TW201828565A - 電子設備、供電電源及供電電源的控制方法 - Google Patents
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Abstract
揭示了電子設備、供電電源及供電電源的控制方法。供電電源包括電池、電池充電電路、電壓調節電路、以及用來控制電池充電電路和電壓調節電路的單片集成控制電路,其中,單片集成控制電路接收處理器發出的資料,並將電池充電電路和電壓調節電路的數位化的回饋信號傳送至處理器,使得處理器可以根據電池充電電路和電壓調節電路的電路參數來調節其操作模式,從而實現電能的最佳化的利用,提高系統的穩定性。
Description
本發明的實施例係有關一種電子電路,更具體地說,尤其有關一種電子設備、供電電源及供電電源的控制方法。
隨著電子技術的發展,電腦系統在人們的日常生活中得到了的越來越廣泛的應用,小至手持式電子設備,如智慧型手機、平板電腦、電子書、數位相機,大至用於特定場合的電子設備,例如伺服器、基站,以及其他消費類電子,如筆記型電腦、桌上型電腦、迷你筆記型電腦等,均需要電腦系統。在電腦系統中,中央處理器(CPU)用來解釋電腦指令以及處理電腦軟體中的資料,電壓調節器用來給中央處理器提供供電電壓。 隨著用戶體驗的提升,中央處理器在一些情況下需要提高運行性能,例如增大運行頻率。然而,中央處理器提高運行性能的同時所需的功率也大幅度地增加,因此需要設計一種用於電腦系統的供電電源。
為了解決上述技術問題,本發明提供一種電子設備、供電電源及供電電源的控制方法。 根據本發明實施例的一種電子設備,包括:電池充電電路,具有接收輸入電壓的輸入端和耦接電池的輸出端,當電池充電電路的輸入端係連接至外部電源時,電池充電電路在其輸出端提供系統電壓,當電池充電電路與外部電源斷開時,由電池來提供系統電壓;電壓調節電路,具有輸入端和輸出端,其輸入端係耦接至電池充電電路的輸出端以接收系統電壓,其輸出端提供處理器電壓;單片集成控制電路,接收電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號,根據電池充電電路的多個回饋信號而產生第一控制信號以控制電池充電電路,並根據電壓調節電路的多個回饋信號而產生第二控制信號以控制電壓調節電路;以及處理器,所述單片集成控制電路透過通訊匯流排而被連接至處理器以實現與處理器之間的通訊;其中,所述單片集成控制電路將電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號數位化,並透過通訊匯流排來接收處理器發出的資料、以及將多個數位化的回饋信號發送至處理器,處理器回應於電池充電電路的多個回饋信號和電壓調節電路的多個回饋信號而調節其操作模式。 根據本發明實施例的一種供電電源,包括:電池充電電路,具有輸入端和輸出端,當其輸入端係連接至外部電源時,電池充電電路在其輸出端提供系統電壓,並以充電電流對電池充電,當其輸入端電池充電電路與外部電源斷開時,由電池來提供系統電壓;電壓調節電路,接收系統電壓,並將系統電壓轉換為處理器電壓;以及單片集成控制電路,接收電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號,根據電池充電電路的多個回饋信號而產生第一控制信號以控制電池充電電路,並根據電壓調節電路的多個回饋信號而產生第二控制信號以控制電壓調節電路;其中,所述單片集成控制電路將電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號數位化,並透過通訊匯流排而被耦接至處理器,以接收處理器發出的資料以及發送多個數位化的回饋信號至處理器,使得處理器能夠回應於電池充電電路的多個回饋信號和電壓調節電路的多個回饋信號。 根據本發明實施例中一種供電電源的控制方法,所述供電電源包括電池充電電路和電壓調節電路,電池充電電路係耦接至電池並提供系統電壓,電壓調節電路將系統電壓轉換為處理器電壓,所述控制方法包括:從記憶體儲存單元中讀取配置電池充電電路的資料及配置電壓調節電路的資料;根據配置電池充電電路的資料來啟動電池充電電路,及根據配置電壓調節電路的資料來啟動電池充電電路和電壓調節電路;取樣電池充電電路的電路參數和電壓調節電路的電路參數,提供電池充電電路的回饋信號和電壓調節電路的回饋信號,並透過類比數位轉換,提供多個數位化的回饋信號;將多個數位化的回饋信號透過通訊匯流排而發送至處理器;以及透過通訊匯流排來接收處理器提供的資料。 本發明的實施例的電子設備、供電電源及供電電源的控制方法,可以實現電能的最佳化的利用,提高系統的穩定性。
下面將詳細描述本發明的具體實施例,應當注意,這裏描述的實施例只用來舉例說明,並不用來限制本發明。在以下描述中,為了提供對本發明的透徹理解,闡述了大量特定細節。然而,對於本領域普通技術人員顯而易見的是:不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中,為了避免混淆本發明,未具體描述公知的電路、材料或方法。 在整個說明書中,對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著:結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此,在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一個實施例或示例。此外,可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外,本領域普通技術人員應當理解,在此提供的附圖都是為了說明的目的,並且附圖不一定是按比例繪製的。相同的附圖標記指示相同的元件。這裏使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。 針對在先前技術中提出的問題,本發明的實施例提出了一種包括處理器和供電電源的電子設備、供電電源及供電電源的控制方法。供電電源包括電池、電池充電電路、電壓調節電路、以及用來控制電池充電電路和電壓調節電路的單片集成控制電路,其中,單片集成控制電路用來控制電池充電電路和電壓調節電路,將電池充電電路和電壓調節電路的數位化的回饋信號傳送至處理器,並接收處理器發出的資料,處理器例如可以回應於電池充電電路和電壓調節電路的數位化的回饋信號而調節其操作模式,從而實現電能的最佳化的利用,能夠在不增加體積和印刷電路板面積的情況下滿足處理器的要求,提高系統的穩定性。 圖1示出了根據本發明一個實施例的電子設備100的電路方塊圖。電子設備100包括電池充電電路11、電壓調節電路12、處理器13、以及單片集成控制電路14,其中,處理器13包括中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、或特殊應用積體電路(ASIC)等。在一個實施例中,電子設備100是電腦平臺的一部分,電池充電電路11、電池15、及電壓調節電路12為電腦平臺提供供電電源。電池充電電路11和/或電池15為電腦平臺提供系統電壓Vsys,電壓調節電路12將系統電壓Vsys轉換為對處理器13供電的處理器電壓Vcore。電池充電電路11和電壓調節電路12分別包括至少一個電晶體。在一個實施例中,電子設備100還可以包括電壓轉換器16,將系統電壓Vsys轉換為對負載17供電的輸出電壓Vo,其中,負載17包括電腦平臺的其他設備,例如記憶體、顯示卡、網卡等。電壓轉換器16例如包括直流電壓變換器。當電池充電電路11與外部電源斷開時,輸入電壓Vin為零,電池15提供系統電壓Vsys;當電池充電電路11連接外部電源時,例如透過轉接器來連接外部交流電壓源或外部直流電壓源,電池充電電路11提供系統電壓Vsys,同時以充電電流Ibat而對電池15充電。 單片集成控制電路14接收電池充電電路11的多個回饋信號,並根據電池充電電路11的多個回饋信號而產生至少一個控制信號Ctrl1以控制電池充電電路11,例如控制電池充電電路11中所述至少一個電晶體,其中,電池充電電路11的多個回饋信號例如包括:代表了輸入電壓Vin的輸入電壓回饋信號Vinfb、代表了輸入電流Iin的輸入電流回饋信號Iinfb、代表了系統電壓Vsys的系統電壓回饋信號Vsysfb、代表了系統電流的系統電流回饋信號Isysfb、代表了電池電壓Vbat的電池電壓回饋信號Vbatfb、代表了充電電流Ibat的充電電流回饋信號Ibatfb、代表了電池充電電路溫度的溫度回饋信號T1fb、和/或代表了電池溫度的溫度回饋信號T2fb。單片集成控制電路14同時接收電壓調節電路12的多個回饋信號,並根據電壓調節電路12的多個回饋信號而產生至少一個控制信號Ctrl2以控制電壓調節電路12,例如控制電壓調節電路12中所述至少一個電晶體,其中,電壓調節電路12的多個回饋信號例如包括:代表了處理器電壓Vcore的處理器電壓回饋信號Vcorefb、代表了處理器電流Icore的處理器電流回饋信號Icorefb、和/或代表了電壓調節電路溫度的溫度回饋信號T3fb。單片集成控制電路14透過通訊匯流排18而被連接至處理器13以實現與處理器13之間的通訊,例如單片集成控制電路14接收處理器13發出的資料,並根據處理器13發出的資料而進一步控制電池充電電路11和/或電壓調節電路12,又例如單片集成控制電路14將接收到的電池充電電路11的多個回饋信號以及電壓調節電路12的多個回饋信號數位化,並透過通訊匯流排18而將多個數位化的回饋信號發送至處理器13,從而處理器13可以根據電池充電電路11、以及電壓調節電路12的電路參數而作出回應,例如調節處理器13的操作模式,可以實現電能的最佳化利用,能夠在不增加體積和印刷電路板面積的情況下滿足處理器的要求,同時避免因過電流、過電壓、欠電壓、過溫度等而造成意外關機,提高系統的穩定性。 通訊匯流排18例如包括SVID(Serial Voltage Identification)匯流排。在其他實施例中,通訊匯流排18也可以包括I2C(Inter Integrated Circuit)匯流排、SMBus(系統管理匯流排,System Management Bus)、或PMBus(電源管理匯流排,Power Management Bus)。電池充電電路11的電路參數例如包括輸入電壓Vin、輸入電流Iin、系統電壓Vsys、系統電流Isys、電池電壓Vbat、充電電流Ibat、電池充電電路的溫度T1、和/或電池溫度T2。電壓調節電路12的電路參數例如包括處理器電壓Vcore、處理器電流Icore、和/或電壓調節電路的溫度T3。在其他實施例中,電壓調節電路12、和/或電池充電電路11例如也可以被集成於單片集成控制電路14中。電壓調節電路12、電池充電電路11和單片集成控制電路14共同組成帶有電池充電控制功能的電壓調節器(VR)。 圖2示出了根據本發明一個實施例的單片集成控制電路14的電路方塊圖。在圖2所示的實施例中,單片集成控制電路14包括類比數位轉換單元21、通訊介面22、充電電路控制單元23、電壓調節電路控制單元24、以及儲存單元25。 類比數位轉換單元21接收電池充電電路11的多個回饋信號,例如輸入電壓回饋信號Vinfb、輸入電流回饋信號Iinfb、系統電壓回饋信號Vsysfb、系統電流回饋信號Isysfb、電池電壓回饋信號Vbatfb、充電電流回饋信號Ibatfb、電池充電電路溫度回饋信號T1fb、以及電池溫度回饋信號T2fb,並經過類比數位轉換,提供電池充電電路11的多個數位化的回饋信號,例如:對輸入電壓回饋信號Vinfb進行類比數位轉換,提供數位化的輸入電壓回饋信號DVin;對輸入電流回饋信號Iinfb進行類比數位轉換,提供數位化的輸入電流回饋信號DIin;對系統電壓回饋信號Vsysfb進行類比數位轉換,提供數位化的系統電壓回饋信號DVsy;對系統電流回饋信號Isysfb進行類比數位轉換,提供數位化的系統電流回饋信號DIsy;對電池電壓回饋信號Vbatfb進行類比數位轉換,提供數位化的電池電壓回饋信號DVbt;對充電電流回饋信號Ibatfb進行類比數位轉換,提供數位化的充電電流回饋信號DIbt;對電池充電電路溫度回饋信號T1fb進行類比數位轉換,提供數位化的電池充電電路溫度回饋信號DTp1;以及對電池溫度回饋信號Tp2fb進行類比數位轉換,提供數位化的電池溫度回饋信號DTp2。類比數位轉換單元21接收電壓調節電路12的多個回饋信號,例如處理器電壓回饋信號Vcorefb、處理器電流回饋信號Icorefb、以及電壓調節電路溫度回饋信號T3fb,並經過類比數位轉換,提供電壓調節電路12的多個數位化的回饋信號,例如:對處理器電壓回饋信號Vcorefb進行類比數位轉換,提供數位化的處理器電壓回饋信號DVco;對處理器電流回饋信號Icorefb進行類比數位轉換,提供數位化的處理器電流回饋信號DIco;以及對電壓調節電路溫度回饋信號T3fb進行類比數位轉換,提供數位化的電壓調節電路溫度回饋信號DTp3。本領域技術人員可知,類比數位轉換單元21不限於接收對上述例舉的回饋信號中的部分或全部,也可以接收其他回饋信號,並進行類比數位轉換。 類比數位轉換單元21例如可以包括一個或多個類比數位轉換器(ADC/ADCs),同一個類比數位轉換器可以對多個回饋信號分時進行類比數位轉換,以達到資源的最大化利用,減小單片集成控制電路14的總面積。 通訊介面22將類比數位轉換單元21提供的電池充電電路11的多個數位化的回饋信號以及電壓調節電路12的多個數位化的回饋信號透過通訊匯流排18而發送至處理器13,並透過通訊匯流排18來接收來自處理器13的資料。來自處理器13的資料例如可以包括但不限於,用來設定處理器電壓Vcore的電壓識別編碼VID、和/或用來設定充電電流Ibat的電流識別編碼IbatID。 儲存單元25保存用來初始化電池充電電路11的資料和用來初始化電壓調節電路12的資料。在一個實施例中,儲存單元25為充電控制單元23提供初始化頻率Fset1、最小關斷時長Minoff1、過溫度保護閾值及過溫度保護行為、過電壓保護閾值及過電壓保護行為、過電流保護閾值及過電流保護行為等,儲存單元25為電壓調節電路24提供初始化頻率Fset2、最小關斷時長Minoff2、過溫度保護閾值及過溫度保護行為、過電壓保護閾值及過電壓保護行為、過電流保護閾值及過電流保護行為等。本領域技術人員可知,儲存單元25保存的初始化配置不限於上述實施例。在一個實施例中,儲存單元25例如包括非易失性儲存單元(NVM)、電可擦拭可編程唯讀儲存單元(EEPROM)、多次可編程(MTP)儲存單元、快閃記憶體(Flash)等。 充電電路控制單元23至少包括部分硬體電路,例如半導體電路。在一個實施例中,充電電路控制單元23係由軟體和硬體電路來予以共同實現,軟體例如包括電腦可讀指令的集合。充電電路控制單元23係耦接至類比數位轉換單元21以接收類比數位轉換單元21提供的電池充電電路11的多個數位化的回饋信號,耦接至電池充電電路11以接收一個或多個電池充電電路11的回饋信號,耦接至儲存單元25以接收用來初始化電池充電電路11的資料,並根據電池充電電路11的多個數位化的回饋信號、一個或多個電池充電電路11的回饋信號、以及用來初始化電池充電電路11的資料,產生控制信號Ctrl1以控制電池充電電路11中至少一個電晶體的導通與關斷。充電電路控制單元23接收到的電池充電電路11的多個數位化的回饋信號例如包括但不限於圖2所示的數位化的輸入電壓回饋信號DVin、數位化的輸入電流回饋信號DIin、數位化的系統電壓回饋信號DVsy、數位化的系統電流回饋信號DIsy、數位化的電池電壓回饋信號DVbt、數位化的充電電流回饋信號DIbt、數位化的充電電路溫度回饋信號DTp1、以及數位化的電池溫度回饋信號DTp2。充電電路控制單元23接收到的電池充電電路11的回饋信號例如包括但不限於圖2所示的輸入電壓回饋信號Vinfb、電池電壓回饋信號Vbatfb、以及代表了流過電池充電電路11的電感器的電感電流回饋信號ILfb。儲存單元25提供的用來初始化配置電池充電電路11的資料例如包括但不限於初始化頻率Fset1、最小關斷時長Minoff1、過溫度保護閾值Vth1、過電壓保護閾值Vth2、過電流保護閾值Vth3。在一個實施例中,充電電路控制單元23被進一步耦接至通訊介面22以接收處理器13提供的用來控制電池充電電路11的資料,並根據處理器13提供的用來控制電池充電電路11的資料來控制電池充電電路11相應的電路參數,例如圖2所示的電流識別編碼IbatID,並在初始化完成後根據電流識別編碼IbatID來控制充電電流Ibat等於與電流識別編碼IbatID相對應的充電電流設定值。 電壓調節電路控制單元24至少包括部分硬體電路,例如半導體電路。在一個實施例中,電壓調節電路控制單元24係由軟體和硬體電路來予以共同實現,軟體例如包括電腦可讀指令的集合。電壓調節電路控制單元24係耦接至類比數位轉換單元21以接收類比數位轉換單元21提供的電壓調節電路12的多個數位化的回饋信號,耦接至電壓調節電路12以接收一個或多個電壓調節電路12的回饋信號,耦接至儲存單元25以接收用來初始化電壓調節電路12的資料,並根據電壓調節電路12的多個數位化的回饋信號、一個或多個電壓調節電路12的回饋信號、以及用來初始化電壓調節電路12的資料,產生控制信號Ctrl2以控制電壓調節電路12中至少一個電晶體的導通與關斷。電壓調節電路控制單元24接收到的電壓調節電路12的多個數位化的回饋信號例如包括但不限於圖2所示的數位化的處理器電壓回饋信號DVco、數位化的處理器電流回饋信號DIco、以及數位化的電壓調節電路溫度回饋信號DTp3。電壓調節電路控制單元24接收到的電壓調節電路12的回饋信號例如包括但不限於圖2所示的處理器電壓回饋信號Vcorefb。儲存單元25提供的用來初始化配置電壓調節電路12的資料例如包括但不限於初始化頻率Fset2、最小關斷時長Minoff2、過溫度保護閾值Vth4、過電壓保護閾值Vth5、過電流保護閾值Vth6。在一個實施例中,電壓調節電路控制單元24被進一步耦接至通訊介面22以接收處理器13提供的用來控制電壓調節電路12的資料,例如圖2所示的電壓識別編碼VID,並在初始化完成後根據電壓識別編碼VID來控制處理器電壓Vcore等於與電壓識別編碼VID相對應的處理器電壓設定值。 圖3示出了根據本發明一個實施例的圖2所示的單片集成控制電路14的操作流程圖300,包括步驟S11至S16。 在步驟S11,系統初始化,亦即,從儲存單元25中讀取資料。在一個實施例中,充電電路控制單元23和電壓調節控制單元24分別包括暫存器,系統初始化包括讀取儲存單元25中配置電池充電電路11的資料至充電電路控制單元23的暫存器中,以及讀取儲存單元25中配置電壓調節電路12的資料至電壓調節控制單元24的暫存器中。 在步驟S12,電池充電電路11在充電電路控制單元23的控制下啟動,電壓調節電路12在電壓調節控制單元24的控制下啟動。 在步驟S13,對電池充電電路11和電壓調節電路12的電路參數進行取樣,提供電池充電電路11的回饋信號和電壓調節電路12的回饋信號,並透過類比數位轉換,提供相應的數位化的回饋信號。 在步驟S14,透過通訊介面22將數位化的回饋信號發送至處理器13。 在步驟S15,透過通訊介面22接收處理器13提供的電流識別編碼IbatVID,充電電路控制單元23根據電流識別編碼IbatVID來控制電池充電電路11,使得充電電流Ibat等於與電流識別編碼IbatVID相對應的充電電流設定值。 在步驟S16,透過通訊介面22來接收處理器13提供的電壓識別編碼VID,電壓調節電路控制單元24根據電壓識別編碼VID來控制電壓調節電路12,使得處理器電壓Vcore等於與電壓識別編碼VID相對應的處理器電壓設定值。 要注意的是,在上述的流程圖中各步驟的執行順序不限於圖3所示,兩個連續的功能方塊可以同時被執行,或以相反的順序執行。例如步驟S16可以在步驟S15之前執行,或與步驟S15同時執行。 圖4示出了根據本發明一個實施例的圖1所示的處理器13的操作流程圖400,包括步驟S21~S26。 在步驟S21,處理器13根據其不同的操作模式,提供相應的電壓識別編碼VID。處理器13的操作模式例如包括高性能運行模式、正常運行模式、待機模式、休眠模式,深度休眠模式、更深度休眠模式等。在不同的操作模式下,處理器13提供不同的電壓識別編碼VID,對應於不同的處理器電壓設定值。 在步驟S22,處理器13透過通訊匯流排18來接收反映電池充電電路11的電路參數和電壓調節電路12的電路參數的多個數位化的回饋信號。電池充電電路11的電路參數例如包括但不限於輸入電壓Vin、輸入電流Iin、系統電壓Vsys、系統電流Isys、電池電壓Vbat、充電電流Ibat、電池充電電路的溫度、和/或電池溫度。電壓調節電路12的電路參數例如包括但不限於處理器電壓Vcore、處理器電流Icore、和/或電壓調節電路的溫度。 在步驟S23,當處理器13需要進入高性能運行模式時,進入步驟S24;否則回到步驟S21。在步驟S24,處理器13根據電池充電電路11和電壓調節電路12的電路參數來判斷供電電源是否滿足高性能運行模式的要求。例如處理器13根據輸入電壓Vin來判斷電池充電電路11是否被連接至外部電源,若電池充電電路11未連接外部電源,則判斷供電電源不滿足高性能運行模式的要求。例如處理器13根據系統電壓Vsys、系統電流Isys來判斷供電電源是否滿足高性能運行模式下的功率需求。再例如處理器13根據電池充電電路的溫度、電池溫度、電壓調節電路的溫度來判斷供電電源是否滿足高性能運行模式下的散熱要求。 若處理器13的供電電源不滿足高性能運行模式的要求,則進入步驟S26,處理器13進入正常運行模式,提供正常運行模式下的電壓識別編碼VID。 若處理器13的供電電源滿足高性能運行模式的要求,則進入步驟S25,處理器13進入高性能運行模式,並提供高性能運行模式下的電壓識別編碼VID。之後回到步驟S23,判斷處理器13是否需要進入高性能運行模式。在一個實施例中,處理器13在高性能運行模式下提升至最高頻率,以最大功率來運行。 要注意的是,在上述的流程圖中各步驟的執行順序不限於圖4所示,兩個連續的功能方塊可以同時被執行,或以相反的順序執行。例如步驟S22可以在步驟S21之前執行,或與步驟S21同時執行。 圖5示出了根據發明一個實施例的圖1所示的電池充電電路11的電路結構圖。本領域普通技術人員可以理解到,電池充電電路11的具體結構不限於圖5所示的實施例,也可以採用其他的電路拓撲。圖5所示的實施例中,電池充電電路11的輸入端接收輸入電壓Vin,輸出端提供系統電壓Vsys,電池充電電路11包括耦接在其輸入端和參考地之間的電容器C1、耦接在其輸出端和參考地之間的電容器C2,電晶體51、52、53、54,以及電感器L1。電晶體51的第一端係耦接至電池充電電路11的輸入端,第二端係耦接至電晶體52的第一端,電晶體52的第二端係耦接至參考地,電晶體53的第一端係耦接至電池充電電路11的輸出端,電晶體53的第二端係耦接至電晶體54的第一端,電晶體54的第二端係耦接至參考地,電感器L1的第一端係耦接至電晶體51的第二端和電晶體52的第一端,電感器L1的第二端係耦接至電晶體53的第二端和電晶體54的第一端,電流IL流過電感器L1,充電電路控制單元23提供控制信號Ctrl1以控制電晶體51和電晶體52,提供控制信號Ctrl12以控制電晶體53和電晶體54。在一個實施例中,電晶體51和電晶體52互補導通,電晶體53和電晶體54互補導通。 圖6示出了根據本發明一個實施例的圖2所示的充電電路控制單元23的電路結構圖。充電電路控制單元23產生控制信號Ctrl1以控制圖5所示電池充電電路11中電晶體51和電晶體52的導通與關斷,產生控制信號Ctrl12以控制圖5所示電池充電電路11中電晶體53和電晶體54的導通與關斷,從而調節系統電壓Vsys、充電電流Ibat、以及輸入電流Iin的大小。具體的如圖6所示的實施例,充電電路控制單元23包括模式選擇單元61、迴路控制單元62、導通時長控制單元63、開關控制單元64。本領域技術人員可知,充電電路控制單元23的具體電路結構不限於圖6所示的實施例。 模式選擇單元61根據輸入電壓Vin來控制圖5所示電池充電電路11的操作模式。模式選擇單元61根據輸入電壓回饋信號Vinfb而產生模式信號Mbuck、Mboost、Mbb。在一個實施例中,當輸入電壓回饋信號Vinfb大於或等於N1倍的系統電壓Vsys(Vinfb≥N1*Vsys)時,模式信號Mbuck為高電平,模式信號Mboost、Mbb為低電平,控制電池充電電路11操作在降壓模式,根據電池充電電路11的多個回饋信號而產生控制信號Ctrl1以控制電晶體51和電晶體52間歇性地導通及關斷,產生維持低電平的控制信號Ctrl12以控制電晶體53維持導通、以及電晶體54維持關斷;當輸入電壓Vin小於或等於N2倍的系統電壓Vsys(Vin≦N2*Vsys)時,模式信號Mboost為高電平,模式信號Mbuck、Mbb為低電平,控制電池充電電路11操作在升壓模式,根據電池充電電路11的多個回饋信號而產生控制信號Ctrl12以控制電晶體53和電晶體54間歇性地導通及關斷,產生維持高電平的控制信號Ctrl1以控制開關51維持導通、以及開關52維持關斷;當輸入電壓Vin大於N2倍的系統電壓Vsys及小於N1倍的系統電壓Vsys時(N2*Vsys<Vin<N1*Vsys),模式信號Mbb為高電平,模式信號Mboost、Mbuck為低電平,控制電池充電電路11操作在升降壓模式,根據電池充電電路11的多個回饋信號而產生控制信號Ctrl1以控制電晶體51和電晶體52間歇性地導通及關斷,根據預設的電晶體54的導通時刻及導通時長,產生控制信號Ctrl12以控制電晶體53和電晶體54。其中,N1、N2為小於1的正整數,且N1大於N2。 迴路控制單元62例如包括系統電壓控制迴路、及充電電流控制迴路。在圖6所示的實施例中,系統電壓控制迴路包括比較電路621。比較電路621根據系統電壓回饋信號Vsysfb和系統電壓參考信號RefVsy相比較而產生系統電壓迴路控制信號C1。充電電流控制迴路包括充電參考電流產生單元622、誤差放大及補償單元623、及比較電路624。充電參考電流產生單元622根據電流識別編碼VID而產生充電參考電流RefIbt。誤差放大及補償單元623對數位化的充電電流回饋信號DIbt和充電參考電流RefIbt之間的差值進行放大,並經過例如比例積分微分(PID)等的補償演算法,產生電感電流參考信號RefIL。比較電路624根據電感電流回饋信號ILfb和電感電流參考信號RefIL相比較,產生充電電流迴路控制信號C2。迴路選擇電路625選擇一個控制迴路來起作用,根據系統電壓迴路控制信號C1、及充電電流迴路控制信號C2而產生比較信號Com。在圖6所示的實施例中,迴路選擇電路625包括及閘電路。 導通時長控制單元63在電池充電電路11為降壓模式時,根據預設時長Ton1而產生導通時長控制信號Tc以控制電晶體51的導通時長等於預設時長Ton1,在電池充電電路11為升壓模式時,根據預設時長Ton2而產生導通時長控制信號Tc以控制電晶體54的導通時長,以及在電池充電電路11為升降壓模式時,根據預設時長Ton3而產生導通時長控制信號Tc。圖6所示的實施例中,導通時長控制單元63包括計時單元631至633,以及或閘電路634。計時單元631在脈衝信號Buck_PWM1變為高電平時開始計時,直至計時時長等於預設時長Ton1時,停止計時,提供高電平的導通時長控制信號Tc1。計時單元632在脈衝信號Boost_PWM2變為高電平時開始計時,直至計時時長等於預設時長Ton2時,停止計時,提供高電平的時長控制信號Tc2。計時單元633在脈衝信號Buck_PWM2變為高電平時開始計時,直至計時時長等於預設時長Ton3時,停止計時,提供高電平的導通時長控制信號Tc3。或閘電路634接收導通時長控制信號Tc1至Tc3,當導通時長控制信號Tc1至Tc3中的任意一個變為高電平時,或閘電路634提供高電平的導通時長控制信號Tc。 在電池充電電路11為降壓模式時,開關控制單元64提供維持低電平的控制信號Ctrl12以控制電晶體54保持關斷,控制電晶體53保持開通,根據比較信號Com控制電晶體51的開通時刻,直至電晶體51的導通時長等於預設時長Ton1時控制電晶體51關斷,電晶體52與電晶體51互補導通。在電池充電電路11為升壓模式時,開關控制單元64提供高電平的控制信號Ctrl1以控制電晶體51保持導通,控制電晶體52保持關斷,根據比較信號Com控制電晶體54的開通時刻,直至電晶體54的導通時長等於預設時長Ton2時控制電晶體54關斷,電晶體53與電晶體54互補導通。在電池充電電路11為升降壓模式時,開關控制單元64根據比較信號Com控制電晶體51的開通時刻,直至電晶體51的導通時長等於預設時長Ton1時控制電晶體51關斷,電晶體52與電晶體51互補導通。在電晶體51開通後,經過預設的延遲時長Tdl,控制電晶體54開通,直至電晶體54的開通時長等於預設時長Ton4時,控制電晶體54關斷,電晶體53與電晶體54互補導通。預設的延遲時長Tdl例如等於開關週期的一半。圖6所示的實施例中,開關控制單元64包括RS觸發電路641、及閘電路642至644,延遲單元645、RS觸發電路646、計時單元647、或閘電路648至649。RS觸發電路641的設定端S接收比較信號Com,重設端R接收導通時長控制信號Tc,輸出端Q係耦接至及閘電路642的第一輸入端、及閘電路643的第一輸入端、以及及閘電路644的第一輸入端。及閘電路642的第二輸入端接收模式信號Mboost,及閘電路642的輸出端提供脈衝信號Boost_PWM1。及閘電路643的第二輸入端接收模式信號MBuck,及閘電路643的輸出端提供脈衝信號Buck_PWM1。及閘電路644的第二輸入端接收模式信號Mbb,及閘電路644的輸出端提供脈衝信號Buck_PWM2。延遲單元645的輸入端接收脈衝信號Buck_PWM2,延遲單元645的輸出端係耦接至RS觸發電路646的設定端S,延遲單元645在脈衝信號Buck_PWM2變為高電平後經過預設的延遲時長Tdl設定RS觸發電路646。RS觸發電路646的輸出端Q提供脈衝信號Boost_PWM2。計時單元647在脈衝信號Boost_PWM2變為高電平時開始計時,直至計時時長等於預設時長Ton4時,停止計時,提供高電平的時長控制信號Tc4至RS觸發電路646的重設端R,以重設RS觸發電路646。或閘電路648的第一輸入端接收脈衝信號Boost_PWM2,或閘電路648的第二輸入端接收脈衝信號Boost_PWM1,或閘電路648的輸出端提供控制信號Ctrl12。或閘電路649的第一輸入端接收脈衝信號Buck_PWM1,或閘電路649的第二輸入端接收脈衝信號Buck_PWM2,或閘電路649的第三輸入端接收模式信號Mboost,或閘電路649的輸出端提供控制信號Ctrl1。 在一個實施例中,根據儲存單元25提供的初始化頻率Fset1而得到預設時長Ton1、Ton2、Ton3、及Ton4。 圖7示出了根據本發明一個實施例的圖1所示的電壓調節電路12的電路結構圖。本領域普通技術人員可以理解到,電壓調節電路12的具體結構不限於圖7所示的實施例,也可以採用其他的電路拓撲。圖7所示的實施例中,電壓調節電路的12的輸入端接收系統電壓Vsys,輸出端提供處理器電壓Vcore,電壓C3係耦接在電壓調節電路12的輸入端和參考地之間,電壓C4係耦接在電壓調節電路12的輸出端和參考地之間。在電壓調節電路12的輸入端和輸出端之間包括多個並聯連接的開關電路70_1至70_n,每個開關電路包括至少一個電晶體。圖7所示的實施例,開關電路70_1包括電晶體711、電晶體712、以及電感器713組成的同步降壓電路,開關電路70_1在控制信號Ctrl2的控制下導通及關斷;開關電路70_2包括電晶體721、電晶體722、以及電感器723組成的同步降壓電路,開關電路70_2在控制信號Ctrl22的控制下導通及關斷;開關電路70_n包括電晶體731、電晶體732、以及電感器733組成的同步降壓電路,開關電路70_n在控制信號Ctrl2n的控制下導通及關斷。 圖8示出了根據本發明一個實施例的圖2所示的電壓調節電路控制單元24的電路結構圖。電壓調節電路控制單元24產生控制信號Ctrl2,Ctrl22,… Ctrl2n以控制圖7所示電壓調節電路12中開關電路70_1~ 70_n的導通與關斷。具體的如圖8所示的實施例,電壓調節電路控制單元24包括參考電壓產生單元81、比較電路82、多工轉換單元83、子控制單元84_1~84_n。本領域技術人員可知,電壓調節電路控制單元24的具體電路結構不限於圖8所示的實施例。參考電壓產生單元81根據處理器13發出的電壓識別編碼VID而產生參考電壓Vref。比較電路82根據處理器電壓的回饋信號Vcorefb和參考電壓Vref相比較的結果而產生比較信號Set。多工轉換單元83將比較信號Set分頻,產生n個設定信號Set1至Setn,例如將高電平的比較信號Set依序分頻至n個設定信號Set1至Setn,以依序導通開關電路70_1至70_n。子控制單元84_1根據設定信號Set1而產生控制信號Ctrl2以控制開關電路70_1;子控制單元84_2根據設定信號Set2而產生控制信號Ctrl22以控制開關電路70_2;子控制單元84_n根據設定信號Setn而產生控制信號Ctrl2n以控制開關電路70_n。子控制電路84_1至84_n例如可以包括恆定導通時長控制電路。 雖然已參照幾個典型實施例來描述了本發明,但應當理解,所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式來予以具體實施而不脫離發明的精神或實質,所以應當理解,上述實施例不限於任何前述的細節,而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範疇內廣泛地解釋,因此落入申請專利範圍或其等效範疇內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
11‧‧‧電池充電電路
12‧‧‧電壓調節電路
13‧‧‧處理器
14‧‧‧單片集成控制電路
15‧‧‧電池
16‧‧‧電壓轉換器
17‧‧‧負載
18‧‧‧通訊匯流排
21‧‧‧類比數位轉換單元
22‧‧‧通訊介面
23‧‧‧充電電路控制單元
24‧‧‧電壓調節電路控制單元
25‧‧‧儲存單元
51‧‧‧電晶體
52‧‧‧電晶體
53‧‧‧電晶體
54‧‧‧電晶體
61‧‧‧模式選擇單元
62‧‧‧迴路控制單元
63‧‧‧導通時長控制單元
64‧‧‧開關控制單元
621‧‧‧比較電路
622‧‧‧參考電流產生單元
623‧‧‧誤差放大及補償單元
624‧‧‧比較電路
625‧‧‧迴路選擇電路
631‧‧‧計時單元
632‧‧‧計時單元
633‧‧‧計時單元
634‧‧‧或閘電路
641‧‧‧RS觸發電路
642‧‧‧及閘電路
643‧‧‧及閘電路
644‧‧‧及閘電路
645‧‧‧選擇單元
646‧‧‧RS觸發電路
647‧‧‧計時單元
648‧‧‧或閘電路
649‧‧‧或閘電路
70_1‧‧‧開關電路
70_2‧‧‧開關電路
70_3‧‧‧開關電路
711‧‧‧電晶體
712‧‧‧電晶體
713‧‧‧電感器
721‧‧‧電晶體
722‧‧‧電晶體
723‧‧‧電感器
731‧‧‧電晶體
732‧‧‧電晶體
733‧‧‧電感器
81‧‧‧參考電壓產生單元
82‧‧‧比較電路
83‧‧‧多工轉換單元
84_1到84_n‧‧‧子控制單元
C1、C2‧‧‧電容器
L1‧‧‧電感器
為了更好的理解本發明,將根據以下附圖而對本發明進行詳細描述: 圖1示出了根據本發明一個實施例的電子設備100的電路方塊圖; 圖2示出了根據本發明一個實施例的單片集成控制電路14的電路方塊圖; 圖3示出了根據本發明一個實施例的圖2所示的單片集成控制電路14的操作流程圖300; 圖4示出了根據本發明一個實施例的圖1所示的處理器13的操作流程圖400; 圖5示出了根據本發明一個實施例的圖1所示的電池充電電路11的電路結構圖; 圖6示出了根據本發明一個實施例的圖2所示的充電電路控制單元23的電路結構圖; 圖7示出了根據本發明一個實施例的圖1所示的電壓調節電路12的電路結構圖;以及 圖8示出了根據本發明一個實施例的圖2所示的電壓調節電路控制單元24的電路結構圖。
Claims (11)
- 一種電子設備,包括: 電池充電電路,具有接收輸入電壓的輸入端和耦接電池的輸出端,當電池充電電路的輸入端係連接至外部電源時,電池充電電路在其輸出端提供系統電壓,當電池充電電路與外部電源斷開時,由電池來提供系統電壓; 電壓調節電路,具有輸入端和輸出端,其輸入端係耦接至電池充電電路的輸出端以接收系統電壓,其輸出端提供處理器電壓; 單片集成控制電路,接收電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號,根據電池充電電路的多個回饋信號而產生第一控制信號以控制電池充電電路,並根據電壓調節電路的多個回饋信號而產生第二控制信號以控制電壓調節電路;以及 處理器,該單片集成控制電路透過通訊匯流排而被連接至處理器以實現與處理器之間的通訊,其中 該單片集成控制電路將電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號數位化,並透過通訊匯流排來接收處理器發出的資料、以及將多個數位化的回饋信號發送至處理器,處理器回應於電池充電電路的多個回饋信號和電壓調節電路的多個回饋信號而調節其操作模式。
- 如申請專利範圍第1項所述的電子設備,其中,該單片集成控制電路還包括: 類比數位轉換單元,接收電池充電電路的多個回饋信號,並經過類比數位轉換,提供電池充電電路的多個數位化的回饋信號,接收電壓調節電路的多個回饋信號,並經過類比數位轉換,提供電壓調節電路的多個數位化的回饋信號; 通訊介面,將類比數位轉換單元提供的電池充電電路的多個數位化的回饋信號以及電壓調節電路的多個數位化的回饋信號透過通訊匯流排而發送至處理器,並透過通訊匯流排來接收來自處理器的資料; 儲存單元,保存用來初始化電池充電電路的資料和用來初始化電壓調節電路的資料; 充電電路控制單元,係耦接至類比數位轉換單元以接收電池充電電路的多個數位化的回饋信號,耦接至電池充電電路以接收一個或多個電池充電電路的回饋信號,耦接至儲存單元以接收用來初始化電池充電電路的資料,並根據電池充電電路的多個數位化的回饋信號、一個或多個電池充電電路的回饋信號、及用來初始化電池充電電路的資料而產生第一控制信號;以及 電壓調節電路控制單元,係耦接至類比數位轉換單元以接收電壓調節電路的多個數位化的回饋信號,耦接至電壓調節電路以接收一個或多個電壓調節電路的回饋信號,耦接至儲存單元以接收用來初始化電壓調節電路的資料,並根據電壓調節電路的多個數位化的回饋信號、一個或多個電壓調節電路的回饋信號、及用來初始化電壓調節電路的資料而產生第二控制信號。
- 如申請專利範圍第2項所述的電子設備,其中,該充電電路控制單元進一步被耦接至通訊介面以接收處理器提供的用來控制電池充電電路的資料,並根據處理器提供的用來控制電池充電電路的資料而控制電池充電電路相應的電路參數。
- 如申請專利範圍第1項所述的電子設備,其中,當處理器需要進入高性能運行模式時,根據電池充電電路的多個回饋信號和電壓調節電路的多個回饋信號來判斷電子設備是否滿足高性能運行模式的要求。
- 如申請專利範圍第4項所述的電子設備,其中,處理器透過通訊匯流排而從單片集成控制電路接收數位化的輸入電壓回饋信號、數位化的系統電壓回饋信號、數位化的系統電流回饋信號、數位化的溫度回饋信號,並根據上述回饋信號來判斷電子設備是否滿足高性能運行模式的要求。
- 如申請專利範圍第4項所述的電子設備,其中,當處理器判斷電子設備滿足高性能運行模式的要求時,處理器進入高性能運行模式,提供高性能運行模式下的電壓識別編碼至單片集成控制電路,單片集成控制電路根據高性能運行模式下的電壓識別編碼來控制電壓調節電路,使得處理器電壓等於與高性能運行模式下的電壓識別編碼相對應的處理器電壓設定值。
- 一種供電電源,包括: 電池充電電路,具有輸入端和輸出端,當其輸入端係連接至外部電源時,電池充電電路在其輸出端提供系統電壓,並以充電電流而對電池充電,當其輸入端與外部電源斷開時,由電池來提供系統電壓; 電壓調節電路,接收系統電壓,並將系統電壓轉換為處理器電壓;以及 單片集成控制電路,接收電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號,根據電池充電電路的多個回饋信號而產生第一控制信號以控制電池充電電路,並根據電壓調節電路的多個回饋信號而產生第二控制信號以控制電壓調節電路,其中 該單片集成控制電路將電池充電電路的多個回饋信號以及電壓調節電路的多個回饋信號數位化,並透過通訊匯流排而被耦接至處理器,以接收處理器發出的資料以及發送多個數位化的回饋信號至處理器,使得處理器能夠回應於電池充電電路的多個回饋信號和電壓調節電路的多個回饋信號。
- 如申請專利範圍第7項所述的供電電源,其中,單片集成控制電路還包括: 類比數位轉換單元,接收電池充電電路的多個回饋信號,並經過類比數位轉換,提供電池充電電路的多個數位化的回饋信號,接收電壓調節電路的多個回饋信號,並經過類比數位轉換,提供電壓調節電路的多個數位化的回饋信號; 通訊介面,將類比數位轉換單元提供的電池充電電路的多個數位化的回饋信號以及電壓調節電路的多個數位化的回饋信號透過通訊匯流排而發送至處理器,並透過通訊匯流排來接收來自處理器的資料; 儲存單元,保存用來初始化電池充電電路的資料和用來初始化電壓調節電路的資料; 充電電路控制單元,係耦接至類比數位轉換單元以接收電池充電電路的多個數位化的回饋信號,耦接至電池充電電路以接收一個或多個電池充電電路的回饋信號,耦接至儲存單元以接收用來初始化電池充電電路的資料,並根據電池充電電路的多個數位化的回饋信號、一個或多個電池充電電路的回饋信號、及用來初始化電池充電電路的資料而產生第一控制信號;以及 電壓調節電路控制單元,係耦接至類比數位轉換單元以接收電壓調節電路的多個數位化的回饋信號,耦接至電壓調節電路以接收一個或多個電壓調節電路的回饋信號,耦接至儲存單元以接收用於初始化電壓調節電路的資料,並根據電壓調節電路的多個數位化的回饋信號、一個或多個電壓調節電路的回饋信號、及用來初始化電壓調節電路的資料而產生第二控制信號。
- 如申請專利範圍第7項所述的供電電源,其中,單片集成控制電路接收處理器提供的電流識別編碼,並根據電流識別編碼來控制電池充電電路,使得充電電流等於與電流識別編碼相對應的充電電流設定值。
- 一種供電電源的控制方法,該供電電源包括電池充電電路和電壓調節電路,電池充電電路係耦接至電池並提供系統電壓,電壓調節電路將系統電壓轉換為處理器電壓,該控制方法包括: 從儲存單元中讀取配置電池充電電路的資料及配置電壓調節電路的資料; 根據配置電池充電電路的資料來啟動電池充電電路,及根據配置電壓調節電路的資料來啟動電壓調節電路; 取樣電池充電電路的電路參數和電壓調節電路的電路參數,提供電池充電電路的回饋信號和電壓調節電路的回饋信號,並透過類比數位轉換,提供多個數位化的回饋信號; 將多個數位化的回饋信號透過通訊匯流排而發送至處理器;以及 透過通訊匯流排來接收處理器提供的資料。
- 如申請專利範圍第10項所述的控制方法,進一步包括透過通訊匯流排來接收處理器提供的電流識別編碼,並根據該電流識別編碼來控制電池的充電電流等於與電流識別編碼相對應的充電電流設定值。
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