电源系统的制作方法

专利名称：电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及各种电子装置中并入的电源系统。
背景技术：
包括手持终端(如蜂窝式电话和PDA、以及笔记本大小的个人计算机) 的电子装置，由电源(如电池)提供电力以便确保电子装置的轻便。虽然可 再充电电池广泛用作电源，但是燃料电池(如聚合物电解液燃料电池)在不 远的将来将因此被替代。
当前的趋势是电子装置具备各种扩展功能，导致需要的电力增加。同时， 电子装置必须消耗减少的电力以确保电子装置的工作时间。必须消除电子装 置的这两个沖突的问题，即改进的电子装置功能和减少的功率消耗。
为实现电子装置中少的功率消耗，通过引用文献No.l或公布的日本专利 申请公开No. 2004-88853，公开了具有适当控制将提供的电力的电源系统。
图16是图示在引用的文献No.1中公开的电源系统的方框图。
可操作以提供电力给负载电路106的电源系统100，包括如下讨论的元 件。供电源(power-supply source) 101，如可再充电电池是电力供应者。负 载电路106包括所有必须提供电力的电子电路，如各种电子组件、IC和显示 面板，它们中的每个驱动电子装置。供电源101包括连接到开关调节器 (switching regulator) 103和串联调节器(series regulator) 104的电源端102。 控制单元105可操作以选择开关调节器103或串联调节器104,以使用选择 的调节器。通过从选择的调节器的输出提供电力给负载电路106。
虽然供电源101具有一定的输出电压，但是负载电路106具有经常依赖 于电路结构和电子组件变化的工作电压，并且必须降低供电源101的输出电 压以提供电力给负载电路。为此，提供开关调节器103和串联调节器104用 于降低电压。
如图17中所图示的，相对于消耗电流，开关调节器103在效率特性上不 同于串联调节器104。图17是显示开关调节器和串联调节器中的每个的效率特性的图示。
参照图17，根据开关调节器103的效率特性，在小的消耗电流的范围内
显示效率随消耗电流的增大而提高，但是当消耗电流等于或大于预定值时，
显示饱和。继续参照图17，根据串联调节器104的效率特性，不管消耗电流 的变化，显示效率相对于确定值保持不变。考虑这样的效率特性，当负载电 路106中流动小的消耗电流时，选择串联调节器104,但是对于一定或大消 耗电流选择开关调节器103。这样的转换提供电力给负载电路106,以响应消 耗电流的变化。
但是，负载电路106中增大的消耗电流降低了电源端102的输出电压。 特别是，负载电路106中增大的消耗电流导致电压下降，因此降低电源端102 的输出电压。降低的输出电压导致负载电路106的故障问题。特别地，当供 电源101是燃料电池时，会出现更大的电压降低。
或者，假定供电源101包括输出电压降低的余量。但是，作为选择的结 果，尽管负载电路106需要小的消耗电流，但是高的电压不利地提供给负载 电路106，不必要的功率消耗随之增大。另外，开关调节器103和串联调节 器104中的每个的输入和输出电压之间的差别增大，因此开关调节器103和 串联调节器104的每个中降低电压需要的电压量增大。这导致另一个问题 开关调节器103和串联调节器104的每个中的功率消耗的损失、以及负载电 路106中的功率消耗的损失增大。
总之，现有技术电源系统具有如下讨论的问题。
问题之一是不能适当地提供电力给负载电路106,导致功率消耗增大。 增大的不必要的功率消耗导致另一个问题电子装置的工作时间降低了 。
进一步的问题是功率降低引起的负载电路的故障，导致在电子装置活 动(activity)方面降低了电子装置的可靠性。

发明内容
考虑到上面，本发明的目的是提供一种电源系统，该电源系统可操作以 提供电力给电子装置的负载电路，该电力具有适当的电压以响应负载电路中 消耗电流的变化，因此防止负载电路发生故障，并且可操作以通过降低电源 系统中不必要的功率消耗，提供电子装置更长段的工作时间。
本发明的第一个方面提供一种电源系统，其可操作以提供电力给负载电
路，其包括供电源，包括多个输出电压互相不同的电源端，其中供电源可
操作以通过多个电源端提供电力；电源端选择单元，其可操作以选择该多个 电源端中的任何一个；连接到电源端选择单元的多个电压转换单元，其中该 多个电压转换单元可操作以转换电压；以及电压转换单元选择单元，可操作 以选4奪该多个电压转换单元中的任何一个。
上面的结构提供多种供电通道，该供电通道由电源端中的任何一个、和 电压转换单元中的任何一个的每个组合形成，因此使得提供电力给负载电路、 以适当地满足负载电路需要的电力的变化切实可行。基于变化的电力供应防 止负载电路的故障，否则负载电路的故障将作为电压降低的结果出现，并且 在电源系统中提供减小的不必要的功率消耗。
本发明的第二个方面提供一种电源系统，还包括控制单元，其可操作以 控制由电源端选择单元、和电压转换单元选择单元中的每个要做出的选择。
上面的结构容易选择电源端中的任何一个和电压转换单元中的任何一个。
如在第二个方面中定义的本发明的第三个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，控制单元包括消耗电流测量单元，其可操作以测量负载电路中 的消耗电流，因此提供测量结果，并且基于测量结果，控制单元行使对由电
上面的结构实时地测量负载电路中的消耗电流，并且基于消耗电流的变 化确定需要的电力的变化，因此形成最佳的供电通道以应付需要的电力变化。 作为结果，供电系统基于适当地识别的负载电路的状态提供电力，因此防止 负载电路的故障，并且在电源系统中提供减小的不必要的功率消耗。
如在第二个方面中定义的本发明的第四个方面提供一种电源系统，在该
电源系统中，控制单元包括活动识别单元，其可操作以识别负载电路的每个 活动的类型，因此提供识别的活动类型，并且基于识別的活动类型，控制单 元行使对由电源端选择单元、和电压转换单元选择单元中的每个要做出的选 择的控制。
上面的结构根据识别的负载电路的每个活动的类型，帮助估计负载电路 需要的电力。
如第四个方面中定义的本发明的第五个方面提供一种电源系统，在该电 源系统中，活动识别单元包括输入接收单元，其可操作以接收活动输入，因
此提供来自活动输入的接收的结果，并且基于来自活动输入的接收的结果， 控制单元行使对由电源端选择单元、和电压转换单元选择单元中的每个要做 出的选择的控制。
上面的结构必定帮助识别负载电路的活动的类型。
如在第一个方面中定义的本发明的第六个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，供电源包括可再充电的电池。
上面的结构实现在便携电子装置(如手持终端和笔记本大小的个人计算 机中)使用的最佳电源系统。
如在第一个方面中定义的本发明的第七个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，供电源包括燃料电池。
上面的结构实现用于在自由再充电(recharge-free )、便携式的电子装置 中使用的最佳电源系统。
如在第一个方面中定义的本发明的第八个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，供电源包括多个串联连接在一起的内部电源单元，并且多个电 源端在其不同的连接点连接到该多个内部电源单元。
上面的结构容易地形成具有不同电压值的多个电源端。
如第八个方面中定义的本发明的第九个方面提供一种电源系统，在该电 源系统中，该多个内部电源单元包括连接到供电源的高电压侧的内部电源单 元、以及连接到供电源的低电压侧的内部电源单元，并且连接到高电压侧的 内部电源单元，在尺寸上小于连接到低电压侧的内部电源单元。
上面的结构提供缩小的供电源、而不改变供电源的额定电压和额定电流。 作为结果，提供了缩小的供电源，该供电源可操作以基于负载电路需要的电 力的变化提供电力给负载电路。
如在第一个方面中定义的本发明的第十个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，该多个电压转换单元包括多个步降(step-down )电压转换单元。 该多个步降电压转换单元中的每个，可操作以降低相对于输入电压的输出电 压。该多个步降电压转换单元，相对于消耗电流在效率特性上互相不同。
上面的结构根据负载电路需要的不同电压，从供电源提供电力给负载电路。
如第十个方面中定义的本发明的第十一个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，该多个步降电压转换单元包括 一个具有依赖于消耗电流的效
率特性的步降电压转换单元；以及另一个具有独立于消耗电流的效率特性的
步降电压转换单元。
上面的结构提供多种供电通道，因此灵活地提供电力给负载电路以响应 负载电路需要的电力的不断变化。作为结果，减小电源系统中的功率消耗、 并且改进电子装置的可靠性是可实现的。
如第十个方面中定义的本发明的第十二个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，该多个步降电压转换单元包括开关调节器和串联调节器。
上面的结构选择具有好的效率特性的调节器以响应消耗电流值的变化， 因此使根据负载电路需要的电力、适当地提供电力给负载电路切实可行。
如第十个方面中定义的本发明的第十三个方面提供一种电源系统，在该 电源系统中，该多个步降电压转换单元包括开关调节器和线性调节器。
上面的结构选择具有好效率特性的调节器，以响应消耗电流值的变化， 因此使根据负载电路需要的电力、适当地提供电力给负载电路切实可行。
本发明的第十四个方面提供一种电源系统，其可操作以提供电力给负载
电路，包括供电源，包括第一电源端和第二电源端，其中在输出电压上第 一电源端和第二电源端不同，并且该供电源可操作以通过第一电源端和第二 电源端提供电力；电源端选择单元，其可搡作以选择第一电源端或第二电源 端；开关调节器和串联调节器，两个都连接到电源端选择单元；以及电压转 换单元选择单元，其可操作以选择开关调节器或串联调节器。在该电源系统 中，在输出电压上第一电源端高于第二电源端。
上面的结构提供多个供电通道，该供电通道由具有不同输出电压的电源 端、和具有不同效率特性的调节器的多种组合形成，以响应负载电路需要的 电力的变化。该供电通道允许基于所需要的功率供应电力，由此电子装置工 作更长段的时间，并且在电子装置的活动方面具有改进的电子装置可靠性。
如第十四个方面中定义的本发明的第十五个方面提供一种电源系统，还 包括控制单元，该控制单元可操作以控制由电源端选择单元、和电压转换单 元选择单元中的每个要做出的选择。
上面的结构帮助选择需要的电源端和电压转换单元。
如第十五个方面中定义的本发明的第十六个方面提供一种电源系统，在 该电源系统中，控制单元包括消耗电流测量单元，其可操作以测量负载电路 中的消耗电流，因此提供来自消耗电流的测量的结果。在电源系统中，当来
自消耗电流的测量的结果小于第一电流值时，控制单元发出一个控制信号给 电源端选择单元以选择第二电源端，以及另一个控制信号给电压转换单元选 择单元以选择串联调节器；当来自消耗电流的测量的结果等于或大于第一电 流值、但是小于第二电流值时，控制单元发出一个控制信号给电源端选择单 元以选择第一电源端，以及另一个控制信号给电压转换单元选择单元以选择
串联调节器；当来自消耗电流的测量的结果等于或大于第二电流值时，控制 单元发出一个控制信号给电源端选择单元以选择第一电源端，以及另一个控 制信号给电压转换单元选择单元以选择开关调节器。
上面的结构实时地测量负载电路中消耗电流的变化，并且根据来自测量 的结果，提供具有不同输出电压的电源端中的任何一个、和具有不同效率特 性的调节器中的任何一个的每个适当的组合。作为结果，根据消耗电流的变 化提供电力是可实现的。
从结合附图阅读以下说明，本发明上面的和其它的目的、特征和优势将 变得明显，在附图中，相同的标号指示相同的元件。


图1是图示根据本发明第一实施例的电源系统的方框图2是图示根据第一实施例的另 一电源系统的方框图3 (a)是图示根据第一实施例的一个供电源的内部的方框图3 (b)是图示根据第一实施例的另一供电源的内部的方框图4是图示根据第一实施例的电源系统的方框图5是显示根据第一实施例的第一和第二步降电压转换单元中的每个的
效率特性的图示；
图6是图示根据第 一实施例的进一步的电源系统的方框图7是图示根据第 一 实施例的更进一 步的电源系统的方框图8是显示根据第一实施例的开关调节器和串联调节器中的每个的效率
特性的图示；
图9是图示根据第二实施例的电源系统的方框图； 图10是显示根据第二实施例的开关调节器和串联调节器中的每个的效 率特性的图示；
图11是图示根据第三实施例的电源系统的方框图12是图示根据第三实施例的另 一 电源系统的方框图13是图示根据第三实施例的电子装置的方框图14是图示根据第三实施例的电子装置的正视图15是图示根据第三实施例的笔记本大小的个人计算机的透视图16是图示现有技术电源系统的方框图；以及
图17是显示开关调节器和串联调节器中的每个的效率特性的图示。
具体实施例方式
现在参照附图描述本发明的实施例。 第一实施例
图1是图示根据本发明第一实施例的电源系统的方框图。 电源系统1放置在多种电子装置中。电子装置是那些需要其便携性的电 子装置，如蜂窝式电话、PDA以及笔记本大小的个人计算机。 下面根据第一实施例讨论电源系统1的整体构造。
电源系统1可操作以提供电力给允许电子装置运行(flmction )的负载电 路10 。电源系统1包括如下讨论的元件。
供电源2可操作以提供电力给负载电路10。供电源2使用电池。为保证 电子装置的便携性，使用可再充电电池和免充电燃料电池。供电源2包括多 个电源端3和4。电源端3在输出电压上不同于电源端4。
电源端3和4连接到电源端选择单元5,该电源端选择单元5可操作以 在控制单元9的控制下选择电源端3和4中的任何一个。供电源2通过选择 的电源端3和4之一提供电力给多个电压转换单元6和7。该多个电压转换 单元6和7连接到电源端选择单元5的输出端。电压转换单元6和7中的每 个可操作以转换输入电压，从而将转换的输入电压馈入负载电路10。此时， 电压转换单元选择单元8在控制单元9的控制下，选择电压转换单元6和7 中的任何一个。控制单元9控制由电源端选择单元5、和电压转换单元选择 单元8中的每个做出的选择。电压转换单元6在效率特性上不同于电压转换 单元7。
电源端选择单元5和电压转换单元选择单元8确定具有不同输出电压的 电源端3和4中的任何一个、和具有不同效率特性的电压转换单元6和7中 的任何一个的每个组合。确定的组合形成功率特性互相不同的供电通道。
为允许电子装置运行，负载电路10包括必须为其提供电力的多种元件，
如电子组件、印刷电路板、网络、集成电路(如IC和LSI)、显示面板和输 入设备。
下面讨i仑电源系统的每个组件的细节。 现在描述供电源2和电源端3和4。
供电源2包括多个电源端3和4。使用可再充电电池或燃料电池作为供 电源2，从而允许供电源2令人满意地用于电子装置，如手持终端和笔记本 大小的个人计算机中。电源端3和4在输出电压上互相不同。
在图3 (a)和3 (b)中图示的结构允许电源端3和4具有不同的输出电 压。图3 (a)和3 (b)的每个是图示根据本实施例的供电源2的内部的方框 图。
如图3中说明的，供电源2包括串联在一起的多个内部电源单元14。每 个内部电源单元14具有一定的输出电压。彼此串联的内部电源单元14形成 具有预定输出电压的供电源2。电源端3和4连接到彼此串联的内部电源单 元14的不同连接点。如图3(a)中图示的，电源端3在其输出点连接到彼此 串联的内部电源单元14的头，而电源端4在其输出点连接到彼此串联的内部 电源单元14之一的中间。作为结果，电源端3在输出电压上高于电源端4。
位于高电压侧的每个内部电源单元14需要提供的输出电流，小于位于低 电压侧的每个内部电源单元14需要提供的。这是因为位于低电压侧的每个内 部电源单元14需要的输出电流，是电源端3和4的总的输出电流，而位于高 电压侧的每个内部电源单元14需要的输出电流，可以只是电源端3的输出电 流。因此，位于高电压侧的内部电源单元14的尺寸可以比位于低电压侧的内 部电源单元小。
如图3 (b)中表明的，位于高电压侧的内部电源单元15的尺寸能够比 位于低电压侧的内部电源单元14小，由此可以得到缩小的供电源2。 下面讨论在图2中显示的电压转换单元6和7。
电压转换单元6和7可操作以转换由供电源2提供的电力的电压。这是 因为供电源2具有一定的输出电压，而负载电路IO需要可变的电压。 图4是图示根据本实施例的电源系统的方框图。
图4中显示的电源系统1拥有第一和第二步降电压转换单元16和17， 它们分别对应于图2中显示的电压转换单元6和7。
如图4中图示的，使用第一和第二步降电压转换单元16和17作为电压 转换单元，该第一和第二步降电压转换单元16和17可操作以相对于输入电 压降低输出电压。这样使用的每个第 一和第二步降电压转换单元具有不同的 效率特性。图4的第一和第二步降电压转换单元16和17相对于消耗电流效 率特性互相不同。使用具有不同效率特性的第一和第二步降电压转换单元16 和17,允许提供电力以响应负载电路10中消耗电流的变化。
图5是显示根据本实施例的第一和第二步降电压转换单元16和17中的 每个的效率特性的图示。根据第一步降电压转换单元16的效率特性，当消耗 电流小于预定值时，效率随消耗电流的增大而增加，但是在消耗电流等于或 大于预定值的范围中饱和。根据第二步降电压转换单元17的效率特性，效率 具有与消耗电流的变化无关的确定的值。使用开关调节器作为具有第一步降 电压转换单元16的效率特性的步降电压转换单元。使用串联调节器或线性调 节器作为具有第二步降电压转换单元17的效率特性的步降电压转换单元。
图6和7中的每个是图示根据本实施例的进一步的电源系统的方框图。 图6说明包括开关调节器20和串联调节器21的一个结构。图7图示包括开 关调节器20和线性调节器22的另一个结构。
图8是显示根据本实施例的开关调节器和串联调节器中的每个的效率特 性的图示。如由图8显示的，根据开关调节器20的效率特性，当消耗电流小 于预定值时，效率随消耗电流的增大而增大，但是在消耗电流等于或大于预 定值的范围中饱和；根据串联调节器21的效率特性，效率具有与消耗电流的 变化无关的确定的值。线性调节器22具有的效率特性类似于串联调节器21 的那些。因此提供互相补充的效率特性给电源系统1,其包括具有不同效率 特性的开关调节器20和串联调节器21。
要注意的是，可以提供三个或更多的电源端和三个或更多的电压转换单元。
参照图2，说明了这样的配置，该配置包括四个电源端3、 4、 11和12、 以及三个电压转换单元6和7和13。更多电源端和更多电压转换单元的存在， 形成供电通道的更多组合，并且电力的供应被控制在精细的限度内。
下面讨论控制单元9。
控制单元9控制由电源端选择单元5和电压转换单元选择单元8中的每 个要做出的选择。电源端选择单元5选择电源端3和4中的任何一个。电压
转换单元选择单元8选择电压转换单元6和7中的任何一个。可选地，电压
转换单元选择单元8选择第一步降电压转换单元16或第二步降电压转换单元 17。作为还可选地，电压转换单元选择单元8选择开关调节器20或串联调节 器21。控制单元9发出并产生控制信号用于上面选择性组合中的每个。
例如，在图4的电源系统1中，控制单元9根据如下讨论的四个不同的 选择性组合，产生四个不同的选择控制信号。控制单元9发出产生的信号中 的任何一个。更特别地，根据如下四个不同的选择性组合产生四个不同的选 择控制信号电源端3和第一步降电压转换单元16;电源端3和第二步降电 压转换单元17;电源端4和第一步降电压转换单元16;以及电源端4和第二 步降电压转换单元17。产生的选择控制信号中的任何一个从控制单元9发出。 不必说，当如图2中图示的提供三个或更多电源端和三个或更多电压转换单 元时，更多不同的选择控制信号可用。
基于负载电路10中测量的消耗电流、或者施加在负载电路10的处理活 动上的一些负载，产生选择控制信号。可选地，产生选择控制信号以响应来 自外部的用户输入。控制单元9可以可选择地由可编程可操作的处理器实现， 并且在该选项中，由来自外部的输入或者由任何预定的程序产生选择控制信
作为还可选地，控制单元9根据由负载电路IO提供的动作(action)的 过程产生选择控制信号。
例如，根据动作的过程，假定当负载电路IO开始工作时，小的消耗电 流在负载电路10中流动，但是消耗电流在最终下降之前增大到最大程度。基 于该假定，控制单元9根据如上所讨论的动作的过程，发出并且产生每个选 择控制信号。
控制单元9基于关于负载电路10中的消耗电流的信息，确定多个电源端 中的任何一个、和多个电压转换单元中的任何一个的每个的最佳组合。控制 单元9将确定的结果作为选择控制信号，馈入电源端选择单元5和电压转换 单元选择单元8。根据每个选择控制信号，电源端选择单元5和电压转换单 元选择单元8实际上分别选择任何一个电源端和任何一个电压转换单元。作 为结果，形成供电通道。通过形成的供电通道提供电力给负载电路11。
依赖于负载电路10的结构和其中提供具有负载电路10的电子装置的类 型，如上所讨论的由控制单元9使用的关于消耗电流的信息是变化的。
下面讨论电源端选择单元5和电压转换单元选择单元8。
电源端选4奪单元5选择电源端3和4中的任何一个，然后将选择的电源 端3或4在其输出端连接到电源端选择单元5。电源端3在输出电压上不同 于电源端4。电源端3在输出电压上高于电源端4。例如，当因为负载电路 IO中消耗电流增大，所以负载电路IO需要高输出电压时，电源端选择单元5 选择电源端3。此时，电源端选择单元5基于从控制单元9发出的控制信号 选才奪电源端3。
电压转换单元选择单元8基于来自控制单元9的控制信号，选择多个电 压转换单元6和7中的任何一个。可选地，在图4的电源系统1中，电压转 换单元选择单元8选择第一步降电压转换单元16或第二步降电压转换单元 17。作为还可选地，在图6的电源系统1中，电压转换单元选择单元8选择 开关调节器20或串联调节器21。在图7的电源系统1中，电压转换单元选 择单元8选择开关调节器20或线性调节器22。
类似于开关调节器20和串联调节器21，该多个电压转换单元在效率特 性上互相不同。电源端3在输出电压上与电源端4不同。作为结果，根据电 源端中的任何一个和电压转换单元中的任何一个的每个的组合的类型，提供 不同值的电力给负载电路10。该特征允许电源系统1提供电力给负载电路10, 以响应负载电路10中消耗电流的变化。
可选地，电压转换单元选择单元8可以从电压转换单元6或电压转换单 元7选择输出，因此将选择的输出馈入负载电路10。作为还可选地，电压转 换单元选择单元8可以使电压转换单元6和7中的任何一个不激活，以只允 许另一电压转换单元保持运转。在后一种可替换的方法中，来自电压转换单 元选择单元8的控制信号，通过其使能端进入每个电压转换单元，因此使每 个电压转换单元在运转和不运转模式之间切换。
可以如图1中所图示的，单独提供电源端选择单元5、电压转换单元选 择单元8和控制单元9，或者可选地其全部或一部分可以由相同电路或者相 同装置形成。还可选地，电源端选择单元5、控制单元9、电压转换单元选择 单元8和电压转换单元6和7的全部或一部分，可以由集成电路如IC和LSI 形成。在后一种可替换的方法中，可以得到更缩小的和更薄的电源系统1。
电源端选择单元5可以是选择器、复用器和晶体管开关中的任何一个。
下面参照图6讨论由电源系统l提供的动作的过程。
放置在供电源2中的电源端3,在输出电压上高于相似地位于其中的电
源端4。提供开关调节器20和串联调节器21作为电压转换单元。参照图8， 显示开关调节器20和串联调节器21中的每个，以展示相对于消耗电流的各 效率特性。当串联调节器21由线性调节器22代替时，线性调节器22具有的 效率特性基本上与串联调节器21的相同。
控制单元9接收关于负载电路10中的消耗电流的信息。例如，控制单元 9接收负载电路10中的消耗电流的测量结果。基于关于负载电路10中的消 耗电流的信息，控制单元9产生选择控制信号，该信号指示由电源端选择单 元5和电压转换单元选择单元8中的每个做出的选择。
更特别地，当负载电路10中出现很小的消耗电流时，控制单元9产生选 择控制信号以选择具有低输出电压的电源端4、以及相对于较小的消耗电 流提供好的效率特性的串联调节器21 (或者线性调节器22)。在负载电路IO 和开关调节器20的每个中，这样做出的选择提供减小的不必要的功率消耗。
当增大的消耗电流在负载电路10中流动时，控制单元9产生选择控制信 号以选择具有高输出电压的电源端3、以及串联调节器21 (或者线性调节 器22)。当更增大的消耗电流在负载电路10中流动时，控制单元9产生选择 控制信号以选择电源端3以及开关调节器20。这样做出的选择允许提供充足 的电力给具有增大的消耗电流的负载电路10,由此负载电路10工作而不出 现错误。
如上所述，根据负载电路10中的消耗电流，产生具有不同输出电压的多 个电源端中的任何一个、和具有不同效率特性的多个电压转换单元中的任何 一个的每个的适当的组合，由此降低电源系统中不必要的功率消耗，并且电 子装置工作更长段的时间。此外，负载电路10工作而不出现错误。
作为结果，可以得到具有改进的可用性和可靠性的电子装置。
第二实施例
现在参照图9和IO描述根据第二个实施例的电源系统1。在如下描述的 本实施例中的电源系统1中，控制单元9在执行选择控制之前，测量负载电 路10中的消耗电流。
图9是图示根据本实施例的电源系统的方框图。图IO是显示根据本实施 例的开关调节器和串联调节器中的每个的效率特性的图示。
开关调节器20图示为示例电压转换单元，并且可选地可以由另 一个电压
转换单元或步降电压转换单元代替，它们中的每个具有如图10中图示的效率 特性，在图10中效率随消耗电流变化。类似地，串联调节器21图示为示例 电压转换单元，并且可选地可以由另一个电压转换单元或步降电压转换单元
代替，它们中的每个具有图IO的效率特性，在图10中，效率基本保持一定 值而不管消耗电流的变化。还可选地，串联调节器21可以由线性调节器22 代替。
仍然作为更进一步的可供替换的方法，可以使用另 一个电压转换单元或 另一个步降电压转换单元，它们中的每个在效率特性上与上面的不同。另外， 可以使用三个或更多电压转换单元。图9的两个不同电源端可以由三个或更 多电源端代替。
在图9的电源系统中，控制单元9包括消耗电流测量单元30。根据由消 耗电流测量单元30进行的测量的结果，控制单元9确定由电源端选择单元5 和电压转换单元选择单元8中的每个要做出的选择。
消耗电流测量单元30可操作以测量负载电路10中流动的消耗电流。在 连接到负载电路10的路径上提供电阻31。元件32连接到电阻31的输入和 输出端。连接的元件32测量流经电阻31的电流。流经电阻31的电流值对应 于负载电路10中的消耗电流值，并且消耗电流测量单元30测量负载电路10 中的消4毛电流。
测量的电流值的结果发送到选择确定单元33。选择确定单元33可操作， 从而基于来自消耗电流测量的进入结果，将选择控制信号馈入电源端选择单 元5和电压转换单元选择单元8中的每个。此时，在测量结果和预定阈值之 间进行比，并且基于比结果确定电源端中的任何一个和电压转换单元中的任 何一个的组合。选择确定单元33可以是独立的块或控制单元9的一部分，其 是能够发出和产生选择控制信号的块。
下面参照图10，讨论如何基于由消耗电流测量单元30进行的测量的结 果进行选择。设置确定为阈值的第一和第二电流值，以将消耗电流与其比。 第二电流值位于开关调节器20的一条效率曲线、和串联调节器21的另一条 效率曲线交叉的交叉点附近。第 一电流值位于第 一电流值在电流值上低于第 二电流值的位置。
当由消耗电流测量单元30测量的消耗电流值小于第一电流值时，负载电 路10需要低电平的电力，并且选择了具有低输出电压的电源端4。在小于第
一电流值的电流范围中，串联调节器21在效率特性上比开关调节器20高，
并且选择了串联调节器21。
这样做出的选择允许电源系统1消耗少的不必要的电力。
当测量的消耗电流值等于或大于第 一 电流值、但是小于第二电流值时，
负载电路10需要中间电平的电力，并且选择了具有高输出电压的电源端3。 在等于或大于第一电流值但是小于第二电流值的范围中，串联调节器21在效 率特性上高于开关调节器20。因此，选择了串联调节器21或者线性调节器 22。
这样做出的选择根据负载电路10中的消耗电流值提供电力给负载电路10。
当负载电路10中的消耗电流增大到这样的程度由功率消耗测量单元 30进行的测量的结果等于或大于第二电流值时，负载电路10需要高电平的 电力，并且选择了具有高输出电压的电源端3。在等于或大于第二电流值的 范围中，开关调节器20在效率特性上高于串联调节器21，并且选择了开关 调节器20。
这样做出的选择提供充足的电力给负载电路10。作为结果，防止了电压 的下降，否则因为增大的消耗电流将发生电压下降，并且负载电路10工作而 不出现错误。
如上所述，控制单元9包括消耗电流测量单元30,该消耗电流测量单元 30可操作以测量负载电路10中的消耗电流，由此电源系统1中可以实现减 小的不必要的消耗电流，并且电子装置工作延长的时间段。此外，消耗电流 测量单元30的出现防止负载电路10的故障，否则故障将作为增大的消耗电 流导致的电压下降的结果出现。这意味着就电子装置活动而言，确保的电 子装置的操作时间与改进的电子装置的可靠性平衡。
第三实施例
现在参照图11-13描述根据第三实施例的电源系统。
根据本实施例的电源系统根据由负载电路提供的动作的过程，提供电源 端中的任何一个和电压转换单元中的任何一个的每个受控的组合，从电源系 统适当地提供电力给该负载电路，因此就电子装置活动而言，平衡确保的电 子装置的操作时间与电子装置的可靠性。
图11是图示根据本实施例的电源系统的方框图。虽然开关调节器20和
串联调节器21被图示为示例电压转换单元，但是其它电压转换单元可以替换
它们，并且可以提供效率特性互相不同的多个电压转换单元。串联调节器21 可以由线性调节器22代替。
开关调节器20和串联调节器21中的每个具有如图8中所示的效率特性。 更具体地，根据开关调节器20的效率特性，效率随消耗电流的增大而提高， 但是正在提高的效率在消耗电流等于或大于一定值的范围中饱和；根据串联 调节器21的效率特性，效率基本上保持在一定值而不管消耗电流的变化。电 源端3在输出电压上高于电源端4。
如图2中所图示的，可以提供三个或更多的电源端和三个或更多的电压 转换单元。
在图11的电源系统1中，控制单元9包括活动识别单元40,该活动识 别单元40可操作以识别负载电路10的每个活动的类型。根据接收的关于由 负载电路10中执行的活动的类型的信息，活动识别单元40识别活动类型。 多种活动在负载电路10中执行，并且当不同活动在其中执行时，由负载电路 IO将中断信号以及指示每个活动的开始的开始信号，发送给控制负载电路10 的活动的处理器。活动识别单元40监视开始信号和中断信号，因此识别负载 电路10的活动的类型。
活动识别单元40根据每个识别的活动类型确定需要的电力。根据由活动 识别单元40做出的确定的结果，选择确定单元33确定电源端中的任何一个、 和电压转换单元中的任何一个的每个组合。包括关于每个确定的组合的信息
的选择控制信号，由选择确定单元33发送给电源端选择单元5、和电压转换 单元选择单元8。
例如，假定电子装置是笔记本大小的个人计算机，以及负载电路10中执 行的主要活动包括三个不同活动"基于键盘的键输入"、"字符串编辑"以及 "运动图像重现"。执行活动"基于键盘的键输入"需要低电平的电力。活动 "字符串编辑"需要的电力大于"基于键盘的键输入"、但是小于"移动图像 重现"中需要的电力。也就是说，活动"运动图像重现"需要最大电平的电 力。
在活动"基于键盘的键输入"开始时，由负载电路IO产生了键输入指示 信号。活动识别单元40监视该信号，因此识别活动"基于键盘的键输入"的 状态。此时，需要低电平的电力来执行活动"基于键盘的键输入"，并且活动
识别单元40指示选择确定单元33选择电源端4和串联调节器21以形成其组 合。供电通道由具有低输出电压的电源端4、和在小消耗电流的范围中具有 高效率特性的串联调节器21的组合形成。在电源系统1中，形成的供电通道 提供减小的不必要功率消耗。
在活动"字符串编辑"开始时，由负载电路IO产生启动编辑软件的中断 信号。活动识别单元40监视中断信号，因此识别活动"字符串编辑"的开始。 需要中间电平的电力来执行活动"字符串编辑"，并且活动识别单元40指示 选择确定单元33组合电源端4和串联调节器21。接收到指令后，选择确定 单元33发出一个选择控制信号给电源端选择单元5,以选择电源端3，以及 另一个选择控制信号给电压转换单元选择单元8,以选择串联调节器21。
活动"运动图像再现"开始时，由负载电路IO产生与来自外部的请求有 关的信号。活动识别单元40监视请求信号，因此识别活动"运动图像再现" 的开始。为执行活动"运动图像再现"，需要最高水平的电力，并且活动识别 单元40指示选择确定单元33组合电源端3和开关调节器20。为响应该指令， 选择确定单元33发出一个选择控制信号给电源端选择单元5,以选择电源端 3，以及另一个选择控制信号给电压转换单元选择单元8，以选择开关调节器 20。这样实施的控制形成这样的供电通道，该供电通道通过互连的电源端3 和开关调节器20,将供电源2连接到负载电路10。形成的供电通道使得提供 充足的电力给需要高电力值的活动"运动图像再现"切实可行。作为结果， 防止了负载电路10的故障，否则该故障将作为增大的消耗电流所导致的电压 下降的结果出现。
下面参照图12讨论不同配置的电源系统。
图12是图示根据本实施例的电源系统的方框图。图12图示图11的元件 以及附加元件。附加元件是活动输入单元42-44,它们中的每个可操作以处 理到负载电路10的活动请求；以及放置在活动识别单元40中的输入接收单 元41。
负载电路10包括活动电路45,处理到该活动电路45的活动请求，以响 应来自外部或来自程序的请求。请求包括例如由来自外部的键输入产生的请 求、以及由内部程序产生的中断请求。为响应这样的请求，活动输入单元42-44 中的每个处理到活动电路45的活动请求。
例如，活动输入单元42根据来自外部的键输入，处理到活动电路45的
活动请求；活动输入单元43做相同的处理，但是根据来自程序的中断；以及 活动输入单元44做相同的事情，但是根据差错产生信号。为响应这些活动请 求活动电路45需要的电力依赖于每个活动变化。
输入接收单元41与活动电路45 —起，接收从活动输入单元42-44中的 每个发出的请求信号，然后识别活动电路45需要的电力。例如，需要低电平 的电力来使活动电路45工作，以响应来自活动输入单元42的请求，而需要 高电平的电力来使活动电路45工作，以响应来自活动输入单元44的请求。 输入接收单元41根据每个来自活动输入单元42-44的信号，确定需要的电力。
选择确定单元33确定电源端中的任何一个和电压转换单元中的任何一 个的每个组合，并且将每个确定的结果作为选择控制信号，发送给电源端选 择单元5和电压转换单元选择单元8。
这样做出的选择允许电源系统1有效地提供需要的电力给负载电路10， 因此在电源系统l中提供减小的不必要的功率消耗。另外，这样提供了充足 电力的负载电路IO工作而不出现错误。
以类似于参照图11说明的方式选择电源端3和4、开关调节器20和串 联调节器21。开关调节器20和串联调节器21图示为示例的电压转换单元， 并且可选择地可以由其它元件代替。串联调节器21可以由线性调节器22代 替。如图2中图示的，可以提供三个或更多的电源端和三个或更多的电压转 换单元。
下面参照图13讨论更进一步不同配置的电源系统。图13是图示根据本 实施例的电子装置的方框图。参照图13，图示了其中整体并入了电源系统的 电子装置。控制单元9整体地合并到负载电路10中。
在图13的电源系统1中，控制单元9识别活动类型以响应从外部或内部 程序输入的活动，因此根据识别的活动类型，选择电源端中的任何一个和电 压转换单元中的任何一个的供电组合。
负载电路10包括键盘接口51,其可操作以接收来自外部的活动请求； 通信接口 52;显示接口 53;处理器50,其控制所有元件；控制单元9;以及 专用电路58。必要时，负载电路还包括总线接口和存储器控制器。
键盘54、无线电单元55和显示单元56中的每个是可操作的块，以完成 来自外部的活动请求。4建盘接口 51通过键盘54接收活动请求。通信接口 52 从无线电单元55接收另一个活动请求。显示接口 53从显示单元56接收更进
一步的活动请求。
接收到活动请求的键盘接口 51将接收信号馈入控制单元9。基于接收信
号，控制单元9识别将由负载电路IO提供的动作的过程。控制单元9基于识 别的动作的过程确定需要的电力，因此确定最佳电源端和最佳电压转换单元 的选择。
当确定需要低电平的电力时，并且控制单元9选择具有低输出电压的电 源端4和串联调节器21。在电源系统1和负载电路10的每个中，这样做出 的选择提供减小的不必要的功率消耗。
当确定需要中间电平的电力时，并且控制单元9选择具有高输出电压的 电源端3和串联调节器21。这样做出的选择提供适当的电力供应，而电压不 下降，并且不发生过度的功率消耗。
当确定需要高电平的电力时，并且控制单元9选择电源端3和开关调节 器20。这样做出的选择提供电力供应而电压不下降，并且防止负载电路10 的故障。
如上所述，基于由接口发送的请求信号或中断信号，选择最佳供电通道， 以响应外部输入，由此电子装置工作延长期间的时间，并且就电子装置的活 动而言，电子装置的可靠性增大了。
同样期望的是除了如图13中显示由各接口处理各种活动请求，以响应 外部输入外，还基于各种活动请求(如音频输出或数据记录)控制电力的提 供。更多电源端和更多电压转换单元的出现提供更多的供电通道，因此实现 根据每个活动类型提供电力；但是，供电通道的增大的数目必须与电源系统 1中的电路规模平衡。
如上所述，根据本实施例，基于识别的每个负载电路10的活动的类型， 容易估计负载电路10需要的电力，并且根据估计的电力形成适合的供电通 道。
在提供基于活动类型的将供应电力的转换的电源系统中，可以预先设置 或可编程地设置根据每个活动类型估计需要的电力的处理过程。控制单元9 期望包括显示需要的电力和供电通道之间关系的表格。基于该表格，容易确 定任何一个供电通道。还期望上面的表格由随后的可重写的表格代替。 下面讨论如何将根据第 一到第三实施例的电源系统应用到电子装置。 以下讨论的电子装置期望包括手持终端和笔记本大小的个人计算机。
图14是图示根据本实施例的手持终端的正视图。图15是图示根据本实 施例的笔记本大d、的个人计算机的透视图。
图14的手持终端60是蜂窝式电话或PDA。手持终端60容纳包含电池 的电源系统l，以保证手持终端60的便携性。手持终端60配备有各功能， 如键输入处理、通信活动、邮件、内容下载、以及静态图像/运动图像重现和 显示活动。这些活动中的每个需要不同电力值，并且根据测量的消耗电流、 或者其它关于识别的每个活动的类型的信息确定需要的电力。通过由多个电 源端中的任何一个、和多个电压转换单元中的任何一个的每个组合形成的供 电通道，提供这样确定的需要的功率。
类似地，图15的笔记本大小的个人计算机61容纳电源系统1。笔记本 大小的个人计算机61配备有多种功能，如字符串编辑、音频/图像重现和因 特网连接。这些功能中的每个需要不同电力值，并且根据测量的消耗电流、 或者关于识别的每个活动的类型的信息确定需要的电力。通过由多个电源端 中的任何一个、和多个电压转换单元中的任何一个的每个组合形成的供电通 道，提供这样确定的需要的电力。
电子装置(如容纳电源端1的手持终端60、和容纳电源系统1的笔记本 大小的个人计算机61)可工作更长的时间段，并在电子装置活动方面改进了
电子装置的可靠性。
如上所述，根据本实施例的电源系统根据电子装置中识别的每个活动的 类型，为电子装置带来电力的最佳供应。电力的最佳供应提供减小的不必要 的电源系统的功率消耗，并且防止电压下降导致的负载电路的故障。作为结 果，在电子装置活动方面，延长的电子装置的操作时间与改进的电子装置的 可靠性平衡。
对燃料电池，当消耗电流增大时，电压下降可能发生。根据本发明的电 源系统应付电压下降，并且在基于燃料电池的电子装置中形成了最佳电源系统。
根据本发明，由具有不同输出电压的多个电源端中的任何一个、和具有 不同效率特性的多个电压转换单元中的任何一个的每个组合，形成了考虑负 载电路中消耗电流的大小的供电通道，其中在基于电池的供电源中放置电源 端。每个形成的供电通道根据需要的电力的大小提供电力供应。
在电源系统l中，基于需要的功率的电力供应提供减小的不必要的功率
消耗。减小的功率消耗提供更长的电子装置的工作时间段、和手持类型电子 装置的增强的可用性。
另外，减小的功率消耗提供缩小的供电源2，并且提供改进的电子装置
的便携性。
此外，基于需要的电力的电力供应防止电压下降，否则这将作为消耗电 流增大的结果出现，并且防止负载电路10的故障。
在电子装置活动方面，如上讨论的功率消耗减小和防止故障特征，平衡 长的电子装置的工作时间段和改进的电子装置的可靠性。
如上讨论的有益的效果，在配备有最新的显著扩展功能的电子装置中有效。
已经参照附图描述了本发明的优选实施例，要理解的是本发明不限于 那些精确的实施例，并且可以由本领域的技术人员实现各种改变和修改，而 不背离如权利要求中定义的本发明的范围或精神。
产业上的可利用性
本发明在如下领域中找到令人满意的应用，例如放置在电子装置(如手 持终端和笔记本大小的个人计算机)中的电源系统，其中，在电子装置活动 方面，电源系统提供长的电子装置的工作时间段、以及改进的电子装置的可靠性。
权利要求
1.一种电源系统，可操作以提供电力给负载电路，所述电源系统包括供电源，包含输出电压互相不同的多个电源端，所述供电源可操作以通过所述多个电源端提供电力；电源端选择单元，可操作以选择所述多个电源端之一；多个电压转换单元，连接到所述电源端选择单元，所述多个电压转换单元可操作以转换电压；以及电压转换单元选择单元，可操作以选择所述多个电压转换单元之一。
2. 根据权利要求1所述的电源系统，还包含控制单元，可操作以控制将由所述电源端选#^单元、和所述电压转换单 元选择单元中的每个要做出的选择。
3. 根据权利要求2所述的电源系统，其中所述控制单元包含消耗电流测 量单元，该消耗电流测量单元可操作以测量负载电路中的消耗电流，因此提 供测量结果，并且其中基于测量结果，所述控制单元对由所述电源端选择单 元、和所述电压转换单元选择单元中的每个要做出的选择行使控制。
4. 根据权利要求2所述的电源系统，其中所述控制单元包含活动识别单 元，该活动识别单元可操作以识别负载电路的每个活动的类型，因此提供识 别的活动类型，并且其中基于识别的活动类型，所述控制单元对由所述电源
5. 根据权利要求4所述的电源系统，其中所述活动识别单元包含输入接 收单元，该输入接收单元可操作以接收活动输入，因此提供所述活动输入的 接收的结果，并且其中基于所述活动输入的接收的结果，所述控制单元对由 所述电源端选择单元、和所述电压转换单元选择单元中的每个要做出的选择 行使控制。
6. 根据权利要求1所述的电源系统，其中所述供电源包括可再充电电池。
7. 根据权利要求1所述的电源系统，其中所述供电源包括燃料电池。
8. 根据权利要求1所述的电源系统，其中所述供电源包含多个串联连接 在 一 起的内部电源单元，并且其中所述多个电源端在所述多个内部电源单元 的不同连接点，连接到所述多个内部电源单元。
9. 根据权利要求8所述的电源系统，其中所述多个内部电源单元包含 连接到所述供电源的高电压侧的内部电源单元；以及连接到所述供电源的低电压侧的内部电源单元，并且其中连接到高电压侧的所述内部电源单元，在 尺寸上小于连接到低电压侧的所述内部电源单元。
10. 根据权利要求1所述的电源系统，其中所述多个电压转换单元包含多个步降电压转换单元，所述多个步降电压转换单元中的每个，可操作以相 对于输入电压降低输出电压，并且所述多个步降电压转换单元，相对于消耗 电流在效率特性上互相不同。
11. 根据权利要求IO所述的电源系统，其中所述多个步降电压转换单元 包含 一个具有依赖于所述消耗电流的效率特性的步降电压转换单元；以及 另一个具有独立于所述消耗电流的效率特性的步降电压转换单元。
12. 根据权利要求IO所述的电源系统，其中所述多个步降电压转换单元 包含开关调节器和串联调节器。
13. 根据权利要求IO所述的电源系统，其中所述多个步降电压转换单元 包含开关调节器和线性调节器。
14. 一种电源系统，可操作以提供电力给负载电路，所述电源系统包含 供电源，包含第一电源端和第二电源端，所述第一电源端在输出电压上不同于第二电源端，所述供电源可操作以通过所述第一电源端和所述第二电源端提供电力；电源端选择单元，可操作以选择所述第一电源端和所述第二电源端之一； 开关调节器和串联调节器，两个都连接到所述电源端选择单元；以及 电压转换单元选择单元，可操作以选择所述开关调节器和所述串联调节 器之一，其中所述第一电源端在输出电压上高于第二电源端。
15. 根据权利要求14所述的电源系统，还包含控制单元，可操作以控制由所述电源端选择单元、和所述电压转换单元 选择单元中的每个要做出的选择。
16. 根据权利要求15所述的电源系统，其中所述控制单元包含消耗电流 测量单元，该消耗电流测量单元可操作以测量所述负载电路中的消耗电流， 因此提供所述消耗电流的测量结果，其中当所述消耗电流的测量结果小于第一电流值时，所述控制单元发出 一个控制信号给所述电源端选择单元，以选择所述第二电源端；以及另一个 控制信号给所述电压转换单元选择单元，以选择串联调节器，其中当所述消耗电流的测量结果等于或大于所述第一电流值、但是小于第二电流值时，所述控制单元发出一个控制信号给所述电源端选择单元，以选择所述第一电源端；以及另一个控制信号给所述电压转换单元选择单元，以选择所述串联调节器，其中当所述消耗电流的测量结果等于或大于所述第二电流值时，所述控制单元发出一个控制信号给所述电源端选择单元，以选择所述第一电源端； 以及另一个控制信号给所述电压转换单元选择单元，以选择所述开关调节器。
17. —种电子装置，包含 中央处理单元； 信号处理单元；以及供电源，包含多个在输出电压上互相不同的电源端，所述供电源可操作 以通过所述多个电源端提供电力；电源端选择单元，可操作以选择所述多个电源端的输出之一；多个电压转换单元，在所述电源端选择单元的输出端连接到所述电源端 选择单元，所述多个电压转换单元可操作以转换电压；以及电压转换单元选择单元，可操作以选择所述多个电压转换单元之一。
18. 根据权利要求17所述的电子装置，其中所述电子装置是手持终端。
19. 根据权利要求17所述的电子装置，其中所述电子装置是笔记本大小 的个人计算机。
全文摘要
一种电源系统(1)，可操作以提供电力给负载电路(10)，所述电源系统(1)包括供电源(2)，其包括输出电压互相不同的多个电源端(3)和(4)，其中该供电源可操作以通过该多个电源端(3)和(4)提供电力；电源端选择单元(5)，可操作以选择该多个电源端(3)和(4)中的任何一个；多个电压转换单元(6)和(7)，其连接到电源端选择单元(5)，并且可操作以转换电压；以及电压转换单元选择单元(8)，可操作以选择多个电压转换单元(6)和(7)中的任何一个。该电源系统根据负载电路(10)的状态提供电力的适当供应。
文档编号H02J7/00GK101107581SQ20068000315
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月16日 优先权日2005年1月25日
发明者井本智幸 申请人:松下电器产业株式会社