CN103683461A - 电源切换系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种电源切换系统及其方法。用于一计算机系统的电源切换系统，包含有一电源供应模块，用来根据一外部电压源，产生一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源；一控制模块，用来根据一反馈讯号，产生一控制讯号；以及一电源切换模块，耦接于该电源供应模块以及该控制模块，用来根据该控制讯号，输出可调制的该系统工作电压源以及该功率晶体管驱动电压源至一电源模块；其中，该反馈讯号用来判断该计算机系统的一工作模式为一重载工作模式或一轻载工作模式。

Description

电源切换系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种电源切换系统及其方法，特别是涉及一种判断一计算机系统的工作模式，以适性地调整一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源的电源切换系统及其方法。
背景技术
随着数字时代及科技的进步，数字产品或各种功能取向的计算机系统已成为一般人日常生活中不可或缺的必需品。针对数字产品或计算机系统，除了提供稳定的电压源（例如通过一稳定电压产生器）使其正常运作外，另一方面，当该些数字产品或计算机系统进入休眠模式而不需运作时，使用者又希望能适性地切换为较小数值的电压源，同时节省电源消耗，并提高转换效率以避免不必要的损耗，使该些数字产品或计算机系统仍可维持基本运作功能以及等待被重新唤醒。然而，现有技术所提供的转换机制或电源模块于转换过程中将产生较大的能源损耗，不利于使用者进行电压源的切换操作。
因此，提供一种更有效率的电源切换系统及其方法，可适性地调整一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源，使数字产品或计算机系统同时可正常运作，或仅维持基本运作功能以等待被重新唤醒，已成为本领域的重要课题。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种判断一计算机系统的工作模式来适性地调整一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源的电源切换系统及其方法。
本发明揭示一种用于一计算机系统的电源切换系统，包含有一电源供应模块，用来根据一外部电压源，产生一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源；一控制模块，用来根据一反馈讯号，产生一控制讯号；以及一电源切换模块，耦接于该电源供应模块以及该控制模块，用来根据该控制讯号，输出可调制的该系统工作电压源以及该功率晶体管驱动电压源至一电源模块；其中，该反馈讯号用来判断该计算机系统的一工作模式为一重载工作模式或一轻载工作模式。
本发明还揭示用于一计算机系统的电源切换方法，包含有根据一外部电压源，产生一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源；根据一反馈讯号，产生一控制讯号；以及根据该控制讯号，输出可调制的该系统工作电压源以及该功率晶体管驱动电压源至一电源模块；其中，该反馈讯号用来判断该计算机系统的一工作模式为一重载工作模式或一轻载工作模式。
附图说明
图1为本发明实施例一电源切换系统的示意图。
图2为本发明实施例一反馈模块的示意图。
图3为本发明实施例一系统工作电压源转换单元的详细示意图。
图4为本发明实施例一功率晶体管驱动电压源转换单元的详细示意图。
图5为本发明实施例一电源切换流程的流程图。
图6为本发明实施例一系统工作电压源转换流程的流程图。
图7为本发明实施例一功率晶体管驱动电压源转换流程的流程图。
附图符号说明
10             电源切换系统
100            电源供应模块
102            控制模块
104            电源切换模块
106            电源模块
20             反馈模块
200            处理器
202            绘图芯片
204            储存装置
206            电源模块控制芯片
208            外部电压源感测器
30             系统工作电压源转换单元
40                                功率晶体管驱动电压源转换单元
400                               切换单元
50                                电源切换流程
500、502、504、506、508、510、    步骤
600、602、604、606、608、700、
702、704、706、708
60                                系统工作电压源转换流程
70                                功率晶体管驱动电压源转换流程
Q1、Q2                            P型金属氧化物半导体场效应晶
                                  体管
Q3                                N型金属氧化物半导体场效应晶
                                  体管
SW1、SW2、SW3                     开关晶体管
S_C、S_G                          控制讯号
S_FB                              反馈讯号
S_SO                              系统工作电压源
S_SS                              功率晶体管驱动电压源
VBOOST                            电源控制模块的功率晶体管电压
                                  源输入
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例一电源切换系统10的示意图，其中电源切换系统10设置于一计算机系统（图中未示）内，或者两者相互耦接，使电源切换系统10能稳定操作计算机系统于一重载工作模式（Highperformance operational mode）或一轻载工作模式（Power saving operationalmode）下。如图1所示，电源切换系统10包含有一电源供应模块100、一控制模块102、一电源切换模块104以及一电源模块106。电源供应模块100接收一外部电压源（图中未示），据以产生一系统工作电压源S_SO与一功率晶体管驱动电压源S_SS。控制模块102根据一反馈讯号S_FB，产生一控制讯号S_C至电源切换模块104。电源切换模块104耦接于电源供应模块100与控制模块102，用来接收系统工作电压源S_SO、功率晶体管驱动电压源S_SS以及控制讯号S_C，并利用控制讯号S_C，适性输出调制后的系统工作电压源S_SO与功率晶体管驱动电压源S_SS至电源模块106。电源模块106常见为一降压器，用来将已接收的系统工作电压源S_SO与功率晶体管驱动电压源S_SS转换为适用于计算机系统中不同电源需求的电源模块。此外，图1中的电源模块106的数量仅以单一个表示，当然根据不同的计算机系统与使用者需求，电源模块106的数量可作适性地调整，非用以限制本发明的范畴。
简单来说，本实施例利用计算机系统中的组成元件/模块，其可对应产生不同的反馈讯号S_FB来代表当前计算机系统的工作模式，并由控制模块102进行不同工作模式的判断（即为判断计算机系统为重载工作模式或轻载工作模式），以输出控制讯号S_C来控制电源切换模块104对应输出调制后的系统工作电压源S_SO与功率晶体管驱动电压源S_SS。在此情况下，计算机系统可适性地切换于不同的操作电压，同时保持计算机系统较高的功率转换效率，以避免不必要的功率耗损。
请参考图2，图2为本发明实施例一反馈模块20的示意图。如图2所示，反馈模块20耦接于控制模块102以对应提供反馈讯号S_FB，而反馈模块20包含有至少一处理器200、一绘图芯片202、一储存装置204（例如DDR或DIMM）、一电源模块控制芯片206与一外部电压源感测器208。在此为了清楚说明，本实施例直接将原本就设置于计算机系统中的处理器200、绘图芯片202、储存装置204与电源模块控制芯片206，同时搭配外部电压源感测器208来形成反馈模块20，当然本领域技术人员，亦可利用控制模块102直接接收来自处理器200、绘图芯片202、储存装置204、电源模块控制芯片206或外部电压源感测器208的反馈讯号S_FB，非用以限制本发明的范畴。
详细来说，处理器200、绘图芯片202、储存装置204与电源模块控制芯片206各自包含有一功率状态寄存器32h（图中未示），对应储存有当前各自的工作模式，并利用一内部整合电路传输接口（I2C）、一序列周边接口（PSI）、一电源管理总线（PMUSB）、一系统管理总线（SMUSB）或一SVID总线来传输反馈讯号S_FB，当然，本领域技术人员亦可适性改变上述传输反馈讯号S_FB的方式将其同时共用，以实现反馈讯号S_FB的有线/无线传输，而并非局限于图2中的表达方式。较佳地，功率状态寄存器32h包含有一P0模式、一P1模式、一P2模式以及一P3模式，分别利用00h、01h、02h与03h的格式进行反馈讯号S_FB的传输操作。当工作模式为P0模式（即00h格式）或P1模式（即01h格式）时，控制模块102将判断计算机系统为重载工作模式，而当工作模式为P2模式（即02h格式）或P3模式（即03h格式）时，控制模块102将判断计算机系统为轻载工作模式，据此产生不同的控制讯号S_C。
除此之外，外部电压源感测器208的操作方式是利用一精密电阻（图中未示）与一模拟数字转换器（图中未示），检测当前提供给电源供应模块100的外部电压源的数值，以和外部电压源感测器208的一寄存器（图中未示）的预设值进行比较，据以判断目前的计算机系统为重载工作模式或轻载工作模式。当然，本领域技术人员亦可结合外部电压源感测器208与其他的电压/电流转换器，或于外部电压源感测器208的寄存器内预设有一查找表，使外部电压源感测器208能适性根据所输入的外部电压源，对应判断目前计算机系统为重载工作模式或轻载工作模式，皆为本发明的范畴。
简单来说，本实施例的反馈模块20将通过上述实施方式，撷取计算机系统内部中所有可能代表其工作模式的讯号，据此判断当前计算机系统的工作模式，进而产生反馈讯号S_FB至控制模块102，使电源切换模块104输出调制后的系统工作电压源S_SO与功率晶体管驱动电压源S_SS。因此，本领域技术人员可将本实施例的概念，应用到其他的电子数字装置上，使其只要能动态地撷取不同电子数字装置的反馈讯号S_FB，对应判断反馈讯号S_FB代表的工作模式，进而达到切换系统工作电压源S_SO与功率晶体管驱动电压源S_SS，皆为本发明的范畴。值得注意地，于本实施例中，当计算机系统被判断为重载工作模式时，反馈讯号S_FB为一低态讯号，而电源切换模块104将对应输出系统工作电压源S_SO为12伏特与功率晶体管驱动电压源S_SS为8伏特；当计算机系统被判断为轻载工作模式时，反馈讯号S_FB为一高态讯号，而电源切换模块104将对应输出系统工作电压源S_SO为8伏特与功率晶体管驱动电压源S_SS为5伏特。换句话说，本实施例的切换机制同时提供可调制的系统工作电压源S_SO与功率晶体管驱动电压源S_SS，使计算机系统将根据不同工作电压，以适性地操作于不同输入电压来提高转换效率同时减少耗损，至于上述的数字仅为示范性说明，非用以限制本发明的范畴。
此外，本实施例中的电源切换模块104还包含有一系统工作电压源转换单元与一功率晶体管驱动电压源转换单元。请参考图3与图4，其中，图3为本发明实施例一系统工作电压源转换单元30的详细示意图，而图4为本发明实施例一功率晶体管驱动电压源转换单元40的详细示意图。如图3所示，系统工作电压源转换单元30接收控制讯号S_C以控制开关晶体管SW1、SW2的导通情形。根据开关晶体管SW1、SW2的导通情形，另一控制讯号S_G将对应产生，以控制P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2的导通情形，进而切换工作电压源转换单元30以输出系统工作电压源S_SO为12伏特或8伏特。在本实施例中，当控制讯号S_C为高态时，将关闭P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1而开启P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q2，使工作电压源转换单元30输出8伏特的系统工作电压源S_SO；当控制讯号S_C为低态时，将开启P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1而关闭P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q2，使工作电压源转换单元30输出12伏特的系统工作电压源S_SO。
请再参考图4，功率晶体管驱动电压源转换单元40将耦接于现有一电源控制模块的功率晶体管电压源输入VBOOST，同时本实施例计算机系统中所使用的晶体管，于功率晶体管驱动电压源S_SS的驱动下，将获得较高的导通电压并对应减少其阻抗值，进而提高电压源的转换效率，使计算机系统能避免不必要的能量耗损。详细来说，功率晶体管驱动电压源转换单元40根据接收的控制讯号S_C，控制开关晶体管SW3的导通情形，以决定是否导通N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q3。一切换单元400是利用两个二极管分别耦接于N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q3与稳定电压源5伏特，以对应输出8伏特或5伏特至靴带电容C与靴带电阻R。在本实施例中，当控制讯号S_C为高态时，将关闭N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q3，使功率晶体管驱动电压源转换单元40输出5伏特的功率晶体管驱动电压源S_SS；当控制讯号S_C为低态时，将开启N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q3，使功率晶体管驱动电压源转换单元40输出8伏特的功率晶体管驱动电压源S_SS。
值得注意的是，本发明所提供的系统工作电压源转换单元30与功率晶体管驱动电压源转换单元40是接收来自电源供应模块100的稳定电压源（例如本实施例中的12伏特、8伏特与5伏特），同时根据控制讯号S_C，对应输出调制后的系统工作电压源S_SO与功率晶体管驱动电压源S_SS。进一步，电源切换系统10结合计算机系统所适用的一电源切换方法，可进一步归纳为一电源切换流程50，如图5所示。电源切换流程50包含以下步骤：
步骤500：开始。
步骤502：电源供应模块100根据外部电压源，产生系统工作电压源S_SO以及功率晶体管驱动电压源S_SS。
步骤504：反馈模块20根据计算机系统的工作模式，产生反馈讯号S_FB。
步骤506：控制模块102根据反馈讯号S_FB，产生控制讯号S_C。
步骤508：电源切换模块104根据控制讯号S_C，输出可调制的系统工作电压源S_SO以及功率晶体管驱动电压源S_SS至电源模块106。
步骤510：结束。
除此之外，系统工作电压源转换单元30所适用的操作方法，亦可进一步归纳为一系统工作电压源转换流程60，如图6所示。系统工作电压源转换流程60包含以下步骤：
步骤600：开始。
步骤602：系统工作电压源转换单元30接收控制讯号S_C，当控制讯号S_C为高态时进行步骤604，而当控制讯号S_C为低态进行步骤606。
步骤604：关闭P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1并开启P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q2，使工作电压源转换单元30输出8伏特的系统工作电压源S_SO，并进行步骤608。
步骤606：开启P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q1并关闭P型金属氧化物半导体场效应晶体管Q2，使工作电压源转换单元30输出12伏特的系统工作电压源S_SO。
步骤608：结束。
除此之外，功率晶体管驱动电压源转换单元40所适用的操作方法，亦可进一步归纳为一功率晶体管驱动电压源转换流程70，如图7所示。功率晶体管驱动电压源转换流程70包含以下步骤：
步骤700：开始。
步骤702：功率晶体管驱动电压源转换单元40接收控制讯号S_C，当控制讯号S_C为高态时进行步骤704，而当控制讯号S_C为低态进行步骤706。
步骤704：关闭N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q3，使功率晶体管驱动电压源转换单元40输出5伏特的功率晶体管驱动电压源S_SS，并进行步骤708。
步骤706：开启N型金属氧化物半导体场效应晶体管Q3，使功率晶体管驱动电压源转换单元40输出8伏特的功率晶体管驱动电压源S_SS。
步骤708：结束。
电源切换流程50、系统工作电压源转换流程60以及功率晶体管驱动电压源转换流程70中每一步骤的详细操作，可参考本发明图1到图4与其相关段落的说明，在此不赘述。另外，系统工作电压源转换流程60以及功率晶体管驱动电压源转换流程70是同时根据控制讯号S_C来进行后续的操作，当然本领域技术人员亦可提供不同的控制讯号，以对应控制系统工作电压源转换单元30与控制功率晶体管驱动电压源转换单元40的操作，亦为本发明的范畴。
除此之外，本实施例中系统工作电压源转换流程60以及功率晶体管驱动电压源转换流程70仅设计为分别提供两种切换电压值，自然本领域技术人员也可适性修改相关电路设计，以预设有多组切换电压值，或者可进一步整合系统工作电压源转换单元30与控制功率晶体管驱动电压源转换单元40的电路设计。至于系统工作电压源转换单元30与控制功率晶体管驱动电压源转换单元40中所使用的晶体管种类，或者是用来控制晶体管的控制讯号等亦可根据不同实施例，进一步地进行修改来满足不同需求，亦为本发明的范畴。
综上所述，本发明实施例是提供一种用于一计算机系统的电源切换系统及其方法，主动反馈计算机系统中每一可代表其工作模式的反馈讯号，以利用电源切换模块对应调制一系统工作电压源或一软启动电压源，使计算机系统中每一组成元件于操作电压转换过程中可正常操作，或者可以适性地切换于休眠模式与正常模式，以避免能量转换过程中的能量耗损，同时提高输入电压源的再利用效率与电源切换系统的应用范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种用于一计算机系统的电源切换系统，包含有：
一电源供应模块，用来根据一外部电压源，产生一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源；
一控制模块，用来根据一反馈讯号，产生一控制讯号；以及
一电源切换模块，耦接于该电源供应模块以及该控制模块，用来根据该控制讯号，输出可调制的该系统工作电压源以及该功率晶体管驱动电压源至一电源模块；
其中，该反馈讯号用来判断该计算机系统的一工作模式为一重载工作模式或一轻载工作模式。
2.如权利要求1所述的电源切换系统，其中该反馈讯号来自该计算机系统的一处理器、一绘图芯片、一储存装置、一电源模块控制芯片或一外部电压源感测器，用以判断该计算机系统为该重载工作模式或该轻载工作模式，进而产生该控制讯号。
3.如权利要求2所述的电源切换系统，其中该处理器、该绘图芯片、该储存装置、该电源模块控制芯片或该外部电压源感测器还分别包含有一寄存器，对应储存该计算机系统的该工作模式。
4.如权利要求3所述的电源切换系统，其中该寄存器为一功率状态寄存器32h，且该工作模式还包含有一P0模式、一P1模式、一P2模式以及一P3模式。
5.如权利要求4所述的电源切换系统，其中当该工作模式为该P0模式以及该P1模式时，该控制模块判断该计算机系统为该重载工作模式，而当该工作模式为该P2模式以及该P3模式时，该控制模块判断该计算机系统为该轻载工作模式。
6.如权利要求5所述的电源切换系统，其中当该计算机系统为该重载工作模式时，该反馈讯号为一低态讯号，而当该计算机系统为该轻载工作模式时，该反馈讯号为一高态讯号。
7.如权利要求1所述的电源切换系统，其中当该控制模块判断该计算机系统为该重载工作模式时，该电源切换模块根据该控制讯号，输出该系统工作电压源为12伏特以及该功率晶体管驱动电压源为8伏特。
8.如权利要求1所述的电源切换系统，其中当该控制模块判断该计算机系统为该轻载工作模式时，该电源切换模块根据该控制讯号，输出该系统工作电压源为8伏特以及该功率晶体管驱动电压源为5伏特。
9.如权利要求1所述的电源切换系统，其中该反馈讯号还包含利用一内部整合电路传输接口、一序列周边接口、一电源管理总线、一系统管理总线或一SVID总线来进行传输。
10.如权利要求1所述的电源切换系统，其中该电源切换模块还包含有：
一系统工作电压源转换单元，包含有多个开关晶体管，用来根据该控制讯号，对应切换多个金属氧化物半导体场效应晶体管的导通情形，以输出可调制的该系统工作电压源；以及
一功率晶体管驱动电压源转换单元，包含有一开关晶体管，用来根据该控制讯号，对应切换一金属氧化物半导体场效应晶体管的导通情形，以输出可调制的该功率晶体管驱动电压源。
11.一种用于一计算机系统的电源切换方法，包含有：
根据一外部电压源，产生一系统工作电压源以及一功率晶体管驱动电压源；
根据一反馈讯号，产生一控制讯号；以及
根据该控制讯号，输出可调制的该系统工作电压源以及该功率晶体管驱动电压源至一电源模块；
其中，该反馈讯号用来判断该计算机系统的一工作模式为一重载工作模式或一轻载工作模式。
12.如权利要求11所述的电源切换方法，其中该反馈讯号来自该计算机系统的一处理器、一绘图芯片、一储存装置、一电源模块控制芯片或一外部电压源感测器，用以判断该计算机系统为该重载工作模式或该轻载工作模式，进而产生该控制讯号。
13.如权利要求12所述的电源切换方法，其还包含分别利用于该处理器、该绘图芯片、该储存装置、该电源模块控制芯片或该外部电压源感测器中的一寄存器，对应储存该计算机系统的该工作模式。
14.如权利要求13所述的电源切换方法，其中该寄存器为一功率状态寄存器32h，而该工作模式还包含有一P0模式、一P1模式、一P2模式以及一P3模式。
15.如权利要求14所述的电源切换方法，其中当该工作模式为该P0模式以及该P1模式时，判断该计算机系统为该重载工作模式，而当该工作模式为该P2模式以及该P3模式时，判断该计算机系统为该轻载工作模式。
16.如权利要求15所述的电源切换方法，其中判断该计算机系统为该重载工作模式时，该反馈讯号为一低态讯号，而判断该计算机系统为该轻载工作模式时，该反馈讯号为一高态讯号。
17.如权利要求11所述的电源切换方法，其中判断该计算机系统为该重载工作模式时，输出该系统工作电压源为12伏特以及该功率晶体管驱动电压源为8伏特。
18.如权利要求11所述的电源切换方法，其中判断该计算机系统为该轻载工作模式时，输出该系统工作电压源为8伏特以及该功率晶体管驱动电压源为5伏特。
19.如权利要求11所述的电源切换方法，其还包含利用一内部整合电路传输接口、一序列周边接口、一电源管理总线、一系统管理总线或一SVID总线，以传输该反馈讯号。
20.如权利要求11所述的方法，其还包含利用该控制讯号，控制一系统工作电压源转换单元与一功率晶体管驱动电压源转换单元的导通情形，以分别输出可调制的该系统工作电压源与该功率晶体管驱动电压源。
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