TWI559650B - 執行系統電源管理的方法及裝置 - Google Patents

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Description

執行系統電源管理的方法及裝置
本發明係相關於電子裝置中的充電器模組，尤指一種執行系統電源管理的方法以及相關的系統電源管理裝置。
配備有電池的可攜式電子裝置(例如多功能行動電話，個人數位助理(personal digital assistant,PDA)，平板電腦等)對於使用者來說是非常便利的。根據相關技術，該可攜式電子裝置可配備有一通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)埠，使用者若有需要，便能夠透過該USB埠將該可攜式電子裝置電氣連接至可相容於USB標準的電子裝置或是將電源暫時連接至該USB埠來對該可攜式電子裝置進行充電(更具體地說，對該可攜式電子裝置中的電池進行充電)，其中該電源可以是USB充電器或是個人電腦，主要是因為該可攜式電子裝置可以經由該USB埠來從該電源獲得電力。根據傳統的電源管理方法，可攜式電子裝置由於設計上的改變(例如硬體速度/功能的增加以及螢幕加大)以致於系統耗電量跟著上升，同時導致了一些問題跟著出現。舉例來說，當電池被深度放電或甚至被移除時，可依據相關先前的技術來切換該可攜式電子裝置的系統電源輸入來讓使用者得以繼續使用該可攜式電子裝置，然而，該系統電源可能會在電源切換時受到干擾。又例如當該可攜式電子裝置僅使用一符合USB規範的下行埠(USB-compliant downstream port) 或是一USB OTG(On-The-Go)裝置來供電而沒有使用電池時，可能會出現供電不足或是電源不穩定的狀況。因此，需要一種創新的方法來改善一電子裝置的系統電源管理。
本發明的目的之一在於提供一種方法以進行系統電源管理，並且提供一種相關的系統電源管理裝置，以解決上述問題。
依據本發明的一示範性實施例，提出一種執行系統電源管理的方法，該方法係被應用於一電子裝置，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電子裝置的一電源路徑開關單元被用來控制介於該電子裝置中的一系統以及該電子裝置中的一電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的方法之步驟包含有：對該通訊埠進行充電埠偵測；導通該電源路徑開關單元使得該電池被充電，並且在該電池被充電的期間，偵測該系統一電源輸入端子的一系統電源的一電壓位準是否在一定電流模式(constant current mode)下達到一預定臨界值；以及當對該電池充電的期間偵測到該電壓位準在一定電流模式下達到該預定臨界值時，自該定電流模式切換至一定電壓模式(constant voltage mode)。
依據本發明的一示範性實施例，提出一種用來執行系統電源管理的裝置，該裝置包含有一電子裝置的至少一部分，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電 子裝置的一電源路徑開關單元被用來控制介於該電子裝置的一系統以及該電子裝置的一電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的裝置包含有：一充電埠偵測電路，用來對該通訊埠進行充電埠偵測；以及一充電器模組，電氣連接至該充電埠偵測電路，其中該充電器模組通過控制該電源路徑開關單元使得該電池被充電，並且在對該電池充電的期間，偵測該系統一電源輸入端子的一系統電源的一電壓位準是否在一定電流模式下達到一預定臨界值；其中當對該電池充電的期間偵測到該電壓位準在一定電流模式下達到該預定臨界值時，該充電器模組自該定電流模式切換至一定電壓模式。
依據本發明的一示範性實施例，提出一種執行系統電源管理的方法，該方法係被應用於一電子裝置，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電子裝置的一電源路徑開關單元被用來控制介於該電子裝置中的一系統以及該電子裝置中的一電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的方法之步驟包含有：對該通訊埠進行充電埠偵測以判斷該外部電源是否屬於一預定電源類型；以及當偵測到該外部電源屬於該預定電源類型，控制該電源路徑開關單元來使該電池的一電壓位準或是一系統電源達到一第一充電設定配置(charging profile)。
依據本發明的一示範性實施例，提出一種用來執行系統電源管理的裝置，該裝置包含有一電子裝置的至少一部分，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電 子裝置的一電源路徑開關單元被用來控制介於該電子裝置的一系統以及該電子裝置的一電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的裝置包含有：一充電埠偵測電路，用來對該通訊埠進行充電埠偵測以判斷該外部電源是否屬於一預定電源類型；以及一充電器模組，電氣連接至該充電埠偵測電路，其中當偵測到該外部電源屬於該預定電源類型，控制該電源路徑開關單元來使該電池的一電壓位準或是一系統電源達到一第一充電設定配置。
上述執行系統電源管理的方法以及裝置，可以在外部電源具有一較弱供電能力時，避免系統開機時或是系統操作期間非預期的系統電壓降低(或是不穩定的系統電壓)所導致的系統問題甚至當機。此外，對電池充電期間的電流/電壓模式轉換配合充電設定配置，可以避免系統(例如一晶片組)被電壓過衝所損壞。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領定義域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置 可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為依據本發明的一第一實施例而用來執行系統電源管理的一裝置100的示意圖。依據不同的實施例(例如第一實施例以及其某些變化)，裝置100包含有一電子裝置的至少一部份(例如一部分或是全部)，舉例來說，裝置100可以包含有上述電子裝置的一部分，尤其是該電子裝置中的一控制電路，例如一積體電路；又或者，裝置100可以是完整的上述電子裝置。再舉一例，裝置100可以是包含上述之電子裝置的一聲音/影像系統(audio/video system)。該電子裝置的範例包含(但不限定)一行動電話(例如一多功能行動電話)、一個人數位助理、一可攜電子裝置(例如一平板電腦)以及一個人電腦(例如一筆記型電腦或是一桌上型電腦)。
依據第1圖所示之實施例，該電子裝置的一通訊埠具有為該電子裝置自一外部電源獲取電源之一功能，其中該通訊埠通常包含有為該電子裝置自該外部電源獲取電源之功能的相關的至少一電源端子，舉例來說，該通訊埠可以是一USB埠，其接頭(connector)(例如一USB接頭(未圖示))包含有複數個端子VBUS、D-、D+以及GND，其中VBUS端子可以被視為上述之該至少一電源端子，D-端子以及D+端子可以被視為上述之該通訊埠(例如該USB埠)的資料端子(或是通訊端子)，而GND端子可以被視為一接地端子。依據本實施例，第1圖所示的資料端子DP以及資料端子DN可以 分別被電氣連接至該USB接頭的資料端子D+以及資料端子D-，如此一來，第1圖所示的資料端子DP以及資料端子DN在此情況下可以分別被視為該USB接頭的資料端子D+以及資料端子D-。如第1圖所示，裝置100包含有一充電埠偵測電路110、一監控電路120以及一充電器模組130。舉例來說，本實施例中的監控電路120可以包含有一多工器122以及一比較器124，且本實施例中的充電器模組130可以包含有一控制器132、一脈衝寬度調變器(pulse width modulator,PWM)134以及一電感L，此為切換型(switching type)的範例，然而，充電器模組130並不限定為切換型，亦可以是線性型(linear type)或是脈衝型(pulsed type)。
在此實施例中，充電埠偵測電路110係用來執行充電埠偵測，監控電路120係用來選擇性地從充電器模組130的系統端子SYS來監控該系統電源的電壓位準VSYS或是監控電池20的電池端子BAT上的電池電壓位準(請注意，監控VSYS或是VBAT可形成一電壓調整迴路(voltage regulation loop)。流進電池20或是從充電器模組130輸出的電流資訊亦可經由多工器(multiplexer)122迴授至比較器124以形成一電流調整迴路(current regulation loop)，為求簡單明瞭，該電流調整迴路並未顯示於第1圖中)。第1圖所示的監控電路120僅為說明用途，並非用來作為本發明的限制。更具體地說，在控制器132的控制之下，多工器122能夠對系統端子SYS上的其中一個電壓位準VSYS以及電池端子BAT上的其中一個輸出電壓位準VBAT進行多工處理而輸入至比較器124。當使用比較器124來選擇電壓 位準VSYS以及輸出電壓位準VBAT的其中之一時，監控電路120可以藉由使用比較器124來監控所選取的電壓位準(例如電壓位準VSYS或是輸出電壓位準VBAT)，並比較所選取的電壓位準(例如電壓位準VSYS或是輸出電壓位準VBAT)與一預定參考電壓位準Vref，在控制器132的控制之下，監控電路120可以在有需要的時候從一組預定參考電壓位準{Vref}中選取出預定參考電壓位準Vref。此外，充電器模組130能夠供應電源至耦接至該電子裝置中的一系統電路(並未顯示於圖中)的系統端子SYS，並且對該電子裝置中的至少一電池(例如第1圖中所示的電池20)進行充電，為求簡明起見，上述之該系統電路可以被稱為該系統。
請注意，脈衝寬度調變器134以及電感L的組合可以被視為一穩壓器，該穩壓器能夠在控制器132的控制之下決定出從充電器模組130的系統端子SYS輸出之該系統電源的電壓位準VSYS。根據本實施例，控制器132係用來控制充電器模組130的運作，例如由脈衝寬度調變器134所執行的脈衝寬度調變。脈衝寬度調變器134能夠在端子LX上輸出具有一特定工作週期(duty cycle)的一脈衝寬度調變訊號，其中電壓位準VSYS對應至該特定工作週期，以及該特定工作週期係由控制器132所決定。因此，充電器模組130能夠調整從充電器輸入端子CHRIN(例如充電器輸入端子CHRIN可以電氣連接至上述之該USB接頭的電源端子VBUS)所接收到之輸入，舉例來說，在該外部電源係為一USB充電器(例如具有用來輸出電源的一USB連接線(USB cable)的一交流(alternating current,AC)至直 流(direct current,DC)轉接器(adaptor))的狀況下，該交流至直流轉接器之該輸出電源係經由電源端子VBUS來接收，且經由充電器輸入端子CHRIN輸入至充電器模組130中。在另一個範例中，在該外部電源係一個人電腦的情況下，該個人電腦係經由一USB連接線暫時連接至該電子裝置，該個人電腦之該輸出電源係經由電源端子VBUS來接收，且經由充電器輸入端子CHRIN輸入至充電器模組130中。
如第1圖所示，一電源路徑開關單元P_SW被設置在介於充電器模組130的系統電源端子SYS和電池20的電池端子BAT之間的電源路徑上，其中該電子裝置之電源路徑開關單元P_SW係用來控制介於電子裝置的系統和電池20之間的電氣連接。通常該系統係電氣連接至系統端子SYS，以使電源路徑開關單元P_SW得以在控制器132的控制之下選擇由充電器模組130或是電池20來供應電源。根據本實施例，在控制器132開啟/導通電源路徑開關單元P_SW以啟動上述之電源路徑的情況下，充電器模組130能夠對電池20進行充電。然而這僅作為說明用途，並非用以作為本發明的限制。裝置100可以啟動該電源路徑以執行其他運作，舉例來說，在控制器132開啟/導通電源路徑開關單元P_SW以啟動上述之電源路徑的情況下，電池20能夠對該系統進行充電，此外，在控制器132關閉/不導通電源路徑開關單元P_SW以停止上述之電源路徑的情況下，當電池20處於一低電量的狀況時，充電器模組130能夠直接提供該系統電源給該系統，更具體地說，當電池20處於低電量的狀況下，為 了防止由系統端子SYS輸出的該系統電源的電壓位準VSYS被電池20往下拉，控制器132可以關閉/不導通電源路徑開關單元P_SW以使電池20從充電器模組130的系統端子SYS斷開。
一般而言，充電器模組130可以遵循電池充電(battery charging,BC)規範，諸如修訂版1.1或是修訂版1.2，也就是所謂的BC 1.1或是BC 1.2，對於相容於USB的裝置來說，上述BC 1.1以及BC 1.2的至少一部分定義了讓裝置得以分辨USB埠種類的機制，而就一般來說，可以透過D+資料線以及D-資料線(亦即分別對應至資料端子D+以及資料端子D-的資料線)上的一偵測序列來達到此一功能。舉例來說，就前述充電埠偵測來說，充電埠偵測電路110可包含有某些硬體電路來產生該偵測序列。
請同時參考第2圖以及第1圖，第2圖係依據本發明用來執行系統電源管理的一方法200的一工作流程的一實施例的示意圖。第2圖中之方法可以被應用在第1圖中的裝置100。該方法的描述如下。
在步驟210中，充電器模組130(更具體地說，控制器132)會偵測是否有一個有效的充電器電氣連接至上述之該USB接頭。實作上，控制器132能夠使用內建的一偵測電路(未顯示)來偵測從該充電器輸入端子CHRIN接收到之輸入，而該偵測電路可以是用來偵測從充電器輸入端子CHRIN接收到之輸入的一電壓變化(或是一電壓增加程度)的一比較器。舉例來說，在一外部電源係電氣連接至該 USB接頭的情況下，控制器132可以藉由使用該偵測電路來偵測該外部電源是否存在。又例如，在一USB連接線的一第一端點插入該USB接頭而該USB連接線的另一端點處於拔出/未使用(unplugged)的情況之下，控制器132將不會偵測到一個有效的充電器。當偵測到有一個有效的充電器電氣連接至該USB接頭時，即進入步驟220；否則會再次進入步驟210。
在步驟220中，充電埠偵測電路110會執行上述的充電埠偵測，而修訂版1.1或是修訂版1.2的充電埠偵測機制可以作為該充電埠偵測的一個範例。
在步驟230中，根據步驟220中的充電埠偵測程序的偵測結果，控制器132會判斷該外部電源是否為一預定類型的電源(更具體地說，會判斷該外部電源是否隸屬於一預定類型的電源)。在一實施例中，會依據該外部電源的充電能力(例如該外部電源可提供的一電流位準)來進行判斷，當偵測到該外部電源具有的是一個微弱的充電能力時(更具體地說，一個不充足的電流額定值，例如該系統電路需要大於500mA的一輸入電流位準來維持該系統負載，而該外部電源係為一USB標準下行埠或是USB OTG裝置)，會進入步驟240；反之，該外部電源具有一個較強的充電能力(更具體地說，一個充足的電流額定值，例如該系統電路需要大於500mA的一輸入電流位準來維持該系統負載，且該外部電源係一交流-直流轉接器或是非上述之該USB標準下行埠或是USB OTG裝置的USB裝置)，會進入到 步驟250。請注意，所屬領域具有通常知識者應該都能輕易地了解上述之充電埠偵測(或是充電器類型的偵測)的流程，為求簡明起見，在此省略關於細節的描述。
在步驟240中，電源路徑開關單元P_SW被控制而具有一第一組態，使得充電器模組130依據一第一充電設定配置(例如第7圖以及第8圖中分別繪示的預定充電設定配置的其中之一)來對電池20進行充電，如此一來，電池20或是該系統電源的電流-電壓曲線(即充電電流以及輸出電壓之間的關係)可符合該第一充電設定配置。
在步驟250中，電源路徑開關單元P_SW被控制而具有一第二組態，使得充電器模組130依據一第二充電設定配置(例如第5圖以及第6圖中分別繪示的預定充電設定配置的其中之一)來對電池20進行充電，如此一來，電池20或是該系統電源的電流-電壓曲線(即充電電流以及輸出電壓之間的關係)可符合該第二充電設定配置。
第3圖係依據本發明中第2圖中所示的步驟240的流程圖的一實施例的示意圖。因為該外部電源可能無法供應足夠的電流(例如USB標準下行埠或是USB OTG裝置能夠提供的最大電流分別是500mA以及100mA)以支持該電子裝置的系統運作，若該系統單獨由外部電源供電而沒有額外的電池的分擔，可能會造成該系統的不穩定。因此，當電池電壓VBAT過低時，本實施例所提出之該充電設定配置首先會對該電池充電而非啟動該系統，而等到電池電壓VBAT被 充電到夠高時再啟動該系統。於是接收自充電器輸入端子CHRIN之該電源會提供該系統電源並且同時對該電池進行充電。該方法的說明如下。
在步驟242中，當電池電壓VBAT過低時，充電器模組130(更具體地說，控制器132)會導通電源路徑開關單元P_SW來使用接收自充電器輸入端子CHRIN的電源對電池20進行充電。此刻系統電壓VSYS會暫時被控制在一預定電壓範圍之內(例如小於3.2V)以防止該系統在對電池20進行充電的初始階段就被啟動。當電池電壓VBAT夠高時(例如達到3.2V)，該系統會啟動，且該穩壓器的輸出(例如該系統電源訊號)會被使用來對電池20進行充電，並同時供應電源至該系統，如此一來，即使該系統所需要的大電流超過該微弱的外部電源所能夠提供的最大電流，裝置100也能夠進入一電池補給模式(battery supplement mode)以防止該系統被突然停止，並且維持穩定的運作。
充電器模組130(更具體地說，控制器132)可以藉由監控電路120的幫助來偵測電池20的輸出電壓位準VBAT是否處於低電位(即低於一預定臨界值)。當偵測到該外部電源屬於該預定類型的電源且該電池的輸出電壓位準低於該預定臨界值時，充電器模組130(更具體地說，控制器132)會控制電源路徑開關單元P_SW來對電池20進行充電。電源路徑開關單元P_SW可以由電晶體來構成，且控制器132可以完全地(fully)或是部分地(partially)啟動電源路徑開關單元 P_SW中的電晶體來對電池20進行充電。舉例來說，可以透過充電器模組130來將系統電壓VSYS設定為低於該系統的啟動電壓(power-on voltage)的一預定電壓位準(例如2.5V)，且部分啟動的電晶體可以構成一低壓差電路(low drop out circuit,LDO circuit)以藉由系統電壓VSYS的轉換來提供電流至電池20；或者，完全啟動的電晶體可形成連接該系統電源端子SYS至電池輸出端子BAT的一直接路徑，以使系統電壓VSYS以及電池輸出電壓VBAT在充電器模組130對電池20充電的時候能一致地上升。
控制器132另可控制監控電路120以在對電池20進行充電的期間(步驟244)偵測該系統電源的電壓位準VSYS在定電流模式下是否達到一預定臨界值Vth(例如4.2V)。監控電路120的多工器122可選擇系統電壓VSYS，並將系統電壓VSYS傳送至比較器124。
在步驟246中，當比較器124偵測到電壓位準VSYS達到預定臨界值Vth(例如4.2V)時，充電器模組130會從該定電流模式切換到定電壓模式，而在步驟248中，充電器模組130會在該定電壓模式的期間控制電壓位準VSYS等於預定臨界值Vth，以避免電壓位準VSYS在對電池20進行充電的期間超過預定臨界值Vth。預定臨界值Vth代表充電器模組130從該定電流模式切換至該定電壓模式的轉換電壓位準(transition voltage level)，一般來說係依據該電池特性而定。根據本實施例，在從該定電流模式切換至該定電壓模式的片刻，因為電源路徑開關單元P_SW已經導通，故充電器模組130 的系統端子SYS所輸出之該系統電源係用來對電池20進行充電，並且同時對該系統供應電源，換句話說，本實施例中所提出之系統電源管理方法會偵測並且控制系統電壓VSYS而非電池輸出電壓VBAT。因為電源路徑開關單元P_SW會貢獻該電源路徑一個壓降，本方法可以有效地維持系統電源端子SYS之該電源位準落在一安全的區域，如此一來可保護耦接至系統電源端子SYS之該系統不會有電壓過衝(overshooting)的現象。
第4圖係本發明之第2圖所示的步驟250的一實施例的流程圖。因為該外部電源能夠供應足夠的電流來支持該電子裝置的系統運作，可以立即地啟動該系統，並且就算沒有額外的電池的輔助也不會造成不穩定。因此，本實施例所提出之該充電設定配置會供電予該系統並且同時對該電池進行充電。該方法的說明如下。
在步驟252中，當該外部電源不屬於該預定類型的電源時，充電器模組130(更具體地說，控制器132)能夠控制電源路徑開關單元P_SW來使該電子裝置中之該系統以及該電子裝置中之電池20之間的電氣連接具有一第二組態，而該第二組態通常不同於該第一組態。在一實施例中，該第二組態對應於該傳統系統即時啟動(instant-ON)功能以及電源路徑管理，在此組態下，充電器模組130可以使用從該外部電源所接收到之電源來供電予該系統，並且同時對電池20進行充電。
控制器132另可控制監控電路120於對電池20進行充電的期間，偵測該系統電源訊號的電壓位準VSYS在該定電流模式下是否達到預定臨界值Vth(即4.2V)(步驟254)。監控電路120的多工器122可選擇系統電壓VSYS，並將系統電壓VSYS傳送至比較器124。在步驟256中，當比較器124偵測到電壓位準VSYS達到預定臨界值Vth時，充電器模組130會從該定電流模式切換至該定電壓模式，而在步驟258中，充電器模組130會在對電池20進行充電的期間控制電壓位準VSYS在該定電壓模式下維持在預定臨界值Vth，以避免電壓位準VSYS超過預定臨界值Vth。預定臨界值Vth代表充電器模組130從該定電流模式切換至該定電壓模式的轉換電壓位準，一般來說會依據該電池特性而定。根據本實施例，在從該定電流模式切換至該定電壓模式的片刻，因為電源路徑開關單元P_SW已經導通，充電器模組130的系統端子SYS所輸出之該系統電源係用來對電池20進行充電，並且同時供電予該系統，換句話說，本實施例中所提出之系統電源管理方法會偵測並且控制系統電壓VSYS而非電池輸出電壓VBAT。因為電源路徑開關單元P_SW會貢獻該電源路徑一個壓降，本方法可以有效地維持系統電源端子SYS之電源位準落在一安全的區域，如此一來可保護耦接至系統電源端子SYS之該系統不會有電壓過衝的現象。
第5圖係與本發明之第2圖及第4圖所示方法200有關的一預定充電設定配置的一實施例的示意圖。第6圖係與本發明之第2圖所示方法200有關的一預定充電設定配置的另一實施例的示意圖。 在該些實施例中，符號Ich表示從充電器模組130所輸出之充電電流，符號A到符號E分別表示不同的充電階段。為了能夠更清楚的說明充電階段A~E各自的部分曲線特性，對應不同充電階段(例如充電階段A~E當中的多個充電階段)之部分曲線可能會用不同的比例來繪示。
根據第5圖以及第6圖中所分別繪示之預定充電設定配置當中的任何一個，充電器模組130能夠藉由控制電壓位準VSYS以及充電電流Ich來對電池20進行充電。在充電階段A，系統電壓VSYS具有高於該系統所需之啟動電壓位準的一預定初始電壓位準(例如3.7V)，因而該系統被啟動。充電器模組130在一預充電模式下能夠以一預定初始電流位準(例如100mA)來對電池20進行充電(例如充電器模組130分別控制電壓位準VSYS以及充電電流Ich的初始值為3.7V以及100mA)以使輸出電壓位準VBAT達到一特定電壓位準(例如2.5V)。請注意，圖表上的電壓/電流位準僅供說明用途，舉例來說，預充電電流依據電池的特性/需求而會有所變化，可能會大於或是小於100mA，也可能不是一個固定值。在充電階段B時，充電器模組130在該預充電模式下能夠以大於該預定初始電流位準的一預定高電流位準來對電池20進行充電，而當輸出電壓位準VBAT仍然處於一相對低的位準時，充電器模組130可以維持該系統在啟動狀態。在充電階段C時，充電器模組130能夠在該定電流模式下以該預定高電流位準來對電池20進行充電，而電壓位準VSYS可以升高以使輸出電壓位準VBAT相對地增加，且充電器模組130得 以維持該系統在啟動狀態。在充電階段D時，當充電電流Ich正在減少時，充電器模組130持續在該定電壓模式下對電池20進行充電，而對應充電階段D的部分曲線在此實施例中可能會不同。在充電階段E時，充電程序結束，且控制器132可以藉由切斷電源路徑開關單元P_SW來關閉該電源路徑，其中充電器模組130可以單獨地供電至該系統。
關於本實施例第5圖所示之從充電階段C切換到充電階段D的過程，充電器模組130會如同步驟254到步驟258的運作方式來運作。當在對電池20進行充電時偵測到電壓位準VSYS在定電流模式下達到預定臨界值Vth(例如4.2V)的時候，充電器模組130會從定電流模式切換到定電壓模式來避免電壓位準VSYS在對電池20進行充電的期間超過預定臨界值Vth，因此充電器模組130可以控制電壓位準VSYS(而非輸出電壓位準VBAT)以避免電壓位準VSYS發生電壓過衝現象。由於充電器模組130在充電階段D時會控制電壓位準VSYS處於預定臨界值Vth，故第5圖的圖表被標記為Regulate_VSYS模式。
關於本實施例第6圖所示之從充電階段C切換到充電階段D的過程，充電器模組130會進行以下的運作。當在對電池20進行充電時偵測到輸出電壓位準VBAT在定電流模式下達到預定臨界值Vth(例如4.2V)的時候，充電器模組130會從定電流模式切換到定電壓模式來避免輸出電壓位準VBAT在對電池20進行充電的期間超 過預定臨界值Vth。由於充電器模組130在充電階段D時會控制輸出電壓位準VBAT處於預定臨界值Vth，故第6圖的圖表被標記為Regulate_VBAT模式。
第7圖係與本發明之第2圖以及第3圖所示方法200有關的一預定充電設定配置的一實施例的示意圖。第8圖係與本發明之第2圖所示方法200有關的一預定充電設定配置的另一實施例的示意圖。相同的，符號Ich表示從充電器模組130所輸出之充電電流，符號A到符號E分別表示不同的充電階段。為了能夠更清楚的說明充電階段A~E各自的部分曲線特性，對應不同充電階段(例如充電階段A~E當中的多個充電階段)之部分曲線可能會用不同的比例來繪示。
根據第7圖以及第8圖中所分別繪示之預定充電設定配置當中的任何一個，充電器模組130能夠藉由控制電壓位準VSYS以及充電電流Ich來對電池20進行充電。在充電階段A，系統電壓VSYS具有低於該系統所需之啟動電壓位準的一預定初始電壓位準(例如2.5V)，因而該系統不會被啟動。充電器模組130能夠在一預充電模式下以一預定初始電流位準(例如60mA)來對電池20進行充電(例如充電器模組130分別控制電壓位準VSYS以及充電電流Ich的初始值為2.5V以及60mA)以使輸出電壓位準VBAT達到一特定電壓位準(例如2.5V)，而該系統一般會處於關機狀態。請注意，符號SYS_UVLO代表一啟動電壓位準，該啟動電壓位準通常係由該系統 之設計者來定義，而啟動電壓位準SYS_UVLO可以被視為用來判斷該系統是否可以被啟動的一個臨界值，舉例來說，啟動電壓位準SYS_UVLO可以被定義為3.2V，然而圖表上的電壓/電流位準僅供說明用途，舉例來說，為了符合USB充電標準，預充電電流依據電池的特性/需求而會有所變化，可能會大於或是小於60mA，也可能不是一個固定值。在充電階段C時，充電器模組130在電壓位準VSYS達到啟動電壓位準SYS_UVLO之前，能夠以一預定初始電流位準來對電池20進行充電。在充電階段C時，當偵測到電壓位準VSYS達到啟動電壓位準SYS_UVLO時，充電器模組130能夠將充電電流Ich從該預定初始電流位準切換至高於該預定初始電流位準的一預定高電流位準。在充電階段D時，當充電電流Ich正在減少時，充電器模組130持續對電池20進行充電，而對應充電階段D的部分曲線在此實施例中可能會不同。在充電階段E時，充電程序結束，且控制器132可以藉由切斷電源路徑開關單元P_SW來關閉該電源路徑，其中充電器模組130可以單獨地供電至該系統。
關於本實施例第7圖所示之從充電階段C切換到充電階段D的過程，充電器模組130會如同步驟244到步驟248的運作方式來運作。當在對電池20進行充電時偵測到電壓位準VSYS在定電流模式下達到預定臨界值Vth(例如4.2V)的時候，充電器模組130會從定電流模式切換到定電壓模式來避免電壓位準VSYS在對電池20進行充電的期間超過預定臨界值Vth，因此充電器模組130可以控制電壓位準VSYS(而非輸出電壓位準VBAT)以避免電壓位準VSYS 發生電壓過衝現象。由於充電器模組130在充電階段D時控制電壓位準VSYS處在預定臨界值Vth，故第7圖的圖表被標記為Regulate_VSYS模式。
關於本實施例第8圖所示之從充電階段C切換到充電階段D的過程，充電器模組130會運作如下。當在對電池20進行充電時偵測到輸出電壓位準VBAT在定電流模式下達到預定臨界值Vth(例如4.2V)的時候，充電器模組130會從定電流模式切換到定電壓模式來避免輸出電壓位準VBAT在對電池20進行充電的期間超過預定臨界值Vth。由於充電器模組130在充電階段D時控制輸出電壓位準VBAT處在預定臨界值Vth，故第8圖的圖表被標記為Regulate_VBAT模式。
依據這些實施例，一旦上述之該外部電源的接頭被插入該USB接頭時，裝置100可以立即執行充電埠偵測，舉例來說，可以透過資料端子DP以及資料端子DM來偵測，且在充電器模組130符合USB的電池充電規範標準修訂版1.2的情況下，充電埠的資訊可以直接被使用。在上述之該外部電源係為一USB標準下行埠或是USB OTG裝置(例如基於第2圖所示的方法200的工作流程而會進入步驟240)的情形之下，裝置100可以停止該系統的即時啟動功能，更具體地說，當輸出電壓位準VBAT過低以致於無法維持該系統的運作時，控制器132總是能夠導通電源路徑開關單元P_SW，而充電器模組130在此期間可以專注在對電池20進行充電。一旦輸出電壓 位準VBAT夠高時，該系統會馬上被啟動，且此刻該系統負載以及該充電電流對充電器模組130來說應該不是一個負擔，故充電器模組130可以順利地運作(具體地說，不會有任何的副作用)。若該系統負載很重(例如該系統使用的電流大於輸入電流上限)，因為裝置100會自動地進入該電池補給模式(其中電池20以及充電器模組130都可被用來供應電源至該系統)而使電壓位準VBAT夠高，因此電壓位準VSYS將只會輕微地降低。在上述之該外部電源係為一交流-直流轉接器或是並非上述之USB標準下行埠或USB OTG裝置的一USB充電器的情況下(例如基於步驟2所示的方法200之工作流程而進入步驟250)，當執行電源管理的時候，裝置100可以維持該系統立即啟動的功能，更具體地說，充電器模組130可以從該交流-直流轉接器(或是該充電器)得到電源而在充電器模組130之系統端子SYS輸出系統電源訊號，其中交流-直流轉接器/充電器能夠透過充電器模組130來同時提供充足的電源給該系統或是電池20，如此一來，充電器模組130便可以對電池20進行充電同時提供電源給該系統。
本發明的其中一個好處是本發明的方法以及裝置可以在上述之該外部電源具有一較弱充電能力時(例如該系統電路需要大於500mA的輸入電流位準來維持該系統負載，而該外部電源並無法提供足夠電流的電源，例如一USB標準下行埠或是USB OTG裝置)，避免系統開機時或是系統操作期間非預期的系統電壓降低(或是不穩定的系統電壓)所導致的系統問題甚至當機。此外，本發明的方法 以及裝置在使用一交流-直流轉接器來作為單一輸入電池充電器時，所進行的電源路徑管理係符合電池充電規範標準修訂版1.2。除此之外，基於第5圖以及第7圖所分別繪示之預定充電設定配置，本發明的方法以及裝置可以避免該系統(例如一晶片組)被電壓位準VSYS的電壓過衝所損壞。
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。
100‧‧‧系統電源管理裝置
110‧‧‧充電埠偵測電路
120‧‧‧監控電路
122‧‧‧多工器
124‧‧‧比較器
130‧‧‧充電器模組
132‧‧‧控制器
134‧‧‧脈衝寬度調變器
20‧‧‧電池
200、240、250‧‧‧方法
210~250、242~248、252~258‧‧‧步驟
P_SW‧‧‧電源路徑開關單元
第1圖為依據本發明的一第一實施例而用來執行系統電源管理的一裝置的示意圖。
第2圖係本發明用來執行系統電源管理的一方法的一工作流程的一實施例的示意圖。
第3圖係本發明之第2圖所示的步驟240的一實施例的流程圖。
第4圖係本發明之第2圖中所示的步驟250的一實施例的流程圖。
第5圖係與本發明之第2圖以及第4圖所示方法有關的一預定充電設定配置的一實施例的示意圖。
第6圖係與本發明之第2圖所示方法有關的一預定充電設定配置的另一實施例的示意圖。
第7圖係與本發明之第2圖以及第3圖所示方法有關的一預定充電設定配置的一實施例的示意圖。
第8圖係與本發明之第2圖所示方法有關的一預定充電設定配置的 另一實施例的示意圖。
100‧‧‧系統電源管理裝置
110‧‧‧充電埠偵測電路
120‧‧‧監控電路
122‧‧‧多工器
124‧‧‧比較器
130‧‧‧充電器模組
132‧‧‧控制器
134‧‧‧脈衝寬度調變器
20‧‧‧電池

Claims (24)

  1. 一種執行系統電源管理的方法，該方法應用於一電子裝置，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電子裝置的一電源路徑開關單元被設置在該電子裝置中的一系統以及該電子裝置中的一電池之間，用來控制該系統以及該電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的方法包含有以下步驟：對該通訊埠進行充電埠偵測；導通該電源路徑開關單元使得該電池被充電，並且在該電池被充電的期間，偵測該系統之一電源輸入端子的一系統電源之一電壓位準是否在一定電流模式下達到一預定臨界值；以及當在對該電池充電的期間偵測到該電壓位準在該定電流模式下達到該預定臨界值時，自該定電流模式切換至一定電壓模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之執行系統電源管理的方法，其中對該通訊埠進行充電埠偵測的步驟另包含有：判斷該外部電源是否屬於一預定電源類型；其中該電源路徑開關單元是依據該外部電源是否屬於該預定電源類型來被控制。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之執行系統電源管理的方法，其中控制該電源路徑開關單元對該電池充電的步驟包含有：當偵測到該外部電源屬於該預定電源類型時，導通該電源路徑 開關單元以根據對應於該預定電源類型之一預定充電設定配置來對該電池充電。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之執行系統電源管理的方法，其中在自該定電流模式切換至該定電壓模式的片刻，該系統電源被用來同時對該電池充電以及供電給該系統。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之執行系統電源管理的方法，另包含有：在該定電壓模式下控制該系統電源之該電壓位準。
  6. 一種執行系統電源管理的裝置，該裝置包含有一電子裝置的至少一部分，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電子裝置的一電源路徑開關單元被設置在該電子裝置中的一系統以及該電子裝置中的一電池之間，用來控制該系統以及該電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的裝置包含有：一充電埠偵測電路，用來對該通訊埠進行充電埠偵測；以及一充電器模組，電氣連接至該充電埠偵測電路，其中該充電器模組通過控制該電源路徑開關單元使得該電池被充電，並且在該電池被充電的期間，偵測該系統之一電源輸入端子的一系統電源之一電壓位準是否在一定電流模式下達到一預定臨界值； 其中當在對該電池充電的期間偵測到該電壓位準在該定電流模式下達到該預定臨界值時，該充電器模組自該定電流模式切換至一定電壓模式。
  7. 如申請專利範圍第6項所述執行系統電源管理的裝置，其中該充電埠偵測電路會判斷該外部電源是否屬於一預定電源類型；且該充電器模組係依據該外部電源是否屬於該預定電源類型來控制該電源路徑開關單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述執行系統電源管理的裝置，其中當偵測到該外部電源屬於該預定電源類型時，該充電器模組會導通該電源路徑開關單元以根據對應於該預定電源類型之一預定充電設定配置來對該電池充電。
  9. 如申請專利範圍第6項所述執行系統電源管理的裝置，其中在自該定電流模式切換至該定電壓模式的片刻，該系統電源被用來同時對該電池充電以及供應電源給該系統。
  10. 如申請專利範圍第6項所述執行系統電源管理的裝置，其中該充電器模組另在該定電壓模式下控制該系統電源之該電壓位準。
  11. 如申請專利範圍第6項所述執行系統電源管理的裝置，其中該充電器模組包含有： 一控制器，用來控制該充電器模組的運作；以及一穩壓器，用來在該控制器的控制之下產生該系統電源；其中該執行系統電源管理的裝置另包含有：一監控電路，用來在該控制器的控制之下監控該系統電源之該電壓位準。
  12. 一種執行系統電源管理的方法，該方法應用於一電子裝置，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電子裝置的一電源路徑開關單元被設置在該電子裝置中的一系統以及該電子裝置中的一電池之間，用來控制該系統以及該電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的方法包含有以下步驟：對該通訊埠進行充電埠偵測以判斷該外部電源是否屬於一預定電源類型；以及當偵測到該外部電源屬於該預定電源類型時，控制該電源路徑開關單元來使該電池之一電壓位準或是一系統電源達到一第一充電設定配置，其中該第一充電設定配置係用來暫時控制該系統電源落於一預定電壓範圍之內，以防止該系統在對該電池充電的一初始階段被啟動。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之執行系統電源管理的方法，另包含有：當偵測到該外部電源不屬於該預定電源類型時，控制該電源路 徑開關單元來使該電池之該電壓位準或是該系統電源達到一第二充電設定配置。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之執行系統電源管理的方法，其中判斷該外部電源是否屬於該預定電源類型的步驟另包含有：判斷該外部電源所能夠供應的一電流位準。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之執行系統電源管理的方法，其中控制該電源路徑開關單元來達到該第一充電設定配置的步驟包含有：當該外部電源屬於該預定電源類型且該電池之一輸出電壓位準係低於一預定臨界值時，依據該第一充電設定配置來對該電池進行充電。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之執行系統電源管理的方法，其中控制該電源路徑開關單元來達到該第一充電設定配置的步驟包含有：暫時控制該系統電源落在該預定電壓範圍之內，直到該電池之該輸出電壓位準上升並且達到該預定臨界值為止。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之執行系統電源管理的方法，其中控制該電源路徑開關單元來達到該第一充電設定配置的步驟包含有： 當偵測到該電池之該輸出電壓位準上升並且達到該預定臨界值時，同時對該電池進行充電以及供電予該系統。
  18. 一種執行系統電源管理的裝置，該裝置包含有一電子裝置的至少一部分，該電子裝置的一通訊埠具有自一外部電源為該電子裝置獲取電源的一功能，該電子裝置的一電源路徑開關單元被設置在該電子裝置中的一系統以及該電子裝置中的一電池之間，用來控制該系統以及該電池之間的電氣連接，該執行系統電源管理的裝置包含有：一充電埠偵測電路，用來對該通訊埠進行充電埠偵測以判斷該外部電源是否屬於一預定電源類型；以及一充電器模組，電氣連接至該充電埠偵測電路，其中當該充電埠偵測電路偵測到該外部電源屬於該預定電源類型時，該充電器模組控制該電源路徑開關單元來使該電池之一電壓位準或是一系統電源達到一第一充電設定配置，其中基於該第一充電設定配置，該系統電源暫時被控制而落在一預定電壓範圍之內，以防止該系統在對該電池充電的一初始階段被啟動。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之執行系統電源管理的裝置，其中當該充電埠偵測電路偵測到該外部電源不屬於該預定電源類型時，該充電器模組控制該電源路徑開關單元來使該電池之該電壓位準或是該系統電源達到一第二充電設定配置。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之執行系統電源管理的裝置，其中該充電埠偵測電路藉由判斷該外部電源所能夠供應的一電流位準，來判斷該外部電源是否屬於該預定電源類型。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之執行系統電源管理的裝置，其中當該外部電源屬於該預定電源類型且該電池的一輸出電壓位準係低於一預定臨界值時，該充電器模組通過控制該電源路徑開關單元來依據該第一充電設定配置對該電池進行充電。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之執行系統電源管理的裝置，其中該充電器模組暫時控制該系統電源落在該預定電壓範圍之內，直到該電池之該輸出電壓位準上升並且達到該預定臨界值為止。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之執行系統電源管理的裝置，其中當偵測到該電池之該輸出電壓位準上升並且達到該預定臨界值時，該充電器模組同時對該電池進行充電以及供電予該系統。
  24. 如申請專利範圍第18項所述之執行系統電源管理的裝置，其中該充電器模組包含有：一控制器，用來控制該充電器模組的運作；以及一穩壓器，用來在該控制器的控制之下產生該系統電源；其中該執行系統電源管理的裝置另包含有： 一監控電路，用來在該控制器的控制之下監控該電池之一輸出電壓位準以及該系統電源。
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