CN102414638B

CN102414638B - 计算到计算机的功率输入

Info

Publication number: CN102414638B
Application number: CN200980159007.5A
Authority: CN
Inventors: T.索耶斯
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: US20110302441A1; DE112009004616T5; WO2010126513A1; GB201115579D0; DE112009004616B4; CN102414638A; GB2481929B; GB2481929A

Abstract

一个实施例是包括控制器和具有燃料计的电池的计算机。当计算机处于关闭状态时燃料计报告用于给电池充电的电压和电流输入。控制器从燃料计接收关于用于给电池充电的电压和电流输入的信息，并且当计算机处于开态时使用该信息来计算正被输入给计算机的功率。

Description

计算到计算机的功率输入

技术领域

本发明涉及一种包括具有燃料计的电池的计算机，当计算机处于关闭状态时所述燃料计报告用于给电池充电的电压和电流输入，因此当计算机处于开态时计算机能够计算输入功率。

背景技术

诸如个人计算机和笔记本计算机之类的一些计算机试图测量正被使用的功率的量。能够使用这些测量结果来给用户提供有用的信息，诸如与电池充电预期和性能设置选项有关的信息。

然而，这些测量结果经常包括由所提供以测量功率使用的电路所导致的误差。同样地，会呈现给用户有关性能和功率使用的不准确的信息。

发明内容

附图说明

图1示出了依照本发明的示例性实施例的、用于计算计算机中的功耗的流程图。

图2A示出了依照本发明的示例性实施例的、图示了在固定增益放大器中的增益误差的影响的增益图。

图2B示出了依照本发明的示例性实施例的、图示了在固定增益放大器中的偏移误差的影响的增益图。

图3示出了依照本发明的示例性实施例的计算机系统。

图4示出了依照本发明的示例性实施例的计算机系统的另一实施例。

具体实施方式

依照本发明的示例性实施例包括准确地计算计算机中的功耗的装置和方法。在一个实施例中，计算机中的电路感测电流并且然后准确地计算正被计算机汲取或消耗了多少功率。

根据方框100，使计算机关机以开始给计算机的电池充电。当计算机处于关闭状态时给电池充电，因此由计算机所汲取的几乎所有功率都被用来给电池充电。通过示例的方式，这个电池可以是在计算机中的永久的可再充电的电池或诸如附连至笔记本计算机的可更换的电池组之类的在计算机中的可移除的电池。

在方框100中，提供了两个事件：关闭状态和给电池充电。这些事件的顺序包括：首先关掉计算机并且然后给电池充电；首先开始给电池充电并且然后关掉计算机；或同时着手这些事件。

根据方框110，使用由电池中的燃料计所报告的充电功率和计算机中的充电器的效率来计算输入至计算机中的功率。换句话说，由电池的燃料计(其是非常准确的)所报告的充电功率被与计算机充电器的效率的估计值一起用来计算正被输入至计算机的功率。

根据方框120，将正被输入至计算机的所计算的功率与根据计算机的AC适配器功率的读数进行比较。

根据方框130，计算结果由放大器增益和电流感测放大器偏移的校正因子构成。

大的误差源是计算机的由AC适配器所供应的电流的测量。这个误差在过去已经导致在计算正被计算机消耗的功率方面的不准确。依照本发明的实施例通过计算放大器增益和电流感测放大器偏移的校正因子来减少或消除这个误差。

在一个示例性实施例中，对功率监控器而言存在两部分。首先，存在收集数据的硬件和具有存储供将来使用的数据的代码的微控制器。其次，存在读取收集的数据、应用校正因子(在已经收集数据之后)、以及输出某信息供用户使用的软件应用。在这种情况下，连续地收集数据，但是在机器被开启并且功率监控器软件应用正在运行时进行校正和输出。在计算机处于关闭状态时也能够发生数据收集。

根据方框140，当计算机中的功率监控器正被使用时(即，计算机处于通电状态，与正被关机相反)，使用校正因子来校正适配器电流的测量结果。例如，当使用功率监控器时，存储然后使用这些校正因子来校正适配器电流的随后的测量结果。

图2A和2B分别示出了用于固定增益放大器的输出信号(Y-轴)对输入信号(X-轴)的图200和250。图2A示出了用于固定增益放大器的理想情况220(即，理想增益)和具有增益误差210的情况的图表，并且图2B示出了用于固定增益放大器的理想情况270(即，理想增益)和具有偏移误差260的情况的图表。具有增益误差210和具有偏移误差260的情况表示放大器的被测量的值，而理想增益220和270表示没有误差的值(即，不具有测量引起的误差的理想或正确的值)。

依照本发明的示例性实施例识别或确定增益误差和偏移误差，并且然后从固定增益放大器的读数中析出因子（factor-out）或消除这些误差。同样地，这些误差计算被用来准确地确定正被计算机消耗的功率。

图3和4示出了当功率正被从诸如电源插座之类的交流电(AC)功率源提供给计算机时、用于计算这些误差并且使用校正因子来校正适配器电流的测量结果的电路和系统的示例性实施例。

图3示出了一般包括计算机305、电池310、以及AC适配器315的计算机系统300。计算机包括各种便携和非便携电子设备，诸如但不局限于笔记本或膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、个人数字助理(PDA)、或其它便携和非便携电子设备或包括可再充电的电池的计算机。

计算机305包括充电器320、计算机功率325、嵌入式控制器330、电平移动和放大器及电流监控器335、分压器340和高侧电流感测电阻器350。电池310包括燃料计360、感测电阻器365、以及可再充电的电池单元370。

高侧电流感测(CS)电阻器350感测适配器电流I_adp，并且产生由电平移动和放大器电路335来感测的电压。通过电流感测电阻器350的电流I_adp生成由电路335来测量的电压。信号被放大并且被电平移动至地(即，以确定电压差)。如所解释的那样，这个差被作为V_iadpt馈入EC中。

这个经放大的信号表示电流并且被输出到嵌入式控制器(EC)330，被示出为从电路335流到EC 330的V_iadp。适配器电压V_adp也被感测并且被发送到EC 330中，被示出为表示来自AC适配器的电压的V_vadp。因此，EC 330接收表示AC适配器的电流和电压两者的信号。

适配器电流(I_adp)乘以适配器电压(V_adp)等于至计算机的输入功率。该功率的一些进入到给计算机提供功率的DC-DC转换器，由计算机功率框325来表示。如果电池310正在充电，则功率也被传递到电池。因为充电器可以是DC-DC转换器，所以充电器320输出电流(I_bat)可以不同于充电器输入电流。

当AC适配器电压(V_adp)为恒定时，适配器电流(I_adp)与适配器功率成比例。但是为了考虑负载下的电压降并且为了确定适配器电压，在计算机中测量适配器电压和适配器电流两者。这些测量结果被分别发送给EC 330(标注为V_iadp和V_vadp)。

电池310使用燃料计360来感测充电器输出电流(I_bat)和电池电压。这个燃料计是非常准确的并且被设计成跟踪并且报告进入或离开电池单元370的所有能量。燃料计360还被设计成将信息(被示出为FG info)传送至EC 330。通过示例的方式，这个信息包括充电的百分比，诸如充满度百分比（percent full）。

当计算机305处于关闭状态时，由计算机汲取的总功率是非常低的，通常在50mW以下。当电池310在这个关闭状态中充电时，从AC适配器315所汲取的几乎所有能量都被用来给电池310充电。电池单元370的电压和输入至这些电池单元的电流被燃料计360准确地报告给EC 330。在重负载时，充电器320为约95%有效并且消耗相对少的功率。当在计算机设计和开发的时候对充电器效率对负载进行特征化时，使用该效率来计算针对汲取到计算机中的总功率的估计值。仅对一些工作点进行特征化。计算机中的电流感测放大器也对其电流测量结果进行报告。EC 330、系统BIOS、或软件能够比较电流感测报告与估计的功率水平。

在电池充电周期期间，功率正好在充电电流开始逐渐减少之前达到峰值，对于6组电池而言通常是45W。在充电结束时，至同一电池的电流已经减少至约250 mA或约3W。在高负载时，电流感测信号是比较大的，并且误差主要是由放大器增益(Av)中的误差以及由电流感测电阻器350的公差引起的。对于小的感测信号而言，误差主要是由放大器中的电压偏移(Vos)引起的。

在充电周期期间，当电池310已经被放电低于约60%时，充电功率顺利通过最大功率工作点，并且向下至逐渐减少的功率工作点。该掠过提供了在两点(高和低信号电平)处比较计算机CS幅度读数与基于燃料计的电流估计值的机会。根据这些比较，进行与计算机放大器Vos和实际增益Av有关的计算。这些值被存储在存储器(例如，寄存器)中并且被应用来校正由计算机放大器产生的随后读数。按照这种方式，通常在电池充电器集成电路(IC)中的现有的低成本电流感测放大器被制成高精度感测器。

以下描述提供了作为笔记本计算机的示例实施例。在笔记本处于关闭状态的情况下的电池充电期间，充电电压经过12.50V(在其朝向12.6V的方向上)，而电流处于其最高水平，其被测量为3.574A。在时刻t1处的这个高功率点处，适配器电压和电流被报告给EC(Vadp1, Iadp1_measurement)。电池单元的电压和电流也被在这个时刻读出(Vbat1, Ibat1)。在这些条件下的充电器的效率已经被预先特征化了，因此已经存储了充电器的估计效率(eff1)。以后在充电周期中，充电电压被调节至约12.6V，并且充电电流已经向下逐渐减少至约200 mA。

在时刻t2处的某低功率点处，适配器电压和电流被报告给EC(Vadp2, Iadp2_measurement, Vbat2, Ibat2)，并且已经预先特征化并存储了在该充电状态时的效率(eff2)。这些数据点被用来计算笔记本电流感测放大器的实际电压增益和同一放大器的电压偏移。假定从电池报告的数据是准确的，因为其比笔记本电流感测准确得多。传递给笔记本的功率被估计为充电器功率/充电器效率。这考虑了所有的损耗，因为由于在关闭状态下的功率汲取中存在很小的变化，所以通过测量在关闭状态下的笔记本功率汲取来对所述效率进行特征化。功率=电压×电流，所以电流=功率/电压。假定在高功率处，eff1=0.951，Vbat1=12.50，Ibat1=3.574，则Padp1 = 12.50×3.574 / 0.951 = 46.92 W。如果在笔记本中测量的Vadp为Vadp1=19.26，则Iadp1_calculated= Padp1 / Vadp1 = 46.92/19.26 = 2.436 A。

在笔记本中的适配器电流的测量采用跨越电流感测电阻器所测量的电压降的形式，然后被放大并且被电平移动。在图3中这个为Viadp。校正公式为Iadp_measurement信号=(Iadp×Rsense + Vos) × Av，其中Vos为电流感测放大器的电压偏移。进一步地，如下所示：

Iadp_measurement信号 = (Iadp×Rsense + Vos)×Av

Iadp_measurement信号 = (Iadp+Vos/Rsense)×(Av/Rsense)

假设offset（偏移）= Vos/Rsense；并且假设Atotal = Av/Rsense

则Iadp_measurement信号=(Iadp + offset)×Atotal。

在这个示例中，Iadp1_measurement信号=(Iadp + offset（偏移）)×Atotal = 0.8165 V。

对低功率点重复这个处理。如果在低功率处，eff2=0.682，Vbat2=12.61，Ibat2=0.218，Vadp2=19.46，则Iadp2_calculated= Vbat2×Ibat2/Vadp2=4.031/19.46=0.2070 A。对于笔记本中的被测电流而言，Iadp2_measurement信号=(Iadp+offset)×Atotal=0.04922V。根据这四个数据点—计算的高电流2.436A和测量的高CS信号0.8165V、计算的低电流0.2070A和测量的低CS信号0.04922V—能够得到这个笔记本的总增益和偏移是Atotal=0.344、offset=-0.0640。存储这些以便用作电流感测数据的校正因子。如下所示：

测量的CS电压信号 = (I_actual + offset)×Atotal = CS

使用用于电流I_actual的Iadp_calculated，或I，

CS1 = (I1 + offset)×Atotal

CS2 = (I2 + offset)×Atotal

offset = (CS2×I1 - CS1×I2) / (CS1 - CS2)=-0.0640

Atotal = (CS1 - CS2) / (I1 - I2) = 0.344。

在获悉这些因子之后，将它们应用到在笔记本中获得的随后的电流测量结果以实现笔记本功率的准确测量，以便用作宽范围的通用功率监控器。为了使用这个，读取所测量的电流感测电压，则

I_actual = 测量的CS电压×(1 / Atotal) - offset。

大的误差源是每个点处的充电器的效率。删掉(即移除)笔记本CS电阻器、增益放大器电阻器、以及甚至适配器电压感测分配器电阻器的公差，因为由所有这些贡献的公差都是总增益Atotal中的原因。

图4示出了一般包括计算机405、电池310以及AC适配器315的计算机系统400的另一实施例。计算机405类似于图3中所示出的计算机305，其中有一些差别(在各图之间同样的数字指示同样的部件)。

在图4中，来自分压器340的输出(V_vadp)被提供给电平移动及放大器电路和功率监控器410。来自功率监控器410的V_padp然后被提供给EC 330。在这里，EC 330仅接收单个功率信号(与其中EC接收分别的V_vadp和V_Iadp信号的图3相反)。如同图3的讨论那样，图4的计算机405也考虑负载下的电压降并且确定适配器电压、适配器电压和适配器电流。这些测量结果没有被分别发送给EC 330。作为替代，V_adp被发送到功率监控器方框中，其将表示适配器功率的单个信号输出至EC。

采用依照本发明的实施例，使用已经在计算机设计中的低成本电流感测放大器以用于高性能功率监控器功能。不需要额外的电路(除制造功率监控器所需的最小量之外)。这节省了精确放大器的成本和向这样的放大器提供功率的成本及复杂性(充电泵加电平移动器)。这还节省了将被精确放大器汲取的功率并且使计算机在关闭状态中更有能量效率。这进一步允许消去电流感测电阻器和在放大及将信号传递给EC中使用的、包括适配器电压感测电阻器的任何其它电阻器的公差。在工厂中不需要设置任何东西。在任何电池充电周期期间，能够在没有用户干预的情况下自动地完成校准。此外，示例性实施例不需要额外的电源开关或附加的电流感测电阻器，其将以其他方式用于在较大的电流感测电阻器中切换。

如所解释的那样，使用用于放大器增益和偏移误差的校正因子来校正适配器电流的测量结果。能够以各种方式来应用这些经校正的测量结果。例如，能够向计算机的用户呈现或显示准确并且实时的功耗。该信息可包括正被汲取的或采用当前计算机设置所使用的功率的量以及在当前功率使用率下的使用的成本分析。进一步地，能够通过图形用户界面和软件给用户提供调整性能选项和功率设置(诸如减低显示器的亮度、改变功率节省设置、改变处理器性能、更改睡眠或休眠时间周期、以及对计算机的功率计划做出其它变化)的机会。

定义

如在本文中和在权利要求中所使用的那样，按下述方式对以下单词进行定义：

“电池”是存储能够被转换成电的能量的设备。

“电流感测电阻器”是将流到电阻器的电流转换成使通过电阻器的电流能够被测量的电压降的电阻器。

“燃料计”是测量在电池中存储的能量的量的设备。

“分压器”是产生作为输入电压(Vin)的一部分的输出电压(Vout)的线性电路。

在一个示例性实施例中，在本文中所讨论的一个或多个方框或步骤是自动化的。换句话说，装置、系统以及方法自动地发生。术语“自动化的”或“自动地”(及其类似的变化)意指在无需人为干预、观测、努力和/或决定的情况下使用计算机和/或机械/电设备的装置、系统和/或处理的受控操作。

依照本发明的示例性实施例的方法被作为示例提供并且不应该被解释成限制在本发明的范围之内的其它实施例。进一步地，在不同的图内所讨论的方法或步骤能够被添加至其它图中的步骤的方法或与其它图中的步骤的方法进行交换。再进一步地，特定的数字数据值(诸如特定的数量、数字、种类等)或其它特定的信息应该被解释为例示性地用于讨论示例性实施例。该特定信息不被提供成限制本发明。

在依照本发明的各种实施例中，实施例被实现为方法、系统、和/或装置。作为一个示例，示例性实施例和与之相关联的步骤被实现为一个或多个计算机软件程序以实现在本文中所描述的方法。软件被实现为一个或多个模块(也被称为代码子例程、或面向对象编程中的“对象”)。对于各种替代性实施例而言，软件的位置将是不同的。软件编程代码例如由服务器或计算机的一个处理器或多个处理器从诸如CD-ROM驱动器或硬盘驱动器之类的某类型的长期存储介质来访问。软件编程代码被体现或被存储在各种已知的介质的任何介质上以用于数据处理系统，或被体现或被存储在诸如包括盘、硬盘驱动器、CD-ROM、ROM等的半导体、磁性设备以及光学设备之类的任何存储设备中。代码被分配在该介质上，或被通过某类型的网络从一个计算机系统的存储器或存贮器到其它计算机系统分配给用户以供该其它系统的用户使用。可替换地，编程代码被体现在存储器中并且由使用总线的处理器来访问。用于将软件编程代码体现在存储器中、在物理介质上、和/或经由网络分配软件代码的技术和方法是公知的并且在本文中将不被进一步讨论。

上述讨论旨在说明本发明的原理和各种实施例。一旦充分了解了上述公开，则对于本领域的技术人员而言许多变化和修改将变得显而易见。意图是以下权利要求被解释成包含所有这样的变化和修改。

Claims

1.一种计算机，包括：

电池，其包括燃料计，所述燃料计在所述计算机处于关闭状态时报告用于给所述电池充电的电压和电流输入；和

控制器，其从所述燃料计接收关于用于给所述电池充电的所述电压和电流输入的信息，其中当所述计算机处于开态时所述控制器使用所述信息来计算正被输入至所述计算机的功率。

2.根据权利要求1所述的计算机，进一步包括：

电流感测电阻器和放大器，其向所述控制器提供表示从交流电适配器提供给所述计算机的电流的信号；

分压器，其向所述控制器提供表示从所述交流电适配器提供给所述计算机的电压的信号。

3.根据权利要求1所述的计算机，进一步包括放大器，其中，所述控制器计算放大器系统的增益和所述放大器系统的偏移，并且使用所述增益和偏移来校正从交流电适配器输入至所述计算机的电流的测量结果。

4.根据权利要求1所述的计算机，其中，所述控制器根据在所述计算机中所感测的所述电压和电流计算输入到所述计算机中的功率。

5.根据权利要求1所述的计算机，其中，所述燃料计跟踪并且报告进入和离开电池单元的能量，并且将信息报告给所述控制器。

6.根据权利要求1所述的计算机，其中，所述控制器在两个信号电平处比较来自电流感测电阻器的幅度读数与来自所述燃料计的电流的估计值，以计算放大器增益中的误差和放大器偏移中的误差。

7.根据权利要求1所述的计算机，进一步包括放大器，其中，所述控制器使用与放大器增益中的误差和放大器偏移中的误差有关的校正因子来校正由所述放大器产生的读数。

8.一种用于计算到计算机的功率输入的方法，包括：

采用计算机的电池中的燃料计来计算输入到所述计算机中的用于给所述电池充电的电流和电压；

采用所述计算机中的控制器来计算用于增益误差和偏移误差的校正因子；以及

采用所述计算机中的所述控制器使用所述校正因子来校正由所述计算机所消耗的功率的测量结果。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

当所述计算机处于关闭状态时，接收所述电流和电压以给所述电池充电；

当所述计算机处于开态时，测量提供给所述计算机的电流。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，由所述燃料计将输入到所述计算机中的用于给所述电池充电的电流和电压报告给所述控制器。

11.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，从所述电流和电压的测量结果中消除所述增益和偏移误差。

12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

向所述控制器提供表示从交流电适配器提供给所述计算机的电流的信号；

向所述控制器提供表示从所述交流电适配器提供给所述计算机的电压的信号。

13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，比较来自电流感测电阻器的幅度读数与来自所述燃料计的电流的估计值，以计算所述增益误差和所述偏移误差。

14.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

采用所述控制器根据在所述计算机中感测的电压和电流来计算输入至所述计算机中的功率；和

采用所述校正因子来校正所述功率的计算。

15.一种计算机系统，包括：电池和计算机，

其中所述电池包括当所述计算机处于关闭状态时计算经传递以给所述电池充电的功率的燃料计；以及

所述计算机连接至所述电池并且包括从所述燃料计接收关于所述功率的信息的控制器，其中当所述计算机处于开态时所述控制器使用所述信息和校正因子来计算由所述计算机消耗的功率。

16.根据权利要求15所述的计算机系统，进一步包括：

电流感测电阻器，其感测来自交流电适配器的电流；

电平移动和放大器电路，其根据所述电流产生所感测的电压，其中所述电流和所述电压的读数被提供给所述控制器以计算由所述计算机消耗的功率。

17.根据权利要求15所述的计算机系统，其中，所述校正因子包括固定增益放大器的增益和所述固定增益放大器的偏移。

18.根据权利要求15所述的计算机系统，进一步包括：

电流感测电阻器，其将电流转换为电压降，所述电压降使通过所述电流感测电阻器的电流能够被测量并且被提供给所述控制器；

分压器，其产生作为输入电压的一部分并且被提供给所述控制器的输出电压；

功率监控器，当所述计算机处于开态时，所述功率监控器向所述控制器提供指示正被所述计算机消耗的功率的功率信号。

19.根据权利要求15所述的计算机系统，其中，所述控制器比较来自电流感测电阻器的幅度读数与来自所述燃料计的电流的估计值，以计算作为放大器增益中的误差和放大器偏移中的误差的所述校正因子。