TW201428472A - 電子裝置以及電源管理方法 - Google Patents

Abstract

在此所揭示的技術提供了一種電源管理方法以及一相關之電子裝置。該電子裝置包含有一電源管理電路以及一控制電路，其中該控制電路由一供電路徑供電。該電源管理方法包含有：偵測該控制電路是否被供電；當該控制電路有被供電時，將該供電路徑之一控制權交給該控制電路；以及，當該控制電路沒有被供電時，將該控制權交給該電源管理電路。

Description

電子裝置以及電源管理方法

本案係相關於電源管理，尤指關於供電給電子裝置之供電路徑的相關管理方法以及裝置。

隨著科技的進步，工業界對於電子裝置的耗電量也相對的有嚴格的要求。舉例來說，美國的能源之星(energy star)-一個由美國政府所支持，用來協助企業與消費者對環境更加友善的計劃-就規範了許多的電器用品的能源效率以及待機功耗。產品可以標示其規格符合能源之星的規範，以證明產品的性能，來獲得消費大眾的認同以及購買。

以電腦顯示器(monitor)為例，能源之星定義了電腦顯示器在三個操作模式中的功耗。這三個操作模式分別是開機模式(ON mode)、睡眠模式(Sleep mode)、以及關機模式(OFF mode)。開機模式指的是螢幕面板上的畫面隨著電腦主機所傳達的影像信號而變化時的狀態；睡眠模式是螢幕面板顯示空白影像時的一種降低功耗時的狀態，可由電腦主機發送一請求(request)信號來切換到開機模式；關機模式指的是電腦顯示器還插著電，但是螢幕面板基本上是斷電而沒有顯示任何影像，而等待使用者或電腦的信號來切換到開機模式時的狀態。舉例來說，使用者可以按電腦顯示器的電源按鍵，來使電腦顯示器從關機模式，切換到開機模式。2006的能源之星規定，電腦顯示器在睡眠與關機模式時，功耗必須分別低於2瓦與1瓦。

除了在關機模式時需要盡量降低電腦顯示器的功耗之外，電腦顯示器的電路設計上還要考慮許多功能。其中一功能，舉例來說，電腦顯示器需有辦法讓使用者知道電腦顯示器是否插有市電電源，就算是操作於關機模式也不例外。另一是電腦顯示 器在失去市電電源而重新得到市電電源時，能夠自動地回復到失去市電電源前的操作狀態。

在此所揭示的技術提供了一種電源管理方法，可適用於一電子裝置，該電子裝置包含有一電源管理電路以及一控制電路，其中該控制電路由一供電路徑供電。該電源管理方法包含有：偵測該控制電路是否被供電；當該控制電路有被供電時，將該供電路徑之一控制權交給該控制電路；以及，當該控制電路沒有被供電時，將該控制權交給該電源管理電路。

在此所揭示的技術另提供了一種電子裝置，由一電源所供電。該電子裝置包含有一控制電路以及一電源管理電路。該控制電路由該電源透過一供電路徑供電。該電源管理電路包含有一控制權選擇裝置。當該控制電路有被供電時，該控制權選擇裝置將該供電路徑之一控制權交給該控制電路，以及當該控制電路沒有被供電時，該控制權選擇裝置將該控制權交給該電源管理電路。

以下將以一電腦顯示器來做為本案之一實施例。但本案並不限於應用於電腦顯示器。本案可以應用於需要切換於非常省電之一關機模式與正常操作之一供電模式之間的任何電子裝置。舉例來說，能源之星所定義的開機模式與睡眠模式就是兩種供電模式，而能源之星所定義的關機模式就是一種需要非常省電的關機模式。

第1圖舉例依據本案所實施一電腦顯示器的一管理電路10。管理電路10包含有一電源轉換器(power converter)12、一電源按鍵14、一開關16、一電子裝置18、兩個發光二極體21與23、以及一些周邊元件。電源轉換器12將市電的高壓交流電源(譬如說110ACV)轉換成3.3V的直流電源。電子裝置18包含有一控制 電路(control circuit)20、一電源管理電路(power management circuit)22、兩功率開關24與26、以及一線性穩壓電源供應器(linear dropout regulator，LDO)28。電子裝置18可以是(但不限於)一單晶積體電路，具有許多接腳(pin)，來跟外界元件做電性連接。控制電路20中可以具有微控制器(micro-controller)以及縮放器(scalar)，用來控制一電腦顯示器之一螢幕面板的操作與影像顯示。

功率開關24位於3.3V直流電源與控制器區塊20之間，切換一條供電路徑是否對控制電路20供應3.3V直流電源。LDO 28提供1.2V直流電源。功率開關26切換另一條供電路徑是否對控制電路20供應1.2V直流電源。功率開關24與26的控制端CT連接到電源管理電路22。

3.3V直流電源可持續對電源管理電路22供電。依據模式切換信號S_M，電源管理電路22可以控制功率開關24與26，決定電子裝置18的操作模式。舉例來說，當手指按壓放電源按鍵14一次後，電子裝置18從關機模式切換到供電模式；當手指再一次按壓電源按鍵14，電子裝置18從供電模式切換到關機模式。在關機模式時，功率開關24與26為開路，功率開關24與26所控制的兩條供電路徑均斷開，3.3V與1.2V直流電源都不對控制電路20供電，所以可以非常的省電。在供電模式時，功率開關24與26均為短路，兩條供電路徑均為連通，3.3V與1.2V直流電源都對控制電路20正常供電，提供所需的電能。

當使用者的手指按壓電源按鍵14時，開關16短路，模式切換信號S_M的電壓為3.3V，為邏輯上的”1”；否則，當手指放開電源按鍵14時，開關恢復成開路，模式切換信號S_M的電壓為0V，為邏輯上的”0”。邏輯為1的模式切換信號S_M，意味著一按壓事件的發生。以下為了說明的方便，一信號為邏輯上的”1”表示該信號的電壓位於一相對高準位；該信號為邏輯上的”0”表示該信號的電壓位於一相對低準位。但是具有普通電 子技術者均知道，邏輯為1的信號只要可以跟邏輯為0的信號有所區隔就可以，並不限於用電壓準位來區隔，舉例來說也可用電流準位來區別。

電源管理電路22包含有一消除彈跳電路(debounce circuit)34、一上升緣觸發(rising-edge-triggered)T正反器(flip-flop)36、一多工器(multiplexer)38。消除彈跳電路34可以預防模式切換信號S_M中的雜訊來誤觸發T正反器36。T正反器36為一種栓鎖電路，可以視為電源管理電路22中用來記錄操作模式的一種裝置。當模式切換信號S_M上升緣出現時，T正反器36將其輸出S_PO反向(邏輯值從0轉1或是1轉0)。輸出S_PO的預設值是1，表示供電模式。多工器(multiplexer)38為一種控制權選擇裝置，用以將兩條供電路徑的控制權交給電源管理電路22或是控制電路20。電源正常信號S_PG為邏輯上的0時，控制端CT接收輸出S_PO，意味著兩條供電路徑的控制權是交給T正反器36。此時，因為控制器電路20的電源不正常供電，所以兩條供電路徑單單受控於電源管理電路22。當電源正常信號S_PG為邏輯上的1時，控制端CT接收輸出S_CO，意味著兩條供電路徑的控制權是透過電源管理電路22交給控制電路20。在高壓交流電源一開始供電時，因為電源正常信號S_PG的起始值是0，所以兩條供電路徑的控制權預設給電源管理電路22。

控制電路20有電源狀態偵測器40。當電源正常信號S_PG為邏輯上的1時，電源狀態偵測器40的輸入端有穩定的3.3V出現，這意味著控制電路20被3.3V直流電源正常供電；反之，當電源正常信號S_PG為邏輯上的0時，表示控制電路20的電源不正常供電，可能是因為供電路徑斷開或是3.3V直流電源根本沒有建立起來(舉例來說，市電高壓交流電源停電)。

控制電路20另有一非揮發性記憶體42，其中記憶有電子裝置18當下是操作於供電模式還是關機模式。在一實施例中，當模式切換信號S_M為1時，輸出S_PO會被記錄在非揮發性記憶體42 中。而控制電路20依據非揮發性記憶體42中的記錄值，來決定輸出S_CO。

第2圖為一流程圖，用來舉例說明控制電路20的開機(startup)程序。既然是控制電路20開機，此時意味著電源正常信號S_PG已經是邏輯上的1，輸出S_PO與S_CO均為邏輯上的1，兩條供電路徑受控制電路20所控制。步驟50維持兩條供電路徑連通。接著，步驟52判斷模式切換信號S_M的邏輯值。此時，模式切換信號S_M為1時，表示這個開機程序是起因為電源按鍵16被按壓所造成的(按壓事件發生)。反之，如果模式切換信號S_M為0，便意味著這個開機程序是因為電源轉換器12重新供應3.3V直流電源而造成。

步驟54接續步驟52中模式切換信號S_M為1的狀態，把輸出S_PO(此時為1)記錄在非揮發性記憶體42。步驟54用意在於以非揮發性記憶體42記錄當下的電源操作狀態為供電模式。

步驟60接續步驟52中模式切換信號S_M為0的狀態，判斷非揮發性記憶體42中的記錄值。如果記錄值是關機模式(邏輯上的0)，步驟62接著重置T正反器36，使其輸出S_PO，從原本預設的邏輯上的1，轉成為邏輯上的0。簡單的說，步驟62把T正反器36的輸出S_PO，恢復成3.3V直流電源消失前的狀態。步驟64接續步驟60中的否、步驟62、與步驟54。在步驟64中，控制電路20依照非揮發性記憶體42中的記錄值，來決定輸出S_CO，以控制兩條供電路徑。

第3圖為一流程圖，用來舉例第2圖中的步驟64。步驟70檢查T正反器36的輸出S_PO。只要輸出S_PO是1，步驟72就接著使控制電路20依據非揮發性記憶體42中的記錄值，來控制兩條供電路徑。記錄值為1時，S_CO也為1，為供電模式；反之，紀錄值為0時，則S_CO為也為0，為關機模式。如果在步驟70時，T正反器36的輸出S_PO是0，表示當下應該要進入關機模式，進入步驟 74。步驟74檢查模式切換信號S_M是否為1，也就是檢查當下是否有手指按壓電源按鍵14。當模式切換信號S_M為1時，表示這次要進入關機模式是因為一按壓事件所造成，因此，步驟76把輸出S_PO(此時為0)記錄在非揮發性記憶體42，用意在於記錄當下的電源操作狀態為關機模式。如果步驟74中模式切換信號S_M為0，那表示這次要進入關機模式，其原因可能是因為市電的高壓交流電源被拔除，導致電源轉換器12不再供應3.3V直流電源而造成，非揮發性記憶體42應該維持其記錄值為供電模式，所以不被更新。如第3圖所示，步驟72接續步驟70、步驟76與步驟74，依據非揮發性記憶體42中的記錄值，來控制兩條供電路徑。之後，一旦控制電路20失去了電源，電源正常信號S_PG會轉態為邏輯上的0，多工器38把兩條供電路徑的控制權是交給T正反器36，其決定兩條供電路徑為連通或是斷開。

從第1、2、3圖的分析可以發現，當市電的高壓交流電源穩定，3.3V直流電源持續對電源管理電路22供電時，模式切換信號S_M可以切換電子裝置18的操作模式。而且，當市電的高壓交流電源喪失又恢復時，電子裝置18最後會操作在高壓交流電源喪失前的操作模式。

假定某時刻電子裝置18被3.3V直流電源正常供電，且其操作模式為關機模式，輸出S_PO、電源正常信號S_PG、非揮發性記憶體42中的記錄值都是0，兩條供電路徑直接受T正反器36所控制，呈現為斷開狀態。當手指按壓電源按鍵14，模式切換信號S_M從0轉為1時，輸出S_PO先轉態為1，控制電路20會經歷步驟50、52、54、以及64。最後停留在步驟64中的步驟70與步驟72所形成的迴圈。在此迴圈中，輸出S_PO、輸出S_CO、以及非揮發性記憶體42中的記錄值，全部都是1，電子裝置18操作於供電模式。

在供電模式時，當手指按壓電源按鍵14，模式切換信號S_M會從0轉為1，輸出S_PO接著轉態為0。控制電路20會從步驟70開 始，依序經歷步驟74、76以及72。步驟72先把兩條供電路徑斷開，並把兩條供電路徑的控制權交給T正反器36。此時，輸出S_PO、輸出S_CO、電源正常信號S_PG、以及非揮發性記憶體42中的記錄值，全部都是0。所以，T正反器36的輸出S_PO繼續使兩條供電路徑維持斷開，電子裝置18操作於關機模式。

不論是在供電模式或是關機模式，如果市電的高壓交流電源被拔除，非揮發性記憶體42中的記錄值將會穩定的記錄住被拔除當時的操作模式。記錄值為0或1，分別表示關機模式或供電模式。

當市電的高壓交流電源一開始供應時，控制電路20會先經歷步驟50、52以及60。假定非揮發性記憶體42中的記錄值為1(表示供電模式)，控制電路20接著從步驟60進入步驟64，然後停留在步驟70與72所形成的迴圈。此時，輸出S_PO、輸出S_CO、以及非揮發性記憶體42中的記錄值，全部都是1。電子裝置18將會操作於非揮發性記憶體42之記錄值所記錄的供電模式。

當市電的高壓交流電源一開始供應時，如果非揮發性記憶體42中的記錄值為0(表示關機模式)，那控制電路20會先經歷步驟50、52以及60，然後在步驟62將輸出S_PO從1變更為0，進入步驟64。接著，控制電路20依序經歷步驟70、74，以及72。步驟72最後依據非揮發性記憶體42中的記錄值，把兩條供電路徑斷開，並將兩個供電路徑交給電源管理電路22。此時，因此T正反器36的輸出S_PO為0，依然保持兩條供電路徑斷開，因此電子裝置18進入非揮發性記憶體42之記錄值所記錄的關機模式。

控制電路20具有兩個輸出30與32，可以驅動發光二極體21與23，作為燈號來告知使用者當下電子裝置18是操作於哪一種模式。舉例來說，輸出30與32都是三態輸出(tristate output)。當控制電路20操作於關機模式時，輸出30與32的輸出呈現高阻抗。如同第1圖所示，在關機模式時，只要市電的高 壓交流電源依然存在，輸出30呈現高阻抗，發光二極體21便可以發光，來告知使用者當下為關機模式，且高壓交流電源存在。類似的，在供電模式時，控制電路20可以使發光二極體21不發光，並控制發光二極體23的發光與否，來告知使用者當下為供電模式。

採用第1圖之管理電路10的一電腦顯示器，可以讓使用者知道電腦顯示器是否插有市電電源，也可以在電腦顯示器失去市電電源而重新得到電源時，能夠自動地回復到失去市電電源前的操作模式。

如果第1圖中的電子裝置18以一積體電路實現，因為功率開關24與26切換控制電路20供電路徑是否供電，需要有相當低的導通阻抗，所以將會需要相當大的元件尺寸。這可能對電子裝置18造成製作上的困難以及增加不少的晶片成本。第4圖顯示另一種管理電路80。與第1圖中的不同是功率開關24與26以及LDO 28在電子裝置18a之外。電子裝置18a可以以一積體電路實現，其中多工器38的輸出，透過通用輸出入(GPIO)接腳CT，控制功率開關24與26的控制端。至於第4圖中的管理電路80之操作可從第1圖與相關說明中得知，故不再累述。

本案並不限於應用於電腦顯示器。舉例來說，本案也可以應用於音響的電源管理控制。

第5圖細部說明控制電路20中的狀態控制器90，可以實現第2圖與第3圖的流程圖。狀態控制器90中有脈波產生器84、或閘82、及閘86、及閘88以及非揮發性記憶體42。

當電源正常信號S_PG的上升緣出現時，脈波產生器84提供一固定時間長度的脈波信號S_PULSE，如圖所示。透過或閘82，脈波信號S_PULSE可以在開機的過程中，一開始暫時性的維持輸出S_CO為邏輯上的”1”。透過及閘86與88，脈波信號S_PULSE可以在開機的過程中，避免T正反器36被重置與非揮發性記憶體42被寫入。因 此，可以確定第2圖中的步驟50被穩定的執行。如同或閘82所控制的，在開機程序之後，非揮發性記憶體42的記錄值S_ModeRecord決定輸出S_CO，執行第3圖中的步驟72。

當模式切換信號S_M為邏輯上的”1”時，表示電子裝置18的操作模式，應該由當下的手指按壓電源按鍵14後，所導致的輸出S_PO所決定。因此，非揮發性記憶體42以輸出S_PO來更新其記錄值S_ModeRecord，可以執行第2圖中的步驟54與第3圖中的步驟76。

相對的，當模式切換信號S_M為邏輯上的”0”時，表示電源按鍵14沒有被按壓。此時，及閘88防止記錄值S_ModeRecord被變更。而T正反器36的輸出S_CO，透過及閘86，可以被重置的跟記錄值S_ModeRecord一致，可以執行第2圖的步驟62。

以上所述僅為本案之較佳實施例，凡依本案申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本案之涵蓋範圍。

10‧‧‧管理電路

12‧‧‧電源轉換器

14‧‧‧電源按鍵

16‧‧‧開關

18、18a‧‧‧電子裝置

20‧‧‧控制電路

21、23‧‧‧發光二極體

22‧‧‧電源管理電路

24、26‧‧‧功率開關

28‧‧‧線性穩壓電源供應器

30、32‧‧‧輸出

34‧‧‧消除彈跳電路

36‧‧‧T正反器

38‧‧‧多工器

40‧‧‧電源狀態偵測器

42‧‧‧非揮發性記憶體

50、52、54、60、62、64、70、72、74、76‧‧‧步驟

80‧‧‧管理電路

82‧‧‧或閘

84‧‧‧脈波產生器

86‧‧‧及閘

88‧‧‧及閘

90‧‧‧狀態控制器

CT‧‧‧控制端

S_CO‧‧‧輸出

S_M‧‧‧模式切換信號

S_PG‧‧‧電源正常信號

S_PO‧‧‧輸出

第1圖舉例依據本案所實施之一電腦顯示器的一控制電路。

第2圖為舉例說明一控制器區塊的開機程序。

第3圖為舉例說明第2圖中的步驟64。

第4圖顯示另一種控制電路。

第5圖細部說明第1圖之控制電路20中的狀態控制器90。

10‧‧‧管理電路

12‧‧‧電源轉換器

14‧‧‧電源按鍵

16‧‧‧開關

18‧‧‧電子裝置

20‧‧‧控制電路

21、23‧‧‧發光二極體

22‧‧‧電源管理電路

24、26‧‧‧功率開關

28‧‧‧線性穩壓電源供應器

30、32‧‧‧輸出

34‧‧‧消除彈跳電路

36‧‧‧T正反器

38‧‧‧多工器

40‧‧‧電源狀態偵測器

42‧‧‧非揮發性記憶體

CT‧‧‧控制端

S_CO‧‧‧輸出

S_M‧‧‧模式切換信號

S_PG‧‧‧電源正常信號

S_PO‧‧‧輸出

Claims (17)

1. 一種電源管理方法，可適用於一電子裝置，該電子裝置包含有一電源管理電路以及一控制電路，其中該控制電路由一供電路徑供電，該電源管理方法包含有：偵測該控制電路是否被供電；當該控制電路有被供電時，將該供電路徑之一控制權交給該控制電路；以及當該控制電路沒有被供電時，將該控制權交給該電源管理電路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理方法，其中，該電源管理電路包含有一栓鎖電路，該電源管理方法另包含有：依據一模式切換信號，切換該栓鎖電路之一輸出；其中，該模式切換信號用以決定是否供電於該控制電路。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電源管理方法，其中，該控制電路包含有一非揮發性記憶體，該電源管理方法另包含有：當該模式切換信號指示一模式切換事件發生時，根據該栓鎖電路之該輸出，更新該非揮發性記憶體之一記錄值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電源管理方法，另包含有：在一開機程序中，依據該非揮發性記憶體之該記錄值，來更新該栓鎖電路之該輸出。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理方法，其中，該控制電路包含有一非揮發性記憶體，其中，該電源管理方法另包含有：該控制電路依據該非揮發性記憶體之一記錄值，來控制該供電路徑。
6. 一種電子裝置，由一電源所供電，包含有：一控制電路，由該電源透過一供電路徑供電；以及一電源管理電路，包含有一控制權選擇裝置，當該控制電路有被供電時，該控制權選擇裝置將該供電路徑之一控制權交給該控制電路，以及當該控制電路沒有被供電時，該控制權選擇裝置將該控制權交給該電源管理電路。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中，該控制電路包含有一電源狀態偵測器，用以偵測該控制器區塊是否被供電。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中，該電源管理電路更包含有一栓鎖電路，依據一模式切換信號以切換一輸出，其中，該模式切換信號用以決定是否供電於該控制電路。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中，該控制電路包含有一非揮發性記憶體，當該模式切換信號指示一模式切換事件發生時，該控制電路根據該栓鎖電路之該輸出更新該非揮發性記憶體之一記錄值。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，在一開機程序中，該控制電路依據該非揮發性記憶體之該記錄值，來更新該栓鎖電路之該輸出。
11. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，更包含一非揮發性記憶體，當該控制權選擇裝置將該供電路徑之該控制權交給該控制電路時，該控制電路依據該非揮發性記憶體中的一記錄值，來控制該供電路徑。
12. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中，該電源管理電路更包含有一栓鎖電路，當該控制權選擇裝置將該供電路徑之該控制權交給該電源管理電路時，該電源管理電路依據該栓鎖電路之一輸出，來控制該供電路徑。
13. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中，該控制權選擇裝置係為一多工器。
14. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中，在該電源一開始供電時，該供電路徑的控制權預設屬於該電源管理電路。
15. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中，該控制電路包含有一三相輸出，用以驅動一發光二極體。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電子裝置，其中，當該電源對該電子裝置供電，且該三相輸出為高輸出阻抗時，該發光二極體發光。
17. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，另包含有：一功率開關，依據該控制權選擇裝置的輸出訊號控制該供電路徑是否供電。