TWI533580B - 節能之控制晶片及其控制系統 - Google Patents

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Description

節能之控制晶片及其控制系統
本發明提出一種電源控制晶片，特別是一種節能之控制晶片及其控制系統。
隨著科技的日新月異，人們的生活也越來越脫離不了各式各樣之電子產品的使用，例如冷氣、冰箱、電腦，甚至是洗衣機等等。然而，由於電子產品需要「電力」的驅動，伴隨而來的則是省電的議題。越來越多電子產品的使用，使得節能的重要性是越來越重要。因此，「低功耗」已是未來研究的走向，且所追求的標準也越來越嚴謹。
請參閱圖1，圖1為傳統節能之控制系統之方塊示意圖。舉例來說，傳統的顯示器中節能之控制系統1包括、二級低壓差線性穩壓器12以及控制晶片13。控制晶片13包括微控制單元131。二級低壓差線性穩壓器12耦接於一級低壓差線性穩壓器11，控制晶片13耦接於一級低壓差線性穩壓器11與二級低壓差線性穩壓器12。
一般來說，傳統的顯示器接收輸入電壓VI(例如12V/14V/19V)並透過一級低壓差線性穩壓器11轉換產生第一電壓V1(例如5V)以及在透過二級低壓差線性穩壓器12轉換產生第二電壓V2(例如3.3V)後，分別提供第一電壓V1與第二電壓V2驅動控制晶片13。然而，經由一級低壓差線性穩壓器11與二級低壓差線性穩壓器12 產生之第一電壓V1與第二電壓V2在實際應用上並不單單提供給控制晶片13使用，亦會提供給控制晶片13周邊其他耦接於一級低壓差線性穩壓器11與二級低壓差線性穩壓器12的外部電路元件。
當傳統的顯示器進入節能模式時，控制晶片13在節能模式下並無法直接切斷供給控制晶片13的電壓來源(即一級低壓差線性穩壓器11與二級低壓差線性穩壓器12之輸出)，而是以較低功耗的待機狀態運作。因此，在無法停止一級低壓差線性穩壓器11與二級低壓差線性穩壓器12的情況下，耦接於一級低壓差線性穩壓器11與二級低壓差線性穩壓器12的外部電路元件亦會持續消耗電力。另一方面來說，即使是控制晶片13完全斷電的情況，外部電路元件仍會持續接收並消耗電力。
本發明實施例提供一種節能之控制晶片。控制晶片包括微控制單元以及低功率模組。低功耗模組耦接於微控制單元。微控制單元用以於工作模式下接收第一電壓以控制至少一電路元件，並於節能模式下停止接收第一電壓。低功耗模組接收第一偏壓。微控制單元由工作模式切換為節能模式時，低功耗模組輸出第一控制訊號控制微控制單元停止接收第一電壓，以及低功號模組於偵測到啟動訊號時，輸出第二控制訊號控制微控制單元恢復接收第一電壓。
本發明實施例提供一種節能之控制系統。控制系統包括電源轉換器、偏壓電路以及控制晶片。控制晶片包括微控制單元以及低功率模組。控制晶片耦接於電源轉換器以及偏壓電路。低功耗模組耦接於微控制單元。電源轉換器用以提供第一電壓，偏壓電路用以提供第一偏壓。微控制單元用以於工作模式下接收第一電壓以控制至少一電路元件，並於節能模式下停止接收第一電壓。 低功耗模組接收第一偏壓。微控制單元由工作模式切換為節能模式時，低功耗模組輸出第一控制訊號控制微控制單元停止接收第一電壓，以及低功號模組於偵測到啟動訊號時，輸出第二控制訊號控制微控制單元恢復接收第一電壓。
綜上所述，本發明實施例所提出節能之控制晶片及其控制系統能夠使電子裝置有效達到節能之功效。更仔細地說，在傳統控制系統為了使微控制單元保持節能模式而必須持續接收輸入電源時，提供微控制單元電源之穩壓器亦會持續運作且使得與穩壓器連接之其他元件會持續耗電，仍然無法杜絕浪費電源。因此，本發明實施例透過控制晶片中設置的低功耗模組取代原本微控制單元於節能模式中以簡單的數位電路判斷方式偵測喚醒之動作，並直接將提供微控制單元電源之穩壓器與微控制單元直接關閉，以達到省電的效果。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1、2、2’‧‧‧節能之控制系統
11‧‧‧一級低壓差線性穩壓器
12‧‧‧二級低壓差線性穩壓器
13、23、23’‧‧‧控制晶片
131、231‧‧‧微控制單元
21‧‧‧電源轉換器
22‧‧‧偏壓電路
232、332‧‧‧低功耗模組
233‧‧‧開關單元
2321‧‧‧訊號偵測單元
3321-1‧‧‧功能按鍵偵測單元
3321-2‧‧‧電源鍵偵測單元
3321-3‧‧‧電纜線偵測單元
2322、3322‧‧‧時脈產生單元
2323、3323‧‧‧判斷單元
VI‧‧‧輸入電壓
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
VB‧‧‧第一偏壓
TES、TES1、TES2、TES3‧‧‧啟動訊號
CS‧‧‧控制訊號
TS‧‧‧時脈訊號
LS‧‧‧顯示燈訊號
S1、S2‧‧‧電位
T1、T2‧‧‧時間
圖1為傳統節能之控制系統之方塊示意圖。
圖2為本發明實施例之控制系統之方塊示意圖。
圖3為本發明另一實施例之控制系統之方塊示意圖。
圖4為本發明實施例之低功耗模組之方塊示意圖。
圖5為本發明實施例之判斷單元計數示意圖。
圖6為本發明實施例之另一低功耗模組之方塊示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許 多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
本發明實施例提供一種節能之控制晶片和控制系統，所述控制晶片和控制統用以避免電子裝置透過低壓差線性穩壓器提供電力，而使得電子裝置在節能模式下仍無法有效節省能源。本發明之實施例以低功耗模組取代原本在節能模式下微控制單元偵測啟動訊號的動作，並且控制電源轉換器的開關來有效達到節能的目的。在本領域具通常知識者應了解，在後續說明中本發明實施例雖以顯示器作為說明，但亦可適用於其他具備節能模式之電子裝置中，本發明並不以顯示器做為限制。接著，將進一步詳細說明本發明實施例之節能之控制晶片和控制系統。
請參閱圖2，圖2為本發明實施例之控制系統之方塊示意圖。節能之控制系統2包括電源轉換器21、偏壓電路22以及控制晶片23。控制晶片23包括微控制單元231以及低功耗模組232。控制晶片23耦接於電源轉換器21與偏壓電路22。低功耗模組232耦接於微控制單元231。
電源轉換器21用以接收輸入電壓VI並轉換產生第一電壓V1與第二電壓V2後輸出，以提供控制晶片23或與電源轉換器21耦接之電路元件所需之驅動電壓。在本發明實施例中，輸入電壓VI為12V/14V/19V之電壓源，第一電壓V1與第二電壓V2分別為5V與3.3V之驅動電壓。另外，在本發明實施例中，電源轉換器21以開關穩壓器(switch voltage regulator)實施。但在本領域具通常知識者應了解，亦可依所設置之電子產品所需，以線性穩壓器(linear series regulator)或其他種類之穩壓器取代，本發明並不以電源轉換器21之種類作為限制。
偏壓電路22用以提供第一偏壓VB給控制晶片23之低功耗模組232。在本發明實施例中，節能之控制系統2設置偏壓電路22於輸入電壓VI與控制晶片23之間，偏壓電路22藉由分壓的方式產生所需之電壓。在本發明實施例中，偏壓電路22以固定電阻實施並產生與第二電壓V2相同之電壓。但在本領域具通常知識者應了解，偏壓電路22亦可以可調式電阻作為實施方式，並依使用者所需進行調整，本發明並不以偏壓電路22之種類作為限制。值得一提的是，本發明實施例透過偏壓電路22的設置方式能夠提供進入控制晶片23小於10微安培(μA)之電流。
控制晶片23用以控制與控制晶片23耦接的至少一電路元件。在本發明實施例中，控制晶片23具有工作模式與節能模式(在其他實施例中亦可為睡眠模式或其他不同之模式)。更仔細地說，工作模式為控制晶片23正常運作狀態；節能模式為控制晶片23降速待機之狀態。控制晶片23在工作模式下接收第一電壓V1與第二電壓V2以驅動微控制單元231控制其他電路元件(例如音效卡、風扇等等)，並於節能模式下停止接收第一電壓V1；另外，控制晶片23在節能模式下接收第一偏壓VB以驅動低功耗模組232偵測啟動訊號TES。其中，在本發明實施例中，微控制單元231為8051微控制器。但在本領域具通常知識者應了解，亦可依所設置之電子產品所需，以其他種類之微控制器取代，本發明並不以微控制單元231之種類作為限制。值得一提的是，由於在節能模式下電源轉換器21為關閉的狀態，因此接收電源轉換器21之第一電壓V1與第二電壓V2的其他電路元件亦不會消耗電力，電子產品整體能夠有效達到節能之目的。
更仔細地說，微控制單元231由工作模式切換為節能模式時，低功耗模組232輸出控制訊號CS控制電源轉換器21關閉，使微控制單元231停止接收第一電壓V1與第二電壓V2；在低功號模組232於偵測到啟動訊號TES時，輸出控制訊號CS控制電源轉 換器21開啟，使微控制單元231恢復接收第一電壓V1與第二電壓V2。換句話說，控制訊號CS係為低功耗模組232用以控制電源轉換器21之開啟與關閉。然而，在本發明實施例中，低功耗模組232於工作模式與節能模式皆持續接收第一偏壓VB以隨時可以提供偵測啟動訊號TES。
另一方面，請參閱圖3，圖3為本發明另一實施例之控制系統之方塊示意圖。在本實施例中，節能之控制系統2’與節能之控制系統2大致相同，其差異在於節能之控制系統2’之控制晶片23’更包括開關單元233。開關單元233耦接於低功耗模組232接收偏壓電路22之第一偏壓VB的電流路徑上，並受控制於微控制單元231。換句話說，開關單元233用以控制低功耗模組232是否接收第一偏壓VB。在本發明實施例中，開關單元233可以金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)實施。更仔細地說，當控制晶片23’由工作模式切換為節能模式前，微控制單元231將開關單元233開啟，使低功耗模組232接收來自偏壓電路22之第一偏壓VB，以提供控制晶片23’達到低功耗的偵測方式。同時，低功耗模組232產生控制訊號CS將電源轉換器21關閉，以使控制晶片23’接收來自電源轉換器21之第一電壓V1與第二電壓V2截止。另外，在控制晶片23’由節能模式切換工作模式後，微控制單元231則將開關單元233關閉，以使低功耗模組232停止接收第一偏壓VB，進一步避免低功耗模組232之功耗。
後續將繼續說明低功耗模組232之細部元件以及其動作。請參閱圖4，圖4為本發明實施例之低功耗模組之方塊示意圖。低功耗模組232包括訊號偵測單元2321、時脈產生單元2322以及判斷單元2323。判斷單元2323耦接於訊號偵測單元2321以及時脈產生單元2322。
訊號偵測單元2321包含適當的電路、邏輯和/或編碼，用以偵測啟動訊號TES。更仔細地說，訊號偵測單元2321係用以偵測一 電位差變化的啟動訊號TES。電位差變化可以是為由邏輯高電位變化至邏輯低電位，或者是由邏輯低電位變化至邏輯高電位。
時脈產生單元2322包含適當的電路、邏輯和/或編碼，用以產生時脈訊號TS。在本發明實施例中，時脈產生單元2322為嵌入式振盪器(embedded oscillator)，例如以一個產生頻率為128K赫茲的正迴授數位電路並經過6級的分布式先進先出電路(Distributed first in first out)後產生頻率為2K赫茲之時脈訊號TS。然而，在其他實施方式中，亦可依不同使用者之需求，以其他電路組成之振盪器替換產生不同頻率之時脈訊號TS，本發明並不以此作為限制。
判斷單元2323包含適當的電路、邏輯和/或編碼。在節能模式中，當訊號偵測單元2321偵測到電位差變化之啟動訊號TES的同時，判斷單元2323根據時脈產生單元2322所產生之時脈訊號TS對所述啟動訊號TES開始計數。並且，當判斷單元2323計數訊號偵測單元2321偵測到所述啟動訊號TES的時間達一時間間隔後，產生控制訊號CS。也就是說，判斷單元2323用以在節能模式中當訊號偵測單元2321偵測到啟動訊號TES時，根據該時脈訊號TS開始計數時間間隔後產生控制訊號CS。請同時參閱圖4與圖5，圖5為本發明實施例之判斷單元計數示意圖。更仔細地說，當訊號偵測單元2321偵測到由電位S1變化至電位S2的啟動訊號時，判斷單元2323開始計數。當計數時間達一時間間隔T1~T2後(例如圖5所示4ms)，判斷單元2323產生控制訊號CS。值得一提的是，時間間隔可依製造廠商預先設置，本發明並不以此做為限制。
接著，請同時參閱圖2與圖6，圖6為本發明實施例之另一低功耗模組之方塊示意圖。圖6之低功耗模組332與圖4之低功耗模組232不同在於，低功耗模組332具有多個不同的偵測單元，如圖6所示之功能按鍵偵測單元3321-1、電源鍵偵測單元3321-2 以及電纜線偵測單元3321-3。
在本發明實施例中，功能按鍵偵測單元3321-1用以在節能模式下偵測顯示器中「MENU」、「上」、「下」、「左」以及「右」等按鍵。功能按鍵偵測單元3321-1具有32種位階變化之解碼器，用以提供判斷單元3323從多個不同的按鍵中辨識使用者所按之按鍵為何。同樣地，在功能按鍵偵測單元3321-1偵測到「MENU、「上」、「下」、「左」以及「右」等按鍵其中之一產生電位差變化的啟動訊號TES1時，判斷單元3323根據時脈產生單元3322產生之時脈訊號TS開始計數。
在本發明實施例中，電源鍵偵測單元3321-2用以在節能模式下偵測顯示器中電源開關按鍵。如同圖3之實施例所述的訊號偵測單元2321，電源鍵偵測單元3321-2用以偵測電源鍵按壓產生電位差變化的啟動訊號TES2。同樣地，在電源鍵偵測單元3321-2偵測到啟動訊號TES2時，判斷單元3323根據時脈產生單元3322產生之時脈訊號TS開始計數。
在本發明實施例中，電纜線偵測單元3321-3用以在節能模式下偵測顯示器的電纜線(cable)連接或拔除。更仔細地說，當電纜線連接至顯示器的通用型輸入輸出介面(General purpose input/output)時，電纜線偵測單元3321-3偵測到顯示器中電位差變化的啟動訊號TES3，判斷單元3323根據時脈產生單元3322產生之時脈訊號TS開始計數。
當判斷單元3323在節能模式下接收到上述任一啟動訊號TES1~TES3後開始計數並計數達時間間隔後，產生控制訊號CS以控制電源轉換器21開啟，使微控制單元231重新接收來自電源轉換器21之第一電壓V1與第二電壓V2。
值得一提的是，在本發明實施例中，判斷單元3323更依不同的啟動訊號TES1~TES3產生對應的顯示燈訊號LS控制顯示燈(圖未繪示)顯示，以提供使用者確認顯示器當前模式或狀態。
綜上所述，本發明實施例所提出節能之控制晶片及其控制系統能夠使電子裝置有效達到節能之功效。更仔細地說，在傳統控制系統為了使微控制單元保持節能模式而必須持續接收輸入電源時，提供微控制單元電源之穩壓器亦會持續運作且使得與穩壓器連接之其他元件會持續耗電，仍然無法杜絕浪費電源。因此，本發明實施例透過控制晶片中設置的低功耗模組取代原本微控制單元於節能模式中以簡單的數位邏輯電路判斷方式偵測喚醒之動作，並直接將提供微控制單元電源之穩壓器與微控制單元直接關閉，以達到省電的效果。值得一提的是，透過本發明實施例之低功耗模組可使控制系統在節能模式下，控制晶片所接收之總電流達到低於10微安培(μA)的等級。
以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
2‧‧‧節能之控制系統
21‧‧‧電源轉換器
22‧‧‧偏壓電路
23‧‧‧控制晶片
231‧‧‧微控制單元
232‧‧‧低功耗模組
VI‧‧‧輸入電壓
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
VB‧‧‧第一偏壓
TES‧‧‧啟動訊號
CS‧‧‧控制訊號

Claims (18)

  1. 一種節能之控制晶片，分別接收來自於一電源轉換器的一第一電壓，與來自於一偏壓電路的一第一偏壓，該控制晶片包括：一微控制單元，用以於一工作模式下接收該第一電壓以控制至少一電路元件，並於一節能模式下停止接收該第一電壓；以及一低功耗模組，耦接於該微控制單元且接收該第一偏壓；其中該微控制單元由該工作模式切換為該節能模式時，該低功耗模組輸出一第一控制訊號來控制該電源轉換器關閉，以使得該微控制單元停止接收到該第一電壓，以及該低功號模組於偵測到一啟動訊號時，輸出一第二控制訊號來控制該電源轉換器開啟，以使得該微控制單元恢復接收到該第一電壓。
  2. 如請求項1所述節能之控制晶片，其中該低功耗模組更包括：一時脈產生單元，用以產生一時脈訊號；以及一判斷單元，耦接於該時脈產生單元；其中在該低功耗模組偵測到該啟動訊號時，根據該時脈訊號開始計數一時間間隔後產生輸出該第二控制訊號。
  3. 如請求項2所述節能之控制晶片，其中該低功耗模組更包括：一訊號偵測單元，耦接於該判斷單元，用以偵測該啟動訊號。
  4. 如請求項3所述節能之控制晶片，其中該啟動訊號為一電位差變化，當該訊號偵測單元偵測到該電位差變化時，使該判斷單元開始計數。
  5. 如請求項2所述節能之控制晶片，其中該時脈產生單元產生之該時脈訊號之頻率為兩千赫茲(2KHz)。
  6. 如請求項1所述節能之控制晶片，其中該低功耗模組於該節能模式或該工作模式中皆持續接收該第一偏壓。
  7. 如請求項1所述節能之控制晶片，更包括：一開關單元，耦接於該微控制單元，用以控制該低功耗模 組接收該第一偏壓；其中該控制晶片由該節能模式切換為該工作模式後，該微控制單元將該開關單元關閉，以使該低功耗模組停止接收該第一偏壓。
  8. 如請求項7所述節能之控制晶片，其中該控制晶片由該工作模式切換為該節能模式前，該微控制單元將該開關單元開啟，以使該低功耗模組開始接收該第一偏壓。
  9. 一種節能之控制系統，包括：一電源轉換器，用以提供一第一電壓；一偏壓電路，用以提供一第一偏壓；以及一控制晶片，耦接於該電源轉換器與該偏壓電路，包括：一微控制單元，用以於一工作模式下接收該第一電壓以控制至少一電路元件，並於一節能模式下停止接收該第一電壓；及一低功耗模組，耦接於該微控制單元且接收該第一偏壓；其中該微控制單元由該工作模式切換為該節能模式時，該低功耗模組輸出一第一控制訊號來控制該電源轉換器關閉，以使得該微控制單元停止接收到該第一電壓，以及該低功號模組於偵測到一啟動訊號時，輸出一第二控制訊號來控制該電源轉換器開啟，以使得該微控制單元恢復接收到該第一電壓。
  10. 如請求項9所述節能之控制系統，其中該低功耗模組更包括：一時脈產生單元，用以產生一時脈訊號；以及一判斷單元，耦接於該時脈產生單元；其中在該低功耗模組偵測到該啟動訊號時，根據該時脈訊號開始計數一時間間隔後產生輸出該第二控制訊號。
  11. 如請求項10所述節能之控制系統，其中該低功耗模組更包括：一訊號偵測單元，耦接於該判斷單元，用以偵測該啟動訊號。
  12. 如請求項11所述節能之控制系統，其中該啟動訊號為一電位 差變化，當該訊號偵測單元偵測到該電位差變化時，該判斷單元開始計數。
  13. 如請求項10所述節能之控制系統，其中該時脈產生單元產生之該時脈訊號之頻率為兩千赫茲(2KHz)。
  14. 如請求項9所述節能之控制系統，其中該低功耗模組於該節能模式或該工作模式中皆持續接收該第一偏壓。
  15. 如請求項9所述節能之控制系統，其中該控制晶片更包括：一開關單元，耦接於該微控制單元，用以控制該低功耗模組接收該第一偏壓；其中該控制晶片由該節能模式切換為該工作模式後，該微控制單元將該開關單元關閉，以使該低功耗模組停止接收該第一偏壓。
  16. 如請求項15所述節能之控制系統，其中該控制晶片由該工作模式切換為該節能模式前，該微控制單元將該開關單元開啟，以使該低功耗模組開始接收該第一偏壓。
  17. 如請求項14所述節能之控制系統，其中該低功耗模組產生一第二控制訊號以將該電源轉換器關閉。
  18. 如請求項9所述節能之控制系統，其中該電源轉換器為一開關穩壓器(switch voltage regulator)。
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