显示器的电源控制系统的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，特别是指一种显示器的电源控制系统。


背景技术：

2.当下，type c接口应用越来越广泛，有些显示器也搭配了type c充电器。但是，相关技术中显示器工作后，整机负载比较高，高达135w，因此选用的适配器功率也比较高，超过了100w条件。为了满足lps(limited power supply，功率受限制电源)要求，适配器是定制适配器，当适配器接入显示器后，双方通过type c pd(power delivery，功率传输)协议沟通成功后，使显示器进入工作状态。
3.显示器不同别的电子消费品，有待机和关机的能耗要求，如何实现能耗要求，需要在显示器的电源控制方面作特殊处理。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种显示器的电源控制系统，能够实现显示器进入待机和关机时的能耗要求。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一方面，提供一种显示器的电源控制系统，包括：
7.type-c接口，用于与外部的type-c电源适配器连接，所述type-c电源适配器输出的电压通过所述type-c接口输入至电源系统，所述type-c电源适配器输出的电压与所述电源系统的功率成正比；主控芯片，用于检测所述显示器的工作模式并发送给功率传输芯片，所述显示器的工作模式包括：开机、正常显示、待机或关机；所述功率传输芯片，用于根据所述显示器的工作模式，控制所述电源系统的功率。
8.可选地，所述功率传输芯片具体用于：
9.当所述显示器的工作模式为待机时，所述功率传输芯片控制电源系统的功率小于0.5w；或
10.当所述显示器的工作模式为关机时，所述功率传输芯片控制电源系统的功率小于0.3w。
11.可选地，所述电源系统包括：
12.第一电源模块，包括：所述显示器的电源；
13.第二电源模块，包括：所述主控芯片的第一电源，所述主控芯片内部双倍速率同步动态随机存储器的电源，android系统的第一电源；
14.第三电源模块，包括：开放式音频平台的电源，所述android系统的第二电源；
15.第四电源模块，包括：集线器的第一电源，所述主控芯片的第二电源，所述集线器的第二电源。
16.可选地，所述显示器的电源控制系统还包括：包括直流-直流转换芯片，所述直流-直流转换芯片用于对输入至电源系统的电压进行转换；
17.所述直流-直流转换芯片包括：
18.第一直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第一电源模块的电压进行转换；
19.第二直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第二电源模块的电压进行转换；
20.第三直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第三电源模块的电压进行转换；
21.第四直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第一电源模块的电压进行转换。
22.可选地，所述功率传输芯片具体用于：
23.当显示器的工作模式为待机时，向所述type-c电源适配器发送第一指示消息，指示所述type-c电源适配器输出电压从20v降为9v，控制所述第一直流-直流转换单元停止工作，所述第二直流-直流转换单元正常工作，所述第三直流-直流转换单元正常工作，第四直流-直流转换单元正常工作，使得所述电源系统的小于0.5w；或
24.当显示器的工作模式为关机时，向所述type-c电源适配器发送第二指示信息，指示所述type-c电源适配器输出电压从20v降为5v，控制所述第一直流-直流转换单元停止工作，所述第二直流-直流转换单元停止工作，所述第三直流-直流转换单元停止工作，第四直流-直流转换单元正常工作，使得所述电源系统的功率小于0.3w。
25.可选地，所述第一直流-直流转换单元，所述第二直流-直流转换单元，所述第三直流-直流转换单元和第四直流-直流转换单元的工作电压均为4.5v-30v。
26.可选地，所述显示器的电源控制系统，还包括：触控开关，用于在所述功率传输芯片的控制下，将所述type-c接口输出的电压提供给所述直流-直流转换芯片。
27.所述显示器的电源控制系统，所述触控开关为场效应晶体管。
28.所述显示器的电源控制系统，所述功率传输芯片包括集成电路总线，所述主控芯片具体用于检测所述显示器的工作模式，并通过所述集成电路总线将所述显示器的工作模式发送给所述功率传输芯片。
29.可选地，所述显示器的电源控制系统还包括：
30.低压差线性稳压芯片，用于在所述显示器开机或关机时，向所述功率传输芯片提供电压。
31.可选地，所述低压差线性稳压芯片的工作电压为5v。
32.可选地，所述功率传输芯片的工作电压为4v～5.5v。
33.本发明的实施例具有以下有益效果：
34.本发明的实施例在scaler和pd ic的控制下，能够在显示器进入待机和关机模式时关闭无需工作的电源模块，从而能够实现显示器进入待机和关机时的能耗要求。
附图说明
35.图1为相关技术中type c接口的插座端视图；
36.图2为相关技术中type c接口的插头引出端视图；
37.图3本发明实施例提供的第一种显示器的电源控制系统结构图；
38.图4为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统的具体电路结构图；
39.图5为本发明实施例提供的第二种显示器的电源控制系统结构图；
40.图6为本发明实施例提供的直流-直流转换芯片的结构图；
41.图7为本发明实施例提供的第三种显示器的电源控制系统结构图；
42.图8为本发明实施例提供的第四种显示器的电源控制系统结构图；
43.图9为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统在待机模式下的工作流程图；
44.图10为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统在关机模式下的工作流程图；
45.图11为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统从启动到正常工作的流程图。
具体实施方式
46.为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
47.type c是usb接口的一种外形标准，不分正反两面均可插入，和type a及type b一样支持usb标准的充电、数据传输、显示输出等功能。type c接口可以双向供电，既可以给设备自身充电，也可以给外接设备供电。移动电源通常采用type c接口。
48.图1为相关技术中type c接口的插座端视图；图2为相关技术中type c接口的插头引出端视图。参考图1和图2，type c有4对tx/rx差分线，1对usbd+/d-，1对sbu线，2条cc线，另外还有4个vbus和4个地线。cc线主要用于power delivery(pd)芯片的通讯，cc线首先是用来判断设备插入的方向：正插或反插，如果是正插，主机使用cc1来和设备通讯，反插使用cc2，可以看到cc使用的是单线协议。
49.相关技术中，type c充电适配器的输入电压为100～240v，输入频率为50hz或60hz。type c充电适配器的输出为：5v/3a或9v/3a或12v/5a或15v/5a或20v/4.7a或20v/6.75a，其中，type c充电适配器的最大输出功率为20v*6.75a＝135w。
50.相关技术中的显示器由于整机功耗比较高，使用了高达135w的type c充电适配器，限于lps的法规要求，该适配器是定制的适配器。适配器使用了type c接口，所以适配器也要满足pd协议，同时显示器作为负载，显示器的type c充电接口也要可以和适配器进行pd协议沟通。同时，显示器具有待机和关机的能耗要求，因此需要对显示器的电源在控制方面作特殊处理。
51.本发明的实施例针对现有技术中显示器的电源在控制方面需要特殊处理的问题，提供一种显示器的电源控制系统。
52.参考图3，图3为本发明实施例提供的第一种显示器的电源控制系统结构图。所述显示器的电源控制系统包括：type-c接口，用于与外部的type-c电源适配器连接，所述type-c电源适配器输出的电压通过所述type-c接口输入至电源系统，所述type-c电源适配器输出的电压与所述电源系统的功率成正比；主控芯片，用于检测所述显示器的工作模式并发送给功率传输芯片，所述显示器的工作模式包括：开机、正常显示、待机或关机；
53.所述功率传输芯片，用于根据所述显示器的工作模式，控制所述电源系统的功率。
54.可选地，所述功率传输芯片的工作电压为4v～5.5v，能够避免对其供电的器件有压降从而导致其无法工作的情况。
55.可选地，所述显示器的电源控制系统还包括低压差线性稳压芯片，用于在所述显
示器开机或关机时，向所述功率传输芯片提供电压。低压差线性稳压芯片能够使输入和输出电压之间的差值低于500mv。参考图7，图7为本发明实施例提供的第三种显示器的电源控制系统结构图，图7中示出了低压差线性稳压芯片。
56.可选地，所述低压差线性稳压芯片的工作电压为5v。
57.图4为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统的具体电路结构图；参考图4，功率传输芯片(power delivery integrated circuit,pd ic)用于和充电适配器沟通，告知充电适配器需要的电源。
58.pd ic在小于5v时也可以工作，因为ldo ic(low dropout regulator integrated circuit,低压差线性稳压芯片)具有压降，当ldo输入5v时，输出是低于5v的，所以此时pd ic的电源低于5v，需要pd ic也能工作。
59.本发明实施例提供的pd ic要求可以应用工作在sink端，即外电路的电流可流入pd ic。
60.可选地，所述功率传输芯片包括集成电路总线iic(inter-integrated circuit，集成电路总线)，所述主控芯片具体用于检测所述显示器的工作模式，并通过所述集成电路总线将所述显示器的工作模式发送给所述功率传输芯片。
61.此外，pd ic还配置有gpio(general-purpose input/output，通用型之输入输出)端口。一个gpio端口至少需要两个寄存器，一个作为控制寄存器，一个作为数据寄存器。数据寄存器的每一位是和gpio的硬件引脚对应的，而数据的传递方向是通过控制寄存器设置的，通过控制寄存器可以设置每一位引脚的数据流向。
62.ldo芯片使能管脚(chip enable pin)为normal high且连接到scaler ic的一个gpio控制pin上。这样的话，开机后只要有电源输入，ldo就可以工作；当主控芯片(scaler)工作后，可以通过type_c_ldo_en将该enable pin拉低，从而关闭该ldo ic。ldo ic只在电源适配器输入5v时工作，即开机时和系统进入关机时，两个状态下工作。ldo ic能够使输入和输出电压之间的差值低于500mv。
63.开机时，pd ic没有电源，不工作。此时pd ic与电源适配器的沟通不涉及软件沟通，只是通过cc通道两端的上拉电阻、下拉电阻连接，连接正常后，type c适配器输出5v电压。
64.正常显示时，“5v_dvcc_1”电源网络和“pow_4.5v”同时给pd ic rts5452e供电，两者是或关系。
65.而待机时，pd ic使用ldo ic供电，此时ldo输入5v，输出为4.5v，效率比较高，不会影响待机功耗。
66.可选地，所述电源系统包括：
67.第一电源模块，包括：所述显示器的电源；
68.第二电源模块，包括：所述主控芯片的第一电源，所述主控芯片内部双倍速率同步动态随机存储器的电源，android系统的第一电源；
69.第三电源模块，包括：开放式音频平台的电源，所述android系统的第二电源；
70.第四电源模块，包括：集线器的第一电源，所述主控芯片的第二电源，所述集线器的第二电源。
71.可选地，显示器的电源控制系统还包括：包括直流-直流转换芯片，所述直流-直流
转换芯片用于对输入至电源系统的电压进行转换。参考图5，图5为本发明实施例提供的第二种显示器的电源控制系统结构图，图5示出了直流-直流转换芯片。
72.图6为本发明实施例提供的直流-直流转换芯片的结构图，所述直流-直流转换芯片包括：
73.第一直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第一电源模块的电压进行转换；
74.第二直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第二电源模块的电压进行转换；
75.第三直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第三电源模块的电压进行转换；
76.第四直流-直流转换单元，用于对输入至所述电源系统的第一电源模块的电压进行转换。
77.可选地，所述第一直流-直流转换单元，所述第二直流-直流转换单元，所述第三直流-直流转换单元和第四直流-直流转换单元的工作电压均为4.5v-30v。
78.参考图4，其中，第一直流-直流转换单元为u39，u39待机时关闭，关机时关闭。
79.第二直流-直流转换单元为u40，u40待机时工作，关机时关闭；
80.第三直流-直流转换单元为u41，u41待机时工作，关机时关闭；
81.第四直流-直流转换单元为u42，u42待机时工作，关机时工作。
82.vbus输出给电源控制系统的直流-直流转换芯片，所连接的直流-直流转换芯片输入电压范围要广，虽然正常工作电压为20v，但是待机、关机时电压会下降，分别下降到9v，5v。u39、u40、u41、u42四颗dc to dc芯片选型的输入电压范围(input voltage range)为4.5-30v。在正常工作电压20v下，u39、u40、u41、u42工作；在待机时，type c适配器电压下降到9v，u39、u40、u41要可以正常工作，这些芯片的enable控制pin受到scaler ic的控制，因为有信号输入时，可以唤醒系统，而u42是不受控制，是持续保持工作状态；在关机时，type c适配器电压降到5v，如果没有scaler的控制，u39、u40、u41、u42也可以工作。但是，为了达到降低功耗的要求，在scaler控制下对u39、u40、u41进行了关闭，而且u42不受外部控制，仍然可以正常工作。u42需要正常工作，因为用户在按开机键时，scaler要能恢复，从而系统要能恢复到正常工作状态。具体地，scaler通过power_5v_en网络对u39进行控制；类似地，scaler通过power_5v_en网络对u40进行控制；scaler通过pw_5v_vdd_2_en网络对u41进行控制。
83.本发明实施例提供的直流-直流转换芯片输入电压范围广，能够支持的输入电压范围(input voltage range)为4.5-30v，不仅能在正常工作电压为20v时工作，也能够在待机、关机时电压降为9v，5v时工作。
84.需要注意的是，1.1v_sys_on(供scaler ic使用)需要单独的一路转化,即scaler ic关机时要工作的模块需要单独的一路电压转换，该3.3v_sys不能使用电源网络20v
→
u40/u41
→
5v的5v作转换。因为关机时，适配器输入的20v降为5v。本发明的实施例通过“适配器输入电源
→
u42
→
3.3v_sys
→
u4
→
1.1v_sys_on”实现电压转换，此时，电源网络“适配器输入电源5v
→
u42
→
3.3v
→
u4
→
1.1v”可以继续工作，但是u40/u41不能继续工作。
85.如图4所示，第一电源模块仅包括显示器的电源，即oc(open cell)的电源，即tft
(thin film transistor)lcd(liquid crystal display)的电源，scaler ic可以通过power_5v_en网络通道控制u39的开关。
86.如图4所示，第二电源模块包括：所述主控芯片的第一电源，所述主控芯片内部双倍速率同步动态随机存储器的电源，android系统的第一电源，scaler ic可以通过power_5v_en网络通道控制u40。android系统的第一电源u55通过pd ic通过5v_android_en网络进行控制。
87.第三电源模块包括：开放式音频平台的电源，所述android系统的第二电源。开放式音频平台us-da14195在u55的vout2端输出的5v_dsp的控制下可以关闭，且pd ic通过audio_dsp_5v_en网络控制u55。android系统的第二电源u41可以由scaler ic的pw_5v_vdd_2_en控制。
88.第四电源模块，包括：集线器hub的第一电源，所述主控芯片的第二电源，所述集线器hub的第二电源。u22 hub的第一电源u8可以通过pd ic1.2v_hub_lg_en网络通道来控制。scaler的第二电源1.1v_sys_on保持常开状态，不能关闭。u22 hub的第二电源u43的vout2端输出通过pd ic通过5v_usb_hub_en网络控制。另外，第四电源模块还包括其他模块芯片的电源，也用作一些线路的3.3v上拉电压，u43的vout1端输出的3.3v_dvcc由scaler的pwr_3.3v_on网络作控制。
89.u39，u40，u41，u42的电源输出，分别供给不同的模块，针对待机、关机条件下，可以关闭的相关模块，需要仔细规划，这部分设计关乎待机功耗、关机功耗能否满足相关能耗要求。
90.电源适配器在20v、9v、5v输出时，功耗是不一样的。电源适配器输出电压越低，自身功耗越低，因此，待机、关机时，电源适配器输出电压降低。
91.可选地，所述显示器的电源控制系统还包括：触控开关，用于在所述功率传输芯片的控制下，将所述type-c接口输出的电压提供给所述直流-直流转换芯片。参考图8，图8示出了触控开关。
92.可选地，所述触控开关为场效应晶体管。
93.参考图4，q41是mos管，pd ic通过type_c_in_en网络控制其开关，从而控制vbus向电源系统供电，但vbus向电源系统供电之前需经过直流-直流转换芯片对电压进行处理。
94.q46也是mos管，当系统关机或者vbus电压降低时，pd ic通过type_in_discharge网络控制q46对地快速放电。
95.可选地，所述功率传输芯片具体用于：
96.当所述显示器的工作模式为待机时，所述功率传输芯片控制电源系统的功率小于0.5w；或
97.当所述显示器的工作模式为关机时，所述功率传输芯片控制电源系统的功率小于0.3w。
98.可选地，所述功率传输芯片具体用于：
99.当显示器的工作模式为待机时，向所述type-c电源适配器发送第一指示消息，指示所述type-c电源适配器输出电压从20v降为9v，控制所述第一直流-直流转换单元停止工作，所述第二直流-直流转换单元正常工作，所述第三直流-直流转换单元正常工作，第四直流-直流转换单元正常工作，使得电源系统的功率小于0.5w；或
100.当显示器的工作模式为关机时，向所述type-c电源适配器发送第二指示信息，指示所述type-c电源适配器输出电压从20v降为5v，控制所述第一直流-直流转换单元停止工作，所述第二直流-直流转换单元停止工作，所述第三直流-直流转换单元停止工作，第四直流-直流转换单元正常工作，使得电源系统的功率小于0.3w。
101.图9为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统在待机模式下的工作流程图。
102.参考图9，下面对显示器的电源控制系统在进入待机模式时功耗降为0.38w的过程进行详细阐述。
103.开始时，电源控制系统正常工作，无信号源输入的情况下，系统进入待机模式。scaler通过iic通道告知pd ic系统将会进入待机模式。pd ic得知系统将进入待机模式，pd ic和适配器沟通，让适配器输入9v，20v_type_in_vbus由20v降为9v。此时，u39关闭，u40,u41,u42仍然正常工作。scaler ic内部会有部分模块工作，用于系统激活。scaler关闭系统的其它功能。系统进入待机模式，整个系统功耗降为0.38w(小于0.5w)。
104.图10为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统在关机模式下的工作流程图，参考图10，下面对显示器的电源控制系统在进入关机模式时功耗降为0.185w的过程进行详细阐述。开始时，系统正常工作或系统处于待机模式。用户通过按键关闭显示器，系统进入关机状态。scaler通过iic通道告知pd ic系统将进入关机模式。pd ic得知系统将进入关机模式，pd ic和适配器沟通，让适配器输出5v，20v_type_in_vbus降为5v。u39,u40,u41关闭，u42(3.3v_sys输出供给scaler)正常工作。scaler ic内部会有部分模块工作，若控制按键给显示器开机，系统可以恢复工作。scaler关闭系统的其它功能。scaler的输出type_c_ldo_en也恢复常规状态，导致ldo ic的enable pin也变为high；u40关闭，没有输出，电源5v_dvcc_1降为0v。所以，ldo ic恢复工作，pd ic由ldo ic供电。此时，ldo电压输入为5v，输出为4.5v。系统进入关机模式，整个系统功耗降为0.185w(小于0.3w)。
105.图11为本发明实施例提供的显示器的电源控制系统从启动到正常工作的流程图。
106.参考图11，下面对显示器的电源控制系统进入正常工作的过程进行详细阐述。
107.开始时，显示器的type c接口插入type c适配器。适配器内pd ic和显示器内的pd ic进行cc pin沟通(源端电阻上拉、吸端电阻下拉)。初始状态时，pd ic没有电源，不工作。此时的沟通，不涉及软件沟通，只是通过cc pin两端的上拉电阻、下拉电阻连接，源端适配器输出5v电压。
108.初步沟通成功后，type c的vbus输入5v电源，即20v_type_in_ldo＝5v。ldo ic工作(该芯片enable pin为normal high),并输出4.5v(pow_4.5v网络)，给pd ic供电，其电源为最小工作电压4v，典型值为5v，最大值为5.5v。ldo ic的enable pin为normal high,所以只要有电源输入，就可以工作；当scaler工作后，可以通过type_c_ldo_en将该pin拉低，从而关闭该ldo芯片。
109.pd ic上电工作，pd ic通过cc pin和适配器内的pd芯片进行信息交互，告知适配器输出20v电压，即20_type_in_ldo＝20v；之后，pd ic通过type_c_in_en网络控制q41，打开mos q41,20v_type_in_vbus输出20v，并给系统的直流-直流转换芯片供电。
110.其中，显示器的吸端和适配器的源端之间在cc线上进行的通讯过程大致如下：
111.a.吸端申请获得源端的能力数据。
112.b.源端提供它的能力数据信息。
113.c.吸端从源端提供的能力数据信息中选出适当的电源配置参数并发出相应的请求。
114.d.源端接受请求并将总线电压修改成相应的参数。在总线电压变化器件，吸端的电流消耗会保持尽可能地小。源端提升总线电压的过程是按照定义好的电压提升速度来进行的。
115.e.总线电压达到最后的数值以后，源端会等待总线电压稳定下来，再发送出一个电源准备信号。此时，吸端可以增加其电流消耗。当吸端要求总线电压降低时，同样的通讯过程也会发生。
116.当type c vbus输出20v，电源做好准备后，才打开q41。因此，系统进入开机状态需要一定的时间。
117.系统的直流-直流转换芯片正常工作，u39，u40，u41，u42正常工作。此时，u39输出12v，u40输出5v，u41输出5v，u42输出3.3v。
118.u40输出是5v_dvcc_1，该5v网络也输出到pd ic，为其供电。相关电源也会输出给scaler ic,使scaler ic进入正常工作状态，整个显示器可以正常工作。
119.其中，u39,u40,u41,u42芯片输入电压为4.5v-30v。
120.5v_dvcc_1和pow_4.5v两个电压同时给pd ic供电。此时，ldo电压输入为20v，不是5v，而且scaler ic已正常工作。scaler ic通过type_c_ldo_en将ldo ic的enable pin拉低，关闭ldo ic，不再使用ldo ic给pd ic供电，而是使用系统的5v_dvcc_1给pd ic供电，系统正常工作。
121.ldo ic的效率取决于输出电压与输入电压之比：η＝vo:vi，所以，20v输入，4.57v输出时，效率极低。所以，关闭ldo供电，使用系统的5v_dvcc_1,也有提高电源效率的作用。
122.在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
123.需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
124.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
125.可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
126.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多
个实施例或示例中以合适的方式结合。
127.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。