CN1175721A - 用于便携式计算机的电源装置和其采用的dc输入选择电路 - Google Patents

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Abstract

一种电源装置,它能使连接台即使在AC电源偶然切断时也能利用便携式计算机的电池组的电池电源进行操作,用于便携式计算机的该装置,供具有用于扩充计算机功能的逻辑电路的连接台使用,所述装置包括位于便携式计算机侧的DC输入选择电路,用于在第一和第二DC电压之间进行转换,从而向便携式计算机和连接台提供转换后的DC电压,使得即使在连接台的AC电源切断时它也能利用第二DC电源进行操作。

Description

用于便携式计算机的电源 装置和其采用的DC 输入选择电路
本发明涉及便携式个人计算机的电源装置，所述个人计算机的电源装置可供用来扩展或增强该便携式个人计算机的能力和性能的连接台(dockingstation)使用。
图1A所示的笔记本型个人计算机的能力相对于台式型个人计算机的能力受到相当的限制。一般使用连接台提供笔记本型便携式计算机的多媒体功能，从而扩展或增强便携式计算机的能力与性能。
图1B是一种能使便携式计算机记录并播放音频数据的连接台。这种连接台具有内部扬声器1，CD-ROM驱动器2，耳机插孔3，麦克风插孔4，音量控制钮5、用于显示电源通/断状态的LED6，电源开关7以及用于把连接台固定到便携式计算机上的锁紧装置8，如图1C所示。
图2是便携式计算机的常规的电源电路。它具有两个主要部分，即连接台电路10和计算机电路20。在图2中，标号30是AC适配器30，它把外部施加的AC电压转换成DC电压，以便向便携式计算机提供DC电压。该连接台电路10具有转换式电源(SMPS)11和逻辑电路12。提供的SMPS 11用来把AC电压转换成几种DC电压，例如+3.3V，+5V和12V，并通过其各个输出端子a，b，c向逻辑电路12输出转换后的DC电压。SMPS11还通过它的另一个输出端子d向便携式计算机电路20提供与AC适配器30的输出电压相同电平的DC电压。
便携式计算机电路20具有DC输入选择电路23它接收来自AC适配器30和电池22的两个DC电压，并把它们提供给DC-DC转换器24，该转换器24把来自DC输入选择电路23的DC电压转换成几种不同电平的电压，用于便携式计算机和逻辑电路25的操作，其中逻辑电路25包括CPU(中央处理单元)25a，微型计算机25b等。提供的微型计算机25b用来进行功率管理以使该电池22的可用性最大。
提供的DC-DC变换器24用于驱动逻辑电路25，并具有补偿(buck)电压发生器24a，24b和24c，用来产生其电平为3.3V，5V和12V的几种电压。便携式计算机电路20还具有充电器21，用来将来自AC适配器30的DC电压向电池22充电；电压发生器26，用于把来自DC输入选择电路23的电压转换成为CPU 25a的操作所需的某个输入电压，以及调节器27，用于调节来自DC输入选择电路23的DC电压，以向微机25b供电。
该电压发生器26用于方便CPU的升级，当CPU的操作频率增加时，便需要低的操作电压，以避免CPU的过热问题。将适配器30的DC电压设置为高于完全充电的电池22的实际的DC电压，以便向电池22充电。微型计算机25b帮助CPU管理功率消耗并提高电池22的使用效率。例如，在便携式计算机的备用方式期间，微机25b在进行执行程序的备用处理程序之后能够切断不使用的单元例如盘驱动器和DC-DC转换器24等单元的输入电功率。
如图3所示，DC输入选择电路23具有两个并行联接的二极管D1和D2。它们的阳极分别和两个输入端P1、P2相连。图4表示SMPS 11，其中具有用于整流AC电压的整流器11a和用于把整流电压转换成不同电平的DC电压的DC-DC转换器11b。
在上述常规的电源结构中，如果偶然切断连接台的AC电源，电池电压就向便携式计算机电路20供电，但是不向连接台电路10供电。结果，计算机可以用电池电压继续操作，但是连接台不能继续操作。这是因为电池电压只供给计算机电路20。因而，连接台的逻辑电路以及和逻辑电路12有关的其它电路便停止工作。
本发明的目的在于提供一种电源装置，在即使连接台的AC电源被偶然切断时，也可以用便携式计算机的电池组的电池功率进行操作。
本发明的另一个目的在于提供一种DC输入选择电路，它基本适用于便携式计算机，并选择来自连接台的DC电压和来自AC适配器的DC电压中的一个电压，或选择来自电池组的电池电压，从而向便携式计算机电路的逻辑电路和连接台提供选择的电压。
按照本发明的一个方面，提供了一种用于便携式计算机系统的电源装置供具有用于扩展便携式计算机功能的逻辑电路的连接台使用，该装置包括位于便携式计算机侧的第一和第二电源输入端，分别用于接收第一和第二DC(直流)电压；位于便携式计算机侧的DC输入选择电路，用于在第一和第二DC电压之间进行转换，从而向便携式计算机和连接台提供转换后的DC电压；位于连接台侧的第一电源转换器，用于把AC(交流)电源电压转换成第三DC电压；以及位于连接台上并且和第一电源输入端相连接的第二电源转换器，用于把来自第一电源转换器的第三DC电压或通过第一电源输入端来自DC输入选择电路的转换后的DC电压转换成连接台的逻辑电路所需的几种DC电压电平，从而在即使连接台的AC电源切断的情况下，连接台也能用第二DC电源操作。第二DC电源包括来自电池组的电池电压。
在这个实施例中，DC输入选择电路包括一个开关，用来响应开关驱动信号把第二DC电压切换到便携式计算机和连接台，第一电压分压器，用来对来自第一电源输入端的第一DC电压或来自第一电源转换器的第三DC电压进行分压，从而产生第一分压电压，第二电压分压器，用来对来自第二电源输入端的第二DC电压进行分压，从而产生第二分压电压，一个比较器，用来比较第一分压电压和第二分压电压，从而产生比较信号，以及响应该比较信号，用于产生开关驱动信号的驱动器。来自DC输入选择电路的转换后的DC电压被加到位于便携式计算机侧并且由DC-DC转换器构成的第三电源转换器上，用于产生多电平电压。第一和第二电压分压器各包括两个互相串联连接的电阻。比较器包括一个运算放大器。其中的开关是一个电开关，它包括一个晶体管，具有分别和第二电源输入端以及DC-DC转换器相连接的第一第二端，以及用来接收来自比较器的比较信号的控制端，以及连接在晶体管的第一第二端之间的二极管。晶体管包括P沟道FET(场效应晶体管)。
按照本发明的另一方面提供一种用于便携式计算机系统的电源装置，供具有用来扩展便携式计算机的功能的逻辑电路的连接台使用，所述电源装置包括，位于便携式计算机侧的DC输入选择电路，用于在来自连接台侧的第一DC(直流)电压和来自电池组的第二DC电压之间进行转换，从而向便携式计算机提供转换后的电压，其中DC输入选择电路当连接台的交流电压切断时向连接台提供转换后的电压。
按照本发明的另一方面，提供的一种DC(直流)输入选择电路具有第一电源输入端，用来接收来自AC(交流)适配器或来自位于连接台上的转换器的第一DC电压；第二电源输入端，用来接收来自电池组的第二DC电压；连接在第二电源输入端和DC-DC转换器之间的开关，用来响应开关驱动信号把第二DC电压转换到DC-DC转换器；第一电压分压器，用来分压第一DC电压，从而产生第一分压电压；第二电压分压器，用来分压第二DC电压，从而产生第二分压电压；一个比较器，用于比较第一分压电压和第二分压电压，从而产生比较信号；以及驱动器，用来响应该比较信号以产生开关驱动信号，从而当AC适配器不产生DC电压时把第二DC电压直接加到连接台的转换器和便携式计算机上。
按照本发明的另一方面，提供的一种DC(直流)输入选择电路具有第一电源输入端，用于接收来自AC(交流)适配器或位于连接台上的转换器的第一DC电压；第二电源输入端，用来接收来自电池组的第二DC电压，用来在第一和第二DC电压之间进行转换，从而向位于便携式计算机侧上的DC-DC转换器提供转换后的电压；一个连接在第二电源输入端和DC-DC转换器之间的开关，用于响应开关驱动信号把第二DC电压转换给DC-DC转换器；以及检测器，用于检测第一电源输入端的第一DC电压是否低于第二电源输入端的第二DC电压，从而产生开关驱动信号。
按照本发明的电源装置，当AC电源被切断时，可通过DC输入选择电路向连接台和便携式计算机电路提供电池电压。从而即使在连接台的AC电源被切断时也可以用电池电压使连接台正常操作。
参看附图结合实施例详细描述本发明。
附图简要说明
图1A是笔记本型便携式计算机的透视图；
图1B是用于图1的便携式计算机的连接台的外形图；
图1C是表示便携式计算机和连接台连接的透视图；
图2是装有连接台的便携式计算机的常规电源的电路图；
图3是图2所示的DC输入选择电路的详细电路图；
图4是图2所示的SMPS的详细电路图；
图5是按照本发明实施例的用于装有连接台的便携式计算机的新的电源装置的电路图；
图6是图5所示的SMPS的详细电路图；
图7是图5所示的DC输入选择电路的方框图；以及
图8是图7所示的DC输入选择电路的详细电路图。
参见图5，按照本发明的新的电源装置适用于能够采用连接台(dockingstation)的便携式计算机，该连接台具有用于扩展便携式计算机功能的逻辑电路，该新的电源装置包括，用于把AC电压转换成DC电压的开关式电源(SMPS)电路11，DC-DC转换器13，用于把来自SMPS电路11的DC电压或经电池电源路径来的电池电压转换成为连接台的逻辑电路12所需的几种电平的DC电压。该电池电压也供给便携式计算机并由位于便携式计算机上的电池22提供。利用这种结构，即使加到便携式计算机侧和连接台侧的AC电压被切断，该连接台也可以利用通过电池电源通路提供的电池电压进行操作。沿着电池供应路径向连接台提供的电池电压借助于DC输入选择电路23实现。该DC输入选择电路23用来检测电源的切断例如电源中断等，然后形成电池供应路径。如果送给连接台的AC电源被切断，DC输入选择电路23则通过电池供应路径向连接台提供电池电压。这样，即使AC电源被切断，连接台也可以利用电池电压正常操作。
再参看图5，新的电源装置具有两个主要部分，其中一个是位于连接台侧的连接台电路10，而另一个是位于便携式计算机侧的便携式计算机电路20。提供的AC适配器30用来向便携式计算机电路20供电。
该连接台电路10具有用来实现连接台功能的逻辑电路12；用来把AC电源电压转变成DC电压的SMPS 11；以及用来把来自SMPS 11的DC电压或来自适配器30的DC电压转换成不同DC电压电平的DC-DC转换器13。如此转换的DC电压被提供给逻辑电路12，用来控制连接台功能。该DC-DC转换器13当送给连接台的AC电源切断时可以通过DC输入选择电路23接收来自电池22的电池电压，DC输入选择电路23位于便携式计算机电路20中。下面将详细说明这一操作。
该SMPS 11通过其输出端产生与AC适配器30的输出电压相同电平的DC电压。该DC-DC转换器13具有输出端a，b，和c，通过其每一个向逻辑电路12提供几种电压。
此外，便携式计算机电路20具有DC输入选择电路23，用来在来自AC适配器30或SMPS 11的DC电压和来自电池22的DC电压(即电池电压)之间进行转换，DC-DC转换器24，用来把来自DC输入选择电路23的DC电压转换成便携式计算机电路20操作所需的三种不同的电压，以及逻辑电路25，它包括用来处理数据的CPU 25a和用来管理电功率消耗的微机25b。该DC-DC转换器24具有三个补偿(buck)转换器24a，24b和24c，用来产生其电平为3.3V，5V和12V的几种电压。
便携式计算机电路20还具有用来自AC适配器30的DC电压给电池22充电的充电器21；电压发生器26，用来把来自DC输入选择电路23的电压转换为用于CPU 25a的操作所需的某个输入电压；以及用来调节微机25b的输入电压的调节器27。该充电器21具有两部分，其一部分是用来产生恒定电压的恒压发生器，而其另一部分是用来产生恒定电流的恒流发生器。
该便携式计算机电路20还可以包括LCD灯29作为提供在LCD监视器后面(rear)的LCD的背景光。该-LCD灯29由把来自DC-DC转换器23的DC电压转换为AC电压的逆变器28供电。来自逆变器28的AC电压的范围为400V-500V，并且有大约20KHz～60KHz的频率。如图6所示，SMPS 11具有用来整流AC电压的整流器11a；以及用来把整流后的电压转换成某个DC电压的DC-DC转换器11b。如此转换的DC电压被送到DC-DC转换器13，从而使该DC-DC转换器13产生不同电平的电压，并把这些电压送给连接台侧的逻辑电路12。
图7表示按照本发明的DC输入选择电路23，在图7中，端子P1与AC适配器30以及SMPS 11两者的输出端共同连接。端子P2与电池22相连。端子P1和P2分别和DC输入选择电路23两个输入端相连。
在这些方案中，便携式计算机具有三个通路向DC输入选择电路23提供供电。一个是通过端子P1把来自SMPS 11的DC电压供给DC输入选择电路23。另一个是通过端子P1把来自AC适配器30的DC电压供给DC输入选择电路23。再一个是通过端子P2把来自电池22的电池电压供给DC输入选择电路23。
该DC输入选择电路使得连接台即使在AC电源被偶然地或有意地切断的情况下也能利用来自电池22的电池电压正常操作。这是因为电池电压通过DC输入选择电路23供给连接台侧的DC-DC转换器13。
再参看图7，DC输入选择电路23具有电开关23e，用来把通过端子P2提供的DC电压转换给便携式计算机；第一电压分压器23a，用来分压通过端子P1提供的DC电压，从而产生第一分压电压；第二电压分压器23b，用来分压通过端子P2提供的DC电压，从而产生第二分压电压；比较器23c，用来比较第一分压电压和第二分压电压，并产生比较信号；以及驱动器23d，用来响应该比较信号驱动电开关23e。
图8表示本发明的DC输入选择电路的细节，在图8中，通过端子P1提供的DC电压由构成第一电压分压器23a的电阻R11和R12分压。第一电压分压器23a的输出电压被送到放大器IC11的反相端。通过端子P2提供的另一个DC电压也由构成第二电压分压器23b的电阻R13和R14分压。电压分压器23b的输出电压被送到放大器IC11的同相输入端。然后，放大器IC11对两个分压后的电压彼此进行比较。如果通过端子P1提供的电压高于通过端子P2提供的电压；放大器IC11则产生高电平信号。否则放大器IC11则产生低电平信号。例如，在送给便携式计算机的AC电源和送给连接台的AC电源电压被偶然切断的情况下，放大器IC11则产生高电平信号。如果AC电源没有切断，则放大器IC11就产生低电平信号。
在后一种情况下，构成驱动器23d的晶体管Q12截止，并因而使开关23的功率半导体晶体管(例如P沟道场效应晶体管)Q11截止。这样，DC电压通过端子P1被送到DC-DC转换器24上。
在前一种情况下，晶体管Q11和Q12导通。因而，该电池电压通过端子P2送给DC-DC转换器24。与此同时，电池电压通过开关23e也供给连接台的DC-DC转换器13。于是，连接台的逻辑电路12在即使AC电源发生故障时也可正常操作。
开关23e具有体二极管(body diod)D3。当DC电压由AC适配器30或SMPS 11送给DC输入选择电路23时，或当端子P1上的电压高于端子P2上的电压时，体二极管D3中没有电流流过。因而，来自AC适配器30或来自SMPS 11的DC电压被送给DC-DC转换器24和13。
另一方面，如果送给AC适配器30和SMPS 11的AC电源偶然中断，则通过体二极管D3形成电流通路。因而，通过体二极管D3把电池电压供给DC-DC转换器24和13。
该DC输入选择电路还具有检测通过端子P1提供的DC电压是否低于通过端子P2提供的DC电压并产生用于驱动电开关23e的比较信号的功能。该DC输入选择电路23的检测功能可以通过第一和第二电压分压器23a和23b、比较器23c和驱动器23d的组合来实现，如图8所示。
如上所述，本发明的电源装置允许供便携式计算机使用的连接台即使在连接台的AC电源偶然切断时也能利用来自便携式计算机的电池组的电池电压正常操作。结果，这种电源装置就可以阻止在连接台操作期由于AC电源故障而引起的数据丢失。

Claims (18)

1.一种用于便携式计算机系统的电源装置，供具有用来扩充便携式计算机功能的逻辑电路的连接台使用，所述装置包括：
位于便携式计算机侧的第一和第二电源输入端，用来分别接收第一和第二直流DC电压；
位于便携式计算机侧的DC输入选择电路，用来在第一和第二DC电压之间进行转换，并向便携式计算机和连接台提供转换后的DC电压；
位于连接台侧的第一电源转换器，用来把交流AC电源电压转换为第三DC电压；以及
位于连接台侧的第二电源转换器，其和第一电源输入端相连接，用来把来自第一电源转换器的第三DC电压或来自DC输入选择电路的通过第一电源输入端转换后的DC电压转换成供连接台的逻辑电路所需的几种DC电压电平，从而使得即使在送给连接台的AC电源切断时，连接台也能用第二DC电源操作。
2.如权利要求1所述的电源装置，其中，所述第二DC电源包括来自电池组的电池电压。
3.如权利要求1所述的电源装置，其中，所述DC输入选择电路包括一个开关，用来响应开关驱动信号把第二DC电压转换给便携式计算机和连接台；第一电压分压器，用来分压来自第一电源输入端的第一DC电压或来自第一电源转换器的第三DC电压，从而产生第一分压电压，第二电压分压器，用来分压来自第二电源输入端的第二DC电压，从而产生第二分压电压，一个比较器，用来比较第一分压电压和第二分压电压，从而产生比较信号，以及驱动器，用来响应该比较信号以产生开关驱动信号。
4.如权利要求3所述的电源装置，其中，来自该DC输入选择电路的转换后的DC电压被加到位于便携计算机侧的第三电源转换器，该第三电源转换器由DC-DC转换器组成以便产生多电平的电压。
5.如权利要求3所述的电源装置，其中，第一和第二电压分压器各包括互相串联连接的两个电阻。
6.如权利要求3所述的装置，其中，该比较器包括运算放大器。
7.如权利要求3所述的电源装置，其中，所述的开关是电开关。
8.如权利要求7所述的电源装置，其中，所述的电开关包括一晶体管，其具有分别和第二电源输入端以及该DC-DC转换器相连接的第一和第二端和用来接收来自比较器的比较信号的控制端，以及连接在该晶体管的第一第二端之间的二极管。
9.如权利要求8所述的电源装置，其中，该晶体管包括P沟道场效应晶体管FET。
10.一种用于便携式计算机系统的电源装置，供具有用来扩充便携式计算机系统的功能的逻辑电路的连接台使用，所述电源装置包括：
位于便携式计算机侧的DC输入选择电路，用来在来自连接台侧的第一直流DC电压和来自电池组的第二DC电压之间转换，从而向便携式计算机提供转换后的电压，其中该DC输入选择电路当交流AC电源切断时向该连接台提供转换后的电压。
11.一种直流DC输入选择电路，它具有第一电源输入端，用来接收来自交流AC适配器或来自位于连接台上的转换器的第一DC电压；以及第二电源输入端，用来接收来自电池组的第二DC电压；所述DC输入选择电路用来在第一和第二DC电压之间进行转换，以便向位于便携式计算机侧的DC-DC转换器提供转换后的电压，该DC输入选择电路包括：
连接在第二电源输入端和DC-DC转换器之间的一个开关，用于响应开关驱动信号将该第二DC电压转换给DC-DC转换器；
第一电压分压器，用来分压第一DC电压，从而产生第一分压电压；
第二电压分压器，用来分压第二DC电压，从而产生第二分压电压；
比较器，用来比较第一分压电压和第二分压电压，从而产生比较信号；以及
驱动器，用来响应该比较信号产生该开关驱动信号，借以当由AC适配器不产生DC电压时使第二DC电压直接加到该连接台的转换器和便携式计算机。
12.如权利要求11所述的输入选择电路，其中，该DC-DC转换器把第二DC电压转换成不同的电压电平。
13.如权利要求11所述的输入选择电路，其中，该第一和第二电压分压器各包括两个互相串联连接的电阻。
14.如权利要求11所述的输入选择电路，其中，该比较器包括运算放大器。
15.如权利要求11所述的输入选择电路，其中，所述开关是电开关。
16.如权利要求15所述的输入选择电路，其中，该电开包括一个晶体管，它具有分别和第二电源输入端以及和DC-DC转换器相连接的第一和第二端，以及用来接收来自比较器的比较信号的控制端，和一个连接在晶体管的第一和第二端之间的二极管。
17.一种直流DC输入选择电路，它具有第一电源输入端，用来接收来自交流AC适配器或来自位于连接台上的转换器的第一DC电压，和第二电源输入端，用来接收来自电池组的第二DC电压，所述DC输入选择电路用来在第一和第二DC电压之间进行转换，以便向位于便携式计算机侧的DC-DC转换器提供转换后的电压，它包括：
连接在该第二电源输入端和DC-DC转换器之间的开关，用于响应开关驱动信号将第二DC电压转换到DC-DC转换器；以及
检测器，用来检测第一电源输入端的第一DC电压是否低于该第二电源输入端的该第二DC电压，从而产生开关驱动信号。
18.如权利要求17所述的DC输入选择电路，其中，该检测器包括第一电压分压器，用来分压来自第一电源输入端的第一DC电压，以便产生第一分压电压；第二电压分压器，用来分压来自第二电源输入端的第二DC电压，以便产生第二分压电压；比较器，用来比较第一分压电压和第二分压电压，以便产生开关驱动信号；以及驱动器，用来响应该开关驱动信号驱动所述开关。
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