TWI247471B

TWI247471B - Power management topologies

Info

Publication number: TWI247471B
Application number: TW092130623A
Authority: TW
Inventors: Constantin Bucur; Vlad Popescu-Stanesti; Marian Niculae; Daryl Nees
Original assignee: O2Micro Int Ltd
Priority date: 2003-02-11
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2006-01-11
Also published as: CN1248385C; JP3893124B2; DE602004009347D1; ATE375618T1; TW200421689A; DE602004009347T2; EP1447897B1; EP1447897A1; CN2702508Y; JP2004248487A; US20040145348A1; CN1531161A

Description

1247471 玖、發明說明： t發明所屬技術領域3 本申請案為2003年2月11日提出的美國第10/364,228號正式申請案的部分繼續申請案，該正式案的教示内容在此 5引作參考；本申請案還請求於2003年7月3日提出的美國第 60/484,635號臨時申請案的申請日權益，該臨時案的教^:内容在此引作參考。本申請案還為2〇〇1年9月21曰提出的美國第09/960,453號正式申請案的部分繼續申請案，此正式案之教示内容在此引作參考；本申請案還請求於2〇〇〇年9月21曰 10 k出的美國第60/234,442號臨時申請案的申請日權益，此臨時案之教示内容亦在此引作參考。發明領域本發明是有關於一種電源管理系統，更具體的是有關於用於電子裝置的各種電源管理拓樸結構。 15 【】發明背景各種攜帶型電子裝置都有一個電源供應系統，該系統監視、控制並引導各種電源之電力給電子裝置的系統負載供電。這些電源通常都包括一個固定輸出的交流直流 20 ( ACDC )轉接器和一個或多個可充電電池。該電源供應系統包括一個電源轉換模組，例如，一個直流/直流轉換器，該轉換器可把ACDC轉接器提供的固定直流電壓轉換為〆個精確控制的可變輸出直流電壓給電池充電。電源供應系統從ACDC轉接器或主電池供電給系統，如 6 1247471

果符合適當的條件，再進行電池充電。如此，通常有一個用於選擇性的連接ACDC轉接器和系統的ACDC電源開關，一個用於選擇性的連接主電池和系統的電池開關，以及一個可連接主電池和直流/直流轉換器的輸出來充電的 5充電開關。當系統由ACDC轉接器供電時，ACDC電源開關閉合’而電池開關斷開，充電開關可以是閉合或者斷開。相反地，當系統由電池供電時，電池開關閉合，而ACDC 電源開關和充電開關皆斷開。

為了能使電池充電達到其最大工作電壓，ACDC轉接器 10的輸出電壓通常選擇為高於電池的最大工作電壓（通常至少高出1至2伏）。因為ACDC轉接器的輸出電壓為固定值，而電池的輸出電壓可能變化很大（根據充電狀態），所以 ACDC轉接器和電池不能在某段時間並聯給系統負載供電。這種電壓差異會導致產生高電壓電源（ACDC轉接器） 15到低電壓電源（電池）之間的不合期望的内部電流。結果是，為負荷系統的暫時高電壓需要，ACDC轉接器通常會超尺寸’從而大大增加了電源供應系統的成本。另外，因為ACDC轉接器的輸出電壓固定，它的輸出電壓不能用來給要求精確充電電壓和電流控制的電池充電。如此，必須有一個由直流/直流轉換器完成的第二步電源轉換步驟。此第二步電源轉換步驟進一步造成了成本的增加’並且降低了電源供應系統的總效率。因此’本領域對電源管理拓樸結構存在一種需要，即希望電源管理拓樸結構能僅用一步電源轉換就可提供一個 7 1247471 可控制直流輸出給系統負載和電池，或能使可控制直流電源和電池可相並聯來給系統負載供電，或者同時具有上述兩個特徵。【發明内容】 5 發明概要根據本發明，一種電源拓樸結構包括：一個與可控制直流電源相連的第一路徑；一個與電池相連的第二路徑；一個與系統負載相連的第三路徑；所述第一、第二和第三路徑連接於一個公共節點；一個與第一路徑相連的第一開 10 關，該第一開關允許可控制直流電源和系統負載經由公共節點選擇性連接；和一個與第二路徑相連的第二開關，該第二開關允許電池與公共節點選擇性相連。根據本發明，另一個實施例提供的一種電源拓樸結構包括：一個可控制直流電源；一個與可控制直流電源相連 15 的第一路徑；一個與電池相連的第二路徑；一個與系統負載相連的第三路徑；所述第一、第二和第三路徑連接於一個公共節點；一個與第一路徑相連的第一開關，該第一開關允許可控制直流電源和系統負載經由公共節點選擇性連接；和一個與第二路徑相連的第二開關，該第二開關允許 20 電池與公共節點選擇性相連。根據本發明，又一個實施例提供的一種電子裝置包括：一個引導電力給電子裝置的各個部件供電的電源拓樸結構。根據本發明，此電子裝置包括一個電源拓樸結構，該電源拓樸結構包括：一個與可控制直流電源相連的第一 1247471 路仏，㈤與電池相連的第二路徑；一個與系統負載相連的第-路&，所述第一、第二和第三路徑連接於一個公共即點，-個與第-路徑相連的第一開關，該第一開關允許可控制直流電源和系統負栽經由公共節點選擇性連接；和 5 -個與第二雜相連的第二開關，該第二開關允許電池與公共節點選擇性相連。根據本發明，又一個實施例提供的一種電子裝置包括：一個可控制直流電源；一個與可控制直流電源相連的第一路徑；一個與電池相連的第二路徑；一個與系統負栽 1〇相連的第三路徑；所述第一、第二和第三路徑連接於一個公共節點；一個與第一路徑相連的第一開關，該第一開關允許可控制直流電源和系統負載經由公共節點選擇性連接；和一個與第二路徑相連的第二開關，該第二開關允許電池和公共節點選擇性相連，其中第一開關和第二開關有 15 一個響應電源管理控制電路的控制信號的導通狀態。根據本發明，又一個實施例提供了一種給系統負載供電的方法。根據本發明該方法包括··在第一電源模式下從可控制直流電源給系統負載供電；和在第二電源模式下從可控制直流電源給系統負載和電池供電。 20 根據本發明，又一個實施例提供了另一種給系統負載供電的方法。根據本發明該方法包括··接收一個來自第一電源的第一電力位準；轉換第一電力位準成一個動態可調節的輸出直流電力位準；和在第一電源模式下提供輸出直流電力位準給系統負載° 1247471 根據本發明，又一個實施例提供了另一種給系統負載供電的方法。根據本發明該方法包括：提供一個可控制直流電源；根據至少一個輸入信號控制可控制直流電源的輸出電源參數；以及選擇第一電源模式，此時可控制直流電 5 源和電池並聯給系統負載供電。

根據本發明，又一個實施例提供的一種電源系統包括：一個具有動態可控制輸出電源參數的可控制直流電源；以及一個用來控制輸出電源參數並選擇第一電源模式的電源管理控制電路，其中在此第一電源模式下由該可控 10 制直流電源給系統負載供電。圖式簡單說明本發明之優點能由下文所舉本發明一些例示性實施例的詳細描述中更明顯易懂，此等描述應配合所附圖式來審視；在附圖中： 15 第1圖所示為一種有電源拓樸結構的電子裝置的高階

方塊圖，該電源拓樸結構依據本發明包括一個可控制直流電源和一個電源管理控制電路；第2圖所示為第1圖中電子裝置的電源拓樸結構的一個實施例的高階方塊圖，其中可控制直流電源為一個可控 20 制轉接器；第3圖所示為第1圖中電子裝置的電源拓樸結構的另一個實施例的高階方塊圖，其中可控制直流電源為一個可以從固定輸出轉接器接收電力的直流/直流轉換器；第4圖所示為第2圖中電源拓樸結構的一個實施例的 10 1247471 坪細方塊圖’其中可控制直流電源為一個可控制轉接器，原匕括夕個電池’電源系統包括_個轉接器檢測電阻、一個系統檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻；一第5圖所示為第2圖中電源拓樸結構的另_個實施例羊.方塊®纟中可控制直流電源為—個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻；第6圖所示為第2圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖’其令可控制直流電源為—個可控制轉接器’電池源包括多個電池，電源系統包括一個系統檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻；第7圖所示為第2圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測 15電阻和一個用於電池源的電池檢測電阻；第8圖所示為第2圖中的電源拓樸結構的的另一個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個系統檢測電阻和一個用於多個電池的電池檢測電阻； 20 第9圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖’其中可控制直流電源為一個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測電阻、一個系統檢測電阻和一個用於每個電池的電池檢測電阻； π 1247471 第10圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個位於直流 /直流轉換器輸出端的直流/直流轉換器檢測電阻、和一 5 個用於每個電池的檢測電阻；第11圖所示為第3圖中電源_結構的另__個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個系統檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻； 10 第12圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另—個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測電阻和一個用於電池源的電池檢測電阻；第13圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另—個實施例 15的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個系統檢測電阻和一個用於電池源的電池檢測電阻；第14圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另—個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉 2〇換器’電池源包括多個電池，電源系統包括一個位於直流 /直流轉換器輸出端的直流/直流轉換器檢測電阻、和一個用於電池源的電池檢測電阻；以及第15圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另_個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉 12 1247471 換器，電池源台妊夕^a 抑枯夕個電池，電源系統包括一個位於固定讀出蠕的轉接11檢測電阻和-個用於每個電池的檢測電阻。 5 第1圖所示為费► 2 # 馮電子裝置1〇〇的一個簡要方塊圖，該售子裝置100包括· •—個可如下文所進一步描述地依需要法可控制直流電源1 〇4十 iU4或一個電池105,或者由可控制直流f 10 、、4寿電池105相並聯，來供電的系統負載110。表格 ljO所不開關SW1和SW2在各種電源模式下的位置。在一個貫化例中可控制直流電源104依本文進〆步詳述地可以

是可控制轉接器，例如一個ACDC轉接器該轉接器只需一 V電源轉換即可給系統負載110和電池105供電。如此，通书用於其他電源系統的額外的電源轉換步驟（例如，-個直机/直流轉換H提供_個精確控制的輸出給電池來充 15 電）在該實施例得以避免。

電子裝置100可以是本領域所知的各種裝置，例如膝上型電腦、手提電話、個人數位助理、電動工具、電力驅動車輛等等。可控制直流電源104提供一個可動態控制的直流輸出，諸如可如下文參照各個實施例將詳述地由可控 20制轉接器或直流/直流轉換器所得到的輸出。可控制直流電源104可以獨立于或集成於電子裝置10〇。電池1〇5可包括一個或多個電池。電池可以是各種類型的充電電池，例如鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳金屬氫化物電池等。可控制直流電源104可以經由開關SW1和路徑114選 13 1247471 擇性的連接於節點116。電池105可以經由開關SW2和路徑 118 ^擇丨生的連接於節點116。系統負載110也可以經由路徑121連接於節點116。

通常’根據本發明，電源管理控制電路130在各個狀 5態下監視、控制並引導電源104、105電力來給系統負载11〇和彼此（例如電池充電）供電。電源管理控制電路130可由路徑141接收到各種輸入信號。這些輸入信號說明各種負載狀態、供電狀態及/或指令信號。電池105的供電狀態可以為一個功率狀態，例如電池105的輸出電壓或輸出 10電流位準。同樣，可控制直流電源1〇4的供電狀態可以為一個功率狀態，例如電源1〇4的輸出電壓或輸出電流位準。系統負載110的負載狀態可以為一個功率狀態，例如在任何特定時刻系統負載需要的電壓值或需要的電流值。本領域的技術人員將知道提供這些輸入信號給電源管理控制電 15 路130的各種方法。例如，可以用一個電流檢測電阻與相應的個別電源路徑114、118、121相串聯，來提供一個表示各個路徑電流位準的信號。通常，電源管理控制電路130能通過經由路徑133的輸出控制信號動態的調節可控制直流電源104的輸出參 20 數，例如輸出電壓值，並能通過經由路徑20的輸出控制信號通過控制開關SW1和SW2的狀態從而在多個供電模式中選取其一。有利的是，在一個實施例中，電源管理控制電路130 可以選擇一種如表格180詳述的供電模式185,使得可控制 14 1247471 直流電源104和電池l〇5相教聯來6糸統負載110供電。並聯可控制直流電源1〇4和電池1〇5時存在的問題是兩者之間的電壓值的不同導致高電壓源到低電壓源會發生的不合期望的内部電流。 5 該不合期望的内部電流可以诵逋過早向和選擇性單向開關只允許電流以一個方向流動，二α

而阻止其往另一個方向流動，而加以防止。例如，如本令仏…，L 文所坪述且如表格180中的允許電流的箭頭所示’在緩衝發、丄可恭電池供電模式185下，開關SW2可以為一個選擇性單向朗Μ 7開關’而開關SW1可以為一 10個單向開關。另外，開關SW2可LV也, J以為一個雙向放電開關，電池電壓變化時，例如根據其充電狀態而變化，可控制直流電源104和電池105之間不合期望的内部電流可以通過保持可控制直流電源U)4的電壓值在電池1〇5的電壓值的允許公差範圍内，來加以控制。 15 舰聯供電模式185可以通過經由路徑141接收到的指令信號來選擇。該供電模式185還可以通過響應電源危險狀况來選擇。當系統負載H〇的負載需求超過可控制直流電源104的單獨最大功率和超過電池1〇5的單獨最大功率時，就可能會產生此種電源危險狀況。但是，在必要的 2〇持續時間内，電源可以一起提供足夠的電力來滿足系統負載110的這種負載需求。因此，可控制直流電源1〇4不需要加大尺寸來解決該問題。在该並聯電源供電模式185中，電源管理控制電路130 通過控制開關SW1 > SW2的狀態有效的阻止可控制直流電 15 1247471 源104和電池105之間的交叉傳導。開關SW2可以是選擇性單向開關，而開關SW1可以是一個單向開關。就是說，開關SW2可以根據選擇的供電模式在其閉合時允許電流只流向一個方向，或者斷開。當系統負載110僅由可控制直 5 流電源104供電（因此開關SW1為閉合）且沒有任何充電時（供電模式181)，開關SW2可以斷開。

開關SW2有一個第一放電閉合狀態，此時電流通常只允許從電池流出。例如，在該第一放電閉合狀態，電流允許從電池105流向系統負載110,但不允許電流從可控制直 10 流電源104流向電池105。另外，開關SW2還有一個第二充電閉合狀態，此時電流只允許流向電池。例如，在該第二充電閉合狀態，電流允許從可控制直流電源104流向電池 105，且不允許從電池105流向系統負載110。開關SW1可以為一個單向開關，當它閉合時，電流只允許從可控制直 15 流電源104流向節點116。

因此在可控制直流電源104和電池105同時給系統負載110供電的並聯供電模式185下，開關SW2可以閉合於第一放電狀態，且開關SW1可以閉合。因此電池105可以供電給系統負載110,而從可控制直流電源104到電池105 20 的不合期望内部電流被開關SW2阻止。另外，從電池105 到可控制直流電源104的不合期望内部電流被單向開關 SW1阻止。本領域的技術人員將知道各種可以實現選擇性單向開關的方法。例如，可以採用相互串聯的一對開關，和一對 16 1247471 與每個開關相並聯的二極體。一個特定的二極體可以阻止電流流向一個方向，而一個閉合開關可以允許電流流向另一個方向。

有利的是’電源管理控制電路130可以選擇另一種供 5電模式181或183，此時可控制直流電源1〇4給系統負載 110供電。在該例中電池1〇5可以充電（在表格180的供電模式183下）或不充電（在表格180的供電模式181下）。在這些供電模式中，電源管理電路130的一個經由路徑141 的輸入信號表示系統負載11〇的一個功率需求，例如，電 10壓需求、電流需求等等。有利的是，電源管理控制電路130 能響應此信號來調節可控制直流電源104的輸出參數，例如輸出電壓值、輸出電流值等等，來滿足系統負載11〇的需要。在一個例子中，電源管理電路13〇調節可控制直流電源104的輸出電壓值，使其處在預先設定的系統負載u〇 15的電壓需求範圍内。因此，功率損耗就是有限的。

第2圖所示，第1圖中的可控制直流電源104可以為一個可控制轉接器l〇4a。在該實施例中有利的是，僅需要一步電源轉換步驟（例如，從可控制轉接器的輸入電壓到可控制輸出直流電壓）就能給系統負載11〇供電和給電池 20 105充電。如此，額外的電源轉換步驟（例如，從直流/直流轉換器到電池進行充電）便可省略，而提高電源效率。第2圖所示的實施例中，之前所述的緩衝器電池供電模式可以根據想要的供電系統需求存在（如表格180)或不存在 (如表格190)。 17 1247471

除了可控制轉接器l〇4a以外，第2圖所示的供電系統的其他部件和第1圖中的相似且標號相同。因此，為清楚起見在此省略對這些部件重複的描述。可控制轉接器1〇4a 可以進一步為一個可控制交流/直流轉接器，該轉接器接 5收傳統交流電壓，並響應來自電源管理控制電路130的經由路徑133的控制信號將其轉換為可控制直流電壓。可以由電源管理控制電路130控制的可控制轉接器104a的參數包括但不限於：輸出電壓、最大輸出功率、最大輸出電流、啟動時間、啟動型樣等等。可控制轉接器l〇4a的輸出電壓 10可以根據電源管理控制電路130的控制被動態調節。

如第3圖所示，第1圖中的可控制直流電源可以是一個與路徑114相連的直流/直流轉換器1〇扑。與路徑114 相連的還有一個開關SW1和固定轉接器302。如圖所示，開關SW1與路徑114相連且位於直流/直流轉換器1〇4b和節 15 點116之間。另外，開關SW1也可以連在固定轉接器302 和直流/直流轉換器104b之間的路徑114，這在第9圖到第15圖的實施例中將進一步詳述。第3圖所示的實施例中進行了兩步電源轉換，而不是第2圖所示的一步電源轉換。亦即，固定轉接器302和直 20流/直流轉換器104b的電源轉換。第3圖所示的實施例仍然能使電源系統工作在緩衝器供電模式185,例如，如前所述使得電池105和可控制直流電源i〇4b同時給系統負載 110供電。除了直流/直流轉換器l〇4b和固定轉接器302 以外，第3圖所示的供電系統的其他部件和第1圖所示的 18 1247471 相似且標號相同。因此，為清楚起見在此省略對這些部件重複的描述。直流/直流轉換器l〇4b可以是由任何來自電源管理控制電路130、經由路徑303的各種控制信號控制的各種轉換 5器。在一個實施例中，直流/直流轉換器104b可以為本領域公知的具有一個高端開關、一個低端開關和一個Lc濾波器的降壓型轉換器。來自電源管理控制電路13〇的控制信號可以是一個脈寬調變（PWM)信號。PWM信號的寬度控制 “開關閉合”狀態的持續時間（高端開關閉合且低端開關 10斷開）和“開關斷開”狀態的持續時間（高端開關斷開且低端開關閉合），從而控制直流/直流轉換器104b的輸出電壓和電流位準。如第4圖到第8圖所示，本發明的多個實施例中的供電系統都有一個類似可控制直流電源104的可控制轉接器 15 104a和兩個電池（電池A和電池B)。如此，第4圖到第8 圖所示的實施例中，由於可控制轉接器l〇4a給系統負載 110和電池105供電而只有一步電源轉換。該等一步電源轉換的實施例可以與如前所述的使電池和可控制直流電源同時給系統負載110供電的緩衝器供電模式分開獨立使用， 20 或一起使用。相反地，下面進一步詳述的第9圖到第15圖的另外的實施例為具有一個類似可控制直流電源104的可控制直流 /直流轉換器l〇4b和兩個電池（電池A和電池B)。因此第 9圖到第15圖的實施例由於一個固定轉接器302和直流/ 19 1247471 直流轉換器104b至少有兩次電源轉換。第4圖所示的實施例有如前所述的第1圖和第2圖實施例的所有功能。但是，第4圖所示的實施例可能有或可能沒有如前所述的使電池和可控制直流電源相並聯來給系 5統負載丨1〇供電的緩衝器供電模式。例如，一個特定的供電系統可能只需要一步電源轉換而不需要緩衝器供電模式0 第4圖的一些部件和第2圖的一些部件相似，且標號相同。因此，為清楚起見在此省略對重複部件和功能的重 10 複描述。通常，可控制交流/直流轉接器l〇4a、電池a、或電池B中的任一個或組合可以通過電源管理控制電路 130的控制在任何時間給系統負載no供電。系統負載u〇經由路徑121在節點116接收電力。可控制轉接器l〇4a可以選擇性的經由開關SW1和路徑114連接於節點116。電池 15 A可以選擇性的經由開關SW2A和路徑118a連接於節點 116。同樣，電池B可以選擇性的經由開關SW2B和路徑11肋連接於節點116。開關SW1可以為一個獨立外部開關。開關 SW1還可以是一個如前所述的單向開關。開關SW2A和開關 SW2B可以是獨立開關或分別嵌入于電池組10a和1 ia，例 2〇如，用於延長電池使用壽命的產品。採用嵌入于電池組的電源開關能減小電源開關的數量和相關的消耗功率。開關 SW2A和開關SW2B也可以是如前所述的選擇性單向開關。如前所述，電源管理控制電路130可以接收經由各個路徑的各個輸入信號。第4圖所系的實施例中，一個轉接 20 1247471 器檢測電阻4、一個系統檢測電阻3、一個電池A檢測電阻 7和一個電池B檢測電阻5提供表示各自電源路徑上的電流值的輸入信號給電源管理控制電路130。例如，轉接器檢測電阻4提供一個表示來自可控制轉接器104a的經由路徑 5 114的電流的資料信號。系統檢測電阻3提供一個表示來自

給系統負載110供電的任何電源組合的經由路徑121之電流的資料信號。電池A檢測電阻7提供一個表示來自或流向電池A的經由路徑118a的電流的資料信號。最後^電池 B檢測電阻5提供一個表示來自或流向電池B的經由路徑 10 118b的電流的資料信號。

另外，表示電池A電壓值（VFB_A)、電池B電壓值 (VFB_B)和系統負載電壓值（VFB_SYS)的輸入信號也可以輸入電源管理控制電路130。另外，輸入信號，例如指令和資料信號，也可以從一個主機電源管理單元（PMU) 12 15 通過主機匯流排22輸入電源管理控制電路130。PMU 12可運行本領域公知的各種電源管理常式。這些來自PMU 12的輸入信號包括但不限於：充電電流、充電電壓、轉接器控制預置電壓、轉接器功率極限、轉接器電流極限、轉接器存在、電池存在、和多個例如轉接器過電壓、過熱、過電 20 流充電、轉接器104a或系統負載110超功率的警告信號。主機匯流排22具有多條線，並能傳送任何類比和數位指令信號的組合。例如，如果PMU 12用來運行SMBus協定常式，主機匯流排可以是SMBus。PMU 12可以是一個獨立的元件或可以嵌入電子裝置100的更加複雜的處理器裡。 21 1247471 另外，電池A和電池β的電池匯流排24可以提供另外的資訊給電源管理控制電路130。通過該匯流排24提供的資訊可以表示各種參數，包括但不限於：充電電流、充電電壓、電池存在、和多個例如過電壓、過熱或過電流之檠 5 告信號。電源管理控制電路130可包括：一個主機介面13，多個電流檢測放大器14、15、17、18，相應的控制和資料路後，和一個判疋電路16。判定電路1 β還可包括一個選擇器電路409 ,該選擇器電路409經由匯流排2〇提供第一組的 1〇輸出信號來控制開關SW1、SW2Α和SW2B的狀態。判定電路 16還可以包括-個控制電路411，該控制電路411經由路徑133提供第二組的輸出信號來控制可控制轉接器1〇乜的輸出參數。主機介面13是一個普通介面，其用來接收來自pMU 12 15的一系列輸入信號，並經由内部信號匯流排23輸出轉換後的一系列信號傳送給判定電路16。傳送給判定電路16的信號可以包括對電、池A、電池B、可控制轉接器1〇4a和系統負栽110的電壓和電流極限。主機介面13可接收來自PMU 12的類比或數位信號。如果PMU 12提供數位信號，主機介面可以是各種數位 "面，例如SMBus或I2C介面。該例中，介面α還可以包括個多工器（MUX)和數位至類比轉換器（DAC)，來把數位L號轉換為類比信號且提供恰當數量的類比信號給判定電路16。MUX可以有任何數量的通道，其數量有部分取決 22 1247471 於提供給判定電路16的信號數量。

因為檢測電阻通常都很小，所以需要多個電流檢測放大器14、15、17、18來放大各自的檢測電阻3、4、5、7 上的信號。例如，檢測放大器14放大系統檢測電阻3上的 5 電壓降，並提供表示經由路徑121的電流的1SYS信號。檢測放大器15放大轉接器檢測電阻4上的電壓降，並提供表示經由路徑114的電流的IAD信號。檢測放大器17放大電池B檢測電阻5上的電壓降，並提供表示經由路徑118b的電流的ICDB信號。最後，檢測放大器18放大電池A檢測 ίο 電阻7上的電壓降，並提供表示經由路徑118a的電流的 ICDA信號。

分別來自檢測放大器14、15、17、18的ISYS、IAD、 ICDB和ICDA信號接著提供給判定電路16，且更具體的是提供給判定電路16的控制電路411部分。另外，表示系統 15 負載11〇電壓值的VFB-SYS信號、表示電池B電壓值的 VFB一B信號、和表示電池A電壓值的VFBJW言號也可以提供給判定電路16,且更具體的是提供給判定電路16的控制電路411部分。控制電路411接收這些輸入信號ISYS、IAD、ICDB、 20 ICDA、VFB-SYS、VFB—B和VFB一A，並把這些信號與例如由 PMU 12提供的各個臨界值相比較。基於這些比較結果，控制電路411提供第一組的輸出信號經由轉接器控制匯流排 133來控制轉接器1〇乜的輸出參數，例如輸出電壓值。第一組的輸出信號控制可控制轉接器丨〇 4 a的一個或多 23 1247471 個輸出參數，因此供電系統完成各種任務，包括如前第1 圖和第2圖所述的各種任務。另外，這些任務還可以包括但不限於下述任務中的至少一個：提t、所有而要的轉接器電流至一個轉接器的最大輸出 5電流值，或至系統負載11()的供電極限；如果需要還可以提供充電電流給電池1Q5充電；

在個充電模式期間限制傳送至電池105的總充電電流為轉接器10 4 a的最大輸出電流值和系統負載i i 〇所需的電流之間的差值； 10 只要任何一個電池未達到最大充電電壓，即提供最大充電電流給母個電池（電池A和電池b ); 只要任何一個電池未達到最大充電電壓，即提供高達最大充電電流給電壓最低的電池；和當沒有電池或沒有接收到充電請求時，提供一個最大 15 供電電壓給系統負載110。

本領域的技術人員將知道判定電路16的控制電路411 部分的此等功能可以通過純硬體、純軟體或兩者的組合實現的各種方法。例如，採用硬體，控制電路411可以包括多個誤差放大器用來把信號ISYS、IAD、ICDB、ICDA、 20和VFB一A和一個與每個被監測的參數相對應的最大臨界值相比較。多個誤差放大器可以組配為一個類比式“佈線或 (wired-OR) ”拓樸結構，使得首先檢測到超出相應最大值的狀態之誤差放大器控制給可控制轉接器l〇4a的指令信號。如果已達到最大臨界值，一個相應的輸出信號就被送 24 1247471 到可控制轉接器104a，例如，來減小轉接器丨〇4a的一個輸出功率參數。判定電路16經由選擇器輸出匯流排2〇提供的第二組的輸出信號控制開關SW1、SW2A和SW2B的狀態，從而使得 5供電系統有各種供電模式。該第二組輸出信號可由判定電路16的選擇器電路409提供。因此，連接電源（轉接器 104a、電池A和電池B)和系統負載no或電源間（例如，充電期間）的各種電源路徑，根據實際供電狀況、事件和 PMU12的請求而產生。根據特定的處理演繹法則，可以採用 ίο各種硬體及/或軟體處理各種給判定電路Μ的選擇器電路 409部分的輸入信號。該演繹法則必須能判斷相應的驅動信號來驅動開關SW1、SW2A和SW2B處於閉合或者斷開狀態，從而來完成各種任務，此等任務包括但並不限於下述任務中的至少一個： 15 只要至少一個電源（交流/直流轉接器l〇4a、電池a 和電池B)存在，就保證連續給系統負載11〇供電；根據PMU12凊求，連接相應的電池（或多個電池）至充電路徑；根據PMU12請求，連接相應的電池（或多個電池）至 20 放電路徑從而給系統負載11〇供電；於並聯供電模式中消除電池間（當多個電池相並聯時）和交流/直流轉接器與電池之間的交叉傳導；獨立解決任何電源危險事件，例如電源連接/斷開、短路等等其他相類似情況；和 25 1247471 當主機PMU 12 全的控制供電系統不能發送相應的控制信號時，獨立且安為了成這_任務，尤其是需要使用兩個或者兩個以上的電池_任務（例如’消除電池之間的交叉傳導），就要參考2額年2月11提出的美國專利申請案第10/364, 288號所述，其教示内容在此引作參考，其披露的選擇器電路可用作本發明的電源系統的一部分。

第5一8圖所示為本發明第1圖和第2圖的電源系統的另外成们實施例，其包括一個可控制轉接器⑽&和兩個電也（電池A和電池B)。總的說來，第5—8圖所示的實施例 ί 士刖所述的第4圖的實施例的主要差別在於：用於各種電源路徑的檢測電阻的數量。另外，除了當採用較少的檢測=阻時判定電路不能接收更多的輸入電流信號之外，這 -貫靶例的功月匕與第4圖所述的相同。第5圖所示的實施例’、有自轉接器檢測電阻4、-個電池Α檢測電阻7和-個電池B檢測電阻5。第6圖所示的實施例具有一個系統檢、J電阻3個電池A檢測電阻7和一個電池β檢測電阻5。第7圖所示的實施例具有一個轉接器檢測電阻4和一個檢 ’貝Uil經路徑118的電流的電池檢測電阻5。最後，第8圖的 2〇實施例具有一個系統檢測電阻3和一個檢測流經路徑118 的電流的電池檢測電阻5。第9-15圖所示為本發明第1圖和第3圖電源系統的另外幾個實施例，其包括一個作為可控制直流電源104的直流/直流轉換器l〇4b、一個固定轉接器302和作為電池源 26 1247471 1〇5的兩個電池（電池A和電池B)。總的說來，第9—15圖所不的貫施例和如前所述的第丨圖和第3圖的主要差別在於·用於各種電源路徑的檢測電阻的數量和位置。第9圖所示的實施例具有一個轉接器檢測電阻2、一個 5系統檢測電阻3、-個電池Α檢測電阻7、和一個電池β檢測電阻4。第1〇圖所示的實施例具有一個轉接器檢測電阻 4 個電池Α檢測電阻7、和一個電池Β檢測電阻5。第 11圖所示的實施例具有一個系統檢測電阻3、—個電池A 檢測電阻7、和一個電池B檢測電阻5。第12圖所示的實 10施例具有一個轉接器檢測電阻4和一個檢測流經路徑118 的電流的電池檢測電阻5。第13圖所示的實施例具有一個系統檢測電阻3和一個檢測流經路徑118的電流的電池檢測電阻5。第14圖所示的實施例具有一個與直流/直流轉換器104b的輸出路徑相串聯的直流/直流轉換器檢測電阻 15 3和一個電池檢測電阻5。最後，第15圖所示的實施例具有一個與固疋轉接器302的輸出和直流/直流轉換器1〇扑的輸入相連接的轉接器檢測電阻4、一個電池A檢測電阻7 和一個電池B檢測電阻5。可以體會到的是，本發明的電源管理控制電路的實施 20例所描述的功能可以採用軟體，或硬體和軟體的組合，和熟知的信號處理技術來完成。如果用軟體來實現，則需要 -個處理H和機讀舰。處理器可以是能提供本發明實施例所需要的速度和功能的任何類型的處理器。例如，該處理器可以是英特爾公司生產的Pentiu_系列處理器，或者 27 1247471 摩托羅拉生產的處理器系列。機讀媒體包括任何能夠存儲處理器執行的指令的媒體。這些媒體包括但不限於：唯讀記憶體（ROM)、隨機存取記憶體（RAM)、可編程唯讀記憶體（PROM)、可抹除可編程唯讀記憶體（EpR〇M)、電氣可抹 5除可編程唯讀記憶體（EEPR0M)、動態隨機存取記憶體 (DRAM )、磁片（例如軟碟和硬碟）、光碟（例如⑶―) 和其他可以存儲數位資訊的裝置。在一個實施例中，指令以壓縮及/或加密格式存儲在媒體中。在此所描述的實施例僅是一些利用到本發明的具體例 10子而已，在此以這種舉例方式來描述，但不僅限於此。顯然，令本領域技術人員顯而易見可做出的許多其他的實施例都不脫離後附申請專利範圍所界定本發明的精神和範圍。【圖式簡單^親^明】 15 第1圖所示為一種有電源拓樸結構的電子裝置的高階方塊圖，该電源拓樸結構依據本發明包括一個可控制直流電源和一個電源管理控制電路；第2圖所示為第i圖中電子裝置的電源拓樸結構的一個實施例的高階方塊圖，其中可控制直流電源為一個可控 2〇制轉接器；第3圖所示為第1圖中電子裝置的電源拓樸結構的另一個實施例的高階方塊圖，其中可控制直流電源為一個可以從固定輸出轉接器接收電力的直流/直流轉換器；第4圖所示為第2圖中電源拓樸結構的一個實施例的 1247471 詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括—個轉接器檢測電阻、一個系統檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻；第5圖所示為第2圖中電源拓樸結構的另一個實施例 5的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為_個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻；第6圖所示為第2圖中電源拓樸結構的另一個實施例的4、”田方塊圖’其中可控制直流電源為_個可控制轉接 1〇器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個系統檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻；第7圖所示為第2圖中電源拓樸結構的另一個實施例的洋、，，田方塊圖’其中可控制直流電源為_個可控制轉接益’電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測 15電阻和一個用於電池源的電池檢測電阻；第8圖所不為第2圖中的電源拓樸結構的的另一個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個系統檢測電阻和-個用於多個電池的電池檢測電阻； 2〇帛9圖所不為第3圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個可控制轉接器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測電阻、-個系統檢測電阻和一個用於每個電池的電池檢測電阻； 29 1247471 第ίο圖所示為第3圖中電源括樸結構的另_個實施例的詳細方塊圖’其中可控制直流電源為一個直流/直流轉換器’電池源包括多個電池，電源系統包括—個位於直流 /直流轉換器輸出端的直流/直流轉換器檢測電阻、和一 5 個用於每個電池的檢測電阻；第11圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉換器，電池源包括多個電池，電源系統包括—個系統檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻； 10 第12圖所示為第3圖中電_樸結構的另-個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個轉接器檢測電阻和一個用於電池源的電池檢測電阻；第13圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另一個實施例 15的詳細方塊圖，纟中可控制i流電源為一個直流/直流轉換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個系統檢測電阻和一個用於電池源的電池檢測電阻；第14圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖，其甲可控制直流電源為一個直流/直流轉 20換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個位於直流 /直μ轉換器輸出端的直流/直流轉換器檢測電阻、和一個用於電池源的電池檢測電阻；以及第15圖所示為第3圖中電源拓樸結構的另一個實施例的詳細方塊圖，其中可控制直流電源為一個直流/直流轉 30 1247471 換器，電池源包括多個電池，電源系統包括一個位於固定轉接器輸出端的轉接器檢測電阻和一個用於每個電池的檢測電阻。【圖式之主要元件代表符號表】 3···系統檢測電阻 114…路徑 4···轉接器檢測電阻 116…節點 5···電池B檢測電阻 118…路徑 7···電池A檢測電阻 118a···路徑 10a···電池組 118b…路徑 11a···電池組 121…路徑 12…主機電源管理單元(PMU) 130…電源管理控制電路 13…主機介面 133…路徑 14…電流檢測放大器 141…路徑 15…電流檢測放大器 180…表格 16…判定電路 181…供電模式 17…電流檢測放大器 183…供電模式 18…電流檢測放大器 185…供電模式 20…路徑 SW1···開關 22…主機匯流排 SW2···開關 23…内部信號匯流排 SW2A…開關 24…電池匯流排 SW2B…開關 100…電子裝置 190…表格 104…可控制直流電源 302…固定轉接器 104a···可控制轉接器 303…路徑 104b…直流/直流轉換器 409…選擇器電路 105…電池 110···系統負載 411…控制電路

31

Claims

拾、申請專利範圍：第92130623號申請案申請專利範圍修正本 94.07.01. 1. 一種供電拓樸結構，包括：一個與一個可控制直流電源相連的第一路徑； 5 一個與一個電池相連的第二路徑；一個與一個系統負載相連的第三路徑，其中該等第一、第二和第三路徑連接於一個公共節點；一個與該第一路徑相連的第一開關，該第一開關允許該可控制直流電源經由該公共節點與該系統負載選擇性相 10 連；一個與該第二路徑相連的第二開關，該第二開關允許該電池與該公共節點選擇性相連；其中：該第二開關包括一個選擇性單向開關，該選擇性單向開關所具的一個第一放電閉合位置係組構來允許電流沿該 15 第二路徑朝第一方向從該電池流向該系統負載，並阻止電流朝與該第一方向相反的第二方向沿該第二路徑流動；於一並聯供電模式下，該第一開關閉合且該第二開關閉合於該第一放電位置，此時允許該可控制直流電源和該電池相並聯給該系統負載供電。 20 2.如申請專利範圍第1項所述之供電拓樸結構，其中，於一第一供電模式下，該第一開關閉合且該第二開關斷開，此時由該可控制直流電源給該系統負載供電。 3.如申請專利範圍第1項所述之供電拓樸結構，其中該第 32 1247471 二開關還包括一個允許電流沿該第二路徑朝該第二方向流動並阻止電流沿該第二路徑朝該第一方向流動的第二充電閉合位置；其中，於一充電模式下，該第一開關閉合且該第二開關閉合於該第二充電閉合位置，此時允許該可控制 5 直流電源給該系統負載供電和給該電池供電以行充電。 4. 一種供電拓樸結構，包括：一個可控制直流電源；一個與該可控制直流電源相連的第一路徑；一個與一個電池相連的第二路徑； ίο —個與一個系統負載相連的第三路徑，其中該等第一、第二和第三路徑連接於一個公共節點；一個與該第一路徑相連的第一開關，該第一開關允許該可控制直流電源經由該公共節點與該系統負載選擇性相連；以及 15 —個與該第二路徑相連的第二開關，該第二開關允許該電池與該公共節點選擇性相連；其中於一並聯供電模式下，該第一開關閉合且該第二開關閉合於該第一放電位置，此時允許該可控制直流電源和該電池相並聯給該系統負載供電。 20 5.如申請專利範圍第4項所述之供電拓樸結構，其中該可控制直流電源包括一個直流/直流轉換器。 6.如申請專利範圍第5項所述之供電拓樸結構，還包括一個通過該第一路徑與該直流/直流轉換器相連的固定直流電源；其中，通過該固定直流電源接收一個輸入電壓並把 33 1247471 該輸入電壓轉換為一個固定直流輸出電壓完成第一步電源轉換，再通過該直流/直流轉換器接收該固定直流輸出電壓並把該固定直流輸出電壓轉換為一個直流輸出電壓完成第二步電源轉換。 5 7.如申請專利範圍第6項所述之供電拓樸結構，其中該第一開關連接在該固定直流電源和該直流/直流轉換器之間。 8.如申請專利範圍第6項所述之供電拓樸結構，其中該第一開關連接在該直流/直流轉換器和該公共節點之間。 10 9.如申請專利範圍第4項所述之供電拓樸結構，其中該可控制直流電源包括一個可控制轉接器。 10. 如申請專利範圍第9項所述之供電拓樸結構，其中，通過該可控制轉接器接收一個輸入電壓並把該輸入電壓轉換為一個輸出直流電壓完成第一步電源轉換，從而在第一 15 供電模式下給該系統負載供電。 11. 如申請專利範圍第9項所述之供電拓樸結構，其中該可控制轉接器包括一個交流/直流轉接器。 12. —種包括有供電拓樸結構的電子裝置，該供電拓樸結構給該電子裝置之各種元件供電，該供電拓樸結構包括： 20 一個與一個可控制直流電源相連的第一路徑；一個與一個電池相連的第二路徑；一個與一個系統負載相連的第三路徑，其中該等第一、第二和第三路徑連接於一個公共節點；一個與該第一路徑相連的第一開關，該第一開關允許 1247471 該可控制直流電源經由該公共節點與該系統負載選擇性相連；以及一個與該第二路徑相連的第二開關，該第二開關允許該電池與該公共節點選擇性相連；其中： 5 於一第一供電模式下，該第一開關閉合且該第二開關斷開，此時由該可控制直流電源給該系統負載供電；以及於一並聯供電模式下，該第一開關閉合且該第二開關閉合於該第一放電位置，此時允許該可控制直流電源和該電池相並聯給該系統負載供電。 10 ° 13. 如申請專利範圍第12項所述之電子裝置，其中該第二開關包括一個選擇性單向開關，該選擇性單向開關所具的一第一放電閉合位置係組構來允許電流沿該第二路徑朝第一方向從該電池流向該系統負載，並阻止電流朝與該第一 15 方向相反的第二方向沿該第二路徑流動。 14. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，其中該第二開關還包括一個允許電流沿該第二路徑朝該第二方向流動、並阻止電流沿該第二路徑朝該第一方向流動的第二充 20 電閉合位置；其中，於一充電模式下，該第一開關閉合且該第二開關閉合於該第二充電閉合位置，此時允許該可控制直流電源給該系統負載供電和給該電池供電以行充電。 15. —種電子裝置，包括：一個可控制直流電源； 1247471 一個與該可控制直流電源相連的第一路徑；一個與一個電池相連的第二路徑；一個與一個系統負載相連的第三路徑，其中該等第一、第二和第三路徑連接於一個公共節點； 5 一個與該第一路徑相連的第一開關，該第一開關允許該可控制直流電源通過該公共節點與該系統負載選擇性相連；以及一個與該第二路徑相連的第二開關，該第二開關允許該電池與該公共節點選擇性相連，其中該第一開關和該第 10 二開關具有一個響應來自一個電源管理控制電路的控制信號的導通狀態；其中於一並聯供電模式下，該第一開關閉合且該第二開關閉合於該第一放電位置，此時允許該可控制直流電源和該電池相並聯給該系統負載供電。 15 16.如申請專利範圍第15項所述之電子裝置，其中該可控制直流電源包括一個直流/直流轉換器。 17. 如申請專利範圍第16項所述之電子裝置，還包括一個通過該第一路徑與該直流/直流轉換器相連的固定直流電源；其中，通過該固定直流電源接收一個輸入電壓、並把 20 該輸入電壓轉換為一個固定直流輸出電壓完成第一步電源轉換，且通過該直流/直流轉換器接收該固定直流輸出電壓、並把該固定直流輸出電壓轉換為一個直流輸出電壓完成第二步電源轉換。 18. 如申請專利範圍第17項所述之電子裝置，其中該第一 36 1247471 開關連接在該固定直流電源和該直流/直流轉換器之間。 19. 如申請專利範圍第17項所述之電子裝置，其中該第一開關連接在該直流/直流轉換器和該公共節點之間。 20. 如申請專利範圍第15項所述之電子裝置，其中該可控 5 制直流電源包括一個可控制轉接器。 21. 如申請專利範圍第20項所述之電子裝置，其中，通過該可控制轉接器接收一個輸入電壓，並把該輸入電壓轉換為一個輸出直流電壓完成第一步電源轉換，從而在第一供電模式下給該系統負載供電。 10 22.如申請專利範圍第20項所述之電子裝置，其中該可控制轉接器包括一個交流直流轉接器。 23. —種給系統負載供電的方法，包括：在第一供電模式下由一個可控制直流電源給該系統負載供電；以及 15 在第二供電模式下由該可控制直流電源給該系統負載和一電池供電；以及在第三供電模式下，由該可控制直流電源和該電池同時給該系統負載供電。 24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該可控制直 20 流電源包括一個交流直流轉接器。 25. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該可控制直流電源包括一個直流/直流轉換器 37 1247471 26. —種給系統負載供電的方法，該方法包括：接收來自一第一電源的第一功率位準；把該第一功率位準轉換為一個可動態調節的輸出直流功率位準；以及 5 在一第一供電模式下提供該輸出直流功率位準給該系統負載。 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，還包括：在一第二供電模式下提供該輸出直流功率位準給該系統負載和電池來給電池充電。 10 28. —種給系統負載供電的方法，包括：提供一個可控制直流電源；依至少一個輸入信號控制該可控制直流電源的輸出功率參數；以及 * 選擇一第一供電模式，此時該可控制直流電源和一電 15 池相並聯來給系統負載供電。 29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該至少一個輸入信號表示該系統負載的功率狀態。 30. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該至少一個輸入信號表示一種功率危險狀態，此時該系統負載的暫態 20 功率需求大於該可控制直流電源的最大功率輸出，且該系統負載的該暫態功率需求大於該電池的最大功率輸出位準。 31. 如申請專利範圍第28項所述之方法，還包括：在該第一供電模式下消除該可控制直流電源和該電池 1247471 之間的交叉傳導。 32. —種供電系統，包括：一個具有可動態控制輸出電源參數的可控制直流電源；以及 5 一個電源管理控制電路，該控制電路用於控制該輸出電源參數、並選擇一個讓該可控制直流電源供電給系統負載的第一供電模式；其中該電源管理控制電路可用於選擇一個讓該可控制直流電源和一電池同時給該系統負載供電的第二供電模 10 式。等 39