專利名稱：電源供應(yīng)系統(tǒng)及便攜式電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源供應(yīng)系統(tǒng)及便攜式電子裝置，特別是涉及一種僅需在現(xiàn)有的 設(shè)計架構(gòu)里增加少數(shù)的零件，即可大幅改善電源轉(zhuǎn)換效率的電源供應(yīng)系統(tǒng)及使用該電源供 應(yīng)系統(tǒng)的便攜式電子裝置。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)的進步，便攜式電子裝置，如筆記型計算機、移動電話、相 機、MP3播放器等，在日常生活中被使用的機會也大幅增加。一般而言，現(xiàn)今便攜式電子裝 置除強調(diào)尺寸上的輕薄短小外，也追求系統(tǒng)效能及便攜使用時間的增加。然而，當(dāng)系統(tǒng)效能 增加，系統(tǒng)所消耗的功耗往往也會同步增加，而不利于電池的續(xù)航力，因此在產(chǎn)品設(shè)計上， 系統(tǒng)效能與電池續(xù)航力往往是魚與熊掌無法兼得。傳統(tǒng)上，要增長電池續(xù)航力僅有兩種方式其一是加大電池容量，但相對會增加產(chǎn) 品成本；其二是更換高效率零件，以降低電源轉(zhuǎn)換過程的能量損失，但同樣會增加設(shè)計成 本。由此可知，要增長電池續(xù)航力必定會大幅增加制造成本，進而增加產(chǎn)品單價，喪失產(chǎn)品 的競爭力。因此，如何在不增加過多制造成本，但又能大幅提升電池續(xù)航力已成為業(yè)界所努 力的目標(biāo)的一。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種電源供應(yīng)系統(tǒng)及便攜式電子裝置。本發(fā)明揭示一種電源供應(yīng)系統(tǒng)，用于一便攜式電子裝置中提升便攜使用時間，該 電源供應(yīng)系統(tǒng)包含有一變壓器，用來接收一外接交流電源，以將該外接交流電源轉(zhuǎn)換為一 外接直流電源；一電池，用來儲存電能，以提供一電池電源；一選擇模塊，用來根據(jù)該外接 交流電源與該變壓器的嵌合狀態(tài)，輸出該外接直流電源或該電池電源；一第一級直流轉(zhuǎn)換 模塊，耦接于該選擇模塊，用來將該選擇模塊所輸出至電源轉(zhuǎn)換為一第一直流電源；多個第 二級直流轉(zhuǎn)換模塊，每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊用來將一輸入電源轉(zhuǎn)換為一第二直流電源； 以及一切換模塊，耦接于該外接直流電源、該電池電源、該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊及該多個第 二級直流轉(zhuǎn)換模塊，用來根據(jù)該外接直流電源，選擇輸出該電池電源或該第一級直流轉(zhuǎn)換 模塊的該第一直流電源為每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊的該輸入電源。本發(fā)明還揭示一種便攜式電子裝置，可提升電池續(xù)航力，包含有一運作電路，包含 有多個運作模塊，用來執(zhí)行多個運作功能；以及一電源供應(yīng)系統(tǒng)，包含有一變壓器，用來接 收一外接交流電源，以將該外接交流電源轉(zhuǎn)換為一外接直流電源；一電池，用來儲存電能， 以提供一電池電源；一選擇模塊，用來根據(jù)該外接交流電源與該變壓器的嵌合狀態(tài)，輸出該 外接直流電源或該電池電源；一第一級直流轉(zhuǎn)換模塊，耦接于該選擇模塊，用來將該選擇模 塊所輸出至電源轉(zhuǎn)換為一第一直流電源；多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊，每一第二級直流轉(zhuǎn)換 模塊用來將一輸入電源轉(zhuǎn)換為一第二直流電源，以供應(yīng)至該多個子運作模塊；以及一切換模塊，耦接于該外接直流電源、該電池電源、該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊及該多個第二級直流轉(zhuǎn) 換模塊，用來根據(jù)該外接直流電源，選擇輸出該電池電源或該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊的該第 一直流電源為每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊的該輸入電源。


圖1為現(xiàn)有的一電源供應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。圖2為圖1中一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊的示意圖。圖3A為本發(fā)明實施例一電源供應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。圖3B為圖3A中一切換模塊的示意圖。附圖符號說明10、30電源供應(yīng)系統(tǒng)V_AD外接直流電源V_BT電池電源VDC_1、VDC_2_1 VDC_2_n、VDC_2_x 直流電源100選擇模塊IDC_1第一級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n、IDC_2_x 第二級直流轉(zhuǎn)換模塊Q1、Q2開關(guān)晶體管200控制模塊202、204驅(qū)動器V_FB回授訊號L電感C電容ND節(jié)點300切換模塊PMOSP型晶體管D1、D2二極管G柵極D漏極S源極
具體實施例方式本發(fā)明是針對「多階式電源供應(yīng)架構(gòu)」的電子裝置，主要目的是在現(xiàn)有的設(shè)計架構(gòu) 里，僅增加少數(shù)的零件來改善電源轉(zhuǎn)換效率，以降低轉(zhuǎn)換耗損，進而增長電池續(xù)航力。首先， 「多階式電源供應(yīng)架構(gòu)」是一種常用于筆記型計算機等高耗能便攜式電子裝置中的電源供 應(yīng)架構(gòu)，其典型的架構(gòu)可簡化為一電源供應(yīng)系統(tǒng)10，如圖1所示。電源供應(yīng)系統(tǒng)10用來將 一外接直流電源V_AD或一電池電源V_BT轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)闹绷麟娫碫DC_2_1 VDC_2_n，其 包含有一選擇模塊100、一第一級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1及第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n。外接直流電源V_AD表示藉由外部電源所產(chǎn)生或轉(zhuǎn)換出的直流電源，以筆記型計算機為例，一般是 通過變壓器，將市電(交流電)轉(zhuǎn)換為19V的直流電源。電池電源乂_8丁 表示充電電池所輸出的直流電源，通常低于外接直流電源^^^，為12V 16V。而直流電源 VDC_2_1 VDC_2_n則表示運作電路中不同運作模塊執(zhí)行對應(yīng)運作功能所需的電源，其電 壓值可能相同或相異，視系統(tǒng)需求而定。此外，需注意的是，圖1僅用來說明多階式電源供 應(yīng)架構(gòu)的概念，故省略了與本發(fā)明所欲實現(xiàn)的目的無關(guān)的電路組件，如充電電路等，此應(yīng)本 領(lǐng)域的技術(shù)人員參考現(xiàn)有技術(shù)所能獲知的技術(shù)，故不詳述。在圖1中，選擇模塊100用來由外接直流電源V_AD與電池電源V_BT中選擇輸出其 中的一電源至第一級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1，其選擇的邏輯是當(dāng)外接直流電源V_AD大于一默 認值時(表示有外接電源)，輸出外接直流電源V_AD，反之，輸出電池電源V_BT。第一級直 流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1電性連接于選擇模塊100，用來將選擇模塊100所輸出的電源轉(zhuǎn)換為5V 的直流電源VDC_1，然后將直流電源VDC_1提供予第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_ η使用。第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n連接于第一級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1及選 擇模塊100，可由直流電源VDC_1驅(qū)動，將選擇模塊100所輸出的直流電源V_AD或是電池電 源V_BT轉(zhuǎn)換為直流電源VDC_2_1 VDC_2_n，以供應(yīng)運作電路中的不同運作模塊。一般而 言，第一級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1及第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的運作方式大 同小異，常見的技術(shù)是以脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)方式，進行直流電 源轉(zhuǎn)換(降壓)。請參考圖2，圖2為任一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_x的示意圖。在第二 級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_x中，一控制模塊200為一脈沖寬度調(diào)制控制器，用來根據(jù)一回授訊 號V_FB，經(jīng)由驅(qū)動器202、204，控制開關(guān)晶體管Q1、Q2的工作周期(Duty Cycle)，以利用一 電感L及一電容C所產(chǎn)生的電容電感效應(yīng)，將直流電源V_AD或是電池電源V_BT轉(zhuǎn)換為適 當(dāng)大小的直流電源VDC_2_x。就電路架構(gòu)而言，不論直流電源VDC_1的大小為何，只要直流電源VDC_1的電壓值 足以驅(qū)動控制模塊200運作，則第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_x皆可將直流電源V_AD或是電 池電源V_BT轉(zhuǎn)換為直流電源VDC_2_x。然而，在實際電路上，開關(guān)晶體管Ql、Q2的耐壓性 有其限制，若將過大的電源灌入開關(guān)晶體管Ql、Q2的柵極，會因瞬間柵極至源極壓差過大 而導(dǎo)致開關(guān)晶體管Ql、Q2燒毀。在此情形下，晶體管的制造商皆會提供晶體管耐壓能力的 參考數(shù)據(jù)，供設(shè)計者參考之用；當(dāng)然，耐壓能力越高的晶體管，售價也越高。一般而言，第二 級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n所使用的開關(guān)晶體管Ql、Q2其柵極至源極的耐壓為 20V。換言之，若直接將高電壓的外接直流電源V_AD(約19V)輸出至第二級直流轉(zhuǎn)換模塊 IDC_2_1 IDC_2_n，很容易導(dǎo)致第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n燒毀，這也是電 源供應(yīng)系統(tǒng)10需要兩級直流轉(zhuǎn)換模塊的原因。輸入電源的大小除了影響第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n是否燒毀外， 還會影響其電源轉(zhuǎn)換效率。電源轉(zhuǎn)換效率受電路中非理想因子的影響，其中之一就是開關(guān) 晶體管Ql、Q2的漏極至源極的導(dǎo)通電阻，而導(dǎo)通電阻又與柵極至源極的電壓差有關(guān)。一般 而言，當(dāng)開關(guān)晶體管Ql、Q2的漏極至源極的電壓差相同時，柵極至源極的電壓差越高，導(dǎo)通 電阻越小，則電源轉(zhuǎn)換效率越好，亦即轉(zhuǎn)換損失越少。因此，為了提高電池續(xù)航力，本發(fā)明是提高系統(tǒng)使用電池電源V_BT時驅(qū)動第二級 直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的電壓，以降低開關(guān)晶體管Q1、Q2的導(dǎo)通電阻，進而提高 電源轉(zhuǎn)換效率。請參考圖3A，圖3A為本發(fā)明實施例一電源供應(yīng)系統(tǒng)30的示意圖。為清楚說明本發(fā)明的概念，電源供應(yīng)系統(tǒng)30中與電源供應(yīng)系統(tǒng)10中相同功能的組件采用相同符 號及名稱。因此，比較圖1及圖3A可知，電源供應(yīng)系統(tǒng)30是于電源供應(yīng)系統(tǒng)10中第一級 直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1與一節(jié)點ND間增加一切換模塊300，其目的是用來于電源供應(yīng)系統(tǒng)30 使用電池電源V_BT時，以電池電源V_BT作為第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的 輸入電源。電源供應(yīng)系統(tǒng)30中其余組件的運作方式，如選擇模塊100、第一級直流轉(zhuǎn)換模塊 IDC_1及第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n等，則與前述相同，故不予贅述。電池電源V_BT的電壓值為12V 16V，遠低于開關(guān)晶體管Q1、Q2的柵極至源極的 耐壓上限，故適合當(dāng)作第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的輸入電源，同時可提升電 源轉(zhuǎn)換效率，降低使用電池電源V_BT時的能量損耗，進而增長電池續(xù)航力。詳細來說，請繼續(xù)參考圖3B，圖3B為圖3A中切換模塊300的示意圖。切換模塊 300包含有一 P型晶體管PMOS及二極管Dl、D2。P型晶體管PMOS的漏極D耦接于二極管 D2的一端，柵極G耦接于外接直流電源V_AD，源極S耦接于電池電源V_BT。因此，當(dāng)系統(tǒng) 未接有外接電源時，外接直流電源V_AD為0，而電池電源V_BT為12V 16V，使得P型晶 體管PMOS導(dǎo)通，以將電池電源V_BT經(jīng)由二極管D2傳送至第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n。此時，節(jié)點ND的電壓值(約為電池電源V_BT的電壓減二極管D2的臨限電壓) 大于5V的直流電源VDC_1，因此二極管Dl關(guān)閉，可避免電池電源V_BT灌入第一級直流轉(zhuǎn)換 模塊IDC_1。因此，通過切換模塊300，當(dāng)系統(tǒng)接有外接電源時，電源供應(yīng)系統(tǒng)30是以直流電源 VDC_1作為第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的輸入電源；而當(dāng)系統(tǒng)未接有外接電 源時，電源供應(yīng)系統(tǒng)30則以電池電源V_BT作為第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的 輸入電源。如此一來，當(dāng)便攜式電子裝置使用電池時，本發(fā)明可有效降低第二級 直流轉(zhuǎn)換模 塊IDC_2_1 IDC_2_n的導(dǎo)通電阻，進而提高第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的 電源轉(zhuǎn)換效率。如此一來，電源轉(zhuǎn)換過程的能量損失得以降低，換言之，可減少電池電量的 消耗，以延長電池續(xù)航力。需注意的是，圖3A及圖3B是用以說明本發(fā)明的精神，其它能適時將電池電源乂_8丁 切換為第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_n的輸入電源的電路皆可用于本發(fā)明，而不 限于此。此外，電源供應(yīng)系統(tǒng)30中省略了與本發(fā)明所欲實現(xiàn)的目的無關(guān)的其它組件，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可根據(jù)所需，做適當(dāng)?shù)淖兓?。例如，前述說明是以兩級架構(gòu)為例，實際上，其它 多級電源供應(yīng)系統(tǒng)亦可適用本發(fā)明；同時，每一級的直流轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)量亦未有任何限制， 端視系統(tǒng)需求而定。此外，在圖3A中，第一級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1及第二級直流轉(zhuǎn)換模塊 IDC_2_1 IDC_2_n亦可使用其它常見的直流轉(zhuǎn)換技術(shù)，不限于脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。再者， 切換模塊300是用以適時將電池電源V_BT切換為第二級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_ η的輸入電源，并避免電池電源V_BT倒灌至第一級直流轉(zhuǎn)換模塊IDC_1或第一級直流轉(zhuǎn)換 模塊IDC_1輸出的直流電源VDC_1灌入至充電電池中，凡是能實現(xiàn)此目的者，皆可用來實現(xiàn) 切換模塊300，而不限于圖3B的例。通過切換模塊300，便攜式電子裝置可有效提高使用電池時的電源轉(zhuǎn)換效率，以降 低能量損失，進而延長電池續(xù)航力。由實測可知，當(dāng)?shù)诙壷绷鬓D(zhuǎn)換模塊IDC_2_1 IDC_2_ η的輸入電源由5V的直流電源VDC_1改為12V 16V的電池電源時，開關(guān)晶體管Q1、Q2的 導(dǎo)通電阻會降低約17 40%，因而可有效減少電源轉(zhuǎn)換損失。更重要的是，如圖3B所示的切換模塊300，其所增加的制造成本低于臺幣3塊錢。換言之，只需增加些許制造成本，即可 明顯提升電源轉(zhuǎn)換效率，進而延長電池使用時間。綜上所述，針對「多階式電源供應(yīng)架構(gòu)」的電子裝置，本發(fā)明僅需在現(xiàn)有的設(shè)計架 構(gòu)里增加少數(shù)的零件，即可大幅改善電源轉(zhuǎn)換效率，進而降低轉(zhuǎn)換耗損，增長電池續(xù)航力 ， 以提升便攜式電子裝置的產(chǎn)品競爭力。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明的權(quán)利要求所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種電源供應(yīng)系統(tǒng)，用于一便攜式電子裝置中提升便攜使用時間，該電源供應(yīng)系統(tǒng) 包含有一變壓器，用來接收一外接交流電源，以將該外接交流電源轉(zhuǎn)換為一外接直流電源； 一電池，用來儲存電能，以提供一電池電源；一選擇模塊，用來根據(jù)該外接交流電源與該變壓器的電性連接狀態(tài)，輸出該外接直流 電源或該電池電源；一第一級直流轉(zhuǎn)換模塊，耦接于該選擇模塊，用來將該選擇模塊所輸出的電源轉(zhuǎn)換為一第一直流電源；多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊，每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊用來將一輸入電源轉(zhuǎn)換為一第二 直流電源；以及一切換模塊，耦接于該外接直流電源、該電池電源、該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊及該多個第 二級直流轉(zhuǎn)換模塊，用來根據(jù)該外接直流電源，選擇輸出該電池電源或該第一直流電源為 每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊的該輸入電源。
2.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該選擇模塊是于該外接交流電源電性連接 于該變壓器時，輸出該外接直流電源至該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該選擇模塊是于該外接交流電源未電性連 接于該變壓器時，輸出該電池電源至該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該切換模塊包含有一晶體管，包含有一第一端耦接于該外接直流電源，一第二端耦接于該電池電源，及一 第三端，用來根據(jù)該第一端的該外接直流電源的電壓值，導(dǎo)通該第二端至該第三端的訊號 連結(jié)；一第一二極管，耦接于該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊與該多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊之間；以及一第二二極管，耦接于該晶體管的該第三端與該多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊之間。
5.如權(quán)利要求4所述的電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該晶體管是一P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管，該第一端是一柵極，該第二端是一源極，以及該第三端是一漏極。
6.如權(quán)利要求4所述的電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中該第一直流電源的電壓值小于該電池電源 的電壓值。
7.一種便攜式電子裝置，可提升電池續(xù)航力，包含有一運作電路，包含有多個運作模塊，用來執(zhí)行多個運作功能；以及 一電源供應(yīng)系統(tǒng)，包含有一變壓器，用來接收一外接交流電源，以將該外接交流電源轉(zhuǎn)換為一外接直流電源； 一電池，用來儲存電能，以提供一電池電源；一選擇模塊，用來根據(jù)該外接交流電源與該變壓器的電性連接狀態(tài)，輸出該外接直流 電源或該電池電源；一第一級直流轉(zhuǎn)換模塊，耦接于該選擇模塊，用來將該選擇模塊所輸出的電源轉(zhuǎn)換為一第一直流電源；多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊，每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊用來將一輸入電源轉(zhuǎn)換為一第二 直流電源，以供應(yīng)至該多個運作模塊；以及一切換模塊，耦接于該外接直流電源、該電池電源、該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊及該多個第 二級直流轉(zhuǎn)換模塊，用來根據(jù)該外接直流電源，選擇輸出該電池電源或該第一直流電源為 每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊的該輸入電源。
8.如權(quán)利要求7所述的便攜式電子裝置，其中該選擇模塊是于該外接交流電源電性連 接于該變壓器時，輸出該外接直流電源至該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊。
9.如權(quán)利要求7所述的便攜式電子裝置，其中該選擇模塊是于該外接交流電源未電性 連接于該變壓器時，輸出該電池電源至該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊。
10.如權(quán)利要求7所述的便攜式電子裝置，其中該切換模塊包含有一晶體管，包含有一第一端耦接于該外接直流電源，一第二端耦接于該電池電源，及一 第三端，用來根據(jù)該第一端的該外接直流電源的電壓值，導(dǎo)通該第二端至該第三端的訊號 連結(jié)；一第一二極管，耦接于該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊與該多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊之間；以及一第二二極管，耦接于該晶體管的該第三端與該多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊之間。
11.如權(quán)利要求10所述的便攜式電子裝置，其中該晶體管是一P型金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管，該第一端是一柵極，該第二端是一源極，以及該第三端是一漏極。
12.如權(quán)利要求10所述的便攜式電子裝置，其中該第一直流電源的電壓值小于該電池 電源的電壓值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電源供應(yīng)系統(tǒng)及便攜式電子裝置。該電源供應(yīng)系統(tǒng)，包含有一變壓器，用來將一外接交流電源轉(zhuǎn)換為一外接直流電源；一電池，用來提供一電池電源；一選擇模塊，用來輸出該外接直流電源或該電池電源；一第一級直流轉(zhuǎn)換模塊，用來將該選擇模塊所輸出至電源轉(zhuǎn)換為一第一直流電源；多個第二級直流轉(zhuǎn)換模塊，每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊用來將一輸入電源轉(zhuǎn)換為一第二直流電源；以及一切換模塊，用來根據(jù)該外接直流電源，選擇輸出該電池電源或該第一級直流轉(zhuǎn)換模塊的該第一直流電源為每一第二級直流轉(zhuǎn)換模塊的該輸入電源。
文檔編號H02J9/00GK102130491SQ201010000869
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者吳德隆 申請人:緯創(chuàng)資通股份有限公司