TWI784800B

TWI784800B - 電子裝置及其負載調整方法

Info

Publication number: TWI784800B
Application number: TW110142626A
Authority: TW
Inventors: 周碩嶸; 王川榮; 陳志強
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-11-21
Also published as: TW202321872A; US20230152870A1

Abstract

一種電子裝置及其負載調整方法。此方法包括下列步驟：偵測外部電源的供電；在偵測到外部電源的供電的情況下，計算並記錄電池由滿電容量自耗電至預設容量所經過的自耗電時間；計算自當前時間往前一預設期間內所記錄的多個自耗電時間的第一平均值，並與所述預設期間的前一預設期間的自耗電時間的第二平均值比較；以及根據比較結果，調整控制電子裝置進入負載調整狀態的功率限制的大小。

Description

電子裝置及其負載調整方法

本揭露是有關於一種電子裝置及其電源管理方法，且特別是有關於一種電子裝置及其負載調整方法。

在筆電市場中，電競（Gaming）機種的市場需求越來越大，而此機種的效能需求較高，功耗也較大。筆記型電腦上有著交流（AC）與直流（DC）兩種電源供應的架構，在AC電源供應下能夠讓系統的負載全開，而在DC電源供應下，則因為電池規格的限制，必須採用一些降效能的機制，也就是節能（Throttling），以在維持系統正常運作的情況下延長運作時間。

然而，在AC與DC的功率差異過大或是節能程度不夠大等極端條件下，系統仍有可能來不及反應，結果使得在交流配接器（AC adaptor）拔掉後，電池被強制進入過電流保護，進而讓系統瞬間關機。

舉例來說，圖1是習知電子裝置進入過電流保護狀態的示意圖。在圖1所示的波形圖10中，編號1的波形為系統電壓，編號2的波形為硬體的處理器熱（Processor hot，Prochot）保護機制，編號3的波形為軟體的處理器熱保護機制，編號4的波形則系統電流。由圖1中的波形變化可以發現，在交流配接器拔掉的瞬間，由硬體及軟體保護機制所生成的降效能的程度不夠大，結果導致系統電壓降至3.8V且系統吃電為0（如區段12中的波形所示），使得系統無預警直接進入關機。

本揭露一實施例提供一種電子裝置的負載調整方法，適用於具處理器及電池的電子裝置。此方法包括下列步驟：偵測外部電源的供電；在偵測到外部電源的供電的情況下，計算並記錄電池由滿電容量自耗電至預設容量所經過的自耗電時間；計算自當前時間往前一預設期間內所記錄的多個自耗電時間的第一平均值，並與所述預設期間的前一預設期間的自耗電時間的第二平均值比較；以及根據比較結果，調整控制電子裝置進入負載調整狀態的功率限制（power limit）的大小。

本揭露一實施例提供一種電子裝置，其包括電池、儲存裝置及處理器。其中，電池用以對電子裝置進行供電。儲存裝置用以儲存電腦程式。處理器耦接電池及儲存裝置，經配置以載入並執行電腦程式以偵測外部電源的供電，在偵測到外部電源的供電的情況下，計算電池由滿電容量自耗電至預設容量所經過的自耗電時間並記錄於儲存裝置，計算自當前時間往前一預設期間內所記錄的多個自耗電時間的第一平均值，並與所述預設期間的前一預設期間的自耗電時間的第二平均值比較，以及根據比較結果，調整控制電子裝置進入負載調整狀態的功率限制的大小。

為讓本揭露能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本揭露實施例提出一種電子裝置及其負載調整方法，通過在電子裝置連接AC電源期間計算電池自滿電狀態下降至預設容量的自耗電時間，並以一預設期間（如一個月）為基準使用簡單移動平均（simple moving average，SMA）法取得自耗電時間的平均值，而在當前預設期間的自耗電與前一個預設期間的自耗電相比減少了預設比率時，自動進行系統負載的調整，從而確保系統在切換電源時不會因為功率或節能程度的差異進入過電流保護而導致系統直接關機。

圖2是根據本發明一實施例所繪示的電子裝置的方塊圖。請參考圖2，本發明實施例的電子裝置20例如是具有運算能力且支***流（AC）與直流（DC）電源供應的筆記型電腦、桌上型電腦、伺服器、工作站等計算機裝置，或是手機、平板電腦等行動裝置，其中包括電池22、儲存裝置24及處理器26等元件，這些元件的功能分述如下：

電池22例如是由多個電池芯（cell）串接而成，所述電池芯的種類包括鋰離子（Li-ion）電池、鎳氫（Ni-MH）電池或高分子鋰（Li-polymer）電池，但不限於此。

儲存裝置24例如是任意型式的固定式或可移動式隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、唯讀記憶體（Read-Only Memory，ROM）、快閃記憶體（Flash memory）、硬碟或類似元件或上述元件的組合，而用以儲存可由處理器26執行的電腦程式。

處理器26例如是中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、微控制器（Microcontroller）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，本發明不在此限制。在本實施例中，處理器24可從儲存裝置22載入電腦程式，以執行本發明實施例的電子裝置的負載調整方法。

圖3是依照本發明一實施例所繪示的電子裝置的負載調整方法的流程圖。請同時參照圖2及圖3，本實施例的方法適用於上述的電子裝置20。以下即搭配電子裝置20的各項元件說明本實施例的電子裝置的負載調整方法的詳細步驟。

在步驟S302中，電子裝置20是由處理器26偵測外部電源的供電。在一實施例中，上述的外部電源例如是交流配接器（AC adapter），而電子裝置20中例如配置有用以連接交流配接器的插座（jack），處理器26例如是利用此插座中的偵測針腳（pin）偵測交流配接器的連接。其中，當偵測針腳的電位由高變低時，處理器26即可判定偵測到外部電源的供電。在其他實施例中，電子裝置20亦可採用其他方式（例如利用感測器）偵測外部電源的供電，本實施例不限制其實施方式。

舉例來說，圖4A及圖4B是依照本發明一實施例所繪示的偵測交流配接器供電的示意圖。請參照圖4A，在交流配接器的架構中，交流配接器的插頭（plug）42包括正極端422及接地端GND，而電子裝置上的插座44則包括正極端442、接地端GND及偵測針腳444。其中，當插頭42***插座44時，如圖4B所示，插頭42的接地端GND會先接觸到插座44的接地端GND，接著插頭42的正極端422會接觸到插座44的正極端442，最後插頭42的接地端GND會接觸到插座44的偵測針腳444。其中，當插頭42未***插座44時，偵測針腳444的訊號為高，而當插頭42***插座44時，偵測針腳444的訊號會變為低。藉由上述機制，電子裝置可根據偵測針腳444的偵測結果，發送訊號至電池，以告知交流配接器的連接狀態。

在步驟S304中，處理器26在偵測到外部電源的供電的情況下，計算並記錄電池22由滿電容量自耗電至預設容量所經過的自耗電時間。其中，所述預設容量例如是滿電容量的百分之80至百分之98之間的任意數值，但本實施例不限於此。

在外部電源的供電的情況下，電池22將經由外部電源充電，而充電至相對荷電狀態（Relative State-Of-Charge，RSOC）為100%後停止。為了不讓電池一直處於循環充放電的狀態，電子裝置例如設定有一回充限制。即，當電池的相對荷電狀態到達100%時充電停止，直到相對荷電狀態隨著電池自耗電而下降至例如95%的預設容量時，才進行回充。其中，電池的自耗電電流會隨著電池的老化而有所不同，而由於電池老化後的內阻增大，上述電池自耗電的時間（即，RSOC由100%到95%的時間）會越來越短。

舉例來說，圖5是依照本發明一實施例所繪示的電池耗電狀態圖。如圖5的電池耗電狀態圖50所示，當AC電源存在（即，交流配接器***）的時候，系統基本上由AC電源供電，而電池在RSOC到達100%後將進入自耗電狀態。其中，當電池的RSOC到達95%且交流配接器拔出時，此時系統的耗電會由電池來供應，電池的容量也隨系統放電電流的增加而減少。假如此時AC電源還是插著的狀態，則AC電源將會對電池進行充電。

在步驟S306中，處理器26計算自當前時間往前一預設期間內所記錄的多個自耗電時間的第一平均值，並與該預設期間的前一預設期間的自耗電時間的第二平均值比較。所述預設期間的長度例如介於一週至三個月之間，但本實施例不限於此。

詳細而言，由圖5的實施例可知，在AC電源存在的情況下，電池在RSOC的值為100%到95%的期間內都是自耗電，透過計算此自耗電期間，並利用簡單移動平均（SMA）法取得該自耗電期間的平均值，則可用以作為電子裝置調整負載的依據。其中，由於在單一個月中並非每天都有充電至RSOC為100%的機會，因此只取一個月中有達到此條件的數據來計算自耗電時間。

若以一個月為基準，則第 x個月的自耗電時間的平均值

的計算公式如下：

其中， t1至 tn為第 x個月中有發生RSOC從100%下降到95%的情況時所計算的自耗電時間，其中 n為正整數。

在步驟S308中，處理器26根據比較結果，調整控制電子裝置20進入負載調整狀態的功率限制（power limit）的大小。在一實施例中，處理器26例如是在所計算的第一平均值與第二平均值的比率小於預設比率時，調整功率限制的大小。所述預設比率的數值例如介於百分之80至百分之95，而所述調整功率限制的大小例如是將功率限制乘上預設比例或減去預設數值，本實施例不限制其調整方式。

在一實施例中，處理器26例如會調整目前為單晶片系統（system on chip，SoC）所設置的4級功率限制PL1~PL4中的至少一個功率限制。其中，PL1為平均功率，其數值接近熱設計功耗（Thermal Design Power，TDP），處理器26允許一直保持在此功率級別。PL2高於PL1，處理器26可允許在PL2的功率下維持例如100秒的運作，一般的加速（boost）即處於PL2狀態。PL3更高一級，處理器26可允許在PL3的功率下維持例如10毫秒。PL4則為功率上限，處理器26不允許超過此功率限制，這代表當系統耗電即將超出PL4的功率限制時，系統會立刻降載，但處理器能在PL2以上至PL4區間維持10毫秒的功率放電。

舉例來說，圖6是依照本發明一實施例所繪示的調整電子裝置進入負載調整狀態的功率限制的示意圖。請參照圖6，在本實施例的系統功率變化圖60中，波形62繪示系統耗電功率的變化，PL1、PL2、PL4例如是上述針對單晶片系統所設置的功率限制。其中，PL1為系統正常耗電的功率限制，由於系統耗電會因為硬體配置的不同產生不同的峰值功率（peak power），本實施例針對此狀況分別設置了更高級別的功率限制PL2及PL4。

需說明的是，由於電池老化後，其放電能力跟著變差，在這種情況下，若系統仍維持同樣的拉載，電池可能會因為負荷不了而進入斷電保護，結果將造成系統瞬間關機。因此，在本實施例中，當最近一個月所算出的SMA值與前一個月所算出的SMA值的比率下降至小於等於90%時，系統將會對功率限制PL2及PL4進行下修10%的調整。這等於將電池設定為老化了10%，放電能力也跟著下降10%，如調整後的功率限制0.9×PL2及0.9×PL4。藉由下修功率限制，當系統耗電增加時，系統可提早進行負載調整（即，降載）以避免因電池負荷不了而導致關機。

綜上所述，本揭露實施例的電子裝置及其負載調整方法通過持續監測、記錄並統計電池自耗電所需的自耗電時間，而能夠及早發現電池的老化並做適當的調整，因此可避免系統因電池無法負荷耗電而導致關機。本實施例方法透過修改電池的電池管理系統（Battery Management System，BMS）及內嵌控制器（Embedded Controller，EC）的軟體/韌體即可實現，能夠確保系統不會發生瞬間斷電，不會讓使用者明顯感受到效能降低，對於電池的保護也不會打折。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍及其均等範圍所界定者為準。

10:波形圖 12:區段 20:電子裝置 22:電池 24:儲存裝置 26:處理器 42:插頭 422、442:正極端 44:插座 444:偵測針腳 GND:接地端 50:電池耗電狀態圖 60:系統功率變化圖 62:波形 S302~S308:步驟

圖1是習知電子裝置進入過電流保護狀態的示意圖。圖2是根據本發明一實施例所繪示的電子裝置的方塊圖。圖3是依照本發明一實施例所繪示的電子裝置的負載調整方法的流程圖。圖4A及圖4B是依照本發明一實施例所繪示的偵測交流配接器供電的示意圖。圖5是依照本發明一實施例所繪示的電池耗電狀態圖。圖6是依照本發明一實施例所繪示的調整電子裝置進入負載調整狀態的功率限制的示意圖。

S302~S308:步驟

Claims

一種電子裝置的負載調整方法，適用於具處理器及電池的電子裝置，所述方法包括下列步驟：偵測一外部電源的供電；在偵測到所述外部電源的供電的情況下，計算並記錄所述電池由滿電容量自耗電至預設容量所經過的自耗電時間；計算自當前時間往前一預設期間內所記錄的多個自耗電時間的第一平均值，並與所述預設期間的前一預設期間的所述自耗電時間的第二平均值比較；以及根據比較結果，調整控制所述電子裝置進入負載調整狀態的功率限制（power limit）的大小。
如請求項1所述的電子裝置的負載調整方法，其中所述外部電源為交流配接器（AC adapter），所述偵測所述外部電源的供電的步驟包括：利用所述電子裝置上用以連接所述交流配接器的插座（jack）中的偵測針腳（pin）偵測所述交流配接器的連接，其中當所述偵測針腳的電位由高變低時，判定偵測到所述外部電源的供電。
如請求項1所述的電子裝置的負載調整方法，其中所述預設期間的長度介於一週至三個月。
如請求項1所述的電子裝置的負載調整方法，其中根據所述比較結果，調整控制所述電池進入負載調整狀態的所述功率限制的大小的步驟包括：當所述第一平均值與所述第二平均值的比率小於預設比率時，調整所述功率限制的大小。
如請求項4所述的電子裝置的負載調整方法，其中所述預設比率的數值介於百分之80至百分之95。
一種電子裝置，包括：電池，對所述電子裝置進行供電；儲存裝置，儲存電腦程式；以及處理器，耦接所述電池及所述儲存裝置，經配置以載入並執行所述電腦程式以：偵測一外部電源的供電；在偵測到所述外部電源的供電的情況下，計算所述電池由滿電容量自耗電至預設容量所經過的自耗電時間並記錄於所述儲存裝置；計算自當前時間往前一預設期間內所記錄的多個自耗電時間的第一平均值，並與所述預設期間的前一預設期間的所述自耗電時間的第二平均值比較；以及根據比較結果，調整控制所述電子裝置進入負載調整狀態的功率限制的大小。
如請求項6所述的電子裝置，更包括：插座，包括偵測針腳，用以連接交流配接器，其中所述處理器利用所述偵測針腳偵測所述交流配接器的連接，並在偵測到所述偵測針腳的電位由高變低時，判定偵測到所述外部電源的供電。
如請求項6所述的電子裝置，其中所述預設期間的長度介於一週至三個月。
如請求項6所述的電子裝置，其中所述處理器包括在所述第一平均值與所述第二平均值的比率小於預設比率時，調整所述功率限制的大小。
如請求項9所述的電子裝置，其中所述預設比率的數值介於百分之80至百分之95。