TWI558126B - 聯合供電模組及其系統 - Google Patents

Description

聯合供電模組及其系統

本案是有關於一種供電模組，特別是有關於一種聯合供電模組及其系統。

在電子電路的系統設計中，為了避免變動太多既有的電路架構，會用原本晶片模組耦接其他模組以達到所需之功能。舉例來說，由於乙太網(Ethernet)之電路模組與其連接之電路元件的運作係為整體通訊傳輸之重要因素，因此會具有接收不同電源的偵測電路來偵測乙太網之電路模組，即偵測所述電路模組的操作電壓是否穩定或是偵測所述電路模組是否正常運作，並對應執行必要之控制。

更仔細地說，在不大幅更動電路模組架構的情況下，一般會透過額外的電路模組或元件將不同電源轉換為偵測電路所能接收之驅動電源，藉以供給至偵測電路。然而，在實際應用中，若電源或額外的電路模組/元件出問題，偵測電路亦會隨著接收之驅動電源不穩而無法進行偵測，進而提升受偵測之電路模組發生異常的機率。

為解決上述課題，本案實施例提供一種聯合供電模組，具有外部輸入端與第一輸入端。聯合供電模組包括負載區塊、保護電 路以及偵測區塊。偵測區塊包括類比電路。負載區塊耦接於外部輸入端。保護電路之一端耦接於外部輸入端。偵測區塊耦接於負載區塊、第一輸入端與保護電路之另一端。負載區塊透過接收由外部輸入端輸入之外部電源進行驅動。保護電路使流經其之外部電源輸出為輔助電源。類比電路用以於正常供電環境下接收第一輸入端輸入之第一電源或於輔助供電環境下接收輔助電源，以偵測負載區塊。

在一實施例中，於正常供電環境下，第一電源之第一電壓大於輔助電源之輔助電壓，且當第一電壓小於輔助電壓時，正常供電環境變換為輔助供電環境。

本案實施例提供一種聯合供電系統，接收外部電源與主電源。聯合供電系統包括穩壓模組與聯合供電模組。穩壓模組具有主電源輸入端與輸出端。聯合供電模組具有外部輸入端與第一輸入端用以分別接收外部電源與第一電源。聯合供電模組包括負載區塊、保護電路以及偵測區塊。偵測區塊包括類比電路。聯合供電模組耦接於穩壓模組。負載區塊耦接於外部輸入端。保護電路之一端耦接於外部輸入端。偵測區塊耦接於負載區塊、第一輸入端、保護電路之另一端與穩壓模組之輸出端。穩壓模組透過主電源輸入端接收主電源，並且將主電源轉換輸出第一電源於其輸出端。負載區塊透過接收由外部輸入端輸入之外部電源進行驅動。保護電路使流經其之外部電源輸出為輔助電源。類比電路用以於正常供電環境下接收第一輸入端輸入之第一電源或於輔助供電環境下接收輔助電源，以偵測負載區塊。

在一實施例中，於正常供電環境下，第一電源之第一電壓大於輔助電源之輔助電壓，且當第一電壓小於輔助電壓時，正常供電環境變換為輔助供電環境。

綜合上所述，本案實施例所提出之聯合供電模組及其系統能夠利用不同的輸入電源形成聯合供電架構，以避免傳統上電路或 模組僅接收來自單一輸入電源的架構因所述輸入電源供電異常時而造成系統出問題的情況。值得一提的是，本案實施例的聯合供電模組利用保護電路使兩種輸入電源形成電壓差，以避免同時讓兩種輸入電源耗電。且更進一步地，透過保護電路避免當其中一輸入電源之電壓大於其他輸入電源而逆流造成危險。

為使能更進一步瞭解本案之特徵及技術內容，請參閱以下有關本案之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本案，而非對本案的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧聯合供電系統

10‧‧‧聯合供電模組

11‧‧‧穩壓模組

101‧‧‧負載區塊

102‧‧‧偵測區塊

103‧‧‧保護電路

111‧‧‧第二低壓差線性穩壓單元

112‧‧‧第三低壓差線性穩壓單元

1111、1121‧‧‧控制開關

1021‧‧‧類比電路

1022‧‧‧數位電路

1021a‧‧‧電壓偵測單元

1021b‧‧‧第一低壓差線性穩壓單元

1021c‧‧‧模式控制單元

MT‧‧‧主電源輸入端

ET‧‧‧外部輸入端

OT‧‧‧輸出端

IT‧‧‧第一輸入端

Vbat‧‧‧主電源

VO‧‧‧外部電源

V1‧‧‧第一電源

VA‧‧‧輔助電源

V2‧‧‧第二電源

圖1是本案實施例的聯合供電模組的方塊圖。

圖2是本案實施例的聯合供電系統的方塊圖。

圖3是本案另一實施例的聯合供電系統的方塊圖。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本案提出之概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本案將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本案概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。相同或類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本案概念之教示。如本文中所示，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或是多者之所有組合。

在車用電子的供電系統中，車用電源之電壓較高(一般來說為12伏特)，因此為了配合舊有乙太網(Ethernet)之電路(例如為T65製程之晶片)，需要進一步以能夠相容車用電源之元件進行設置，而本案係採用多輸入電源並設置保護電路於聯合供電模組中以降低聯合供電系統發生異常的機率。後續將進一步說明本案提出之聯合供電模組及其系統的實施例。

請參閱圖1，圖1是本案實施例的聯合供電模組的方塊圖。聯合供電模組10具有外部輸入端ET與第一輸入端IT，分別用以接收外部電源VO與第一電源V1。聯合供電模組10包括負載區塊101、偵測區塊102以及保護電路103。偵測區塊102包括類比電路1021以及數位電路1022。類比電路1021包括電壓偵測單元1021a以及第一低壓差線性穩壓單元(low dropout regulator，LDO)1021b。負載區塊101與保護電路103之一端耦接於外部輸入端ET。偵測區塊102耦接於負載區塊101、第一輸入端IT與保護電路103之另一端。更仔細地說，電壓偵測單元1021a耦接於負載區塊101，第一低壓差線性穩壓單元1021b耦接於第一輸入端IT、保護電路103之另一端以及數位電路1022。

在本案實施例中，外部電源VO之電壓用以提供負載區塊101所需之驅動電源。更仔細地說，外部電源VO可以是由車用電源間接地轉換而得或者由另外的電源供應器直接提供。另外，第一電源V1之電壓用以提供驅動電源給偵測區塊102，而第一電源V1可以為車用電源以一高壓元件(例如為T18製程之晶片)轉換輸出而得或者由另外的電源供應器直接提供。然而，在其他實施例中，外部電源VO及第一電源V1之來源並不限於上述實施例。

負載區塊101包括適當的電路、邏輯和/或編碼，用以接收由外部輸入端ET輸入之外部電源VO以進行驅動。在本案實施例中，負載區塊101包含車用電子中乙太網之實體層(PHY layer)與網路層(MAC layer)的傳輸模組(例如為TX/RX模組)或其他的功 能電路。然而，在其他實施例中，負載區塊101亦可以由一般負載電路或計算電路等電路來實施。

偵測區塊102可組態為一有限狀態機(finite-state machine，FSM)，用以偵測並儲存負載區塊101過去運作之信息，但本案實施例並不限定於此。也就是說，偵測區塊102用以反映從系統開始到現在時刻的輸入變化。更進一步地說，偵測區塊102係透過接收第一輸入端IT輸入之第一電源V1或接收輔助電源VA來進行驅動，藉以偵測負載區塊101之工作狀態。偵測區塊102透過類比電路1021之電壓偵測單元1021a偵測負載區塊101是否有電壓過低之情況發生並且記錄負載區塊101的錯誤旗標(error flag)，甚至進一步控制或調整外部電源VO。另一方面，類比電路1021之第一低壓差線性穩壓單元1021b用以進一步轉換第一電源V1或輔助電源VA為驅動數位電路1022接收之第二電源V2。值得一提的是，在第一低壓差線性穩壓單元1021b之輸入電壓或是輸出電流變動的情況下，第一低壓差線性穩壓單元1021b係用以維持穩定的輸出電壓。在本案實施例中，第一低壓差線性穩壓單元1021b係用以輸出第二電源V2至數位電路1022，藉以驅動數位電路1022。

在一些實施例中，外部電源VO可為3.3伏特(例如由12伏特的車用電源轉為3.3伏特)，第一電源V1之電壓可為3.3伏特，以及第二電源V2之電壓可為1.2伏特。然而，在實際應用中亦可根據使用者以所需之數值作為實施方式，本案並不以外部電源VO、第一電源V1以及第二電源V2之電壓數值做為限制。

接著，保護電路103用以接收外部電源VO並輸出輔助電源VA。換句話說，流經保護電路103之外部電源VO將由保護電路103輸出為一輔助電源VA。在本案實施例中，保護電路103以二極體實現，二極體之陽極耦接於外部輸入端ET，且二極體之陰極耦接於類比電路1021。在外部輸入端ET未接電源或接地時，保 護電路103用以避免第一電源V1流向外部輸入端ET而造成漏電。更仔細地說，外部電源VO輸入且經由保護電路103產生壓降後輸出輔助電源VA。在本案實施例中，當聯合供電模組10處於所述正常供電環境時，第一電源V1之第一電壓大於輔助電源VA之輔助電壓。因此，聯合供電模組10接收第一電源V1所提供之驅動電源給偵測區塊102以進行運作。然而，當第一電源V1之第一電壓小於輔助電源VA之輔助電壓時，聯合供電模組10則變換為輔助供電環境，以由外部電源VO經由保護電路103產生壓降後的輔助電源VA提供驅動電源給偵測區塊102以維持運作。換句話說，輔助電源VA與第一電源V1之間會形成一電壓差(即在正常供電環境時，輔助電源VA會小於第一電源V1；在輔助供電環境時，電源VA會大於第一電源V1)，以使偵測區塊102優先接收電壓較高的電壓源。

舉例來說，外部電源VO為3.3伏特之輸入電壓源，經由保護電路103產生0.8伏特的壓降，以輸出一電壓2.5伏特的輔助電源VA，另外第一電源V1為3.3伏特。因此，當聯合供電模組10處於所述正常供電環境時，第一電源V1之電壓大於輔助電源VA之電壓，偵測區塊102接收第一電源V1提供之驅動電源以進行運作。相反地，當第一電源V1的來源發生問題而造成電壓不穩時(例如第一電源V1之第一電壓小於2.5伏特之輔助電源VA之輔助電壓時)，聯合供電模組10會變換為輔助供電環境，由2.5伏特之輔助電源VA提供驅動電源給偵測區塊102以維持偵測區塊102的運作。值得一提的是，保護電路103為可以產生0.3至0.8伏特壓降之二極體，以使輔助電源VA與第一電源V1具有一電壓差，讓電壓較高的電壓源頭優先供電，並且在其中一電源不穩而使其電壓低於另一電源之電壓時，由另一電源者接手供電以避免同時讓兩個電源耗電。

如上所述，本案實施例所提出之聯合供電模組10能夠利用不 同的輸入電源形成聯合供電架構，以降低偵測區塊102因單一輸入電源不穩而發生異常的情況。

接著，將進一步說明聯合供電模組10之應用。請參閱圖2，圖2是本案實施例的聯合供電系統的方塊圖。在本案實施例中，圖2之聯合供電模組10與圖1之聯合供電模組10大致相同，其差異在於圖2之聯合供電模組10的類比電路1021更包括模式控制單元1021c。因此，後續將針對所述差異詳細說明。

聯合供電系統1包括聯合供電模組10以及穩壓模組11。穩壓模組11包括主電源輸入端MT以及輸出端OT，分別用以接收主電源Vbat與輸出第一電源V1，其中輸出端OT耦接於聯合供電模組10之第一輸入端IT。穩壓模組11包括第二低壓差線性穩壓單元111，第二低壓差線性穩壓單元111包括控制開關1111。

更仔細地說，穩壓模組11用以透過主電源輸入端MT接收主電源Vbat，並且將主電源Vbat轉換後經由輸出端OT輸出第一電源V1。在本案實施例中，主電源Vbat為12伏特之車用電源。穩壓模組11透過第二低壓差線性穩壓單元111將車用電源轉換為第一電源V1，並且將第一電源V1經由輸出端OT輸出以提供給聯合供電模組10。

值得注意的是，在本案實施例中，聯合供電模組10之類比電路1021更具有耦接於控制開關1111之模式控制單元1021c，用以輸出模式信號至穩壓模組11以使穩壓模組11切換為輕載模式(low power control mode)或重載模式(high power control mode)，以進一步提供聯合供電系統1之省電功能。舉例來說，以偵測區塊102為有限狀態機作說明，當有限狀態機需開啟全部或大量的暫存器(例如由可程式邏輯控制器、邏輯閘、正反器等等元件所組成)來儲存狀態變數時，模式控制單元1021c輸出用以切換為重載模式的模式信號至穩壓模組11。相反地，當有限狀態機不需使用全部的暫存器來儲存狀態變數時，模式控制單元1021c輸出用以 切換為輕載模式的模式信號至穩壓模組11。

更仔細地說，當穩壓模組11中的第二低壓差線性穩壓單元111接收到模式控制單元1021c輸出切換為輕載模式之模式信號時，透過控制開關1111將第二低壓差線性穩壓單元111之內部電路部分關閉以降低第二低壓差線性穩壓單元111的功率消耗，藉此降低第一電源V1之最大輸出電流上限。又或者，當穩壓模組11中的第二低壓差線性穩壓單元111接收到模式控制單元1021c輸出切換為重載模式之模式信號時，透過控制開關1111將第二低壓差線性穩壓單元111之內部電路全部打開以增加第二低壓差線性穩壓單元111的功率消耗，藉此提高第一電源V1之最大輸出電流上限。

換句話說，在接收到類比電路1021之模式控制單元1021c輸出之模式信號時，第二低壓差線性穩壓單元111透過控制開關1111使穩壓模組11切換為輕載模式以輸出具有第一電流的第一電源V1或切換重載模式以輸出具有第二電流的第一電源V1，其中第二電流大於第一電流。

需注意的是，雖然在本案實施例中以兩個電壓源作為說明，但本領域具通常知識者應了解亦可以三個或以上之電壓源配合不同壓降之保護電路103以達到聯合供電之效果，本案並不以電壓源或保護電路103之個數做為限制。

請參閱圖3，圖3是本案另一實施例的聯合供電系統的方塊圖。圖3之實施例與圖2之實施例的差異在於，圖3之穩壓模組11更包括第三低壓差線性穩壓單元112，且第三低壓差線性穩壓單元112具有控制開關1121。而在本案實施例中，第二低壓差線性穩壓單元111不具有控制開關，第三低壓差線性穩壓單元112耦接於第二低壓差線性穩壓單元111。當穩壓模組11中的第三低壓差線性穩壓單元112接收到模式控制單元1021c輸出切換為輕載模式之模式信號時，透過控制開關1121將第三低壓差線性穩壓 單元112關閉，因此穩壓模組11僅由第二低壓差線性穩壓單元111輸出為第一電流的第一電源V1。又或者，當穩壓模組11中的第三低壓差線性穩壓單元112接收到模式控制單元1021c輸出切換為重載模式之模式信號時，透過控制開關1121將第三低壓差線性穩壓單元112開啟，因此穩壓模組11同時由第三低壓差線性穩壓單元112輔助第二低壓差線性穩壓單元111輸出為第二電流的第一電源V1。同樣地，第二電流大於第一電流。

總而言之，本案實施例透過模式控制單元1021c運作之需求發出模式信號以對穩壓模組11進行模式的切換，以達到整體聯合供電系統1省電之功效。值得一提的是，雖然在本案實施例中係以一個或兩個低壓差線性穩壓單元111、112作為說明，但本領域具通常知識者應了解亦可以三個以上之第二、第三低壓差線性穩壓單元111、112配合設置控制開關1121於第二、第三低壓差線性穩壓單元111、112之內部，以實現三個以上之電流模式來達到不同級距的省電效果。因此，本案並不以第二、第三低壓差線性穩壓單元111、112或控制開關1121之個數做為限制。

〔本案可能之功效〕

綜合以上所述，本案實施例所提出之聯合供電模組及其系統能夠利用不同的輸入電源形成聯合供電架構，以避免傳統上電路或模組僅接收來自單一輸入電源的架構因所述輸入電源供電異常時而造成系統出問題的情況。值得一提的是，本案實施例的聯合供電模組利用保護電路使兩種輸入電源形成電壓差，以避免同時讓兩種輸入電源耗電。且更進一步地，當其中一輸入電源之電壓大於其他輸入電源時，可透過保護電路避免逆流造成危險。

另一方面，本案實施例所提出之聯合供電系統更於主要受電的聯合供電模組中設置了模式控制單元以進一步控制穩壓模組的輸出功率，即根據聯合供電模組內部電路的耗電需求調整穩壓模組輸出電源的電流，進而達到省電的功效。

以上所述，僅為本案最佳之具體實施例，惟本案之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本案之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

1‧‧‧聯合供電系統

10‧‧‧聯合供電模組

11‧‧‧穩壓模組

101‧‧‧負載區塊

102‧‧‧偵測區塊

103‧‧‧保護電路

111‧‧‧第二低壓差線性穩壓單元

112‧‧‧第三低壓差線性穩壓單元

1121‧‧‧控制開關

1021‧‧‧類比電路

1022‧‧‧數位電路

1021a‧‧‧電壓偵測單元

1021b‧‧‧第一低壓差線性穩壓單元

1021c‧‧‧模式控制單元

MT‧‧‧主電源輸入端

ET‧‧‧外部輸入端

OT‧‧‧輸出端

IT‧‧‧第一輸入端

Vbat‧‧‧主電源

VO‧‧‧外部電源

V1‧‧‧第一電源

VA‧‧‧輔助電源

V2‧‧‧第二電源

Claims (11)

1. 一種聯合供電模組，具有一外部輸入端與一第一輸入端，該聯合供電模組包括：一負載區塊，耦接於該外部輸入端，且透過接收由該外部輸入端輸入之一外部電源進行驅動；一保護電路，包含一第一端及一第二端，其中，該第一端耦接於該外部輸入端，該第二端耦接於該第一輸入端，以及該保護電路用以使經過該保護電路之該外部電源於該第二端輸出為一輔助電源；以及一偵測區塊，耦接於該負載區塊、該第一輸入端與該保護電路之另一端，包括：一類比電路，用以於一正常供電環境下接收由該第一輸入端輸入之一第一電源或於一輔助供電環境下接收該輔助電源，以偵測該負載區塊。
2. 如請求項1所述之聯合供電模組，其中在該正常供電環境下，該第一電源之一第一電壓大於該輔助電源之一輔助電壓，且當該第一電壓小於該輔助電壓時變換為該輔助供電環境。
3. 如請求項1所述之聯合供電模組，其中該保護電路為一二極體，該二極體之陽極耦接於該外部輸入端，且該二極體之陰極耦接於該類比電路，用以避免該第一電源流向該外部輸入端。
4. 如請求項1所述之聯合供電模組，該類比電路包括：一電壓偵測單元，耦接於該負載區塊，用以偵測並記錄該負載區塊的一錯誤旗標；一低壓差線性穩壓單元，耦接於該第一輸入端與該保護電路之該另一端，用以將接收的該第一電源或該輔助電源轉換為具一第二電壓之一第二電源，以驅動一數位電路。
5. 一種聯合供電系統，接收一外部電源與一主電源，該聯合供電系統包括：一穩壓模組，具有一主電源輸入端與一輸出端，其中該穩壓模組透過該主電源輸入端接收該主電源，並且將該主電源轉換後由該輸出端輸出一第一電源；以及一聯合供電模組，具有一外部輸入端與一第一輸入端用以分別接收該外部電源與該第一電源，且該聯合供電模組耦接於該穩壓模組，該聯合供電模組包括：一負載區塊，耦接於該外部輸入端，且透過接收該外部輸入端輸入之一外部電源進行驅動；一保護電路，包含一第一端及一第二端，其中，該第一端耦接於該外部輸入端，該第二端耦接於該第一輸入端，使經過該保護電路之該外部電源於該第二端輸出為一輔助電源；及一偵測區塊，耦接於該負載區塊、該第一輸入端、該保護電路之另一端與該穩壓模組之該輸出端，包括：一類比電路，用以於一正常供電環境下接收該第一輸入端輸入之該第一電源或於一輔助供電環境下接收該輔助電源，以偵測該負載區塊。
6. 如請求項5所述之聯合供電系統，其中在該正常供電環境下該第一電源之一第一電壓大於該輔助電源之一輔助電壓，且當該第一電壓小於該輔助電壓時變換為該輔助供電環境。
7. 如請求項5所述之聯合供電系統，其中該保護電路為一二極體，該二極體之陽極耦接於該外部輸入端，且該二極體之陰極耦接於該類比電路，用以避免該第一電源流向該外部輸入端。
8. 如請求項5所述之聯合供電系統，該類比電路更包括：一電壓偵測單元，耦接於該負載區塊，用以偵測並記錄該負 載區塊的一錯誤旗標；一第一低壓差線性穩壓單元，耦接於該第一輸入端與該保護電路之該另一端，用以將接收的該第一電源或該輔助電源轉換為具一第二電壓之一第二電源，以驅動一數位電路。
9. 如請求項5所述之聯合供電系統，該類比電路更包括：一模式控制單元，用以輸出一模式信號至該穩壓模組以使該穩壓模組切換為一輕載模式或一重載模式。
10. 如請求項9所述之聯合供電系統，該穩壓模組更包括：一第二低壓差線性穩壓單元，具有一控制開關，該控制開關用以在接收到該模式控制單元輸出之該模式信號時，使該穩壓模組切換為一輕載模式以輸出一第一電流或切換一重載模式以輸出一第二電流，其中該第二電流大於該第一電流。
11. 如請求項9所述之聯合供電系統，該穩壓模組更包括：一第二低壓差線性穩壓單元，用以於一輕載模式輸出一第一電流以及於一重載模式輸出一第二電流；一第三低壓差線性穩壓單元，耦接於該第二低壓差線性穩壓單元，包括：一控制開關，用以在接收到該模式控制單元輸出之該模式信號時，開啟該第三低壓差線性穩壓單元，以輔助該第二低壓差線性穩壓單元於該重載模式輸出該第二電流，其中該第二電流大於該第一電流。