TW201409223A - 電源切換系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於一電腦系統之電源切換系統，包含有一電源供應模組，用來根據一外部電壓源，產生一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓源；一控制模組，用來根據一反饋訊號，產生一控制訊號；以及一電源切換模組，耦接於該電源供應模組以及該控制模組，用來根據該控制訊號，輸出可調變之該系統工作電壓源以及該功率電晶體驅動電壓源至一電源模組；其中，該反饋訊號用來判斷該電腦系統之一工作模式係為一重載工作模式或一輕載工作模式。

Description

電源切換系統及其方法
本發明係指一種電源切換系統及其方法，尤指一種判斷一電腦系統之工作模式，以適性地調整一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓源之電源切換系統及其方法。
隨著數位時代及科技的進步，數位產品或各種功能取向之電腦系統已成為一般人日常生活中不可或缺的必需品。針對數位產品或電腦系統，除了提供穩定的電壓源(例如透過一穩定電壓產生器)使其正常運作外，另一方面，當該些數位產品或電腦系統進入休眠模式而不需運作時，使用者又希望能適性地切換為較小數值之電壓源，同時節省電源消耗，並提高轉換效率以避免不必要之損耗，使該些數位產品或電腦系統仍可維持基本運作功能以及等待被重新喚醒。然而，習知技術所提供的轉換機制或電源模組於轉換過程中將產生較大的能源損耗，不利於使用者進行電壓源之切換操作。
因此，提供一種更有效率之電源切換系統及其方法，可適性地調整一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓源，使數位產品或電腦系統同時可正常運作，或僅維持基本運作功能以等待被重新喚醒，已成為本領域之重要課題。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種判斷一電腦系統之工作模式來適性地調整一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓 源之電源切換系統及其方法。
本發明揭露一種用於一電腦系統之電源切換系統，包含有一電源供應模組，用來根據一外部電壓源，產生一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓源；一控制模組，用來根據一反饋訊號，產生一控制訊號；以及一電源切換模組，耦接於該電源供應模組以及該控制模組，用來根據該控制訊號，輸出可調變之該系統工作電壓源以及該功率電晶體驅動電壓源至一電源模組；其中，該反饋訊號用來判斷該電腦系統之一工作模式係為一重載工作模式或一輕載工作模式。
本發明另揭露用於一電腦系統之電源切換方法，包含有根據一外部電壓源，產生一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓源；根據一反饋訊號，產生一控制訊號；以及根據該控制訊號，輸出可調變之該系統工作電壓源以及該功率電晶體驅動電壓源至一電源模組；其中，該反饋訊號用來判斷該電腦系統之一工作模式係為一重載工作模式或一輕載工作模式。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一電源切換系統10之示意圖，其中電源切換系統10係設置於一電腦系統(圖中未示)內，或者兩者相互耦接，使電源切換系統10能穩定操作電腦系統於一重載工作模式(High performance operational mode)或一輕載工作模式(Power saving operational mode)下。如第1圖所示，電源切換系統10包含有一電源供應模組100、一控制模組102、一電源切換模組104以及一電源模組106。電源供應模組100接收一外部電壓源 (圖中未示)，據以產生一系統工作電壓源S_SO與一功率電晶體驅動電壓源S_SS。控制模組102根據一反饋訊號S_FB，產生一控制訊號S_C至電源切換模組104。電源切換模組104耦接於電源供應模組100與控制模組102，用來接收系統工作電壓源S_SO、功率電晶體驅動電壓源S_SS以及控制訊號S_C，並利用控制訊號S_C，適性輸出調變後之系統工作電壓源S_SO與功率電晶體驅動電壓源S_SS至電源模組106。電源模組106常見為一降壓器，用來將已接收的系統工作電壓源S_SO與功率電晶體驅動電壓源S_SS轉換為適用於電腦系統中不同電源需求之電源模組。此外，第1圖中的電源模組106之數量僅以單一個表示，當然根據不同的電腦系統與使用者需求，電源模組106之數量可作適性地調整，非用以限制本發明之範疇。
簡單來說，本實施例係利用電腦系統中的組成元件/模組，其可對應產生不同的反饋訊號S_FB來代表當前電腦系統的工作模式，並由控制模組102進行不同工作模式的判斷(即為判斷電腦系統係為重載工作模式或輕載工作模式)，以輸出控制訊號S_C來控制電源切換模組104對應輸出調變後的系統工作電壓源S_SO與功率電晶體驅動電壓源S_SS。在此情況下，電腦系統可適性地切換於不同的操作電壓，同時保持電腦系統較高的功率轉換效率，以避免不必要的功率耗損。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一反饋模組20之示意圖。如第2圖所示，反饋模組20係耦接於控制模組102以對應提供反饋訊號S_FB，而反饋模組20包含有至少一處理器200、一繪圖 晶片202、一儲存裝置204(例如DDR或DIMM)、一電源模組控制晶片206與一外部電壓源感測器208。在此為了清楚說明，本實施例係直接將原本就設置於電腦系統中的處理器200、繪圖晶片202、儲存裝置204與電源模組控制晶片206，同時搭配外部電壓源感測器208來形成反饋模組20，當然本領域具通常知識者，亦可利用控制模組102直接接收來自處理器200、繪圖晶片202、儲存裝置204、電源模組控制晶片206或外部電壓源感測器208之反饋訊號S_FB，非用以限制本發明之範疇。
詳細來說，處理器200、繪圖晶片202、儲存裝置204與電源模組控制晶片206各自包含有一功率狀態暫存器32h(圖中未示)，對應儲存有當前各自的工作模式，並利用一內部整合電路傳輸介面(I2C)、一序列周邊介面(PSI)、一電源管理匯流排(PMUSB)、一系統管理匯流排(SMUSB)或一SVID匯流排來傳輸反饋訊號S_FB，當然，本領域具通常知識者亦可適性改變上述傳輸反饋訊號S_FB之方式將其同時共用，以達成反饋訊號S_FB的有線/無線傳輸者，而並非侷限於第2圖中的表達方式。較佳地，功率狀態暫存器32h包含有一P0模式、一P1模式、一P2模式以及一P3模式，分別利用00h、01h、02h與03h之格式進行反饋訊號S_FB的傳輸操作。當工作模式係為P0模式(即00h格式)或P1模式(即01h格式)時，控制模組102將判斷電腦系統為重載工作模式，而當工作模式係為P2模式(即02h格式)或P3模式(即03h格式)時，控制模組102將判斷電腦系統為輕載工作模式，據此產生不同的控制訊號S_C。
除此之外，外部電壓源感測器208之操作方式係利用一精密電阻(圖中未示)與一類比數位轉換器(圖中未示)，偵測當前提供給電源供應模組100之外部電壓源的數值，以和外部電壓源感測器208之一暫存器(圖中未示)的預設值進行比較，據以判斷目前的電腦系統係為重載工作模式或輕載工作模式。當然，本領域具通常知識者亦可結合外部電壓源感測器208與其他的電壓/電流轉換器，或於外部電壓源感測器208之暫存器內預設有一查找表，使外部電壓源感測器208能適性根據所輸入的外部電壓源，對應判斷目前電腦系統係為重載工作模式或輕載工作模式者，皆為本發明之範疇。
簡單來說，本實施例的反饋模組20將透過上述實施方式，擷取電腦系統內部中所有可能代表其工作模式之訊號者，據此判斷當前電腦系統之工作模式，進而產生反饋訊號S_FB至控制模組102，使電源切換模組104輸出調變後之系統工作電壓源S_SO與功率電晶體驅動電壓源S_SS。因此，本領域具通常知識者係可將本實施例的概念，應用到其他的電子數位裝置上，使其只要能動態地擷取不同電子數位裝置之反饋訊號S_FB，對應判斷反饋訊號S_FB代表之工作模式，進而達到切換系統工作電壓源S_SO與功率電晶體驅動電壓源S_SS者，皆為本發明之範疇。值得注意地，於本實施例中，當電腦系統被判斷為重載工作模式時，反饋訊號S_FB為一低態訊號，而電源切換模組104將對應輸出系統工作電壓源S_SO為12伏特與功率電晶體驅動電壓源S_SS為8伏特；當電腦系統被判斷為輕載工作模式時，反饋訊號S_FB為一高態訊號，而電源切換模組104將對應輸出系統工作電壓源S_SO為8伏特與功率電晶體驅動 電壓源S_SS為5伏特。換句話說，本實施例的切換機制係同時提供可調變的系統工作電壓源S_SO與功率電晶體驅動電壓源S_SS，使電腦系統將根據不同工作電壓，以適性地操作於不同輸入電壓來提高轉換效率同時減少耗損，至於上述的數字僅為示範性說明，非用以限制本發明之範疇。
此外，本實施例中的電源切換模組104更包含有一系統工作電壓源轉換單元與一功率電晶體驅動電壓源轉換單元。請參考第3圖與第4圖，其中，第3圖為本發明實施例一系統工作電壓源轉換單元30之詳細示意圖，而第4圖為本發明實施例一功率電晶體驅動電壓源轉換單元40之詳細示意圖。如第3圖所示，系統工作電壓源轉換單元30接收控制訊號S_C以控制開關電晶體SW1、SW2的導通情形。根據開關電晶體SW1、SW2的導通情形，另一控制訊號S_G將對應產生，以控制P型金氧半場效應電晶體Q1、Q2的導通情形，進而切換工作電壓源轉換單元30以輸出系統工作電壓源S_SO為12伏特或8伏特。在本實施例中，當控制訊號S_C為高態時，將關閉P型金氧半場效應電晶體Q1而開啟P型金氧半場效應電晶體Q2，使工作電壓源轉換單元30輸出8伏特的系統工作電壓源S_SO；當控制訊號S_C為低態時，將開啟P型金氧半場效應電晶體Q1而關閉P型金氧半場效應電晶體Q2，使工作電壓源轉換單元30輸出12伏特的系統工作電壓源S_SO。
請再參考第4圖，功率電晶體驅動電壓源轉換單元40將耦接於習知一電源控制模組之功率電晶體電壓源輸入VBOOST，同時本實施例電腦系統中所使用的電晶體，於功率電晶體驅動電壓源S_SS 的驅動下，將獲得較高的導通電壓並對應減少其阻抗值，進而提高電壓源之轉換效率，使電腦系統能避免不必要的能量耗損。詳細來說，功率電晶體驅動電壓源轉換單元40根據接收的控制訊號S_C，控制開關電晶體SW3的導通情形，以決定是否導通N型金氧半場效應電晶體Q3。一切換單元400係利用兩個二極體分別耦接於N型金氧半場效應電晶體Q3與穩定電壓源5伏特，以對應輸出8伏特或5伏特至靴帶電容C與靴帶電阻R。在本實施例中，當控制訊號S_C為高態時，將關閉N型金氧半場效應電晶體Q3，使功率電晶體驅動電壓源轉換單元40輸出5伏特的功率電晶體驅動電壓源S_SS；當控制訊號S_C為低態時，將開啟N型金氧半場效應電晶體Q3，使功率電晶體驅動電壓源轉換單元40輸出8伏特的功率電晶體驅動電壓源S_SS。
值得注意地，本發明所提供的系統工作電壓源轉換單元30與功率電晶體驅動電壓源轉換單元40係接收來自電源供應模組100的穩定電壓源(例如本實施例中的12伏特、8伏特與5伏特)，同時根據控制訊號S_C，對應輸出調變後之系統工作電壓源S_SO與功率電晶體驅動電壓源S_SS。進一步，電源切換系統10結合電腦系統所適用之一電源切換方法，可進一步歸納為一電源切換流程50，如第5圖所示。電源切換流程50包含以下步驟：步驟500：開始。
步驟502：電源供應模組100根據外部電壓源，產生系統工作電壓源S_SO以及功率電晶體驅動電壓源S_SS。
步驟504：反饋模組20根據電腦系統之工作模式，產生反饋訊 號S_FB。
步驟506：控制模組102根據反饋訊號S_FB，產生控制訊號S_C。
步驟508：電源切換模組104根據控制訊號S_C，輸出可調變之系統工作電壓源S_SO以及功率電晶體驅動電壓源S_SS至電源模組106。
步驟510：結束。
除此之外，系統工作電壓源轉換單元30所適用之操作方法，亦可進一步歸納為一系統工作電壓源轉換流程60，如第6圖所示。系統工作電壓源轉換流程60包含以下步驟：步驟600：開始。
步驟602：系統工作電壓源轉換單元30接收控制訊號S_C，當控制訊號S_C為高態時進行步驟604，而當控制訊號S_C為低態進行步驟606。
步驟604：關閉P型金氧半場效應電晶體Q1並開啟P型金氧半場效應電晶體Q2，使工作電壓源轉換單元30輸出8伏特的系統工作電壓源S_SO，並進行步驟608。
步驟606：開啟P型金氧半場效應電晶體Q1並關閉P型金氧半場效應電晶體Q2，使工作電壓源轉換單元30輸出12伏特的系統工作電壓源S_SO。
步驟608：結束。
除此之外，功率電晶體驅動電壓源轉換單元40所適用之操作方法，亦可進一步歸納為一功率電晶體驅動電壓源轉換流程70，如第 7圖所示。功率電晶體驅動電壓源轉換流程70包含以下步驟： 步驟700：開始。
步驟702：功率電晶體驅動電壓源轉換單元40接收控制訊號S_C，當控制訊號S_C為高態時進行步驟704，而當控制訊號S_C為低態進行步驟706。
步驟704：關閉N型金氧半場效應電晶體Q3，使功率電晶體驅動電壓源轉換單元40輸出5伏特的功率電晶體驅動電壓源S_SS，並進行步驟708。
步驟706：開啟N型金氧半場效應電晶體Q3，使功率電晶體驅動電壓源轉換單元40輸出8伏特的功率電晶體驅動電壓源S_SS。
步驟708：結束。
電源切換流程50、系統工作電壓源轉換流程60以及功率電晶體驅動電壓源轉換流程70中每一步驟之詳細操作，可參考本發明第1圖到第4圖與其相關段落的說明，在此不贅述。另外，系統工作電壓源轉換流程60以及功率電晶體驅動電壓源轉換流程70係同時根據控制訊號S_C來進行後續之操作，當然本領域具通常知識者亦可提供不同的控制訊號，以對應控制系統工作電壓源轉換單元30與控制功率電晶體驅動電壓源轉換單元40之操作者，亦為本發明之範疇。
除此之外，本實施例中系統工作電壓源轉換流程60以及功率電晶體驅動電壓源轉換流程70僅設計為分別提供兩種切換電壓值，自然本領域具通常知識者也可適性修改相關電路設計，以預設有多組 切換電壓值，或者可進一步整合系統工作電壓源轉換單元30與控制功率電晶體驅動電壓源轉換單元40的電路設計。至於系統工作電壓源轉換單元30與控制功率電晶體驅動電壓源轉換單元40中所使用的電晶體種類，或者是用來控制電晶體之控制訊號等亦可根據不同實施例，進一步地進行修改來滿足不同需求，亦為本發明之範疇。
綜上所述，本發明實施例係提供一種用於一電腦系統之電源切換系統及其方法，主動反饋電腦系統中每一可代表其工作模式之反饋訊號，以利用電源切換模組對應調變一系統工作電壓源或一軟啟動電壓源，使電腦系統中每一組成元件於操作電壓轉換過程中可正常操作，或者可以適性地切換於休眠模式與正常模式，以避免能量轉換過程中的能量耗損，同時提高輸入電壓源的再利用效率與電源切換系統之應用範圍。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧電源切換系統
100‧‧‧電源供應模組
102‧‧‧控制模組
104‧‧‧電源切換模組
106‧‧‧電源模組
20‧‧‧反饋模組
200‧‧‧處理器
202‧‧‧繪圖晶片
204‧‧‧儲存裝置
206‧‧‧電源模組控制晶片
208‧‧‧外部電壓源感測器
30‧‧‧系統工作電壓源轉換單元
40‧‧‧功率電晶體驅動電壓源轉換單
元
400‧‧‧切換單元
50‧‧‧電源切換流程
500、502、504、506、508、510、600、602、604、606、608、700、702、704、706、708‧‧‧步驟
60‧‧‧系統工作電壓源轉換流程
70‧‧‧功率電晶體驅動電壓源轉換流程
Q1、Q2‧‧‧P型金氧半場效應電晶體
Q3‧‧‧N型金氧半場效應電晶體
SW1、SW2、SW3‧‧‧開關電晶體
S_C、S_G‧‧‧控制訊號
S_FB‧‧‧反饋訊號
S_SO‧‧‧系統工作電壓源
S_SS‧‧‧功率電晶體驅動電壓源
VBOOST‧‧‧電源控制模組之功率電晶體電壓源輸入
第1圖為本發明實施例一電源切換系統之示意圖。
第2圖為本發明實施例一反饋模組之示意圖。
第3圖為本發明實施例一系統工作電壓源轉換單元之詳細示意圖。
第4圖為本發明實施例一功率電晶體驅動電壓源轉換單元之詳細示意圖。
第5圖為本發明實施例一電源切換流程之流程圖。
第6圖為本發明實施例一系統工作電壓源轉換流程之流程圖。
第7圖為本發明實施例一功率電晶體驅動電壓源轉換流程之流程圖。
10‧‧‧電源切換系統
100‧‧‧電源供應模組
102‧‧‧控制模組
104‧‧‧電源切換模組
106‧‧‧電源模組
S_C‧‧‧控制訊號
S_FB‧‧‧反饋訊號
S_SO‧‧‧系統工作電壓源
S_SS‧‧‧功率電晶體驅動電壓源

Claims (20)

  1. 一種用於一電腦系統之電源切換系統，包含有：一電源供應模組，用來根據一外部電壓源，產生一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓源；一控制模組，用來根據一反饋訊號，產生一控制訊號；以及一電源切換模組，耦接於該電源供應模組以及該控制模組，用來根據該控制訊號，輸出可調變之該系統工作電壓源以及該功率電晶體驅動電壓源至一電源模組；其中，該反饋訊號用來判斷該電腦系統之一工作模式係為一重載工作模式或一輕載工作模式。
  2. 如請求項1所述之電源切換系統，其中該反饋訊號係來自該電腦系統之一處理器、一繪圖晶片、一儲存裝置、一電源模組控制晶片或一外部電壓源感測器，用以判斷該電腦系統為該重載工作模式或該輕載工作模式，進而產生該控制訊號。
  3. 如請求項2所述之電源切換系統，其中該處理器、該繪圖晶片、該儲存裝置、該電源模組控制晶片或該外部電壓源感測器更分別包含有一暫存器，對應儲存該電腦系統之該工作模式。
  4. 如請求項3所述之電源切換系統，其中該暫存器係為一功率狀態暫存器32h，且該工作模式更包含有一P0模式、一P1模式、一P2模式以及一P3模式。
  5. 如請求項4所述之電源切換系統，其中當該工作模式係為該P0模式以及該P1模式時，該控制模組判斷該電腦系統為該重載工 作模式，而當該工作模式係為該P2模式以及該P3模式時，該控制模組判斷該電腦系統為該輕載工作模式。
  6. 如請求項5所述之電源切換系統，其中當該電腦系統為該重載工作模式時，該反饋訊號為一低態訊號，而當該電腦系統為該輕載工作模式時，該反饋訊號為一高態訊號。
  7. 如請求項1所述之電源切換系統，其中當該控制模組判斷該電腦系統為該重載工作模式時，該電源切換模組係根據該控制訊號，輸出該系統工作電壓源為12伏特以及該功率電晶體驅動電壓源為8伏特。
  8. 如請求項1所述之電源切換系統，其中當該控制模組判斷該電腦系統為該輕載工作模式時，該電源切換模組係根據該控制訊號，輸出該系統工作電壓源為8伏特以及該功率電晶體驅動電壓源為5伏特。
  9. 如請求項1所述之電源切換系統，其中該反饋訊號更包含利用一內部整合電路傳輸介面、一序列周邊介面、一電源管理匯流排、一系統管理匯流排或一SVID匯流排來進行傳輸。
  10. 如請求項1所述之電源切換系統，其中該電源切換模組更包含有：一系統工作電壓源轉換單元，包含有複數個開關電晶體，用來根據該控制訊號，對應切換複數個金氧半場效應電晶體之導通情形，以輸出可調變之該系統工作電壓源；以及一功率電晶體驅動電壓源轉換單元，包含有一開關電晶體，用來根據該控制訊號，對應切換一金氧半場效應電晶體之導 通情形，以輸出可調變之該功率電晶體驅動電壓源。
  11. 一種用於一電腦系統之電源切換方法，包含有：根據一外部電壓源，產生一系統工作電壓源以及一功率電晶體驅動電壓源；根據一反饋訊號，產生一控制訊號；以及根據該控制訊號，輸出可調變之該系統工作電壓源以及該功率電晶體驅動電壓源至一電源模組；其中，該反饋訊號用來判斷該電腦系統之一工作模式係為一重載工作模式或一輕載工作模式。
  12. 如請求項11所述之電源切換方法，其中該反饋訊號係來自該電腦系統之一處理器、一繪圖晶片、一儲存裝置、一電源模組控制晶片或一外部電壓源感測器，用以判斷該電腦系統為該重載工作模式或該輕載工作模式，進而產生該控制訊號。
  13. 如請求項12所述之電源切換方法，其更包含分別利用於該處理器、該繪圖晶片、該儲存裝置、該電源模組控制晶片或該外部電壓源感測器中之一暫存器，對應儲存該電腦系統之該工作模式。
  14. 如請求項13所述之電源切換方法，其中該暫存器係為一功率狀態暫存器32h，而該工作模式更包含有一P0模式、一P1模式、一P2模式以及一P3模式。
  15. 如請求項14所述之電源切換方法，其中當該工作模式係為該P0模式以及該P1模式時，判斷該電腦系統為該重載工作模式，而當該工作模式係為該P2模式以及該P3模式時，判斷該電腦 系統為該輕載工作模式。
  16. 如請求項15所述之電源切換方法，其中判斷該電腦系統為該重載工作模式時，該反饋訊號為一低態訊號，而判斷該電腦系統為該輕載工作模式時，該反饋訊號為一高態訊號。
  17. 如請求項11所述之電源切換方法，其中判斷該電腦系統為該重載工作模式時，輸出該系統工作電壓源為12伏特以及該功率電晶體驅動電壓源為8伏特。
  18. 如請求項11所述之電源切換方法，其中判斷該電腦系統為該輕載工作模式時，輸出該系統工作電壓源為8伏特以及該功率電晶體驅動電壓源為5伏特。
  19. 如請求項11所述之電源切換方法，其更包含利用一內部整合電路傳輸介面、一序列周邊介面、一電源管理匯流排、一系統管理匯流排或一SVID匯流排，以傳輸該反饋訊號。
  20. 如請求項11所述之方法，其更包含利用該控制訊號，控制一系統工作電壓源轉換單元與一功率電晶體驅動電壓源轉換單元之導通情形，以分別輸出可調變之該系統工作電壓源與該功率電晶體驅動電壓源。
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