CN111324166B - 功率调整器及功率调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率调整器，其适用于调整中央处理器的工作频率，功率调整器包括功率电阻、电压放大器以及模拟数字转换器。功率电阻耦接负载以产生第一电压。电压放大器耦接功率电阻以输出第二电压。模拟数字转换器耦接于电压放大器且转换第二电压为控制信号。模拟数字转换器传送控制信号至中央处理器，控制信号可切换于第一电平以及第二电平之间。

Description

功率调整器及功率调整方法

技术领域

本发明有关于一种功率调整器，尤指一种适用于中央处理器的功率调整器。

背景技术

基于电子产品安全规范的要求，主机***所消耗的总功率，不能大于主机***所附的变压器的额定功率。由于消费者对扩增外部装置的需求越来越高，使得许多主机***所设计的USB连接端口的数目也必须不断地增加，相对地使得主机***的变压器必须设计为具备较高的额定功率，才可符合电子产品安全规范。举例来说，原本额定功率为65W的电子产品，因为USB连接端口的数目增加，将使得***的总功率变为67W。如此一来产品搭配的65W的变压器，必需改为95W的变压器。当主机***必须搭配高额定功率的变压器时，势必会增加制造成本而导致竞争力下降。除此之外，通常具有高额定功率的变压器的体积也相对较大，并不适用于微型电脑、平板电脑以及薄型笔记型电脑的应用。

有鉴于此，目前的确有需要一种改良的功率调整器，至少可解决上述缺点。

发明内容

依据本发明的一实施例所提供的功率调整器及功率调整方法，可调整主机***的中央处理器的工作频率，以使得主机***不需搭配高额定功率的变压器，不但符合安全规范且适用于微型电脑、平板电脑以及薄型笔记型电脑的应用。

依据本发明的一实施例所提供的功率调整器，其适用于调整中央处理器的工作频率，而功率调整器包括功率电阻、电压放大器、以及模拟数字转换器。功率电阻用于耦接负载且产生第一电压。电压放大器耦接功率电阻且输出第二电压。模拟数字转换器耦接于电压放大器且转换第二电压为控制信号。模拟数字转换器传送控制信号至中央处理器，控制信号切换于第一电平以及第二电平之间。

依据本发明的一实施例所提供的功率调整方法，其适用于调整中央处理器的工作频率且通过功率调整器来执行，功率调整器包含有功率电阻、电压放大器以及模拟数字转换器，功率调整方法包含：提供电压源；功率电阻耦接负载以产生第一电压；电压放大器接收第一电压以输出第二电压；模拟数字转换器选择地转换第二电压为一第一电平或一第二电平；以及依据第一电平或第二电平调整或维持中央处理器的工作频率。

本发明一实施例的功率调整器及功率调整方法，当功率调整器接收电压源而被启动后，功率电阻可选择与主机***内的任一节点相耦接，且可经由功率调整器输出的控制指令的电压电平来进行消耗功率的监测。功率电阻例如可与USB连接端口耦接，或者与外部变压器进入主机板的源头端耦接，所以在使用上十分方便灵活。由于功率调整器通过功率电阻与负载耦接，所以当功率调整器发生误动作时，使用者可推断是因为功率电阻的损坏所导致，且更换功率电阻十分容易，可大幅减少除错的时间。不论功率调整器所检测到的负载的总消耗功率有多大，功率调整器都可通过控制指令以控制中央处理器的工作频率，以使得主机***的总消耗功率不会超过变压器的额定功率。如此一来，主机***不需要搭配高额定功率的变压器而可降低制造成本，十分适用于微型电脑、平板电脑以及薄型笔记型电脑的应用。再者，模拟数字转换器还具有磁滞电压设计，以避免振荡状态的发生。

以上的关于本揭露内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。

附图说明

图1为依据本发明第一实施例所绘示的功率调整器的功能方块图。

图2为图1的功率调整器的电路架构图。

图3为依据本发明第二实施例的功率调整器的电路架构图。

图4为依据本发明第三实施例的功率调整器的电路架构图。

图5为依据本发明一实施例所绘示的功率调整方法的流程图。

100 功率调整器

10 电压放大器

11 第一运算放大器

111 非反相输入端

112 反向输入端

113 输出端

R1 第一电阻

T11 第一端

T12 第二端

R2 第二电阻

T21 第一端

T22 第二端

R3 第三电阻

T31 第一端

T32 第二端

R4 第四电阻

T41 第一端

T42 第二端

20 模拟数字转换器

21 第二运算放大器

211 非反相输入端

212 反向输入端

213 输出端

R5 第五电阻

T51 第一端

T52 第二端

R6 第六电阻

T61 第一端

T62 第二端

R7 第七电阻

T71 第一端

T72 第二端

30 缓冲电路

31 输入端

32 输出端

VCC 电压源

En 致能信号

RP 功率电阻

C 电容

V1 第一电压

V2 第二电压

200 中央处理器

GPO_N 引脚

300 负载

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

图1为依据本发明第一实施例所绘示的功率调整器的功能方块图，而图2为图1的功率调整器的电路架构图。如图1与图2所示，功率调整器100可适用于附有外部变压器的主机***，例如微型电脑、平板电脑或薄型笔记型电脑。功率调整器100可设于主机***的主机板上且与主机板上的中央处理器200电性连接，以便调整中央处理器200的工作频率。

在本实施例中，预先设定主机板上的BIOS晶片提供5伏特的电压源VCC予功率调整器100，以启动功率调整器100。功率调整器100可包括有功率电阻RP、电容C、电压放大器10、模拟数字转换器20以及缓冲电路30。功率电阻RP的一端耦接电压源VCC而另一端与负载300串联，而电容C与功率电阻RP并联。电压放大器10的输入端耦接功率电阻RP与电容C，而电压放大器10的输出端耦接模拟数字转换器20的输入端。模拟数字转换器20的输出端耦接缓冲电路30的输入端，缓冲电路30的输出端耦接中央处理器200。

在本实施例中，负载300可为主机***的USB连接端口，当耦接于主机***的USB连接端口的外部装置的数量越多时，负载300所产生的总消耗功率也越大。当负载300的总消耗功率越大时，流过功率电阻RP的电流以及产生于功率电阻RP的第一电压V1也越大。在其他实施例中，负载300亦可为外部变压器进入主机板的源头端。为了安全起见，使用者可挑选具有适当电阻值以及瓦特数的功率电阻RP以决定通过功率电阻RP的电流大小，例如功率电阻RP的瓦特数可选择至少为1瓦特以及电阻值可至少为1m欧姆。

当外部装置(例如检测的电源)的品质不良将导致负载300产生噪声，此时，并联于功率电阻RP的电容C可具有滤除噪声的功能。当外部装置的品质良好时，功率调整器100亦可省略电容C。另一方面，电容C于印刷电路板上的位置越靠近电压放大器10时，滤除噪声的效果更佳。

由于产生于功率电阻RP的第一电压V1通常很小，所以必须通过电压放大器10放大第一电压V1，以便符合模拟数字转换器40能进行解析的范围。电压放大器10包含有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第一运算放大器11。第一电阻R1的第一端T11以及第二电阻R2的第一端T21分别耦接于电容C的正极与负极，而第三电阻R3的第一端T31分别与第一电阻R1的第二端T12以及第一运算放大器11的非反相输入端111相耦接。第三电阻R3的第二端T32接地。第四电阻R4的第一端T41分别与第二电阻R2的第二端T22以及第一运算放大器11的反相输入端112相耦接，而第四电阻R4的第二端T42耦接于第一运算放大器11的输出端113。第一运算放大器11的非反相输入端111以及反相输入端112接收第一电压V1，而第一运算放大器11进行电压放大处理后从输出端113输出第二电压V2。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值决定电压放大器30的电压增益(R2/R1)，其中当电压增益大于200时为较佳设定。在本实施例中，第一电阻R1与第二电阻R2具有相同的电阻值，可例如4.99K欧姆。第三电阻R3与第四电阻R4具有相同的电阻值，可例如为1M欧姆。

在一实施例中，模拟数字转换器20可包含有磁滞电路以及第二运算放大器21，其中磁滞电路包含有第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7。第五电阻R5的第一端T51耦接电压源VCC，第五电阻R5的第二端T52分别耦接第六电阻R6的第一端T61、第七电阻R7的第一端T71以及第二运算放大器21的非反相输入端211。第六电阻R6的第二端T62接地。第一运算放大器11的输出端113耦接于第二运算放大器21的反相输入端212。第七电阻R7的第二端T72耦接于第二运算放大器21的输出端213。模拟数字转换器20将电压放大器10输出的模拟格式的第二电压V2转换为数字格式的一控制信号，且经由第二运算放大器21的输出端213输出该控制信号，而该控制信号依据第二电压V2的大小可切换于第一电平以及第二电平之间，其中第一电平小于第二电平。

模拟数字转换器20的磁滞电路预设有磁滞上限临界电压VH以及磁滞下限临界电压VL，磁滞上限临界电压VH与磁滞下限临界电压VL的计算式如下：

R7/R5＝VL/(VH-VL)(式1)

R6/R5＝VL/(VCC-VH)(式2)

由于磁滞上限临界电压VH、磁滞下限临界电压VL、电压源VCC以及第五电阻R5为预设值，所以依据式1与式2可推导出第六电阻R6与第七电阻R7的电阻值。当电压放大器10输出的第二电压V2小于磁滞下限临界电压VL，模拟数字转换器20输出一第一控制信号。当电压放大器10输出的第二电压V2大于磁滞上限临界电压VH时，模拟数字转换器20输出一第二控制信号，而第一控制信号的电平小于第二控制信号的电平。例如，第一控制信号的电压值为零，而第二控制信号的电压值为VCC。

缓冲电路30的输入端31耦接于第二运算放大器21的输出端213，而缓冲电路30的输出端32耦接中央处理器200的引脚GPO_N。缓冲电路30可用于隔离中央处理器200与模拟数字转换器20以及避免输出至中央处理器200的电压电平过高。此外，缓冲电路30还可以避免中央处理器200的其他电压源反馈至磁滞电路，影响到磁滞上限临界电压VH与磁滞下限临界电压VL的计算。

当模拟数字转换器40输出第一控制信号时，缓冲电路30可将第一控制信号输出至中央处理器200的GPO_N引脚，第一控制信号表示负载300的总消耗功率已达到或超过预设的额定功率值，此时功率调整器100命令中央处理器200的工作频率从第一工作频率(例如2.7GHZ)降低至第二工作频率(例如1.3GHZ)，通过降低中央处理器200的工作频率来达到降低中央处理器200的总消耗功率的目的。然而，当GPO_N引脚回到高电平时，则停止降功率的动作。反之，当模拟数字转换器20输出第二控制信号时，缓冲电路30将第二控制信号输出至中央处理器200的引脚GPO_N，第二控制信号表示负载300的总消耗功率未到达预设的额定功率值，此时功率调整器100命令中央处理器200的工作频率维持于第一工作频率。在其他实施例中，中央处理器200的工作频率下降量可与负载300的总消耗功率与额定功率值的功率差值成正比例。

图3为依据本发明第二实施例所绘示的功率调整器的电路架构图。图3的实施例与图1的实施例的差异在于，功率调整器100省略了缓冲电路30的设计，因此模拟数字转换器20的第二运算放大器21的输出端213直接耦接于中央处理器200的GPO_N引脚，藉此降低功率调整器100所占用主机板的面积，而达到节省成本的效果。

图4为依据本发明第三实施例所绘示的功率调整器的电路架构图。图4的实施例与图1的实施例的差异在于功率调整器100的正电压源并非通过BIOS晶片所提供，功率调整器100还包括一启动电路40，启动电路40可用于接收来自主机***外部的致能信号En。当启动电路40接收致能信号En后，可提供电压源VCC至功率电阻RP、电压放大器10以及模拟数字转换器20。如此一来，使用者可根据需求从主机***外部提供不同电压值的电压源给功率调整器，使用上较为灵活方便。

图5为依据本发明第一实施例所绘示的功率调整方法的流程图，该功率调整方法适用于调整中央处理器200的工作频率且通过功率调整器100来执行。在步骤S501中，提供一电压源以启动功率调整器100。在步骤S502中，通过功率电阻RP耦接负载300以于功率电阻RP的两端点之间形成第一电压V1。在步骤S503中，通过电压放大器10接收第一电压V1以输出第二电压V2。在步骤S504中，通过模拟数字转换器20判断第二电压V2是否小于磁滞下限临界电压VL，若第二电压V2小于磁滞下限临界电压VL，则执行步骤S505；若第二电压V2未小于磁滞下限临界电压VL，则执行步骤S506。在步骤S505中，通过模拟数字转换器20将模拟格式的第二电压V2转换为数字格式的第一控制信号且输出第一控制信号至缓冲电路30，接着执行步骤S507。在步骤S506中，通过模拟数字转换器20判断第二电压V2是否大于磁滞上限临界电压VH，若第二电压V2大于磁滞上限临界电压VH，则执行步骤S508。若第二电压V2未大于磁滞上限临界电压VH，意即第二电压V2介于磁滞上限临界电压VH与磁滞下限临界电压VL之间，则执行步骤S509。在步骤S507中，通过缓冲电路30传送第一控制信号至中央处理器200以降低中央处理器200的工作频率。在步骤S508中，通过模拟数字转换器20将模拟格式的第二电压V2转换为数字格式的第二控制信号且输出第二控制信号至缓冲电路30，接续步骤S510。在步骤S509中，维持模拟数字转换器20前一次输出的控制信号的状态，若前一次输出的控制信号的状态为高电平则维持于高电平，若前一次输出的控制信号的状态为低电平则维持于低电平。在步骤S510中，通过缓冲电路30传送第二控制信号至中央处理器200以维持中央处理器200的工作频率。在其他实施例中，步骤S504与步骤S506的顺序可以交换。

本发明一实施例的功率调整器及功率调整方法，当功率调整器接收电压源而被启动后，功率电阻可选择与主机***内的任一节点相耦接，且可经由功率调整器输出的控制信号的电压电平来进行消耗功率的监测。功率电阻例如可与USB连接端口耦接，或者与外部变压器进入主机板的源头端耦接，所以在使用上十分方便灵活。由于功率调整器通过功率电阻与负载耦接，所以当功率调整器发生误动作时，使用者可推断是因为功率电阻的损坏所导致，且更换功率电阻十分容易，可大幅减少出错的时间。不论功率调整器所检测到的负载的总消耗功率有多大，功率调整器都可通过控制信号以控制中央处理器的工作频率，以使得主机***的总消耗功率不会超过变压器的额定功率。如此一来，主机***不需要搭配高额定功率的变压器而可降低制造成本，十分适用于微型电脑、平板电脑以及薄型笔记型电脑的应用。再者，模拟数字转换器还具有磁滞电压设计，以避免振荡状态的发生。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的申请专利范围。

Claims (10)

1.一种功率调整器，其特征在于，适用于调整一中央处理器的工作频率，该功率调整器包括：

一功率电阻，耦接一负载以产生一第一电压；

一电压放大器，耦接该功率电阻以输出一第二电压；以及

一模拟数字转换器，耦接于该电压放大器，该模拟数字转换器转换该第二电压为一控制信号且传送该控制信号至该中央处理器，该控制信号依据该第二电压的大小切换于一第一电平以及一第二电平之间；

当该控制信号处于该第一电平时，该中央处理器依据该控制信号降低其工作频率，当该控制信号处于该第二电平时，该中央处理器依据该控制信号维持其工作频率。

2.如权利要求1所述的功率调整器，其特征在于，该功率电阻的两端分别耦接于该电压放大器的一非反相输入端以及一反相输入端。

3.如权利要求2所述的功率调整器，其特征在于，更包含一电容，该电容与该功率电阻并联，该电容的两端分别耦接该非反相输入端以及该反相输入端。

4.如权利要求1所述的功率调整器，其特征在于，该第一电平小于该第二电平。

5.如权利要求1所述的功率调整器，其特征在于，更包括一缓冲电路，该缓冲电路耦接于该模拟数字转换器以及该中央处理器之间。

6.如权利要求1所述的功率调整器，其特征在于，更包括一启动电路，该启动接收一致能信号且提供一电压源至该功率电阻、该电压放大器以及该模拟数字转换器。

7.如权利要求1所述的功率调整器，其特征在于，该模拟数字转换器具有一磁滞电路，而该磁滞电路预设有一磁滞上限临界电压以及一磁滞下限临界电压，当该第二电压大于该磁滞上限临界电压时，该控制信号具有该第二电平，当该第二电压小于该磁滞下限临界电压，该控制信号具有该第一电平，而该第一电平小于该第二电平。

8.一种功率调整方法，其特征在于，适用于调整一中央处理器的工作频率且通过一功率调整器来执行，该功率调整器包含有一功率电阻、一电压放大器以及一模拟数字转换器，该功率调整方法包含:

提供一电压源；

该功率电阻耦接一负载以产生一第一电压；

该电压放大器接收该第一电压以输出一第二电压；

该模拟数字转换器选择地转换该第二电压为一第一电平或一第二电平；以及

依据该第一电平调整该中央处理器的工作频率，依据该第二电平维持该中央处理器的工作频率。

9.如权利要求8所述的功率调整方法，其特征在于，该模拟数字转换器判断该第二电压是否小于一磁滞下限临界电压，若该第二电压小于该磁滞下限临界电压，该模拟数字转换器输出一第一控制信号至该中央处理器以降低该中央处理器的工作频率，该第一控制信号具有该第一电平。

10.如权利要求8所述的功率调整方法，其特征在于，该模拟数字转换器判断该第二电压是否大于一磁滞上限临界电压，若该第二电压大于该磁滞上限临界电压，该模拟数字转换器输出一第二控制信号至该中央处理器以维持该中央处理器的工作频率，该第二控制信号具有该第二电平。

Images