TW201804654A

TW201804654A - 熱管理方法及其移動裝置

Info

Publication number: TW201804654A
Application number: TW106115266A
Authority: TW
Inventors: 蕭志遠; 方建喆; 汪威定; 黃永成; 莊家宥
Original assignee: 聯發科技股份有限公司
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-02-01
Also published as: TWI644469B; CN107645187A; US20180026451A1

Abstract

本發明提出一種熱管理方法及其移動裝置。其中，該移動裝置包含：記憶體；充電器，配置給該移動裝置之電池模組充電；以及一個或複數個處理器，耦接該記憶體，其中，配置該一個或複數個處理器確定熱餘量；配置該一個或複數個處理器確定系統負載之第一功率分配量，其中，運行在該移動裝置之一個或複數個應用引起該系統負載；配置該一個或複數個處理器從該熱餘量中減去該第一功率分配量，以取得充電器之第二功率分配量，其中，該第二功率分配量用於當該一個或複數個應用運行時，該充電器對該移動裝置之電池模組充電；以及配置該一個或複數個處理器基於該第二功率分配量，設定該充電器之輸入功率容限。

Description

熱管理方法及其移動裝置

本發明係有關於一種在同時充電以及執行工作負載(workload)情況下系統之熱管理方法。更具體地，本發明係有關於一種在執行工作負載與快速充電併發時之熱管理方法及其移動裝置。

典型地，當代可攜式裝置一般裝配可充電電池，其中，上述可充電電池在幾年之使用壽命期間可重複地耗盡及充滿。通常，可充電電池連接充電器，其中，該充電器將輸入電壓與電流轉換為電池可相容之水準。智慧充電器可通過最初以最大速率進行充電直到達到預設溫度為止，接著減速或者停止充電使其未超過溫度限制，從而優化上述充電進程。通過監測溫度以及調整充電進程，可避免電池之永久性損傷。

在充電期間，造成溫度提高之一個主要原因是充電器之低效性(inefficiency)。傳統充電器並不能達到100%之效率，這意味著部分輸入功率被轉換為熱能，而不是電池中之電能。許多改進之充電器具有快速充電之功能。在充電期間，與傳統充電器相比，快速充電器得到更大功率(例如，更高水準之輸入電壓及/或電流)。上述更大輸入功率導致熱輸出之增大，其進一步提高了對熱管理之需求。

當代可攜式裝置，例如，筆記型電腦、平板電腦、智慧手機以及其他消費型電子產品，可在電池正在充電之同時運行系統以及使用者空間應用。充電與執行應用之併發情況可快速拉升裝置溫度並且對應用之性能造成不利影響。

因此，亟需一種可充電裝置之熱管理改善方法，以允許併發執行工作負載與快速充電。

有鑑於此，本發明揭露一種熱管理方法及其移動裝置。

本發明實施例揭露一種移動裝置之熱管理方法，包含：確定熱餘量，其中，該熱餘量是按照熱量形式表示之功率值，並且當該移動裝置工作在目標溫度時，估計在該移動裝置中之散熱硬體散出該熱量；確定系統負載之第一功率分配量，其中，運行在該移動裝置之一個或複數個應用引起該系統負載；從該熱餘量中減去該第一功率分配量，以取得充電器之第二功率分配量，其中，該第二功率分配量用於當該一個或複數個應用運行時，該充電器對該移動裝置之電池模組充電；以及基於該第二功率分配量，設定該充電器之輸入功率容限。

本發明另一實施例揭露一種執行熱管理之移動裝置，包含：記憶體；充電器，配置給該移動裝置之電池模組充電；以及一個或複數個處理器，耦接該記憶體，其中，配置該一個或複數個處理器確定熱餘量，其中，該熱餘量是按照熱量形式表示之功率值，並且當該移動裝置工作在目標溫度時，估計在該移動裝置中之散熱硬體散出該熱量；配置該一個或複數個處理器確定系統負載之第一功率分配量，其中，運行在該移動裝置之一個或複數個應用引起該系統負載；配置該一個或複數個處理器從該熱餘量中減去該第一功率分配量，以取得充電器之第二功率分配量，其中，該第二功率分配量用於當該一個或複數個應用運行時，該充電器對該移動裝置之電池模組充電；以及配置該一個或複數個處理器基於該第二功率分配量，設定該充電器之輸入功率容限。

本發明提供之熱管理方法及其移動裝置可在同時執行系統負載與充電之情況下維持系統負載性能。

其他實施方式與優勢將在下面作詳細描述。上述概要並非以界定本發明為目的。本發明由申請專利範圍所界定。

100‧‧‧系統

105‧‧‧路徑

110‧‧‧可充電電池

120‧‧‧充電器

130‧‧‧轉接器

140‧‧‧記憶體

150‧‧‧熱管理器

155‧‧‧散熱硬體

160‧‧‧處理器

170‧‧‧感測器

180‧‧‧I/O單元

185‧‧‧顯示器

190‧‧‧功率分配器

210‧‧‧熱餘量

220‧‧‧系統負載

230‧‧‧充電器功率損耗

310‧‧‧功率計

320‧‧‧電流感測器

330‧‧‧功率表

340‧‧‧溫度感測器

400、500、600‧‧‧進程

410、420、430、440、450、510、520、530、540、610、620、630、640‧‧‧步驟

第1圖係依據本發明實施例描述之執行熱管理之系統示意圖；第2圖係依據本發明實施例描述之系統執行功率分配之示意圖；第3圖係依據本發明實施例描述之用於決定系統負載之系統元件示意圖；第4圖係依據本發明實施例描述之熱管理進程之示意流程圖；第5圖係依據本發明實施例描述之熱餘量之調整進程之流程圖；第6圖係依據本發明實施例描述之移動裝置之熱管理方法流程圖。

在說明書及後續之申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續之申請專利範圍並不以名稱之差異來作為區分元件之方式，而係以元件在功能上之差異來作為區分之準則。在通篇說明書及後續請求項當中所提及之「包括」和「包含」係為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接之電氣連接手段。間接電氣連接手段包括透過其他裝置進行連接。

關於本發明之複數個實施例將作為詳細參考，附圖係描述本發明之實施例所作。接下來之描述係實現本發明之最佳實施例，其係為了描述本發明原理之目的，並非對本發明限制。可以理解的是，本發明實施例可由軟體、硬體、韌體或其任意結合來實現。

本發明實施例提供系統之熱管理方法及其系統，其中，上述系統正處於同時充電與執行工作負載之情景中。系統包含熱管理器(thermal manager)，其控制充電器與系統負載之功率分配，從而最小化對系統性能之影響。較佳地，熱管理器利用系統硬體提供之熱餘量(thermal headroom)，並且當系統溫度不能維持在目標溫度時，動態調整上述熱餘量。由於過高溫度會降低系統之性能、壽命與可靠性，因此，目標溫度係系統硬體可安全工作之溫度。

這裡使用之熱餘量係按照熱量形式表示之功率值，其中，上述熱量係當系統工作在目標溫度時，估計系統中散熱硬體散發之熱量。硬體製造商可校準並估計系統擁有之熱餘量，並且將其提供給系統設計者作為具有誤差容限(error margin)之預設值。上述硬體製造商可表明熱余量作為規定功率值，例如，N瓦特。在實施例中，系統可將N瓦特之部分分配為低效充電引起之充電器之功率損耗，並且可將N瓦特之另一部分指定為執行工作負載。在實施例中，在充電低效情況下分配N瓦特，執行工作負載具有更高優先順序。在充電期間，優先執行工作負載可優化系統性能。

然而，在系統工作期間，存在各種因素可引起系統溫度偏離目標溫度；例如，上述因素可為系統工作之環境、系統中之生熱元件係分開分佈還係集中在一個區域等。如果散熱硬體不能將系統帶至目標溫度，則基於偏離目標溫度之溫度量調整熱餘量。高於目標溫度之工作溫度可損壞系統硬體，以及低於目標溫度之工作溫度意味著可將更多功率分配至系統，例如，可將更多功率分配至充電器之功率損耗，從而允許加快充電速度。

第1圖係依據本發明實施例描述之執行熱管理之一系統100之示意圖。系統100包含一可充電電池110，其可由系統100中之一充電器120通過一轉接器(adapter)130進行充電。在實施例中，轉接器130將家庭電流從配電電壓(例如，100至240伏特交流電)轉換到適用於系統之較低電壓範圍中之直流電。在實施例中，在一熱管理器150之命令下，將輸入至系統100之功率分配至可充電電池110以及系統100之其他部分。

在實施例中，系統100進一步包含一記憶體140，例如，揮發性記憶體與非揮發性記憶體之組合，以及一個或複數個處理器160，例如，中央處理單元、圖形處理單元及/或其他類型之專用及通用處理器。系統100也包含一顯示器185及/或其他I/O單元180，例如，觸控屏、鍵盤、首頁鍵、觸控面板等。系統100之示例可包含智慧手機、筆記型電腦、智慧手錶或其他可攜式或可穿戴設備等。

在實施例中，系統100包含一功率分配器190以將功率分配至系統100之功能元件(例如，處理器160、記憶體140、顯示器185、I/O單元180等)。功率分配器190可通過轉接器130從電源插座處接收電量供應，並且將功率分配至功能元件用於它們之操作。當未將系統100之插頭插入電源插座時，功率分配器190從電池110處接收功率(例如，通過路徑105)。當將系統100插入電源插座時，充電器120與功率分配器190可同時從轉接器130接收電量，例如，當電池110正充電並且功能元件也正執行工作負載時。在實施例中，熱管理器150決定供應至充電器120以給電池110充電之功率值，以及供應至功能元件用於執行工作負載之功率值。

在實施例中，當充電器120給電池110充電時，充電器120並不具有100%之效率。就是說，當充電器120將功率發送至電池110以將電荷儲存在電池單元中(例如，化學反應)時，會以熱之形式丟失部分功率。術語“低效充電”涉及在充電期間，充電器120丟失功率與其接收功率之百分比。在實施例中，對於在充電器120之輸入端接收之功率水準範圍，低效充電情況大體上相同(例如，10%)。就是說，如果充電器120接收輸入功率為10瓦特，則由於低效充電，會以熱形式丟失1瓦特之電量。因此，輸入功率水準越高，由於低效充電生成之熱量越多。

除了低效充電，由於系統負載，系統100也生成熱量，其中，上述系統負載係功能元件執行之工作負載。可設計系統100在目標溫度或低於目標溫度下安全工作。為了將溫度維持在目標溫度或低於目標溫度，系統100包含散熱硬體155(例如，冷卻風扇、熱導管等)用於在指定時間週期內散去預定熱量。當系統100工作在目標溫度時，熱餘量係以熱量形式之功率值，其中，上述熱量係估計散熱硬體155散出之熱量。為了確保系統100之安全工作，將系統100之功率分配量(包含系統負載以及來自低效充電之功率損耗)保持在系統之熱餘量範圍中。

系統100進一步包含複數個感測器170，例如，溫度感測器用於監測系統、印刷電路板或片上系統中之溫度。可使用已測量系統溫度調整熱餘量、系統功率分配及/或充電器120之功率輸入。

在實施例中，系統100提供快速充電模式，其將比傳統充電模式高之電流(例如，高於門檻)充入充電器120。充電器120之輸入電壓可為固定之、可變之或者根據不同充電模式分別配置。充電器120在其輸入端接收之較高功率可導致較快充電時間。然而，相比於傳統充電模式，在快速充電模式中由於低效充電會丟失更多功率。

在對電池110進行充電時，系統100可執行系統工作負載。上述系統工作負載也可稱為系統負載。例如，系統100可執行遊戲應用、顯示視頻或者執行系統空間或使用者空間之其他耗電操作。第2圖係依據本發明實施例描述之系統100執行功率分配之示意圖。在實施例中，熱管理器150可將規定之熱餘量210之電量分配至系統負載220以及由於低效充電導致之充電器功率損耗230。在實施例中，相比於充電器功率損耗230，電量分配優先系統負載220。

在實施例中，考慮到熱餘量210(例如，硬體製造商提供)以及系統負載220之估計量，可通過從熱餘量210減去系統負載220之估計量，計算充電器功率損耗230。既然知道低效充電(例如，硬體製造商提供)，則可通過對由於低效充電導致充電器功率損耗230做除法，計算充電器110之輸入功率。

第3圖係依據本發明實施例描述之用於確定系統負載220之系統元件之示意圖。在本示例中，可通過一個或複數個感測器決定系統負載220，其中，上述一個或複數個感測器包含但不限於：功率計310、電流感測器320等。可使用功率計310以及電流感測器320測量或估計在工作期間系統100中功能元件消耗之功率。例如，當用戶正玩遊戲時，功率計310及/或電流感測器320可測量處理器(例如，CPU與GPU)及顯示器消耗之功率。此外或替換地，熱管理器150可從一個或複數個功率表330中讀取資料，其中，資料已經經過校準從而顯示不同場景中系統負載220之典型功率消耗或平均功率消耗。

在實施例中，感測器170也包含溫度感測器340，其監測系統100中之溫度，以確保系統100之安全工作。可根據溫度感測器340之輸出調整熱餘量210，這部分將在第5圖中詳細描述。

第4圖係依據本發明實施例描述之熱管理進程400之示意流程圖。系統(例如，第1圖中之系統100，或者更具體地，第1圖之熱管理器150)可執行進程400。在實施例中，當系統100處於主動工作(例如，執行系統及/或使用者應用)以及充電模式(例如，快速充電模式)時，可執行進程400。

進程400開始於步驟410，熱管理器150接收系統狀態資訊。系統狀態資訊包含溫度資訊。在步驟420，使用溫度資訊，熱管理器150確定是否調整熱餘量。可結合第5圖描述步驟420之細節操作。如果熱餘量無需調整或者如果已經調整了熱餘量，則進程400進入步驟430，其中，熱管理器150根據已接收之系統狀態資訊(例如，功率計測量值、電流感測器測量值、功率表讀取值等)決定系統負載之功率需求。因此，熱管理器150決定系統負載之第一功率分配值。在步驟440，熱管理器150決定用於充電器功率損耗之充電器120之第二功率分配值。在實施例中，第二功率分配值係熱餘量減去第一功率分配值。在步驟450，熱管理器150根據第二功率分配值將輸入功率容限設定至充電器120。例如，如果第二功率分配值是2瓦特並且低效功率是10%，則將輸入功率設定至20瓦特。此外，如果快速充電模式之輸入電壓是5伏，則將輸入電流限定在不大於4安培(20瓦特除以5伏特)。進程400可重複步驟410-450以連續調整充電器之輸入功率。

第5圖係依據本發明實施例描述之熱餘量之調整進程500之流程圖。系統(例如，第1圖中之系統100，或者更具體地，第1圖之熱管理器150)可執行進程500。在實施例中，當系統100處於主動工作(例如，執行系統及/或使用者應用)以及充電模式(例如，快速充電模式)時，可執行進程500。在第5圖中，虛線框指示第4圖中之相應區塊或步驟。

進程500開始於步驟510，熱管理器150接收系統溫度資料(“SysTemp”)，例如，從第3圖之溫度感測器340。步驟510可為第4圖中步驟410(接收系統狀態資料)之一部分。在實施例中，熱管理器150通過對溫度測量值取平均、取加權平均或者取最大值獲取SysTemp，其中，上述溫度測量值來自於複數個溫度感測器340及/或時間週期內之複數個時間點。步驟520可為第4圖中步驟420(熱管理器150決定是否調整熱餘量)之一部分。在步驟520，如果SysTemp等於預定目標溫度(或者在目標溫度之容許值內)，則進程500繼續進入第4圖之步驟430以確定功率分配。如果SysTemp與目標溫度至少相差一個門檻值(“TH”)，例如，1攝氏度，則進程500繼續進入步驟530或步驟540以調整熱餘量。

更具體地，如果SysTemp至少比目標溫度大TH，則在步驟530，減小熱餘量。高於目標溫度意味著在系統100中分配至生熱元件之功率大於散熱硬體之能力。在溫度問題沒有及時解決之情況下，系統溫度保持增高並且對系統硬體造成永久損傷。

如果SysTemp至少比目標溫度小TH，則在步驟540，增大熱餘量。在許多情況中，SysTemp可保持在低於目標溫度之穩定溫度，或者SysTemp可在低於目標溫度下繼續降低。換言之，在執行工作負載以及電池充電之併發期間，系統溫度並未達到目標溫度。低於目標溫度意味著在系統100中分配至生熱元件之功率小於散熱硬體之能力，並且也意味著可分配更多功率給生熱組件。既然在功率分配中系統負載優先於充電器功率損耗，因此，將增長之熱餘量提供給充電器，從而使得充電器得到更多功率並且以較快速率進行充電。進程500從步驟530或步驟540進入第4圖之步驟430，以使用調整後之熱餘量進行功率分配。

第6圖係依據本、發明實施例描述之移動裝置之熱管理方法600流程圖。方法600開始於系統決定熱餘量，該熱餘量係按照熱量形式表示之功率值，該熱量係當移動裝置工作於目標溫度時估計移動裝置中散熱硬體散發之熱量(步驟610)。系統決定運行在移動裝置中之一個或複數個應用程式引起之系統負載之第一功率分配量(步驟620)。系統從熱餘量中減去第一功率分配量，以獲取分配給充電器之第二功率分配量，其中，在一個或複數個應用程式運行時充電器給移動裝置之電池模組充電(步驟630)。系統基於第二功率分配量設定充電器之輸入功率容限(步驟640)。

在實施例中，處理系統執行方法600，例如，第1圖之系統100。在實施例中，第1圖之熱管理器150執行方法600，其中，熱管理器150可為硬體(例如，電路、專用邏輯、可程式設計邏輯、微碼等)、軟體(例如，運行在一個或複數個處理器中之指令)、韌體或其組合。

第4-6圖之流程圖中之操作可參考第1圖之實施例進行描述。然而，可以理解的是，本發明之其他實施例也可執行第4-6圖流程圖中之操作，並且第1圖之實施例也可執行不同於上述流程圖之其他操作。當第4-6圖之流程圖顯示本發明特定實施例按照特定循序執行之操作，可以理解的是，上述順序僅為示例(例如，替換實施例可按照不同循序執行操作，可合併特定操作、重疊特定操作等)。

呈現上述描述以允許本領域技術人員根據特定應用以及其需要之內容實施本發明。所述實施例之各種修改對於本領域技術人員來說係顯而易見的，並且可將上述定義之基本原則應用於其他實施例。因此，本發明不局限於所述之特定實施例，而係符合與揭露之原則及新穎特徵相一致之最寬範圍。在上述細節描述中，為了提供對本發明之徹底理解，描述了各種特定細節。然而，本領域技術人員可以理解本發明係可實施的。

在不脫離本發明精神或本質特徵之情況下，可以其他特定形式實施本發明。描述示例被認為說明之所有方面並且無限制。因此，本發明之範圍由申請專利範圍指示，而非前面描述。所有在申請專利範圍等同之方法與範圍中之變化皆屬於本發明之涵蓋範圍。

600‧‧‧進程

610、620、630、640‧‧‧步驟

Claims

一種執行熱管理之移動裝置，包含：一記憶體；一充電器，配置給該移動裝置之電池模組充電；以及一個或複數個處理器，耦接該記憶體，其中，配置該一個或複數個處理器確定一熱餘量，其中，該熱餘量是按照熱量形式表示之功率值，並且當該移動裝置工作在一目標溫度時，估計在該移動裝置中之散熱硬體散出該熱量；配置該一個或複數個處理器確定系統負載之一第一功率分配量，其中，運行在該移動裝置之一個或複數個應用引起該系統負載；配置該一個或複數個處理器從該熱餘量中減去該第一功率分配量，以取得充電器之一第二功率分配量，其中，該第二功率分配量用於當該一個或複數個應用運行時，該充電器對該移動裝置之電池模組充電；以及配置該一個或複數個處理器基於該第二功率分配量，設定該充電器之輸入功率容限。
如申請專利範圍第1項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，配置該一個或複數個處理器通過該充電器之低效百分比與輸入電壓，處理該第二功率分配量，以取得輸入電流。
如申請專利範圍第1項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，配置該一個或複數個處理器檢測到該移動裝置工作在低於該目標溫度之溫度上；以及增大該熱餘量。
如申請專利範圍第3項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，配置該一個或複數個處理器調整該充電器之該輸入功率容限。
如申請專利範圍第1項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，配置該一個或複數個處理器檢測到該移動裝置工作在高於該目標溫度之溫度上；以及減小該熱餘量。
如申請專利範圍第5項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，配置該一個或複數個處理器調整該充電器之該輸入功率容限。
如申請專利範圍第1項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，在給該移動裝置充電期間，配置該一個或複數個處理器連續監測該系統負載以調整該第一功率分配量與該第二功率分配量。
如申請專利範圍第6項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，回應於調整該第一功率分配量與該第二功率分配量，配置該一個或複數個處理器連續調整該充電器之該輸入功率容限，從而維持該目標溫度。
如申請專利範圍第1項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，相比於該充電器，配置該一個或複數個處理器優先該系統負載之功率分配，以維持該一個或複數個應用之性能。
如申請專利範圍第1項所述之執行熱管理之移動裝置，其中，配置該一個或複數個處理器基於功率計測量、電流感測器測量以及功率表讀取中之一個或複數個，估計該系統負載。