CN105068915A - 电源管理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电源管理装置，用于电子设备的电源管理，其包括：多个数字电源，分别对所述电子设备的多个用电单元供电；以及嵌入式控制器，其通过系统管理总线与所述多个数字电源均通信连接，能够获取各所述数字电源的电源状态信息，所述嵌入式控制器还连接于所述电子设备的基本输入输出系统，以使得所述电子设备的操作系统的驱动程序能够通过所述基本输入输出系统访问所述嵌入式控制器。本发明还提供了一种电源管理方法。该装置及方法充分利用数字电源的优势，以及利用嵌入式控制器与各数字电源与驱动程序之间的通信功能，使得用户能够实时侦测各个用电单元、各个电源的功耗状况，并适当控制系统的性能。

Description

电源管理装置及方法

技术领域

本发明涉及电源管理装置及方法，特别是一种应用在电子设备上的电源管理装置及方法。

背景技术

传统的电源应用只能完成基本的供电功能，无法实现对各个用电单元功耗和电源状态的智能监控与回报。

现有技术中的解决方案有如下两种：

1)在每组电池的后端使用电流侦测电阻，以侦测每个电源的电流。该方案的缺点是，只能通过纯硬件的方式量测各个用电单元的电压以及量测流过侦测电阻的电流，从而计算该用电单元的功耗；

2)使用数字电源代替传统电源，数字电源可以通过自己的驱动工具来侦测电源的电压、电流、效率、以及电源是否处于保护状态等。但该方案的缺点是，需要外置硬件工具连接到电源，并通过硬件配套的驱动工具进行状态读取。

需要提出一种能够实时侦测各个用电单元的功耗状况，提高用户对机器的信息的掌控度和操作度的电源管理装置及方法。

发明内容

为此，本发明提供了一种电源管理装置，用于电子设备的电源管理，其包括：多个数字电源，分别对所述电子设备的多个用电单元供电；以及嵌入式控制器，其通过系统管理总线与所述多个数字电源均通信连接，能够获取各所述数字电源的电源状态信息，所述嵌入式控制器还连接于所述电子设备的基本输入输出系统，以使得所述电子设备的操作系统的驱动程序能够通过所述基本输入输出系统访问所述嵌入式控制器。

进一步地，所述电子设备的用电单元包括：中央处理器、图形处理器、内部存储器、外部存储器、显卡、和摄像头。

进一步地，所述电源状态信息包括：该电源的输出电压、输出电流、效率、和异常状态。

进一步地，所述嵌入式控制器还根据各所述数字电源的所述电源状态信息，计算所述各用电单元的功耗、以及所述电子设备的总功耗。

进一步地，所述电子设备包括电池和电源线接口，所述嵌入式控制器还：通过系统管理总线与所述电子设备的电池通信连接，以获取所述电池的使用状态和功耗；以及与串联连接在所述电子设备的电源线接口处的电流侦测电阻电连接，以获取所述电源线接口的使用状态和输入电流，从而计算所述电源线接口的输入功耗。

本发明还提供了一种电源管理方法，用于电子设备的电源管理，其包括：使用多个数字电源分别对所述电子设备的多个用电单元供电；使用嵌入式控制器获取各所述数字电源的电源状态信息，所述电源状态信息包括该电源的输出电压、输出电流、效率、和异常状态，以及根据所述电源状态信息来计算所述各用电单元的功耗以及所述电子设备的总功耗；使用所述电子设备的操作系统的驱动程序通过基本输入输出系统从所述嵌入式控制器获取所述电源状态信息、所述各用电单元的功耗、以及所述电子设备的总功耗。

进一步地，所述电子设备包括电池和电源线接口，所述电源管理方法还包括：使用所述嵌入式控制器获取所述电子设备的电池的使用状态和功耗、获取所述电子设备的电源线接口的使用状态和输入电流、以及计算所述电源线接口的输入功耗，使用所述驱动程序通过所述基本输入输出系统从所述嵌入式控制器获取所述电池的使用状态和功耗、以及所述电源线接口的使用状态和输入功耗。

进一步地，所述电源管理方法还包括：所述操作系统将所述驱动程序获取的所述电源状态信息、所述各用电单元的功耗、所述电子设备的总功耗、所述电池的使用状态和功耗、以及所述电源线接口的使用状态和输入功耗中的一项或多项以人机交互的方式进行显示。

进一步地，所述电源管理方法还包括：判断所述电池的使用状态，当所述电池的使用状态为在使用时，计算所述电池的功耗与所述电池的额定功耗之比以得到所述电池的使用率，当判断为所述电池的使用率小于第一阈值时，向用户提供使能和关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面，当判断为所述电池的使用率大于第二阈值时，向用户提供关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面；判断所述电源线接口的使用状态，当所述电源线接口的使用状态为在使用时，计算所述电源线接口的输入功耗与所述电源线接口的额定功耗之比以得到所述电源线接口的使用率，当判断为所述电源线接口的使用率小于第三阈值时，向用户提供使能和关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面，当判断为所述电源线接口的使用率大于第四阈值时，向用户提供关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面，所述第二阈值不小于所述第一阈值，所述第四阈值不小于所述第三阈值。

进一步地，所述部分用电单元包括中央处理器和图形处理器。

本发明的电源管理装置及方法，用于电子设备的电源管理，其充分利用数字电源的优势，以及利用嵌入式控制器与各数字电源与驱动程序之间的通信功能，使得用户能够实时侦测各个用电单元、各个电源的功耗状况，并适当控制系统的性能。

附图说明

图1为本发明的电源管理装置的结构示意图；

图2为本发明的电源管理装置的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明的电源管理方法的显示界面的第一实施例的示意图；

图4为本发明的电源管理方法的显示界面的第二实施例的示意图；

图5为本发明的电源管理方法的显示界面的第三实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的电源管理装置及方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

参照图1-2，本发明的电源管理装置，包括多个数字电源2以及嵌入式控制器(EC)3。其中，各个数字电源2分别对电子设备中的各个用电单元1供电，并可以通过例如监控自己的运行状态、实时记录电气参数等方式来记载自身的电源状态信息。用电单元1为电子设备的各种用电单元，可以包括内置用电单元和外设用电单元，例如包括：中央处理器(CPU)11、图形处理器(GPU)12、内部存储器(图中未示出)、外部存储器(图中未示出)、显卡1N、和摄像头(图中未示出)等。EC3通过系统管理总线(SMBUS)与各个数字电源2均通信连接，能够获取各数字电源2的电源状态信息。电源状态信息包括：该数字电源2的输出电压、输出电流、效率、和异常状态等。

进一步地，EC还通过SMBUS与电子设备的电池5通信连接，以获取电池5的使用状态(即是否在使用电池5为该电子设备供电)和功耗；以及与电流侦测电阻7电连接，该电流侦测电阻7串联连接在电子设备的电源线接口(图中未示出，例如笔记本电脑的电源线接口、平板电脑或手机的数据/电源集成接口等)处，例如当电子设备为笔记本电脑时，电流侦测电阻7串联连接在电源适配器6和电源线接口之间，因此，EC3能够通过其ADC模块获取其电源线接口的使用状态(即是否在使用电源线接口为该电子设备供电)和输入电流，根据该输入电流和额定的输入电压从而计算出电源线接口的输入功耗。

在本发明的电源管理装置中，EC3能够实时地获取各个数字电源2的电源状态信息(该信息实际反映该数字电源2所对应的用电单元1的用电信息)、以及电池5和电源线接口的使用状态和功耗的信息，从而根据这些信息来计算各用电单元1的功耗、以及电子设备的总功耗(可以根据所有用电单元的功耗总和来计算，也可以根据电池5或电源线接口的功耗来计算)。

EC3可以将其获取的各项信息以及其计算出来的各项信息，存储在其内部的存储空间中，该内部存储空间为可以被操作系统访问的存储空间。如图所示，EC3还连接于电子设备的基本输入输出系统(BIOS)，以使得电子设备的操作系统4的驱动程序能够通过BIOS访问EC3的存储空间，从而获取存储在EC3中的各数字电源2的电源状态信息、各用电单元1的功耗、电子设备的总功耗、电池5的使用状态和功耗、以及电源线接口的使用状态和输入功耗等信息。因此，通过本发明的电源管理装置，操作系统4可以实时监测各个用电单元1的功耗状况以及各个电源的运行情况。

优选地，存储这些信息的存储空间为非易失性的，即在系统或电子设备异常掉电时，存储在该存储空间上的信息不丢失。如此，如果电子设备出现异常关机或者蓝屏等状况，操作系统4在恢复之后，可以读取该存储空间上存储的各个电源状态信息，并根据其中的异常状态信息来判断上次出现的异常状况是否由电源的问题所引起。

优选地，为了让电子设备的使用者可以实时地掌握该电子设备的功耗情况，操作系统4或者其中安装的应用程序(例如，电源管理软件)，可以将通过驱动程序和BIOS获取的电源状态信息、各用电单元1的功耗、电子设备的总功耗、电池5的使用状态和功耗、以及电源线接口的使用状态和输入功耗中的一项或多项，通过电子设备的显示屏幕以人机交互的方式显示给用户。当然，也可以将根据这些信息计算出来的结果显示给用户。用户可以通过显示界面实时地监控各个用电单元的供电情况以及是否有异常发生。

图3示出了一种可能的显示界面。其中，用电单元实时功耗为该用电单元1的瞬时功耗，计算方法为该用电单元1对应的数字电源2的输出电压与输出电流的乘积。用电单元平均功耗指一段时间内的用电单元实时功耗的平均值，用电单元总功耗指一段时间内的用电单元实时功耗的累计值。其中“系统功耗”项指电子设备的总功耗，其根据所有用电单元1的功耗的和来确定。当然，同样适合于前文以及后文中涉及到的数值计算方法，各种数值的确定方法以及计算方式，都可以根据设备之间的具体使用要求进行调整，例如附带加权算法、按不同周期计算平均值等。

图4也示出了一种可能的显示界面。其中的电源输出功率根据数字电源2的输出电压与输出电流的乘积来确定，电源效率和电源运行状况(异常或者良好)根据获取的该数字电源2的电源状态信息中的对应项来确定。电源故障报警(Yes或者No)根据电源运行状况来确定，当电源运行状况为异常时，电源故障报警为Yes；反之，当电源运行状况为良好时，电源故障报警为No。

通过在应用程序的显示界面上将电源的运行情况、各用电单元的功耗情况显示给用户，可以提高用户对自己的电子设备的信息的掌握程度。同时，为了使得用户可以对自己的电子设备的性能进行一些选择性的操作，操作系统或者应用程序还可以提供给用户一个是否使能高性能模式的界面。只要是能够生成人机交互界面的任何现有方式都属于本发明的构思，例如通过电子设备的显示部、触控部、外设投影仪等等各种提高用户实时体验的显示方式。

参照图5，进一步地，操作系统可以判断电池5的使用状态，当电池5的使用状态为在使用时，计算电池5的功耗与该电池5的额定功耗之比，即电池5的使用率。当电池5的使用率小于第一阈值(例如，70％)时，操作系统向用户提供使能和关闭部分用电单元1(例如，CPU、GPU等)的高性能模式的操作界面。为了避免用户在电池5的电量不足的情况下误开启一些用电单元1(例如，CPU、GPU等)的高性能模式，当电池5的使用率大于第二阈值(第二阈值不小于第一阈值，例如，90％)时，操作系统只向用户提供关闭部分用电单元1(例如，CPU、GPU等)的高性能模式的操作界面。

同样地，操作系统可以判断电源线接口的使用状态，当电源线接口的使用状态为在使用时，计算电源线接口的输入功耗与该电源线接口的额定功耗(例如，该电源线接口所连接的电源适配器6的额定功耗)之比，即得到电源线接口的使用率。当电源线接口的使用率小于第三阈值(例如，70％)时，操作系统向用户提供使能和关闭部分用电单元1(例如，CPU、GPU等)的高性能模式的操作界面。为了避免用户在电源线接口的输入电量不足的情况下误开启一些用电单元1(例如，CPU、GPU等)的高性能模式，当电源线接口的使用率大于第四阈值(第四阈值不小于第三阈值，例如，90％)时，操作系统只向用户提供关闭部分用电单元1(例如，CPU、GPU等)的高性能模式的操作界面。

图5示出了一种可能的显示界面，该界面适用于电子设备为笔记本电脑的情况。其中，适配器插入或未插入的信息可以通过电源线接口的使用状态来确定，即笔记本电脑的电源线接口如果在使用中，即其连接了电源适配器，此时适配器的状态为插入；反之，若电源线接口的使用状态为未使用，则适配器的状态为未插入。电池插入或未插入、充电或放电的信息可以通过电池5的使用状态来确定。对CPU和GPU的高性能模式是否提供使能选项，即界面按钮为使能(Enable)还是关闭(Disable)，需要根据上述原则来确定：即判断当电池5/电源线接口(需要根据当前对电子设备供电的实际对象来确定)的使用率，若小于第一/第三阈值，则既可以提供使能选项也可以提供关闭选项(具体应根据用电单元当前的工作模式来定，如果用电单元当前不是高性能模式，则提供使能选项；反之，如果用电单元当前为高性能模式，则提供关闭选项)；而当电池5/电源线接口的使用率大于第二/第四阈值时，说明电池5/电源线接口的电量/输入电量已经不足，为了防止系统的功耗超过电池6或者电源线接口的额定功率，也为了延长电池5的使用时间和寿命，则此时操作系统只提供关闭选项，从而让用户能够关闭一些用电单元1(例如，CPU、GPU等)的高性能模式。

如此，用户可以根据电子设备当前的功耗情况，对电脑的性能进行一些适当的控制和调整，增强了用户体验，也提高了系统性能的灵活性和可控性。

需要说明的是，以上描述中的各种计算、判定等操作，可以在EC3中完成，也可以由操作系统(包括其中的应用程序，例如电源管理软件)完成，这是本领域技术人员容易想到的替换方式。

本发明所称的电子设备，可以是笔记本电脑、平板电脑、手机、个人数字助理(PDA)、工作站、一体式台式机、分体式台式机等中的任何一种。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电源管理装置，用于电子设备的电源管理，其特征在于，包括：

多个数字电源，分别对所述电子设备的多个用电单元供电；以及

嵌入式控制器，其通过系统管理总线与所述多个数字电源均通信连接，能够获取各所述数字电源的电源状态信息，

所述嵌入式控制器还连接于所述电子设备的基本输入输出系统，以使得所述电子设备的操作系统的驱动程序能够通过所述基本输入输出系统访问所述嵌入式控制器。

2.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述电子设备的用电单元包括：中央处理器、图形处理器、内部存储器、外部存储器、显卡、和摄像头。

3.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述电源状态信息包括：该电源的输出电压、输出电流、效率、和异常状态。

4.根据权利要求3所述的电源管理装置，其特征在于，所述嵌入式控制器还根据各所述数字电源的所述电源状态信息，计算所述各用电单元的功耗、以及所述电子设备的总功耗。

5.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述电子设备包括电池和电源线接口，所述嵌入式控制器还：

通过系统管理总线与所述电子设备的电池通信连接，以获取所述电池的使用状态和功耗；以及

与串联连接在所述电子设备的电源线接口处的电流侦测电阻电连接，以获取所述电源线接口的使用状态和输入电流，从而计算所述电源线接口的输入功耗。

6.一种电源管理方法，用于电子设备的电源管理，其特征在于，包括：

使用多个数字电源分别对所述电子设备的多个用电单元供电；

使用嵌入式控制器获取各所述数字电源的电源状态信息，所述电源状态信息包括该电源的输出电压、输出电流、效率、和异常状态，以及根据所述电源状态信息来计算所述各用电单元的功耗以及所述电子设备的总功耗；

使用所述电子设备的操作系统的驱动程序通过基本输入输出系统从所述嵌入式控制器获取所述电源状态信息、所述各用电单元的功耗、以及所述电子设备的总功耗。

7.根据权利要求6所述的电源管理方法，其特征在于，所述电子设备包括电池和电源线接口，所述电源管理方法还包括：使用所述嵌入式控制器获取所述电子设备的电池的使用状态和功耗、获取所述电子设备的电源线接口的使用状态和输入电流、以及计算所述电源线接口的输入功耗，

使用所述驱动程序通过所述基本输入输出系统从所述嵌入式控制器获取所述电池的使用状态和功耗、以及所述电源线接口的使用状态和输入功耗。

8.根据权利要求7所述的电源管理方法，其特征在于，所述电源管理方法还包括：所述操作系统将所述驱动程序获取的所述电源状态信息、所述各用电单元的功耗、所述电子设备的总功耗、所述电池的使用状态和功耗、以及所述电源线接口的使用状态和功耗中的一项或多项以人机交互的方式进行显示。

9.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，所述电源管理方法还包括：

判断所述电池的使用状态，当所述电池的使用状态为在使用时，计算所述电池的功耗与所述电池的额定功耗之比以得到所述电池的使用率，当判断为所述电池的使用率小于第一阈值时，向用户提供使能和关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面，当判断为所述电池的使用率大于第二阈值时，向用户提供关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面；

判断所述电源线接口的使用状态，当所述电源线接口的使用状态为在使用时，计算所述电源线接口的输入功耗与所述电源线接口的额定功耗之比以得到所述电源线接口的使用率，当判断为所述电源线接口的使用率小于第三阈值时，向用户提供使能和关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面，当判断为所述电源线接口的使用率大于第四阈值时，向用户提供关闭部分用电单元的高性能模式的操作界面，

所述第二阈值不小于所述第一阈值，所述第四阈值不小于所述第三阈值。

10.根据权利要求9所述的电源管理方法，其特征在于，所述部分用电单元包括中央处理器和图形处理器。