TWI896371B - 電源管理裝置及電源轉換的方法 - Google Patents

Abstract

一種電源管理裝置及電源轉換的方法。電源管理裝置包括降壓電路、升壓電路、第一以及第二O型環二極體電路。降壓電路將輸入電源提供的輸入電壓調整為第一電壓。嵌入式控制器基於第一電壓而啟動且被供電。升壓電路將第一電壓調整為第二電壓。系統裝置基於第二電壓而啟動且被供電。經啟動的系統裝置分別在第一及第二替代電源路徑上提供第一及第二替代電源。在啟動系統裝置之後，第一及第二O型環二極體電路分別將第一及第二替代電源供電給嵌入式控制器及系統裝置。降壓電路與升壓電路在系統裝置被啟動且經過預定延遲時間之後被關閉。

Description

電源管理裝置及電源轉換的方法

本發明是有關於一種供電及電源轉換技術，且特別是有關於一種電源管理裝置及電源轉換的方法。

電子裝置可透過電源供應裝置來獲得所需的電力，或是將此電力儲存在電子裝置配置的電能儲存器(如，電池)中。目前的消費型電子裝置常使用通用序列匯流排(USB)介面作為供電來源，因此這些消費型電子裝置的USB介面遵從USB電源輸送(Power Delivery；PD)充電協定。

基於技術演進，能效規範對於消費型電子裝置在待機或關機時整體系統的功率消耗(power consumption)更為嚴格。例如，歐盟能源效率(EU Energy Efficiency)節能化指令標準的Lot6 SPEC中，規範電氣設備處在關機時的功耗需低於237mW。然則，若使用降壓轉換器(buck converter)與升壓轉換器(boost converter)來實現電源轉換裝置，這兩個轉換器在待機時的整體功耗較高，從而可能無法符合前述能效規範。

本發明提供一種電源管理裝置及電源轉換的方法，可降低在待機時的整體功耗。

本發明實施例的電源管理裝置包括降壓電路、升壓電路、第一O型環二極體電路以及第二O型環二極體電路。降壓電路耦接輸入電源。降壓電路用以將所述輸入電源提供的輸入電壓調整為第一電壓，其中嵌入式控制器基於所述第一電壓而啟動且被供電。升壓電路耦接所述降壓電路。升壓電路用以獲得所述第一電壓，並將所述第一電壓調整為第二電壓。第一O型環二極體電路耦接於所述降壓電路、第一替代電源路徑以及所述嵌入式控制器。第二O型環二極體電路耦接於所述升壓電路、第二替代電源路徑以及系統裝置。所述系統裝置基於所述第二電壓而啟動且被供電，經啟動的所述系統裝置在所述第一替代電源路徑上提供第一替代電源，且在所述第二替代電源路徑上提供第二替代電源。在啟動所述系統裝置之後，所述第一O型環二極體電路將所述第一替代電源供電給所述嵌入式控制器，所述第二O型環二極體電路將所述第二替代電源供電給所述系統裝置，且所述降壓電路與所述升壓電路在所述系統裝置被啟動且經過預定延遲時間之後被關閉。

本發明實施例的電源轉換的方法適用於包括降壓電路以及升壓電路的電源管理裝置。所述方法包括：透過所述降壓電路 以將所述輸入電源提供的輸入電壓調整為第一電壓，其中嵌入式控制器基於所述第一電壓而啟動且被供電；透過所述升壓電路以將所述第一電壓調整為第二電壓，其中系統裝置基於所述第二電壓而啟動且被供電，經啟動的所述系統裝置提供第一替代電源以及第二替代電源；以及，在啟動所述系統裝置之後，透過第一O型環二極體電路以將所述第一替代電源供電給所述嵌入式控制器，透過所述第二O型環二極體電路以將所述第二替代電源供電給所述系統裝置，且所述降壓電路與所述升壓電路在所述系統裝置被啟動且經過預定延遲時間之後被關閉。

基於上述，本發明實施例所述電源管理裝置及電源轉換的方法在電子系統啟動時，經由降壓電路及升壓電路來對嵌入式控制器及系統裝置進行啟動及供電，並且啟動後的系統裝置會透過對應元件(如，替代電源供應裝置中的充電晶片)產生替代電源，從而使替代電源分別透過兩個O型環二極體電路來維持降壓電路及升壓電路的供電。並且，在嵌入式控制器及系統裝置啟動完且正常運作後，會在經過預定延遲時間之後關閉降壓電路及升壓電路，以節省降壓電路及升壓電路的電源消耗。

100:電源管理裝置

110:降壓電路

120:升壓電路

130:第一O型環二極體電路

140:第二O型環二極體電路

150:嵌入式控制器

160:系統裝置

162:電源傳輸控制器

163:替代電源供應裝置

165:充電晶片

166:第一替代電源轉換器

167:第二替代電源轉換器

168:電源輸入路徑開關

169:電源輸出路徑開關

170:輸入-輸出電路

175:轉接器

250:延遲電路

S410~S430:電源轉換的方法的各步驟

Vin:輸入電壓

V1:第一電壓

V2:第二電壓

V3:第三電壓

ALTP1:第一替代電源路徑

ALTP2:第二替代電源路徑

VA1:第一替代電源

VA2:第二替代電源

IG_EN、EC_EN:啟動信號

D1~D4:二極體

IN11:第一O型環二極體電路的第一輸入端

IN12:第一O型環二極體電路的第二輸入端

OUP1:第一O型環二極體電路的輸出端

IN21:第二O型環二極體電路的第一輸入端

IN22:第二O型環二極體電路的第二輸入端

OUP2:第二O型環二極體電路的輸出端

USBOUT:通用序列匯流排埠的電源輸出端

LN1、LN2:線條

VIN12、VIN22:電壓

圖1是依照本發明的一實施例的一種電源管理裝置及系統裝 置的示意圖。

圖2是依照本發明的一實施例的一種電源管理裝置及系統裝置的細節示意圖。

圖3是圖2中各電壓的示意圖。

圖4是依照本發明一實施例的一種電源轉換的方法的流程圖。

圖1是依照本發明的一實施例的一種電源管理裝置100及系統裝置160的示意圖。本實施例的電源管理裝置100設置於電子系統(如，消費型電子裝置、智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦...等)當中。電源管理裝置100用以啟動並供電給嵌入式控制器150以及系統裝置160。

電源管理裝置100包括降壓電路110、升壓電路120、第一O型環二極體電路130以及第二O型環二極體電路140。降壓電路110耦接輸入電源。降壓電路110將輸入電源提供的輸入電壓Vin調整為第一電壓V1。本實施例的電源管理裝置100符合通用序列匯流排(USB)電源輸送(Power Delivery；PD)3.1充電協定，因此輸入電壓Vin的電壓範圍在5V至48V之間。嵌入式控制器150透過第一O型環二極體電路130而獲得第一電壓V1，以基於第一電壓V1而啟動且被供電。本實施例的第一電壓V1電壓值例如是3V。

升壓電路120耦接降壓電路110。本實施例的升壓電路120是透過第一O型環二極體電路130耦接降壓電路110。降壓電路110透過第一O型環二極體電路130以將第一電壓V1提供給升壓電路120。於其他實施例中，升壓電路120亦可直接耦接降壓電路110，並從降壓電路110獲得第一電壓V1。

升壓電路120獲得第一電壓V1，並將第一電壓V1調整為第二電壓V2。本實施例的第二電壓V2電壓值例如是5V。第一O型環二極體電路130耦接於降壓電路110、升壓電路120、第一替代電源路徑ALTP1以及嵌入式控制器150。第二O型環二極體電路140耦接於升壓電路120、第二替代電源路徑ALTP2以及系統裝置160。

系統裝置160基於第二電壓V2而啟動且被供電。經啟動的系統裝置160在第一替代電源路徑ALTP1上提供第一替代電源VA1，且在第二替代電源路徑ALTP2上提供第二替代電源VA2。

在啟動系統裝置160之後，第一O型環二極體電路130會同時接收第一電壓V1以及第一替代電源VA1，且第二O型環二極體電路140會同時接收第二電壓V2以及第二替代電源VA2。本實施例的O型環二極體電路可以是由兩個獨立的二極體組合而成。這兩個二極體的陽極端分別作為O型環二極體電路的兩個輸入端，可用以分別獨立接收兩組不同的輸入電源。兩個二極體的陰極端則作為O型環二極體電路的輸出端且並聯在一起。 基於二極體順向導通的特性，將由這兩個陽極輸入端分別所接收的兩組輸入電源中電壓值最大者以供電給O型環二極體電路的陰極輸出端。因此，在啟動系統裝置160之後，第一O型環二極體電路130將第一替代電源VA1供電給嵌入式控制器150，第二O型環二極體電路140將第二替代電源VA2供電給系統裝置160。此外，降壓電路110與升壓電路120會在系統裝置160被啟動且經過預定延遲時間之後的時間點被關閉。

圖2是依照本發明的一實施例的一種電源管理裝置100及系統裝置160的細節示意圖。第一O型環二極體電路130包括二極體D1及D2。二極體D1的陽極端耦接降壓電路110以作為第一O型環二極體電路130的第一輸入端IN11。二極體D2的陽極端耦接第一替代電源路徑ALTP1的一端以作為第一O型環二極體電路130的第二輸入端IN12。二極體D1的陰極端耦接二極體D2的陰極端且作為第一O型環二極體電路130的輸出端OUP1。

在降壓電路110提供第一電壓V1至第一O型環二極體電路130的第一輸入端IN11時，第一O型環二極體電路130基於第一電壓V1且透過二極體D1以供電給嵌入式控制器150。在第一替代電源VA1透過第一替代電源路徑ALTP1提供至第一O型環二極體電路130的第二輸入端IN12時，第一O型環二極體電路130基於第一電壓V1以及第一替代電源VA1中的最大者以供電給嵌入式控制器150。

第二O型環二極體電路140包括二極體D3及D4。二極體D3的陽極端耦接升壓電路120以作為第二O型環二極體電路140的第一輸入端IN21。二極體D4的陽極端耦接第二替代電源路徑ALTP2的一端，以作為第二O型環二極體電路140的第二輸入端IN22。二極體D3的陰極端耦接二極體D4的陰極端，且作為第二O型環二極體電路140的輸出端OUP2。

在升壓電路120提供第二電壓V2至第二O型環二極體電路140的第一輸入端IN21時，第二O型環二極體電路140基於第二電壓V2並透過二極體D3以啟動並供電給系統裝置160。在第二替代電源VA2透過第二替代電源路徑ALTP2提供至第二O型環二極體電路140的第二輸入端IN22時，第二O型環二極體電路140基於第二電壓V2以及第二替代電源VA2中的最大者以供電給系統裝置160。

圖2系統裝置160包括電源傳輸(Power delivery；PD)控制器162、電源輸入路徑開關168以及替代電源供應裝置163。電源傳輸控制器162耦接第二O型環二極體電路140的輸出端OUP2。電源傳輸控制器162透過第二O型環二極體電路140而獲得第二電壓V2，並基於第二電壓V2而啟動且被供電。電源輸入路徑開關168耦接且受控於電源傳輸控制器162。

電源輸入路徑開關168的第一端接收輸入電壓Vin，電源輸入路徑開關168的第二端耦接替代電源供應裝置163。在電源輸入路徑開關168導通其兩端時，替代電源供應裝置163基於 輸入電壓Vin以在第一替代電源路徑ALTP1上提供第一替代電源VA1，且在第二替代電源路徑ALTP2上提供第二替代電源VA2。

替代電源供應裝置163包括充電晶片165、第一替代電源轉換器166及第二替代電源轉換器167。充電晶片165耦接電源輸入路徑開關168的第二端。充電晶片165將輸入電壓Vin轉換為具備固定電壓值(如，19V)的第三電壓V3。第一替代電源轉換器166耦接於充電晶片165及第一替代電源路徑ALTP1之間。第一替代電源轉換器166將第三電壓V3轉換為第一替代電源路徑ALTP1上的第一替代電源VA1(如，3.3V)。第二替代電源轉換器167耦接充電晶片165及第二替代電源路徑ALTP2。第二替代電源轉換器167將第三電壓V3轉換為第二替代電源路徑ALTP2上的第二替代電源VA2(如，5V)。第二替代電源轉換器167將第三電壓V3轉換為電壓5V。第一替代電源轉換器166可受控於由嵌入式控制器150所產生的啟動信號EC_EN。

本實施例的系統裝置160還包括電源輸出路徑開關169。電源輸出路徑開關169耦接且受控於電源傳輸控制器162。在電源輸出路徑開關169導通其兩端時，基於第二替代電源轉換器167提供的電壓5V以對通用序列匯流排埠的電源輸出端USBOUT供電。

圖2電源管理裝置100還包括輸入-輸出電路170。電源輸出端USBOUT可設置於輸入-輸出電路170中。輸入-輸出電路170包括至少一個通用序列匯流排埠。使用者例如可透過通用序 列匯流排埠以及符合通用序列匯流排的轉接器175以將外部電源導引到電源管理裝置100，或是，將電源輸出端USBOUT所提供的電壓5V導引至電源管理裝置100外，以對外部裝置(圖未示)供電。

圖2電源管理裝置100還包括延遲電路250。本實施例是在第一替代電源轉換器166與第二替代電源轉換器167完成啟動後，基於嵌入式控制器150或系統裝置160的啟動信號(如，電源傳輸控制器162產生的啟動信號IG_EN)，透過延遲電路250在前述啟動信號經過了一段預定延遲時間之後獲得一延遲信號，然後基於此延遲信號來關閉降壓電路110與升壓電路120，從而可節省降壓電路110及升壓電路120在電子系統待機時所產生的電源消耗。在本實施例中，延遲電路250例如是電阻-電容(RC)延遲電路。

圖3是圖2中各電壓的示意圖。圖3呈現第一電壓V1、第二電壓V2、第一替代電源VA1、第二替代電源VA2、第一O型環二極體電路130中輸出端OUP1的電壓VIN12及第二O型環二極體電路140中輸出端OUP2的電壓VIN22的範例性波形。從圖3可知，位於線條LN1的時間點即為電子系統從外部電源獲得輸入電壓Vin時，此時第一電壓V1及第二電壓V2因應圖1及圖2中的降壓電路110及升壓電路120而被產生，因此使嵌入式控制器150及系統裝置160啟動。

圖3中位於線條LN2的時間點即為系統裝置160被啟動 且經過了預定延遲時間RCT後，第一替代電源VA1及第二替代電源VA2透過系統裝置160而產生，且在線條LN2的時間點第一電壓V1及第二電壓V2因應圖1及圖2中的降壓電路110及升壓電路120被關閉而使其電壓值逐漸下降。電壓VIN12及電壓VIN22則會維持其電壓值，以分別供電給嵌入式控制器150及系統裝置160。

圖4是依照本發明一實施例的一種電源轉換的方法的流程圖。圖4所述方法適用於包括圖1電源管理裝置100及系統裝置160。於步驟S410中，透過降壓電路110以將輸入電源提供的輸入電壓Vin調整為第一電壓V1。嵌入式控制器150基於第一電壓V1而啟動且被供電。於步驟S420中，透過升壓電路120以將第一電壓V1調整為第二電壓V2。系統裝置160基於第二電壓V2而啟動且被供電。經啟動的系統裝置160提供第一替代電源VA1以及第二替代電源VA2。於步驟S430中，在啟動系統裝置160之後，透過第一O型環二極體電路130以將第一替代電源VA1供電給嵌入式控制器150，透過第二O型環二極體電路140以將第二替代電源VA2供電給系統裝置160，且降壓電路110與升壓電路120在系統裝置160被啟動且經過預定延遲時間之後被關閉。圖4所述方法中各步驟的細節請參照前述各實施例。

本發明實施例所述電源管理裝置及電源轉換的方法在電子系統啟動時，經由降壓電路及升壓電路來對嵌入式控制器及系統裝置進行啟動及供電，並且啟動後的系統裝置會透過對應元件 (如，替代電源供應裝置中的充電晶片)產生替代電源，從而使替代電源分別透過兩個O型環二極體電路來維持降壓電路及升壓電路的供電。並且，在嵌入式控制器及系統裝置啟動完且正常運作後，會在經過預定延遲時間之後關閉降壓電路及升壓電路，以節省降壓電路及升壓電路的電源消耗。

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

100:電源管理裝置

110:降壓電路

120:升壓電路

130:第一O型環二極體電路

140:第二O型環二極體電路

150:嵌入式控制器

160:系統裝置

Vin:輸入電壓

V1:第一電壓

V2:第二電壓

ALTP1:第一替代電源路徑

ALTP2:第二替代電源路徑

VA1:第一替代電源

VA2:第二替代電源

Claims (9)

1. 一種電源管理裝置，包括：降壓電路，耦接輸入電源，用以將所述輸入電源提供的輸入電壓調整為第一電壓，其中嵌入式控制器基於所述第一電壓而啟動且被供電；升壓電路，耦接所述降壓電路，用以獲得所述第一電壓，並將所述第一電壓調整為第二電壓；第一O型環二極體電路，耦接於所述降壓電路、第一替代電源路徑以及所述嵌入式控制器；以及第二O型環二極體電路，耦接於所述升壓電路、第二替代電源路徑以及系統裝置，其中所述系統裝置基於所述第二電壓而啟動且被供電，經啟動的所述系統裝置在所述第一替代電源路徑上提供第一替代電源，且在所述第二替代電源路徑上提供第二替代電源，其中，在啟動所述系統裝置之後，所述第一O型環二極體電路將所述第一替代電源供電給所述嵌入式控制器，所述第二O型環二極體電路將所述第二替代電源供電給所述系統裝置，且所述降壓電路與所述升壓電路在所述系統裝置被啟動且經過預定延遲時間之後被關閉。
2. 如請求項1所述的電源管理裝置，其中所述第一O型環二極體電路包括：第一二極體，其陽極端耦接所述降壓電路以作為所述第一O型環二極體電路的第一輸入端；以及第二二極體，其陽極端耦接所述第一替代電源路徑的一端以作為第一O型環二極體電路的第二輸入端，且所述第一二極體的陰極端耦接所述第二二極體的陰極端且作為所述第一O型環二極體電路的輸出端，其中，在所述降壓電路提供所述第一電壓至所述第一O型環二極體電路的所述第一輸入端時，所述第一O型環二極體電路基於所述第一電壓以供電給所述嵌入式控制器，在所述第一替代電源透過所述第一替代電源路徑提供至所述第一O型環二極體電路的所述第二輸入端時，所述第一O型環二極體電路基於所述第一電壓以及所述第一替代電源中的最大者以供電給所述嵌入式控制器。
3. 如請求項1所述的電源管理裝置，其中所述降壓電路透過所述第一O型環二極體電路以將所述第一電壓提供給所述升壓電路。
4. 如請求項1所述的電源管理裝置，其中所述第二O型環二極體電路包括：第三二極體，其陽極端耦接所述升壓電路以作為所述第二O型環二極體電路的第一輸入端；以及第四二極體，其陽極端耦接所述第二替代電源路徑的一端以作為第二O型環二極體電路的第二輸入端，且所述第三二極體的陰極端耦接所述第四二極體的陰極端且作為所述第二O型環二極體電路的輸出端，其中，在所述升壓電路提供所述第二電壓至所述第二O型環二極體電路的所述第一輸入端時，所述第二O型環二極體電路基於所述第二電壓以啟動並供電給所述系統裝置，在所述第二替代電源透過所述第二替代電源路徑提供至所述第二O型環二極體電路的所述第二輸入端時，所述第二O型環二極體電路基於所述第二電壓以及所述第二替代電源中的最大者以供電給所述系統裝置。
5. 如請求項1所述的電源管理裝置，其中所述系統裝置包括：電源傳輸控制器，耦接所述第二O型環二極體電路的輸出端，用以透過所述第二O型環二極體電路而獲得所述第二電壓，並基於所述第二電壓而啟動且被供電；電源輸入路徑開關，耦接且受控於所述電源傳輸控制器，其中所述電源輸入路徑開關的第一端接收所述輸入電壓；以及替代電源供應裝置，耦接所述電源輸入路徑開關的第二端，其中在所述電源輸入路徑開關導通其兩端時，基於所述輸入電壓以在所述第一替代電源路徑上提供第一替代電源，且在所述第二替代電源路徑上提供第二替代電源。
6. 如請求項5所述的電源管理裝置，其中所述替代電源供應裝置包括：充電晶片，耦接所述電源輸入路徑開關的所述第二端，用以將所述輸入電壓轉換為第三電壓；第一替代電源轉換器，耦接所述充電晶片及所述第一替代電源路徑，用以將所述第三電壓轉換為所述第一替代電源路徑上的所述第一替代電源；以及第二替代電源轉換器，耦接所述充電晶片及所述第二替代電源路徑，用以將所述第三電壓轉換為所述第二替代電源路徑上的所述第二替代電源。
7. 如請求項5所述的電源管理裝置，其中所述系統裝置更包括：電源輸出路徑開關，耦接且受控於所述電源傳輸控制器，其中，在所述電源輸出路徑開關導通時，基於所述第二替代電源以對通用序列匯流排埠的電源輸出端供電。
8. 如請求項5所述的電源管理裝置，更包括：延遲電路，耦接所述升壓電路以及所述降壓電路，其中，所述升壓電路以及所述降壓電路經設定以透過所述延遲電路而在所述電源傳輸控制器被啟動且經過所述預定延遲時間之後被關閉。
9. 一種電源轉換的方法，適用於包括降壓電路以及升壓電路的電源管理裝置，所述方法包括：透過所述降壓電路以將所述輸入電源提供的輸入電壓調整為第一電壓，其中嵌入式控制器基於所述第一電壓而啟動且被供電；透過所述升壓電路以將所述第一電壓調整為第二電壓，其中系統裝置基於所述第二電壓而啟動且被供電，經啟動的所述系統裝置提供第一替代電源以及第二替代電源；以及在啟動所述系統裝置之後，透過第一O型環二極體電路以將所述第一替代電源供電給所述嵌入式控制器，透過所述第二O型環二極體電路以將所述第二替代電源供電給所述系統裝置，且所述降壓電路與所述升壓電路在所述系統裝置被啟動且經過預定延遲時間之後被關閉。