TWI568138B - 用於電力供應之裝置及方法及運算系統 - Google Patents

Description

用於電力供應之裝置及方法及運算系統 發明領域

本發明一般係有關電源供應器，而更特定於，使用一電池組及/或DC配接器來供電至行動系統。

系統叢訊電流日益增加已超出今日行動設備所使用之電池組的能力範圍。除了傳統無線通訊(例如，GSM)叢訊負載之外，其他的平台特徵，例如，具有叢訊或置換模式之應用與圖形處理器、高功率整合免持(IHF)聲頻揚聲器、以及額外的無線電通訊、等等，亦可汲取叢訊負載。包含多個顯示串流、主動式無線電通訊、圖形覆蓋與並行應用之新的使用案例亦會增加叢訊負載。解決此問題之一建議方法係使用一較大容量電池組或額外電池組。但不巧地，該方法具有一設備之成本與大小的限制衝擊。因此，需要新的方法。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種一種裝置，包含有：一行動計算平台，其在一叢訊事件期間由不足以提供適當的叢訊電源之一主要供應器來供電；以及一超級電容器，其在該叢訊事件期間將額外的電源提供至該計算平台，且當該主要電源供應器為不足狀態時將電源提供至一備份負載。

圖式簡單說明

本發明之實施例是藉由附圖之圖形中的範例、而非藉由限制來加以繪示，其中相同參考數字參照為相同的元件。

第1圖是一根據某些實施例，具有於叢訊負載期間用以提供電流之一超級電容器的一計算平台之電源遞送圖。

較佳實施例之詳細說明

系統叢訊電流日益增加已超出今日行動設備所使用之電池組的能力範圍。除了傳統無線通訊(例如，GSM)叢訊負載之外，其他的平台特徵，例如，具有叢訊或置換模式之應用與圖形處理器、高功率整合免持(IHF)聲頻揚聲器、以及額外的無線電通訊、等等，亦可汲取叢訊負載。包含多個顯示串流、主動式無線電通訊、圖形覆蓋與並行應用之新的使用案例亦會增加叢訊負載。

解決此問題之一建議方法係使用一較大容量電池組或額外電池組。但不巧地，該方法具有一設備之成本與大小的限制衝擊。因此，需要新的方法。

行動設備中，通常可使用一超級電容器來提供備份的電源供應，例如，針對兩種情況中一平台的即時時鐘(RTC)電路，亦即，該主要電池組中斷連接時(比如，電池組替換期間或由於機械性震動)以及該主要電池組放電至一低準位，使其無法對該RTC電路供電時。本發明者應體認大部分使用期間，不論該設備位於一關閉、待命、或一主動狀態，該RTC超級電容器皆不會作任何有用的事情。本文揭示之實施例可提供用於兩種應用，亦即，提供一備份(例如，RTC)電源供應器以及提供叢訊負載操作可用之一補充電源供應的一單一、低電阻超級電容器。正常使用期間，該超級電容器可耦合至需要較高叢訊負載能力之一供應條軌(例如，針對IHF聲頻放大器、GSM RF Tx放大器、等等之至少一供應條軌)。另一方面，適當情況時，在至少該主要電源供應(例如，電池組)無法取得或電壓太低時的期間，其可供電至一備份供應條軌。除了可降低成本與大小衝擊外，該方法可具有一額外優點是連接至一外部DC電源時其可執行叢訊應用。(這是因為該DC配接器供應穩態電流的情況下，某些實施例中之超級電容器能夠供應叢訊電流，例如，習知的智慧型手機從通常無法供應叢訊負載之一外部DC電源供電時，其典型並不支援GSM操作)。目前此方法亦可用來過濾叢訊事件造成之供應電源引發的聲頻雜訊。

第1圖顯示根據某些實施例，具有叢訊模式供應能力之一計算平台的一部分。其包括一備份電壓調節器10、一開關控制電路20、一充電器30、一電池組介面連接器(BIC)40、一電池組50、一超級電容器60、一比較器72、以及一OR閘74，如圖示其耦合來提供電源至平台負載100。該平台負載100對應一計算平台，諸如，一行動電話、行動式電腦，諸如一輕薄筆電、平板電腦、或筆記型PC、或任何其他可攜式電子設備中之構件。(應注意該等描繪之電源供應器構件為該平台設備之一部分，但顯示為與一般平台“負載”區塊分離以繪示本發明之相關特徵)

該平台負載100可包含若干不同的構件，諸如一處理器晶片、顯示器、週邊構件、等等。其可包含顯示作為舉例解說目的之備份負載構件110。該備份負載可包含即使該電池組或其他主要電源無法取得時，仍期待具有連續(或適當連續)電源之任何電路或電路區塊。該類電路可包括依電性記憶體、RTC電路、等等。該備份負載耦合至該備份供應條軌，但其亦可耦合至該電池組或其他供應條軌。同樣地，該叢訊負載供應條軌可耦合至亦耦合至其他供應條軌之該平台負載區塊中的構件。

該負載100從一電池組/配接器供應條軌接收電源，並且通常(該電池組存在並充分充電時)透過開關電路20來耦合至該超級電容器60以便需要時取得額外電源。正常情況下，該超級電容器供電至該叢訊模式供應條軌，但該電池組不存在、不足、或該平台關閉時，其切換至該充電器30。該描繪實施例中，其可藉由該備份供應條軌透過該備份VR10來連續耦合至一備份負載110(例如，即使該電池組無法取得時仍可供電之RTC晶片或其他負載)。然而，應注意替代實施例中，雖然該開關、與控制該開關之邏輯，可能必須適當地充電，例如，其可為該備份負載之一部分，但該電池組為不足狀態、或無法取得時，該備份負載條軌可透過與其耦合的一開關耦合至該超級電容器。

該超級電容器60可以具有足夠高的電容、而同時具有足夠低的有效串聯電阻(ESR)並且針對一叢訊負載事件之一足夠持續時間能夠提供適當的電流之任何適當的電容器來執行。例如，一適當的超級電容器可具有數十、或數百毫法拉的電容以及數十、或數百毫歐姆的ESR並能夠在例如，多達兩至三毫秒時於一約3V來源電壓處取得，例如，一至兩安培電流。

正常使用期間，亦即該電池組或AC配接器供應條軌具有一足夠電壓準位而該設備不位於關閉狀態時，該超級電容器60由該開關電路20耦合至該叢訊負載供應條軌，因此可改善其叢訊負載掌控能力並減少該等叢訊負載造成的負載電壓下降。該電容值可選擇為於該叢訊負載持續時間期間將該叢訊負載供應條軌維持在說明書中。叢訊負載之間，該超級電容器可從正常耦合至該主要電源供應條軌之該叢訊負載供應條軌取得充電。該設備關閉或者電池組或AC配接器供應條軌低於該操作電壓準位時(包括未插電，例如電池組替換期間)，該超級電容器可由該開關電路20連接至該充電器30。該充電器可為一簡單的固定電流充電器。一完全充電電池組插入時其亦可限制初始流入電流進入該超級電容器。正常操作期間該超級電容器可從叢訊間之叢訊負載供應條軌來充電。該等叢訊為低準位期間橫跨該超級電容器之電壓下降而因此不需要分開的充電電流限制電路。同時，該備份供應電壓調節器可從哪個較高準位就從該配接器/電池組(主要來源)供應條軌或超級電容器來供電。(注意某些實施例中，根據特別的設計考量，該充電器及/或備份VR可省略。)

電池組移除時，該先前電池組移除指示信號(其可為某些平台的一部分)可在一OR閘74輸入中確立，此造成該開關電路20來將該超級電容器導向該充電器30。(例如，某些平台中使用之進階電池組移除指示信號可用來作為該EBRI信號)。同樣地，此實施例中，若該設備關閉，則該超級電容器切換至該充電器30。沿該相同線路，若該電池組放電使得其供應電壓下降低於一Vminref準位(例如，若一3V電池組下降至低於1.5V)，則該比較器72確立，其造成該OR閘確立並導向該超級電容器經過該開關電路20至該充電器30。因此，該電池組電壓下降低於叢訊應用或系統操作無法執行時(或叢訊應用不作用中時)的一準位時，該超級電容器切換至該充電器30。該備份負載110可在低於該標稱電池組供應電壓，例如，低至1.5V的電壓中工作。因此，一設備由於低電池組電壓而關機時，該電池組50仍具有足夠容量來對該備份電路供電以及對該超級電容器充電。

該開關控制電路20亦可合併電路來控制該超級電容器充電電流，例如，確認其不會太快速充電。此外，某些實施例中，第1圖之某些或大部分的電路元件可於使用於許多不同的計算平台中之一電源管理積體電路(PMIC)中執行。其亦可替代地於一PMIC外部執行。

該先前說明中，已提出許多特定細節。然而，應了解本發明之實施例可在不具有該等特定細節的情況下加以實作。其他實例中，著名的電路、結構與技術已不再詳細顯示以避免混淆對本說明之了解。應記住，參照為“某一實施例”、“一實施例”、“範例實施例”、“各種不同實施例”、等等，表示說明之本發明的該(等)實施例可包括特定特徵、架構、或特性，但並不需每一實施例皆包括該等特徵、架構、或特性。此外，某些實施例可具有其他實施例說明之某些特徵、全部特徵、或不具有任何特徵。

該先前說明與下列申請專利範圍中，下列術語應視為如下：可使用該等術語“耦合”與“連接”，以及其衍生名詞。應了解該等術語彼此間並不意欲視為同義詞。而是，於特定實施例中，“連接”可用於表示兩個或更多元件直接以實體或電氣方式彼此接觸。“耦合”可表示兩個或更多元件彼此協力操作或互動，但其可以或不需直接以實體或電氣方式彼此接觸。

該術語“PMOS電晶體”參照為一P型金氧半導體場效電晶體。同樣地，“NMOS電晶體”參照為一N型金氧半導體場效電晶體。應可體認每當使用該等術語：“MOS電晶體”、“NMOS電晶體”、或“PMOS電晶體”時，除非於其他地方明確指出或由其使用本質所指定，否則其以一示範方式來使用。其包含各種不同類型的MOS設備，包括具有不同VT、材料類型、絕緣體厚度、(多)閘體組配、等等之設備。此外，除非特別參照為MOS等等，否則該術語電晶體可包括其他適當的電晶體類型，例如，接面場效電晶體、雙極性接面電晶體、金屬半導體FET、以及各種不同類型的三維度電晶體、MOS或其他現今已著名或尚未開發的電晶體。

本發明並不侷限於該等說明實施例中，但在後附申請專利範圍之精神與範疇下可稍作修改與變化來加以實作。例如，應體認本發明可應用於使用所有類型的半導體積體電路(“IC”)晶片。該等IC晶片之範例包括但不侷限於處理器、控制器、晶片組構件、可規劃邏輯陣列(PLA)、記憶體晶片、網路晶片、等等。

應體認某些該等圖式中，信號導線可以線段來代表。某些線段較粗，以指出較多組成的信號路徑、具有一數字標記，以指出許多組成的信號路徑、及/或於一或更多端具有箭頭，以指出主要資訊流動方向。然而，此不應以一限制方式來加以視之。而是，該類加入細節可結合一或更多示範實施例來使用以促進對一電路更輕易了解。任何代表信號線，不論是否具有額外資訊，實際上皆可包含可於多個方向行進並可以任何適當類型的信號方案來加以執行的一或更多信號，例如，可以不同的成對、光纖線路、及/或單一端線路來執行之數位或類比線路。

應體認雖然本案已給定了示範尺寸/模型/數值/範圍，但本發明並不侷限於此相同規格。當製造技術(例如，光蝕刻法)成熟一段時間後，應期待可製造出較小尺寸的設備。此外，為了簡化舉例解說與說明、以及為了不混淆本發明，該等圖形中可顯示或不顯示至IC晶片與其他構件之著名的電源/接地連接。再者，該類安排可以方塊圖型式來顯示以避免混淆本發明，並且考量到事實上有關該類方塊圖安排之實施態樣的特性會高度根據執行本發明之平台，亦即，該類特性應在業界熟於此技者的知識範圍中。其中提出特定細節(例如，電路)來說明本發明之示範實施例，對業界熟於此技者而言很明顯地，本發明在不具有、或具有該類特定細節之變化型態的情況下仍可加以實作。因此本說明可視為舉例解說而非限制。

10‧‧‧備份電壓調節器

20‧‧‧開關控制電路

30‧‧‧充電器

40‧‧‧電池組介面連接器

50‧‧‧電池組

60‧‧‧超級電容器

72‧‧‧比較器

74‧‧‧OR閘

100‧‧‧平台負載

110‧‧‧備份負載構件

第1圖是一根據某些實施例，具有於叢訊負載期間用以提供電流之一超級電容器的一計算平台之電源遞送圖。

10‧‧‧備份電壓調節器

20‧‧‧開關控制電路

30‧‧‧充電器

40‧‧‧電池組介面連接器

50‧‧‧電池組

60‧‧‧超級電容器

72‧‧‧比較器

74‧‧‧OR閘

100‧‧‧平台負載

110‧‧‧備份負載構件

Claims (20)

1. 一種用於電力供應之裝置，其包含：一第一電源節點，其被用以耦接至一電池；一第二電源節點，其被用以耦接至一超級電容器(supercap)；一第三電源節點，其被用以耦接至一負載；一開關，其可操作以當來自該電池之電源落在一臨界值之下時將該第二電源節點耦接至該第三電源節點；一電壓轉換器，其耦接至該開關及該第三電源節點。
2. 如請求項1之裝置，其中該第二電源節點是要被耦接至一聲頻放大器。
3. 如請求項1之裝置，其中該第二電源節點是要被耦接至一射頻發射器放大器(RF Transmitter Amplifier)。
4. 如請求項1之裝置，其中該負載是一記憶體或一即時時鐘(RTC)電路中之一者。
5. 如請求項1之裝置，更包含用以控制該開關之邏輯。
6. 如請求項1之裝置，其中該超級電容器是要被由該電池所提供之電力充電。
7. 一種運算系統，其包含：一電池；一超級電容器；一記憶體；耦接至該記憶體之一處理器，該處理器包括：一第一電源節點，其耦接至該電池； 一第二電源節點，其耦接至該超級電容器；一第三電源節點，其耦接至該處理器之一負載；及一開關，其可操作以當來自該電池之電源落在一臨界值之下時將該第二電源節點耦接至該第三電源節點；以及一無線介面，其用以讓該處理器去耦接至另一裝置。
8. 如請求項7之系統，其中該第二電源節點是要被耦接至一聲頻放大器。
9. 如請求項7之系統，其中該第二電源節點是要被耦接至一射頻發射器放大器。
10. 如請求項7之系統，其中該負載是一記憶體或一即時時鐘(RTC)電路中之一者。
11. 如請求項7之系統，其中該處理器包含用以控制該開關之邏輯。
12. 如請求項7之系統，其中該超級電容器是要被由該電池所提供之電力充電。
13. 一種運算系統，其包含：一電池；一超級電容器；一記憶體；耦接至該記憶體之一處理器，該處理器包括：一第一電源節點，其耦接至該電池；一第二電源節點，其耦接至該超級電容器；一第三電源節點，其耦接至該處理器之一負載；及 一開關，其可操作以當來自該電池之電源落在一臨界值之下時將該第二電源節點耦接至該第三電源節點；一電壓調節器(VR)，其耦接至該開關及該第三電源節點；及一無線介面，其用以讓該處理器去耦接至另一裝置。
14. 如請求項13之系統，其中該處理器包含用以控制該開關之邏輯。
15. 如請求項13之系統，其中該超級電容器是要被由該電池所提供之電力充電。
16. 一種用於電力供應之裝置，其包含：一第一電源節點，其被用以耦接至一電池；一第二電源節點，其被用以耦接至一超級電容器；一第三電源節點，其被用以耦接至一負載；一開關，其用以將該第一電源節點或第二電源節點中之一者耦接至該第三電源節點；以及一電壓轉換器，其耦接至該開關及該第三電源節點。
17. 如請求項16之裝置，更包含用以控制該開關之邏輯。
18. 如請求項16之裝置，其中該超級電容器是要被由該電池所提供之電力充電。
19. 一種用於電力供應之方法，其包含：對一超級電容器充電；從一第二電源切換至一第一電源，其中該第一電源是由該超級電容器所提供，而該第二電源是由一電池所提 供；藉由使用該第一電源及該第二電源中之一者產生用於一負載之一經調節之電源。
20. 如請求項19之方法，其中從一第二電源切換至一第一電源之步驟包含識別來自該電池之該第二電源何時落在一個臨界值之下。