專利名稱：集成電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于提供復(fù)數(shù)個(gè)分別具有單獨(dú)特性(例如電壓、電流)的電力信號(hào)的電源系統(tǒng)。本發(fā)明更具體而言涉及用于便攜式計(jì)算機(jī)的電源、電源系統(tǒng)、芯片組設(shè)計(jì)及電力管理方法。
背景技術(shù)：
首先，將對(duì)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行某些基本的說(shuō)明?！半娏π盘?hào)”一般是指通過(guò)導(dǎo)電路徑傳送的任何電力-電力信號(hào)一般并不載送任何實(shí)質(zhì)的信息成分且主要是為了使其提供電力及能量來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需。本文中所述的“電力源”是指電力來(lái)源，其不具有用于直接驅(qū)動(dòng)所涉及負(fù)載的恰當(dāng)?shù)碾姎馓匦?例如電壓、調(diào)壓、電流)。電源的實(shí)例包括從傳統(tǒng)的墻壁插座中得到的交流(“ac”)電及蓄電池電源。
本文中所述的“電源”是指任何能改變電力信號(hào)的特性以使改變或變換后的電力信號(hào)可用于直接(或至少更直接地)驅(qū)動(dòng)所涉及負(fù)載的裝置。“電源系統(tǒng)”是任何包括一個(gè)或多個(gè)電源的系統(tǒng)。在本文中將主要著重于帶有多個(gè)電源并體現(xiàn)出某種程度的電源硬件集成度的電源系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)常常需要輸出不止一種經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電壓。例如，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所用的電源系統(tǒng)通常需要為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中需要用電的各種組件輸出數(shù)種電壓。例如，計(jì)算機(jī)的電源系統(tǒng)可能需要輸出5V、3.3V及1.5V的電壓，這是因?yàn)楦鞣N計(jì)算機(jī)組件具有不同的用電要求或者是因?yàn)橥唤M件在不同時(shí)刻需要使用不同的電壓。
盡管使用兩種或更多種經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的直流電壓這一要求并不是計(jì)算機(jī)所獨(dú)有的，然而，由于所需要的經(jīng)調(diào)節(jié)電力信號(hào)的數(shù)量相對(duì)較大、電壓調(diào)節(jié)需要具有高的精度及精確度且存在空間限制，因而計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)在電源方面向人們提出了挑戰(zhàn)。就空間布局而言，計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)電源系統(tǒng)的各種封裝及其他組件通常分布于主板或母板上方的空間中，這將在下文中進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。
在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)中，電源系統(tǒng)是造成有害的發(fā)熱及能量浪費(fèi)的主要原因。在例如平板計(jì)算機(jī)及其他膝上型系統(tǒng)等緊湊式計(jì)算機(jī)中，此種發(fā)熱及能量浪費(fèi)是一受到高度關(guān)注的問(wèn)題，這是因?yàn)?1)這些緊湊式計(jì)算機(jī)只具有很小的空間，有害的熱量往往會(huì)在其中聚集；及(2)可供用于冷卻系統(tǒng)(例如冷卻風(fēng)扇)的空間及/或電力往往較少。使能量浪費(fèi)在緊湊式計(jì)算機(jī)中如此受關(guān)注的另一個(gè)原因在于，這些計(jì)算機(jī)更通常是依靠蓄電池電力來(lái)工作，且能量浪費(fèi)會(huì)縮短在需要使用外部電力(例如蓄電池充電)之前計(jì)算機(jī)可工作的時(shí)間量。使能量浪費(fèi)如此受關(guān)注的另一個(gè)原因在于，所浪費(fèi)的能量是以熱量形式消散并會(huì)加重上面所述的發(fā)熱問(wèn)題。
在PC中，電源系統(tǒng)一般是一組大約7個(gè)到12個(gè)單獨(dú)的電源。PC中的整個(gè)電力流通常穿過(guò)電源系統(tǒng)，有時(shí)是經(jīng)過(guò)多個(gè)級(jí)。由于單元效率一般約為80至90％，且由于存在級(jí)聯(lián)(蓄電池充電器/系統(tǒng)5V/核心電力；蓄電池充電器/逆變器)，因而總的電源效率通常為80％甚至更低。因此，在電源系統(tǒng)中，總的系統(tǒng)電力中通常會(huì)有20％或以上被浪費(fèi)掉，而這些電力必定是以有害的熱量形式消散。
至少部分地緣于上面所述的效率、能量及發(fā)熱問(wèn)題，人們正在努力設(shè)計(jì)更高效率的電源。例如，頒予Hazucha等人的第6,559,492號(hào)美國(guó)專利即揭示一種制作于半導(dǎo)體電路小片上的高效率dc-dc轉(zhuǎn)換器。作為另一實(shí)例，頒予Wilcox等人的第2002/0017897號(hào)公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)案揭示一種高效率開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。傳統(tǒng)的高效率dc-dc轉(zhuǎn)換器一般具有高于80％的效率且可甚至能夠?qū)嶋H上達(dá)到高于90％的效率。
存在許多種dc-dc轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中降壓及升壓這兩種最為常用。大多數(shù)電源系統(tǒng)僅以降壓模式工作，因?yàn)榕c降壓系統(tǒng)相比，升壓的效率通常甚至更低且其成本更高。遺憾的是，僅進(jìn)行降壓的電源系統(tǒng)需要使用由三個(gè)或四個(gè)電池(約8至16伏)構(gòu)成的蓄電池串聯(lián)串并具有相伴隨的平衡及分配限制問(wèn)題。這些多電池串聯(lián)串極大地限制了蓄電池設(shè)計(jì)者將蓄電池容量封裝于奇特形狀的空間中的能力。
個(gè)人計(jì)算機(jī)所用的傳統(tǒng)電源系統(tǒng)一般包括如下組件中的至少某些電力輸入電路，電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件，電力輸出電路，及控制電路?，F(xiàn)在將對(duì)這些組件逐一進(jìn)行解釋。
電力輸入電路將電力信號(hào)從電力源(例如蓄電池，墻壁插座變壓器)傳送至電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件。電力輸入電路在傳統(tǒng)上包括用于對(duì)來(lái)自電力源的信號(hào)進(jìn)行選擇性選路的開(kāi)關(guān)。這些電力輸入電路開(kāi)關(guān)在傳統(tǒng)上是在空間上相互遠(yuǎn)離地分布于板上。
在電源電路中，包含電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及/或無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件的電路部分通常稱作dc-dc轉(zhuǎn)換器或(更一般地)電力轉(zhuǎn)換器。在電力轉(zhuǎn)換器部分中，通過(guò)借助電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及/或無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件的作用以某種方式改變電氣特性(例如電壓、補(bǔ)償、電流、調(diào)節(jié)度)，將從電力源輸入的電力信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換成向計(jì)算機(jī)其余部分輸出的輸出電力信號(hào)。在dc-dc轉(zhuǎn)換器中，dc電壓的大小可隨時(shí)間變化(例如根據(jù)正由所述dc-dc轉(zhuǎn)換器的電力輸出供電的CPU的電力需求而變化)。
包含電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的電源-在本文件中首先對(duì)其進(jìn)行著重說(shuō)明-稱作切換式電源。電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的相對(duì)快速的接通/斷開(kāi)操作使切換式電源賦予電源一定的離散或數(shù)字性質(zhì)。不包含電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的電源-在本文件中其次對(duì)其進(jìn)行著重說(shuō)明-則稱作線性電源。
無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件(在本文中有時(shí)統(tǒng)稱為“無(wú)源組件”)一般采取電感器、電容器及/或變壓器形式。在切換式電源中，由電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制流入及/或流出這些無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件的電力流，從而將輸入電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成一輸出電力信號(hào)。電力輸入開(kāi)關(guān)與電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)二者在某種意義上均決定流過(guò)電源的電力流。電力輸出開(kāi)關(guān)也是如此。然而，相對(duì)于無(wú)源組件的暫態(tài)性能而言，電力輸入及輸出開(kāi)關(guān)一般是以長(zhǎng)的時(shí)間間隔進(jìn)行切換。因此，電力輸入及輸出開(kāi)關(guān)實(shí)際上用作電力信號(hào)的接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)或者選路控制元件。相反，電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)則一般以相對(duì)較短的時(shí)間間隔進(jìn)行切換。此即電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)如何幫助轉(zhuǎn)換電力信號(hào)，而非用于關(guān)斷經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號(hào)。電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)一般位于板上在空間上相互遠(yuǎn)離、遠(yuǎn)離電力輸入開(kāi)關(guān)及遠(yuǎn)離電力輸出開(kāi)關(guān)的位置處。
電力輸出電路將電力信號(hào)從電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件傳送至需要用電的計(jì)算機(jī)組件。這些被供電的計(jì)算機(jī)組件通常包括核心(或CPU)、存儲(chǔ)器、卡總線、時(shí)鐘、顯示器背光燈、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輸入裝置(例如鍵盤(pán)、鼠標(biāo))、冷卻風(fēng)扇等等。電力輸出電路將不同電源的不同電力輸出信號(hào)選擇性地選路至不同的目的地。這些電力輸入電路開(kāi)關(guān)通常在板上在空間上相互遠(yuǎn)離地分布，盡管某些CPU具有經(jīng)過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)的集成的電力輸出切換塊。
所述控制電路控制電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的工作并可另外在某種程度上控制電力輸入及輸出開(kāi)關(guān)的工作。在切換式電源中，用于切換電源的控制電路一般包括驅(qū)動(dòng)電路及用于控制電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的工作的邏輯。用于切換電源的控制電路常常包括電流及/或電壓傳感電路及邏輯，以使輸入電力信號(hào)及/或輸出電力信號(hào)可作為驅(qū)動(dòng)器邏輯的輸入來(lái)用于正確地確定如何通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。用于多個(gè)電源的控制電路在傳統(tǒng)上有時(shí)以一集成電路(IC)形式集成入單個(gè)外殼內(nèi)。如下文所將解釋，單個(gè)電源的開(kāi)關(guān)的控制電路有時(shí)與所述單個(gè)電源的電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)相集成。
由于低功率處理器及外圍設(shè)備的電源復(fù)雜度已有所增大，因而板空間中專用于電源系統(tǒng)的量及/或比例也有所增大。此種增大的復(fù)雜度還導(dǎo)致電源系統(tǒng)的相對(duì)成本有所升高。這是因?yàn)閺?fù)雜的電力需求要求專門(mén)對(duì)電源系統(tǒng)使用更多的硬件組件、作出更大的電子設(shè)計(jì)能力、實(shí)體布局設(shè)計(jì)努力及/或發(fā)熱設(shè)計(jì)努力。
存在某些原因使人們尚未廣泛地集成其他電源系統(tǒng)組件。當(dāng)功率水平很高且效率偏低時(shí)，將高功率開(kāi)關(guān)與dc-dc轉(zhuǎn)換器的控制電路相集成通常并不可取。這是因?yàn)楦吖β书_(kāi)關(guān)會(huì)散發(fā)熱量。由于切換式電源無(wú)法容易地進(jìn)行集成，因而切換式電源的板布局仍是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性且可能成本較高的設(shè)計(jì)工作。目前，大多數(shù)芯片組供應(yīng)商均提供功率基準(zhǔn)設(shè)計(jì)(包括組件選擇及布局)來(lái)為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者提供支持。即使存在此種支持，電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也仍在便攜式計(jì)算機(jī)主板的設(shè)計(jì)難度中占主要的部分。差的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的功率消耗過(guò)大、發(fā)熱量過(guò)大、性能較差及/或性能不穩(wěn)定。
盡管存在上面所述的困難，人們?nèi)栽陔娫聪到y(tǒng)集成方面作出了某些有限的能力?，F(xiàn)在將對(duì)這些能力中的某些能力進(jìn)行說(shuō)明。
頒予Hwang等人的第2002/0188875號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)案揭示一種包括一集成電路的電壓控制。在所述集成電路中設(shè)置有用于三個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換器控制器。然而，其并未揭示這三個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器本身位于所述集成電路中。
頒予Shi等人的第6,583,520號(hào)美國(guó)專利揭示一種包括一混合4合1電力控制器芯片的電源系統(tǒng)，所述混合4合1電力控制器芯片集成有一同步降壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器、一標(biāo)準(zhǔn)的降壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器、一線性控制器及一線性調(diào)節(jié)器。如在該文件的圖1A及1B中的虛線輪廓所示，據(jù)揭示，Shi等人的電源系統(tǒng)中的許多電路集成于單個(gè)芯片中。
頒予Nam等人的第2003/0102489號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案揭示一種具有一封裝結(jié)構(gòu)的電力裝置，其中所述封裝包括一開(kāi)關(guān)裝置(即一晶體管)及一驅(qū)動(dòng)裝置(即一控制集成電路芯片)。然而，Nam等人的封裝是單個(gè)電源，而不是多個(gè)輸出電源系統(tǒng)。
不對(duì)“背景技術(shù)”部分承擔(dān)責(zé)任的聲明就上面在背景技術(shù)部分中所述的特定公開(kāi)案而言，這些說(shuō)明不應(yīng)視為承認(rèn)所述公開(kāi)案(例如專利)為專利法意義上的現(xiàn)有技術(shù)。例如，某些或所有所述公開(kāi)案可能在時(shí)間上不夠早，可能不反映在時(shí)間上足夠早地開(kāi)發(fā)出的標(biāo)的物及/或可能不足以作為專利法意義上的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的至少某些實(shí)施例涉及電源系統(tǒng)、尤其是切換式電源系統(tǒng)的集成程度及/或類型。此種更高的電源集成度可帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的至少某些實(shí)施例因至少某些如下原因而較佳(1)電源系統(tǒng)所需的襯底空間減??；(2)為將電源系統(tǒng)置于襯底上所需的機(jī)械設(shè)計(jì)工作減少；(3)組件個(gè)數(shù)減少且相應(yīng)地在制造計(jì)算機(jī)中所涉及的硬件邏輯問(wèn)題減少；(4)由于電源系統(tǒng)發(fā)出的熱量集中，因而可更有效地進(jìn)行冷卻；(5)可提供更大數(shù)量的電力信號(hào)并相應(yīng)地在選擇及/或設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的外圍子系統(tǒng)中提供更大的靈活性；(6)集成的I/O埠及總線連接意味著可需要更少的硬件來(lái)將電力信號(hào)以電方式傳送至不同的位置及/或傳送出襯底；(7)與微處理器或CPU的通信得到改良，此可使得能更好地存取賴以控制所述電源的信息；(8)使對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通電及斷電控制得到改良；(9)使電源系統(tǒng)的可編程性更易實(shí)現(xiàn)；(10)需要包含在整套電源系統(tǒng)中的封裝及/或組件數(shù)量減少；(11)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的成本降低。
大體而言，本發(fā)明的許多實(shí)施例涉及到電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、某些控制邏輯(例如開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制器)及用于接收額外控制(例如模式控制)的端口在單個(gè)封裝外殼(參見(jiàn)“定義”部分)內(nèi)的集成。較佳地，該外殼包含一個(gè)(或多個(gè))構(gòu)建所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及控制邏輯的集成電路芯片。較佳地，所述封裝通過(guò)傳統(tǒng)的倒裝芯片構(gòu)造方法形成為倒裝芯片。本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及到在一包含電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的封裝上安裝外部組件(例如無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件，例如電容器)。


圖1為一根據(jù)本發(fā)明的第一電源系統(tǒng)的示意圖；圖2為圖1所示電源系統(tǒng)的電橋100部分的示意圖；圖3為一包含圖1所示電源系統(tǒng)的電路板的透視圖；圖4A至4D為可用于本發(fā)明電源中的電力轉(zhuǎn)換電路的四個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖5為一包含一本發(fā)明電源的第二實(shí)施例的母板的俯視圖；圖6為圖5所示母板的仰視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，在論述圖中所示實(shí)施例之前，將論述一種用于便攜式計(jì)算機(jī)的電源系統(tǒng)的一很一般的實(shí)例性實(shí)施例。在該實(shí)施例中，一小的集成模塊在一側(cè)上的CPU、存儲(chǔ)器及其他耗電負(fù)載與另一側(cè)上的電力資源(蓄電池，ac適配器輸入)之間形成一電橋。所述高度集成的電力管理模塊(電橋)包括多個(gè)電源、一有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)各電源及輸入/輸出(I/O)端口進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的邏輯控制模塊。所述I/O端口有利于實(shí)現(xiàn)所述邏輯控制模塊與其他計(jì)算機(jī)組件之間的通信。
所述電源為dc-dc轉(zhuǎn)換器。每一dc-dc轉(zhuǎn)換器均包括一有源控制功能、若干高速開(kāi)關(guān)及若干開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、電容器及一個(gè)或多個(gè)磁性組件。所述磁性組件較大且因此位于所述電橋外面。可在所述電橋內(nèi)集成一定的高頻電容以形成一混合模塊，但大多數(shù)電容器將與磁性組件一起位于所述電橋外面。
為在便攜式計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)節(jié)電，通常在不需要使用計(jì)算機(jī)的全部功能時(shí)調(diào)整微處理器核心的電源的電壓并關(guān)斷某些其他電源。在該實(shí)施例中，通過(guò)在所述電橋內(nèi)包含一邏輯控制塊來(lái)協(xié)調(diào)并有利于實(shí)現(xiàn)這些電力管理功能。所述邏輯控制塊還用于管理蓄電池充電功能、屏幕亮度功能、冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速及其他功能。
為使便攜式計(jì)算機(jī)中的其他芯片組組件及控制器可使其功率需求與所述電橋的作業(yè)及設(shè)定值協(xié)調(diào)，所述電橋配備有適當(dāng)?shù)耐ㄐ哦丝冢缤ㄓ么锌偩€(USB)、集成電路間(I2C)線路及專用(固定)I/O線路。
作為高度集成的一通常的結(jié)果，預(yù)計(jì)該電橋?qū)嵤├龑⑹轻槍?duì)具體芯片組的。所述邏輯控制塊較佳可編程，從而允許隨時(shí)對(duì)許多dc-dc轉(zhuǎn)換器及其所用演算法進(jìn)行重新配置。然而，在某些應(yīng)用中，出于功能方面的原因、經(jīng)濟(jì)方面的原因或其他原因，電橋制造商可能會(huì)限制邏輯控制塊的可編程性。
圖1至3顯示電橋100。在本發(fā)明的該較佳實(shí)施例中，電橋100滿足便攜式計(jì)算機(jī)(位單獨(dú)顯示)的所有電源需求。首先將標(biāo)識(shí)圖1至3中的各個(gè)組件，然后將論述所述組件的硬件、作業(yè)及功能性。
如在圖3中所示，所述電橋與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)170、180、190中的其他組件一起安裝于板90上。由封裝外殼101對(duì)所述電橋進(jìn)行包封及保護(hù)。圖1顯示電橋100及與其交互作用的某些組件的示意圖。更具體而言，電橋100從蓄電池150a及ac適配器160接收其輸入電力信號(hào)。所述電橋借助外部組件170及邏輯I/O 180將輸入電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出電力信號(hào)。所述電橋的輸出電力信號(hào)為負(fù)載190供電。
如在圖2中電橋100的示意圖中所示，電橋100包括電力輸入塊110，控制邏輯塊120，接通/斷開(kāi)控制塊130，支持電源塊132，內(nèi)部通信總線134，A/D總線136及電力輸出塊138和電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊102、104、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149。
如在圖1及2中所進(jìn)一步顯示，電力輸入塊110包括蓄電池A連接線112、蓄電池B連接線114及ac適配器連接線116。如在圖2中所示，控制邏輯塊120包括USB端口122、I2C端口124及固定端口126。如在圖2中所示，電橋100的電力轉(zhuǎn)換模塊包括反相器背光燈模塊102、線性參考模塊104、轉(zhuǎn)換器A(核心)140、轉(zhuǎn)換器B(+5V)141、轉(zhuǎn)換器C(+3.3V)142、轉(zhuǎn)換器D(+2.5V)143、轉(zhuǎn)換器E(+1.8V)144、轉(zhuǎn)換器F(+1.5V)145、轉(zhuǎn)換器G(+1.25V)146、轉(zhuǎn)換器H(+1.20V)147、轉(zhuǎn)換器I(+1.05V)148及轉(zhuǎn)換器J(主蓄電池充電)149。各電力轉(zhuǎn)換模塊的圓括號(hào)中的部分是指其各自的輸出電壓及/或功能性。
輸出電力開(kāi)關(guān)模塊138包括輸出連接線138a至138u。將這些輸出連接線命名如下138a 核心138b 5V_S3138c 5V_S1138d 5V_S0138e 5V_卡總線138f 5V_USB138g 3.3_S3138h 3.3_S1138i 3.3_EC138j 2.5_S3138k 2.5_S1138l 1.8_S3138m 1.8_S1138n 1.5_S3138o 1.5_S1138p 1.25S1
138q1.2_S1138r1.05_S1138s2.5V_ref138t冷卻風(fēng)扇；及138u背光燈AC LV。
在開(kāi)始論述電橋的作業(yè)之前，首先應(yīng)指出，所述電橋需要使用一個(gè)或多個(gè)電力源來(lái)提供電力。在大多數(shù)或所有情形中，所述電力源均將位于所述電橋外部。所述電橋?qū)⑺峁┑碾娏M(jìn)行轉(zhuǎn)換以針對(duì)計(jì)算機(jī)的各種電力需求來(lái)形成數(shù)個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的dc電力輸出。如在圖1中所示，電橋100的電力源為蓄電池150及ac適配器160。蓄電池150較佳為設(shè)計(jì)用于便攜式計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)鋰離子蓄電池。ac適配器較佳為一用于從墻壁插座接收ac電力并將該電力轉(zhuǎn)換成dc電力信號(hào)的傳統(tǒng)ac適配器。
更具體而言，蓄電池150較佳是最低電壓為3V、最高電壓為4.2V的鋰離子電池的并聯(lián)組合。該電壓通常并不經(jīng)過(guò)嚴(yán)格調(diào)節(jié)，但電壓調(diào)節(jié)是電源系統(tǒng)的其中一種功能。每一蓄電池較佳包括監(jiān)控及安裝切換電路。該接口中的通信為正常的通信。蓄電池可請(qǐng)求充電電壓及電流。AC適配器160較佳以5V或6V至24V的標(biāo)稱值來(lái)供電。應(yīng)注意，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中也可使用其他及/或替代電力源。這些電力源包括現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)即將開(kāi)發(fā)出的其他類型的蓄電池、燃料電池及太陽(yáng)能電力源。
如在圖1中所示，所述電橋通過(guò)電力信號(hào)路徑192向各種負(fù)載190輸出多個(gè)電力信號(hào)。對(duì)于該實(shí)例性便攜式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，由所述電橋供電的負(fù)載包括核心(CPU)，存儲(chǔ)器，卡總線，電腦塢，顯示器背光燈，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)，輸入裝置(例如鼠標(biāo)、鍵盤(pán))及冷卻風(fēng)扇。
邏輯I/O塊180表示與計(jì)算機(jī)、尤其是與芯片組及/或嵌入式控制器進(jìn)行的數(shù)字通信。此即所述電橋隨著時(shí)間來(lái)確定電力輸出需求及其應(yīng)執(zhí)行的其他任務(wù)的方式。較佳地，邏輯I/O塊180是所述電橋中一接收、解碼及分配這些數(shù)字命令信號(hào)的嵌入式微控制器。
現(xiàn)在將論述所述電橋的內(nèi)部部分。所述電橋較佳形成為一包封于封裝外殼101內(nèi)的半導(dǎo)體電路小片集成電路芯片。封裝外殼101是一傳統(tǒng)的封裝，其用于保護(hù)半導(dǎo)體電路小片集成電路芯片(未單獨(dú)顯示)并包括用于使電力信號(hào)及其他信號(hào)在集成電路芯片與板90之間進(jìn)行選路的信號(hào)路徑。如下文參照?qǐng)D2所論述，圖1至3中的電源系統(tǒng)將封裝外殼101內(nèi)的電源系統(tǒng)的許多部分集成于所述集成電路芯片上。另一選擇為，所述封裝外殼可包含多個(gè)芯片或者可在將來(lái)開(kāi)發(fā)出的其他類型的極小規(guī)模電路。
圖2中所示的電力輸入塊110是一實(shí)例性的輸入切換塊。所述電力輸入塊是一組開(kāi)關(guān)，其選擇性地從連接線112、114、116向電橋的電力轉(zhuǎn)換電路(例如電力轉(zhuǎn)換模塊102、104、140-149)投送電力輸入信號(hào)。電力輸入信號(hào)的選擇性投送通常將按照現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)將開(kāi)發(fā)出的算法而依賴于蓄電池及ac電源的狀態(tài)。所述電力輸入塊與電源系統(tǒng)中的許多其余組件一起集成于集成電路芯片中，而非在板90上在空間上分布。
電力輸入塊110較佳使用標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)管理總線端口及通信協(xié)議(這是現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))與蓄電池150進(jìn)行接口。當(dāng)存在ac適配器電源時(shí)，電力輸入塊110的切換塊較佳檢測(cè)到其存在并將來(lái)自ac適配器的電力輸入連接至其他電橋功能。如果需要對(duì)兩個(gè)蓄電池之一進(jìn)行充電，則所述電力輸入塊較佳將蓄電池充電電源連接至要充電的蓄電池。當(dāng)不存在或已移除AC適配器電源時(shí)，使用蓄電池作為電力源。在此種情形中，所述電力輸入塊以一種能維持電力連續(xù)性的方式連接一蓄電池作為電橋的電力源。
圖2中所示的電力輸出塊138為一實(shí)例性輸出切換塊。所述電力輸入塊是一組開(kāi)關(guān)，其選擇性地從電橋的電力轉(zhuǎn)換電路(例如電力轉(zhuǎn)換模塊102、104、140-149)投送輸出電力信號(hào)。電力輸出信號(hào)的選擇性投送通常將按現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)將開(kāi)發(fā)出的算法所確定而依賴于負(fù)載190的電力需求。所述電力輸出塊與電源系統(tǒng)中的許多其余組件一起集成于集成電路芯片中，而非在板90上在空間上分布。
電力輸出塊138較佳提供電力管理、電力分配及保護(hù)性限流(以現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)將開(kāi)發(fā)出的方式)。較佳地，對(duì)各個(gè)輸出138a至138u進(jìn)行的電流傳感(未單獨(dú)顯示電流傳感構(gòu)件)使所述電橋能夠防止其自身過(guò)載并同時(shí)防止出現(xiàn)負(fù)載故障、連接跡線故障及其他短路。在許多情形中，此種電流傳感及保護(hù)特征可使得無(wú)需使用熱熔絲。
許多電力輸出塊算法牽涉到關(guān)斷不需要的或不希望使用的輸出。在某些情形中，兩個(gè)不同的dc-dc轉(zhuǎn)換器可設(shè)定為用于驅(qū)動(dòng)同一輸出(例如5V)的替代源，但處于不同的電流電平。此可有助于提高效率，這是因?yàn)楫?dāng)為低電流負(fù)載供電時(shí)，針對(duì)大電流性能來(lái)優(yōu)化的dc-dc轉(zhuǎn)換器通常將效率偏低。
現(xiàn)在將論述所述電橋所執(zhí)行的電力轉(zhuǎn)換。電力轉(zhuǎn)換是由包含于所述電橋及外部組件170中的電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及無(wú)源電力轉(zhuǎn)換組件來(lái)執(zhí)行。如在圖2中所示，一組與無(wú)源組件、無(wú)源外部組件相結(jié)合地工作的電力轉(zhuǎn)換模塊102、104、140-149對(duì)輸入電力信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以獲得具有為各種負(fù)載190所需的經(jīng)調(diào)節(jié)電壓、受控電流或其他特性的電力輸出信號(hào)。
各電力轉(zhuǎn)換模塊與圖2中所示的其他塊一起集成入集成電路芯片內(nèi)。每一電力轉(zhuǎn)換模塊均包括電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(在圖2中未單獨(dú)顯示)及為操作這些電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)所需的任何驅(qū)動(dòng)硬件(在圖2中未單獨(dú)顯示)。這些電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電力穿過(guò)無(wú)源組件(在圖1中大體顯示為外部組件170)的流動(dòng)。所述外部組件將較佳包括電容器及/或電感器，并還可包括變壓器、電阻器及/或在將來(lái)可能開(kāi)發(fā)出的其他類型的無(wú)源組件。盡管圖1至3所示實(shí)施例中的無(wú)源組件均為外部組件，然而某些或所有這些組件也可包含于封裝外殼101內(nèi)-或者集成入集成電路芯片內(nèi)，或者作為單獨(dú)的件與所述芯片一起駐存于封裝內(nèi)。事實(shí)上，如果在將來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行磁路元件的小型化，則可更易于進(jìn)一步集成甚至磁路元件。出于在本文件中參照電橋的集成所述的許多原因，較佳對(duì)這些組件進(jìn)行集成。
將無(wú)源組件布置于封裝外殼外部的主要原因是其具有相對(duì)大的尺寸、熱量及三維輪廓。大體而言，任何電容器均應(yīng)盡可能靠近包含電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的封裝外殼布置。這是因?yàn)殡娙萜髋c其他電力轉(zhuǎn)換電路之間的電流路徑變長(zhǎng)會(huì)使有害的電感增大。除將外部電容布置于封裝外殼的外表面上以外，還可將電容器布置于板的與封裝外殼相對(duì)的底側(cè)上。電感器可通常遠(yuǎn)離封裝外殼布置，這是因?yàn)樵谀康臑樵龃箅姼械碾娐凡糠种?，電感的增大通常無(wú)關(guān)緊要。
節(jié)點(diǎn)及旁路電容器較佳為兩種類型(1)甚高頻電容器；及(2)較低頻率電容器。甚高頻電容器尺寸較小且較佳布置于電橋頂部并直接布置于電路板90下方。較低頻率電容器則與高頻電容器進(jìn)行電氣并聯(lián)并在空間上緊密靠近電橋布置于電路板上。
四個(gè)實(shí)例性替代電力轉(zhuǎn)換示意圖(包括電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及外部組件)分別顯示于圖4A至4D中。這些電力轉(zhuǎn)換方案為可在本發(fā)明中使用的電力轉(zhuǎn)換電路類型的實(shí)例。
圖4A中所示的電力轉(zhuǎn)換電路300包括電力源302、電容器304、308、電感器306及電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)320、322。圖4B中所示的電力轉(zhuǎn)換電路400包括電力源402、電容器404、408、電感器406及電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)420、422。圖4C中所示的電力轉(zhuǎn)換電路500包括電力源502、電容器504、506、電感器508及電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)520、522。圖4D中所示的電力轉(zhuǎn)換電路600包括電力源602、電容器604、608、電感器606及電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)620、622、624、628。在所有這些電力轉(zhuǎn)換方案300、400、500、600中(1)較佳將所有電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成入位于單個(gè)封裝外殼內(nèi)的集成電路上；(2)較佳將電力源、電容器及電感器布置于該單個(gè)封裝外殼外部。
現(xiàn)在將論述各個(gè)電力轉(zhuǎn)換模塊102、104、140-149的用途。盡管通常非常希望使用且甚至在某些應(yīng)用中必需使用高效率(參見(jiàn)“定義”部分)的切換用dc-dc轉(zhuǎn)換器模塊，然而本發(fā)明也可適用于其他效率并不高的電力轉(zhuǎn)換器及電力轉(zhuǎn)換器模塊。本發(fā)明現(xiàn)在適用于及/或在將來(lái)可適用于高功率(參見(jiàn)“定義”部分)及低功率(參見(jiàn)“定義”部分)兩種電源。低功率電源的特征是所產(chǎn)生的有害熱量較少并可因此更易于設(shè)計(jì)及構(gòu)建。然而，由于本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的熱性能優(yōu)點(diǎn)(在下文中予以詳細(xì)說(shuō)明)，本發(fā)明的集成對(duì)于較高功率電源而言也較佳。
模塊A(核心)140響應(yīng)于來(lái)自其他計(jì)算機(jī)組件的命令而為微處理器核心提供一可精確調(diào)整的電壓。模塊A(核心)較佳具有一帶同步整流的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以在其電壓及電流范圍內(nèi)保持高的效率。此處，具有超高的效率通常非常重要，因?yàn)榉駝t模塊A(核心)可能成為電橋中一令人無(wú)法接受的大的發(fā)熱源。
模塊B(+5V)141提供5.0伏的固定電壓并較佳為降壓/升壓/直通型。類似地，模塊C(+3.3V)142提供3.3伏的固定電壓并較佳為降壓/升壓/直通型。數(shù)個(gè)其他降壓型dc-dc轉(zhuǎn)換器143、144、145、146、147、148提供較低的固定電壓或可調(diào)電壓。
電力轉(zhuǎn)換模塊(反相器背光燈)102不同于其他模塊104、140-149之處在于其電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是用于反相型電力轉(zhuǎn)換而非用于dc-dc電力轉(zhuǎn)換。更具體而言，便攜式計(jì)算機(jī)的屏幕是由熒光型背光燈來(lái)照明，這些熒光型背光燈需要使用約1500伏ac的啟動(dòng)電壓及約500伏ac的工作電壓。這較佳由一磁性或壓電型變壓器(未顯示)提供。該變壓器不包含于電橋內(nèi)，而是緊密靠近熒光燈布置。所述電橋向該高壓變壓器提供一約12伏的ac信號(hào)。具體而言，電力轉(zhuǎn)換模塊(反相器背光燈)102包括電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以用于將dc輸入電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成一適于用作變壓器的輸入電力信號(hào)的電力輸出信號(hào)。模塊102與其他dc-dc轉(zhuǎn)換器模塊104、140-149的集成證明，本發(fā)明的集成可擴(kuò)展至dc-dc轉(zhuǎn)換器電路的集成以外。
所提供的電流或負(fù)載循環(huán)可根據(jù)所需的屏幕亮度加以調(diào)整。這些燈占便攜式計(jì)算機(jī)的功率消耗的一相當(dāng)大的部分，且對(duì)這些燈的電流進(jìn)行有效控制對(duì)于進(jìn)行有效的電力管理而言非常重要。該負(fù)載循環(huán)及電力管理內(nèi)置及/或編程于邏輯塊120內(nèi)。
現(xiàn)在將論述電力輸出塊138的某些輸出連接138a-u。提供低功率輸出來(lái)為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者提供方便并降低計(jì)算機(jī)主板的成本及組件數(shù)目。這是一種可通過(guò)本發(fā)明的電源集成水平來(lái)節(jié)約板空間及/或板布局設(shè)計(jì)工作的方式。這些低功率輸出較佳包括一2.5伏的參考電壓輸出連接138s及一低功率3.3伏的輸出連接138i。這些低功率輸出138i、138s由線性參考模塊(+3.3vEC，2.5vref等等)104提供其電力輸出信號(hào)。
由模塊104經(jīng)由連接線138i提供的低功率3.3伏輸出信號(hào)用于在待機(jī)或斷電模式期間在其他模塊102、140-149關(guān)斷時(shí)為嵌入式控制器(“EC”)供電。
如在圖2中所示，控制邏輯塊120為如下組件提供協(xié)調(diào)的控制(1)電力輸入塊110的切換塊；(2)電力輸出塊138的切換塊；及(3)電橋的所有電源102、104、140-149。在圖2所示的實(shí)例性實(shí)施例中，控制邏輯塊120的工作速度未快到足以控制dc-dc轉(zhuǎn)換器102、104、140-149中的開(kāi)關(guān)行為。因此，由與每一轉(zhuǎn)換器相配套的專用電路來(lái)執(zhí)行此種開(kāi)關(guān)行為。然而，所述控制邏輯塊卻控制每一轉(zhuǎn)換器的工作模式并調(diào)整其輸出電壓或電流。其還控制電力輸入塊110及電力輸出塊138的運(yùn)行。過(guò)流保護(hù)及AC適配器-蓄電池切換功能通過(guò)與這些功能中每一種功能相配套的專用電路得到擴(kuò)充。這使所述控制邏輯塊能夠相對(duì)慢地運(yùn)行，并因而以相對(duì)低的功率消耗及提高的效率來(lái)運(yùn)行。
控制邏輯塊120配備有三個(gè)I/O端口USB端口122，I2C端口124及固定端口126。USB端口主要用于與芯片組進(jìn)行通信。I2C端口主要用于與EC進(jìn)行低開(kāi)銷的通信。固定端口則為一組固定用途的線路，其主要用于在中斷、斷電及高速通信。內(nèi)部通信總線134傳輸來(lái)往于控制邏輯塊的內(nèi)部信號(hào)。A/D總線136使所述控制邏輯塊能夠監(jiān)控輸入及輸出電壓以及溫度。所述控制邏輯塊與A/D總線一起工作來(lái)提供精確的電壓輸出及更安全地控制蓄電池充電。更具體而言，對(duì)充電電壓進(jìn)行限制以冗余地防止過(guò)度充電。
較佳通過(guò)所述控制邏輯塊的運(yùn)行以可編程方式控制每一電源的功能(包括輸出電壓)。類似地，固定用途端口的應(yīng)用及功能較佳可編程及可重新編程。然而，出于經(jīng)濟(jì)方面及其他方面的原因，在某些應(yīng)用中可能希望禁止或限制利用此種可編程性并使電橋用于具體芯片組。也可構(gòu)建用于支持存儲(chǔ)器或其他外圍設(shè)備的某些特定特征的配置?？稍陔姌蛑胁⑷肫渌布?或軟件來(lái)支持替代的蓄電池、替代的AC適配器電壓、額外的蓄電池或其他將來(lái)的電力源(例如燃料電池及太陽(yáng)能板)。
如果需要，所述電橋可監(jiān)控其串行及固定用途端口122、124、126上的行為，以判定芯片組組件及EC是正在運(yùn)行還是已“死機(jī)”。此種監(jiān)視功能能夠在可靠自動(dòng)的基礎(chǔ)上實(shí)施選擇性或通用的冷啟動(dòng)復(fù)位。這特別適用于預(yù)計(jì)在無(wú)操作員干預(yù)的情況下長(zhǎng)期運(yùn)行的計(jì)算機(jī)。
接通/斷開(kāi)控制塊130啟動(dòng)加電過(guò)程。其較佳為一連接至計(jì)算機(jī)的接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的超低功率功能。在傳統(tǒng)上，由計(jì)算機(jī)的EC啟動(dòng)加電過(guò)程。通過(guò)改為使用本發(fā)明的該專門(mén)功能塊，可使計(jì)算機(jī)的所有其他部件(包括EC在內(nèi))在計(jì)算機(jī)斷電時(shí)均處于完全斷電狀態(tài)。此可在長(zhǎng)的空閑時(shí)期內(nèi)節(jié)約蓄電池電力。
為進(jìn)一步解釋接通/控制塊130，應(yīng)指出，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)微控制器發(fā)生故障-其不再正確地響應(yīng)于輸入或控制輸出。便攜式計(jì)算機(jī)的EC在這一方面尤其討厭，尤其是當(dāng)其負(fù)責(zé)接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)接口時(shí)。在此種情形中，用戶唯一的依靠是移除計(jì)算機(jī)的所有電源，包括蓄電池電源，以便進(jìn)行冷啟動(dòng)復(fù)位。如果一個(gè)或多個(gè)電力源位于計(jì)算機(jī)內(nèi)部且不易移除，則可能需要在有資質(zhì)的維修技術(shù)人員幫助下進(jìn)行冷啟動(dòng)復(fù)位。而將所述接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)接口移至電橋內(nèi)一非?？煽康膶Ｓ每刂茐K內(nèi)便能夠使用戶可靠地實(shí)施冷啟動(dòng)復(fù)位。例如，可將所述接通/斷開(kāi)控制塊構(gòu)造及編程為通過(guò)將計(jì)算機(jī)的接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)按下一規(guī)定的持續(xù)時(shí)間來(lái)實(shí)施冷啟動(dòng)復(fù)位。
所述電橋自身的運(yùn)行需要使用受控的電源。每一dc-dc轉(zhuǎn)換器均需要使用一電源功能來(lái)為其自身的運(yùn)行供電。其邏輯流通常為低電壓(例如3V、5V)、高速門(mén)電路。此外，開(kāi)關(guān)也需要專門(mén)的電源來(lái)使其運(yùn)行(接通及斷開(kāi))。這些電源需求較佳設(shè)置成“自舉”電源(來(lái)自dc-dc轉(zhuǎn)換器輸出)與較小的專用電源(未單獨(dú)顯示)的混合。所述“自舉”電源與專用電源使用AC適配器及/或蓄電池作為其電力源。
在各種電源中，較佳使用一個(gè)或多個(gè)約+12伏的經(jīng)升壓的電源及一個(gè)或多個(gè)約-5伏的負(fù)電源來(lái)為dc-dc轉(zhuǎn)換器102、104、140-149中的高速開(kāi)關(guān)供電。為獲得最高的效率，可使用復(fù)數(shù)個(gè)電源，其中每一電源均提供一對(duì)于特定的一個(gè)或一組開(kāi)關(guān)而言最佳的電壓。然而，也可作為折衷方案來(lái)選擇使用較少數(shù)量的電源，其效率會(huì)略微較低，但復(fù)雜度也會(huì)得到降低。
圖3顯示所述電橋的一實(shí)施例的實(shí)體外觀。中央半導(dǎo)體區(qū)域包含許多有源組件功能，其他有源功能則根據(jù)需要分布于板90(該板充當(dāng)襯底)的整個(gè)內(nèi)側(cè)中。在圖1至3所示的實(shí)施例中，外部連接線是使用導(dǎo)電凸塊(此為本行業(yè)中的常用作法)引自板90的底側(cè)。在其他實(shí)施例中，所述外部連接線包括主要位于襯底周邊處的分支。還有其他實(shí)施例可使用現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)將開(kāi)發(fā)出的其他類型的襯底。還有其他實(shí)施例可甚至根本不使用襯底-應(yīng)注意，本發(fā)明的某些實(shí)施例可用于除計(jì)算機(jī)以外的應(yīng)用中。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3所示的實(shí)施例，板90的頂面可用于安裝復(fù)數(shù)個(gè)高頻電容器，及視需要安裝其他小的無(wú)源組件。在其他實(shí)施例中，襯底的底面可用于安裝其他小的電容器及其他小的無(wú)源組件。在又一些實(shí)施例中，所述襯底的兩個(gè)表面均可用于安裝這些組件。在再一些實(shí)施例中，可甚至不將相關(guān)聯(lián)的組件安裝至與所述電橋相同的襯底上。然而，將所有電容器、尤其是高頻電容器布置于其所伺服的切換節(jié)點(diǎn)附近非常可取。安裝于襯底上便有利于實(shí)現(xiàn)此種效果。
往往占據(jù)最大空間及/或板區(qū)域的外部組件170是較低頻率電容器及電感器。較佳地，這些外部組件應(yīng)規(guī)定為并隨電橋作為完整的成套件提供。電橋的正確及有效運(yùn)行依賴于對(duì)這些無(wú)源組件的選擇，且實(shí)際使用所述電橋電路原本設(shè)計(jì)用于的電容器與電感器組合通常非常重要。這些無(wú)源組件的優(yōu)化布置通常也非常重要。較佳應(yīng)提供多層式電路技術(shù)規(guī)范來(lái)為主板設(shè)計(jì)者提供指導(dǎo)。較佳使用非常高的組件布置密度來(lái)實(shí)現(xiàn)最高的運(yùn)行效率。這也有利于電屏蔽及磁屏蔽的部署。
當(dāng)然，通常便以成套件形式將電源作為單獨(dú)的零件與說(shuō)明書(shū)一起提供。然而，本發(fā)明的集成可顯著減少零件數(shù)量、說(shuō)明書(shū)的復(fù)雜度及在電源組裝過(guò)程中所需的步驟數(shù)量。這意味著本發(fā)明的某些實(shí)施例為成套件形式的電源提供了改良。
無(wú)論是靠蓄電池、靠交流電還是靠其他電力源工作，微處理器、視頻處理器及其他處理器、芯片組組件等等均會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量必須從便攜式計(jì)算機(jī)中排出并傳遞至周圍空氣中。為實(shí)現(xiàn)最有效、方便、安全及舒適的操作，限制無(wú)用的熱量的產(chǎn)生非常重要。所述電橋可潛在地提供熱性能方面的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將對(duì)這些優(yōu)點(diǎn)加以解釋。
由于熱量積聚是集中于電橋處的空間中，因而任何較佳的冷卻構(gòu)件(例如風(fēng)扇)均可使其冷卻作用比在傳統(tǒng)的空間分布式電源中更有效、更密切地集中于有害熱量源上。此外，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的CPU與電源之間的增強(qiáng)的通信可有助于改良對(duì)冷卻構(gòu)件運(yùn)行的控制。這是因?yàn)殛P(guān)于隨著時(shí)間改變CPU電力需求的更佳的診斷及/或預(yù)測(cè)性信息可有助于冷卻構(gòu)件控制器得知何時(shí)接通或斷開(kāi)冷卻構(gòu)件及/或冷卻構(gòu)件在任一既定時(shí)刻應(yīng)以何種強(qiáng)度運(yùn)行來(lái)最佳地實(shí)現(xiàn)有效的冷卻作用。
例如，在便攜式計(jì)算機(jī)的該實(shí)施例中，一小的風(fēng)扇(未顯示)對(duì)一連接至微處理器及其他主要發(fā)熱源的散熱器(未顯示)進(jìn)行冷卻。該風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速受到控制以使該風(fēng)扇更安靜、更高效地運(yùn)行。提供輸出連接至冷卻風(fēng)扇138t以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有DC電機(jī)或無(wú)刷DC電機(jī)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制。
通過(guò)有利于在不需要全功率時(shí)降低功率水平、及通過(guò)將外圍設(shè)備以及芯片組的功率降低協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，與作為現(xiàn)有技術(shù)的分布式供電方法相比，可使無(wú)謂用電量得以降低。
通過(guò)采用超高效率的電源(參見(jiàn)“定義”部分)，電力轉(zhuǎn)換及控制功能中的能量損耗可自行得到降低。應(yīng)注意，在傳統(tǒng)的空間分布式電源系統(tǒng)中也可使用高效率或超高效率電源。然而，本發(fā)明的電源系統(tǒng)集成所能實(shí)現(xiàn)的布局效率及組件數(shù)量的減少使這些高效率或超高效率電源更易于構(gòu)建。
因所述電橋運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量集中于中央的有源區(qū)、靠近所述電橋的襯底、及(在一較低的程度上)附近的電感器及電容器中。這對(duì)熱性能設(shè)計(jì)者而言表現(xiàn)為一更為集中的發(fā)熱源，從而有利于傳導(dǎo)至散熱器并通過(guò)自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流而消散至周圍空氣中。由于所述電橋?yàn)橛?jì)算機(jī)提供所有或幾乎所有所需的電力，因而其在理想情況下配置成計(jì)算所需的冷卻量并操作風(fēng)扇或其他冷卻構(gòu)件，甚至預(yù)想到所形成的熱脈沖的到達(dá)。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，集成電源可能并不囊括計(jì)算機(jī)所需的所有電源，而是可包括為對(duì)主要的電力需求進(jìn)行供電所需的由dc-dc轉(zhuǎn)換器所構(gòu)建的電源。在圖1至3所示的便攜式計(jì)算機(jī)實(shí)施例中，可使許多較小的、專門(mén)的電力需求仍分布于主板周圍。這意味著降低電力輸出塊的復(fù)雜度來(lái)包含更少的單獨(dú)的共用電壓輸出。通過(guò)此種方式，可降低所述電橋的成本、大小、引腳數(shù)量及復(fù)雜度。為支持更多種外圍設(shè)備(例如雙燈顯示器、LED后照顯示器及專門(mén)的冷卻裝置)所需的靈活性也得到提高。但作為芯片組中的一集成部件，該第二較佳實(shí)施例繼續(xù)履行整套的特定芯片組供電職責(zé)。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D5及6來(lái)論述本發(fā)明電源的一第二實(shí)施例。圖5顯示一帶有電橋770、電橋表面安裝組件772、CPU 792及其他雜項(xiàng)安裝組件750(為清楚地進(jìn)行例示起見(jiàn)，未顯示出所有雜項(xiàng)安裝組件750)的板690的俯視圖。圖6則顯示一帶有(在底部)外部組件770及更多個(gè)雜項(xiàng)安裝組件750的板690的仰視圖。
CPU較佳是標(biāo)識(shí)為編號(hào)830、FW82830MG、F2071B04、SL5P9的Intel單元。(應(yīng)注意，Intel公司可擁有對(duì)名稱“Intel”的商標(biāo)權(quán)。)電橋700在CPU與外部電力源(未顯示)之間形成一個(gè)橋。所述外部電力源將輸入電力信號(hào)提供至所述電橋并由所述電橋(借助外部組件770及電橋表面安裝組件772)將這些輸入電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出電力信號(hào)。所述輸出電力信號(hào)為CPU、其他需要用電的雜項(xiàng)安裝組件及需要用電的板外組件(未顯示)供電。所述電橋位于并以橋形式電連接于CPU與外部電源之間。
電橋封裝701包含集成電路芯片700a及一帶有用于將信號(hào)投送入及投送出IC700a的引線的印刷電路板襯底700b。外部組件770、772是類似于上文所述外部組件170的執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換功能的電容器及電感器。應(yīng)注意，與電橋700相反，外部組件770位于板的底側(cè)上。這意味著外部組件770與電力轉(zhuǎn)換電路的其余部分具有相對(duì)緊密的空間接近性。
電橋表面安裝組件772為安裝于封裝外殼701的外表面上的高頻電容器。由于這些組件為電容器，因而使其盡可能靠近集成入IC 700a內(nèi)的電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)安裝非常可取。由于這些電容器為高頻電容器，因而其尺寸較小且可裝于封裝外殼701的外表面上。
本發(fā)明的上述實(shí)施例可存在許多種變化形式。產(chǎn)品或方法表現(xiàn)出與一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)例性實(shí)施例存在差異的事實(shí)未必意味著所述產(chǎn)品或方法不屬于上文權(quán)利要求書(shū)的范疇(字面范疇及/或其他由法律認(rèn)可的范疇)。
定義提供以下定義來(lái)利于解釋及編寫(xiě)權(quán)利要求書(shū)將電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電力輸出信號(hào)囊括任何或所有對(duì)電力信號(hào)的電特性的轉(zhuǎn)換，包括但不限于電壓轉(zhuǎn)換，電壓調(diào)節(jié)，電流轉(zhuǎn)換，ac-dc轉(zhuǎn)換，dc-ac轉(zhuǎn)換，降壓模式轉(zhuǎn)換、升壓模式轉(zhuǎn)換、及上述電力轉(zhuǎn)換類型的任意組合。
封裝外殼現(xiàn)在已知或?qū)?lái)將開(kāi)發(fā)出的任何與傳統(tǒng)的可安裝于板上的計(jì)算機(jī)組件封裝具有大體相同尺寸或更小尺寸的外殼。盡管封裝外殼較佳可安裝于板(例如母板、主板)上，然而并不絕對(duì)要求可安裝于板上。然而，當(dāng)在上文權(quán)利要求書(shū)中使用此一術(shù)語(yǔ)時(shí)，傳統(tǒng)的臺(tái)式或膝上型計(jì)算機(jī)的外殼體因太大而不能視為“封裝外殼”。封裝外殼包括但不限于傳統(tǒng)的單電路小片半導(dǎo)體封裝，傳統(tǒng)的多電路小片半導(dǎo)體封裝及倒裝芯片式封裝。
超高效率電力轉(zhuǎn)換效率高于92％的電力轉(zhuǎn)換。
高效率電力轉(zhuǎn)換效率高于86％的電力轉(zhuǎn)換。
低效率電力轉(zhuǎn)換任何不為高效率的電力轉(zhuǎn)換。
高功率電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)成輸出5瓦或更高功率的電源系統(tǒng)。
低功率電源系統(tǒng)任何不為高功率的電源系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，其包括一封裝外殼；一位于所述封裝外殼內(nèi)的第一模塊，所述第一模塊包括至少一個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換切換來(lái)利于將一第一電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一第一電力輸出信號(hào)；及一位于所述封裝外殼內(nèi)的第二模塊，所述第二模塊包括至少一個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換切換來(lái)利于將一第二電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一第二電力輸出信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一位于所述封裝外殼內(nèi)的第三模塊，所述第三模塊包括至少一個(gè)第三電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述第三電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換切換來(lái)利于將一第三電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一第三電力輸出信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一位于所述封裝外殼內(nèi)的第四模塊，所述第四模塊包括至少一個(gè)第四電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述第四電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換切換來(lái)利于將一第四電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一第四電力輸出信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一位于所述封裝外殼內(nèi)的第五模塊，所述第五模塊包括至少一個(gè)第五電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述第五電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換切換來(lái)利于將一第五電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一第五電力輸出信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中為分別將所述第一至第五電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述第一至第五電力輸出信號(hào)所需的所有電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)均位于所述封裝外殼內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中為分別將所述第一及第二電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述第一及第二電力輸出信號(hào)所需的所有電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)均位于所述封裝外殼內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力輸入信號(hào)為一dc信號(hào)；所述第一電力輸出信號(hào)為一dc信號(hào)；所述第二電力輸入信號(hào)為一dc信號(hào)；及所述第二電力輸出信號(hào)為一dc信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力輸入信號(hào)為一dc信號(hào)；所述第一電力輸出信號(hào)為一ac信號(hào)；所述第二電力輸入信號(hào)為一dc信號(hào)；及所述第二電力輸出信號(hào)為一dc信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行超高效率電力轉(zhuǎn)換；及所述至少一個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行超高效率電力轉(zhuǎn)換。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行高效率電力轉(zhuǎn)換；及所述至少一個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行高效率電力轉(zhuǎn)換。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行低效率電力轉(zhuǎn)換。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一模塊包括至少兩個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述至少兩個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換切換來(lái)利于將所述第一電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述第一電力輸出信號(hào)；及所述第二模塊包括至少兩個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述至少兩個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化以執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換切換來(lái)利于將所述第二電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述第二電力輸出信號(hào)。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)為高功率的。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)為低功率的。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一中央處理單元的核心，其中所述至少一個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可運(yùn)行以使所述第一電力輸出信號(hào)具有一處于約+0.5伏至+2.0伏范圍內(nèi)的可調(diào)電壓輸出并適于支持所述核心。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可運(yùn)行以使所述第二電力輸出信號(hào)具有一處于約+0.5伏至+2.0伏范圍內(nèi)的可調(diào)電壓輸出并適于支持所述核心。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力輸出信號(hào)具有一約+5伏的電壓。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力輸出信號(hào)具有一約+3.3伏的電壓。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力輸出信號(hào)具有一約+1.8伏的電壓。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力輸出信號(hào)具有一約+2.5伏的電壓。
21.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力輸出信號(hào)具有一約+12伏的電壓。
22.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括一位于至少一個(gè)電源與一中央處理單元之間的橋。
23.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一包含所述第一模塊及所述第二模塊的倒裝芯片式電路小片，其中所述封裝外殼為一倒裝芯片式外殼。
24.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)半導(dǎo)體電路小片，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體電路小片包含所述第一模塊及所述第二模塊。
25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一位于所述封裝外殼內(nèi)的控制邏輯塊，所述控制邏輯塊經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以至少部分地控制所述至少一個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及所述至少一個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的運(yùn)行。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一第一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其用于控制所述至少一個(gè)第一電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的位置；一第二開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其用于控制所述至少一個(gè)第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的位置；一位于所述封裝外殼內(nèi)的控制輸入/輸出端口，所述控制輸入/輸出端口經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以從所述封裝外殼外部接收至少一個(gè)通信信號(hào)，其中由所述通信信號(hào)決定所述第一及第二電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的一模式；及由所述控制邏輯塊至少部分地根據(jù)所述模式來(lái)控制所述第一及第二開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行。
27.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一位于所述封裝外殼內(nèi)的控制輸入/輸出端口，所述控制輸入/輸出端口經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以從所述封裝外殼外部接收至少一個(gè)通信信號(hào)。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述控制輸入/輸出端口是一串行端口。
29.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述控制輸入/輸出端口包括一USB端口。
30.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述控制輸入/輸出端口包括一I2C端口。
31.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述控制輸入/輸出端口包括一固定端口。
32.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述控制輸入/輸出端口包括一SMbus端口。
33.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一計(jì)算機(jī)；及一位于所述外殼內(nèi)的接通/斷開(kāi)控制塊，所述接通/斷開(kāi)控制塊經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以為所述計(jì)算機(jī)啟動(dòng)一加電過(guò)程。
34.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)包括一接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；及所述接通/斷開(kāi)控制塊包括一用于與所述接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)進(jìn)行接口的接通/斷開(kāi)端口。
35.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述接通/斷開(kāi)端口設(shè)計(jì)成在所述計(jì)算機(jī)處于一斷電狀態(tài)時(shí)具有超低的功率消耗。
36.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一包含一嵌入式控制器的計(jì)算機(jī)，其中所述接通/斷開(kāi)控制塊包括一經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以為所述嵌入式控制器加電的嵌入式控制器加電模塊。
37.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一第一蓄電池；一位于所述封裝外殼內(nèi)的第一蓄電池充電輸出端，所述第一蓄電池充電輸出端具有一適合對(duì)所述第一蓄電池充電的可調(diào)電壓及電流；一第一蓄電池電流路徑，其經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以電連接所述第一蓄電池與所述第一蓄電池充電輸出端，以便可由來(lái)自所述第一蓄電池充電輸出端的電力為所述第一蓄電池充電。
38.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一位于所述封裝外殼內(nèi)的串行蓄電池通信接口，用于與所述蓄電池進(jìn)行通信。
39.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一第二蓄電池；一位于所述封裝外殼內(nèi)的第二蓄電池充電輸出端，所述第二蓄電池充電輸出端具有一適合對(duì)所述第二蓄電池充電的可調(diào)電壓及電流；一第二蓄電池電流路徑，其經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以電連接所述第二蓄電池與所述第二蓄電池充電輸出端，以便可由來(lái)自所述第二蓄電池充電輸出端的電力為所述第二蓄電池充電。
40.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一適于為一顯示器背光燈供電的變壓器；一位于所述封裝外殼內(nèi)的ac輸出端，所述ac輸出端具有可調(diào)的電壓及/或電流以使其適于為所述變壓器供電；及一變壓器電流路徑，其經(jīng)結(jié)構(gòu)化及定位以電連接所述變壓器與所述ac輸出端以便可由來(lái)自所述ac輸出端的電力來(lái)為所述變壓器供電。
41.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其包括一電力源，其用于提供至少一個(gè)電力輸入信號(hào)；一切換式電源，其用于從所述電力源接收所述至少一個(gè)電力輸入信號(hào)；一中央處理單元，其運(yùn)行需要至少一第一CPU電力信號(hào)及一第二CPU電力信號(hào)；復(fù)數(shù)個(gè)CPU電流路徑，其用于將所述切換式電源電連接至所述中央處理單元；一存儲(chǔ)器，其運(yùn)行需要至少一個(gè)存儲(chǔ)器電力信號(hào)；及一存儲(chǔ)器電流路徑，其用于將所述切換式電源電連接至所述存儲(chǔ)器；其中所述切換式電源包括一封裝外殼；及復(fù)數(shù)個(gè)電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其中所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)全部位于所述封裝外殼內(nèi)，其中所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化、控制及定位以提供為將所述至少一個(gè)電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)個(gè)電力輸出信號(hào)所需的電力轉(zhuǎn)換切換，所述復(fù)數(shù)個(gè)電力輸出信號(hào)包括所述第一CPU電力信號(hào)，其經(jīng)由所述復(fù)數(shù)個(gè)CPU電流路徑中的一個(gè)提供至所述中央處理單元；所述第二CPU電力信號(hào)，其經(jīng)由所述復(fù)數(shù)個(gè)CPU電流路徑中的一個(gè)提供至所述中央處理單元；及所述存儲(chǔ)器電力信號(hào)，其經(jīng)由所述存儲(chǔ)器電流路徑提供至所述存儲(chǔ)器。
42.如權(quán)利要求41所述的計(jì)算機(jī)，其進(jìn)一步包括一磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)，其運(yùn)行需要至少一個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電力信號(hào)；及一磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電流路徑，其用于將所述切換式電源電連接至所述磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)；其中所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化、控制及定位以提供為將所述至少一個(gè)電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電力信號(hào)所需的電力轉(zhuǎn)換切換，所述磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器電力信號(hào)經(jīng)由所述磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電流路徑提供至所述磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)。
43.如權(quán)利要求41所述的計(jì)算機(jī)，其進(jìn)一步包括一卡總線，其運(yùn)行需要至少一個(gè)卡總線電力信號(hào)；及一卡總線電流路徑，其用于將所述切換式電源電連接至所述卡總線；其中所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化、控制及定位以提供為將所述至少一個(gè)電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述卡總線電力信號(hào)所需的電力轉(zhuǎn)換切換，所述卡總線電力信號(hào)經(jīng)由所述卡總線電流路徑提供至所述卡總線。
44.如權(quán)利要求41所述的計(jì)算機(jī)，其進(jìn)一步包括一風(fēng)扇，其運(yùn)行需要至少一個(gè)風(fēng)扇電力信號(hào)；及一風(fēng)扇電流路徑，其用于將所述切換式電源電連接至所述風(fēng)扇；其中所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化、控制及定位以提供為將所述至少一個(gè)電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述風(fēng)扇電力信號(hào)所需的電力轉(zhuǎn)換切換，所述風(fēng)扇電力信號(hào)經(jīng)由所述風(fēng)扇電流路徑提供至所述風(fēng)扇。
45.如權(quán)利要求41所述的計(jì)算機(jī)，其進(jìn)一步包括一串行總線，其運(yùn)行需要至少一個(gè)串行總線電力信號(hào)；及一串行總線電流路徑，其用于將所述切換式電源電連接至所述串行總線；其中所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)經(jīng)結(jié)構(gòu)化、控制及定位以提供為將所述至少一個(gè)電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述串行總線電力信號(hào)所需的電力轉(zhuǎn)換切換，所述串行總線電力信號(hào)經(jīng)由所述串行總線電流路徑提供至所述串行總線。
46.如權(quán)利要求45所述的計(jì)算機(jī)，其中所述串行總線根據(jù)通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)來(lái)結(jié)構(gòu)化。
47.一種在一計(jì)算機(jī)中供電的方法，所述方法包括如下步驟提供一用于輸出復(fù)數(shù)個(gè)電力輸出信號(hào)的切換式電源系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一封裝外殼；及復(fù)數(shù)個(gè)位于所述封裝外殼內(nèi)的電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用于執(zhí)行為將至少一個(gè)電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述復(fù)數(shù)個(gè)電力輸出信號(hào)所需的電力轉(zhuǎn)換切換；及通過(guò)電力管理命令來(lái)控制所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的運(yùn)行，以便有選擇地及分別地控制所述復(fù)數(shù)個(gè)電力輸出信號(hào)。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述控制步驟包括如下子步驟在所述計(jì)算機(jī)的一南橋組件上從一輸入/輸出端口經(jīng)由一通用串行總線發(fā)送電力管理命令；在一位于所述封裝外殼內(nèi)的控制邏輯模塊處經(jīng)由一位于所述封裝外殼內(nèi)的控制輸入/輸出端口從所述通用串行總線接收所述電力管理命令；及由所述控制邏輯模塊根據(jù)所述所接收的電力管理命令來(lái)驅(qū)動(dòng)所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
49.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述控制步驟包括如下子步驟在所述計(jì)算機(jī)的一嵌入式控制器組件上從一輸入/輸出端口發(fā)送電力管理命令；在一位于所述封裝外殼內(nèi)的控制邏輯模塊處經(jīng)由一位于所述封裝外殼內(nèi)的控制輸入/輸出端口接收所述電力管理命令；及由所述控制邏輯模塊根據(jù)所述所接收的電力管理命令來(lái)驅(qū)動(dòng)所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中經(jīng)由一I2C總線從所述嵌入式控制器向所述控制輸入/輸出端口發(fā)送所述電力管理命令。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，其中經(jīng)由一SMbus從所述嵌入式控制器向所述控制輸入/輸出端口發(fā)送所述電力管理命令。
52.一種切換式電源，其包括一封裝外殼，其具有一內(nèi)部及一外表面；一封裝于所述封裝外殼內(nèi)的集成電路芯片，所述集成芯片包括至少一個(gè)用于將一第一電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一第一電力輸出信號(hào)的電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；及一安裝至所述封裝外殼的所述外表面上的外部電力轉(zhuǎn)換組件，所述外部電力轉(zhuǎn)換組件用于與所述至少一個(gè)電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中的至少一個(gè)相結(jié)合地將所述第一電力輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述第一電力輸出信號(hào)。
53.如權(quán)利要求52所述的電源，其中所述外部電力轉(zhuǎn)換組件為一電容器。
54.如權(quán)利要求53所述的電源，其中所述外部電力轉(zhuǎn)換組件為一高頻電容器。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種超高效率切換式電源系統(tǒng)，其將多個(gè)電源的電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、一輸入電力切換塊、一輸出電力切換塊、用于控制所述電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的控制邏輯及控制輸入/輸出端口集成入單個(gè)封裝內(nèi)。此種集成多電源封裝稱作電橋并較佳將各集成組件構(gòu)建成一個(gè)或多個(gè)容納于封裝外殼中的集成電路芯片。所述電橋是一位于一便攜式計(jì)算機(jī)的微處理器與其內(nèi)部及外部電力源之間的橋。所述電源系統(tǒng)有利于進(jìn)行板設(shè)計(jì)，這是因?yàn)樗龀咝孰娏δK通常所需要的空間及所產(chǎn)生的熱量少于傳統(tǒng)的電源電路。由于所述電源模塊控制電路與其他組件(例如總線、其他橋模塊及嵌入式控制器)之間的通信連接得到改良，因而所述電源模塊使電力管理得到改良。
文檔編號(hào)G06F1/32GK1954284SQ200480042985
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者詹姆斯·K·雅各布斯, 桑卡爾·達(dá)斯古普塔, 戴維·范德梅爾 申請(qǐng)人:電能法亞公司