CN102419626A - 电脑系统、电源供应器及其电源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种电脑系统、电源供应器及其电源管理方法。电脑系统包含电源供应器及便携式电子装置。便携式电子装置包含第一控制单元与可变输出单元。第一控制单元控制可变输出单元，使得可变输出单元提供不同的输出。电源供应器包含电源电路、检测接脚、检测单元及第二控制单元。电源电路连接便携式电子装置。检测接脚连接可变输出单元的输出端。检测单元连接检测接脚以取得检测值。检测值随可变输出单元的输出与电源供应器是否连接便携式电子装置而不同。第二控制单元连接电源电路与检测单元，且依据检测值来控制电源电路的操作。本发明可有效降低无载功率，并且提升连接轻负载时的工作效率，用以达到节能省电的功效。

Description

电脑系统、电源供应器及其电源管理方法

技术领域

本发明涉及电脑系统的电源管理，特别涉及一种电脑系统、电源供应器及其电源管理方法。

背景技术

近年来，随着电脑科技持续地进步，市面上贩售的各种电脑设备(例如台式电脑及笔记本电脑)也不断地推陈出新，其中笔记本电脑由于具备有体积小、重量轻及携带方便等优点，已逐渐成为现代忙碌的工商社会中的大部分消费者选购电脑时的首选。

一般而言，消费者在使用笔记本电脑时，通常通过电源供应器连接至市电电源，以供电给笔记本电脑的电池。请参照图1，图1所示为传统的笔记本电脑电脑系统通过电源供应器供电给便携式电子装置(例如笔记本电脑)的示意图。如图1所示，电源供应器1的内部将前段的整流线路省略，故V_INPUT_DC已经是高压直流电，而非交流电源(未示于图中)所提供的高压交流电。电源供应器1主要包含电阻R1、电感C1及C2、第二控制单元U1、变压器T1、晶体管开关Q1、输出线路10、第一输出端OUT1及第二输出端OUT2。输出线路10位于变压器T1的二次侧回路与第一输出端OUT1及第二输出端OUT2之间，第一输出端OUT1及第二输出端OUT2分别通过接线L1及L2连接至便携式电子装置2中的系统端SYS及接地端GND。

当电源供应器1尚未连接至负载(例如便携式电子装置2(笔记本电脑))时，虽然其输出功率为零，但为了能够随时供电，仍持续输出电压，其控制电路及功率元件也仍处于工作状态，因此，这时候的电源供应器1本身仍会消耗掉一些功率，称之为“无载功率”。传统的电源供应器1的无载功率之所以很难降低，是因为其假设负载随时存在，即使电源供应器1实际上并未连接负载，只要电源供应器1连接至交流电源，则电源供应器1即随时保持在工作状态下，并且其操作频率固定在100KHz左右。

在实际应用中，由于电源供应器1已被广泛地运用于各式便携式电子装置2，当使用者离开座位并带走便携式电子装置2时，往往不会记得要将电源供应器1的交流电源插头拔开，导致电源供应器1仍持续消耗无载功率。通常一个电源供应器1的平均待机功率约为0.3W，由于全世界随时可能有数以万计的电源供应器1处于待机状态，因此日积月累下来，将造成非常可观的电能浪费。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提出一种电脑系统、电源供应器及其电源管理方法，以解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。

根据本发明的一具体实施例为一种电源供应器。于此实施例中，电源供应器用以连接便携式电子装置，便携式电子装置包含第一控制单元与可变输出单元，第一控制单元控制可变输出单元，使得可变输出单元提供不同的输出。电源供应器包含电源电路、检测接脚、检测单元及第二控制单元。电源电路连接便携式电子装置。检测接脚连接可变输出单元的输出端。检测单元连接检测接脚以取得检测值，其中检测值随可变输出单元的输出与电源供应器是否连接便携式电子装置而不同。第二控制单元连接电源电路与检测单元，且依据检测值来控制电源电路的操作。

于一实施例中，当电源供应器未连接便携式电子装置时，检测值为第一检测值，第二控制单元控制电源电路停止操作。

于另一实施例中，便携式电子装置还包含电池模块。当便携式电子装置未对电池模块充电时，第一控制单元控制可变输出单元提供第一输出，使得检测值为第二检测值，第二控制单元控制电源电路执行省电供电模式。当便携式电子装置对电池模块充电时，第一控制单元控制可变输出单元提供第二输出，使得检测值为第三检测值，第二控制单元控制电源电路执行正常供电模式。

根据本发明的另一具体实施例为一种电源供应器的电源管理方法。于此实施例中，电源供应器用以连接便携式电子装置，便携式电子装置包含第一控制单元与可变输出单元，第一控制单元控制可变输出单元，使得可变输出单元提供不同的输出。电源供应器包含电源电路、检测接脚及对照表，其中检测接脚用以连接可变输出单元的输出端。电源供应器的电源管理方法包含下列步骤：首先，检测检测接脚以取得检测值，其中检测值随可变输出单元的输出与电源供应器是否连接便携式电子装置而不同；接着，比对检测值与对照表，以获得比对结果；之后，依据比对结果来控制电源电路的操作。

根据本发明的另一具体实施例为一种电脑系统。于此实施例中，电脑系统包含电源供应器以及便携式电子装置。电源供应器连接便携式电子装置。便携式电子装置包含第一控制单元与可变输出单元。第一控制单元控制可变输出单元，使得可变输出单元提供不同的输出。电源供应器包含电源电路、检测接脚、检测单元及第二控制单元。电源电路连接便携式电子装置。检测接脚连接可变输出单元的输出端。检测单元连接检测接脚，以取得检测值。检测值随可变输出单元的输出与电源供应器是否连接便携式电子装置而不同。第二控制单元连接电源电路与检测单元，且依据检测值来控制电源电路的操作。

相较于现有技术，本发明所提出的电脑系统、电源供应器及其电源管理方法通过增加电源供应器的低频操作模式及待机模式的设计，使得电源供应器不必一直处于工作状态下，故可有效降低其无载功率，并且提升其连接轻负载时的工作效率，用以达到节能省电的功效。

关于本发明的优点与精神可以利用以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为传统的电源供应器供电给便携式电子装置的示意图；

图2为根据本发明的一具体实施例中的电脑系统通过电源供应器供电给便携式电子装置的示意图；

图3为可变输出单元进一步包含串接于第二电阻与接地端之间的第三晶体管开关的示意图；

图4为根据本发明的另一具体实施例中的电源供应器的电源管理方法的流程图。

具体实施方式

本发明揭示一种电脑系统、电源供应器及其电源管理方法，通过电源供应器的适当设计，有效降低其无载功率，并提升其连接轻负载时的工作效率，以达到节能省电的功效。

根据本发明的第一较佳具体实施例为一种电脑系统。于此实施例中，电脑系统包含电源供应器及便携式电子装置。电源供应器用以提供便携式电子装置运作时所需的电力。实际上，便携式电子装置可以是笔记本电脑、平板电脑或移动通信装置，但不以此为限。

请参照图2，图2所示为此实施例中的电脑系统的示意图。如图2所示，电脑系统3包含电源供应器30以及设置于便携式电子装置32内的可变输出单元320及第一控制单元(例如嵌入式控制器)EC。电源供应器30分别连接市电电源(图未示)与便携式电子装置32。在本实施例中，电源供应器30相对于便携式电子装置32而言，为外部装置，且其可插拔地连接便携式电子装置32。

当电源供应器30连接便携式电子装置32时，电源供应器30的输出端可连接可变输出单元320的输出端。可变输出单元320也连接第一控制单元EC。需说明的是，电源供应器30的内部将前段的整流线路省略，故图2中的直流输入电压V_INPUT_DC已经是高压直流电，而非交流电源(未示于图中)所提供的高压交流电。

电源供应器30包含第二控制单元U1、检测单元302、检测接脚OUT3及电源电路31，其中检测单元302储存有对照表3021。电源电路31包含输出线路300、变压器T1、第一晶体管开关Q1、第一电阻R1、第一电感C1、第二电感C2、第一输出端OUT1及第二输出端OUT2。

在本实施例中，上述第一电阻R1及第一电感C1串接于直流输入电压V_INPUT_DC与接地端之间。变压器T1的一次侧回路PRI连接于第一电阻R1与直流输入电压V_INPUT_DC之间以及连接至第一晶体管开关Q1的漏极D。变压器T1的二次侧回路SEC则连接输出线路300。

在本实施例中，第二控制单元U1具有五个接脚。接脚VCC连接于第一电阻R1与第一电感C1之间。接脚VDD连接于第一电感C1与接地端之间。接脚DRI连接至第一晶体管开关Q1的栅极G。接脚STBY#及接脚LFM#分别连接至检测单元302的接脚D1及D2。

第一晶体管开关Q1的源极S连接至接地端。在本实施例中，电源供应器30的输出端包含第一输出端OUT1、第二输出端OUT2及检测接脚OUT3。上述第一输出端OUT1、第二输出端OUT2及检测接脚OUT3可以被整合在同一个端子或连接器，而电源供应器30可通过上述端子或连接器来插入便携式电子装置32的电源插孔。

检测单元302的接脚D3连接至检测接脚OUT3，以取得检测值。第二电感C2连接于输出电压V_OUTPUT与接地端之间。输出线路300连接至第一输出端OUT1及第二输出端OUT2。

当电源供应器30连接便携式电子装置32时，第一输出端OUT1连接至便携式电子装置32的系统端SYS。第二输出端OUT2连接至便携式电子装置32的接地端。检测接脚OUT3连接至便携式电子装置32的可变输出单元320。在本实施例中，检测单元302所取得的检测值，随可变输出单元320的输出与电源供应器30是否连接便携式电子装置32而不同。

在本实施例中，可变输出单元320包含第二电阻R2、第三电阻R3及第二晶体管开关Q2。第三电阻R3与第二晶体管开关Q2串联连接而形成阻抗单元3201。阻抗单元3201与第二电阻R2并联连接。

当电源供应器30连接便携式电子装置32时，可变输出单元320内部可能仅通过第二电阻R2接地，也可能通过第二电阻R2并联阻抗单元3201接地。此外，上述的第一晶体管开关Q1及第二晶体管开关Q2可采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但不以此为限。

为了能够有效降低电源供应器30的无载功率，电源供应器30的检测单元302会通过检测接脚OUT3来检测电源供应器30是否连接便携式电子装置32。

当电源供应器30没有连接便携式电子装置32时，检测接脚OUT3为空接(floating)，此时，检测单元302的接脚D3所取得的检测值为阻值无限大，此时的检测值称之为第一检测值。检测单元302比对第一检测值与其对照表3201，以获得比对结果，继而检测单元302依据上述比对结果来控制接脚D1输出低电平(low)信号至第二控制单元U1的接脚STBY#，使得第二控制单元U1控制电源电路31停止操作。更详细地说，第二控制单元U1通过接脚DRI来控制第一晶体管开关Q1关闭(turn-off)，进而使得变压器T1停止运作，而使得电源电路31停止运作，以减少其迟滞损失及切换损失，故整个电源供应器30的能量消耗将会变得非常低。

当电源供应器30连接便携式电子装置32时，检测接脚OUT3会连接可变输出单元320的输出端，使得检测单元302可通过检测接脚OUT3来检测出可变输出单元320的输出端的阻值，即检测单元302可利用检测接脚OUT3与可变输出单元320的输出端的连接，来取得其它检测值。

若此时便携式电子装置32处于低耗电状态，例如：便携式电子装置32并未对与第一控制单元EC连接的电池模块(未示)充电。第一控制单元EC会控制第二晶体管开关Q2关闭(turn-off)，使得第三电阻R3与接地之间成为断路。此时，可变输出单元320的输出端的值为第二电阻R2的阻值。如此，检测单元302所取得的检测值为第二检测值。检测单元302继而比对对照表3021与第二检测值，以获得比对结果。检测单元302依据比对结果控制接脚D1及D2分别输出高电平(high)信号及低电平(low)信号至第二控制单元U1，使得第二控制单元U1控制电源电路31执行省电供电模式，例如：电源电路31的操作频率维持在低速，如：20KHz。

在本实施例中，上述省电供电模式适用于便携式电子装置32处于待机状态、休眠状态、关机状态或非充电状态等耗电量较小的状态，而非对电池充电状态或开机状态等耗电量较大的状态，但不以此为限。

在本实施例中，电源供应器30于低耗电的轻负载状态下所搭配的是较低的操作频率(如：20KHz)，而先前技术中的电源供应器于低耗电的轻负载状态下所搭配的反而是较高的操作频率(如：100KHz)。因此，相较于现有技术，本发明的电源供应器30将会在低耗电的轻负载状态下具有较高的工作效率而比较省电。当电源供应器30连接便携式电子装置32时，若便携式电子装置32处于高耗电状态，例如：便携式电子装置32对其电池模块充电或便携式电子装置32处于开机状态，第一控制单元EC控制第二晶体管开关Q2导通(turn-on)，致使第三电阻R3接地。第三电阻R3与第二电阻R2将并联连接，可变输出单元320的输出也将会随之改变。

检测单元302通过检测接脚OUT3来检测可变输出单元320的输出端，以取得第三检测值。继而，检测单元302比对对照表3021与第三检测值，以获得比对结果。检测单元302依据比对结果来控制接脚D1及D2分别输出高电平(high)信号及高电平(high)信号至第二控制单元U1，使得第二控制单元U1控制电源电路31的第一晶体管开关Q1导通，以控制电源电路31执行正常供电模式，也即传统的工作状态。此时，电源电路31的操作频率约50～100KHz。

请参照图3，图3所示为可变输出单元320进一步包含串接于第二电阻R2与接地端GND之间的第三晶体管开关Q3的示意图。如图3所示，第二电阻R2与第三晶体管开关Q3串联连接而形成阻抗单元3202。阻抗单元3202与阻抗单元3201并联连接。第三晶体管开关Q3的栅极端G与第一控制单元EC连接。第一控制单元EC可控制第三晶体管开关Q3的操作。由此，即使电源供应器30连接便携式电子装置32，第一控制单元EC可控制第二晶体管开关Q2与第三晶体管开关Q3都关闭(turn-off)，使得检测单元302的接脚D3所取得的检测值为阻值无限大，以停止电源电路31的运作。由此，便携式电子装置32不仅可以较为省电，也可执行电池学习(battery learning)的功能。

在本实施例中，检测单元302的接脚D1及D2所接回路的接地参考点属于变压器T1的一次侧回路PRI，检测单元302的接脚D3所接回路的接地参考点属于变压器T1的二次侧回路SEC。由于变压器T1的一次侧回路PRI及二次侧回路SEC需要加以隔离，所以检测单元302的内部包含有隔离电路或光耦合元件，以将属于一次侧回路PRI的接脚D1及D2与属于二次侧回路SEC的接脚D3加以隔离。

图4所示为本发明较佳实施例的电源供应器的电源管理方法的流程图。于步骤S10，利用电源供应器的检测接脚来取得检测值，其中检测值随便携式电子装置的可变输出单元的输出与电源供应器是否连接便携式电子装置而不同。于步骤S12，电源供应器的检测单元比对检测值与对照表，以获得比对结果。于步骤S14，检测单元依据比对结果来控制第二控制单元，进而控制电源电路的操作。

表一为本发明较佳实施例的电源供应器与便携式电子装置之间的电源管理示意表。

表一

相较于现有技术，本发明较佳实施例所提出的应用于笔记本电脑的电脑系统、电源供应器及其电源管理方法通过增加电源供应器的低频操作模式及待机模式的设计，使得电源供应器不必一直处于工作状态下，故可有效降低其无载功率，并且提升其连接轻负载时的工作效率，用以达到节能省电的功效。

利用以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具有相等性的安排于本发明权利要求的范畴内。

Claims (18)

1.一种电源供应器，用以连接便携式电子装置，上述便携式电子装置包含第一控制单元与可变输出单元，上述第一控制单元控制上述可变输出单元，使得上述可变输出单元提供不同的输出，其特征是，上述电源供应器包含：

电源电路，用以连接上述便携式电子装置；

检测接脚，用以连接上述可变输出单元的输出端；

检测单元，连接上述检测接脚，以取得检测值，其中上述检测值随上述可变输出单元的输出与上述电源供应器是否连接上述便携式电子装置而不同；以及

第二控制单元，连接上述电源电路与上述检测单元，且依据上述检测值来控制上述电源电路的操作。

2.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征是，当上述电源供应器未连接上述便携式电子装置时，上述检测值为第一检测值，上述第二控制单元控制上述电源电路停止操作。

3.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征是，上述便携式电子装置还包含电池模块，当上述便携式电子装置未对上述电池模块充电时，上述第一控制单元控制上述可变输出单元提供第一输出，使得上述检测值为第二检测值，上述第二控制单元控制上述电源电路执行省电供电模式。

4.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征是，上述便携式电子装置还包含电池模块，当上述便携式电子装置对上述电池模块充电时，上述第一控制单元控制上述可变输出单元提供第二输出，使得上述检测值为第三检测值，上述第二控制单元控制上述电源电路执行正常供电模式。

5.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征是，上述可变输出单元为阻值可变输出单元，其包含多个电阻与开关，上述第一控制单元通过控制上述开关的操作来改变上述阻值可变输出单元的输出阻值。

6.根据权利要求5所述的电源供应器，其特征是，上述多个电阻包含第一电阻与第二电阻，上述第一电阻与上述开关串联连接而形成阻抗单元，上述阻抗单元与上述第二电阻并联连接。

7.根据权利要求5所述的电源供应器，其特征是，上述第一控制单元为嵌入式控制器，其连接上述开关的控制端。

8.一种电源供应器的电源管理方法，上述电源供应器用以连接便携式电子装置，上述便携式电子装置包含第一控制单元与可变输出单元，上述第一控制单元控制上述可变输出单元，使得上述可变输出单元提供不同的输出，上述电源供应器包含电源电路、检测接脚及对照表，上述检测接脚用以连接上述可变输出单元的输出端，其特征是，上述电源管理方法包含下列步骤：

(a)检测上述检测接脚，以取得检测值，其中上述检测值随上述可变输出单元的输出与上述电源供应器是否连接上述便携式电子装置而不同；

(b)比对上述检测值与上述对照表，以获得比对结果；以及

(c)依据上述比对结果来控制上述电源电路的操作。

9.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征是，当上述电源供应器未连接上述便携式电子装置时，步骤(b)所获得的上述比对结果是上述检测值为第一检测值，步骤(c)依据上述比对结果控制上述电源电路停止操作。

10.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征是，上述便携式电子装置还包含电池模块，当上述便携式电子装置未对上述电池模块充电时，上述第一控制单元控制上述可变输出单元提供第一输出，使得步骤(b)所获得的上述比对结果是上述检测值为第二检测值，步骤(c)依据上述比对结果控制上述电源电路执行省电供电模式。

11.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征是，上述便携式电子装置还包含电池模块，当上述便携式电子装置对上述电池模块充电时，上述第一控制单元控制上述可变输出单元提供第二输出，使得步骤(b)所获得的上述比对结果是上述检测值为第三检测值，步骤(c)依据上述比对结果控制上述电源电路执行正常供电模式。

12.一种电脑系统，其特征是，包含：

便携式电子装置，包含第一控制单元与可变输出单元，上述第一控制单元控制上述可变输出单元，使得上述可变输出单元提供不同的输出；以及

电源供应器，用以连接上述便携式电子装置，上述电源供应器包含：

电源电路，用以连接上述便携式电子装置；

检测接脚，用以连接上述可变输出单元的输出端；

检测单元，连接上述检测接脚，以取得检测值，其中上述检测值随上述可变输出单元的输出与上述电源供应器是否连接上述便携式电子装置而不同；以及

第二控制单元，连接上述电源电路与上述检测单元，且依据上述检测值来控制上述电源电路的操作。

13.根据权利要求12所述的电脑系统，其特征是，当上述电源供应器未连接上述便携式电子装置时，上述检测值为第一检测值，上述第二控制单元控制上述电源电路停止操作。

14.根据权利要求12所述的电脑系统，其特征是，上述便携式电子装置还包含电池模块，当上述便携式电子装置未对上述电池模块充电时，上述第一控制单元控制上述可变输出单元提供第一输出，使得上述检测值为第二检测值，上述第二控制单元控制上述电源电路执行省电供电模式。

15.根据权利要求12所述的电脑系统，其特征是，上述便携式电子装置还包含电池模块，当上述便携式电子装置对上述电池模块充电时，上述第一控制单元控制上述可变输出单元提供第二输出，使得上述检测值为第三检测值，上述第二控制单元控制上述电源电路执行正常供电模式。

16.根据权利要求12所述的电脑系统，其特征是，上述可变输出单元为阻值可变输出单元，其包含多个电阻与开关，上述第一控制单元通过控制上述开关的操作来改变上述阻值可变输出单元的输出阻值。

17.根据权利要求16所述的电脑系统，其特征是，上述多个电阻包含第一电阻与第二电阻，上述第一电阻与上述开关串联连接而形成阻抗单元，上述阻抗单元与上述第二电阻并联连接。

18.根据权利要求16所述的电脑系统，其特征是，上述第一控制单元为嵌入式控制器，其连接上述开关的控制端。

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