转换器DD2自身额外消耗的电力,延长电池112的操作时间。
前述透过电源供应器的电力模式切换从属电压转换器DD2的电力来源,旨在说明从属电压转换器DD2可随电子电路运作状态切换电力来源。实际上电子电路中可包含二个以从属电压转换器DD2切换电力来源的电子组件,并依序各种不同运作需求改变电力来源的组合。
参阅图11所示,为本发明第三实施例所揭露的一种电源管理装置100,应用于电子电路200,用以提供电力至电子电路的多个电子组件。各电子组件可为电子电路中的任意组件,包含中央处理器210a、显示芯片210b、北桥芯片210c、南桥芯片210d、系统内存210e等,但不以前述电子组件为限。电源管理装置100包含电源供应器110、主电压转换器DD1、多个从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e、多个开关组件SWb,SWc,SWd,SWe及控制器150。于附图中,电源供应器110、主电压转换器DD1、从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e、开关组件SWb,SWc,SWd,SWe及各电子组件之间的连结,为电力传送路径,而非讯号或数据的传送路径。控制器150至各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe的连结则为控制讯号的传送路径。
主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e的数量总和等于电子组件的总和,且每一从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e对应于开关组件SWb,SWc,SWd,SWe。
于第三实施例中,电源供应器110及主电压转换器DD1的结构及连接关系,与第一实施例相同。
各从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e分别具有从属输入端141b,141c,141d,141e及从属输出端142b,142c,142d,142e。各从属输出端142b,142c,142d,142e分别电性耦接于北桥芯片210d、系统内存210f、显示芯片210g及万用序列总线芯片210h,使各从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e及主电压转换器DD1分别对应相异的电子组件,以输出主电压转换器DD1及各从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e输出的电力。
各从属输入端141b,141c,141d,141e分别电性耦接于其所对应的开关组件SWb,SWc,SWd,SWe。且各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe具备切换机制,使各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe可选择地电性耦接于电源供应器110或主电压转换器DD1的主输出端131。因此,各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe且切换各从属输入端141b,141c,141d,141e可选择地电性耦接电源供应器110或主电压转换器DD1的主输出端131,使各从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e由电源供应器110或主电压转换器DD1接收电力,并进行电压转换后输出。
控制器150可为嵌入式芯片,例如电子电路200的键盘控制器,电性耦接于电子电路200的中央处理器210a。控制器150用以接收中央处理器210a的切换命令,以控制各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe,切换各从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e交替地连结于电源供应器110或主电压转换器DD1的主输出端132。
电脑主机于不同工作时,各电子组件的负载也不同。依据电脑主机的作业型态,可将电脑主机的运作定义为不同作业模式。例如以游戏模式、视讯模式、文书及上网模式等。
参阅图12所示,于游戏模式中,中央处理器210a、显示芯片210b必须快速处理大量信息,系统内存210e必须快速供中央处理器210a读写信息,中央处理器210a、显示芯片210b、系统内存210e因此处于重负载状态。而北桥芯片210c作为中央处理器210a、显示芯片210b、系统内存210e之间的数据传输信道,因此也必须因应数据快速传输而处于重负载。南桥芯片210d处理光驱或硬盘机等的数据读写,亦处于重负载状态。因此,于游戏模式中,各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe切换各从属电压转换器DD2b,DD2c,DD2d,DD2e直接连结于电源供应器110,以取得高电压输入,而以相对较高的功率输出,以驱动各电子组件正常运作。
参阅图13所示,于视讯模式中,显示芯片210b必须快速处理视讯输出的作业,处于重负载运作。中央处理器210a必须负担部分解编码作业,是以其负载仍相对较高,但以低于游戏模式时的负载,因此并不需要以最高功率取得电力输入,亦即,主电压转换器DD1输出电力的功率,是超过中央处理器210a的需求。因应显示芯片210b及中央处理器210a之间的数据传输,北桥芯片210c仍需要功率相对较高之电力输入,但南桥芯片210d及系统内存210e相对来说便处于较低的负载,仅需要较低的电功率即可运作。因此,对应显示芯片210b、北桥芯片210c的开关组件SWb,SWc便受到控制器150控制,切换对应的从属电压转换器DD2b、DD2c电性耦接于电源供应器110,直接取得电源供应器110所输出的电力,以输出高功率电力至显示芯片210b、北桥芯片210c。
相对地,对应南桥芯片210d、系统内存210e、北桥芯片210c的开关组件SWd,SWe便受到控制器150控制,切换对应的从属电压转换器DD2d、DD2e电性耦接于主电压转换器DD1的输出端132,取得经由主电压转换器DD1转换的电力,以输出低功率的电力。
参阅图14所示,于文书及上网模式中,中央处理器210a、显示芯片210b、北桥芯片210c、南桥芯片210d及系统内存210e皆处于低负载状态。主电压转换器DD1输出的电功率除了可驱动中央处理器210a之外,仍足以驱动其它电子组件。各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe都受到控制器150控制,切换对应的从属电压转换器DD2b、DD2c、DD2d、DD2e电性耦接于主电压转换器DD1的输出端132,取得经由主电压转换器DD1转换的电力,以输出低功率的电力。
此外,电子电路200的中央处理器210a可加载管理软件,管理软件可加载组态文件,分别纪录各作业模式(例如前述的游戏模式、视讯模式、文书及上网模式)。每一个作业模式中分别记录各从属电压转换器(DD2b、DD2c、DD2d、DD2e...)所对应的电力来源。当各该作业模式模式被选定时,中央处理器210a可发出控制讯号至控制器150,使控制器150分别切换各开关组件SWb,SWc,SWd,SWe。
从属电压转换器的电力来源,除了电源供应器的输出及主电压转换器的主输出端之外,亦可为另一个从属电压转换器的从属输出端。
参阅图15所示,为本发明第四实施例所揭露的一种电源管理装置100,应用于电子电路200,用以提供电力至电子电路的多个电子组件,该些电子组件包含第一电子组件210f、第二电子组件210g、第三电子组件210h、第四电子组件210i。第一电子组件210f、第二电子组件210g、第三电子组件210h、第四电子组件210i可为电子电路200中的任意组件。电源管理装置100包含电源供应器110、主电压转换器DD1、多个从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i、多个开关组件SWg,SWh,SWi及控制器150。其中主电压转换器DD1及从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i的数量总和等于第一电子组件210f、第二电子组件210g、第三电子组件210h、第四电子组件210i的总和,且每一从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i对应于开关组件SWg,SWh,SWi。
于第四实施例中,电源供应器110及主电压转换器DD1的结构及连接关系,与前述各实施例相同。
各从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i分别具有从属输入端141g,141h,141i及从属输出端142g,142h,142i。各从属输入端141g,141h,141i分别透过对应的开关组件SWg,SWh,SWi可选择地电性耦接于电源供应器110或主电压转换器DD1的主输出端132。此外,至少一个或多个从属电压转换器DD2h,DD2i的从属输入端141h,141i更透过对应的开关组件SWg,SWh,SWi可选择地电性耦接于另一个从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i的从属输出端142g,142h,142i。
透过各开关组件SWg,SWh,SWi的切换,每一个从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i的从属输入端141g,141h,141i可依据负载,电性耦接于电源供应器110、主电压转换器DD1的主输出端132、或另一个从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i的从属输出端142g,142h,142i。
控制器150电性耦接于电子电路的中央处理器,中央处理器可为第一电子组件210f、第二电子组件210g、第三电子组件210h、第四电子组件210i其中之一。控制器150用以接收中央处理器的切换命令,控制各该开关组件SWg,SWh,SWi。
每一个从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i的电力输入来源,个别地被切换。依据输出功率的需求,切换输入电力的来源,藉以调整各从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i的负载。当从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i透过各该开关组件SWg,SWh,SWi电性耦接其它从电压转换器DD2g,DD2h,DD2i,其输入电压可进一步被降低,从而进一步降低运作功率,更大幅下降运作功率。
此外,于本发明中,开关组件可动态地被切换,以随时依据电子组件的运作,改变各从属电压转换器的电力来源。
参阅图16所示,为本发明第五实施例所揭露的一种电源管理装置100,应用于电子电路200,用以提供电力至电子电路的多个电子组件210f,210g,210h,210i。电源管理装置100包含电源供应器110、主电压转换器DD1、多个从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i、多个开关组件SWg,SWh,SWi及控制器150。于本实施例中,电源供应器110及主电压转换器DD1的结构及连接关系,与第四实施例相同,其差异在于,第五实施例的电源管理装置100更包含多个感应器160f,160g,160h,160i,设置于第一电子组件210f、第二电子组件210g、第三电子组件210h、第四电子组件210i,用以侦测第一电子组件210f、第二电子组件210g、第三电子组件210h、第四电子组件210i的功率负载。控制器150依据感应器160f,160g,160h,160i的侦测结果切换开关组件SWg,SWh,SWi,藉以动态地调整各从属电压转换器从属电压转换器DD2g,DD2h,DD2i的负载功率。