TWI458215B - 電源故障預測的方法、設備及系統 - Google Patents

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Description

電源故障預測的方法、設備及系統
本發明之實施例有關於電源及電源設備的領域，詳言之，一態樣有關於預測電源何時可能故障。
隨著處理能力的增加，行動運算裝置上需要更多的性能及額外的功能。因此，這些行動運算裝置的功率需求亦隨之增加。此外，這些行動裝置的使用需求也逐漸增加，因而更加倚重電池、燃料電池組(cell)及其他直流(DC)電源。此增加的功率及使用需求，連同小型的平台設計，使電源的負擔越來越重。
此增加的負擔全加起來會導致電源故障的產生。不幸地，電源故障不僅造成資料與生產力的損失，亦在電源爆炸或失火的情況中造成電源及容置其之裝置的損毀。傳統的電源管理技術無法偵測或防止電源及包覆其之裝置的損壞。詳言之，傳統的電源無法提供警告給使用者來保護他們不受到經濟上的損失及身體上的傷害。
 【發明內容及實施方式】
下列說明提出各種特定細節，如系統、構件、方法等等之範例，以提供本發明之數個實施例的理解。對熟悉該項技藝者而言顯而易見地，可在無這些細節的情況下實行本發明的至少一些實施例。在其他例子中，不詳細描述熟 知的構件或方法或將之以方塊圖的形式呈現以不必要地模糊本發明。因此，這些細節僅為例示性。特定實施例可與這些範例細節有所差異但仍視為落在本發明之精神與範疇內。
此外，不應將諸如「一實施例」、「一些實施例」的範例術語及其他類似術語之使用理解成需要互斥的實施例。因此，應將說明書及圖示作例示性而非限制性。
第1圖描繪直流(DC)電源設備100，其具有偵測操作電流之感測電阻器50及使用兩或更多條電線56來監視橫跨整個電源105或其子集的至少一電壓之非必要電池組監視單元(CMU)55。電源設備100可用來提供電元給系統，例如但不限於行動運算平台，如筆記型電腦、膝上型電腦、手機、個人數位助理(PDA)、手持裝置、遠端終端機等等、或伺服器運算平台，如刀鋒式伺服器、遠端伺服器、終端伺服器等等。電源設備100可包括一或更多電源105，例如但不限於一或更多電池組、一或更多燃料電池組等等，以經由電源線110(DC+)提供電源給系統。相關技藝中具通常知識者應可基於在此提供之教示而理解到，根據本發明之實施例可監視許多類型的電源105，包括但不限於錫碳電池、鹼性電池、鎳鎘電池、鎳金屬氫化物電池、鋰離子電池、鉛酸電池、金屬空氣電池、氧化銀電池、氧化汞電池、熱電池、各種燃料電池組或其他類型的直流電源。
在一些實施例中，兩個電晶體，充電電晶體115， QCH ，及放電電晶體120，QDIS ，例如但不限於金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSEFET)，可耦合至電源線110以及至電源管理單元(PSMU)130。電源管理單元130可控制充電及放電電晶體115及120以控制出入電源105之電流。在一些實施例中，充電電晶體115可幫助電源105的充電，而放電電晶體120可幫助電源105的放電。此外，在一些實施例中，可在系統從電源設備100汲取功率時發生電源105的放電。
在一些實施例中，電源管理單元130亦可監視電源設備100的操作電流，以確保電源設備100正常運算(以例如避免電源設備故障，其在一些實施例中，可從電流的改變而偵測到，如在此針對與第1A及/或1B圖的任一圖之CMU 55及/或PSMU 130及電線56的一些實施例之敘述)。此外，在一些實施例中，PSMU 130可判斷電源設備100中剩餘多少電荷。剩餘的電荷與使用者可繼續使用系統的剩餘操作時間有關。
電源管理單元130可經由各種信號線從系統接收時脈信號並且傳遞電池狀態資訊至系統，信號線例如為時脈信號(CLK)線135、資料信號(DATA)線140、熱信號(THRM)線145。CLK及DATA線135及140實施通訊協定，如符合智慧電池(Smart Battery)規格的SMBus介面。參見由SMBus規格工作群於2000年8月3日發表的系統管理匯流排規格版本2.0，目前可從http：//www.smbus.org/取得。亦可參見由SBS實施者論壇 於1998年12月15日所發表之智慧電池資料集規格版本1.1，目前可從http：//smartbattery.org/取得。THRM線140用來將電源設備的溫度狀態表示給系統或指示電源設備100的存在。
為了監視行動運算裝置的操作電流，電源設備100可在電源105及接地參考之間實施與傳輸電源線155串聯之感測電阻器50，RSENSE 。電源管理單元130可根據感測電阻器50之電阻及橫跨感測電阻器50之電壓差來判斷操作電流。雖然感測電阻器50的電阻可能為小(如10毫歐姆(mΩ))，但來自感測電阻器50的耗電量可能頗為顯著，至少部分歸咎於高電流需求。例如，使用10mΩ的感測電阻器50及10安培(A)的需求電流之耗電量約為1瓦特(W)。此耗電量增加電源設備100的熱解決方案之負擔。此外，此耗電量會使電源105變熱，而可能導致容量降低、壽命周期縮短及可靠度降低。
在一些例子中，諸如但不限於，其中電源設備100會遭遇到內部短路或其他破壞的情況中，PSMU 130可能無法偵測防止設備100及任何包含其之系統的損壞。在一些實施例中，PSMU 130包括電壓測量模組(將參照第2B圖詳述)以監視並預測不正常或有缺陷的電源。為了幫助測量電壓，PSMU可耦合至至少兩或更多條電線56，如第1B圖中所示。在一些實施例中，此兩或更多條電線56可耦合至CMU 55，如第1A圖中所示，而CMU 55則耦合至PSMU 130。各實施例分別顯示於第1B及1A圖中。
根據一些實施例，設備100可包括設置在DC電源105兩側上的兩或更多條電線56，以判斷橫跨電源105的電壓。此外，設備100可包括耦合至兩或更多條電線56的PSMU 130以測量電壓。PSMU 130可包括電壓測量模組，例如但不限於模組280，如第2B圖所示，其具有類比至數位轉換器(ADC)，例如但不限於ADC 285，其中ADC係組態成將測量到的類比電壓轉換成數位信號，以及電壓測量模組係組態成測量一段時間期間期間電壓改變的速率。在一些實施例中，可由PSMU 130、系統、電源種類或甚至系統使用者判斷這段時間期間。在一些實施例中，針對每一監視及/或測量循環，此時間期間可實質上為相同長度。在一些實施例中，可變更時間期間，但相關技藝中具通常知識者根據至少在此所述的教示應可理解到，時間期間較佳實質上相同或實質上其他時間期間的某倍數或分數，以使改變速率的判斷至少一致。
根據一些實施例，電壓測量模組可進一步組態成比較電壓的改變速度及臨限電壓改變速率，以及當該電壓的該改變速率趨近該臨限改變速率時發送警報信號。因此，PSMU 130可組態成在一或更多直流電源的功率負載情況期間測量電壓。在一些實施例中，該一或更多功率負載情況可包括在軟體碼執行期間除了視窗閒置狀態外大部分或全部的情況。在一些實施例中，處理器或核心之活動因子或功率狀態可為負載狀況的指示。因此，在一些實施例中，系統可告知PSMU 130負載情況，其可接著在本發明的 實施例中加以使用。在一些實施例中，保護模組，例如但不限於保護模組275，可組態成從電壓測量模組接收警報信號，並且發送信號以指示該類比前端驅動放電電晶體實質上隔離該電源105。
如第1A圖中所示，在一些實施例中，CMU 55可耦合至兩或多條電線56以替PSMU 130測量電壓，其中CMU 55能夠將測量到的電壓轉換成數位信號、測量一段時間期間電壓的改變速率以及提供資訊給PSMU 130。此技藝中具通常知識者根據至少在此提供的教示將可理解到，CMU 55可包括電壓測量模組及/或ADC的邏輯。確實，在本發明之一些實施例中，CMU 55及PSMU 130可包括冗餘邏輯。
第2A圖描繪根據本發明之一些實施例的DC電源等效模型200。針對具有陽極205及陰極210之許多種電源，如電源105，由RSELF-DIS 電阻器215所代表的自放電率非常小或無法判斷。在其中自放電率非常低的實施例中，忽略其之效應。在其中自放電率可判斷的實施例中，其之效應可納入改變速率的判斷中。在這兩事件的任一者中，根據本發明之一些實施例，可接著由串聯電阻(RCELL 或RSOURCE 電阻器200)及電容(CCELL 或CSOURCE 225)來估計電源的等效電阻。此技藝中具通常知識者可認知到此串聯電阻會隨充電與放電的循環增加。因此，針對正常操作的電源，可絕大部分預測此串聯電阻的增加速率。然而，在不正常或故障電源中，此串聯電阻會劇烈增加，尤其 在因短路或熱逸(thermal runaway)造成的故障前。在本發明的一些實施例中，可監視此串聯電阻並且測量改變速率以與希望的改變速率相比，此希望的改變速率在一些實施例中可為此電阻的實質上預期或正常的改變速率。
第2B圖描繪根據本發明之一些實施例的PSMU 130。在一些實施例中，PSMU 130可包括微控制器(MC)255及類比前端(AFE)260。微控制器255包括介面265、氣體估計模組270、保護模組275及電流與電壓測量模組280。在一些實施例中，PSMU 130可包括不同的電流模組與電壓模組，或其可包括具有執行電流與電壓測量操作兩者的邏輯之一個模組280。模組280可包括類比至數位轉換器(ADC)285。電源管理單元130、微控制器255及AFE 260的替代實施例可包括更少或更多構件。此外，微控制器255及AFE 260可製造在單一晶片上或不同的晶片上，或可由邏輯整體或部分致能，此為相關技藝中具通常知識者根據至少在此提供的教示可理解者。
在一實施例中，AFE 260可與微控制器255介接以控制充電及放電電晶體115及120。微控制器255可監視電源設備100的性能。介面265可幫助與其中安裝有/操作有電源設備100的系統通訊。耦合至介面265的範例信號線可包括時脈信號線、資料信號線、熱信號線及低功率信號線，其各將於此處其他地方描述。介面265的一些實施例根據特定實施例可包括更多或更少的線。例如，一些實施例可包括其他信號線以符合SMBus規格的未來版本、 修改或替代者，其亦於此處其他地方描述。
在一些實施例中，氣體估計模組270可判斷在給定時間電源105中剩餘多少電荷。氣體估計模組270可根據電源105的總容量、經過給定放電時間後已消耗多少電荷及經過給定放電時間後重新引進多少電荷到電源105中來作出此判斷。依照此方式，氣體估計模組270可類似汽車的燃料表般地操作，藉由顯示與燃料槽的總容量相比已用掉多少燃料。在替代實施例中，可實施其他種類的估計技術，包括直接測量電源105的實際電荷。
根據本發明之一些實施例，保護模組275可保護電源設備100不受到潛在危險的不足電壓及過電壓的情況之威脅。類似地，保護模組275可保護電源設備100不受到過高與過低電流的威脅。類似地，保護模組275可保護電源設備100不受到潛在危險的溫度情況之威脅。在一實施例中，若發生一或更多危險的操作情況，保護模組275可關閉(亦即斷接)電源設備100。保護模組275可與類比前端260、電流與電壓測量模組280或電源設備100的其他構件接介以評估操作情況。
在一些實施例中，模組280可藉由由CELL所示的線耦合至CMU 55，以接收測量值及/或信號以及非必要地使用類比至數位轉換器285來將之轉換成數位信號。在一些實施例中，模組280可藉由CELL所示的線耦合至電線56以接收電壓讀取值。在此種實施例中，模組280可判斷電壓測量值並且可執行信號轉換。
在一些實施例中，ADC 285可為任何適當類型的ADC，如快閃ADC或另一種ADC。此外，ADC 285可具有8位元的解析度、14位元的解析度或其他解析度，此為相關技藝中具通常知識者可根據至少在此所提供的教示理解者。因此，在一些實施例中，8位元ADC會有256個量化等級，其會對10.0伏特(V)的全尺寸範圍造成大約156.25毫伏特(mV)的電壓解析度。類似地，14位元ADC會有16384個量化等級，其會對10.0伏特(V)的全尺寸範圍造成大約0.61mV的電壓解析度。
在一些實施例中，模組280及/或CMU 55可動態地調整ADC 285或ADC或CMU 55內部之ADC邏輯的監視範圍。在一些實施例中，可部分根據系統的功率狀態來作調整。例如，若系統進入低功率狀態，則模組280可變更8位元數位至類比轉換器的全尺寸範圍從10.0V至2.0V。依照此方式，在從0.0V到2.0V的範圍中，電壓解析度將大約為31.25mV，而非156.25mV。換言之，變更解析度來對應功率狀態可在0-2V的範圍中提供256個量化等級，而非若全尺寸範圍為10.0V時在範圍0-2V中約12-13個量化範圍。在一些實施例中，系統的功率狀態可符合先進組態及功率介面(ACPI)開放標準中所界定的功率狀態。參見由惠普公司(Hewlett-Packard Corporation)、英特爾公司(Intel Corporation)、微軟公司(Microsoft Corporation)、鳳凰技術公司(Phoenix Technologies Ltd)及東芝公司(Toshiba Corporation)於2005年12月30 日發表的先進組態及功率介面規格版本3.0a，目前可從http：//www.acpi.info取得。例如，處理器可在各種「C」功率狀態中操作，從C0(全功率)至C4(低功率)，雖可界定並實施其他的功率狀態。
第3圖描繪根據本發明之一些實施例的電源故障預測的方法300。在一些實施例中，程序在操作310開始，其中程序可監視一段時間期間內功率負載狀況中DC電源的電壓。在一些實施例中，電源可為電源105。此外，可使用CMU 55及電線56來執行監視，如參照本發明之實施例於此處其他地方所述。程序接著進行至315，其中自超過一個測量到的電壓判斷DC電源之等效電阻的實際改變速率。在一些實施例中，PSMU 130或CMU 55可執行此判斷。
程序接著進行至320，其中比較實際改變速率與臨限改變速率。程序接著進行至325，其中判斷實際改變速率是否趨近臨限改變速率。在一些實施例中，PSMU 130或CMU 55可執行該比較及/或判斷。在其中實際改變速率趨近臨限改變速率的情形中，程序接著進行至330，其中發出警報。在一些實施例中，由使用者、電源設備100的製造者或系統來預先決定當實際速率趨近臨限速率之臨限值。此外，在一些實施例中，當實際改變速率實質等於或大於臨限改變速率時發出警報。
根據一些實施例，臨限改變速率可為將指示電源的潛在故障之臨限改變速率。再者，在一些實施例中，可如在 此處其他地方所述般，根據但不限於諸如電源的循環壽命、電源的電荷狀態、已知的來源變異及相關技藝中具通常知識者根據至少在此所提供的教示可理解到之其他因素來判斷或更新臨限改變速率。
程序可接著非必要地進行至335，其中可繼續監視電壓。在一些實施例中，在實際速率並無趨近臨限速率之臨限值的情形中程序可進行至335。此外，程序可非必要地進行至340，其中可儲存警報、測量到的電壓或實際改變速率。在一些實施例中，這些事件及資料對設備100、系統或使用者有益。程序可非必要地進行至345，其中可判斷更新的臨限改變速率。在一些實施例中，可完全或部分從先前的警報、先前測量的電壓及/或先前的改變速率(希望的及/或實際的)來判斷更新的臨限速率。程序可非必要地進行至350，其中停止監視一段時間。在一些實施例中，可由系統、設備100或使用者來判斷此段時間。程序可於任何點再度開始，此為相關技藝中具通常知識者根據至少在此所提供的教示可理解到者。
在一些實施例中，程序可非必要地執行判斷功率負載情況或時間期間的操作。如在此處其他地方所述，可由各種構件並根據各種因素來判斷負載情況。此外，如同在此處其他地方所述，可由各種構件並根據各種因素來判斷時間期間。
第4圖描繪根據本發明之一些實施例的其中可實施電源故障預測的實施例之一範例系統400。在一些實施例中 ，系統400可為一種總是、非必要地、有時或經常由直流(DC)電源(如供應DC電壓給系統之燃料電池組或電池)供電的類型。因此，可週期性地再充電DC電源。
在一些實施例中，系統400包括用於通訊資訊之通訊機制或匯流排411以及用於處理資訊之積體電路構件，如與匯流排411耦合之主處理單元412。可由DC電源供電給系統400中的一或更多構件或裝置，如主處理單元412或晶片組436。主處理單元412可包括一或如一單元般一起工作之更多處理器核心。
系統400亦可包括耦合至匯流排411用來儲存資訊及由主處理單元412執行的指令之隨機存取記憶體(RAM)或其他動態儲存裝置404(稱為主記憶體)。主記憶體404亦可用來儲存在由主處理單元412執行指令期間之暫時變量或其他中間資訊。系統400亦包括耦合至匯流排411用來儲存靜態資訊及主處理單元412用之指令的唯讀記憶體(ROM)及/或其他靜態儲存裝置406。靜態儲存裝置406可儲存操作系統(OS)層級及應用層級軟體。
韌體403可為軟體與硬體的結合，如電子可編程唯讀記憶體(EPROM)，其具有記錄於EPROM上常規的操作。韌體403可包括嵌入基礎碼、基本輸入/輸出系統碼(BIOS)或其他類似的碼。韌體403使系統400得以樣例化(instantiate)。
此外，系統400可耦合至或具有整合顯示裝置421，如陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(LCD)，耦合至匯 流排411以顯示資訊給電腦使用者。在一實施例中，晶片組436可與顯示裝置421介接。
字母與數字輸入裝置(鍵盤)422，包括字母與數字符號及其他鍵，亦可耦合至匯流排411以傳遞資訊及命令選擇給主處理單元412。此外，游標控制裝置423，如滑鼠、追蹤球、追蹤墊、電筆(stylus)或游標方向鍵，可耦合至匯流排411以傳遞方向資訊及命令選擇至主處理單元412，以及控制顯示裝置421上的游標動作。在一些實施例中，晶片組436可與I/O裝置介接。類似地，能夠製造檔案的硬拷貝424的裝置，如印表機、掃描器、影印機等等，亦可與輸入/輸出晶片組436及匯流排411互動。
如DC電源之電源供應器428可耦合至匯流排411。在一些實施例中，DC電源為電池及交流電(AC)轉接器電路。此外，聲音記錄及播放裝置，如揚聲器及/或麥克風(未圖示)，可非必要地耦合至匯流排411以與系統400音頻式介接。無線通訊模組425亦可耦合至匯流排411。無線通訊模組425可利用無線應用協定(WAP)來建立無線通訊通道。無線通訊模組425可實施無線網路標準，如由IEEE於1999年所發表之美國電機暨電子工程師學會(IEEE)80211標準(IEEE std.802.11-1999)。在一些實施例中，可在系統400中實施其他種類的無線技術。
本發明之實施例包括各種操作，如在此所述。可由硬體構件、軟體、任體或其之結合來執行這些操作。如在此 所用，「耦合」一詞係指經由一或更多中介構件直接或間接耦合。於在此所述的各種匯流排上供應的任何信號可為與其他信號在時間上多工並可透過一或更多共同匯流排供應。另外，電路構件或區塊之間的互連可顯示成匯流排或單一信號線。這些匯流排的每一個可替代地為一或更多單一信號線而單一信號線的每一條可替代地為匯流排。
某些實施例可實施為電腦程式產品，其可包括儲存於機器可讀取媒體上的指令。這些指令可用來編程一般目的或特別目的處理器以執行所述的操作。機器可讀取媒體包括用於以機器(如電腦)可讀取之形式(如軟體、處理應用)儲存或傳送資訊的任何機制。機器可讀取媒體可包括但不限於磁性儲存媒體(如軟碟機)、光性儲存媒體(如CD-ROM)、光磁性儲存媒體、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、可抹除可編程記憶體(如EPROM及EEPROM)、快閃記憶體、電性、光性、音性或其他形式的傳播信號(如載波、紅外線信號、數位信號等等)或適合儲存電子指令之另一種類型的媒體。
另外，可在分散式運算環境中實行一些實施例，其中機器可讀取媒體儲存在超過一個電腦系統上或由超過一個電腦系統執行。此外，電腦系統間傳輸的資訊可經由連接電腦系統的通訊媒體拉取或推送。
在此所述的數位處理裝置可包括一或更多一般目的處理裝置，如微處理器或中央處理單元、控制器等等。替代地，數位處理裝置可包括一或更多特別目的處理裝置，如 數位信號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)、場可編程閘陣列(FPGA)等等。在一替代實施例中，例如，數位處理裝置可為具有包括核心單元及多微引擎之多處理器的網路處理器。此外，數未處理裝置可包括一般目地處理裝置及特別目的處理裝置的任何結合。
在此參照的「邏輯指令」一詞有關於可由一或更多機器了解以執行一或更多邏輯操作的表示。例如，邏輯指令可包含可由處理器編譯器解譯的指令，以對一或更多資料物件執行一或更多操作。然而，此僅為機器可讀取指令的一範例並且實施例不限於此態樣。
在此參照的「電腦可讀取媒體」一詞有關於能夠維持一或更多機器可認知的表示之媒體。例如，電腦可讀取媒體可包含一或更多儲存裝置以儲存電腦可讀取指令或資料。此種儲存裝置可包含儲存媒體，如光性、磁性或半導體儲存媒體。然而，此僅為電腦可讀取指令的一範例並且實施例不限於此態樣。
在此參照的「邏輯」一詞有關於用於執行一或更多邏輯操作的結構。例如，邏輯可包含根據一或更多輸入信號提供一或更多輸出信號的電路。此種電路可包含有限狀態機器，其接收數位輸入並提供數位輸出，或者回應於一或更多類比輸入信號而提供一或更多類比輸出信號的電路。可在ASIC或FPGA中提供此種電路。並且，邏輯可包含儲存於記憶體中之機器可讀取指令，結合處理電路以執行此種機器可讀取指令。然而，這些僅為可提供邏輯之結構 的範例並且實施例不限於此態樣。
在此所述之方法的一些可體現為電腦可讀取媒體上之邏輯指令。當在處理器上執行時，邏輯指令導致處理器被編程成特別目的機器，其實施所述的方法。當邏輯指令組態處理器以執行在此所述之方法時，處理器係由執行所述方法的結構所構成。替代地，在此所述之方法可簡化成例如在FPGA、ASIC等等上的邏輯。
雖以特定順序顯示並描述在此之方法的操作，可變更各方法之操作的順序，使得某些操作以相反順序執行或使得某些操作至少部分與其他操作同時執行。在另一實施例中，指令或不同操作的子操作可具有間續及/或交替的方式。
在上述說明書中，已參照本發明之範例實施例描述本發明。然而，明顯地，可作出各種變更與改變而不悖離於所附申請專利範圍中提出之本發明的較廣精神與範疇。
僅為了方便且若事實上揭露超過一個的單一發明或發明概念非意圖自願將此申請書限制於任何單一發明或發明概念，而將具發明性的標的之此種實施例在此以「本發明」來作個別參照或統稱。因此，雖已在此圖示並描述特定實施例，算計已達成相同目的之任何配置可替代所示的特定實施例。此揭露意圖涵蓋各種實施例的任何及所有修改及變化。上述實施例的結合，以及在此未特別描述的其他實施例，對於此技藝中具通常知識者在閱讀了上述說明後為顯而易見者。
以順應美國聯邦法規第三十七篇第1.27(b)的方式提出發明摘要，其要求摘要能讓讀者迅速確定技術揭露的性質與主旨。相信發明摘要將不會用來解釋或限制申請專利範圍的範疇或含意。此外，在上述「實施方式」中，可見到各種特徵集結成單一實施例以使揭露的內容得以流暢。不應將此種揭露方法解釋成需要比各申請專利範圍項式中明確敘述者更多的特徵。更確切地，具發明性之標的存在於少於單一揭露的實施例之所有特徵。因此，在此將下列申請專利範圍包含在實施方式中，其中各申請專利範圍項式本身為一獨立個別的實施例。
50‧‧‧感測電阻器
55‧‧‧電池組監視單元(CMU)
56‧‧‧電線
100‧‧‧電源設備
105‧‧‧電源
110‧‧‧電源線
115‧‧‧充電電晶體
120‧‧‧放電電晶體
130‧‧‧電源管理單元(PSMU)
135‧‧‧時脈信號(CLK)線
140‧‧‧資料信號(DATA)線
145‧‧‧熱信號(THRM)線
155‧‧‧傳輸電源線
205‧‧‧陽極
210‧‧‧陰極
215、220‧‧‧電阻器
225‧‧‧電容器
255‧‧‧微控制器(MC)
260‧‧‧類比前端(AFE)
265‧‧‧介面
270‧‧‧氣體估計模組
275‧‧‧保護模組
280‧‧‧電流與電壓測量模組
285‧‧‧類比至數位轉換器，ADC
400‧‧‧系統
404‧‧‧動態儲存裝置
403‧‧‧韌體
406‧‧‧靜態儲存裝置
411‧‧‧匯流排
412‧‧‧主處理單元
421‧‧‧整合顯示裝置
422‧‧‧字母與數字輸入裝置(鍵盤)
423‧‧‧游標控制裝置
424‧‧‧硬拷貝
425‧‧‧無線通訊模組
428‧‧‧電源供應器
436‧‧‧晶片組
例示性而非限制性地於附圖中描繪本發明之實施例。
第1A及1B圖描繪根據本發明之一些實施例的直流(DC)電源設備，其具有各種構件以監視DC電源設備的操作。
第2A圖描繪根據本發明之一些實施例的DC電源等效模型。
第2B圖描繪根據本發明之一些實施例的電源管理單元(PSMU)。
第3圖描繪根據本發明之一些實施例的電源故障預測的方法。
第4圖描繪根據本發明之一些實施例的其中可實施電源故障預測的實施例之一範例系統。
50‧‧‧感測電阻器
55‧‧‧電池組監視單元(CMU)
56‧‧‧電線
100‧‧‧電源設備
105‧‧‧電源
110‧‧‧電源線
115‧‧‧充電電晶體
120‧‧‧放電電晶體
130‧‧‧電源管理單元(PSMU)
135‧‧‧時脈信號(CLK)線
140‧‧‧資料信號(DATA)線
145‧‧‧熱信號(THRM)線
155‧‧‧傳輸電源線

Claims (24)

  1. 一種電源故障預測之設備，包含：兩或更多條電線，設置在直流電源的兩側上以判斷當該直流電源用以供應電力至負載時橫跨該直流電源的第一電壓及第二電壓；以及電源管理單元，與該兩或更多條電線耦合，以於該負載的一或更多功率負載情況期間之第一時間瞬時測量該第一電壓，並於該負載的該一或更多功率負載情況期間之第二時間瞬時測量該第二電壓，其中該負載係運算平台，且其中該電源管理單元進一步用以：根據該所測量之第一電壓與第二電壓，判斷該直流電源之等效電阻之改變速率；以及根據該改變速率，預測該直流電源之故障。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該電源管理單元包含具有類比至數位轉換器之電壓測量模組，其中該類比至數位轉換器係用以將該測量的第一電壓及第二電壓分別轉換成第一數位信號及第二數位信號，以及該電壓測量模組係用以測量該第一電壓與該第二電壓之間的改變速率。
  3. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該電壓測量模組係進一步用以比較該第一電壓與該第二電壓之間的該改變速率及該第一電壓與該第二電壓之間之臨限改變速率，以及當該第一電壓與該第二電壓之間的該改變速率趨 近該臨限改變速率時發送警報信號。
  4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該電源管理單元進一步包含：類比前端，與該電壓測量模組耦合，其中該類比前端與充電電晶體耦合以驅動該充電電晶體充電該直流電源，以及該類比前端與放電電晶體耦合以驅動該放電電晶體來幫助運算平台之操作；電源計量模組，與該類比前端耦合，以判斷於該直流電源中儲存多少電性能量；保護模組，與該類比前端耦合，以保護該直流電源不受到潛在的故障事件影響；以及介面，耦合至該類比前端，以與該運算平台的系統處理器介接。
  5. 如申請專利範圍第4項之設備，其中該保護模組係用以從該電壓測量模組接收警報信號，並且發送信號以指示該類比前端驅動該放電電晶體而實質上隔離該直流電源。
  6. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該直流電源包括電池或燃料電池組或兩者。
  7. 如申請專利範圍第1項之設備，其中在一或更多電池組中組態該直流電源。
  8. 如申請專利範圍第1項之設備，進一步包含：電池組監視單元，與該兩或更多條電線耦合，用以：為該電源管理單元測量該第一電壓與該第二電壓，其 中該電池組監視單元能夠將該測量的第一電壓與第二電壓分別轉換成第一數位信號與第二數位信號；測量該第一電壓與該第二電壓之間的改變速率；以及提供資訊給該電源管理單元。
  9. 一種電源故障預測系統，包含：顯示裝置，用以從直流電源汲取功率；兩或更多條電線，設置在該直流電源的兩側上以當該直流電源用以供應電力至負載時判斷橫跨該直流電源的電壓；以及電源管理單元，與該兩或更多條電線耦合以於該負載的一或更多功率負載情況期間之第一時間瞬時測量該第一電壓，並於該負載的該一或更多功率負載情況期間之第二時間瞬時測量該第二電壓，其中該電源管理單元進一步用以：根據該所測量之第一電壓與第二電壓，判斷該直流電源之等效電阻之改變速率；以及根據該改變速率，預測該直流電源之故障。
  10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該電源管理單元包含具有類比至數位轉換器之電壓測量模組，其中該類比至數位轉換器係用以將該測量的第一電壓與第二電壓分別轉換成第一數位信號與第二數位信號，以及該電壓測量模組係用以測量該第一電壓與該第二電壓之間的改變速率。
  11. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該電壓測 量模組係進一步用以比較該第一電壓與該第二電壓之間的該改變速率及該第一電壓與該第二電壓之間之臨限改變速率，以及當該第一電壓與該第二電壓之間的該改變速率趨近該臨限改變速率時發送警報信號。
  12. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該電源管理單元進一步包含：類比前端，與該電壓測量模組耦合，其中該類比前端與充電電晶體耦合以驅動該充電電晶體充電該直流電源，以及該類比前端與放電電晶體耦合以驅動該放電電晶體來幫助運算平台之操作；電源計量模組，與該類比前端耦合，以判斷於該直流電源中儲存多少電性能量；保護模組，與該類比前端耦合，以保護該直流電源不受到潛在的故障事件影響；以及介面，與該類比前端耦合，以與該運算平台的系統處理器介接。
  13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中該保護模組係用以從該電壓測量模組接收警報信號，並且發送信號以指示該類比前端驅動該放電電晶體而實質上隔離該直流電源。
  14. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該直流電源包括電池或燃料電池組或兩者。
  15. 如申請專利範圍第9項之系統，其中在一或更多電池組中組態該直流電源。
  16. 如申請專利範圍第9項之系統，進一步包含：電池組監視單元，與該兩或更多條電線耦合，用以：為該電源管理單元測量該第一電壓與該第二電壓，其中該電池組監視單元能夠將該測量的第一電壓與第二電壓分別轉換成第一數位信號與第二數位信號；測量該第一電壓與該第二電壓之間的改變速率；以及提供資訊給該電源管理單元。
  17. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該負載包括行動運算平台或伺服器運算平台。
  18. 一種電源故障預測方法，包含：監視一段時間期間內功率負載情況中直流電源的電壓；從超過一個的測量電壓判斷該直流電源的等效電阻之實際改變速率；比較該實際改變速率及臨限改變速率；以及當該實際改變速率趨近該臨限改變速率時發出警報。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，進一步包含：持續監視該電壓。
  20. 如申請專利範圍第18項之方法，進一步包含：儲存該警報、該測量的電壓或該實際改變速率。
  21. 如申請專利範圍第18項之方法，進一步包含：判斷更新的臨限改變速率。
  22. 如申請專利範圍第18項之方法，進一步包含：停止該監視一段時間期間。
  23. 如申請專利範圍第18項之方法，其中當該實際改變速率實質等於或大於該臨限改變速率時發出該警報。
  24. 如申請專利範圍第18項之方法，進一步包含：判斷該功率負載情況或時間長度。
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