TWI487234B

TWI487234B - 電源管理裝置

Info

Publication number: TWI487234B
Application number: TW100109856A
Authority: TW
Inventors: Ting Yu Chang
Original assignee: Aopen Inc
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2015-06-01
Also published as: TW201240261A; US20120242146A1; CN102694461A

Description

電源管理裝置

本發明係指一種電源管理裝置，尤指一種可有效率地利用電源適配器之閒置功率的電源管理裝置。

隨著電子技術的進步，桌上型電腦系統的電源供應器已逐漸採用低功率、小型、外接式之電源適配器(Power Adapter)，而取代傳統先進技術延伸(Advanced Technology Extended，ATX)規格之電源供應器，以實現小型化及低功耗之目的。一般而言，為了確保電腦系統可在各種情形下正常運作，電腦系統皆會配置較高功率之電源適配器。例如，若一電腦系統正常運作下(如文書處理、上網等)的功耗為40瓦，則會配置90瓦之電源適配器，以應付各種突如其來的高功耗需求；換言之，多數時候電腦系統的電源使用效率低於50%。在此情形下，如何更有效率地利用電源適配器的閒置功率也就成為業界所關注的課題之一。

因此，本發明主要提供一種電源管理裝置。

本發明揭露一種電源管理裝置，包含有複數個電源接收端子，用來嵌合複數個電源適配器，以接收該複數個電源適配器所輸出之電源；複數個電源輸出端子，用來嵌合複數個電子裝置；以及一分流模組，電性連接於該複數個電源接收端子與該複數個電源輸出端子，用來根據該複數個電源適配器相對於該複數個電源接收端子之電源供應情形，控制該複數個電源適配器至該複數個電源輸出端子之電源供應方式。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一電源管理裝置10之示意圖。電源管理裝置10可有效管理電源適配器ADP_1～ADP_n所輸出之電源，以供應電源給電子裝置LD_1～LD_n。電子裝置LD_1～LD_n可以是電腦系統、音響、家用電器等各種電子裝置，而電源適配器ADP_1～ADP_n則可輸出適用於電子裝置LD_1～LD_n之直流電源。電源管理裝置10係由電源接收端子PI_1～PI_n、電源輸出端子PO_1～PO_n及一分流模組100所組成。電源接收端子PI_1～PI_n及電源輸出端子PO_1～PO_n分別用來嵌合電源適配器ADP_1～ADP_n及電子裝置LD_1～LD_n，而分流模組100則可根據電源適配器ADP_1～ADP_n相對於電源接收端子PI_1～PI_n之電源供應情形，控制電源適配器ADP_1～ADP_n至電源輸出端子PO_1～PO_n之電源供應方式。

詳細來說，分流模組100包含有串接於一序列之切換單元SW_1～SW_n，其分別電性連接於一電源接收端子與一電源輸出端子，用來根據對應之電源接收端子的電壓，控制電源接收端子與電源輸出端子之導通；例如，切換單元SW_1係根據電源接收端子PI_1之電壓(即電源適配器ADP_1相對於電源接收端子PI_1之電源供應情形)，控制電源接收端子PI_1與電源輸出端子PO_1間的導通。另外，切換單元SW_1～SW_n可分別根據相鄰之切換單元的電源接收情形，控制與相鄰之切換單元的導通；例如，切換單元SW_1可根據電源接收端子PI_2或PI_n之電壓(即切換單元SW_2或SW_n的電源接收情形)，控制與切換單元SW_2或SW_n的導通情形。

簡單來說，分流模組100係將電源接收端子PI_1～PI_n所接收之電源分配至電源輸出端子PO_1～PO_n，以供應至電子裝置LD_1～LD_n。在此情形下，若電源適配器ADP_1～ADP_n中有部分電源適配器未啟動、故障或未正確嵌合於對應的電源接收端子，則分流模組100仍可利用電源分配的方式，將其它電源適配器閒置的功率，導向給所有電子裝置。例如，若電源適配器ADP_1～ADP_n中電源適配器ADP_1發生故障，則分流模組100可將電源適配器ADP_2～ADP_n所供應之電源額外傳送至電源輸出端子PO_1，以確保電子裝置LD_1可正常運作。

要實現上述概念的方式有許多種，舉例來說，第2圖為本發明實施例一分流模組20之示意圖。分流模組20用來實現第1圖之分流模組100，故相關符號沿用分流模組100之符號。如第2圖所示，分流模組20中切換單元SW_1～SW_n係由二極體D1、D2、D3所組成，同時，為便於說明，切換單元SW_1～SW_n之二極體D1、D2、D3與電源輸出端子PO_1～PO_n之交點標示為節點ND_1～ND_n。如本領域所熟知，二極體D1、D2、D3可作為單向開關，亦即當P 極電壓與N 極電壓之電壓差大於或等於一臨限值(如0.7伏)，則P極至N極之電流路徑導通；反之，當P極電壓與N極電壓之電壓差小於該臨限值時，P極至N極之電流路徑關閉。換句話說，以切換單元SW_1為例，當電源接收端子PI_1與節點ND_1之電壓差大於臨限值時，二極體D1開啟(導通)；當節點ND_1與節點ND_2之電壓差大於臨限值時，二極體D2關閉，二極體D3開啟；以及當節點ND_2與節點ND_1之電壓差大於臨限值時，二極體D2開啟，二極體D3關閉。其餘切換單元SW_2～SW_n之操作可依此類推。在此情形下，假設電源接收端子PI_1～PI_n皆正確收到電源適配器ADP_1～ADP_n所輸出的電源，且其電壓大小約略相等，則切換單元SW_1～SW_n之二極體D1皆開啟，二極體D2、D3皆關閉。換言之，電源適配器ADP_1～ADP_n係分別輸出電源至電子裝置LD_1～LD_n，此時，分流模組20不會進行電源分配動作。

反之，假設電源接收端子PI_1～PI_n中有一電源接收端子未接收到對應之電源適配器所輸出的電源，如電源適配器故障或未正確嵌合於電源接收端子，則分流模組20會進行電源分配動作。舉例來說，若電源接收端子PI_1未接收到電源適配器ADP_1所輸出的電源，而其它電源接收端子PI_2～PI_n皆接收到對應之電源適配器所輸出的電源，則切換單元SW_1的二極體D1、D3關閉，二極體D2開啟，使得電源接收端子PI_2所接收到的電源會經由節點ND_2及切換單元SW_1的二極體D2，導通至電源輸出端子PO_1；同時，切換單元SW_n的二極體D3會開啟，使得電源接收端子PI_n所接收到的電源會經由切換單元SW_n的二極體D3及節點ND_1，導通至電源輸出端子PO_1。換言之，分流模組20可將電源適配器ADP_2～ADP_n所輸出之電源分配至電源輸出端子PO_1，以確保後端電子裝置LD_1可正常運作。

除了以二極體實現切換單元SW_1～SW_n外，另可利用雙載子接面電晶體方式實現。請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一分流模組30之示意圖。分流模組30用來實現第1圖之分流模組100，故相關符號沿用分流模組100之符號。如第3圖所示，分流模組30中切換單元SW_1～SW_n係由電晶體Q1、Q2、Q3及一控制器所組成，同時，為便於說明，切換單元SW_1～SW_n之電晶體Q1、Q2、Q3與電源輸出端子PO_1～PO_n之交點標示為節點ND_1～ND_n。電晶體Q1、Q2、Q3皆為P型雙載子接面電晶體，其基極皆電性連接於控制器。控制器則根據當級與相鄰(下一級)之電源接收端子的電源接收情形，即第3圖之電壓Vi1、Vi2，輸出電壓Va、Vb、Vc，以控制電晶體Q1、Q2、Q3之射級(電源接收端子)至集極(電源輸出端子)的導通情形。詳細來說，控制器係根據當級電源接收端子之電壓Vi1，產生電晶體Q3之控制電壓Vc，並根據下一級電源接收端子之電壓Vi2，產生電晶體Q1、Q2之控制電壓Va、Vb。

以切換單元SW_1為例，當正常運作時，電源接收端子PI_1之電壓大於電晶體Q1之基極電壓，電晶體Q1導通，使電源接收端子PI_1之電源可傳輸至節點ND_1，則節點ND_1的電壓幾乎等於電源接收端子PI_1的電壓。如此一來，電晶體Q2的基極電壓大於射極電壓，使得電晶體Q2關閉，節點ND_1的電源不會流到節點ND_2；同理，電晶體Q3的基極電壓大於射極電壓，使得電晶體Q3關閉，節點ND_2的電源不會流到節點ND_1。另外，切換單元SW_n的電晶體Q2也因基極電壓大於射極電壓而關閉，使節點ND_n的電源不會流到節點ND_1。簡單來說，當正常運作時，電源接收端子PI_1～PI_n與電源輸出端子PO_1～PO_n間係為一對一關係。

相反地，當電源接收端子PI_1未接收到電源適配器ADP_1所輸出的電源，而其它電源接收端子PI_2～PI_n皆接收到對應之電源適配器所輸出的電源時，電源接收端子PI_1之電壓會小於切換單元SW_1之電晶體Q1之基極電壓，使得電晶體Q1關閉。同時，由於節點ND_2的電壓大於切換單元SW_1之電晶體Q3之基極電壓，使得電晶體Q3導通，則節點ND_2的電源會流動到節點ND_1。另外，切換單元SW_n的電晶體Q2也因射極電壓大於基極電壓而導通，使節點ND_n的電源流動到節點ND_1。由此可知，當電源接收端子PI_1未接收到電源適配器ADP_1所輸出的電源，而其它電源接收端子PI_2～PI_n皆接收到對應之電源適配器所輸出的電源時，電源輸出端子PO_1(即節點ND_1)的電源係由其它電源輸出端子所供應。

由上述可知，電晶體Q1、Q2、Q3之導通與否係與同級之電源接收端子及相鄰之電源接收端子的電源接收情形有關。也就是說，當電源接收端子PI_1～PI_n皆正確收到電源適配器ADP_1～ADP_n所輸出的電源，且其電壓大小約略相等，則切換單元SW_1～SW_n之電晶體Q1皆導通，電晶體Q2、Q3皆關閉。換言之，電源適配器ADP_1～ADP_n係分別輸出電源至電子裝置LD_1～LD_n，此時，分流模組30不會進行電源分配動作。

反之，假設電源接收端子PI_1～PI_n中有一電源接收端子未接收到對應之電源適配器所輸出的電源，如電源適配器故障或未正確嵌合於電源接收端子，則分流模組30會進行電源分配動作。舉例來說，若電源接收端子PI_1未接收到電源適配器ADP_1所輸出的電源，而其它電源接收端子PI_2～PI_n皆接收到對應之電源適配器所輸出的電源，則切換單元SW_1的電晶體Q1、Q2關閉，電晶體Q3導通，而切換單元SW_n的電晶體Q2導通，使得電源接收端子PI2所接收到的電源會經由切換單元SW_1的電晶體Q3導通至節點ND_1，而電源接收端子PI_n所接收到的電源會經由切換單元SW_n的電晶體Q2導通至節點ND_1，以供應至電源輸出端子PO_1。需注意的是，切換單元SW_1～SW_n之控制器的主要運作目的在於確保當電源接收端子正確收到電源時，可將電源導通至對應的電源輸出端子，並確保當相鄰電源接收端子未正確收到電源時，將電源導通至相鄰的電源輸出端子。

在第3圖中，電晶體Q1、Q2、Q3皆為P型雙載子接面電晶體，其電流驅動能力較優良，若電子裝置LD_1～LD_n之電流需求不高時，亦可改採N型雙載子接面電晶體。請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一分流模組40之示意圖。分流模組40與分流模組30相似，不同之處在於分流模組40之電晶體Q1、Q2、Q3皆為N型雙載子接面電晶體，其餘則大致相同。

此外，需注意的是，本發明之主要精神在於適當分配電源適配器ADP_1～ADP_n之電源，以於其中之一或多個電源適配器發生故障或未正確嵌合時，將其它電源適配器閒置之電源供應至故障電源適配器所對應的電子裝置。凡依此所做之各種變化皆應屬本發明之範疇。舉例來說，為了避免電源適配器發生故障或未正確嵌合時可能導致對應電源接收端子處於浮接(Floating)狀態，可於電源接收端子PI_1～PI_n與切換單元SW_1～SW_n間增加電容、電阻所組成之緩衝電路，如第5A圖所示。此外，為了確保電源輸出端子PO_1～PO_n輸出至電子裝置LD_1～LD_n之電源規格符合需求，可於電源輸出端子PO_1～PO_n與切換單元SW_1～SW_n間增加電源調整電路，如第5B圖所示，以確保電子裝置LD_1～LD_n可正常運作。其中，電源調整電路可以是任何形式之直流對直流轉換器，如脈衝寬度調變、脈衝頻率調變等。

綜上所述，本發明可適當分配電源適配器之電源，以於其中之一或多個電源適配器發生故障或未正確嵌合時，將其它電源適配器閒置之電源供應至故障電源適配器所對應的電子裝置，以有效率地利用電源適配器的閒置功率，並達到電源援救之功能。

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．．．電源管理裝置

ADP_1～ADP_n．．．電源適配器

LD_1～LD_n．．．電子裝置

PI_1～PI_n．．．電源接收端子

PO_1～PO_n．．．電源輸出端子

100、20、30、40．．．分流模組

SW_1~SW_n‧‧‧切換單元

D1、D2、D3‧‧‧二極體

ND_1~ND_n‧‧‧節點

Q1、Q2、Q3‧‧‧電晶體

Vi1、Vi2、Va、Vb、Vc‧‧‧電壓

第1圖為本發明實施例一電源管理裝置之示意圖。

第2圖為本發明實施例一分流模組之示意圖。

第3圖為本發明實施例另一分流模組之示意圖。

第4圖為本發明實施例又一分流模組之示意圖。

第5A圖為第1圖之電源管理裝置增加緩衝電路之示意圖。

第5B圖為第1圖之電源管理裝置增加電源調整電路之示意圖。

10．．．電源管理裝置

ADP_1～ADP_n．．．電源適配器

LD_1～LD_n．．．電子裝置

PI_1～PI_n．．．電源接收端子

PO_1～PO_n．．．電源輸出端子

100．．．分流模組

SW_1～SW_n．．．切換單元

Claims

一種電源管理裝置，包含有：複數個電源接收端子，用來嵌合複數個電源適配器，以接收該複數個電源適配器所輸出之電源；複數個電源輸出端子，用來嵌合複數個電子裝置；以及一分流模組，電性連接於該複數個電源接收端子與該複數個電源輸出端子，用來根據該複數個電源適配器相對於該複數個電源接收端子之電源供應情形，控制該複數個電源適配器至該複數個電源輸出端子之電源供應方式；其中，於該複數個電源適配器之一第一電源適配器未供應電源至該複數個電源接收端子，且該複數個電源適配器之一第二電源適配器供應電源至該複數個電源接收端子之一電源接收端子時，該分流模組將該第二電源適配器所供應之電源導通至該複數個電源輸出端子。
如請求項1所述之電源管理裝置，其中該分流模組包含有複數個切換單元，每一切換單元包含有：一節點，形成於該複數個電源輸出端子之一電源輸出端子；一第一開關，電性連接於該複數個電源接收端子之一電源接收端子與該節點之間，用來於該電源接收端子之電壓高於該節點之電壓時，導通該電源接收端子至該節點之電性連接路徑；一第二開關，電性連接於該節點與該複數個電源輸出端子中另一電源輸出端子之間，用來於該另一電源輸出端子之電壓高於該節點之電壓時，導通該另一電源輸出端子至該節點之電性連接路徑；以及一第三開關，電性連接於該節點與該另一電源輸出端子之間，用來於該節點之電壓高於該另一電源輸出端子之電壓時，導通該節點至該另一電源輸出端子之電性連接路徑。
如請求項2所述之電源管理裝置，其中該第一開關為一二極體，其一P極電性連接於該電源接收端子，一N極電性連接於該節點；其中該第二開關為一二極體，其一n極電性連接於該另一電源輸出端子，一p極電性連接於該節點；其中該第三開關為一二極體，其一n極電性連接於該節點，一p極電性連接於該另一電源輸出端子。
如請求項2所述之電源管理裝置，其中該每一切換單元另包含一電源調整電路，電性連接於該節點與該電源輸出端子之間，用來將該節點之電源規格轉換為符合該電源輸出端子嵌合之一電子裝置所需求之電源規格。
如請求項1所述之電源管理裝置，其中該分流模組包含有複數個切換單元，每一切換單元包含有：一節點，形成於該複數個電源輸出端子之一電源輸出端子；一第一開關，包含一第一端電性連接於該複數個電源接收端子之一電源接收端子，一第二端電性連接於該節點，及一第三端，用來根據該第三端所接收之訊號，控制該第一端至該第二端之導通情形；一第二開關，包含一第一端電性連接於該節點，一第二端電性連接於該複數個電源輸出端子中另一電源輸出端子，及一第三端，用來根據該第三端所接收之訊號，控制該第一端至該第二端之導通情形；一第三開關，包含一第一端電性連接於該另一電源輸出端子，一第二端電性連接於該節點，及一第三端，用來根據該第三端所接收之訊號，控制該第一端至該第二端之導通情形；以及一控制器，電性連接於該第一開關之該第三端、該第二開關之該第三端、該第三開關之該第三端、該電源接收端子及該複數個電源接收端子中另一電源接收端子，用來根據該電源接收端子及該另一電源接收端子所接收之電源，輸出訊號至該第一開關之該第三端、該第二開關之該第三端及該第三開關之該第三端，以控制該第一開關、該第二開關及該第三開關。
如請求項5所述之電源管理裝置，其中該第一開關為一P型雙載子接面電晶體，該第一端係一射極，該第二端係一集極，以及該第三端係一基極。
如請求項5所述之電源管理裝置，其中該第一開關為一N型雙載子接面電晶體，該第一端係一集極，該第二端係一射極，以及該第三端係一基極。
如請求項5所述之電源管理裝置，其中該第二開關為一P型雙載子接面電晶體，該第二開關之該第一端係一射極，該第二端係一集極，以及該第三端係一基極；該第三開關為一P型雙載子接面電晶體，該第三開關之該第一端係一射極，該第二端係一集極，以及該第三端係一基極。
如請求項5所述之電源管理裝置，其中該第二開關為一N型雙載子接面電晶體，該第二開關之該第一端係一集極，該第二端係一射極，以及該第三端係一基極；該第三開關為一N型雙載子接面電晶體，該第三開關之該第一端係一集極，該第二端係一射極，以及該第三端係一基極。
如請求項5所述之電源管理裝置，其中該每一切換單元另包含一電源調整電路，電性連接於該節點與該電源輸出端子之間，用來將該節點之電源規格轉換為符合該電源輸出端子嵌合之一電子裝置所需求之電源規格。
如請求項1所述之電源管理裝置，其中該複數個電子裝置為複數個電腦系統。