CN103777730B - 电源管理电路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电源管理电路及其方法。该电源管理电路，适用于便携式电子装置。所述便携式电子装置经由一内建USB充电端口连接至USB供电端口以接收供电电压。电源管理电路包括USB检测单元、电压检测单元以及控制单元。USB检测单元用以判断USB充电端口所连接的USB供电端口的类型。电压检测单元用以检测供电电压。控制单元根据USB供电端口的类型与供电电压调整便携式电子装置的系统消耗功率。当便携式电子装置进行开机程序时，若USB供电端口为专用充电端口且供电电压小于一阈值，控制单元即时降低便携式电子装置的系统消耗功率，使供电电压维持在阈值之上以使便携式电子装置正常开机。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源管理电路及其方法，特别是涉及一种用于具有USB充电端口的便携式电子装置的电源管理电路及其方法。
背景技术
随着科技的发展，近年来便携式电子装置，例如智能型手机、平板计算机、笔记型计算机、数字相机、摄影机或MP3播放器等已广泛地使用于日常生活中。通常便携式电子装置为方便使用者携带，均会配备充电电池，以供应电子装置运作所需电力。然因便携式电子装置须处理的功能越来越多，例如蓝芽、无线区域网路(Wi-Fi)、3G等，故于运作时会增加便携式电子装置的充电电池的功率消耗，从而快速充电对便携式电子装置的使用者来说，一直是非常希望实现的目标。
目前产业上普遍推广利用通用序列总线(USB)接口来对便携式电子装置进行供电或是对便携式电子装置的充电电池充电，从而让USB对充电电池充电已慢慢演变成业界的标准。现有的传统USB接口的供电电压为5V，而最大可用电流是限制在500毫安培(mA)。而为了因应市场对USB快速充电的需求，通用序列总线应用者论坛(USB-IF)已制定一套新的USB充电规范，即USB-IF电池充电规范1.1(BC1.1)，并已定义出针对每种类型的充电器的可用电流限额(AvailableCurrentAllowance)。
在BC1.1的定义下，USB端口配置会分为三种类型以供不同类型产品使用，如标准下行端口(StandardDownstreamPort，简称SDP)、充电下行端口(ChargingDownstreamPort，简称CDP)及专用充电端口(DedicatedChargingPort，简称DCP)。每种类型的USB端口可支持不同的充电电流和复杂的USB充电器检测协定。所述标准下行端口即为现行的USB端口，仅能提供以最大电流500毫安培来对充电电池充电。充电下行端口与专用充电端口可进一步的提供最大可用电流到1500毫安培，甚至增加到2000毫安培，藉以符合各类便携式电子装置所配备的电池大小与功率消耗需求与规格，并可缩短所需充电时间。
然而，USB端口是在新订的电池充电规范下分为标准下行端口、充电下行端口与专用充电端口，且对应便携式电子装置的功率需求与充电电池容量规格，需使用符合充电规格的USB充电端口。目前的大部份的便携式电子装置并不具有识别USB端口以及对应USB端口的类型的操作应对机制。因此当使用者使用不符合规格的充电端口来对便携式电子装置进行供电或对充电电池充电时，除了便携式电子装置充电效率会降低之外，当便携式电子装置使用不符合规格的充电端口电提供的电力开机时，系统通常会因系统负载的功率消耗超出充电端口可提供的供电功率，而面临开机又突然关机的情况，从而会造成系统不稳定，甚至损坏。举例来说，当便携式电子装置需要的开机7.5瓦特，而所插入的USB端口为标准下行端口，即所能供应的电源功率仅有2.5瓦特，其并无法提供便携式电子装置所需开机的功率，据此即会发生上述开机又关机的问题导致便携式电子装置无法正常运作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电源管理电路及其方法，所述电源管理电路及其方法可藉由主动检测便携式电子装置的USB充电端口所连接的USB供电端口的类型以及USB供电端口所提供的供电电压来判定是否进行便携式电子装置的开机程序以及调整开机时系统消耗功率，藉以避免便携式电子装置因所插入的USB端口不符合系统负载电力需求规格或是内建电池电力不足而发生瞬间开、关机导致系统损坏的情况，以提高便携式电子装置的方便性与稳定性。
本发明实施例提供一种电源管理电路，适用于便携式电子装置。所述便携式电子装置具有USB充电端口，并便携式电子装置可经由USB充电端口连接至USB供电端口以接收供电电压。所述电源管理电路包括USB检测单元、电压检测单元及控制单元。USB检测单元耦接于USB充电端口并用以判断USB充电端口所连接的USB供电端口的类型是属于标准下行端口(StandardDownstreamPort，简称SDP)或是专用充电端口(DedicatedChargingPort，简称DCP)。电压检测单元耦接于USB充电端口。电压检测单元用以检测供电电压。控制单元耦接于USB检测单元与电压检测单元。控制单元可根据USB供电端口的类型与供电电压调整便携式电子装置的系统消耗功率。当便携式电子装置进行开机程序时，若USB供电端口为该用充电端口且供电电压小于一阈值，控制单元即时降低便携式电子装置的系统消耗功率，使供电电压维持在阈值之上以使便携式电子装置正常开机。
本发明提供一种电源管理方法，适用于具有USB充电端口的便携式电子装置。所述便携式电子装置可经由USB充电端口连接至USB供电端口以接收供电电压。所述电源管理方法包括下列步骤。首先，判断USB供电端口的类型为标准下行端口或专用充电端口。其次，检测供电电压。随后，根据USB供电端口的类型与供电电压调整便携式电子装置的一系统消耗功率。当便携式电子装置进行开机程序时，若USB供电端口为专用充电端口且供电电压小于一阈值，降低便携式电子装置的系统消耗功率，使该供电电压维持在阈值之上以使便携式电子装置可正常开机。
综上所述，本发明实施例提供的电源管理电路及其方法，可于便携式电子装置进行开机程序前，利用主动检测便携式电子装置的USB充电端口所连接的USB供电端口的类型以及USB供电端口所提供的供电电压来判断是否进行便携式电子装置的开机程序以及调整开机时系统消耗功率，藉以有效避免便携式电子装置因所插入的USB端口的供应电力不足无法驱动系统负载或者是内建电池电力不足而发生瞬间开、关机导致系统损坏的问题，提高便携式电子装置的稳定性。
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的便携式电子装置的功能方块图。
图2为根据本发明第一实施例的便携式电子装置的电路运作波形示意图。
图3为根据本发明第一实施例的便携式电子装置的另一电路运作波形示意图。
图4为根据本发明第二实施例的便携式电子装置的功能方块图。
图5为根据本发明第三实施例的便携式电子装置的功能方块图。
图6为根据本发明第四实施例的用于便携式电子装置的电源管理方法的步骤流程示意图。
图7为根据本发明第四实施例的USB供电端口的供电功率判断模式以及便携式电子装置的工作模式切换方法的步骤流程示意图。
附图符号说明
10、20、30：便携式电子装置
11、21、31：USB充电端口
13、23、33：电源管理电路
131：USB检测单元
133：电压检测单元
135：控制单元
231：多工单元
233：充电单元
235：充电电池
237：电池检测单元
331：电源转换单元
15、25、35：系统负载
C10、C20：曲线
T1~T7：时间点
tc：预设时间
Vin：供电电压
S100～S180、S201～S217：步骤流程
具体实施方式
在下文中，将藉由图式说明本发明的实施例来详细描述本发明，而附图中的相同参考数字可用以表示类似的元件。
(第一实施例)
请参照图1，图1为根据本发明第一实施例的便携式电子装置的功能方块图。所述便携式电子装置10可例如为智能型手机、平板计算机(Tablet)、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机、数字相机、MP3播放器等具有一USB充电端口的便携式电子装置，但本实施例并不限于此。
便携式电子装置10包括USB充电端口11、电源管理电路13以及系统负载15。USB充电端口11耦接电源管理电路13，而电源管理电路13耦接系统负载15。简单来说，便携式电子装置10可经由内建的USB充电端口11连接至USB供电端口(未绘示)以接收供电电压Vin。电源管理电路13随后可根据所检测到连接USB充电端口11的USB供电端口(未绘示)的类型以及所接收供电电压Vin，判断USB供电端口的供电功率，并对应驱动控制系统负载15的运作。
于本实施例中，系统负载15可例如为便携式电子装置10内所有功耗元件，包括中央处理器(未绘示)、系统操作模块(未绘示)、显示器(未绘示)以及周边装置(未绘示)等在内的等效电阻。附带一提的是，系统负载15的实际架构与实施方式会因便携式电子装置10的种类与实体架构而改变，且系统负载15的架构并非为本发明所着重的部分，故在此不再赘述。而USB充电端口11可例如是由通用序列总线或微通用序列总线(MicroUSB)等接口来实现。
于本实施例中，电源管理电路13还包括USB检测单元131、电压检测单元133以及控制单元135。USB检测单元131与电压检测单元133分别耦接于USB充电端口11。控制单元135耦接于USB检测单元131与电压检测单元133。控制单元135还耦接至系统负载15。
详细地说，USB检测单元131用以判断USB充电端口11所连接的USB供电端口的类型是属于标准下行端口(StandardDownstreamPort，简称SDP)或是专用充电端口(DedicatedChargingPort，简称DCP)，并将判断结果传送至控制单元135。举例来说，当USB检测单元131检测USB供电端口的类型是属于标准下行端口时，输出具高电压电平的讯号至控制单元135；反之，当USB检测单元131检测USB供电端口的类型是属于专用充电端口时，输出具低电压电平的讯号至控制单元135。
值得一提的是，于此实施例中，所述标准下行端口可提供5伏特(V)的电压，并最大可用电流为500毫安培(mA)。所述专用充电端口为一般专用充电器，且可依据USB供电端口的规格，提供5伏特或12伏特的电压，并最大可用电流可为1000毫安培、1500毫安培或2000毫安培。
值得一提的是，USB检测单元131判断USB供电端口的类型的方式可以是依据USB供电端口中数据线的布设方式。具体地说，现有的一般USB端口具有四个引脚，该些引脚分别为电源线VBUS、数据线D+/D-以及接地线GND。而专用充电端口与一般标准下行端口的差异在于，专用充电端口的数据线D+与数据线D-会串接一个相连而短路在一起电阻。而标准下行端口的数据线D+/D-则是差动信号线，两者并不会短路。USB检测单元131可利用上述特点，经由数据线D+与数据线D-上的电压变化来识别USB供电端口的类型。
举例来说，USB检测单元131可以输出电压至数据线D+，然后检测数据线D-的电压，若两者相近，即表示USB供电端口的类型为专用充电端口。若数据线D-与数据线D+为开路，表示USB供电端口的类型为标准下行端口。
据此本领域的技术人员，应可由上述说明，推知USB检测单元131判断USB供电端口类型的具体方式以及USB检测单元131的实施方式，故在此不再赘述。
电压检测单元133是用以检测USB充电端口11所接收USB供电端口提供的供电电压Vin电平。具体地说，当USB供电端口可提供足够的功率驱动便携式电子装置10内系统负载15时，USB充电端口11所接收供电电压Vin电平可维持于预设的一阈值(threshold)之上，例如4.5伏特(V)以上。反之，当USB供电端口无法提供足够的功率驱动便携式电子装置10的系统负载15时，USB充电端口11所接收供电电压Vin电平即会因系统负载15的功率消耗而下降，且低于所述预设的阈值。所述阈值可以是依据便携式电子装置10内系统负载15的工作电压与USB供电端口的电力规格来设置，例如为4.5伏特，但本实施例并不以此为限。
于一具体实施方式中，电压检测单元133可例如是由一比较器(未绘示)来实现。进一步地说，比较器的第一输入端(例如正输入端)耦接参考电压V_REF，例如USB供电端口的5伏特的90%，即4.5伏特，而比较器的第二输入端(例如负输入端)耦接USB充电端口11，以接收USB供电端口提供的供电电压Vin。比较器的输出端则耦接控制单元135，以将电压比较结果传送至控制单元135。
举例来说，当电压检测单元133检测USB供电电压Vin大于参考电压V_REF时，输出具高电压电平的讯号至控制单元135；反之，当电压检测单元133检测供电电压Vin小于参考电压V_REF时，输出具低电压电平的讯号至控制单元135。所述比较器可例如由运算放大器(operationalamplifier)来实现，但本发明并不限于此比较器的类型。值得注意的是，参考电压V_REF系对应所述阈值，并可以是利用分压电路来实现。
控制单元135可主动根据USB供电端口的类型与供电电压Vin调整该便携式电子装置10的整体系统消耗功率，即调整系统负载15的功率消耗，例如调整显示器的屏幕亮度与中央处理器的运作频率，以使便携式电子装置10可于选定的工作模式下正常开机。
简单来说，当便携式电子装置10的充电电池的电压小于一预设值，并欲进行开机程序时，若插入的USB供电端口被USB检测单元131判定为专用充电端口，且供电电压Vin因系统负载15的功率消耗而小于预设的阈值，(例如4.5伏特)时，控制单元135可通过调整系统负载15的功率消耗，以降低便携式电子装置10的系统消耗功率，使供电电压Vin维持在阈值之上以使便携式电子装置10正常开机。同时，控制单元135还可利用USB供电端口提供的电力对内建的充电电池(未绘示图1)进行充电。
此外，当便携式电子装置10进行开机程序时，若插入的USB供电端口被USB检测单元131判定为标准下行端口且便携式电子装置10的充电电池电压小于预设值时，则控制单元135可即时禁止便携式电子装置10开机，并利用USB供电端口提供的电力对便携式电子装置10的充电电池进行充电。附带一提的是，上述预设值可以是依据便携式电子装置10内的充电电池的规格来设置，例如可为充电电池供应电压的下限，但本实施例并不限于此。
据此，电源管理电路13可于便携式电子装置10的充电电压小于预设值时，通过主动检测便携式电子装置10的USB供电端口的电源供应状态，对应调整便携式电子装置10的电力消耗，使便携式电子装置10可正常开机，藉以避免便携式电子装置10发生瞬间开、关机导致系统损坏的问题，进而可提高便携式电子装置10的实用性与稳定性。
当电源管理电路13的USB检测单元131判断USB供电端口的类型为专用充电端口时，控制单元135进一步可根据供电电压Vin的电压变化，以决定目前所插入的USB供电端口的供电功率，亦即判断USB供电端口的电流规格为1000毫安培、1500毫安培或是2000毫安培，以对应调整便携式电子装置10的系统消耗功率，例如以比例方式调整便携式电子装置10的中央处理器运作频率与显示器的屏幕亮度，产生多种省电模式，并驱动便携式电子装置10切换于该些省电模式，降低系统消耗功率。所述多种省电模式可以是对应于USB供电端口的电流规格，亦即供电功率，使便携式电子装置10可在选定的省电模式正常开机。
以下针对控制单元135切换于多种省电模式方式做说明。
于此实施例中，便携式电子装置10的控制单元135可依据电力供应状态驱动系统负载15使便携式电子装置10切换于正常工作模式、第一省电模式以及第二省电模式。举例来说，所述正常工作模式可以是对应于5伏特电压与2000毫安培电流的专用充电端口，其供电功率极为10瓦特(W)或是对应于12伏特电压与1500毫安培电流的专用充电端口，其供电功率极为18瓦特。所述第一省电模式可以是对应于5伏特电压与1500毫安培电流的专用充电端口，其供电功率极为7.5瓦特。而所述第二省电模式可以是对应于5伏特电压与1000毫安培电流的专用充电端口，其供电功率极为5瓦特。值得注意的是，于实务上，便携式电子装置10的省电模式可依据实际需求来设置，本实施并不以此为限。
于一实施方式中，在第一省电模式下，控制单元135可如前述将中央处理器运作频率调整至第一省电频率(例如将运作频率降低10%)，同时将显示器的屏幕亮度调整至第一省电亮度(例如将亮度调暗10%)，再进行开机程序。而在第二省电模式下，控制单元135可如前述将中央处理器运作频率调整至第二省电频率(例如降低20%)，并将显示器的屏幕亮度调整至第二省电亮度(例如将亮度调暗20%)，再进行开机程序。
接着，请参照图2，图2是根据本发明第一实施例的便携式电子装置的电路运作波形示意图。曲线C10绘示便携式电子装置10所接收的供电电压。
如图2所示，若便携式电子装置10的充电电池电压小于预设值，且便携式电子装置10的USB检测单元131判断USB供电端口的类型为专用充电端口时(如时间点T1之前)，控制单元135可先驱动便携式电子装置10操作于正常工作模式，然若USB供电端口的供电功率无法驱动系统负载15时，供电电压Vin即会开始下降，例如由5伏特开始下降。当电压检测单元133检测到供电电压Vin低于所述阈值(例如4.5伏特)时(如时间点T1)，控制单元135即会调整系统负载15的功率消耗，使切换便携式电子装置10至第一省电模式(即时间点T2)。此时，因便携式电子装置10的系统消耗功率下降，而使得供电电压Vin回升在阈值(例如4.5伏特)之上(如时间点T3)。
当供电电压Vin在阈值上且超过一段预设时间tc，例如20毫秒(ms)～60毫秒，控制单元135可试着切换回正常工作模式(如时间点T4)，藉以判断先前供电电压Vin的下降是否是因为开机一瞬间时的瞬间功率消耗。倘若供电电压Vin随即开始下降(如时间点T4～T5之间)低于阈值(例如4.5伏特)时，则表示USB供电端口的供电功率仅能支持便携式电子装置10操作于第一省电模式。
控制单元135即会于调整系统负载15，使便携式电子装置10以第一省电模式正常开机。控制单元135可判定USB供电端口的电流规格为1500毫安培，其供电功率为7.5瓦。此外，控制单元135可重复切换于正常工作模式与第一省电模式之间多次(如时间点T5～T7之间)，以反复确认USB供电端口的供电功率。
换言之，控制单元135可以重复切换便携式电子装置10的工作模式，以测试USB充电端口11所提供的电力是否足够。举例来说，当控制单元135连续三次将便携式电子装置10的工作模式切换至正常工作模式，而供电电压Vin皆会下降至阈值(例如4.5伏特)以下时，控制单元135便可以确认USB充电端口11所连接的USB供电端口是属于1500毫安培。当控制单元135将便携式电子装置10的工作模式切换至第一省电模式，而供电电压Vin连续三次下降至阈值以下时，控制单元135便可以确认USB充电端口11所连接的供电端口是属于1000毫安培。以此类推，控制单元135可以利用上述方法判断供电端口是属于何种类型(1000毫安培、1500毫安培和2000毫安培)的专用供电端口。
同样地，若便携式电子装置10操作于第一省电模式下，而供电电压Vin仍然持续下降，则控制单元135会切换至第二省电模式，判定USB供电端口的电流规格为1000毫安培，其供电功率为5瓦特。控制单元135并主动对应地调整系统负载15的功率消耗，使便携式电子装置10可在第二省电模式下正常开机。换言之，当电压检测单元133检测到供电电压Vin低于所述阈值(例如4.5伏特)时，控制单元135可随即调整系统负载15的功率消耗，并依序切换至该些预设的省电模式之一(亦即第一省电模式与第二省电模式)，直到供电电压Vin回升至阈值上且超过一段预设时间。然后，控制单元135停止切换该些省电模式，使便携式电子装置10操作在目前所选定的工作模式下进行开机。
请参照图3，图3是根据本发明第一实施例的便携式电子装置的另一电路运作波形示意图。曲线C20绘示便携式电子装置10所接收的供电电压Vin。如曲线C20所示，当控制单元13驱动便携式电子状装置10依序切换至该些预设的省电模式，亦即由正常工作模式切换至第一省电模式，或是由第一省电模式切换至第二省电模式，若供电电压Vin持续在阈值上且超过一段预设时间tc，控制单元135停止切换该些省电模式，使便携式电子装置10在目前所选定的该些省电模式之一下开机，并同时对便携式电子装置10的充电电池充电。
此外，当便携式电子装置10的USB检测单元131判断USB供电端口的类型为标准下行端口，且便携式电子装置10的充电电池电压大于所设预设值时，便携式电子装置10内系统负载15即会操作于充电电池提供的电力，而使便携式电子装置10正常开机并操作于正常工作模式。
值得一提的是，控制单元135可以是由微控制器(microcontroller)或嵌入式控制器(embeddedcontroller)等处理晶片，并通过固件程序设计方式实现上述USB供电端口种类与规格判断方式以及对应系统负载15调整方式，但本实施例并不限于此。于一实施方式中，控制单元135可利用微控制器或嵌入式控制器的通用输入接脚(GeneralPurposeInput，GPI)，来接收USB检测单元131与电压检测单元133的检测讯号，并利用微控制器或嵌入式控制器的通用输出接脚(GeneralPurposeOutput，GPO)来控制设定便携式电子装置10的工作模式，并对应调整系统负载15的功率消耗。
要说明的是，图1仅为本发明实施例提供便携式电子装置的系统功能方块示意图，并非用以限定本发明。同样地，本发明亦不限定、USB充电端口11、USB检测单元131、电压检测单元133以及控制单元135的种类、实体架构、实施方式和/或连接方式。同样地，图1仅用以本发明实施例提供电源管理电路的运作方式示意图，并非用以限定本发明。
(第二实施例)
接着，请参照图4，图4为根据本发明第二实施例的便携式电子装置的功能方块图。于本实施例中，所述便携式电子装置20可例如为智能型手机、平板计算机(Tablet)、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机、数字相机、MP3播放器等具有一USB充电端口的便携式电子装置，但本实施例并不限于此。
便携式电子装置20包括USB充电端口21、电源管理电路23以及系统负载25。便携式电子装置20可经由内建USB充电端口21连接至USB供电端口(未绘示)以接收供电电压Vin。电源管理电路23可根据USB供电端口的种类与规格对应驱动控制系统负载25的运作。所述系统负载25可例如为便携式电子装置20内所有功耗元件，包括中央处理器(未绘示)、系统操作模块(未绘示)、显示器(未绘示)以及周边装置(未绘示)等在内的等效电阻。
图4与图1的差异处在于电源管理电路23的电路架构。于本实施例中，电源管理电路23还包括多工单元231、充电单元233、充电电池235、电池检测单元237。电源管理电路23的其余电路架构类似于前述实施例电源管理电路13的电路架构，故在此不再赘述。多工单元231分别耦接USB充电端口21、充电单元233、电压检测单元133、控制单元135及系统负载23。充电单元233耦接充电电池235，充电电池235耦接电池检测单元237与系统负载25。电池检测单元237耦接控制单元135。
多工单元231可将供电电压Vin选择性地提供给充电单元233、电压检测单元133及系统负载25。充电单元233可利用USB充电端口21接收的供电电压Vin依据USB供电端口的供电功率与电池温度来对充电电池235充电。充电电池235用以于提供驱动便携式电子装置20的系统负载25所需电力。电池检测单元237用以检测充电电池235的电力。
附带一提的是，充电电池235可以为单一充电电池，例如锂离子电池(Lithium-Ion)、镍镉电池(Ni-Cd)、镍氢电池(Ni-MH)或是由多个充电电池组成的充电电池组(rechargeablebatterypack)，是依据便携式电子装置20的种类而定，本实施例并不限于此。
简单来说，控制单元135可通过电池检测单元237检测充电电池235的电压，以根据充电电池235的状态与USB充电端口21接收的供电电压Vin变化，调整系统负载25的功率消耗，使便携式电子装置20在选定的工作模式下，得以正常开机。同时，控制单元135还可驱动多工单元231将USB充电端口21的供电电压Vin提供给充电单元233，以对充电电池235充电。
更详细地说，当控制单元135通过电池检测单元237检测充电电池235的电压大于一预设值(例如为充电电池正常电压的10%)时，便携式电子装置20可使用充电电池235提供的电力并以正常工作模式开机。
若控制单元135通过电池检测单元237检测充电电池235的电压低于预设值时，且判定USB供电端口的种类为标准下行端口时，控制单元135停止系统负载25运作，以禁止便携式电子装置20开机。同一时间，控制单元135可驱动多工单元231将USB充电端口21的供电电压Vin提供给充电单元233，以对充电电池235进行充电。从而可于充电电池235的电压经充电后大于预设值，使便携式电子装置20使用充电电池235的电力正常开机。
接着，控制单元135通过电池检测单元237检测充电电池235的电压低于预设值时，并判定USB供电端口的种类为专用充电端口时，控制单元135随即驱动多工单元231将USB充电端口21的供电电压Vin供给系统负载25。此外，控制单元135并通过前述实施例所述USB供电端口的供电功率判断方式，决定便携式电子装置20的工作模式，使便携式电子装置20正常开机。此外，控制单元135可USB充电端口21的供电功率足够驱动系统负载25的情况下，驱动多工单元231将USB充电端口21的供电电压Vin提供给充电单元233，以对充电电池235进行充电。
值得一提的是，于一实施方式中，控制单元135可利用微控制器或嵌入式控制器的通用输入接脚(GeneralPurposeInput，GPI)，来接收USB检测单元131、电压检测单元133以及电池检测单元237的检测讯号，并利用微控制器或嵌入式控制器的通用输出接脚(GeneralPurposeOutput，GPO)来控制设定便携式电子装置20的工作模式，并对应调整系统负载25的功率消耗。
电源管理电路23的其他电路架构类似于图1的电源管理电路13，且本领域的技术人员应可由上述说明推知过电源管理电路23的运作方式，故在此不再赘述。要要说明的是，图4仅为本发明实施例提供便携式电子装置的系统功能方块示意图，并非用以限定本发明。同样地，本发明亦不限定USB充电端口21、USB检测单元131、电压检测单元133、控制单元135、多工单元231、充电单元233、充电电池235、电池检测单元237的种类、实体架构、实施方式和/或连接方式。
(第三实施例)
电源管理电路33可以整合电源转换单元以符合不同的电压输入，请参照图5，图5为根据本发明第三实施例的便携式电子装置的功能方块图。于本实施例中，所述便携式电子装置30可例如为智能型手机、平板计算机(Tablet)、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机、数字相机、MP3播放器等具有一USB充电端口的便携式电子装置，但本实施例并不限于此。
便携式电子装置30包括USB充电端口31、电源管理电路33以及系统负载35。便携式电子装置30可经由内建USB充电端口31连接至USB供电端口(未绘示)以接收供电电压Vin。电源管理电路33可根据USB供电端口的种类与规格对应驱动控制系统负载35的运作。所述系统负载35可例如为便携式电子装置30内所有功耗元件，包括中央处理器(未绘示)、系统操作模块(未绘示)、显示器(未绘示)以及周边装置(未绘示)等在内的等效电阻。
图5与图1的差异处在于电源管理电路33的电路架构。于本实施例中，电源管理电路33还包括一电源转换单元331。所述电源转换单元331耦接于USB充电端口31与电压检测单元133及系统负载35之间。电源转换单元331可用以将经由USB充电端口31接收USB供电端口的供电电压Vin降压至便携式电子装置30的工作电压，例如为5伏特，以供应给系统负载35。电源转换单元331可以为一般直流/直流转换电路(DC-to-DCConverter)或是低压降稳压器(lowdropoutregulator)来实现，但本实施例并不限于此。
简单来说，当USB充电端口31接收USB供电端口的供电电压Vin，其依据USB供电端口的种类与规格可例如为5伏特或12伏特。电源转换单元331会将USB供电端口的供电电压Vin，稳定地以便携式电子装置30的工作电压，例如为5伏特供应系统负载35，以驱动系统负载35的运作。而电压检测单元133亦可依据电源转换单元331的输出电压，对USB供电端口的规格进行判断，以对应调整系统消耗功率，使便携式电子装置30能正常开机。
附带一提的是，前述实施例的多工单元、充电电池、充电单元与电池电压检测单元亦可整合于电源转换电路33内。也就是说，电源转换单元331的输出电压可通过多工单元切换运作，经由充电单元来对充电电池进行充电。
图5的电源管理电路33的其他电路架构类似于图1的电源管理电路13，且本领域技术人员应可由上述说明推知过电源管理电路33的运作方式，故在此不再赘述。要说明的是，图5仅为本发明实施例提供便携式电子装置的系统功能方块示意图，并非用以限定本发明。同样地，本发明亦不限定USB充电端口31、电源转换单元331、系统负载35的种类、实体架构、实施方式和/或连接方式。
(第四实施例)
由上述的实施例，本发明可归纳出一种电源管理方法，适用于具有USB充电端口与电源管理电路的便携式电子装置。便携式电子装置可经由内建USB充电端口连接至USB供电端口(未绘示)以接收供电电压，并根据USB供电端口的供电功率对应驱动便携式电子装置的开机程序。
所述便携式电子装置30可例如为智能型手机、平板计算机(Tablet)、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机、数字相机、MP3播放器等具有一USB充电端口的便携式电子装置，但本实施例并不限于此。此电源管理方法可以是藉由于内建于便携式电子装置的微控制器(microcontroller)或嵌入式控制器(embeddedcontroller)等处理晶片，通过固件程序设计方式来实现，但本实施例并不以此为限。
请参照图6并同时参照图1，图6为根据本发明第四实施例的用于便携式电子装置的电源管理方法的步骤流程示意图。
首先，于步骤S100中，驱动USB检测单元131检测并判断USB供电端口的类型。具体地说，驱动USB检测单元131判断USB供电端口的类型是否属于标准下行端口。当USB检测单元131判定USB供电端口的类型属于标准下行端口时，执行步骤S110。反之，当USB检测单元131判定USB供电端口的类型并非标准下行端口，亦即属于专用充电端口时，执行步骤S140。
值得一提的是，USB供电端口的类型判断方式可以是依据USB供电端口的数据线配置方式，例如数据线D+/D-之间的电压差来判断。举例来说，USB检测单元131可以输出电压至数据线D+，然后检测数据线D-的电压，若两者相近，即表示USB供电端口的类型为专用充电端口。若数据线D-与数据线D+为开路，表示USB供电端口的类型为标准下行端口。
于步骤S110中，检测并判断便携式电子装置10的充电电池电压是否小于一预设值，例如为便携式电子装置10的充电电池的的一下限值，如充电电池电力的10%。当便携式电子装置10的充电电池电压小于预设值时，(即当充电电池电力不足)，执行步骤S120。反之，当便携式电子装置10的充电电池电压仍高于预设值时，执行步骤S130。
于步骤S120中，便携式电子装置10的控制单元135停止系统负载15的运作以禁止便携式电子装置开机。同时，控制单元135并驱动一充电单元(未绘示于图1)以标准下行端口的供应电流对充电电池进行充电。于步骤S130中，便携式电子装置10可使用充电电池的电力，并使便携式电子装置10在正常工作模式下正常开机。
于步骤S140中，当判定USB供电端口的类型属于专用充电端口时，驱动电压检测单元133检测USB充电端口所接收的供电电压Vin。于步骤S150中，电压检测单元133判断供电电压Vin是否小于一预设的阈值(例如为4.5伏特)，以供控制单元135决定USB供电端口的供电功率。当电压检测单元133判断出供电电压Vin大于预设的阈值(例如为4.5伏特)，执行步骤S160。反之，当电压检测单元133判断出供电电压Vin小于预设的阈值，则执行步骤S170。
于步骤S160中，当电压检测单元133判断出供电电压Vin大于预设的阈值，亦即USB供电端口的供电功率可足够驱动系统负载15的运作时，控制单元135据此判定USB供电端口的规格为5伏特电压与2000毫安培的电流，其供电功率为10瓦特，并驱动便携式电子装置10正常开机。
于步骤S170中，当电压检测单元133判断出供电电压Vin小于预设的阈值，亦即USB供电端口的供电功率无法驱动系统负载15的运作时，检测便携式电子装置10的充电电池电压，以判断便携式电子装置10的充电电池电压是否低于预设值。若便携式电子装置10的充电电池电压大于预设值，则可执行步骤S160，控制单元135驱动便携式电子装置10使用充电电池的电力正常开机。若便携式电子装置10的充电电池电压低于预设值，则可执行步骤S180。
于步骤S180中，控制单元135可通过调整系统负载15的功率消耗(例如降低中央处理器运作频率及显示器的屏幕亮度等)，以降低便携式电子装置10的系统消耗功率，且依序切换至多种省电模式直至充电电池电压大于该预设值，以使便携式电子装置10于选定省电模式正常开机。同时，控制单元135还可将USB供电端口提供的电力经由充电单元对充电电池充电。
接着，根据前述实施例，本实施例还归纳出USB供电端口的供电功率判断方法与便携式电子装置对应的操作机制。请参照图7同时参照图1，图7为根据本发明第四实施例的USB供电端口的供电功率判断模式以及便携式电子装置的工作模式切换方法的步骤流程示意图。
当控制单元135根据电压检测单元133判断出USB充电端口11所接收USB供电端口的供电电压Vin低于阈值时，控制单元135进一步地通过调整便携式电子装置10的系统消耗功率，主动驱动便携式电子装置10依序切换于预设的多种省电模式，以使供电电压Vin维持于阈值(例如4.5伏特)之上，进而可使便携式电子装置10可在USB供电端口供应的供电功率下正常开机。所述多种省电模式可以是对应于USB供电端口的供电功率。于此实施例中，控制单元135可依据USB供电端口的供电功率驱动便携式电子装置10切换于正常工作模式、第一省电模式及第二省电模式。
值得一提的是，于本实施例中，正常工作模式对应于USB供电端口的供电功率为10瓦特亦即供电电压Vin为5伏特，且最大可用电流为2000毫安培。第一省电模式对应于USB供电端口的供电功率为7.5瓦特亦即供电电压Vin为5伏特，且最大可用电流为1500毫安培。第二省电模式对应于USB供电端口的供电功率为5瓦特亦即供电电压Vin为5伏特，且最大可用电1000毫安培。需注意得是，上述正常工作模式、第一省电模式及第二省电模式对应USB供电端口供电功率的定义是以BC1.1规范中USB供电端口的规格的一种设定方式，并仅用说明本实施例中省电模式切换运作，但本实施例并不以此为限。
详细地说，于步骤S201中，控制单元135可通过传送控制便携式电子装置10的显示器(未绘示)的屏幕亮度调降至预设的第一省电亮度，并调整中央处理器运作频率至预设的第一省电频率，以驱动便携式电子装置10操作于第一省电模式。所述第一省电亮度可以是正常屏幕亮度的80%，且可以是利用输出一脉波宽度调整讯号来调整系统负载15中显示器的光源，但本实施例并不限于此。而第一省电频率可以为依据正常处理频率的70%，并可通过调整供应中央处理器运的时钟讯号周期来调整来实现，但本实施例并不限于此。据此，以降低便携式电子装置10的系统负载15的功率消耗。
接着，于步骤S203中，控制单元135随即驱动电压检测单元133判断供电电压Vin是否维持在阈值之上且超过一预设时间(例如20毫秒(ms)～60毫秒)，以藉此决定USB供电端口的供电功率，以及便携式电子装置10开机模式。具体地说，当判断出所检测的供电电压Vin低于阈值时，执行步骤S207。当判断出所检测的供电电压Vin维持在阈值之上且超过一预设时间时，执行步骤S205。
于步骤S207中，当供电电压Vin于便携式电子装置10操作在第一省电模式中仍低于阈值(例如4.5伏特)，控制单元135即可因USB供电端口目前的供电功率无法支持第一省电模式中系统负载15的功率消耗，而将便携式电子装置10的屏幕亮度调降至第二省电亮度(例如正常亮度60%)，并调整中央处理器运作频率至第二省电频率(例如正常处理频率的50%)，以驱动便携式电子装置10操作于第二省电模式。控制单元135亦可据此判断USB供电端口的供电功率为5瓦特(即供电电压Vin为5伏特，且最大可用电流为1000毫安培)。
而后，于步骤S209中，判断供电电压Vin在第二省电模式下是否持在阈值之上且超过预设时间(例如20毫秒～60毫秒)。当判断出供电电压Vin在第二省电模式下仍低于阈值时，执行步骤S213。而当判断出供电电压Vin在第二省电模式下高于阈值，且维持一段预设时间时，执行步骤S211。
于步骤S211中，控制单元135即时停止切换该些省电模式，使便携式电子装置10操作于第二省电模式，并对电池充电，以于充电电池电力恢复时，由充电电池取代USB供电端口，供电给系统负载15。于步骤S213中，控制单元135禁止便携式电子装置10开机，并对充电电池充电。
于步骤S205中，控制单元135可主动将便携式电子装置10调整回正常工作模式。也就是说，将显示器的屏幕亮度调为正常亮度，并将中央处理器运作频率调整至正常运频率，以驱动便携式电子装置10操作于正常工作模式，藉以避免系统初开机时系统负载15因过高电流产生的功率消耗而导致误判。
而于切换回正常工作模式时，控制单元135驱动电压检测单元133检测供电电压Vin，以判断供电电压Vin是否小于阈值。当判断出供电电压Vin小于阈值时，执行步骤S217。反之，当判断出供电电压Vin大于阈值时，执行步骤S219。
于步骤S217中，切换便携式电子装置10至第一省电模式，并判断出USB供电端口的供电功率为7.5瓦特(即供电电压Vin为5伏特，且最大可用电流为1500毫安培)。同时，控制单元135将USB供电端口的供电电力经由充电单元对充电电池充电。
而于步骤S219中，当判断出供电电压Vin大于阈值且维持预设的一段时间时，于步骤S219中，控制单元135停止切换该些省电模式，使便携式电子装置10操作在正常工作模式开机。
附带一提的是，控制单元135还可于一实施方式中，由正常运作模式切换至第一省电模式后，重复执行供电电压Vin检测与切换第一省电模式回至正常运作模式，即步骤S205、S215以及S217至少两次以上，藉以判断确认USB供电端口的供电功率。同样地，控制单元135于第一省电模式切换至第二省电模式后，重复执行供电电压Vin检测与切换第二省电模式回至第一省电模式。也就是说，控制单元135可以藉由重复切换便携式电子装置10的工作模式，测试USB充电端口11所提供的电力适用于哪一种工作模式，判断USB供电端口的规格是属于何种类型(1000毫安培、1500毫安培和2000毫安培)的专用供电端口。然因所述供电电压检测与模式切换的次数可以是依据实际便携式电子装置运作需求来设计，故本实施例并不限于此。
值得一提的是，上述图6及图7所述的电源管理方法及供电功率判断方法是由内建于便携式电子装置10的微控制器(microcontroller)或嵌入式控制器(embeddedcontroller)等处理晶片，通过固件程序设计方式来实现，并于便携式电子装置10进行开机程序时执行。
要说明的是，图6与图7分别仅用于说明本实施例所归纳出用于便携式电子装置10的电源管理及供电功率判断方法，并非用以限定本发明。
此外，值得注意的是，上述实施例中元件之间的耦接关系包括直接或间接的电性连接，只要可以达到所需的电信号传递功能即可，本发明并不受限。上述实施例中的技术手段可以合并或单独使用，其元件可依照其功能与设计需求增加、去除、调整或替换，本发明并不受限于此。在经由上述实施例的说明后，本领域技术人员应可推知其实施方式，在此不加赘述。
综上所述，本发明实施例提供的电源管理电路及其方法，可于便携式电子装置进行开机程序前，利用主动检测便携式电子装置的USB充电端口所连接的USB供电端口的类型以及USB供电端口所提供的供电电压来判断是否进行便携式电子装置的开机程序以及调整开机时的系统消耗功率，藉以有效避免便携式电子装置因所插入的USB端口的供应电力不足无法驱动系统负载或者是内建电池电力不足而发生瞬间开、关机导致系统损坏的问题，提高便携式电子装置的稳定性。
此外，本发明提供一种电源管理电路及其方法还可于便携式电子装置的充电电池电力不足时，利用USB供电端口的供电功率，来对充电电池进行充电缩短充电时间。因此，藉由本发明实施例提供的电源管理电路及其方法，便携式电子装置可不需要加设充电专用的充电端口以及配置的专属充电器，而可直接使用USB端口即可，据此可降低便携式电子装置的制作成本，同时提升便携式电子装置的便利性。
虽然本发明的实施例已揭示如上，然本发明并不受限于上述实施例，本领域技术人员，在不脱离本发明所揭示的范围的前提下，可作些许的更动与调整，因此本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。
Claims (16)
1.一种电源管理电路，适用于一便携式电子装置，该便携式电子装置具有一USB充电端口，该便携式电子装置经由该USB充电端口连接至一USB供电端口以接收一供电电压，该电源管理电路包括：
一USB检测单元，耦接于该USB充电端口，用以判断该USB充电端口所连接的该USB供电端口的类型是属于一标准下行端口或是一专用充电端口；
一电压检测单元，耦接于该USB充电端口，用以检测该供电电压；以及
一控制单元，耦接于该USB检测单元与该电压检测单元，根据该USB供电端口的类型与该供电电压调整该便携式电子装置的一系统消耗功率；
其中，在该便携式电子装置进行开机程序时，若该USB供电端口为该专用充电端口且该供电电压小于一阈值，该控制单元降低该便携式电子装置的该系统消耗功率，使该供电电压维持在该阈值之上以使该便携式电子装置正常开机。
2.如权利要求1所述的电源管理电路，其中该控制单元经由调整该便携式电子装置的一中央处理器运作频率与一屏幕亮度以产生多种省电模式，当该供电电压小于该阈值时，该控制单元依序切换至该些省电模式之一，直到该供电电压大于该阈值。
3.如权利要求2所述的电源管理电路，其中当该供电电压维持在该阈值之上且超过一预设时间，该控制单元停止切换该些省电模式，使该便携式电子装置操作在目前所选定的该些省电模式之一。
4.如权利要求2所述的电源管理电路，其中该控制单元根据该供电电压的电压变化决定该USB供电端口的一供电功率。
5.如权利要求4所述的电源管理电路，其中该些省电模式包括一第一省电模式及一第二省电模式，并该便携式电子装置于该第二省电模式的该系统消耗功率系低于该便携式电子装置于该第一省电模式的该系统消耗功率，该控制单元并根据该USB供电端口的该供电功率对应调整该中央处理器运作频率与该屏幕亮度以产生该第一省电模式及该第二省电模式。
6.如权利要求2所述的电源管理电路，其中若该USB供电端口为该标准下行端口且该便携式电子装置的一充电电池电压小于一预设值时，则该控制单元禁止该便携式电子装置开机。
7.如权利要求6所述的电源管理电路，其中若该USB供电端口为该专用充电端口，且该便携式电子装置的该充电电池电压大于该预设值时，该控制单元驱动该便携式电子装置以该供电功率进行开机程序。
8.如权利要求3所述的电源管理电路，其中于该便携式电子装置操作在目前所选定的该些省电模式之一时，该控制单元驱动一充电单元对该便携式电子装置的一充电电池进行充电。
9.如权利要求1所述的电源管理电路，其中该电压检测单元包括一比较器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，该第一输入端耦接该USB充电端口，该第二输入端耦接于一参考电压，该输出端耦接至该控制单元，其中该参考电压对应该阈值。
10.一种电源管理方法，适用于具有一USB充电端口的一便携式电子装置，并该便携式电子装置经由该USB充电端口连接至一USB供电端口以接收一供电电压，该电源管理方法包括以下步骤：
判断该USB供电端口的类型为一标准下行端口或一专用充电端口；
检测该供电电压；以及
根据该USB供电端口的类型与该供电电压调整该便携式电子装置的一系统消耗功率；
其中，在该便携式电子装置进行开机程序时，若该USB供电端口为该专用充电端口且该供电电压小于一阈值，降低该便携式电子装置的该系统消耗功率，使该供电电压维持在该阈值之上以使该便携式电子装置正常开机。
11.如权利要求10所述的电源管理方法，于根据该USB供电端口的类型与该供电电压调整该便携式电子装置的该系统消耗功率的步骤包括：
调整该便携式电子装置的一中央处理器运作频率与一屏幕亮度以产生多种省电模式，并当该供电电压小于该阈值时，依序切换至该些省电模式之一，直到该供电电压大于该阈值。
12.如权利要求11所述的电源管理方法，其中，当该供电电压维持在该阈值之上且超过一预设时间，停止切换该些省电模式，并使该便携式电子装置在目前所选定的该些省电模式之一下进行开机程序。
13.如权利要求11所述的电源管理方法，其中，当该供电电压维持在该阈值之上且超过一预设时间，使该便携式电子装置在目前所选定的该些省电模式之一上调至具较高该系统消耗功率的一省电模式。
14.如权利要求11所述的电源管理方法，于根据该USB供电端口的类型与该供电电压调整该便携式电子装置的该系统消耗功率的该步骤中，还包括：
重复切换该便携式电子装置的工作模式，以判断该USB供电端口的电力的一供电功率。
15.如权利要求10所述的电源管理方法，其中于检测该供电电压的步骤后包括：
根据该供电电压的电压变化决定该USB供电端口的一供电功率；以及
根据该供电功率与该便携式电子装置的一电池电压决定是否允许该便携式电子装置开机。
16.如权利要求10所述的电源管理方法，其中于判断该USB供电端口的类型的步骤中还包括：
若该USB供电端口的类型属于该标准下行端口，检测一充电电池电压；以及
若该充电电池电压小于一预设值，禁止该便携式电子装置开机，并对该充电电池进行充电。
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