主板电源管理方法与系统的制作方法

专利名称：主板电源管理方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明关于一种电源管理系统，特别是用于电脑主板的电源管理系统。
背景技术：
主板是电脑里最重要的组件的一，是电脑系统运作的核心，电脑运作所需
的中央处理器(CPU)、 CPU风扇、芯片组、基本输入输出系统(BIOS)、存储 器以及介面卡扩充插槽等均设置在主板上。
当中央处理器要进行某项工作时，先将资料暂存在存储器中，因此存储器 的容量越大，电脑能同时进行的工作越多、速度更快。而介面卡是主机和周边 设备(如屏幕)沟通的桥梁，主板上可以插入各种不同功能的介面卡，增加电 脑的效能，如声卡、网卡、3D游戏加速卡等等。而显卡是电脑必备的介面卡， 没有显卡屏幕上就看不到任何画面了。没有声卡，电脑里的歌曲或声音档，只 能靠单薄的主机音效零件发声。
以上所述的这些装置运作时，均需要依靠电源供应其工作时所需的电力。 主板的供电模组除了内建在主板外，也有采取插卡式设计。供电模组内建在主 板时的阻抗最小，不需要介面插槽的转换，因此信号能迅速传输也不容易衰减。 而插卡式的优点是供电模组损坏时可以更换。目前一般的主板大多采取内建方 式。
面临中央处理器高频率、高负载的情况下，提供主板更稳定的电源，采用 多相PWM供电模组，可在高频率、高负载的情况下提供持续稳定的电源而不会 出现意外。故随着中央处理器对电源需求不断增加，为了提供更稳定的电压及 电流源，因此中央处理器提供核心电源的PWM供电模组所提供的相位数也随之 增加。
此处所指的相，可由一相电源的构成来说明。所谓一相电源主要包含了一个电源控制芯片、 一组High、 Low side金氧半导体晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)、 一个电感线圈(CHOKE)与 多个电容所组成，通常单相电路能提供的电流量有限，对于处理器、显卡功率 消耗越来越多的情况下，三相电源设计已是主板最基本的设计。
多相电源是由N个单相电路并联而成，可提供N倍的电流，主要透过PWM 电源管理芯片来精确控制并平衡各相电流。相数越多，输出的电流越接近直流。 主板供电模组的相数当然越多越好，因为可以将总电力供应分配给各相位共同 负担，所以每一相的每对MOSFET的承载电流较小，发热量也相对降低，可以 有效增加主板供电模组的散热效率。High low side MOSFET主要作用在于开关 时提供一个电流流经的通道，当电流越大时MOSFET越烫，因此多半覆有散热 片。
然而问题是，目前的多相电源均无法依据负载调整，也就是说，不论目前 中央处理器的负载为何，PWM电源管理芯片所输出的相数都为固定。

发明内容
有鉴于此，本发明揭露一种主板的电源管理方法，可即时地依据实际负载 的状况调整电源输出相位，以节省系统的整体消耗功率。
本发明提供一种主板电源管理方法，用以管理一主板上的电源，特别是主 板上电源管理模组的输出电源，该主板至少具有一微处理器和一电源管理模组， 电源管理模组输出一具有多个输出相位的电源给该微处理器。其中在一第一时 间侦测微处理器的一第一负载，接着在一第二时间侦测微处理器的一第二负载， 当该第二负载小于该第一负载且低于一第一预定值时，降低该电源管理模组所 输出的该电源的输出相位。
本发明提供一种主板电源管理系统，该主板电源管理系统包括有一微处理 器以、 一电源管理模组、 一侦测模组及一调整模组。该电源管理模组输出一具 有多个输出相位的电源给该微处理器。该侦测模组在一第一时间侦测该微处理 器的一第一负载，并在一第二时间侦测该微处理器的一第二负载。当该第二负载小于该第一负载且低于一第一预定值时，该调整模组降低该电源管理模组所 输出的该电源的输出相位。
本发明的技术效果在于可侦测系统目前现有的负载，以调节系统所需的电 源相数，并可将不在使用中的装置的电源关闭，以达到节省能源的目的。
本发明的主板电源管理方法，可即时侦测系统使用负载的硬体装置及软体 监控，并能应用到现有的主板装置上，也可执行软体监控及硬体控制线路，即
时的让CPU、 MEMORY及PCI—EXPRESS显卡等电压及工作频率都能同步的依 照系统使用负载做变化。另外，可自动调节频率高低及电压升降，亦即负载大 时恢复以最大电源输出相位去运作，负载小时降低电压降低频率使其消耗功率 少就能节省能源。本发明所揭露的电源管理方法是即时侦测，所以每当使用者 需做较大的负载的工作时，也会立刻在很短的时间即时提供提升电压提升频率 的动作，所以使用者并不会察觉到系统效率有明显的变化。亦即若做负载小的 工作，也会立刻降电压降频率的动作。


图1为本发明的主板示意图2为本发明的主板电源管理方法流程图。
具体实施例方式
为了让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并 配合所附图式，作详细说明如下。
图1为本发明的主板100的示意图。主板100—般装载有一微处理器101， 微处理器101为电脑运作的中枢，大部分的工作(TASK)、中断处理或事件 (EVENT)都需透过微处理器101的运算或处理。主板100包含用以插置微处理 器101的微处理器插槽(图中未示)、基本输入输出系统(图中未示)、用以插 置存储器102的存储器插槽(图中未示)、周边元件连接介面(Peripheral Component Interconnect, PCI)总线111、存储器总线112、 PCI—EXPRESS总线113以及其他的扩充插槽与总线。以上的总线仅为示例性说明，并非意图限制本 发明所能应用的主板系统，当然还可包括有绘图加速接口 (AcceleratedGraphics Port, AGP)总线或者目前已知但未提及的总线。
为了控制主板100上所有的周边元件，因此主板100上都会装载有一系统 控制芯片组120，此系统控制芯片组120依照主板架构不同而有不同功能的设计。 在一般常见的主板中，系统控制芯片120由一北桥芯片(North Bridge) 121与 南桥芯片(South Bridge) 122。北桥芯片(North Bridge) 121负责存储器与 PCI—EXPRESS总线介面的显卡103、存储器102与微处理器101之间的信号传 递与沟通。南桥芯片(South Bridge) 122负责PCI周边、硬盘、软体、滑鼠、 键盘等装置与微处理器101的间的沟通。
微处理器101以系统总线114与北桥芯片121相互沟通。而南桥芯片122 与北桥芯片121和微处理器101间以及北桥芯片121与微处理器101间的信号 沟通与控制指令的传递则透过信号线115、 116、 117来完成。
目前的微处理器101的工作频率越来越高，因此主板100会再设有一电源 管理模组130，用以提供多相电压输出与频率调整。此电源管理模组130提供多 相电源给微处理器101，使得微处理器101可以稳定地操作于高频频率。目前的 电源管理模组130可输出四相、六相、八相的电源，有些高级机种甚至可输出 十二相的电源。
电源管理模组130除了可以用电路完成外，目前也有一些商用的集成电路 可供选择使用，例如Intersil公司所贩卖的型号ISL6327集成电路。
目前的电源管理模组130虽可提供多相电源输出，但其相数却无法依据目 前系统的负载进行调整。亦即，假设电源管理模组130可提供六相电源，则不 论目前微处理器101为高负载或低负载，电源管理模组130均以六相电源输出。 因此若能够在低负载的情况下降低电源管理模组130的输出相数，则可以降低 电源消耗而达到节能的目的。
因此，主板又设有一侦测模组140，以在一第一时间侦测该微处理器的一第一负载，并在一第二时间侦测该微处理器的一第二负载，并透过一调整模组150， 当该第二负载小于该第一负载且低于一第一预定值时，降低该电源管理模组所 输出的该电源的输出相位。侦测模组140在一实施例中可利用独立的电路完成， 亦可设置于微处理器中以韧体方式达成。调整模组150在一实施例中可利用独 立的电路完成，也可与韧体与软体结合使用。
图2为本发明所揭露的主板电源管理方法的流程图，其可辅助动态调整电 源供应。此方法透过电脑软体程序来进行电源管理，可由微处理器来完成，亦 可由电源管理模组来进行。凡是具有调整电源管理模组130的输出相数的硬件， 均可以应用本发明电脑软件程序以常驻程序(Terminate and Stay Resident, TSR) 方式或其他方式来执行以达到调整输出电源相数的目的。
当北桥芯片121、南桥芯片122、显卡103、存储器102以及其他的周边装 置都在运作时，此时微处理器101将处于高负载的状态。实际上，可将微处理 器101的负载情况进行分级，每一负载分级对应一相位输出。假设满载设定为 100%，可选择将负载情况分成五级，第一级负载为20%，第二级负载为40%， 第三级负载则为60%，第四级负载则为80%，第五级负载则为100%。以六相 电源输出的为例，第一级负载时可利用两相输出，第二级负载以三相输出，第 三级负载时则以四相电源输出，第四级负载时则以五相电源输出，第五级负载 时则以六相电源输出。
负载的分级可依据电源管理模组130的输出相数决定。在另一实施例中， 也可将负载情况分成三级，第一级负载为33%，第二级负载为66%，第三级负 载则为100%。以三相电源输出的为例，第一级负载时可利用一相输出，第二级 负载以两相输出。第三级负载时则以三相电源输出。
在系统开机的情况下，在一第一时间侦测微处理器101的一第一负载(步 骤210)，并记录该第一负载。接着于第二时间侦测微处理器101的一第二负载， 同样也纪录第二负载。第一时间与第二时间的间隔可依据实际状况动态调整。 若欲使电源输出可即时地调整，则第一时间与第二时间的间隔不可太长。接着比较第一负载与第二负载(步骤220)，以判断微处理器的负载是否有 改变。当第二时间所侦测的第二负载与第一时间所侦测的第一负载相同时(步 骤230)，表示目前系统的负载并没有改变，此时电源管理模组130可维持目前 的输出相位(步骤231)继续输出电源给微处理器。
若第二负载低于第一负载时(步骤240)，但未低于一第一设定值时，例如 前述的第三级负载或第二级负载，电源管理模组130同样维持目前的输出相位 继续输出(步骤231)。若低于第一设定值时(步骤241)，则电源管理模组130 则减少输出相位(步骤242)，并以降低相位后的电源输出电源给微处理器。
若第二负载高于第一负载(步骤250)但仍然低于一设定值时(步骤251)， 例如前述所提的第二级负载或第三级负载，电源管理模组130同样维持目前的 输出相位继续输出(步骤231)。若第二负载已高于于一设定值时(步骤251)， 则电源管理模组130则增加输出相位(步骤252)，并以增加相位后的电源输出 电源给微处理器。
除了改变输出电源相位外，在另一实施例中，可以降低电源管理模组的工 作频率，使其所输出的电源的消耗功率可以减低。
本发明除了使电源管理模组130可以依据微处理器目前的负载以调整电源 输出相位外，更可以根据负载关闭目前未使用的装置(步骤260)。在侦测微处 理器的负载的同时，同时也侦测目前不在运作中的装置，如目前南桥芯片122 没有运作，则在第二负载低于一预定值时，透过目前所设计出的电源线路提供 GPIO PIN切换线路以降低电源供应，减少电源输出给南桥芯片122，当有需要 时也会立刻恢复正常供应电压。若有外接的GSATA与LAN芯片，可将其独立 电源供应线路也加入GPIO控制线路，因此当侦测到目前暂无使用时，立刻透过 GPIO控制线路发出关闭信号将电源暂时关掉，当有需要读取运作时，也会立刻 透过GPIO控制线路发出开启信号将电源恢复以供使用。
在实施例中，当系统在运作时，若系统的负载较低时可透过GPIOPIN切换 线路以降低电源供应，减少电源输出以关掉多余不需要的装置，例如存储器、北桥芯片组、绘图卡、显卡等等，并在需要时也会立刻恢复正常供应电压。
在另一实施例中，若第二负载低于第一负载时且低于一设定值时(步骤
241)，则电源管理模组130则除了减少输出相位(步骤242)，亦可将微处理器 的工作电压与频率降低(步骤270)。根据本发明，亦可将存储器、南桥芯片组、 北桥芯片组、绘图卡、显卡等的工作电压与频率降低。
根据本发明所揭露的方法，透过侦测微处理器负载的方式，使得电源管理 模组可以根据微处理器的负载调整电源输出相位。此外，由于系统是不断即时 地侦测负载，可即时地依据实际负载的状况作调节，若有任何的负载变化即可 立即的调整电源输出相位，可节省系统的整体消耗功率，达到节省能源的目的。
权利要求
1. 一种主板电源管理方法，其特征在于，该主板至少具有一微处理器以及电源管理模组，该电源管理模组输出一具有多个输出相位的电源给该微处理器，该方法包括有在一第一时间侦测该微处理器的一第一负载；在一第二时间侦测该微处理器的一第二负载；以及当该第二负载小于该第一负载且低于一第一预定值时，降低该电源管理模组所输出的该电源的输出相位。
2. 如权利要求1所述的主板电源管理方法，其特征在于，其中当该第二负载小 于该第一负载，且高于该第一预定值时，该电源管理模组所输出的该电源维持 目前的输出相位。
3. 如权利要求1所述的主板电源管理方法，其特征在于，更包括有当该第二负 载与该第一负载相同时，该电源管理模组所输出的该电源维持目前的输出相位。
4. 如权利要求1所述的主板电源管理方法，其特征在于，更包括有当该第二负载高于该第一负载时，且高于一第二预定值时，增加该电源管理模组所输出的 该电源的输出相位。
5. 如权利要求1所述的主板电源管理方法，其特征在于，其中当该第二负载高于该第一负载时，且低于一第二预定值时，该电源管理模组所输出的该电源维 持目前的输出相位。
6. 如权利要求1所述的主板电源管理方法，其特征在于，其中当该第二负载小 于该第一负载且低于该第一预定值时，更包括降低该微处理器的操作电压与操 作频率。
7. —种主板电源管理系统，其特征在于，该主板电源管理系统包括有一微处理器；以及一电源管理模组，该电源管理模组输出一具有多个输出相位的电源给该微处理器；一侦测模组，在一第一时间侦测该微处理器的一第一负载，并在一第二时 间侦测该微处理器的一第二负载；以及一调整模组，当该第二负载小于该第一负载且低于一第一预定值时，降低 该电源管理模组所输出的该电源的输出相位。
8. 如权利要求7所述的主板电源管理系统，其特征在于，其中当该第二负载小 于该第一负载，且高于该第一预定值时，该调整模组使该电源管理模组所输出 的该电源维持目前的输出相位。
9. 如权利要求7所述的主板电源管理系统，其特征在于，更包括有当该第二负 载与该第一负载相同时，该调整模组使该电源管理模组所输出的该电源维持目 前的输出相位。
10. 如权利要求7所述的主板电源管理系统，其特征在于，更包括有当该第二负 载高于该第一负载时，且高于一第二预定值时，该调整模组增加该电源管理模 组所输出的该电源的输出相位。
11. 如权利要求7所述的主板电源管理系统，其特征在于，其中当该第二负载高 于该第一负载时，且低于一第二预定值时，该调整模组使该电源管理模组所输 出的该电源维持目前的输出相位。
全文摘要
本发明为一种主板电源管理方法与系统，用以管理主板上的电源，特别是主板上电源管理模组的输出电源，该主板至少具有一微处理器，而电源管理模组输出一具有多个输出相位的电源给该微处理器。其中在第一时间侦测微处理器的第一负载，接着在第二时间侦测微处理器的第二负载，当该第二负载小于该第一负载且低于第一预定值时，降低该电源管理模组所输出的该电源的输出相位。
文档编号G06F1/32GK101470514SQ20071030661
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者林火元, 陈振顺 申请人:技嘉科技股份有限公司