TWI672584B

TWI672584B - 電源供應裝置及方法

Info

Publication number: TWI672584B
Application number: TW107120352A
Authority: TW
Inventors: 侯承志; 郭俊志
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-09-21
Also published as: TW202001492A

Abstract

一種電源供應裝置，包括：一電池、一第一電阻器、一第一切換器，以及一充電電路。電池產生一第一電流。第一電阻器係耦接至電池。第一電流係流經第一電阻器。第一切換器係耦接於第一電阻器和一供應節點之間，其中供應節點係用於輸出一供應電位。充電電路係耦接至第一電阻器，其中充電電路係用於監控第一電流。若第一電流大於一第一既定值且持續一第一時間，則充電電路將產生一第一降能信號。若第一電流大於一第二既定值且持續一第二時間，則充電電路將產生一第二降能信號。第一既定值係大於該第二既定值，而第一時間係短於第二時間。

Description

電源供應裝置及方法

本發明係關於一種電源供應裝置，特別係關於一種可避免系統突然關閉(Shutdown)之電源供應裝置。

由於現今之筆記型電腦(Notebook Computer)追求越來越輕薄化，其電池芯(Battery Cell)之數量和總電壓皆會隨之降低。然而，當筆記型電腦由交流(Alternating Current，AC)電源切換至電池之直流(Direct Current，DC)電源時，整體系統有可能因為供應電位(Supply Voltage)過低而發生意外關閉(Shutdown)之情形。有鑑於此，必須提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之問題。

在較佳實施例中，本發明提供一種電源供應裝置，包括：一電池，產生一第一電流；一第一電阻器，耦接至該電池，其中該第一電流係流經該第一電阻器；一第一切換器，耦接於該第一電阻器和一供應節點之間，其中該供應節點係用於輸出一供應電位；以及一充電電路，耦接至該第一電阻器，其中該充電電路係用於監控該第一電流；其中若該第一電流大於一第一既定值且持續一第一時間，則該充電電路將產生一第一降能信號；其中若該第一電流大於一第二既定值且持續一第二時間，則該充電電路將產生一第二降能信號；其中該第一既定值係大於該第二既定值，而該第一時間係短於該第二時間。

在一些實施例中，該第一降能信號係早於該第二降能信號而產生。

在一些實施例中，該電源供應裝置更包括：一處理器電路，耦接至該充電電路，並由該供應電位進行供電，其中當該處理器電路接收到該第一降能信號或該第二降能信號時，該處理器電路之一時脈頻率將會降低。

在一些實施例中，該處理器電路包括一中央處理器或(且)一繪圖處理器。

在一些實施例中，該第一既定值約為15A。

在一些實施例中，該第一時間約為1μs。

在一些實施例中，該第二既定值約為7A。

在一些實施例中，該第二時間約為100μs。

在一些實施例中，該電源供應裝置更包括：一交流適配器，產生一第二電流；一第二電阻器，耦接至該供應節點，其中該第二電流係流經該第二電阻器；以及一第二切換器，耦接於該交流適配器和該第二電阻器之間；其中該充電電路更耦接至該第二電阻器，並更用於監控該第二電流。

在一些實施例中，該充電電路更根據該第一電流和該第二電流來選擇性地導通該第一切換器和該第二切換器之至少一者。

在另一較佳實施例中，本發明提供一種電源供應方法，包括下列步驟：藉由一電池，產生一第一電流，其中一第一電阻器係耦接至該電池，該第一電流係流經該第一電阻器，一第一切換器係耦接於該第一電阻器和一供應節點之間，而該供應節點係用於輸出一供應電位；藉由一充電電路，監控該第一電流，其中該充電電路係耦接至該第一電阻器；若該第一電流大於一第一既定值且持續一第一時間，則藉由該充電電路，產生一第一降能信號；以及若該第一電流大於一第二既定值且持續一第二時間，則藉由該充電電路，產生一第二降能信號；其中該第一既定值係大於該第二既定值，而該第一時間係短於該第二時間。

在一些實施例中，該電源供應方法更包括：提供一處理器電路，其中該處理器電路係耦接至該充電電路，並由該供應電位進行供電；以及當該處理器電路接收到該第一降能信號或該第二降能信號時，降低該處理器電路之一時脈頻率。

在一些實施例中，該電源供應方法更包括：藉由一交流適配器，產生一第二電流，其中一第二電阻器係耦接至該供應節點，該第二電流係流經該第二電阻器，而一第二切換器係耦接於該交流適配器和該第二電阻器之間；以及藉由該充電電路，監控該第二電流，其中該充電電路更耦接至該第二電阻器。

在一些實施例中，該電源供應方法更包括：藉由該充電電路，根據該第一電流和該第二電流來選擇性地導通該第一切換器和該第二切換器之至少一者。

100、300‧‧‧電源供應裝置

110‧‧‧電池

120‧‧‧第一切換器

130‧‧‧充電電路

340‧‧‧處理器電路

350‧‧‧交流適配器

360‧‧‧第二切換器

510、530‧‧‧供應電位之最小值

520、540‧‧‧第一電流之最大值

I1‧‧‧第一電流

I2‧‧‧第二電流

IP1‧‧‧第一既定值

IP2‧‧‧第二既定值

NS‧‧‧供應節點

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

SD1‧‧‧第一降能信號

SD2‧‧‧第二降能信號

T1‧‧‧第一時間

T2‧‧‧第二時間

VP1‧‧‧臨界值

VS‧‧‧供應電位

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應裝置之示意圖。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應裝置之信號波形圖。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電源供應裝置之示意圖。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之處理器電路之示意圖。

第5A圖係顯示一般電源供應裝置之信號波形圖。

第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應裝置之信號波形圖。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應方法之流程圖。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及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。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應裝置(Power Supply Device)100之示意圖。電源供應裝置100可應用於一行動裝置(Mobile Device)，例如：一筆記型電腦(Notebook Computer)或一平板電腦(Table Computer)，但亦不僅限於此。在第1圖之實施例中，電源供應裝置100具有一供應節點NS，並包括：一電池(Battery)110、一第一電阻器(Resistor)R1、一第一切換器(Switch Element)120，以及一充電電路(Charging Circuit)130。電源供應裝置100之供應節點NS係用於輸出一供應電位(Supply Voltage)VS給其他相關元件。

電池110係用於產生一第一電流I1。在一些實施例中，電池110僅包括二個或三個串聯之電池芯(Battery Cell)。例如，電池110之總電壓可約為9V，其可低於包括四個電池芯之傳統電池之總電壓。

第一電阻器R1係耦接至電池110，其中電池110之第一電流I1係流經第一電阻器R1。第一電阻器R1可作為一偵測電阻器(Detection Resistor)，其具有幾乎可忽略之一電阻值，例如：5mΩ。充電電路130可用一充電器積體電路(Charger IC(Integrated Circuit))來實施。例如，前述之充電器積體電路可包括一或複數個計時器(Timer)和一或複數個電流比較器(Current Comparator)，但亦不僅限於此。充電電路130係耦接至第一電阻器R1之二端，其中充電電路130係用於監控第一電流I1。在一些實施例中，充電電路130係先偵測第一電阻器R1之二端之間之電位差，再根據此電位差和第一電阻器R1之電阻值來估計第一電流I1之大小。

第一切換器120係耦接於第一電阻器R1和供應節點NS之間。在一些實施例中，第一切換器120可用一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)來實施。第一切換器120可選擇性地導通(Closed)或斷開(Opened)，其並可由充電電路130來進行控制。例如，若第一切換器120導通，則電池110之第一電流I1可為一固定值或一變動值；反之，若第一切換器120斷開，則電池110之第一電流I1可能下降為0。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應裝置100之信號波形圖，其中橫軸代表時間，而縱軸代表電位位準或電流大小。請一併參考第1、2圖以理解本發明。充電電路130可分析電池110之第一電流I1，並根據第一電流I1來選擇性地執行下列操作。若第一電流I1大於一第一既定值IP1且持續一第一時間T1，則充電電路130將產生一第一降能信號(Degrading Signal)SD1。若第一電流I1大於一第二既定值IP2且持續一第二時間T2，則充電電路130將產生一第二降能信號SD2。必須注意的是，第一既定值IP1係大於第二既定值IP2，而第一時間T1係短於第二時間T2。

大致而言，電源供應裝置100之充電電路130具有雙重保護之功能，詳如下列所述。第一降能信號SD1和第二降能信號SD2可分別用於控制與電源供應裝置100相關之一處理器電路。若第一電流I1大於第一既定值IP1且持續第一時間T1，則代表將啟動一第一層保護機制(亦即，產生第一降能信號SD1)，以降低電池110之第一電流I1並提高供應節點NS之供應電位VS。再者，若第一電流I1大於第二既定值IP2且持續第二時間T2，則代表將啟動一第二層保護機制(亦即，產生第二降能信號SD2)，以降低電池110之第一電流I1並提高供應節點NS之供應電位VS。由於第一時間T1係較第二時間T2更短，故第一降能信號SD1通常係早於第二降能信號SD2而產生。必須理解的是，整體系統之意外關閉(Shutdown)通常係導因於過低之供應電位VS(例如：低於一臨界值VP1)。例如，當一筆記型電腦由一交流電源切換至一直流電源(亦即，電池110)時，會瞬間產生過大之第一電流I1，並導致供應電位VS變得過低(供應電位VS和第一電流I1大致呈現反比關係)。為克服此一問題，本發明提出電源供應裝置100具備雙重比較和雙重保護之設計，其能避免供應電位VS低於臨界值VP1，同時亦可防止系統突然關閉。

在一些實施例中，電源供應裝置100之參數係如下列所述。第一既定值IP1可約為15A。第一時間T1可約為1μs。第二既定值IP2可約為7A。第二時間T2可約為100μs。臨界值VP1可約為5.5V。以上參數係根據多次實驗結果而得出，其可最佳化電源供應裝置100之操作性能。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電源供應裝置300之示意圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，電源供應裝置300更包括：一處理器電路(Processor Circuit)340、一交流適配器(AC Adapter)350、一第二切換器360，以及一第二電阻器R2。處理器電路340係耦接至充電電路130，並由供應電位VS進行供電。當處理器電路340由充電電路130處接收到第一降能信號SD1或第二降能信號SD2時，處理器電路340之一時脈頻率(Clock Frequency)將會隨之降低。前述降低之時脈頻率可壓低電池110之第一電流I1，並可提高供應節點NS之供應電位VS，使得整體系統不易發生意外關閉。交流適配器350可將外接之一交流電源轉換為一直流電源。交流適配器350係用於產生一第二電流I2。在一些實施例中，交流適配器350之總電壓可約為19V，其至少為電池110之總電壓之二倍以上。第二電阻器R2係耦接至供應節點NS，其中交流適配器350之第二電流I2係流經第二電阻器R2。第二電阻器R2可作為另一偵測電阻器，其具有幾乎可忽略之一電阻值，例如：5mΩ。充電電路130更耦接至第二電阻器R2之二端，其中充電電路130更用於監控第二電流I2。在一些實施例中，充電電路130係先偵測第二電阻器R2之二端之間之電位差，再根據此電位差和第二電阻器R2之電阻值來估計第二電流I2之大小。第二切換器360係耦接於交流適配器350和第二電阻器R2之間。在一些實施例中，第二切換器360可用另一金氧半場效電晶體來實施。第二切換器360可選擇性地導通或斷開，其並可由充電電路130來進行控制。例如，若第二切換器360導通，則交流適配器350之第二電流I2可為一固定值或一變動值；反之，若第二切換器360斷開，則交流適配器350之第二電流I2可能下降為0。在一些實施例中，充電電路130更根據第一電流I1和第二電流I2來選擇性地導通第一切換器120和第二切換器360之至少一者。例如，充電電路130可只讓第一切換器120導通，或可只讓第二切換器360導通，或可讓第一切換器120和第二切換器360兩者同時導通。第3圖之電源供應裝置300之其餘特徵皆與第1圖之電源供應裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之處理器電路340之示意圖。在第4圖之實施例中，處理器電路340包括一中央處理器(Central Processing Unit，CPU)470或(且)一繪圖處理器(Graphics Processing Unit，GPU)480。處理器電路340之前述時脈頻率可指中央處理器470之時脈頻率或(且)繪圖處理器480之時脈頻率，其並可代表處理器電路340之整體工作效能。

第5A圖係顯示一般電源供應裝置之信號波形圖，其中橫軸代表時間，而縱軸代表電位位準或電流大小。如第5A圖所示，若未使用本發明之雙重保護設計且移除筆記型電腦之交流電源，則供應節點NS之供應電位VS之最小值510將低於5.5V，而電池110之第一電流I1之最大值520將高於33A，這使得筆記型電腦之整體系統會有突然關閉之風險。

第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應裝置300之信號波形圖，其中橫軸代表時間，而縱軸代表電位位準或電流大小。如第5B圖所示，若筆記型電腦使用本發明之雙重保護設計且移除筆記型電腦之交流電源(亦即，第一切換器120導通且第二切換器360斷開)，則供應節點NS之供應電位VS之最小值530將約為7.4V，而電池110之第一電流I1之最大值540將約為17.92A，這使得筆記型電腦之整體系統可維持正常運作，不會有突然關閉之情況發生。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應方法之流程圖。首先，在步驟S610，藉由一電池，產生一第一電流，其中一第一電阻器係耦接至電池，第一電流係流經第一電阻器，一第一切換器係耦接於第一電阻器和一供應節點之間，而供應節點係用於輸出一供應電位。在步驟S620，藉由一充電電路，監控第一電流，其中充電電路係耦接至第一電阻器。在步驟S630，判斷第一電流是否大於一第一既定值且持續一第一時間。若否，則程序又回到步驟S630以更新判斷結果。若是，在步驟S640，則藉由充電電路，產生一第一降能信號。在步驟S650，判斷第一電流是否大於一第二既定值且持續一第二時間，其中第一既定值係大於第二既定值，而第一時間係短於第二時間。若否，則程序又回到步驟S650以更新判斷結果。若是，在步驟S660，則藉由充電電路，產生一第二降能信號。必須注意的是，以上步驟無須依次序執行，且第1-5圖之電源供應裝置之每一特徵皆可套用至第6圖之電源供應方法當中。

本發明提出一種新穎之電源供應裝置。根據實際量測結果，當使用所提之電源供應裝置之筆記型電腦由交流電源切換至直流電源時，其供應電位之最小值可提高約34.5%，且其電池電流之最大值可降低約45.7%。藉由加入雙重保護機制，本發明之電源供應裝置可有效降低系統突然關閉之機率。

本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可以透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。

值得注意的是，以上所述之元件參數皆非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之電源供應裝置和電源供應方法並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之電源供應裝置和電源供應方法當中。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種電源供應裝置，包括：一電池，產生一第一電流；一第一電阻器，耦接至該電池，其中該第一電流係流經該第一電阻器；一第一切換器，耦接於該第一電阻器和一供應節點之間，其中該供應節點係用於輸出一供應電位；以及一充電電路，耦接至該第一電阻器，其中該充電電路係用於監控該第一電流；其中若該第一電流大於一第一既定值且持續一第一時間，則該充電電路將產生一第一降能信號；其中若該第一電流大於一第二既定值且持續一第二時間，則該充電電路將產生一第二降能信號；其中該第一既定值係大於該第二既定值，而該第一時間係短於該第二時間。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該第一降能信號係早於該第二降能信號而產生。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，更包括：一處理器電路，耦接至該充電電路，並由該供應電位進行供電，其中當該處理器電路接收到該第一降能信號或該第二降能信號時，該處理器電路之一時脈頻率將會降低。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該第一既定值為15A，而該第二既定值為7A。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該第一時間為1μs。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該第二時間為100μs。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，更包括：一交流適配器，產生一第二電流；一第二電阻器，耦接至該供應節點，其中該第二電流係流經該第二電阻器；以及一第二切換器，耦接於該交流適配器和該第二電阻器之間；其中該充電電路更耦接至該第二電阻器，並更用於監控該第二電流。
如申請專利範圍第7項所述之電源供應裝置，其中該充電電路更根據該第一電流和該第二電流來選擇性地導通該第一切換器和該第二切換器之至少一者。
一種電源供應方法，包括下列步驟：藉由一電池，產生一第一電流，其中一第一電阻器係耦接至該電池，該第一電流係流經該第一電阻器，一第一切換器係耦接於該第一電阻器和一供應節點之間，而該供應節點係用於輸出一供應電位；藉由一充電電路，監控該第一電流，其中該充電電路係耦接至該第一電阻器；若該第一電流大於一第一既定值且持續一第一時間，則藉由該充電電路，產生一第一降能信號；以及若該第一電流大於一第二既定值且持續一第二時間，則藉由該充電電路，產生一第二降能信號；其中該第一既定值係大於該第二既定值，而該第一時間係短於該第二時間。
如申請專利範圍第9項所述之電源供應方法，其中該第一降能信號係早於該第二降能信號而產生。
如申請專利範圍第9項所述之電源供應方法，更包括：提供一處理器電路，其中該處理器電路係耦接至該充電電路，並由該供應電位進行供電；以及當該處理器電路接收到該第一降能信號或該第二降能信號時，降低該處理器電路之一時脈頻率。
如申請專利範圍第9項所述之電源供應方法，其中該第一既定值為15A，而該第二既定值為7A。
如申請專利範圍第9項所述之電源供應方法，其中該第一時間為1μs。
如申請專利範圍第9項所述之電源供應方法，其中該第二時間為100μs。
如申請專利範圍第9項所述之電源供應方法，更包括：藉由一交流適配器，產生一第二電流，其中一第二電阻器係耦接至該供應節點，該第二電流係流經該第二電阻器，而一第二切換器係耦接於該交流適配器和該第二電阻器之間；以及藉由該充電電路，監控該第二電流，其中該充電電路更耦接至該第二電阻器。
如申請專利範圍第15項所述之電源供應方法，更包括：藉由該充電電路，根據該第一電流和該第二電流來選擇性地導通該第一切換器和該第二切換器之至少一者。