TWI435210B - 電子裝置及其電路板 - Google Patents

Description

電子裝置及其電路板

本發明係關於一種電源電路設計，特別是一種電子裝置及其電路板。

圖1所示為一種習知電路板之方塊圖，電路板100包含中央處理器20、溫度偵測單元21、嵌入式控制器22、連接器23以及電源端24。電路板100透過連接器23與負載模組50建立電連接，以供負載模組50透過連接器23電連接於電源端24。

上述負載模組50為風扇模組。溫度偵測單元21偵測中央處理器20的溫度，溫度偵測單元21並將其所偵測到的溫度提供給嵌入式控制器22，使得嵌入式控制器22可以根據溫度轉速對應表來產生一個控制訊號並將控制訊號傳輸至負載模組50。負載模組50將根據控制訊號之有效工作週期(Duty Cycle)透過連接器23自電源端24取得對應之電流，其中控制訊號之有效工作週期係與負載模組50取得之電流量成正相關。

當習知電路板100因中央處理器20的溫度低於溫度轉速對應表最低值時或其他情形而不需負載模組50運作時，嵌入式控制器22持續輸出有效工作週期為0%之控制訊號(振幅恆為低位準)，藉以指示負載模組50停止自電源端24取得任何電流。

然而，由於負載模組50持續透過連接器23電連接於電源端24。因此即使控制訊號之有效工作週期為0%且負載模組50並未轉動，電流仍持續自電源端24流向負載模組50，其中上述電流的流動將隨著時間的累積而造成能源上可觀的浪費。

本發明目的之一在於提供一種電子裝置及其電路板，以改善現有技術的缺失。

為達上述目的，依據本發明之一種電路板，其係與一負載模組配合使用。上述電路板包含電源端、控制單元、延遲電路以及開關單元。控制單元電性連接負載模組，且提供一控制訊號。延遲電路電性連接控制單元，且延遲控制訊號而形成一延遲的控制訊號。開關單元分別電性連接電源端、延遲電路及負載模組，電源端、開關單元及負載模組之間存在一電源路徑，開關單元依據延遲的控制訊號來控制電源路徑導通或關閉。

為達上述目的，依據本發明之一種電子裝置，其包含電源端、控制單元、負載模組、延遲電路以及開關單元。控制單元用以提供控制訊號。延遲電路電連接控制單元並根據控制訊號輸出延遲的控制訊號。開關單元分別電性連接電源端、延遲電路及負載模組。電源端、開關單元及負載模組之間存在一電源路徑，開關單元依據延遲的控制訊號來控制電源路徑導通或關閉。

綜上所述，本發明所提供之電子裝置及其電路板，係使用延遲電路來監測控制訊號之有效工作週期，並在有效工作週期持續等於0%時切斷負載與電源端間的電連接。如此一來，本發明之電路板及電路板可在負載不需運轉時確保電流不會自電源端流向控制單元，並進一步達成節省能源消耗之功效。

圖2所示為本發明較佳實施例之電子裝置的功能方塊電圖。於圖2中，電子裝置10包含電路板100與負載模組500，其中電路板100包含中央處理器200、溫度偵測單元210、控制單元220、連接器230、電源端240、延遲電路300以及開關單元400。在本實施例中，電路板100是與負載模組500配合使用。上述電路板100透過連接器230電性連接負載模組500。

上述溫度偵測單元210分別電性連接中央處理器200及控制單元220。上述控制單元220透過連接器230電性連接負載模組500。延遲電路300電性連接控制單元220。開關單元400分別電性連接電源端240、延遲電路300及連接器230。此外，開關單元400並透過連接器230電性連接負載模組500。

在本實施例中，電子裝置10可為桌上型電腦裝置或可攜式電腦裝置，中央處理器200用以控制電腦裝置的操作及相關運算處理。

在本實施例中溫度偵測單元210為溫度感測器，其可為獨立的溫度感測器IC或是整合至南橋的溫度感測器，本發明並不對此加以限制。

在本實施例中，控制單元220為嵌入式控制器(EC)，其可連接電子裝置10中的電源電路與各種周邊裝置，亦可用來控制電子裝置10的電源管理與各種周邊裝置或電子裝置的特定功能操作。

在本實施例中，控制單元220包含有脈衝寬度變調(PWM)單元(圖未示)，用以提供PWM訊號，以控制負載模組500的操作。在其他實施例中，控制單元220可為獨立的PWM單元、南橋晶片或晶片組，其中南橋晶片或晶片組包含有PWM單元，關於其相關說明，容後詳述。

在本實施例中，電源端240用以提供一直流工作電壓，例如：5 V的工作電壓。在本實施例中，電源端240與電子裝置10中的電路電性連接。在本實施例中，負載模組500為一風扇模組，風扇模組還包含風扇控制電路板與風扇。

在本實施例中，延遲電路300為RC電路，其包含了電容310、電阻320及金氧半場效應電晶體(MOSFET)330。在不同實施例中，延遲電路300亦可為多個電晶體組成的延遲電路或其他種類之延遲電路，本發明並不對此加以限制。

在本實施例中，開關單元400為金氧半場效電晶體(MOSFET)，其中開關單元400之閘極(Gate)電連接於延遲電路300，以接收延遲的控制訊號Vc，藉此，開關單元400依據延遲的控制訊號Vc來導通(turn-on)或關閉(turn-of)，進而控制電源端240是否提供電源給負載模組500。在不同實施例中，開關單元400亦包含其他種類金氧半場效電晶體、其他不同種類的電晶體、或繼電器等各式各樣的開關。

上述控制單元220所提供的控制訊號Vi具有一有效工作週期(Duty Cycle)，其中有效工作週期代表著控制訊號Vi於一高位準的持續時間與一固定有效工作週期T間的比值。在本實施例中，控制訊號Vi之有效工作週期與控制單元220的負載要求成正相關，但不限於此；在不同實施例中，控制訊號Vi之有效工作週期可與負載要求成負相關。有關控制訊號Vi的詳細說明，容後詳述。

在本實施例中，上述負載模組500根據控制訊號Vi之有效工作週期自電路板100之電源端240取得工作電壓，但不限於此。在本實施例中，溫度偵測單元210及/或控制單元220其中之一係用於根據負載要求來產生對應控制訊號Vi，但不限於此；在不同實施例中，控制訊號Vi亦可由一脈衝寬度調變單元或其他電子元件所產生。

在圖2所述之實施例中，電源端240、開關單元400及負載模組500之間存在一個電源路徑，其中電源端240在電源路徑導通時提供電源(工作電壓)至負載模組500。當負載模組500自控制單元220接受對應負載要求之控制訊號Vi時，負載模組500將於開關單元400導通的情況下透過上述電源路徑自電源端240取得工作電壓並同時進行轉動。

如圖2所示，控制單元220提供控制訊號Vi至延遲電路300與負載模組500。在本實施例中，控制訊號Vi為PWM訊號。上述延遲電路300接收控制訊號Vi後，延遲電路300會延遲控制訊號Vi而形成一延遲的控制訊號Vc，以提供至開關單元400的控制端(閘極)。

在本實施例中，延遲電路300為RC電路，其電容310可根據控制訊號Vi之位準而進行充電與放電的動作，因此延遲的控制訊號Vc之位準將跟著控制訊號Vi之位準而提高或降低。藉此，當延遲的控制訊號Vc之位準低於一預設電壓時，開關單元400將關閉；當延遲的控制訊號Vc之位準高於預設電壓時，開關單元400將導通。亦即，開關單元400根據延遲的控制訊號Vc之位準達到預設電壓時選擇性導通或關閉。如此一來，開關單元400可藉由導通和關閉來控制電源端240及負載模組500之間的電連接。

在其他實施例中，開關單元400會根據使用MOSFET之不同而具有相異之預設電壓，因此預設電壓可藉由選用不同種類之MOSFET來調整。

圖3所示分別為控制訊號Vi及延遲的控制訊號Vc之訊號圖以及開關單元400導通與否之狀態圖。如圖3所示，控制訊號Vi在不同有效工作週期T具有相異之有效工作週期，其中控制訊號具有第一工作狀態700及第二工作狀態710。此外，控制訊號在第一工作狀態700及第二工作狀態710時分別對應於高位準及低位準。延遲的控制訊號Vc之位準係跟隨控制訊號Vi之位準而增加或降低。延遲的控制訊號Vc係於控制訊號Vi處於高位準時因電容310充電而提升，並於控制訊號Vi處於低位準時因圖2所示電容310放電而降低。因此，當控制訊號由第一工作狀態700改變至第二工作狀態710時，延遲的控制訊號Vc之電壓位準將由一第一電壓開始往下降。

當控制訊號Vi持續位於低位準時，延遲的控制訊號Vc亦因為電容310放電而對應地持續減低。延遲的控制訊號Vc將於經過一延遲時間L後降到低於預設電壓600，此時開關單元400將關閉(turn off)並切斷圖2中所示電源端240、開關單元400及負載模組500間存在的電源路徑。

本實施例之延遲電路300具有時間常數(Time Constant)，其中時間常數大於訊號之完整有效工作週期T，因此延遲時間L係高於有效工作週期T。

然而，當延遲的控制訊號Vc因控制訊號Vi充電延遲電路300之電容310而使延遲的控制訊號Vc提升至預設電壓600之上時，開關單元400將導通，以使得電源端240與負載模組500間的電源路徑導通。

在本實施例中，延遲的控制訊號Vc將於控制訊號Vi位於高位準時提升至第一電壓，並於控制訊號Vi由第一工作狀態700改變至第二工作狀態710時，自第一電壓610往預設電壓600降低。換言之，延遲的控制訊號Vc將於控制訊號Vi之有效工作週期持續位於0%時自第一電壓降低至預設電壓600，並進一步使開關單元400關閉。因此當負載模組500因控制訊號Vi之有效工作週期持續位於0%而不需轉動時，本發明較佳實施例所提供之電路板100因此可藉由開關單元400的關閉，來使得電源端240無法提供工作電壓至負載模組500，以藉此達到省電節能的功效。

此外，在較佳實施例中，延遲的控制訊號Vc持續從第一電壓610降至預設電壓600所需的時間係大於至少一個控制訊號Vi之有效工作週期T。換言之，延遲的控制訊號Vc係於控制訊號Vi位於高位準時提升至一第一電壓610。然而，當控制訊號Vi之有效工作週期持續維持在0%時，延遲的控制訊號Vc的振幅將因延遲電路300之電容310持續放電而降低，並於有效工作週期T之結尾達到中間值620。

本實施例之中間值620係設定為大於預設電壓600，以確保延遲的控制訊號Vc須要至少一個有效工作週期T的時間來達到預設電壓600。換言之，延遲電路300之時間常數係大於控制訊號Vi之一個完整有效工作週期T。如此一來，本實施例之延遲電路300可確保開關單元400係在控制訊號Vi之有效工作週期位於0%的時間超過一有效工作週期T時開啟。此外，本實施例之預設電壓600係大於零，但不限於此；在不同實施例中，預設電壓600係可透過改變開關單元400特性來作調整。

圖4所示為圖2所示電路板100之變化實施例。在本實施例中，溫度偵測單元210包含北橋晶片211及南橋晶片212，其中北橋晶片211負責中央處理器200、影像卡及暫存記憶體(未繪示)之間的資料傳輸。南橋晶片212則是北橋晶片211互相電連接並與如鍵盤、滑鼠、印表機、音效卡、SATA/IDE硬碟等週邊裝置建立訊號連接。

中央處理器200透過北橋晶片211將負載要求傳輸至南橋晶片212，其中南橋晶片212將根據負載要求產生對應控制訊號Vi，並將控制訊號Vi分別傳輸至負載模組500以及延遲電路300。延遲電路300之後再根據控制訊號Vi產生用於控制開關單元400之延遲的控制訊號Vc。除了上述控制訊號Vi係產生於溫度偵測單元210之特徵，圖4所示之電路板100實質上相同於圖2所示之電路板100，故在此不加贅述。

綜上所述，本發明之電路板及電路板使用延遲電路來監測控制訊號之有效工作週期並在有效工作週期持續等於0%時切斷負載與電源端間的電連接。如此一來，本發明之電路板及電路板可在負載不需運轉時確保電流不會自電源端流向控制單元，並進一步達成節省能源消耗之功效。

雖然前述的描述及圖示已揭示本發明之較佳實施例，必須瞭解到各種增添、許多修改和取代可能使用於本發明較佳實施例，而不會脫離如所附申請專利範圍所界定的本發明原理之精神及範圍。熟悉該技藝者將可體會本發明可能使用於很多形式、結構、佈置、比值、材料、元件和組件的修改。因此，本文於此所揭示的實施例於所有觀點，應被視為用以說明本發明，而非用以限制本發明。本發明的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。

10．．．電子裝置

20．．．中央處理器

21．．．溫度偵測單元

22．．．嵌入式控制器

23．．．連接器

24．．．電源端

50．．．負載模組

100．．．電路板

110．．．電子裝置

200．．．中央處理器

210．．．溫度偵測單元

220．．．控制單元

230．．．連接器

240．．．電源端

300．．．延遲電路

310．．．電容

320．．．電阻

330．．．金氧半場效應電晶體

400．．．開關單元

600．．．預設電壓

610．．．第一電壓

620．．．中間值

700．．．第一工作狀態

710．．．第二工作狀態

Vi．．．控制訊號

Vc．．．延遲的控制訊號

Vcc．．．電壓端

T．．．有效工作週期

L．．．延遲時間

圖1所示為習知電路板之方塊電路圖。

圖2所示本發明電路板之方塊電路圖。

圖3所示分別為控制訊號及延遲的控制訊號之訊號圖以及開關單元導通與否之狀態圖。

圖4所示為圖2所示電路板之變化實施例。

10．．．電子裝置

100．．．電路板

200．．．中央處理器

210．．．晶片組

220．．．控制單元

230．．．連接器

240．．．電源端

300．．．延遲電路

310．．．電容

320．．．電阻

330．．．金氧半場效應電晶體

400．．．開關單元

500．．．負載模組

Vcc．．．電壓端

Claims (7)

1. 一種電路板，與一負載模組配合使用，該電路板包含：一電源端；一控制單元，電性連接該負載模組，且提供一控制訊號；一延遲電路，電性連接該控制單元，且延遲該控制訊號而形成一延遲的控制訊號；以及一開關單元，分別電性連接該電源端、該延遲電路及該負載模組，該電源端、該開關單元及該負載模組之間存在一電源路徑，該開關單元依據該延遲的控制訊號來控制該電源路徑導通或關閉。
2. 如請求項1所述之電路板，其中該控制單元是一脈衝寬度變調單元、一嵌入式控制器、一南橋晶片或一晶片組。
3. 如請求項1所述之電路板，其中該延遲電路具有一時間常數，該時間常數大於該控制訊號的一完整的有效工作週期。
4. 如請求項1所述之電路板，其中該控制訊號具有一第一工作狀態與一第二工作狀態，當該控制訊號由該第一工作狀態改變至該第二工作狀態時，該延遲的控制訊號的電壓準位由一第一電壓開始往下降。
5. 如請求項4所述之電路板，其中該第一電壓經一延遲時間而降低至一預設電壓時，該開關單元動作，使得該電源路徑關閉。
6. 如請求項1所述之電路板，其中該控制訊號具有一第一工作狀態，當該控制訊號於該第一工作狀態時，該延遲的控制訊號的電壓準位為一第一電壓，且該開關單元使得該電源路徑導通，該電源端提供一電源至該負載模組。
7. 一種電子裝置，包含：一電源端；一控制單元，提供一控制訊號；一負載模組：一延遲電路，電連接該控制單元並根據該控制訊號輸出一延遲的控制訊號；一開關單元，分別電性連接該電源端、該延遲電路及該負載模組，該電源端、該開關單元及該負載模組之間存在一電源路徑，該開關單元依據該延遲的控制訊號來控制該電源路徑導通或關閉。