TWI553461B - 電源供應系統及其電源控制電路 - Google Patents

Description

電源供應系統及其電源控制電路

本發明係有關於電源供應系統，且特別有關於電源供應系統的電源控制電路。

對於電器用品而言，電源供應和節省能源為重要的討論項目。在一般電源供應系統中，電源供應器直接連接至電壓轉換器，電壓轉換器將電源供應器的供應電壓轉換至一預期電壓，並將此預期電壓提供至一電子裝置，例如電子裝置的晶片組。當電源供應器插上電源(plug in)時，即使系統並未啟動或是並未執行主要功能(例如進入待機模式時)，還是會有電力消耗。此種電力消耗又稱為待機電力消耗，待機電力消耗可能由電源供應器本身(將交流電電壓轉換為直流電電壓)、接收遠端訊號(例如網路喚醒訊號)的電路和感測器以及包含發光二極體燈號的軟鍵板和顯示器等造成。為了節省能源，裝置的待機電力消耗會被限制在一定範圍內，尤其已開發國家對於電力消耗具有更嚴格的標準。因此，在與電源供應系統相關的領域中，電力損失是很重要的議題。

本發明一實施例提供一種電源供應系統，用以將電源提供至一電子裝置的一晶片組，包括：一電壓轉換器，將 一電源供應器的一供應電壓轉換為一預設電壓，並將該預設電壓輸出至該晶片組；以及一電源控制電路，耦接於該電壓轉換器與該電源供應器之間，包括：一開關，具有耦接至該電源供應器的一第一端、耦接至該電壓轉換器的一第二端以及一控制端；以及一第一開關控制器，耦接至該開關之該控制端以及該晶片組，用以根據該電壓供應系統的開啟事件控制該開關以將該電源供應器耦接至該電壓轉換器；其中在該電壓供應系統的該開啟事件發生之前該開關不將該電源供應器耦接至該電壓轉換器。

本發明另一實施例提供一種電源供應系統的電源控制電路，其中該電源供應系統將電源提供至一電子裝置之一晶片組，該電源供應系統包括一電源供應器以及一電壓轉換器，該電壓轉換器將該電源供應器的一供應電壓轉換為一預設電壓並將該預設電壓輸出至該晶片組，該電源控制電路包括：一P型電晶體開關，具有耦接至該電源供應器的一第一端、耦接至該電壓轉換器的一第二端以及一控制端；一電源開啟開關，具有耦接至一參考電壓的一第一端，以及一第二端：以及一第一二極體，具有耦接至該電源開啟開關之該第二端的一陰極以及耦接至該P型電晶體開關之該控制端的一陽極；其中當該電源開啟開關被開啟時，該P型電晶體開關將該電源供應器耦接至該電壓轉換器；其中在該電壓供應系統的開啟事件發生之前，該P型電晶體開關不將該電源供應器耦接至該電壓轉換器。

10‧‧‧電源供應系統

100‧‧‧電源供應器

200、200A、200B‧‧‧電源控制電路

300、300A、300B‧‧‧電壓轉換器

310A、310B‧‧‧控制器

320A、320B‧‧‧輸出級電路

400‧‧‧晶片組

410‧‧‧暫存器

C1、C2‧‧‧電容

CV‧‧‧工作電壓

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

DS‧‧‧禁能訊號

M1‧‧‧P型電晶體開關

M2‧‧‧N型電晶體開關

N1‧‧‧節點

R1、R2‧‧‧電阻

S1‧‧‧電源開啟開關

SS‧‧‧啟動訊號

SV‧‧‧供應電壓

第1圖為根據本發明一實施例之電源供應系統的示意圖。

第2A圖為根據本發明一實施例之電壓轉換器的示意圖。

第2B圖為根據本發明另一實施例之電壓轉換器的示意圖。

第3圖為根據本發明另一實施例之電源供應系統的示意圖。

第4圖為根據本發明再一實施例之電源供應系統的示意圖。

以下說明是本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明一般性的原則，不應視為本發明之限制。除此之外，以下說明書可能在多個範例中重複使用相同的元件符號或文字。然而，重複使用的目的僅為了提供簡化並清楚的說明，並非用以限定多個以下所討論之實施例以及/或配置之間的關係。本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

第1圖為根據本發明一實施例之電源供應系統10的示意圖。電源供應系統10包括電源供應器100、電源控制電路200、電壓轉換器300和電子裝置的晶片組400。在一例子中，電源供應器100可提供直流電壓。在另一例子中，電源供應器100可將從外部電源(例如透過插頭)接收之交流電壓轉換為直流電壓並供應。除此之外，電源供應器100可為一外部電源或一內部電源，內部電源例如為一可充電之電池。電源控制電路200連接於電源供應器100和電壓轉換器300之間。電壓轉換器300將電源供應器100的供應電壓轉換至一預設電壓並將此預設電壓提供至晶片組400以提供晶片組運作所需。電源控制電路200包括電源開啟開關S1、P型電晶體開關M1、第一二極體 D1、第二二極體D2和第三二極體D3以及N型電晶體開關M2。電源開啟開關S1為用來開啟電源供應系統10的開關。P型電晶體開關M1的第一端耦接至電源供應器100，P型電晶體開關M1的第二端耦接至電壓轉換器300，而P型電晶體開關M1的控制端(即閘極端)耦接至節點N1。節點N1耦接至第一二極體D1的陽極，第一二極體D1的陰極耦接至電源開啟開關S1的一端。電源開啟開關S1的另一端耦接至接地電壓。第二二極體D2的陰極耦接至電源開啟開關S1，第二二極體D2的陽極耦接至晶片組400。N型電晶體開關M2的第一端耦接至節點N1，N型電晶體開關M2的第二端耦接至接地電壓，而N型電晶體開關M2的控制端耦接至第三二極體D3的陰極。第三二極體D3的陽極耦接至晶片組400。

電源開啟開關S1和第一二極體D1形成第一開關控制器，用以控制P型電晶體開關M1。當電源供應器100插上電源且電源開啟開關S1開啟(即導通)時，第一二極體D1的陰極耦接至接地電壓，接著第一二極體D1導通。因此，節點N1的電壓被下拉至接地電壓，P型電晶體開關M1將電源供應器100耦接至電壓轉換器300。如此一來，電壓轉換器300可以透過導通的P型電晶體開關M1接收電源供應器100的供應電壓，並將電源供應器100的供應電壓轉換至預設電壓，然後將此預設電壓提供至晶片組400，使晶片組400得以運作。除此之外，當電源開啟開關S1開啟，第二二極體D2提供接地電壓至晶片組400以告知晶片組400電源開啟開關S1開啟。在一例子中，當晶片組400被告知電源開啟開關S1開啟時，儲存於晶片組400之暫存器 410中的狀態值紀錄此開啟事件。

電源開啟開關S1可為一電源開啟按鈕，此電源開啟按鈕只有在按鈕被壓下的一小段時間內導通。N型電晶體開關M2和第三二極體D3形成第二開關控制器，用以確保P型電晶體開關M1在晶片組400運作時持續導通，即使電源開啟開關S1並未導通。當晶片組400運作時，晶片組400持續輸出高電壓位階之啟動訊號SS。因此，第三二極體D3為導通且N型電晶體開關也導通，節點N1的電壓透過導通的N型電晶體開關M2持續被耦接至接地電壓。如此一來，在晶片組400運作期間，P型電晶體開關M1持續將電壓供應器100耦接至電壓轉換器300，以確保上述預設電壓被提供至晶片組400。

另外，當電源供應器100插上電源而電源開啟開關S1尚未開啟之前，由於此時電源開啟開關S1和N型電晶體開關M2皆未導通，節點N1的電壓並未被耦接至接地電壓。因此，P型電晶體開關M1並未導通，且電源供應器100被隔絕於電壓轉換器300以及晶片組400。如此一來，在電壓供應系統10開啟之前不會有待機電力消耗。

第2A圖為根據本發明一實施例之電壓轉換器300A的示意圖。電壓轉換器300A包括控制器310A和輸出級電路320A，輸出級電路320A包括開關電路。在一例子中，此開關電路包括將電壓轉換器300A之輸出端耦接至供應電壓SV的一上拉開關以及將上述輸出端耦接至接地電壓的一下拉開關，且控制器310A可產生不重疊的控制訊號以避免上述上拉開關和下拉開關同時導通。在另一例子中，控制器310A可產生用以驅 動上述開關電路的控制訊號以進行脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)。輸出級電路320A接收電源供應器100的供應電壓SV，而開關電路在耦接至晶片組400的電壓轉換器300A之輸出端上產生上述預設電壓，此預設電壓由電源供應器100的供應電壓SV轉換而來。控制器310A由電源供應器100透過導通的P型電晶體開關M1輸出之工作電壓CV啟動，控制器310A控制輸出級電路320A以在上述輸出端上產生上述預設電壓。工作電壓CV可提供控制器310A運作所需的電壓。供應電壓SV和工作電壓CV皆由電源供應器100提供。在一例子中，供應電壓SV和工作電壓CV可具有相同的電壓值。在另一例子中，供應電壓SV和工作電壓CV可具有不同的電壓值。

第2B圖為根據本發明另一實施例之電壓轉換器300B的示意圖。電壓轉換器300B包括控制器310B和輸出級電路320B，輸出級電路320A包括開關電路。輸出級電路320B透過導通的P型電晶體開關M1接收電源供應器100的供應電壓SV，而開關電路在耦接至晶片組400的電壓轉換器300B之輸出端上產生預設電壓，此預設電壓由電源供應器100的供應電壓SV轉換而來。控制器310B由電源供應器100輸出之工作電壓CV啟動，控制器310B控制輸出級電路320B以在上述輸出端上產生上述預設電壓。在另一實施例中還可包括二個P型電晶體開關，此二個P型電晶體開關的控制端皆耦接至節點N1，用以將工作電壓CV和供應電壓SV分別耦接至控制器310A和輸出級電路320A。

第3圖為根據本發明另一實施例之電源供應系統 30的示意圖。電源供應系統30包括電源供應器100、電源控制電路200A、電壓轉換器300和電子裝置的晶片組400。電源供應器100、電壓轉換器300和晶片組400與第1圖的類似，為了說明簡潔，在此不再複述。電源控制電路200A耦接於電源供應器100和電壓轉換器300之間，且與第1圖之電源控制電路200相似。電源控制電路200A和電源控制電路200相似的部份將不再複述。電源控制電路200A和電源控制電路200之間的差異在於電源控制電路200A更進一步包括電源回復電路210，其用以在發生電源中斷意外之後自動重啟電源供應系統30。電源回復電路210電容C1和C2以及電阻R1和R2。電容C1和電阻R1彼此並聯耦接並同樣耦接於P型電晶體開關M1的第一端與控制端之間。電容C2耦接於P型電晶體開關M1的控制端與接地電壓之間。電阻R2為一限流電阻，耦接於節點N1與P型電晶體開關M1的控制端之間。在一些例子中可捨棄電阻R2。上述電子裝置的基本輸出輸入系統(Basic Input/Output System，BIOS)可被預先設定為致能或禁能自動重啟功能。致能或禁能自動重啟功能的狀態可被儲存於晶片組400的暫存器410中。當發生電源中斷時，電源供應器100不提供供應電壓，所以晶片組400不會運作，因此，晶片組400不會輸出啟動訊號SS。如此一來，N型電晶體開關M2不會導通。在此種情況下，電源回復電路210會將P型電晶體開關M1之控制端上的電壓維持一段時間。當電源回復時，藉由P型電晶體開關M1之控制端上被維持住的電壓，P型電晶體開關M1可短暫保持導通，因此，供應電壓可被提供至電壓轉換器300，然後預設電壓可被提供至晶片組400。此 時，若自動重啟功能有被致能(可藉由存取儲存於暫存器410中的上述致能或禁能自動重啟功能的狀態決定自動重啟功能是否被致能)，則晶片處400重新啟動，並持續輸出高電壓位階之啟動訊號SS以導通N型電晶體開關M2。藉此，當電源回復時，即使電源開啟開關S1並未被開啟，N型電晶體開關M2還是可以導通，因此P型電晶體開關M1可持續將電源供應器100耦接至電源轉換器300，使得電源供應系統30自動重啟。除此之外，若自動重啟功能被禁能，則晶片組400不會輸出啟動訊號SS，如此一來，在電源回復之後電源供應系統30不會自動重啟。

第4圖為根據本發明再一實施例之電源供應系統40的示意圖。電源供應系統40包括電源供應器100、電源控制電路200B、電壓轉換器300和電子裝置的晶片組400。電源控制電路200B耦接於電源供應器100和電壓轉換器300之間，且與第3圖之電源控制電路200A相似。電源控制電路200B與電源控制電路200A之間的差異在於電源控制電路200B更進一步包括第四二極體D4。第四二極體D4的陰極耦接至N型電晶體開關M2的控制端，第四二極體D4的陽極接收禁能訊號DS。電源供應系統40可被設定為禁能上述電力節省功能，使得電源供應器100在不啟動電源開啟開關S1的情況下還是一直耦接至電壓轉換器300。在一例子中，電力節省功能可被禁能以提供網路喚醒(Wake-on LAN，WOL)功能，使得晶片組400可藉由從遠端透過網路傳送而至的網路喚醒訊號啟動。致能或禁能網路喚醒功能的狀態可被儲存於區域網路(Local Area Network，LAN)晶片或其他積體電路晶片(未圖示)的暫存器中。禁能訊號DS可由一 超級輸入/輸出(Super Input/Output)晶片或其他積體電路晶片(未圖示)提供。在電源供應系統40的網路喚醒功能被致能之後，禁能訊號DS保持在高電壓位階，以在晶片組400關閉之後導通N型電晶體開關M2。藉由高電壓位階的禁能訊號DS，P型電晶體開關M1導通，並在晶片組關閉之後得以持續將電源供應器100耦接至電壓轉換器300。因此，在網路喚醒功能被致能之後，當透過網路接收到網路喚醒訊號時(例如由區域網路晶片接收)，晶片組400可在不需要真正啟動電源開啟開關S1的情況下開始啟動流程。若電源供應系統40的遠端喚醒功能被禁能，則禁能訊號DS保持在低電壓位階，因此，電源供應器100不會被耦接至電壓轉換器300，得以實現電力節省功能。

在上述實施例中，P型電晶體開關M1和N型電晶體開關M2可為場效電晶體或雙極性接面電晶體。將開關M1和M2分別指定為P型電晶體和N型電晶體僅是為了揭露本發明的基本原則，並非用以限制本發明。開關M1和M2可藉由不同型式的開關或執行類似開關功能的不同裝置實現。第一二極體D1、第二二極體D2和第三二極體D3可為肖特基二極體(Schottky diode)。在另一實施例中，電阻式分壓器可耦接於第三二極體D3的陰極、N型電晶體開關M2的控制端以及接地電壓之間，以調整供應至N型電晶體開關M2的控制端的電壓大小。

綜上所述，本發明提供一種減少待機電力消耗的電源供應系統以節省能源。當電源供應器被插上電源但電源開啟開關被開啟之前，電源供應器被隔絕於電壓轉換器與晶片組之外，因此不會有待機電力消耗。電源供應系統可被調整為提 供進階功能，例如電源中斷之後的自動重啟功能，或者為了啟用如網路喚醒功能等而禁能電力節省功能等。上述電源供應系統可被配置於任何電子系統中以節省電力消耗，且上述晶片組可包括單一積體電路或晶片，或是一組積體電路或晶片，上述晶片組可被配置於任何使用電力的產品中，例如電腦、顯示器、空調系統、家用電器等。

以上所述為實施例的概述特徵。所屬技術領域中具有通常知識者應可以輕而易舉地利用本發明為基礎設計或調整以實行相同的目的和/或達成此處介紹的實施例的相同優點。所屬技術領域中具有通常知識者也應了解相同的配置不應背離本創作的精神與範圍，在不背離本創作的精神與範圍下他們可做出各種改變、取代和交替。

10‧‧‧電源供應系統

100‧‧‧電源供應器

200‧‧‧電源控制電路

300‧‧‧電壓轉換器

400‧‧‧晶片組

410‧‧‧暫存器

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

M1‧‧‧P型電晶體開關

M2‧‧‧N型電晶體開關

N1‧‧‧節點

S1‧‧‧電源開啟開關

SS‧‧‧啟動訊號

Claims (16)

1. 一種電源供應系統，用以將電源提供至一電子裝置的一晶片組，包括：一電壓轉換器，將一電源供應器的一供應電壓轉換為一預設電壓，並將該預設電壓輸出至該晶片組；以及一電源控制電路，耦接於該電壓轉換器與該電源供應器之間，包括：一開關，具有耦接至該電源供應器的一第一端、耦接至該電壓轉換器的一第二端以及一控制端；以及一第一開關控制器，耦接至該開關之該控制端以及該晶片組，用以根據該電壓供應系統的開啟事件控制該開關以將該電源供應器耦接至該電壓轉換器；其中在該電壓供應系統的該開啟事件發生之前該開關不將該電源供應器耦接至該電壓轉換器，其中該第一開關控制器包括一電源開啟開關，且當該電源供應器已插上電源而該電源開啟開關尚未開啟之前，該電源供應器未電性連接於該電壓轉換器以及該晶片組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該電源控制電路更包括：一第二開關控制器，耦接於該開關之該控制端以及該晶片組之間，用以控制該開關以在該晶片組運作時保持將該電源供應器耦接至該電壓轉換器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該電源開啟開關具有耦接至一參考電壓的一第一端以及一第二端， 其中該第一開關控制器更包括：一第一二極體，具有耦接至該電源開啟開關之該第二端的一陰極以及耦接至該開關之該控制端的一陽極；其中當該電源開啟開關被開啟時，該開關將該電源供應器耦接至該電壓轉換器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該開關為一P型電晶體開關。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應系統，其中該電源控制電路更包括：一第二二極體，具有耦接至該電源開啟開關之該第二端的一陰極以及耦接至該晶片組的一陽極，用以告知該晶片組該電源開啟開關之開啟事件。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應系統，其中該第二開關控制器更包括：一N型電晶體開關，具有耦接至該開關之該控制端的一第一端、耦接至該參考電壓之一第二端以及一控制端；以及一第三二極體，具有耦接至該N型電晶體開關之該控制端的一陰極以及耦接至該晶片組的一陽極；其中當該晶片組運作時，該晶片組透過該第三二極體持續輸出一高電壓位階訊號至該N型電晶體開關。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該電壓轉換器更包括：一輸出級電路，耦接至該電源供應器以及該晶片組，接收該電源供應器之該供應電壓；以及 一控制器，耦接至該開關之該第二端以及該輸出級電路，透過該開關接收由該電源供應器輸出之一工作電壓，並控制該輸出級電路以將該預設電壓輸出至該晶片組。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該電壓轉換器更包括：一輸出級電路，耦接至該開關之該第二端以及該晶片組，透過該開關接收該電源供應器之該供應電壓；以及一控制器，耦接至該電源供應器以及該輸出級電路，接收由該電源供應器輸出之一工作電壓，並控制該輸出級電路以將該預設電壓輸出至該晶片組。
9. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應系統，其中該電源控制電路更包括：一電源回復電路，在該晶片組不輸出該高電壓位階訊號至該N型電晶體開關時將該電源供應器耦接至該電壓轉換器，其中在該電源供應器之電源中斷結束之後，該晶片組根據儲存於該晶片組之一暫存器的一重啟致能狀態透過該第三二極體輸出該高電壓位階訊號至該N型電晶體開關。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源供應系統，其中該電源回復電路更包括：一第一電容，耦接於該開關之該第一端以及該開關之該控制端之間；一電阻，耦接該開關之該第一端以及該開關之該控制端之間；以及一第二電容，耦接於該開關之該控制端以及該參考電壓之 間。
11. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應系統，其中該電源控制電路更包括：一第四二極體，具有耦接至該N型電晶體開關之該控制端的一陰極以及接收一禁能訊號的一陽極；其中當該禁能訊號為高電壓位階時，在該電源開啟開關不被開啟的情況下，該晶片組根據透過網路接收到的一網路喚醒訊號啟動。
12. 一種電源供應系統的電源控制電路，其中該電源供應系統將電源提供至一電子裝置之一晶片組，該電源供應系統包括一電源供應器以及一電壓轉換器，該電壓轉換器將該電源供應器的一供應電壓轉換為一預設電壓並將該預設電壓輸出至該晶片組，該電源控制電路包括：一P型電晶體開關，具有耦接至該電源供應器的一第一端、耦接至該電壓轉換器的一第二端以及一控制端；一電源開啟開關，具有耦接至一參考電壓的一第一端，以及一第二端，且當該電源供應器已插上電源而該電源開啟開關尚未開啟之前，該電源供應器未電性連接於該電壓轉換器以及該晶片組；以及一第一二極體，具有耦接至該電源開啟開關之該第二端的一陰極以及耦接至該P型電晶體開關之該控制端的一陽極；其中當該電壓供應系統的開啟事件發生時，該P型電晶體開關將該電源供應器耦接至該電壓轉換器；其中在該電壓供應系統的開啟事件發生之前，該P型電晶體 開關不將該電源供應器耦接至該電壓轉換器。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電源控制電路，更包括：一第二二極體，具有耦接至該電源開啟開關之該第二端的一陰極以及耦接至該晶片組的一陽極，用以告知該晶片組該電源開啟開關之開啟事件。
14. 如申請專利範圍第12項所述之電源控制電路，更包括：一N型電晶體開關，具有耦接至該P型電晶體開關之該控制端的一第一端、耦接至該參考電壓之一第二端以及一控制端；以及一第三二極體，具有耦接至該N型電晶體開關之該控制端的一陰極以及耦接至該晶片組的一陽極；其中當該晶片組運作時，該晶片組透過該第三二極體持續輸出一高電壓位階訊號至該N型電晶體開關。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電源控制電路，更包括：一電源回復電路，包括：一第一電容，耦接於該P型電晶體開關之該第一端以及該P型電晶體開關之該控制端之間；一電阻，耦接該P型電晶體開關之該第一端以及該P型電晶體開關之該控制端之間；以及一第二電容，耦接於該P型電晶體開關之該控制端以及該參考電壓之間；其中在該電源供應器之電源中斷結束之後，該晶片組根據儲存於該晶片組之一暫存器的重啟致能狀態，透過該第三二極體輸出該高電壓位階訊號至該N型電晶體開關。
16. 如申請專利範圍第14項所述之電源控制電路，更包括：一第四二極體，具有耦接至該N型電晶體開關之該控制端的一陰極以及接收一禁能訊號的一陽極；其中當該禁能訊號為高電壓位階時，在該電源開啟開關不被開啟的情況下，該晶片組根據透過網路接收到的一網路喚醒訊號啟動。