CN103246209A - 电源管理*** - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种用于一电子装置的电源管理***。该电源管理***包含有一第一电源转换模块，用来根据一第一控制信号，将该电子装置的一电池模块的一输入电压转换为一第一供应电压，并将该第一供应电压输出至一输出节点；一第二电源转换模块，用来根据一第二控制信号，将该输入电压转换为一第二供应电压，并将该第二供应电压输出至该输出节点；以及一逻辑控制模块，用来根据该输入电压以及一临界电压，输出该第一控制信号以及该第二控制信号，以控制由该第一电源转换模块或由该第二电源转换模块对该输入电压进行转换。

Description

电源管理***
技术领域
本发明是指一种电源管理***，尤指一种可根据电子装置中电池电压切换不同电源转换模块以转换供应电压的电源管理***。
背景技术
随着便携式电子装置(例如：移动通讯装置、笔记本电脑或电子书等)的功能日趋复杂，除了必要的功能(例如：移动通讯装置可为通话功能、笔记本电脑可为文书处理功能、电子书可为阅读功能等)之外，更具有游戏功能、多媒体播放功能、导航功能等从属的功能，因此耗电量相当可观。
通常来说，便携式电子装置为了携带方便，大多以电池作为供电的来源。由于电池提供至便携式电子装置的一输入电压高于便携式电子装置的操作电压，因此便携式电子装置需配置一降压式(Buck)电源转换器，以将该输入电压降低至便携式电子装置的操作电压。此外，输入电压会随着电池的电量消耗而下降，当输入电压下降至一临界电压时，降压式电源转换器将无法工作，进而导致使用者无法使用便携式电子装置。然而，此时电池的残余电量仍足够让便携式电子装置运作。因此，若能继续使用电池的残余电量，将可有效延长电池使用时间。
于现有技术中，便携式电子装置可使用一降压升压式(Buck-Boost)电源转换器，从而延长电池使用时间。然而，降压升压式电源转换器设计复杂度较高且制造成本也较高，因此使用降压升压式电源转换器将导致便携式电子装置的开发成本大幅上升。因此，如何使用较低成本的电源转换器有效延长电池使用时间，就成为业界所努力的目标之一。
发明内容
因此，本发明提供一种电源管理***，用来于电子装置的电池模块提供的输入电压低于临界电压时，切换不同电源转换模块转换供应电压。
本发明揭露一种电源管理***，用于一电子装置，该电源管理***包含有一第一电源转换模块，用来根据一第一控制信号，将该电子装置的一电池模块的一输入电压转换为一第一供应电压，并将该第一供应电压输出至一输出节点；一第二电源转换模块，用来根据一第二控制信号，将该输入电压转换为一第二供应电压，并将该第二供应电压输出至该输出节点；以及一逻辑控制模块，用来根据该输入电压以及一临界电压，输出该第一控制信号以及该第二控制信号，以控制由该第一电源转换模块或由该第二电源转换模块对该输入电压进行转换。
本发明另揭露一种电源管理***，用于一电子装置中，包含有一功率级模块，用来根据一第一电源驱动信号以及一第二电源驱动信号，将该电子装置的一电池模块的一输入电压转换为一供应电压，并将该供应电压输出至一输出节点；一电源驱动模块，耦接于该功率级模块，包含有一第一电源驱动单元，用来根据一控制信号，输出一第一电源驱动信号以及一第二电源驱动信号，一第二电源驱动单元，用来根据该控制信号，输出该第一电源驱动信号以及该第二电源驱动信号；以及一逻辑控制模块，耦接于该电源驱动模块，用来根据该该输入电压与一临界电压，输出该控制信号，以控制由该第一电源驱动单元或由该第二电源驱动单元输出该第一电源驱动信号以及该第二电源驱动信号。
本发明可于电子装置的电池模块所提供的输入电压低于临界电压时，切换不同电源转换模块或不同电源转换方式将输入电压转换成供应电压，以继续利用电池模块的残存电力，从而延长电子装置的电池使用时间。相较于现有技术，本发明可避免使用复杂度高且成本昂贵的降压升压式电源转换器，并达到延长电子装置的电池使用时间的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的一电源管理***的示意图。
图2是图1所示的电源管理***一实现方式的示意图。
图3是图2所示的电源管理***运作时相关信号的时序图。
图4是图1所示的电源管理***另一实现方式的示意图。
图5是图4所示的电源管理***运作时相关信号的时序图。
图6是图1所示的电源管理***另一实现方式的示意图。
图7是本发明实施例的另一电源管理***的示意图。
附图标号：
10、70          电源管理***
100、102        电源转换模块
104、700        逻辑控制模块
200             比较单元
202             电源管理单元
204             正反器
206             及闸
400             开关
600             P型金属氧化物半导体场效应晶
           体管
602             反及闸
604             史密斯触发器
702             电源驱动模块
704             功率级模块
706、708        电源驱动单元
710               上桥开关
712               下桥开关
714               电感
716               电容
CON1、CON2、CON2’控制信号
CON1B             反相信号
CR                比较结果
OUT               输出端
VIN               输入电压
VSP               供应电压
VSP_MAX           最高供应电压
VSP_MIN           最低供应电压
VTH               临界电压
具体实施方式
请参考图1，图1是本发明实施例的一电源管理***10的示意图。电源管理***10应用于一电子装置中，用来将电子装置的一电池模块(未绘示于图1)提供的一输入电压VIN转换成一较低的供应电压VSP，并将供应电压VSP输出至一输出端OUT以供电子装置使用。如图1所示，电源管理***10包含有电源转换模块100、102以及一逻辑控制模块104。电源转换模块100用来根据控制信号CON1，将输入电压VIN转换为供应电压VSP，其中电源转换模块100可于输入电压VIN高于临界电压VTH时，有效率地将输入电压VIN转换为供应电压VSP。例如，电源转换模块100可为一降压式(bulk)电源转换器，但不在此限。电源转换模块102用来根据控制信号CON2，将输入电压转换成供应电压VSP，其中电源转换模块102可于输入电压VIN低于临界电压VTH时，有效率地将输入电压VIN转换为供应电压VSP。举例来说，电源转换模块102可为一低压降(Low drop-out)电源转换器，但不在此限。逻辑控制模块104用来于输入电压VIN高于临界电压VTH时，调整控制信号CON1、CON2以指示电源转换模块100运作并指示电源转换模块102停止运作。此时，供应电压VSP是由电源转换模块100转换而成。反之，当输入电压VIN低于临界电压VTH时，逻辑控制模块104调整控制信号CON1、CON2，以指示电源转换模块100停止运作并指示电源转换模块102运作。此时，供应电压VSP系由电源转换模块102转换而成。
需注意的是，图1所示的电源管理***10是本发明的实施例，其是以功能方块方式表示本发明的概念，而各方块的实现方式或相关信号的形式、产生方式等可根据各种***的需求而适当调整。举例来说，请参考图2，图2是电源管理***10中逻辑控制模块104的一实现方式的示意图。如图2所示，逻辑控制模块104包含有一比较单元200、一电源管理单元202、一正反器204以及一及(AND)闸206。比较单元200用来比较输入电压VIN与临界电压VTH的大小关系，并据以输出一比较结果CR。相似地，电源管理单元202是根据输入电压VIN与临界电压VTH的大小关系，输出相对应的控制信号CON1，以于输入电压VIN大于临界电压VTH时，控制电源转换模块100将输入电压VIN转换成供应电压VSP。正反器204用来接收控制信号CON1，并产生控制信号CON1的一反相信号CON1B。及闸206用来接收信号CON1B以及比较结果CR，并据以输出控制信号CON2，以于输入电压VIN小于临界电压VTH时，控制电源转换模块102将输入电压VIN转换成供应电压VSP。
因此，透过图2的逻辑控制模块104，当输出电压VIN高于临界电压VTH时，电源管理单元202会输出高逻辑电位的控制信号CON1，以控制电源转换模块100运作。此时输入电压VIN是由电源转换模块100转换成供应电压VSP。于此同时，比较单元200会输出低逻辑电位的比较结果CR，且藉由及闸206根据比较结果CR以及反相信号CON1B产生适当的控制信号CON2，以控制电源转换模块102停止运作。另一方面，当输入电压VIN低于临界电压VTH时，电源管理单元202会切换控制信号CON1为低逻辑电位，以控制电源转换模块100停止运作。于此同时，比较单元200会输出高逻辑电位的比较结果CR。如此一来，及闸206会根据比较结果CR以及反相信号CON1B，输出高逻辑电位的控制信号CON2，以控制电源转换模块102开始运作。此时，输入电压VIN是由电源转换模块102转换成供应电压VSP。
请参考图3，图3是图2所示的电源管理***10运作时相关信号的示意图。如图3所示，在一时间点T1前，输入电压VIN高于临界电压VTH，因此控制信号CON1是高逻辑电位，比较结果CR是低逻辑电位，控制信号CON2是低逻辑电位。此时，供应电压VSP是由电源转换模块100转换而成。于时间点T1后，输入电压VIN低于临界电压VTH，因此控制信号CON1被切换为低逻辑电位，比较结果CR被切换为高逻辑电位，控制信号CON2被切换为高逻辑电位。此时，供应电压VSP是由电源转换模块102转换而成。
进一步地，由于电子装置可使用的供应电压VSP的电压值是介于一最高供应电压VSP_MAX与一最低供应电压VSP_MIN之间，因此，若将临界电压VTH设为最高供应电压VSP_MAX，即可于输入电压VIN低于临界电压VTH(即最高供应电压VSP_MAX)时，直接将输入电压VIN输出为供应电压VSP。请参考图4，图4是图1所示的电源管理***10的另一实现方式的示意图。图4所示的电源管理***10的组成与图2所示的电源管理***10类似。唯一不同的是，图4所示的电源管理***10的电源转换模块102是由一开关400实现。开关400是根据控制信号CON2，控制输入电压VIN与输出节点OUT之间的连结。详细来说，当输入电压VIN高于临界电压VTH时，电源管理单元202依然输出高逻辑电位的控制信号CON1，以控制电源转换模块100将输入电压VIN转换为供应电压VSP。于此同时，比较单元200输出低逻辑电位的比较结果CR，并藉由及闸206根据反相信号CON1B以及比较结果CR输出低逻辑电位的控制信号CON2，以断开开关400。另一方面，当输入电压VIN低于临界电压VTH时，电源管理单元202切换输出低逻辑电位的控制信号CON1，以控制电源转换模块100停止运作。与此同时，比较单元200切换输出高逻辑电位的比较结果CR，并藉由及闸206根据反相信号CON1B以及比较结果CR输出高逻辑电位的控制信号CON2，以导通开关400，此时供应电压VSP等于输入电压VIN。
请参考图5，图5是4图所示的电源管理***10运作时相关信号的示意图。如图5所示，在时间点T1之前，输入电压VIN系高于临界电压VTH，因此控制信号CON1是高逻辑电位，比较结果CR是低逻辑电位，控制信号CON2是低逻辑电位。此时，供应电压VSP是由电源转换模块100转换而成。于时间点T1后，输入电压VIN低于临界电压VTH，因此控制信号CON1被切换为低逻辑电位，比较结果CR被切换为高逻辑电位，控制信号CON2被切换为高逻辑电位。此时，供应电压VSP是输入电压VIN。
需注意的是，本发明的主要精神是藉由比较电子装置中电池模块提供的输入电压与临界电压的大小关系，以适时切换电源转换模块将输入电压转换为供应电压，从而延长电子装置的电池使用时间。根据不同应用，本领域技术人员可据以作出适当的变化及调整。举例来说，请参考图6，图6是依据图4所示的电源管理***10适当修改逻辑控制模块104以及开关400的一实现方式的示意图。不同于图4所示的电源管理***10，由于图6所示的电源管理***10中开关400是由一P型金属氧化物半导体场效应晶体管600实现。因此，为了维持P型金属氧化物半导体场效应晶体管600的导通特性与开关400的导通特性相同，及闸206需替换为一反及(NAND)闸602。此外，逻辑控制模块104另包含一史密斯触发器(Smith Trigger)604耦接于逻辑控制模块104与电源转换模块102之间用来缓冲控制信号CON2，并据以产生控制信号CON2’，从而避免P型金属氧化物半导体场效应晶体管600因控制信号CON2上的杂讯跳动而不正常导通或断开。图6所示的电源管理***10的详细操作可参考第4图所述的电源管理***10，为求简洁在此不赘述。
请参考图7，图7是本发明实施例的一电源管理***70的示意图。电源管理***70是根据电源管理***10适当修改电源转换模块100、102，以使不同的电源转换模块可共同使用部份电路元件，从而降低制造成本。如图7所示，电源管理***70包含有一逻辑控制模块700、一电源驱动模块702以及一功率级模块704。逻辑控制模块700用来根据来自一电池模块的一输入电压VIN以及一临界电压VTH，调整一控制信号CON。电源驱动模块702包含有电源驱动单元706、708，用来根据控制信号CON，决定由电源驱动单元706或由电源驱动单元708输出电源驱动信号D_UP、D_DN。功率级模块704包含有一上桥开关710、一下桥开关712、一电感714以及一电容716，用来根据电源驱动信号D_UP、D_DN，将输入电压VIN转换为一较低的供应电压VSP，并将供应电压VSP输出至一输出端OUT。
详细来说，当输入电压VIN大于临界电压VTH时，逻辑控制单元700会调整控制信号CON，以指示电源驱动信号D_UP、D_DN由电源驱动单元706输出。电源驱动单元706将会根据输入电压VIN输出电源驱动信号D_UP、D_DN，以周期性导通上桥开关710以及下桥开关712。此时，电源驱动单元706搭配功率级模块704的操作原理将相同于一降压式电源转换器。降压式电源转换器的操作原理应为本领域技术人员所熟知，不在此赘述。如此一来，电源管理***70可于输入电压VIN大于临界电压VTH时，使用相同于降压式电源转换器的原理将输入电压VIN转换为供应电压VSP。
反之，当输入电压VIN小于临界电压VTH时，逻辑控制单元700会调整控制信号CON，以指示电源驱动信号D_UP、D_DN是由电源驱动单元708输出。电源驱动单元708将会输出电源驱动信号D_UP、D_DN，以持续操作上桥开关710。此时，电源驱动单元708搭配功率级模块704的操作原理将相同于一低压降电源转换器。低压降电源转换器的操作原理应为本领域技术人员所熟知，在此不赘述。如此一来，电源管理***70可于输入电压VIN小于临界电压VTH时，使用相同于低压降电源转换器的原理将输入电压VIN转换为供应电压VSP。
综上所述，本发明可于电子装置的电池模块所提供的输入电压低于临界电压时，切换不同电源转换模块或不同电源转换方式将输入电压转换成供应电压，以继续利用电池模块的残存电力，从而延长电子装置的电池使用时间。相较于现有技术，本发明可避免使用复杂度高且成本昂贵的降压升压式电源转换器，并达到延长电子装置的电池使用时间的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种电源管理***，用于一电子装置，其特征在于，所述电源管理***包括：
一第一电源转换模块，用来根据一第一控制信号，将所述电子装置的一电池模块的一输入电压转换为一第一供应电压，并将所述第一供应电压输出至一输出节点；
一第二电源转换模块，用来根据一第二控制信号，将所述输入电压转换为一第二供应电压，并将所述第二供应电压输出至所述输出节点；以及
一逻辑控制模块，用来根据所述输入电压以及一临界电压，输出所述第一控制信号以及所述第二控制信号，以控制由所述第一电源转换模块或由所述第二电源转换模块对所述输入电压进行转换。
2.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，所述逻辑控制模块包括：
一电源管理器，用来输出所述第一控制信号；
一比较器，用来比较所述临界电压及所述输入电压，以输出一比较结果；以及
一逻辑单元，耦接于所述电源管理器以及所述比较器，用来根据所述第一控制信号以及所述比较结果，输出所述第二控制信号。
3.如权利要求2所述的电源管理***，其特征在于，当所述比较结果显示所述输入电压大于所述临界电压时，所述电源管理器调整所述第一控制信号以指示所述第一电源转换模块对所述输入电压进行转换，以及所述逻辑单元根据所述第一控制信号以及所述比较结果，调整所述第二控制信号以指示所述第二电源转换模块停止运作。
4.如权利要求2所述的电源管理***，其特征在于，当所述比较结果显示所述输入电压大于所述临界电压时，所述电源管理器调整所述第一控制信号以指示所述第一电源转换模块停止运作，以及所述逻辑单元根据所述第一控制信号以及所述比较结果，调整所述第二控制信号以指示所述第二电源转换模块对所述输入电压进行转换。
5.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，所述第一电源转换模块是一降压式电源转换器。
6.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，所述第二电源转换模块包含有一开关模块，耦接于所述输入电压与所述输出节点之间。
7.如权利要求6所述的电源管理***，其特征在于，所述开关模块是一P型金属氧化物半导体场效应晶体管，包含有一漏极耦接于所述输入电压，一栅极耦接于所述第二控制信号，以及一源极耦接于所述输出节点。
8.如权利要求6所述的电源管理***，其特征在于，所述第二电源转换模块另包含一史密斯触发器耦接于所述开关模块以及所述控制单元之间。
9.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，所述第二电源转换模块是一低压降转换器。
10.一种电源管理***，用于一电子装置中，其特征在于，所述的电源管理***包括：
一功率级模块，用来根据一第一电源驱动信号以及一第二电源驱动信号，将所述电子装置的一电池模块的一输入电压转换为一供应电压，并将所述供应电压输出至一输出节点；
一电源驱动模块，耦接于所述功率级模块，包含有：
一第一电源驱动单元，用来根据一控制信号，输出一第一电源驱动信号以及一第二电源驱动信号；
一第二电源驱动单元，用来根据所述控制信号，输出所述第一电源驱动信号以及所述第二电源驱动信号；以及
一逻辑控制模块，耦接于所述电源驱动模块，用来根据所述输入电压与一临界电压，输出所述控制信号，以控制由所述第一电源驱动单元或由所述第二电源驱动单元输出所述第一电源驱动信号以及所述第二电源驱动信号。
11.如权利要求10所述的电源管理***，其特征在于，所述功率级模块包括：
一上桥开关，耦接于所述输入电压以及一第一节点之间；
一下桥开关，耦接于所述第一节点与一地端之间；
一电感，耦接于所述第一节点与所述输出节点；以及
一电容，耦接于所述输出节点与所述地端中间。
12.如权利要求11所述的电源管理***，其特征在于，当所述控制信号显示所述输入电压大于所述临界电压时，所述逻辑控制模块调整所述控制信号以控制所述第一电源驱动单元输出所述第一电源驱动信号以及所述第二电源驱动信号，从而周期性导通所述上桥开关以及所述下桥开关。
13.如权利要求12所述的电源管理***，其特征在于，所述电源驱动切换模块搭配上所述功率级模块是一降压式电源转换器。
14.如权利要求11所述的电源管理***，其特征在于，当所述控制信号显示所述输入电压小于所述临界电压时，所述逻辑控制模块调整所述控制信号以控制所述第二电源驱动单元输出所述第一电源驱动信号以及所述第二电源驱动信号，从而持续导通所述上桥开关。
15.如权利要求14所述的电源管理***，其特征在于，所述电源驱动切换模块搭配上所述功率级模块系一低压降电源转换器。
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