CN103580514B - 电源供应系统及其电源控制电路 - Google Patents

Abstract

一种电源供应系统及其电源控制电路。该电源供应系统，将电源提供至电子装置的芯片组，包括：电压转换器，将电源供应器的供应电压转换为预设电压，并将该预设电压输出至该芯片组；以及电源控制电路，耦接于该电压转换器与该电源供应器之间，包括：开关，具有耦接至该电源供应器的第一端、耦接至该电压转换器的第二端以及控制端；以及第一开关控制器，耦接至该开关的该控制端以及该芯片组，用以根据该电压供应系统的开启事件控制该开关以将该电源供应器耦接至该电压转换器；其中在该电压供应系统的该开启事件发生之前该开关不将该电源供应器耦接至该电压转换器。

Description

电源供应系统及其电源控制电路

技术领域

本发明涉及电源供应系统，特别是涉及电源供应系统的电源控制电路。

背景技术

对于电器用品而言，电源供应和节省能源为重要的讨论项目。在一般电源供应系统中，电源供应器直接连接至电压转换器，电压转换器将电源供应器的供应电压转换至一预期电压，并将此预期电压提供至一电子装置，例如电子装置的芯片组。当电源供应器插上电源(plug in)时，即使系统并未启动或是并未执行主要功能(例如进入待机模式时)，还是会有电力消耗。此种电力消耗又称为待机电力消耗，待机电力消耗可能由电源供应器本身(将交流电电压转换为直流电电压)、接收远端讯号(例如网络唤醒讯号)的电路和感测器以及包含发光二极管灯号的软键板和显示器等造成。为了节省能源，装置的待机电力消耗会被限制在一定范围内，尤其已开发国家对于电力消耗具有更严格的标准。因此，在与电源供应系统相关的领域中，电力损失是很重要的议题。

发明内容

本发明一实施例提供一种电源供应系统，用以将电源提供至一电子装置的一芯片组，包括：一电压转换器，将一电源供应器的一供应电压转换为一预设电压，并将该预设电压输出至该芯片组；以及一电源控制电路，耦接于该电压转换器与该电源供应器之间，包括：一开关，具有耦接至该电源供应器的一第一端、耦接至该电压转换器的一第二端以及一控制端；以及一第一开关控制器，耦接至该开关的该控制端以及该芯片组，用以根据该电压供应系统的开启事件控制该开关以将该电源供应器耦接至该电压转换器；其中在该电压供应系统的该开启事件发生之前该开关不将该电源供应器耦接至该电压转换器。

本发明另一实施例提供一种电源供应系统的电源控制电路，其中该电源供应系统将电源提供至一电子装置的一芯片组，该电源供应系统包括一电源供应器以及一电压转换器，该电压转换器将该电源供应器的一供应电压转换为一预设电压并将该预设电压输出至该芯片组，该电源控制电路包括：一P型晶体管开关，具有耦接至该电源供应器的一第一端、耦接至该电压转换器的一第二端以及一控制端；一电源开启开关，具有耦接至一参考电压的一第一端，以及一第二端：以及一第一二极管，具有耦接至该电源开启开关的该第二端的一阴极以及耦接至该P型晶体管开关的该控制端的一阳极；其中当该电源开启开关被开启时，该P型晶体管开关将该电源供应器耦接至该电压转换器；其中在该电压供应系统的开启事件发生之前，该P型晶体管开关不将该电源供应器耦接至该电压转换器。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的电源供应系统的示意图；

图2A为根据本发明一实施例的电压转换器的示意图；

图2B为根据本发明另一实施例的电压转换器的示意图；

图3为根据本发明另一实施例的电源供应系统的示意图；

图4为根据本发明再一实施例的电源供应系统的示意图。

附图符号说明

10～电源供应系统；

100～电源供应器；

200、200A、200B～电源控制电路；

300、300A、300B～电压转换器；

310A、310B～控制器；

320A、320B～输出级电路；

400～芯片组；

410～寄存器；

C1、C2～电容；

CV～工作电压；

D1、D2、D3、D4～二极管；

DS～禁能讯号；

M1～P型晶体管开关；

M2～N型晶体管开关；

N1～节点；

R1、R2～电阻；

S1～电源开启开关；

SS～启动讯号；

SV～供应电压。

具体实施方式

以下说明是本发明的实施例。其目的是要举例说明本发明一般性的原则，不应视为本发明的限制。除此之外，以下说明书可能在多个范例中重复使用相同的元件符号或文字。然而，重复使用的目的仅为了提供简化并清楚的说明，并非用以限定多个以下所讨论的实施例以及/或配置之间的关系。本发明的范围是以本发明的权利要求为准。

图1为根据本发明一实施例的电源供应系统10的示意图。电源供应系统10包括电源供应器100、电源控制电路200、电压转换器300和电子装置的芯片组400。在一例子中，电源供应器100可提供直流电压。在另一例子中，电源供应器100可将从外部电源(例如通过插头)接收的交流电压转换为直流电压并供应。除此之外，电源供应器100可为一外部电源或一内部电源，内部电源例如为一可充电的电池。电源控制电路200连接于电源供应器100和电压转换器300之间。电压转换器300将电源供应器100的供应电压转换至一预设电压并将此预设电压提供至芯片组400以提供芯片组运作所需。电源控制电路200包括电源开启开关S1、P型晶体管开关M1、二极管D1、D2和D3以及N型晶体管开关M2。电源开启开关S1为用来开启电源供应系统10的开关。P型晶体管开关M1的第一端耦接至电源供应器100，P型晶体管开关M1的第二端耦接至电压转换器300，而P型晶体管开关M1的控制端(即栅极端)耦接至节点N1。节点N1耦接至二极管D1的阳极，二极管D1的阴极耦接至电源开启开关S1的一端。电源开启开关S1的另一端耦接至接地电压。二极管D2的阴极耦接至电源开启开关S1，二极管D2的阳极耦接至芯片组400。N型晶体管开关M2的第一端耦接至节点N1，N型晶体管开关M2的第二端耦接至接地电压，而N型晶体管开关M2的控制端耦接至二极管D3的阴极。二极管D3的阳极耦接至芯片组400。

电源开启开关S1和二极管D1形成第一开关控制器，用以控制P型晶体管开关M1。当电源供应器100插上电源且电源开启开关S1开启(即导通)时，二极管D1的阴极耦接至接地电压，接着二极管D1导通。因此，节点N1的电压被下拉至接地电压，P型晶体管开关M1将电源供应器100耦接至电压转换器300。如此一来，电压转换器300可以通过导通的P型晶体管开关M1接收电源供应器100的供应电压，并将电源供应器100的供应电压转换至预设电压，然后将此预设电压提供至芯片组400，使芯片组400得以运作。除此之外，当电源开启开关S1开启，二极管D2提供接地电压至芯片组400以告知芯片组400电源开启开关S1开启。在一例子中，当芯片组400被告知电源开启开关S1开启时，储存于芯片组400的寄存器410中的状态值记录此开启事件。

电源开启开关S1可为一电源开启按钮，此电源开启按钮只有在按钮被压下的一小段时间内导通。N型晶体管开关M2和二极管D3形成第二开关控制器，用以确保P型晶体管开关M1在芯片组400运作时持续导通，即使电源开启开关S1并未导通。当芯片组400运作时，芯片组400持续输出高电压电平的启动讯号SS。因此，二极管D3为导通且N型晶体管开关也导通，节点N1的电压通过导通的N型晶体管开关M2持续被耦接至接地电压。如此一来，在芯片组400运作期间，P型晶体管开关M1持续将电压供应器100耦接至电压转换器300，以确保上述预设电压被提供至芯片组400。

另外，当电源供应器100插上电源而电源开启开关S1尚未开启之前，由于此时电源开启开关S1和N型晶体管开关M2皆未导通，节点N1的电压并未被耦接至接地电压。因此，P型晶体管开关M1并未导通，且电源供应器100被隔绝于电压转换器300以及芯片组400。如此一来，在电压供应系统10开启之前不会有待机电力消耗。

图2A为根据本发明一实施例的电压转换器300A的示意图。电压转换器300A包括控制器310A和输出级电路320A，输出级电路320A包括开关电路。在一例子中，此开关电路包括将电压转换器300A的输出端耦接至供应电压SV的一上拉开关以及将上述输出端耦接至接地电压的一下拉开关，且控制器310A可产生不重迭的控制讯号以避免上述上拉开关和下拉开关同时导通。在另一例子中，控制器310A可产生用以驱动上述开关电路的控制讯号以进行脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)。输出级电路320A接收电源供应器100的供应电压SV，而开关电路在耦接至芯片组400的电压转换器300A的输出端上产生上述预设电压，此预设电压由电源供应器100的供应电压SV转换而来。控制器310A由电源供应器100通过导通的P型晶体管开关M1输出的工作电压CV启动，控制器310A控制输出级电路320A以在上述输出端上产生上述预设电压。工作电压CV可提供控制器310A运作所需的电压。供应电压SV和工作电压CV皆由电源供应器100提供。在一例子中，供应电压SV和工作电压CV可具有相同的电压值。在另一例子中，供应电压SV和工作电压CV可具有不同的电压值。

图2B为根据本发明另一实施例的电压转换器300B的示意图。电压转换器300B包括控制器310B和输出级电路320B，输出级电路320A包括开关电路。输出级电路320B通过导通的P型晶体管开关M1接收电源供应器100的供应电压SV，而开关电路在耦接至芯片组400的电压转换器300B的输出端上产生预设电压，此预设电压由电源供应器100的供应电压SV转换而来。控制器310B由电源供应器100输出的工作电压CV启动，控制器310B控制输出级电路320B以在上述输出端上产生上述预设电压。在另一实施例中还可包括二个P型晶体管开关，此二个P型晶体管开关的控制端皆耦接至节点N1，用以将工作电压CV和供应电压SV分别耦接至控制器310A和输出级电路320A。

图3为根据本发明另一实施例的电源供应系统30的示意图。电源供应系统30包括电源供应器100、电源控制电路200A、电压转换器300和电子装置的芯片组400。电源供应器100、电压转换器300和芯片组400与图1的类似，为了说明简洁，在此不再复述。电源控制电路200A耦接于电源供应器100和电压转换器300之间，且与图1的电源控制电路200相似。电源控制电路200A和电源控制电路200相似的部份将不再复述。电源控制电路200A和电源控制电路200之间的差异在于电源控制电路200A更进一步包括电源回复电路210，其用以在发生电源中断意外之后自动重启电源供应系统30。电源回复电路210电容C1和C2以及电阻R1和R2。电容C1和电阻R1彼此并联耦接并同样耦接于P型晶体管开关M1的第一端与控制端之间。电容C2耦接于P型晶体管开关M1的控制端与接地电压之间。电阻R2为一限流电阻，耦接于节点N1与P型晶体管开关M1的控制端之间。在一些例子中可舍弃电阻R2。上述电子装置的基本输出输入系统(Basic Input/Output System，BIOS)可被预先设定为致能或禁能自动重启功能。致能或禁能自动重启功能的状态可被储存于芯片组400的寄存器410中。当发生电源中断时，电源供应器100不提供供应电压，所以芯片组400不会运作，因此，芯片组400不会输出启动讯号SS。如此一来，N型晶体管开关M2不会导通。在此种情况下，电源回复电路210会将P型晶体管开关M1的控制端上的电压维持一段时间。当电源回复时，藉由P型晶体管开关M1的控制端上被维持住的电压，P型晶体管开关M1可短暂保持导通，因此，供应电压可被提供至电压转换器300，然后预设电压可被提供至芯片组400。此时，若自动重启功能有被致能(可藉由存取储存于寄存器410中的上述致能或禁能自动重启功能的状态决定自动重启功能是否被致能)，则芯片处400重新启动，并持续输出高电压电平的启动讯号SS以导通N型晶体管开关M2。藉此，当电源回复时，即使电源开启开关S1并未被开启，N型晶体管开关M2还是可以导通，因此P型晶体管开关M1可持续将电源供应器100耦接至电源转换器300，使得电源供应系统30自动重启。除此之外，若自动重启功能被禁能，则芯片组400不会输出启动讯号SS，如此一来，在电源回复之后电源供应系统30不会自动重启。

图4为根据本发明再一实施例的电源供应系统40的示意图。电源供应系统40包括电源供应器100、电源控制电路200B、电压转换器300和电子装置的芯片组400。电源控制电路200B耦接于电源供应器100和电压转换器300之间，且与图3的电源控制电路200A相似。电源控制电路200B与电源控制电路200A之间的差异在于电源控制电路200B更进一步包括二极管D4。二极管D4的阴极耦接至N型晶体管开关M2的控制端，二极管D4的阳极接收禁能讯号DS。电源供应系统40可被设定为禁能上述电力节省功能，使得电源供应器100在不启动电源开启开关S1的情况下还是一直耦接至电压转换器300。在一例子中，电力节省功能可被禁能以提供网络唤醒(Wake-on LAN，WOL)功能，使得芯片组400可藉由从远端通过网络传送而至的网络唤醒讯号启动。致能或禁能网络唤醒功能的状态可被储存于区域网络(Local AreaNetwork，LAN)芯片或其他集成电路芯片(未图示)的寄存器中。禁能讯号DS可由一超级输入/输出(Super Input/Output)芯片或其他集成电路芯片(未图示)提供。在电源供应系统40的网络唤醒功能被致能之后，禁能讯号DS保持在高电压电平，以在芯片组400关闭之后导通N型晶体管开关M2。藉由高电压电平的禁能讯号DS，P型晶体管开关M1导通，并在芯片组关闭之后得以持续将电源供应器100耦接至电压转换器300。因此，在网络唤醒功能被致能之后，当通过网络接收到网络唤醒讯号时(例如由区域网络芯片接收)，芯片组400可在不需要真正启动电源开启开关S1的情况下开始启动流程。若电源供应系统40的远端唤醒功能被禁能，则禁能讯号DS保持在低电压电平，因此，电源供应器100不会被耦接至电压转换器300，得以实现电力节省功能。

在上述实施例中，P型晶体管开关M1和N型晶体管开关M2可为场效应晶体管或双极性接面晶体管。将开关M1和M2分别指定为P型晶体管和N型晶体管仅是为了揭示本发明的基本原则，并非用以限制本发明。开关M1和M2可藉由不同型式的开关或执行类似开关功能的不同装置实现。二极管D1、D2和D3可为肖特基二极管(Schottky diode)。在另一实施例中，电阻式分压器可耦接于二极管D3的阴极、N型晶体管开关M2的控制端以及接地电压之间，以调整供应至N型晶体管开关M2的控制端的电压大小。

综上所述，本发明提供一种减少待机电力消耗的电源供应系统以节省能源。当电源供应器被插上电源但电源开启开关被开启之前，电源供应器被隔绝于电压转换器与芯片组之外，因此不会有待机电力消耗。电源供应系统可被调整为提供进阶功能，例如电源中断之后的自动重启功能，或者为了启用如网络唤醒功能等而禁能电力节省功能等。上述电源供应系统可被配置于任何电子系统中以节省电力消耗，且上述芯片组可包括单一集成电路或芯片，或是一组集成电路或芯片，上述芯片组可被配置于任何使用电力的产品中，例如计算机、显示器、空调系统、家用电器等。

以上所述为实施例的概述特征。本领域的技术人员应可以轻而易举地利用本发明为基础设计或调整以实行相同的目的和/或达成此处介绍的实施例的相同优点。本领域的技术人员也应了解相同的配置不应背离本发明的精神与范围，在不背离本发明的精神与范围的前提下可做出各种改变、取代和交替。

Claims (15)

1.一种电源供应系统，用以将电源提供至一电子装置的一芯片组，包括：

一电压转换器，将一电源供应器的一供应电压转换为一预设电压，并将该预设电压输出至该芯片组；以及

一电源控制电路，耦接于该电压转换器与该电源供应器之间，包括：

一开关，具有耦接至该电源供应器的一第一端、耦接至该电压转换器的一第二端以及一控制端；以及

一第一开关控制器，耦接至该开关的该控制端以及该芯片组，用以根据该电压供应系统的开启事件控制该开关以将该电源供应器耦接至该电压转换器；

其中在该电压供应系统的该开启事件发生之前该开关不将该电源供应器耦接至该电压转换器，

其中该第一开关控制器包括一电源开启开关，且当该电源供应器已插上电源而该电源开启开关尚未开启之前，该电源供应器被隔绝于该电压转换器以及该芯片组，

其中该电源开启开关具有耦接至一参考电压的一第一端，以及一第二端，其中该第一开关控制器还包括：

一第一二极管，具有耦接至该电源开启开关的该第二端的一阴极以及耦接至该开关的该控制端的一阳极；

其中当该电源开启开关被开启时，该开关将该电源供应器耦接至该电压转换器，

其中该电源开启开关为一电源开启按钮，此电源开启按钮只有在按钮被压下的一小段时间内导通。

2.如权利要求1所述的电源供应系统，其中该电源控制电路还包括：

一第二开关控制器，耦接于该开关的该控制端以及该芯片组之间，用以控制该开关以在该芯片组运作时保持将该电源供应器耦接至该电压转换器。

3.如权利要求1所述的电源供应系统，其中该开关为一P型晶体管开关。

4.如权利要求3所述的电源供应系统，其中该电源控制电路还包括：

一第二二极管，具有耦接至该电源开启开关的该第二端的一阴极以及耦接至该芯片组的一阳极，用以告知该芯片组该电源开启开关的开启事件。

5.如权利要求2所述的电源供应系统，其中该第二开关控制器还包括：

一N型晶体管开关，具有耦接至该开关的该控制端的一第一端、耦接至一参考电压的一第二端以及一控制端；以及

一第三二极管，具有耦接至该N型晶体管开关的该控制端的一阴极以及耦接至该芯片组的一阳极；

其中当该芯片组运作时，该芯片组通过该第三二极管持续输出一高电压电平讯号至该N型晶体管开关。

6.如权利要求1所述的电源供应系统，其中该电压转换器还包括：

一输出级电路，耦接至该电源供应器以及该芯片组，接收该电源供应器的该供应电压；以及

一控制器，耦接至该开关的该第二端以及该输出级电路，通过该开关接收由该电源供应器输出的一工作电压，并控制该输出级电路以将该预设电压输出至该芯片组。

7.如权利要求1所述的电源供应系统，其中该电压转换器还包括：

一输出级电路，耦接至该开关的该第二端以及该芯片组，通过该开关接收该电源供应器的该供应电压；以及

一控制器，耦接至该电源供应器以及该输出级电路，接收由该电源供应器输出的一工作电压，并控制该输出级电路以将该预设电压输出至该芯片组。

8.如权利要求5所述的电源供应系统，其中该电源控制电路还包括：

一电源回复电路，在该芯片组不输出该高电压电平讯号至该N型晶体管开关时将该电源供应器耦接至该电压转换器，

其中在该电源供应器的电源中断结束之后，该芯片组根据储存于该芯片组的一寄存器的一重启致能状态通过该第三二极管输出该高电压电平讯号至该N型晶体管开关。

9.如权利要求8所述的电源供应系统，其中该电源回复电路还包括：

一第一电容，耦接于该开关的该第一端以及该开关的该控制端之间；

一电阻，耦接该开关的该第一端以及该开关的该控制端之间；以及

一第二电容，耦接于该开关的该控制端以及该参考电压之间。

10.如权利要求5所述的电源供应系统，其中该电源控制电路还包括：

一第四二极管，具有耦接至该N型晶体管开关的该控制端的一阴极以及接收一禁能讯号的一阳极；

其中当该禁能讯号为高电压电平时，在该电源开启开关不被开启的情况下，该芯片组根据通过网络接收到的一网络唤醒讯号启动。

11.一种电源供应系统的电源控制电路，其中该电源供应系统将电源提供至一电子装置的一芯片组，该电源供应系统包括一电源供应器以及一电压转换器，该电压转换器将该电源供应器的一供应电压转换为一预设电压并将该预设电压输出至该芯片组，该电源控制电路包括：

一P型晶体管开关，具有耦接至该电源供应器的一第一端、耦接至该电压转换器的一第二端以及一控制端；

一电源开启开关，具有耦接至一参考电压的一第一端，以及一第二端：以及

一第一二极管，具有耦接至该电源开启开关的该第二端的一阴极以及耦接至该P型晶体管开关的该控制端的一阳极；

其中当该电压供应系统的开启事件发生时，该P型晶体管开关将该电源供应器耦接至该电压转换器；

其中在该电压供应系统的开启事件发生之前，该P型晶体管开关不将该电源供应器耦接至该电压转换器，

其中当该电源供应器已插上电源而该电源开启开关尚未开启之前，该电源供应器被隔绝于该电压转换器以及该芯片组，

其中该电源开启开关为一电源开启按钮，此电源开启按钮只有在按钮被压下的一小段时间内导通。

12.如权利要求11所述的电源控制电路，还包括：

一第二二极管，具有耦接至该电源开启开关的该第二端的一阴极以及耦接至该芯片组的一阳极，用以告知该芯片组该电源开启开关的开启事件。

13.如权利要求11所述的电源控制电路，还包括：

一N型晶体管开关，具有耦接至该P型晶体管开关的该控制端的一第一端、耦接至该参考电压的一第二端以及一控制端；以及

一第三二极管，具有耦接至该N型晶体管开关的该控制端的一阴极以及耦接至该芯片组的一阳极；

其中当该芯片组运作时，该芯片组通过该第三二极管持续输出一高电压电平讯号至该N型晶体管开关。

14.如权利要求13所述的电源控制电路，还包括：

一电源回复电路，包括：

一第一电容，耦接于该P型晶体管开关的该第一端以及该P型晶体管开关的该控制端之间；

一电阻，耦接该P型晶体管开关的该第一端以及该P型晶体管开关的该控制端之间；以及

一第二电容，耦接于该P型晶体管开关的该控制端以及该参考电压之间；

其中在该电源供应器的电源中断结束之后，该芯片组根据储存于该芯片组的一寄存器的重启致能状态，通过该第三二极管输出该高电压电平讯号至该N型晶体管开关。

15.如权利要求13所述的电源控制电路，还包括：

一第四二极管，具有耦接至该N型晶体管开关的该控制端的一阴极以及接收一禁能讯号的一阳极；

其中当该禁能讯号为高电压电平时，在该电源开启开关不被开启的情况下，该芯片组根据通过网络接收到的一网络唤醒讯号启动。