KR101852501B1

KR101852501B1 - 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101852501B1
Application number: KR1020170163194A
Authority: KR
Inventors: 이숙영; 최성식
Original assignee: 주식회사 컴트리
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-04-27

Abstract

본 발명은, 다양한 동작 모드(일례로 S0~S5 모드)를 갖는 컴퓨터 시스템에서, 현재 활발히 개발되어지고 있는 대기전력을 차단하는 기술에서 조금 더 진보하여, 컴퓨터 시스템 자원의 사용량에 따라 최적의 소비전력을 공급하되, 먼저 이러한 소비 전력을 차등적으로 제공하도록 제어하는 SIO의 소비전력 자체를 줄이면서, 나아가 CPU의 사용량에 따라서, 및/또는 USB 단자의 사용 모드에 따라서, 소비 전력을 최적화하도록 하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법, 그리고 이를 적용한 컴퓨터 시스템에 관한 것이다. 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치는, CPU(11), SIO(19), 칩셋(14), USB 단자(71,72) 및 BIOS(73)를 포함하는 메인 보드(10)와, ATX 파워 커넥터를 통해 상기 메인 보드와 접속되는 SMPS(20), 상기 SMPS(20)와 상기 메인보드(10) 사이에 게재된 대기전원 공급부(50), 그리고 각종 주변 장치들을 포함하는 컴퓨터 시스템의 에너지 절감 장치로서, 상기 대기전원 공급부(50) 내에서의 상기 SMPS(20)의 5VSB 전원단(21)으로부터의 5VSB 대기전원 및 상기 5VSB 대기전원을 컨버팅한 3VSB 대기전원의 공급을 절환하는 상기 SIO(19)의 SIO 전원공급부(92)를 더 포함하되, 상기 SIO 전원공급부(92)는, 5VSB를 3VSB로 강압하면서 인가 전류를 제한하는 것을 특징으로 한다.

Description

시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법{An apparatus and method for optimizing a power supply according to the usage of the system resources}

본 발명은 컴퓨터의 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화하는 기술에 관한 것으로, 반드시 전력을 필요로 하는 곳에만 최소한의 전력을 공급하고 더욱이 불필요한 장치의 구동을 정지시킴으로써, 소비전력을 최적화하되, 특히, SIO를 포함한 시스템 자원의 사용량에 따라 전력 소비를 최소화하기 위한 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 컴퓨터 전원공급장치는, 도 1에서 보는 바와 같이, SMPS와 같은 파워서플라이(20)가 메인보드(10)의 SIO(12)와 24핀으로 연결되어 있으며, 그 중 하나는 +5V의 스탠바이 전압(+5VSB)의 인가용이다.

사용자가 PC 케이스의 파워스위치(미도시됨)를 누르면, 이와 기구적으로 연결된 파워 버튼(13)이 눌려지고, 파워 버튼(13)이 SIO(12)로 제1 신호(PWRBTN#)를 보내며, 다시 SIO(12)는 파워서플라이(20)로 파워온 신호선(PSON#)을 활성화하며, 칩셋(14)으로는 제2 신호(PWRBTN#_SB)를 발하는바, 파워서플라이(20)는 CPU(11) 및 칩셋(14)으로 파워굳 신호(PWROK) 신호를 보내서 이를 알리며, 이후 메인 보드로 파워가 공급되도록 한다.

미설명 부호 15는 칩셋의 리셋 버튼이며, 16은 배터리이고, 17은 리쥼 리셋(17)이며, 18은 LAN이다. 그외에도, CPU 및 칩셋과 연결된 AC, FWH, 슈퍼IO(19), AGP 슬롯, PCI 슬롯, IDE 등이 접속되어 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 파워서플라이(20)와 메인보드 간에는 비작동시에도 +5V의 대기전력이 인가되는바, 시동 버튼의 인식 및 원격시동의 인식 등을 위해 약 1W의 대기전력을 필요로 한다.

그리고, 이는 개별적으로는 결코 높지 않는 소비전력이나, 일 기관 전체로는, 나아가 일 국가 전체로는 막대한 에너지의 낭비로 이어지게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전원 콘센트 자체에서 전원을 완전 차단하여 대기전력을 제로로 만드는 스위치를 갖는 콘센트가 개발돼 있는가 하면 (제1 종래기술), 한편으로는 대한민국 특허공개 제2013-0043923호 (전원공급장치 및 그를 포함하는 화상형성장치) 와 같이, 파워 스위치의 온/오프를 인식하여 전원을 완전 차단하기 위한 별도의 추가적인 복잡한 장치를 제안하기도 한다(제2 종래기술).

그러나, 상기 제1 종래기술의 경우, 그럼에도 불구하고 현실적으로 여러가지 이유로, 사용자가 콘센트의 전원 완전 차단 스위치를 오프하지 않고 자리를 뜨는 경우가 대부분이며, 제2 종래기술의 경우, 대단히 복잡하고 고비용의 별도의 장치를 추가하여야 하므로, 이러한 장치를 일반 PC에 장착하기가 주저되는 것이 사실이다.

이에, 본 발명자는, 아주 단순하면서도 자동으로 대기전력을 최소화한 컴퓨터 전원공급장치를 제공하기 위한 것으로, 대한민국 특허 제1328393호 (명칭: 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치) 를 제안한 바 있는바, 이를 제3 종래기술로서 설명한다.

상기 제3 종래기술은, 도 2에서 보듯이, CPU(11), SIO(12), 파워 버튼(13), 칩셋(14), 리셋 버튼(15), 제1 배터리(16), LAN(18) 및 슈퍼IO(19)를 갖는 메인 보드(10); 상기 메인 보드에 전원을 공급하는 SMPS(20); 상기 SMPS의 대기전력 공급을 제어하는 마이컴(30); 상기 메인보드와 SMPS 간의 신호 및 대기전력 커넥팅을 매개하는 파워 커넥터(60); 및 상기 마이컴의 제어에 따라 대기전력 온/오프를 스위칭하는 스위칭부(40); 를 포함하여 이루어지며, 상기 마이컴(30)은 파워 전원의 대기전력(5VSB)을 상기 스위칭부(40)에 의해 제어함으로써, 메인보드에 공급되는 대기전원을 통제하는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 제3 종래기술의 전원공급장치는, 도 2에서 보는 바와 같이, 기존의 CPU(11), SIO(12), 파워 버튼(13), 칩셋(14), 리셋 버튼(15), 배터리(16), 리쥼 리셋(17), LAN(18), 슈퍼IO(19) 등을 갖는 메인 보드(10)와, 상기 메인 보드에 전원을 공급하는 SMPS(20), SMPS의 대기전력 공급을 제어하는 마이컴(30) 및 마이컴의 제어에 따라 대기전력 온/오프를 스위칭하는 스위칭부(40)를 포함하여 이루어진다. 미설명부호 '50'은 PC 케이스의 파워스위치이며, '60'은 메인보드와 SMPS 간의 파워 커넥터이다.

상기 제3 종래기술에서는, 파워 커넥터(60)가 메인보드(10)와 SMPS(20) 간의 신호 및 대기전력 커넥팅을 매개하는바, SMPS(20)와 상기 파워 커넥터와는 23개 핀으로 접속되어지고, 대신 하나의 핀인 +5V 대기전력선(+5VSB)은 파워 커넥터 대신 마이컴(30) 및 스위칭부(40)와 접속되어 진다는 점이 도 1의 종래의 전원공급장치와 상이하다. 상기 스위칭부(40)는, 파워스위치용 IC이거나, FET 회로로 이루어질 수 있다.

이외에도, 마이컴(30)은, SMPS(20)로부터 SMPS굳 신호(PS_ON#) 혹은 파워굳 신호(PWR_ON) 중의 어느 하나 혹은 양자 모두의 신호를 SMPS(20)로부터 수신받는다. 상기 파워굳 신호(PWR_ON)는 CPU(11) 및 칩셋(14)으로도 인가된다.

한편, 상기 마이컴(30)은 또한, 외부의 케이스 파워 스위치(50)로부터의 스위칭 신호(CASE_PWR_BTN)에 의해 대기전력 공급 개시 동작을 시작하게 되며, 이에 따라 +5V의 대기전력(+5VSB)을 상기 스위칭부(40)를 통해 5V 대기신호(P5V_STBY)로서 메인 보드(10)로 인가하게 되는바, 상기 스위칭부(40)는 상기 마이컴(30)의 제어신호(5VSB_SW)가 '온'일 경우에, 상기 SMPS(20)로부터의 +5V 대기전력(+5VSB)을 5V 대기신호(P5V_STBY)로서 메인 보드(10)로 인가하게 된다.

SMPS(20) 파워 커넥터로부터 메인보드(10) 파워 커넥터로 PC 정상동작 전력 +12V 및 -12V 라인, +5V 대기전력선 및 +3.3V 전력선, 그리고 파워굳(PWR_ON) 신호가 간다. 다만, 5V 대기전력선(5VSB)은, 스위칭 장치(40)로 가며, 다시 스위칭 장치(40)에서 메인보드 파워 커넥터로 대기전력 신호(P5V_STBY)가 간다.

더욱이, 마이컴(30)으로부터 스위칭부(40)로 대기전원 스위치 신호(5VSB_SW)가, 그리고 메인 파워 버튼(12)으로 파워 버튼 신호(MB_PWR_BTN)가 간다.

역으로, 메인보드(10) 파워 커넥터로부터 SMPS(20) 파워 커넥터로 SMPS굳(PS_ON#) 신호가 간다.

이들 동작을 더 상세히 설명하면, 먼저, 상기 제3 종래기술의 마이컴(30)은 파워 전원의 대기전력(5VSB)을 상기 스위칭부(40)에 의해 제어함으로써, 메인보드에 공급되는 전원을 통제하는데, 보통 전원이 오프되는 것은 커넥터 간의 오가는 파워굳(PWR_ON) 및/또는 SMPS굳(PS_ON#) 신호를 마이컴에서 감지하여, 전원이 오프일 경우에는 5V 대기전원을 오프해 주면 된다. 즉, 이 경우, 메인보드에 대기전력이 공급되지 않기 때문에, 컴퓨터의 전원을 켤 수 없는 것이다.

한편, PC 사용자가 케이스 파워 스위치(50)를 누르면, 이 신호에 의해 상기 제3 종래기술의 마이컴(30)이 활성화되며, 마이컴은 커넥터 간의 오가는 파워굳(PWR_ON) 및/또는 SMPS굳(PS_ON#) 신호를 감지하여, 전원이 온일 경우에는 스위칭부(40)로의 제어신호(5VSB_SW)를 턴온하여, 5V 대기전원(5VSB)이 메인보드로 인가되도록 하는 것이다. 아울러, 메인보드의 파워 버튼(13)이 온되면, SIO(12)로 입출력 개시명령이 하달되고, SIO(12)는 파워 커넥터(60)를 통해 SMPS(20)로 파워서플라이굳(PS_ON#)을 발하는바, SMPS는 상황이 정상일 경우, 파워굳(PWR_ON) 신호를 역시 커넥터(60)를 통해 메인보드(10)로 전달하면서, 메인보드 동작전원(+12V)를 활성화하는 것이다.

따라서, 상기 제3 종래기술에 의하면, 컴퓨터 기동 시스템의 대기전력에 해당하는 1W의 대기전력을 소비하지 않고, 마이컴의 대기전력에 해당하는 0.1W 정도의 대기전력만으로 스탠바이 및 컴퓨터 기동이 가능해 진다는 장점이 있다.

그런데, 시스템 전원 '온' 및 '오프' 상태만을 갖는 종래의 시스템과 달리, 최근의 PC들은 S1 내지 S5 모드를 채택하여, 다양하게 세분화된 모드를 채택하고 그에 따라 속도와 자원 활용도를 높인 가장 효율적인 시스템 동작을 하게 된다. 참고로, S0 모드는 컴퓨터 동작 모드이고, S1 모드는 프로세서가 아이들(idle) 상태로서 저전력 공급 상태이나 여전히 램에 전원이 공급되어야 하는 상태이고, S2 모드는 프로세서가 딥슬립(deep sleep)모드로서 그러나 여전히 램에 전원이 공급되는 상태이며, S3모드 (절전/대기모드)의 경우는 데이터를 메모리에 저장하고 최소 전원을 유지하는 방식이기 때문에 이 경우에도 여전히 +5V SB를 OFF하면 안 된다. 이때 DDR 메모리의 타입에 따라 조금씩 다르게 출력되지만 VDD 전원이 1.2~1.5V가 계속 유지되는바, 이때에는 메모리와 RTC등 일부에만 전원이 공급된다. 반면, S4 모드 (최대절전모드) 에서는 데이터를 하드디스크에 저장하고 시스템의 모든 전원을 끈다. 즉, 전원 OFF와 거의 동일한 상태가 된다. 이때에는 메모리의 VDD 전원은 전원 OFF 때와 같이 0V 출력된다. 따라서, VDD 신호 하나로 대기전력 차단과 관련한 체크가 가능하게 되는 것인바, 다시 정리하자면, 시스템 대기전력을 OFF 조건인 전원 OFF 및 S4 모드의 경우에는 VDD 신호는 0V이고, 대기전력 ON 조건인 시스템 동작(전원 ON 상태) 및 S3(절전/대기 모드)의 경우에는, VDD 신호는 1.2~1.5V 를 출력하게 된다.

따라서, 이와 같은 최근의 S0~S5 모드를 갖는 시스템의 경우에는, 상기 제3 종래기술의 경우에도, 이러한 대기전력을 차단하기 위해서는 전원의 상태를 모두 확인할 필요가 있는데, 종래의 방법으로는 1) SMPS 내부에 인가되는 전류를 측정하거나, 2) '파워굳' 등의 몇 가지 신호를 더 확인하여 체크하였는데, 1) 전류를 체크하는 경우 고가의 ADC(Analog to Digital Converter) 및 주변회로가 필요하여 대기전력 1W를 줄이는 비용대비 효용가치가 없으며, 2) 또한 '파워굳' 등의 신호를 통하여 체크하는 경우 하나의 신호로 모든 전원을 확인할 수 없기 때문에 여러 신호를 입력받고 전원상태를 체크하기 위하여 복잡한 구조를 가지고 있어 생산 효율성이 떨어진다는 문제점이 발생한다.

한편, 종래의 일반적인 파워온 동작에 대하여, 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 3은 종래의 일반적인 파워온 동작의 개념을 설명하는 도면인바, 종래는 도 3에서 보는 바와 같이, 전원 버튼이 '온'되면, 수퍼IO(19) 내의 PS_ON 회로(19a)가 이를 인식하고, 칩셋(14)의 사우스브릿지와 통신하면서, 메인보드(10)의 SIO(12)의 20핀짜리 커넥터의 PS_ON# 단자를 활성화시켜 메인보드(10)로 파워가 인가되도록 한다.

이상의 도 3의 PS_ON 회로(19a)의 블록도의 일예가, 도 4에 상세히 도시되어 있다. 즉, 도 4에서, 전원 버튼에 해당하는 스위치(S1)가 눌려지면, '로우' 레벨로 떨어지면서, PS_ON 회로(19a)가 활성화되는바, 각종 전압이 SMPS로부터 메인 보드로 인가된다(도 5의 타이밍챠트 참조).

다른 한편, 도 6은 종래의 일반적인 파워온 동작의 개념을 설명하는 또다른 예의 도면인바, 역시 전원'온' 스위칭(PWR)이 행해지면, 칩셋(14)이 P.ON 신호를 SIO(12)로 출력하고, 다시 SIO(12)는 P.ON 신호를 메인보드의 커넥터의 PS_ON# 단자로 출력하여, 전원이 SMPS로부터 메인보드로 인가되도록 한다.

도 7은 도 6의 각 신호들의 타이밍 챠트인바, VAC가 활성화(AC 전원이 인가)되면, PS_ON# 신호가 '로우' 레벨로 떨어지면서 활성화되고, 각종 전압이 SMPS로부터 메인보드로 인가되면서, 파워굳 신호로 응답하게 된다.

즉, 종래는 도 6에서와 같이, PS_ON# 신호(SMPS 전원 On)도, +5V SB신호를 먼저 On한 후, 메인보드의 전원 '온' 스위치 단에 연결하여 사우스브리지와 Super I/O 칩셋을 통하여 SMPS에 PS_ON#신호를 발생하여, 케이블의 연결이나 개조 작업성이 좋지 않아, 결국 생산성이 낮았다.

다른 한편, 본 발명자는, 이상의 문제점을 해결하고자, 다양한 동작 모드를 갖는 컴퓨터 시스템에서도, 아주 단순하면서도 자동으로 대기전력을 최소화한 컴퓨터 전원공급장치를 제공하기 위하여, 도 8 내지 도 10에서 보는 바와 같은 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치를 제안하여 특허 제1623756호로 특허받은 바 있다. 이를 도 2 및 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 8은 제4 종래기술에 따른 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치의 블록도이고, 도 9는 제4 종래기술에 따른 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치의 상세 회로도이며, 도 10은 제4 종래기술에 따른 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치의 마이컴의 동작흐름도이다.

먼저, 제4 종래기술의 발명을 도 8의 블록도로 개략적으로 설명하면, 먼저 PC 전원(50)이 '온'인지를 감지하고, 이에 연동하여 SMPS(20)에서 메인보드로 가는 ATX 파워 케이블의 PS_ON# 신호를 '로우' 레벨로 활성화하여, 5V SB 라인을 제외한 라인이 메인보드로 가도록 한다. 이때, 5V SB 라인은 메인보드로 직접 가지 않고, 마이컴(30) 및 제1 스위칭부(40) 등에 Vcc를 제공하며, 이들을 활성화하는바, 이에 따라 파워컨트롤 신호(PWR_CTRL)를 활성화하여 상기 제1 스위칭부(40)로 출력하고, 이에 응하여 상기 제1 스위칭부(40)는 파워 출력 신호(PWR_OUT)를 메인보드의 5V SB 단자로 보냄으로써, 메인보드로 모든 전원공급이 되면서 메인보드를 동작시키게 된다.

이때, 상기 마이컴(30)은, PS_ON# 신호를 SMPS(20)에 인가하여 SMPS를 턴온시키고 이에 응하여 상기 신호 및 이에 연동된 공통접지 신호가 SMPS로부터 메인보드(10)로 ATX 케이블을 통해 다른 신호 및 전원이 인가되도록 함으로서 메인보드를 동작시킬 수도 있으나, 도 8에서와 같이, 상기 마이컴(30)이 SMPS를 경유하지 않고 제2 스위칭부(41)를 통하여, PS_ON# 신호를 직접 메인보드로 인가하되, 메인보드의 파워 버튼(13) -> PS_ON 회로(19a) -> 파워커넥터(60)의 PS_ON# 단자로 인가하는 것도 가능하다.

이들 회로를, 도 9를 참조하여 더 상세히 기술하면, 마이컴(30)의 스위칭입력(SW_IN) 단자(칩의 16번 핀)를 통하여, PC 전원 '온' 스위치(50)의 온/오프 상태를 감지하게 된다.

이후, 마이컴(30)은, 공통 접지 단자를 활성화 ('하이'에서 '로우'로 감) 하여, 5V, 3.3V, 12V, 파워 굳(PWR_OK) 신호 라인 등이 모두 메인 보드의 단자로 가도록 활성화하여, 각종 파워가 SMPS로부터 메인보드로 인가되도록 한다. 아울러, PS_ON# 단자(칩의 2번 핀)를 통해 PS_ON# 신호를 SMPS(20)로 출력하고 ATX 파워 케이블을 통해 메인보드(10)의 파워 커넥터(60)의 해당 단자로 연결되도록 할 수도 있고, 혹은 도 9에서와 같이, 마이컴의 일례로 5번 단자를 통해 SW_OUT 신호를 제2 스위칭부(41)로 출력하고, 상기 스위칭 신호가 메인 보드 내의 파워 버튼# (13)을 통해 슈퍼IO(19)의 PS_ON 회로(19a)를 활성화함으로써, 결국 파워 커넥터(60)의 해당 단자로 연결되도록 할 수도 있다.

한편, 전원 제어 시그널(PWR_CTRL)은 마이컴(30)의 14번 핀을 통해 출력되어, 스위칭부(40)의 제1 및 제3 트랜지스터(Q1, Q3)를 활성화하여, 파워 출력(PWR_OUT) 신호를 메인보드(10)의 커넥터의 5V 스탠바이 신호 단자로 출력한다. 이는 최종적으로, 메모리의 기능을 포함하는 메인 보드(컴퓨터)가 동작함을 의미한다.

마지막으로, 메인보드(10)의 메모리(일례로 DDR3)로 공급되는 전압은, 감지부(70)의 제4 트랜지스터(Q4)에 의해 감지되는바, 그 결과는 파워굳(GD_PWR) 단자(마이컴 칩의 15번 핀)를 통해 마이컴으로 알려진다.

이상의 제4 종래기술의 마이컴의 동작을 도 10을 참조하여 다시 한번 상술한다.

먼저, 본 발명에서의 마이컴(30)은 시스템 대기 전원이 오프 상태인 경우에 (AC 전원이 입력되지 않는 상태에서) 진행되는바, 먼저 시스템 대기 전원이 오프 상태인가? 여부를 판단하며(S1), 그러한 경우에 PC 전원 스위치가 '온'인가? (컴퓨터 전원 스위치가 켜져 있는가?) 여부를 판단하는바(S2), 만약 그렇지 않으면 일정 시간 지연 후 피드백하여 계속해서 체크하며, '예스'인 경우에는, 다음 단계로 진행하여, 파워컨트롤 신호(PWR_CTRL)를 활성화하여 상기 스위칭부(40)로 출력하고, 이에 응하여 상기 스위칭부(40)는 파워 출력 신호(PWR_OUT)를 메인보드의 5V SB 단자로 보냄으로써, 메인보드로 모든 전원공급이 되게 하면서(S3), 동시에 파워 버튼#(13)을 활성화하고 PS_ON# 신호를 활성화하여, 메인보드를 동작시키게 된다(S4').

즉, 마이컴(30)이 PC 전원 스위치가 '온'이라는 신호를 받고, 제1 스위칭부(40)로의 파워컨트롤 신호(PWR_CTRL)를 활성화하여 상기 제1 스위칭부(40)를 통해 파워 출력 신호(PWR_OUT)를 메인보드의 5V SB 단자로 보냄으로써, 메인보드로 모든 전원공급이 되게 함과 동시에(S3), 또다른 제2 스위칭부(41)로 스위칭아웃(SW_OUT) 신호를 출력하는바, 이에 상기 제2 스위칭부(41)의 트랜지스터(Q2)가 턴온되고, 상기 메인보드의 파워버튼(13)으로 PS_ON# 신호를 인가하게 되는바, 이에 파워버튼(13) 및 메인보드의 슈퍼I/O(19)의 PS_ON 회로(19a)를 통해, 상기 커넥터(60)의 PS_ON# 단자를 활성화하여, 결국 메인보드를 동작시키게 된다(S4').

이후, 메인보드의 메모리(10a)로 공급되는 전압(V_DD)을 체크하여(S5), 일정 전압(일례로 0.7V) 미만인지 여부를 판단하여(S6), 이상이면 (이때는 램이 동작 중이므로), 5V SB 전원 '온' 상태를 그대로 유지하여 메인보드로의 파워 공급을 계속하며, 그렇지 않은 경우에는 메모리가 작동을 멈춘 것으로 인식하여, 파워컨트롤 신호(PWR_CTRL)를 비활성화하여 상기 스위칭부(40)로 출력하고, 이에 응하여 상기 스위칭부(40)는 파워 출력 신호(PWR_OUT)를 디스에이블시켜 시스템 대기전력을 '오프'시키게 된다(S7).

즉, 상기 종래기술에서 상술한 바와 같이, S3 모드 (절전/대기모드)의 경우는 +5V SB를 OFF하면 안 되며, 반면, S4 모드 (최대절전모드) 에서는 데이터를 하드디스크에 저장하고 시스템의 모든 전원을 끈다. 즉, S4 모드 및 전원 OFF인 S5 모드에서 0V 가 출력된다. 따라서, VDD 신호 하나로 대기전력 차단과 관련한 체크가 가능하게 되는 것인바, 다시 정리하자면, 시스템 대기전력을 OFF 조건인 전원 OFF 및 S4 모드의 경우에는 VDD 신호는 0V이고, 대기전력 ON 조건인 시스템 동작(전원 ON 상태) 및 S3(절전/대기 모드)의 경우에는, VDD 신호는 1.2~1.5V 를 출력하게 된다. 따라서, 상기 S5 및 S6 단계에서, 메모리로 공급되는 전압(V_DD)을 체크하여(S5), 일정 전압(Vr: 일예로 0.7V) 미만인지 여부를 판단하여(S6), 그 이상이면 5V SB 전원 '온' 상태를 그대로 유지하며, 그 미만(V_DD < Vr)이면, 시스템 대기전력을 '오프'시키는 것이다(S7).

상기 제4 종래기술은, 메모리로 공급되는 전압(V_DD)을 체크하는 비교적 간단한 방법으로 S3 및 S4 모드를 인식하고, 메모리 등의 시스템에 여전히 전원 공급이 필요한 S3 모드에서는 5V 대기 전원을 계속 공급하고, 그렇지 않은 S4 모드에서는 대기 전원을 차단하여 대시 모드에서의 전력을 절감하는 방법을 제공하되, 그것도 추가적인 케이블 공사를 하지 않고도 행할 수 있다는 장점이 있기는 하다.

그런데, S3(대기/절전모드)에서도 특정 모드 외에는, 사실 5V의 대기전원을 공급할 필요까지는 없고, 3V 정도의 대기 전원만 공급하더라도 충분한바, 상기 제4 종래기술에서는 이에 대한 대비가 없는 실정이다.

또한, 가능성이 아주 낮기는 하지만 시스템의 에러로 인하여 현재 모드와 메모리 등의 2차적 장치 간의 불일치의 경우에는 정확한 센싱이 되지 못하다는 문제점이 있었으며, 특히 USB 전원의 경우에는 충전시의 경우에는 5V가 필요하나 신호전달시에는 3V 전원으로도 충분한바, 이와 같은 차별적인 전원인가에 대한 대책이 미흡했다.

대한민국 특허공개 제2013-0043923호 (특허출원 제2011-0108115호) 대한민국 특허 제1328393호 (명칭: 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치) 대한민국 특허 제1623756호 (명칭: 시스템 메모리 전원을 활용한 대기전력 차단장치의 대기전력 차단 방법)

본 발명은, 다양한 동작 모드(일례로 S0~S5 모드)를 갖는 컴퓨터 시스템에서, 현재 활발히 개발되어지고 있는 대기전력을 차단하는 기술에서 조금 더 진보하여, 컴퓨터 시스템 자원의 사용량에 따라 최적의 소비전력을 공급하되, 먼저 이러한 소비 전력을 차등적으로 제공하도록 제어하는 SIO의 소비전력 자체를 줄이면서, 나아가 CPU의 사용량에 따라서, 및/또는 USB의 사용 모드에 따라서, 소비 전력을 최적화하도록 하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법, 그리고 이를 적용한 컴퓨터 시스템에 관한 것이다.

추가적으로, 이 기술을 지원하기 위하여 간단한 스위칭을 위한 마이컴을 사용함으로 더욱 안정적으로 구현할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치는, CPU(11), SIO(19), 칩셋(14), USB 단자(71,72) 및 BIOS(73)를 포함하는 메인 보드(10)와, ATX 파워 커넥터를 통해 상기 메인 보드와 접속되는 SMPS(20), 상기 SMPS(20)와 상기 메인보드(10) 사이에 게재된 대기전원 공급부(50), 그리고 각종 주변 장치들을 포함하는 컴퓨터 시스템의 에너지 절감 장치로서, 상기 CPU(11)의 사용량에 따라 에코모드를 차등적으로 적용하여 소비전력을 제어하는 에코세팅부(93); 상기 USB 단자(71,72)의 동작 모드에 따라 상이한 USB 전원을 인가하기 위한 USB 전원공급부(91); 및 상기 대기전원 공급부(50) 내에서의 상기 SMPS(20)의 5VSB 전원단(21)으로부터의 5VSB 대기전원 및 상기 5VSB 대기전원을 컨버팅한 3VSB 대기전원의 공급을 절환하는 상기 SIO(19)의 SIO 전원공급부(92); 를 더 포함하되, 상기 에코세팅부(93)는, CPU 사용량이 기 설정된 기준치 미만인가 여부를 판단하여, CPU의 동작이 가장 활성화된 상태로부터 상기 가장 활성화된 상태보다 덜 활성화된 상태로 이행하도록 하며, 상기 USB 전원공급부(91)는, 5VSB의 고전압 대기전원을 인가하기 위한 고전압용 제4 트랜지스터(Q4)와 3VSB의 저전압 대기전원을 인가하기 위한 저전압용 제3 트랜지스터(Q3)와 이들을 각각 제어하는 제어신호단의 소자들로 구성되되, 상기 제4 트랜지스터(Q4)의 제어신호단에는 3VSB 대기전원과 SIO로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)에 의해 5VSB 대기전원이 선택적으로 인가되도록 하고, 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 제어신호단에는 3VSB 대기전원과 SIO로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)에 의해 Vcc 동작전원이 선택적으로 인가되도록 구성됨으로써, i) 상기 SIO(19)로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)가 'L'일 경우에는, 상기 제4 트랜지스터(Q4)가 '온' 상태가 되어 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 5VSB가 출력되고, ii) 상기 SIO(19)로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)가 'H'일 경우에는, 상기 제4 트랜지스터(Q4)가 '오프' 상태로 되나 상기 제3 트랜지스터(Q3)는 '온' 상태로 되어 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 3VSB가 출력되며, iii) Vcc 동작전원 자체가 공급되어 지지 않게 되면, 상기 제4 트랜지스터(Q4) 및 상기 제3 트랜지스터(Q3) 모두 '오프' 상태로 되어 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 전압이 인가되지 않게 되는바, USB 단자의 동작 모드를 체크하여 USB 단자의 동작 모드가 외부 기기 충전모드인 경우에는 USB 전원으로 5VSB가 출력되도록 하고, 이후, 만충전(Full charge)인지 여부를 체크하여, 만충전이 되면, USB 전원으로 3VSB가 출력되도록 하며, 추후 컴퓨터 시스템이 최대 절전모드로 되면 USB 전원 자체가 완전 차단하여 버리며, 상기 SIO 전원공급부(92)는, 상기 5VSB 대기전원에 접속된 분압저항(R24,R25) 및 상기 분압저항의 접속단에 베이스가 결합된 제5 트랜지스터(Q5)로 이루어지며, 5VSB를 3VSB로 강압하면서 인가 전류를 제한하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게는, 상기 SIO(19)로부터의 신호에 따라서, 상기 USB 전원공급부(91) 및 상기 대기전원 공급부(50) 내의 스위칭소자(52)를 제어하는 마이컴(94)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 방법은, CPU(11), SIO(19), 칩셋(14), USB 단자(71,72) 및 BIOS(73)를 포함하는 메인 보드(10)와, ATX 파워 커넥터를 통해 상기 메인 보드와 접속되는 SMPS(20)와, 상기 SMPS(20)와 상기 메인보드(10) 사이에 게재된 대기전원 공급부(50)와, 상기 CPU(11)의 사용량에 따라 에코모드를 차등적으로 적용하여 소비전력을 제어하는 에코세팅부(93)와, 상기 USB 단자(71,72)의 동작 모드에 따라 상이한 USB 전원을 인가하기 위한 USB 전원공급부(91)와, 상기 대기전원 공급부(50) 내에서의 상기 SMPS(20)의 5VSB 전원단(21)으로부터의 5VSB 대기전원 및 상기 5VSB 대기전원을 컨버팅한 3VSB 대기전원의 공급을 절환하는 상기 SIO(19)의 SIO 전원공급부(92)를 포함하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치를 이용한 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 방법으로서, (a) 전원 '온' 상태가 되어(S1), 시스템 전체에 5VSB 대기전력을 공급하고, 상기 SMPS를 통해 메인 보드에 각종 소자들에 모든 동작 전원을 공급하게 되는 상태에서, SIO(19)는, 대기전원 공급부(50)의 스위칭 소자(53)를 온/오프하는 제어 신호('PIO B'; '5VSB_ON) 신호를 '온'시키고, 대기전원 공급부(50)에도 5VSB 대기전력이 공급되도록 하는 단계(S2); (c) 상기 (a) 단계 후, SIO(19)는 상기 USB 전원공급부(91)로의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)를 절환함으로써, USB 전원용 출력(5V DUAL)이 '3VSB'로 출력되어지도록 하는 단계(S5); (d) 상기 에코세팅부(93)는, CPU의 동작이 가장 활성화된 상태인 '에코모드0' 상태로 설정되어지도록 하는 단계(S6); (e) CPU 사용량이 제1 기준치 미만인가 여부를 판단하게 되는 단계(S7); (f) 상기 (e) 단계에서의 판단 결과, 그렇지 않으면 계속해서 체크하고, 제1 기준치 미만인 것으로 판단되면, 상기 '에코모드0' 상태보다 덜 활성화된 상태인 다음 단계인 '에코모드1' 상태로 이행하게 되는 단계(S8); (j) 이후, 시스템의 슬립 모드 상태를 체크하는 단계(S11); (k) 상기 (j) 단계에서의 판단 결과, 시스템의 슬립 모드 상태가 S3 모드 (슬립 모드)이면, 통상적인 S3 슬립 모드 동작으로 이행하고 'Suspended to RAM' 동작을 수행하게 되는 단계(S12); (m) 상기 (k) 단계 이후, 시스템의 웨이크업 상태 여부를 체크하는 단계(S21); (n) 상기 (m) 단계에서의 판단 결과, 웨이크업 상태가 아니면, 시스템의 동작 모드 상태가 S4 모드 (최대절전모드) 인지 여부를 체크하게 되는 단계(S22); 및 (p) 상기 (n) 단계에서의 판단 결과, S4 모드라고 판단되면, PSON# 신호를 'H'로 하여 전체 파워를 오프시키는 단계(S23); 를 포함하며, (b) 상기 (a) 단계 이후에, USB 단자의 동작 모드를 체크하는 단계(S4); 를 더 포함하며, 상기 (b) 단계에서 판단 결과, USB 단자의 동작 모드가 외부 기기 충전모드 가 아닌 경우에는, 상기 (c) 단계로 계속해서 진행하고, USB 단자의 동작 모드가 외부 기기 충전모드인 경우에는, "USB 충전모드 서브루틴"(S41~S43)을 진행 후, 상기 (d) 단계로 진행하며, 상기 "USB 충전모드 서브루틴"은, 상기 USB 전원공급부(91)로의 제어신호를 'L'로 하여, USB 전원(5V DUAL)으로 5VSB가 출력되도록 하고(S41), 이후, 만충전(Full charge)인지 여부를 체크하여(S42), 만충전이 아니면 계속해서 체크하고, 만충전이면, USB 전원공급부(91)로의 제어신호를 'H'로 하여, USB 전원(5V DUAL)으로 3VSB가 출력(S43)되도록 하며, (g) 상기 (f) 단계 이후, 상기 CPU 사용량이 상기 제1 기준치보다 더 낮은 제2 기준치 미만인가 여부를 판단하게 되는 단계(S9); 및 (h) 상기 (g) 단계에서의 판단 결과, 그렇지 않으면 계속해서 체크하고, 제2 기준치 미만인 것으로 판단되면, 상기 '에코모드1' 상태보다 덜 활성화된 상태인 다음 단계인 '에코모드2' 상태로 이행하게 되는 단계(S10); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게는, 상기 '에코모드0' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 'ON' 상태로 하고, 전체 프로세서 코어를 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능을 'auto'로 하며, C1E 서포트 기능은 디제이블시키고, 상기 '에코모드1' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 'ON' 상태로 유지하되, 프로세서 코어는 일부(절반)만 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능을 '이네이블'로 하며, C1E 서포트 기능도 '이네이블' 시키며, 상기 '에코모드2' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 '디제이블' 시키고, 프로세서 코어는 최소한으로 (일례로 1~2개만) 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능 및 C1E 서포트 기능은 역시 '이네이블' 상태로 유지하는 것을 특징으로 한다.

다른 한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 측면에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치를 적용한 컴퓨터 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법, 그리고 이를 적용한 컴퓨터 시스템에 따르면, 다양한 동작 모드를 갖는 컴퓨터 시스템에서, 컴퓨터 시스템 자원의 사용량에 따라 최적의 소비전력을 공급하는 것이 가능하여 에너지 절감을 꾀할 수 있다.

상기 목적 및 효과 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 1은 종래의 컴퓨터 전원공급장치의 개념도.
도 2는 제3 종래기술에 따른 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치의 블록도.
도 3은 종래의 일반적인 파워온 동작의 개념을 설명하는 도면.
도 4는 도 3의 PS_ON 회로(19a)의 블록도.
도 5는 도 3의 각 신호들의 타이밍 챠트.
도 6은 종래의 일반적인 파워온 동작의 개념을 설명하는 또다른 예의 도면.
도 7은 도 6의 각 신호들의 타이밍 챠트.
도 8은 제4 종래기술에 따른 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치의 블록도.
도 9는 제4 종래기술에 따른 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치의 상세 회로도.
도 10은 제4 종래기술에 따른 대기전력이 절감되는 컴퓨터 전원공급장치의 마이컴의 동작흐름도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 전체 개략 구성도.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 동작 방법을 나타내는 동작흐름도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 전체 개략 구성도.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 동작 방법을 나타내는 동작흐름도.
도 14는 도 12에서의 USB 충전 모드에 따른 서브루틴의 동작 방법을 나타내는 상세 동작흐름도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 전체 개략 구성도이고, 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 동작 방법을 나타내는 동작흐름도이고, 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 전체 개략 구성도이고, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 동작 방법을 나타내는 동작흐름도이며, 도 14는 도 12에서의 USB 충전 모드에 따른 서브루틴의 동작 방법을 나타내는 상세 동작흐름도이다.

다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

(본 발명의 제1 실시예에 따른 대기전력 최적화 장치 및 방법)

우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법에 대하여, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 컴퓨터 시스템은, 도 11 에서 보는 바와 같이, 메인 보드(10)와 파워서플라이(SMPS)(20) 사이에 대기전원 공급부(50)가 개재되어, 정상 동작시에만 회로구동을 위하여 5VSB 전원을 사용하고 나머지 구동은 3VSB를 사용하도록 제어하는바, 일례로 5VSB 에서 3VSB 로의 컨버터(53)에 의해 3VSB 를 시스템에 공급하되, SIO(19)로부터의 'GPIO B' 제어신호에 의해 스위칭 소자(52)를 온/오프함으로써 이루어지되, 상기 'GPIO B' 제어신호에 대해서는 본 발명자의 특허 제1741225호 (SIO를 이용한 컴퓨터 시스템의 전력 절감 장치 및 방법) 에 개시되어 있는 방식을 사용가능하다. PMOS FET(51)는, 5VSB를 시스템에 안정적으로 공급하기 위한 일종의 전압 레귤레이터이다.

이때, 상기 SIO(19) 및 'GPIO B' 포트를 이용함으로써, 종래기술에 비해 별도의 추가적인 장치를 사용하지 않으면서도, 컴퓨터 시스템의 기동시 전력 절감이 가능하게 되는바, 이 경우라도 SIO(19)에는 여전히 3VSB/5VSB 전원에 2A 정도의 동작 전원이 인가되므로, 상기 SIO 에서 약 6W/10W 정도의 적지 않은 전력이 소비되어 진다.

이에, 본 발명에서는, 도 11에서 보는 바와 같이, 상기 파워서플라이(20)의 5VSB 전원단(21)으로부터의 5VSB 단자에 접속되는 SIO 전원공급부(92)를 접속하여, 상기 SIO 전원공급부(92)로부터 3VSB로 공급전압을 낮추고, 동시에 출력 전류를 제한하여 공급하도록 함으로써, 결국 SIO에 의해 소비 전력을 최적으로 절감하게 된다.

보다 구체적으로는, 5VSB 전원단(21)이 분압 저항(R24,R25)을 통해 약 4V로 분압되어지고, 트랜지스터(Q5)를 통해 다시 0.7V 강압되어, 결국 상기 SIO(19)로의 입력 전압(3VSB_IO)이 3VSB 전압 (즉, 3.3V) 으로 출력되어 지도록 한다.

이때, 상기 출력 전압의 식은 다음 <수학식 1>과 같으며, 출력 전압이 3.3V 가 되도록 분압저항 (R24 및 R25) 이 정해진다.

<수학식 1>

Vo = 5VSB_ATX * R25/(R24+R25) - 0.7 = 3.3[V}

한편, 상기 제1 분압저항(R24)을 포함하는 등가저항(Req)은 127Ω 이상으로 정해짐으로써, 다음 <수학식 2>와 같이, 출력 전류가 25 mA 이하로, 바람직하게는 20 mA정도로 정해지도록 하는 것이 바람직하다.

<수학식 2>

Io = Vo / Req = 3.3V/127Ω ≒ 25mA

한편, 5VSB 대신 3VSB가 시스템에 공급되고 있을 경우, USB 공급전원도 3VSB가 접속되는 것이 일반적인 바, 통상 USB 모드가 신호 출력 모드일 경우에는 문제가 되지 않으나, USB를 통해 외부 기기를 충전하는 모드일 경우에는, 3VSB가 아닌 5VSB가 USB 포트(71, 72)에 공급되어져야 한다. 즉, USB 포트에는 5VSB 및 3VSB 가 모두 공급가능하여야 하는바, 이를 도 11의 USB 전원공급부(91)에 의해 상술한다.

일단, SIO(19)로부터의 출력 신호(3VSBSW_L)가 3VSB용 제3 스위칭소자(Q3) 및 5VSB용 제4 스위칭소자(Q4)의 제어단에 접속되는바, 보다 구체적으로는, 상기 제4 스위칭소자(Q4)(바람직하게는 P 채널형 FET)의 제어단은 저항(R20)을 통해 5VSB 단에 접속되면서 동시에 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단에, 그리고 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 이미터단은 상기 SIO(19)로부터의 출력 신호(3VSBSW_L)에, 그리고 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스단은 베이스 저항(R21)을 통해 상기 3VSB 단에 접속되어 진다. 유사하게, 상기 제3 스위칭소자(Q3)(바람직하게는 N 채널형 FET)의 제어단은 저항(R22)을 통해 Vcc에 접속되면서 동시에 제1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에, 그리고 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 이미터단은 상기 SIO(19)로부터의 출력 신호(3VSBSW_L)에, 그리고 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단은 베이스 저항(R23)을 통해 상기 3VSB 단에 접속되어 진다. 이때, 즉, 상기 3VSB용 제3 스위칭소자(Q3) 및 5VSB용 제4 스위칭소자(Q4)가, 공히 상기 SIO(19)로부터의 출력 신호(3VSBSW_L)에 의해 제어되되, 상호 반대 채널형으로서 반대로 온/오프되도록 하는 것이다. 상기 제1 및 제2 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스단에는 공히 3VSB가 접속되므로, 대기전원이 공급되는 한, 상기 제1 및 제2 트랜지스터(Q1,Q2)는 '온'상태를 유지하게 된다.

이제, 상기 USB 전원공급부(91)의 동작에 대하여 설명하면, 먼저 상기 SIO(19)로부터의 출력 신호(3VSBSW_L)가 'L'일 경우에는, 5VSB용 제4 트랜지스터(Q4)가 '온' 상태가 되므로, 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 5VSB가 출력되며, 결국 USB 포트(71, 72)를 통해 USB 전원이 5VSB로 공급되므로, 이때 제3 트랜지스터(Q3)는 어떤 상태여도 상관없이, 5VSB의 USB 전원이 USB 포트(71,72)로 공급되어 진다.

한편, 상기 SIO(19)로부터의 출력 신호(3VSBSW_L)가 'H'일 경우에는, 5VSB용 제4 트랜지스터(Q4)가 '오프' 상태로 되며, 3VSB용 제3 트랜지스터(Q3)가 '온' 상태로 되는바, 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 3VSB가 출력되며, 결국 3VSB의 USB 전원이 USB 포트(71,72)로 공급되어 진다.

참고로, 컴퓨터 시스템에 최대 절전모드로 되어, Vcc 자체가 공급되어 지지 않게 되면, 상기 5VSB용 제4 트랜지스터(Q4)는 물론, 3VSB용 제3 트랜지스터(Q3)도 '오프' 상태로 되는바, 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 전압이 인가되지 않게 되므로, USB 전원 자체가 완전 차단되어 버린다.

경우에 따라서는, 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL) 단에서 'GPIO A' 신호로 피드백되어, 상기 SIO(19)가 이를 감지하여 미도시된 표시부로 USB 전원 모드를 표시하거나 고장인 상태를 감지하여 에러 표시를 하거나 하도록 할 수 있으나, 상기 'GPIO A' 신호는 반드시 필요한 신호는 아니다.

이제, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 방법에 대하여, 도 12를 주로 참조하고 도 11을 보조적으로 참조하여, 설명한다.

먼저, 도 12에서 보는 바와 같이, 파워 버튼이 턴온되어 전원 '온' 상태가 되면(S1), SIO(19)로부터의 'GPIO B' 신호가 '온'되고, PSON# 신호가 'L'로 되어 전원공급장치(20)로부터의 모든 파워가 파워온 상태로 된다(S2).

잠시 (일례로 5초) 대기 후(S3), SIO(19)로부터의 '3VSBSW_L' 신호를 'H'로 절환함으로써, USB 전원용 5V DUAL 출력이 '3VSB'로 출력되어지도록 한다(S5). 도 11의 에코세팅부(93)는 동시에, CPU의 동작이 가장 활성화된 상태(에코모드0 상태)로 설정되어지는바(S6), '에코모드0' 상태는, 도 11의 에코세팅부(93)에서 다음 <표 1>에서와 같이 규정되어질 수 있다. 도 11에서는, 에코세팅부(93)가 일종의 BIOS인 SPI 플래시(73)와 OS(10c) 사이에 BIOS 펌웨어 형태로 프로그래밍될 수도 있으나, 응용 소프트웨어(10c') 로도 설정가능하다.

에코모드0	H/T ON Full Processor cores Intel C-state Auto C1E support Disabled
에코모드1	H/T ON Processor cores to half Intel C-state enable C1E support Enable
에코모드2	H/T Disable Processor cores 2 Intel C-state enable C1E support Enable

즉, '에코모드0' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 'ON' 상태로 하고, 전체 프로세서 코어를 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능을 'auto'로 하며, C1E 서포트 기능은 디제이블 시킨다. 즉, 일단 시스템 자원이 최대로 활성화되는 상태로 시스템을 시작하게 되며, 이제 'S7' 단계에서, CPU 사용량이 제1 기준치 (일례로 20~50%, 바람직하게는 30%) 미만인가 여부를 판단하게 되는바, 그렇지 않으면 계속해서 체크하고, 제1 기준치 미만인 것으로 판단되면, 다음 단계인 '에코모드1' 상태로 이행하게 된다(S8).

상기 '에코모드1' 상태는, 상기 '에코모드0' 상태 보다는 덜 활성화된 상태이며, 역으로 후술하는 '에코모드2' 상태 모다는 좀더 활성화된 중간 상태이다. 즉, '에코모드1' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 'ON' 상태로 유지하되, 프로세서 코어는 절반만 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능을 '이네이블'로 하며, C1E 서포트 기능도 '이네이블' 시킨다.

이후, 'S9' 단계에서, CPU 사용량이 상기 제1 기준치보다 더 낮은 제2 기준치 (일례로 5~20%, 바람직하게는 10%) 미만인가 여부를 판단하게 되는바, 그렇지 않으면 계속해서 체크하고, 제2 기준치 미만인 것으로 판단되면, 그 다음 단계인 '에코모드2' 상태로 이행하게 된다.

상기 '에코모드2' 상태는, 상기 '에코모드1' 상태 보다도 덜 활성화된 상태인바, '에코모드2' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 '디제이블' 시키고, 프로세서 코어는 최소한으로 (일례로 2개만) 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능 및 C1E 서포트 기능은 역시 '이네이블' 상태로 유지한다.

이후, 시스템의 슬립 모드 상태를 체크하는바(S11), 시스템의 슬립 모드 상태가 S3 모드 (슬립 모드)이면, 통상적인 S3 슬립 모드 동작으로 이행하고 (일례로 Vcc 차단, 등) 'Suspended to RAM' 동작을 수행하게 된다. 'Suspended to RAM' 동작에 대해서는, 본 발명자의 선등록 특허 제1753338호 "PWM 제어 신호를 이용한 컴퓨터 시스템의 단계적인 대기전력 절감 장치 및 방법"의 발명에 상세히 설명되어 있는바, 3VSB 대기전원도 차단하고, 1.2~1.5V의 최소 전원만을 RAM에 공급하는 것이다.

이제, 시스템의 웨이크업 상태 여부를 체크하고(S21), 웨이크업 상태가 아니면, 시스템의 동작 모드 상태가 S4 모드 (최대절전모드) 인지 여부를 체크하게 되는바(S22), S4 모드라고 판단되면, PSON# 신호를 'H'로 하여 전체 파워를 오프시키며, 이때 'GPIO B' 신호도 오프시킨다.

(본 발명의 제2 실시예에 따른 대기전력 최적화 장치 및 방법)

이제, 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법에 대하여, 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 제2 실시예에 따른 컴퓨터 시스템은, 도 13 에서 보는 바와 같이, 제1 실시예의 도 11에 비해, SIO(19)로부터의 'GPIO B' 신호가 직접 대기전원 공급부(50)의 3VSB 스위칭소자(52)로 직접 인가되는 대신, 마이컴(94)를 통해 인가된다는 점이 가장 큰 차이점이다.

즉, SIO(19)로부터의 'SLP_TYP' 신호가 시스템의 현재 동작 모드 상태를 마이컴(94)에 알려주게 되며, 이에 응하여 마이컴(94)은, 제1 실시예의 상기 'GPIO B' 신호와 같이, 대기전원 공급부(50)의 3VSB 스위칭소자(52)를 제어하는 신호 '5VSB_ON' 신호를 출력함으로써, 상기 스위칭소자(52)를 온/오프시키게 된다.

한편, 상기 마이컴(94)이 추가됨으로 인하여, USB의 현재 상태를 'USB D+' 및 'USB D-' 단자를 통해 체크할 수 있는바, 예를들어 상기 'USB D+' 및 'USB D-' 단자가 쇼트 상태이면, 현재 USB의 상태가 외부 기기 충전모드임을 나타내며, 따라서 상기 마이컴은 상기 USB 전원공급부(91)로의 제어신호 'USBPWR_S' 신호를 'L'로 하여, USB 전원(5V DUAL)으로 5VSB가 출력되어 지도록 하는 것이다.

그리하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 방법에 의하면, 도 14 및 도 15에서 보는 바와 같이, 상기 제1 실시예의 S1 내지 S3 단계 후에, 현재 USB의 상태가 외부 기기 충전모드인지 여부를 판단하기 위하여 상기 'USB D+' 및 'USB D-' 단자가 쇼트 상태인지 여부를 판단하게 되는바(S4), 쇼트상태가 아니면 S5 단계로 계속해서 진행하고, 쇼트상태이면 도 15의 "USB 충전모드 서브루틴"으로 진행하는바, 상기 마이컴은 상기 USB 전원공급부(91)로의 제어신호 'USBPWR_S' 신호를 'L'로 하여, USB 전원(5V DUAL)으로 5VSB가 출력되도록 한다(S41).

이후, 만충전(Full charge)인지 여부를 체크하여(S42), 만충전이 아니면 계속해서 체크하고, 만충전이면, USB 전원공급부(91)로의 제어신호 'USBPWR_S' 신호를 'H'로 하여, USB 전원(5V DUAL)으로 3VSB가 출력되도록 한 후(S43), 상기 S6 단계로 계속해서 진행한다.

상기 'USB D+' 및 'USB D-' 단자 쇼트 상태 여부 판단 단계(S4, S14, S24) 및 쇼트 상태 시, 도 15의 "USB 충전모드 서브루틴"으로의 분기 동작은, 도 14에서의 S7 단계 이후에도 반복되며, 나아가 상기 S9 단계 이후에도 반복되어진다. 즉, 각 단계에서 USB 충전 모드인지 여부를 수시로 체크하여 USB 충전 모드시에는 USB 전원(5V DUAL)으로 5VSB가 출력되도록 해 주도록 한다.

나머지 S11 내지 S23 단계는 제1 실시예의 경우와 동일하므로, 자세한 설명을 생략한다.

이와 같은 본 발명의 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치 및 방법, 그리고 이를 적용한 컴퓨터 시스템에 의하면, i) 5VSB 및 3VSB 신호의 절환 제어를 행하는 SIO(19)의 인가 전류를 최소화하여 SIO 자체의 소비전력을 최적화하며, (6W에서 0.6W로 절감이 가능함), ii) CPU의 사용량에 따라 차등화된 에코 모드를 실행하게 되어 역시 시스템 자원의 사용량에 따른 소비전력 최적화가 가능하게 되며, iii) USB의 사용 모드에 따라서도 최적화된 USB 전원 공급이 가능하며, iv) 또한, 제2 실시예의 경우에는, 추가적으로 마이컴을 사용함으로써 더욱 안정화된 시스템 구축이 가능하면서도, 추가적인 에너지 절감이 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

(종래기술)
10 : 메인보드
11 : CPU 12 : SIO (System IO)
13 : 파워 버튼 14 : 칩셋
15 : 리셋 버튼 16 : 제1 배터리
17 : 리쥼리셋 18 : LAN
19 : 수퍼IO (Super IO) 19a : PS_ON 회로
20 : 파워서플라이 (SMPS) 30 : 마이컴
40 : 제1 스위칭부 41 : 제2 스위칭부
50 : 케이스 파워 스위치 60 : 파워 커넥터
70 : V_DD 감지부
(본 발명)
10 : 메인보드 10a: 메모리
10a': 메모리 전원 공급 제어부
10c: OS 10c': 응용 소프트웨어
11 : CPU 14 : 칩셋
19 : SIO
20 : 파워서플라이 (SMPS) 21 : 5VSB 전원단
50 : 대기전원 공급부 51 : PMOS FET
52 : 스위칭소자 53 : 컨버터
91 : USB 전원공급부 92 : SIO 전원공급부
93 : 에코 세팅부 94 : 마이컴

Claims

CPU(11), SIO(19), 칩셋(14), USB 단자(71,72) 및 BIOS(73)를 포함하는 메인 보드(10)와, ATX 파워 커넥터를 통해 상기 메인 보드와 접속되는 SMPS(20), 상기 SMPS(20)와 상기 메인보드(10) 사이에 게재된 대기전원 공급부(50), 그리고 각종 주변 장치들을 포함하는 컴퓨터 시스템의 에너지 절감 장치로서,
상기 CPU(11)의 사용량에 따라 에코모드를 차등적으로 적용하여 소비전력을 제어하는 에코세팅부(93);
상기 USB 단자(71,72)의 동작 모드에 따라 상이한 USB 전원을 인가하기 위한 USB 전원공급부(91); 및
상기 대기전원 공급부(50) 내에서의 상기 SMPS(20)의 5VSB 전원단(21)으로부터의 5VSB 대기전원 및 상기 5VSB 대기전원을 컨버팅한 3VSB 대기전원의 공급을 절환하는 상기 SIO(19)의 SIO 전원공급부(92);
를 더 포함하되,
상기 에코세팅부(93)는, CPU 사용량이 기 설정된 기준치 미만인가 여부를 판단하여, CPU의 동작이 가장 활성화된 상태로부터 상기 가장 활성화된 상태보다 덜 활성화된 상태로 이행하도록 하며,
상기 USB 전원공급부(91)는, 5VSB의 고전압 대기전원을 인가하기 위한 고전압용 제4 트랜지스터(Q4)와 3VSB의 저전압 대기전원을 인가하기 위한 저전압용 제3 트랜지스터(Q3)와 이들을 각각 제어하는 제어신호단의 소자들로 구성되되, 상기 제4 트랜지스터(Q4)의 제어신호단에는 3VSB 대기전원과 SIO로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)에 의해 5VSB 대기전원이 선택적으로 인가되도록 하고, 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 제어신호단에는 3VSB 대기전원과 SIO로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)에 의해 Vcc 동작전원이 선택적으로 인가되도록 구성됨으로써, i) 상기 SIO(19)로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)가 'L'일 경우에는, 상기 제4 트랜지스터(Q4)가 '온' 상태가 되어 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 5VSB가 출력되고, ii) 상기 SIO(19)로부터의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)가 'H'일 경우에는, 상기 제4 트랜지스터(Q4)가 '오프' 상태로 되나 상기 제3 트랜지스터(Q3)는 '온' 상태로 되어 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 3VSB가 출력되며, iii) Vcc 동작전원 자체가 공급되어 지지 않게 되면, 상기 제4 트랜지스터(Q4) 및 상기 제3 트랜지스터(Q3) 모두 '오프' 상태로 되어 상기 USB 전원공급부(91)의 출력신호(5V DUAL)로 전압이 인가되지 않게 되는바, USB 단자의 동작 모드를 체크하여 USB 단자의 동작 모드가 외부 기기 충전모드인 경우에는 USB 전원으로 5VSB가 출력되도록 하고, 이후, 만충전(Full charge)인지 여부를 체크하여, 만충전이 되면, USB 전원으로 3VSB가 출력되도록 하며, 추후 컴퓨터 시스템이 최대 절전모드로 되면 USB 전원 자체가 완전 차단하여 버리며,
상기 SIO 전원공급부(92)는, 상기 5VSB 대기전원에 접속된 분압저항(R24,R25) 및 상기 분압저항의 접속단에 베이스가 결합된 제5 트랜지스터(Q5)로 이루어지며, 5VSB를 3VSB로 강압하면서 인가 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 SIO(19)로부터의 신호에 따라서, 상기 USB 전원공급부(91) 및 상기 대기전원 공급부(50) 내의 스위칭소자(52)를 제어하는 마이컴(94)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치.
CPU(11), SIO(19), 칩셋(14), USB 단자(71,72) 및 BIOS(73)를 포함하는 메인 보드(10)와, ATX 파워 커넥터를 통해 상기 메인 보드와 접속되는 SMPS(20)와, 상기 SMPS(20)와 상기 메인보드(10) 사이에 게재된 대기전원 공급부(50)와, 상기 CPU(11)의 사용량에 따라 에코모드를 차등적으로 적용하여 소비전력을 제어하는 에코세팅부(93)와, 상기 USB 단자(71,72)의 동작 모드에 따라 상이한 USB 전원을 인가하기 위한 USB 전원공급부(91)와, 상기 대기전원 공급부(50) 내에서의 상기 SMPS(20)의 5VSB 전원단(21)으로부터의 5VSB 대기전원 및 상기 5VSB 대기전원을 컨버팅한 3VSB 대기전원의 공급을 절환하는 상기 SIO(19)의 SIO 전원공급부(92)를 포함하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 장치를 이용한 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 방법으로서,
(a) 전원 '온' 상태가 되어(S1), 시스템 전체에 5VSB 대기전력을 공급하고, 상기 SMPS를 통해 메인 보드에 각종 소자들에 모든 동작 전원을 공급하게 되는 상태에서, SIO(19)는, 대기전원 공급부(50)의 스위칭 소자(53)를 온/오프하는 제어 신호('PIO B'; '5VSB_ON) 신호를 '온'시키고, 대기전원 공급부(50)에도 5VSB 대기전력이 공급되도록 하는 단계(S2);
(c) 상기 (a) 단계 후, SIO(19)는 상기 USB 전원공급부(91)로의 제어 신호('3VSBSW_L'; 'USBPER_S)를 절환함으로써, USB 전원용 출력(5V DUAL)이 '3VSB'로 출력되어지도록 하는 단계(S5);
(d) 상기 에코세팅부(93)는, CPU의 동작이 가장 활성화된 상태인 '에코모드0' 상태로 설정되어지도록 하는 단계(S6);
(e) CPU 사용량이 제1 기준치 미만인가 여부를 판단하게 되는 단계(S7);
(f) 상기 (e) 단계에서의 판단 결과, 그렇지 않으면 계속해서 체크하고, 제1 기준치 미만인 것으로 판단되면, 상기 '에코모드0' 상태보다 덜 활성화된 상태인 다음 단계인 '에코모드1' 상태로 이행하게 되는 단계(S8);
(j) 이후, 시스템의 슬립 모드 상태를 체크하는 단계(S11);
(k) 상기 (j) 단계에서의 판단 결과, 시스템의 슬립 모드 상태가 S3 모드 (슬립 모드)이면, 통상적인 S3 슬립 모드 동작으로 이행하고 'Suspended to RAM' 동작을 수행하게 되는 단계(S12);
(m) 상기 (k) 단계 이후, 시스템의 웨이크업 상태 여부를 체크하는 단계(S21);
(n) 상기 (m) 단계에서의 판단 결과, 웨이크업 상태가 아니면, 시스템의 동작 모드 상태가 S4 모드 (최대절전모드) 인지 여부를 체크하게 되는 단계(S22); 및
(p) 상기 (n) 단계에서의 판단 결과, S4 모드라고 판단되면, PSON# 신호를 'H'로 하여 전체 파워를 오프시키는 단계(S23);
를 포함하며,
(b) 상기 (a) 단계 이후에, USB 단자의 동작 모드를 체크하는 단계(S4);
를 더 포함하며,
상기 (b) 단계에서 판단 결과, USB 단자의 동작 모드가 외부 기기 충전모드 가 아닌 경우에는, 상기 (c) 단계로 계속해서 진행하고, USB 단자의 동작 모드가 외부 기기 충전모드인 경우에는, "USB 충전모드 서브루틴"(S41~S43)을 진행 후, 상기 (d) 단계로 진행하며,
상기 "USB 충전모드 서브루틴"은, 상기 USB 전원공급부(91)로의 제어신호를 'L'로 하여, USB 전원(5V DUAL)으로 5VSB가 출력되도록 하고(S41), 이후, 만충전(Full charge)인지 여부를 체크하여(S42), 만충전이 아니면 계속해서 체크하고, 만충전이면, USB 전원공급부(91)로의 제어신호를 'H'로 하여, USB 전원(5V DUAL)으로 3VSB가 출력(S43)되도록 하며,
(g) 상기 (f) 단계 이후, 상기 CPU 사용량이 상기 제1 기준치보다 더 낮은 제2 기준치 미만인가 여부를 판단하게 되는 단계(S9); 및
(h) 상기 (g) 단계에서의 판단 결과, 그렇지 않으면 계속해서 체크하고, 제2 기준치 미만인 것으로 판단되면, 상기 '에코모드1' 상태보다 덜 활성화된 상태인 다음 단계인 '에코모드2' 상태로 이행하게 되는 단계(S10); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 '에코모드0' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 'ON' 상태로 하고, 전체 프로세서 코어를 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능을 'auto'로 하며, C1E 서포트 기능은 디제이블시키고,
상기 '에코모드1' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 'ON' 상태로 유지하되, 프로세서 코어는 일부만 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능을 '이네이블'로 하며, C1E 서포트 기능도 '이네이블' 시키며,
상기 '에코모드2' 상태에서는, CPU의 멀티태스킹 효율 관리를 위한 'Hyper Threading' 기능을 '디제이블' 시키고, 프로세서 코어는 1개 내지 2개만 활성화하며, 전력 효율을 위한 C-state 기능 및 C1E 서포트 기능은 역시 '이네이블' 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 시스템 자원 사용량에 따른 전원공급의 최적화 방법.