专利名称：数字设备的电源管理设备、系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种电源管理设备、系统和方法，特别是一种数字设备的电源管理设备、系统和方法。
背景技术：
随着数字设备的日趋小巧且更便于携带，它们的电源管理显得越来越重要。
发明内容
本发明提供了一种电源管理设备，它包括一个集成电路，该集成电路包括一个能够将至少一个电源连接至电源总线的电源管理单元，该电源管理单元还能够根据至少一个电源管理优先级规则将一个数码相机中的至少一个元件连接至该电源总线，从而将电源分配给至少一个元件。
本发明提供了一种电源管理方法，该方法包括将至少一个电源连接至一个数码相机中的电源总线；和根据至少一个电源管理优先级规则将该数码相机中的至少一个元件连接至该电源总线，从而将电源分配给至少一个元件。
图1为一个系统实施例的示意图；和图2为根据一个系统实施例所得到的电源管理处理器的内部结构框图。
具体实施例方式
图1为本发明的一个系统实施例100。系统100通常包括一个主处理器104和一个电源管理单元102。系统100包括一个数字设备，例如数码相机。主处理器104和电源管理单元102各自包括一个或多个集成电路，并且可以成为一个数码相机的核心电子元件和/或核心逻辑。本文中的任何实施例中所提及的“集成电路”表示一个半导体设备和/或一个微电子设备，例如一个半导体集成电路芯片。本文中的任何实施例中所提及的“数码相机”可指一个静态图像数码相机或一个视频数码相机(数字摄像机)。主处理器104和电源管理单元102均可由电路组成，它们各自的电路将在下文中详细阐述。本文中的任何实施例中所提及的“电路”包括例如，单个的固线式电路、可编程电路、状态机电路和/或存储被可编程电路执行的指令的固件，或上述电路的组合。
尽管没有在图1中示出，系统100还可包括存储器，该存储器包括一个或多个以下类型的存储器半导体固件存储器，可编程存储器，非挥发性存储器，只读存储器，电可编程存储器，随机存取存储器，闪速存储器，磁盘存储器和/或光盘存储器。另外，存储器可以包括其它和/或今后开发出的计算机可读存储器类型。机器可读的固件程序指令可以存储在存储器内。下文中，系统100中的电源管理单元102和/或主处理器104和/或其它电路可以访问并执行这些指令，且这些指令可以使系统100中的电源管理单元102和/或主处理器104执行操作。
系统100可以包括一个或多个能够感应诸如温度、电流和/或镜头位置的传感器电路106，电源管理处理器150能够接收来自一个或多个传感器106的信号。此外，该系统实施例可以包括一个按钮输入电路108，该按钮输入电路108能够产生来自用户界面选择器(未示出)的一个或多个信号。电源管理处理器150能够接收来自一个或多个由用户启动的按钮108的信号。在该实施例中，提供了一个电源管理处理器150，该电源管理处理器能够根据诸如系统电源需求和/或预编程的电源指令将来自数个电源的电能进行分配，下文将详细阐述。电源管理处理器150包括一个电路，该电路能够产生一个或多个信号并能够与系统100的一个或多个电路元件相接口。电源管理处理器150与主处理器104能够相互交换指令和数据。例如，主处理器104能够与电源管理处理器150就电源需求和/或数码相机中的其它一个或多个元件的系统信息进行数据通信。
系统100还可以包括一个主电池电源110。电池110包括本领域熟知的一个或多个充电电池。电池110还可以包括一个温度传感器112，该温度传感器112能够产生一个代表电池110中的一个或多个单电池或单电池附近的温度状态的信号。系统100还可以包括一个适配器电源输入114和一个或多个接口电源输入116(即图1中的接口#1......接口#N)。适配器电源114可以包括例如一个交流/直流适配器或其它与电子装置相关的适配器。接口116可以包括例如一个数据接口，该数据接口可以包括I2C接口、火线接口和/或其它本领域所知的接口。每个电源110、114和116能够向系统100中的一个或多个元件提供电源。连接设备电路与一个或多个电源相连，例如连接设备电路122与电源110相连，连接设备电路124与电源114相连，连接设备电路130与接口电源#1相连，和/或连接设备电路134与接口电源#N相连。电源管理处理器150可采用模拟和/或数字控制信号来控制一个或多个连接设备电路，将一个选定电源(110、114和/或116)与系统100中的电源线进行连接或断开。
系统100还可包括电池充电器电路120。电池充电器电路120能够接收适配器114的电能，和/或接收来自一个或多个接口116的电能，还能向电池110中的一个或多个电池提供充电电流和/或充电电压。电流检测电路118与电池充电器电路120的输出连接，并能产生一个代表电池充电电流和/或电压的信号，其中该电池充电电流和/或电压将提供至电池110。当数码相机在开机状态时，电池充电器电路120能够向电池110充电，并且电源管理处理器150能够将电源分配至充电器120(对电池110充电)和系统电源需求。另一个电流感应电路126与适配器电源输入114相连，并能产生一个代表外部适配器电流的信号，该信号将提供至系统100的一个或多个元件。处理器150能够产生控制信号以启动或终止电池充电器电路120的工作。
系统100还可包括一个备用电源稳压器(SUS)132。一个备用电源稳压器132用于向负载提供调节后的输出电压。当电子装置的特定负载不能从主供电电压得到所需的稳定电压值当电子装置的特定负载不能从主供电电压得到所需的稳定电压值，和/或当特定负载的供电电压不够高时，可以采用备用电源稳压器。备用电源稳压器可以包括一个LD0(低压降稳压器)，该LD0通常可提供调节后的输出电压，并且该LD0两端的压降相对较小。备用电源稳压器电路132可以与电源总线(连接至IN2)相连，该电源总线接收来自一个或多个电源的电能。备用电源稳压器电路132还与钮扣电池或其它备用电源相连，如果图1中的系统包括了这样的备用电源的话。备用电源稳压电路可由处理器150来控制，例如，用来选择备用电源稳压器电路132的输入电源。
系统100还包括电源转换电路，电源转换电路138、140、142和/或144就是这样的一些电路实现例。电源转换电路138、140、142和/或144能够根据诸如数码相机中的一个或多个元件的需要，产生所需要的电源输出。电源转换电路138、140、142和/或144还能够产生一个电压和/或一个电流反馈信号，该信号代表电源转换电路提供的电压和/或电流。该反馈信号可以与电源管理处理器150通信。
系统100还包括LED(发光二极管)驱动器电路146，该驱动器电路146能够向一个或多个白光LED供电来为数码相机中的LCD(液晶显示器)面板(未示出)提供照明。LED驱动电路146还能够向处理器150提供电压和/或电流反馈信息。处理器150能够向LED驱动电路146提供控制信号，以控制提供至LED的电量从而控制LCD面板的亮度和/或对比度。系统100还包括闪光灯电容充电器电路136，该闪光灯电容充电器电路136能够向闪光灯电容(未示出)充电，以使数码相机中的闪光灯工作。闪光灯电容充电器电路136还能够向处理器150提供电压和/或电流反馈信息。处理器150能够向闪光灯电容充电器电路136提供控制信号，以控制提供给闪光灯电容充电器电路136的电量大小。
如前所述，在该实施例中，电源管理处理器150能够向图1中的一个或多个元件分配电源。例如，电源管理处理器150能够根据来自电池110、适配器114和/或一个或多个接口电源116的可利用的电量向图1中的一个或多个元件分配电源。电源管理处理器150能够根据诸如一个预编程和/或用户定义的优先级来执行指令以管理一个或多个元件的电源分配。电源管理处理器150能够根据一个预编程和/或用户定义的优先级来控制一个或多个元件136、138、140、142、144和/或146和/或其它元件的启用和/或止用。因此，通过了解由上述的一个或多个电源提供的反馈信息，电源管理处理器150能够监测一个或多个电源的存在与否并根据可利用的电量、预编程的和/或用户定义的系统100中的电源使用优先权将电源分配至一个或多个元件。
图2示出了一个典型的实施例中的电源管理处理器150。电源管理处理器150可包括核心逻辑电路(图1中的智能模块)218，该核心逻辑电路218能够执行在此所述的与处理器150相关的一个或多个操作。存储器234包含指令，而核心逻辑电路218能够执行存储在存储器234内的指令。例如这里所述的电源分配指令就可以存储在存储器234中。核心处理器218能够与数码相机中的核心元件交换指令和数据。
电源管理处理器150还包括通信接口电路232。核心处理器218能够通过通信接口电路232与数码相机中的核心元件交换指令和数据。此外，核心处理器218可以利用串行通信接口232以获得来自系统的信息和指令，并采用这些信息和指令改变一个或多个电源的功能特性(电压、电流、时序等)。集成电路测试过程可以采用该串行接口来加快测试速度和提高可测度。
处理器150还包括选择器电路202，该选择器电路202从两个或多个内部和/或外部电源(包括能提供电源的不同接口)中选择系统的供电。处理器150能够在确保系统电源完整性的情况下，管理与这些电源相关的优先级及限制。外部供电的限制包括但并不限于最大允许电流、最小和/或最大电压、明确的使用许可的必要性等等。
若电源正由一个接口提供，选择器电路202可以检测出接口连接存在与否，必要时等待握手或使用许可，并将接口电源连接至系统的电源线。选择器202能够将来自接口的电流限制至一个特定值，还可以保护接口连接以防止电流突波、反向电流和过电流。为了达到保护要求并确保系统电源完整性及电池的保护，选择电路在电池电压低的情况下执行“先接入，再限流”(make-before-brake)的操作，和/或在电池电压高的情况下执行“先限流，再接入”(brake-before-make)的操作。当接口电源连接到系统后，若电流超过其限制值后，选择器202通过切换回电池电源连接的方式来防止系统出现过电流的情况。
处理器150还包括一个开关模式的电池充电器电路204。电池充电器包括一个低功耗的能恒定快速充电的电路。充电器能够自动根据电池状态来调节充电特性。这样，电池充电器能够为深度放电的电池提供一个低预充电电流进行预充电，为正常放电的电池提供恒定电流(CC)进行快速充电，接着采用恒定电压(CV)方式进行最后的补充充电。充电器204通过监测在恒压模式下的充电电流，可以在电池电量满载的时候终止充电。
通过精确地限制充电终止电压、充电时间或限制由自适应电池电量监测器222监测得到的最大充电量，充电器电路204能够提供一个高质量的电池保护。电池温度也能被监测到，若该温度超出了安全范围，充电停止。充电器还可包括短路保护电路。
一个备用电源(226)能够采用任何内部和/或外部电源，包括钮扣电池，如果存在的话。该备用电源可以包括无反向电流电路(NRCC)来调节电源。NRCC包括一个高效的只在需要时工作的升压型转换器和/或一个无反向电流低压降稳压器，该无反向电流低压降稳压器的实现基于如下几项条件中的一种或几种检测低压降稳压器的输出电流，检测输入和输出之间的电压差，采用一个内建的反向电流阻止模块，和/或采用一个起调节作用的由MOS或双极型技术实现的可逆串联器件。当没有任何其它电源供电时，无反向电流低压降稳压器能够保存钮扣电池的电量，阻止反向电流进入主电源线，并保持钮扣电池的电量状态。更进一步，当存在一个或多个电源供电时，无反向电流低压降稳压器电路还能够可控地对钮扣电池充电。
本实施例中还提供了按钮面板接口电路224，用于在系统电源的开启或关闭之间进行切换，和/或接受其它手动用户指令。当电源从开启状态切换至关闭状态时，逻辑218预先与主系统通信，为了防止会引起数据丢失的、不适当的关闭电源的操作。
处理器150还包括一个或多个开关电源(SMPS)和/或线性稳压器210，该开关电源和/或线性稳压器210能够调节一个或多个系统电源线上的电能，并向系统的元件提供适当的电压和/或电流。开关电源210可以包括例如降压型转换器、升压型转换器、降压-升压型转换器、FLYBACK转换器、基本型和/或改进型CUK转换器、SEPIC转换器，等等，且这些转换器可以拥有一个或多个输出电压。电路210可以调节输出电压或电流以符合系统负载的要求。电路210还可包括控制器电路，这些控制器电路可以通过控制诸如导通/断开状态、电压、电流、占空比等来控制输出电源。逻辑218根据时序或优先级来控制电路210以动态分配可利用的输入电源，该时序或优先权可以是预编程的和/或用户定义的。逻辑218根据来自系统的信息和/或采用外部硬件信号来控制输出电源的参数。这些信号来自系统或来自传感器，包括但不限于电压、电流和温度传感器等。
因此，本发明的数字设备的电源管理与传统的数字设备相比有多个优点。例如，逻辑电路218可以根据系统电源需求、编程所确定的优先级、可利用的功率和/或电源使用的任何限制，提供实时的对功耗的自适应优化。即便在系统开启的情况下，充电器电路208仍然能够对电池充电。外部电源(由适配器和/或接口电源提供)将优先分配给系统，而剩余电源将被分配给充电器电路208。
必要时，逻辑电路218可以根据定义来限制和/或提升低优先级的系统模块。因此，逻辑电路218可以避免电流突增，电池的过度压降，以及由这些原因引起的系统关闭。例如，当逻辑电路218判定电池电压太低以至于不能在支持电源转换器所需的功耗同时支持闪光灯电容的全速充电，逻辑电路218可以通过增加充电时间来可以减少闪光灯所需的电能，或停止闪光灯的工作直至需要高电能的操作结束后才恢复其工作。
同时，逻辑电路218可以管理来自多个输入的电源，包括由一个或多个接口所提供的电源。逻辑电路包括用于检测接口连接存在的检测电路，该检测电路可能包括用于启动与接口间的握手协议和/或速度协商的协商电路。逻辑电路能够监测可利用的电源、与系统通信，并且从系统得到相关信息以进行适当的电源分配。逻辑电路在保证系统电源完整性的同时能够管理优先级和关于接口电源的限制。
逻辑218还能将不同开关电源电路的工作频率关联起来，以将宽频带内的功率谱密度和噪声最小化。当开关电源工作频率被关联起来时，可以对逻辑218进行编程来将每个转换器的最佳范围考虑在内。这样，整个系统可以在不影响个体效率的情况下工作。
逻辑218采用可利用的信息来监控诸如温度、电流和/或电压以启动对系统元件的保护。此外，即使在电源线上的电压较低的情况下，逻辑218拥有可利用的电池直流电流信息和一个精确的参考电压，处理器150还包括一个电池电量监测器电路222。电池电量监测器电路222可以向逻辑218和充电器208提供电源管理所需的电池容量信息，该信息将在电源管理中用到，并且在充电时，该电池容量信息还可以用于对电池的保护。
本领域的技术人员应该认识到在此所述的一个或多个实施例还存在多种修改、变动或改进。在这里使用的术语与措辞是揭示内容的术语，但没有局限性。在采用这些术语和措辞时，不排除其它与这里所展示和描述的特征(或特征的一部分)相似的等价物。并且应该意识到的是，在权利要求范围内，本发明可能有多种修改。本发明还可能存在其它一些修改、变动及其它。因此，权利要求旨在涵盖所有这些等价物。
权利要求
1.一种电源管理设备，包括一个集成电路，所述集成电路包括一个能够将至少一个电源连接至电源总线的电源管理单元，所述电源管理单元还能够根据至少一个电源管理优先级规则将一个数码相机中的至少一个元件连接至所述电源总线，从而将电源分配给至少一个所述元件。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个电源选自电池电源、适配器电源、接口电源和钮扣电池。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述电源管理优先级规则包括选择至少一个所述元件并将可利用的电源分配给所述至少一个被选元件。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述集成电路还能够接收来自至少一个所述元件的反馈信息，且所述电源管理优先级规则包括至少部分地根据所述反馈信息将电源分配给至少一个所述元件。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述集成电路还包括能够对至少一个充电电池进行充电的电池充电器电路，所述集成电路还能够将所述至少一个电源至少部分地分配给所述电池充电器电路从而对所述充电电池进行充电。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电源管理单元能够按优先级将电源分配给所述数码相机的元件。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括一个选择器电路，当向至少一个所述元件供电时，在电池电压较低的情况下，所述选择器电路进行“先接入，再限流”的操作。
8.一种电源管理方法，包括将至少一个电源连接至一个数码相机中的电源总线；和根据至少一个电源管理优先级规则将所述数码相机中的至少一个元件连接至所述电源总线，从而将电源分配给至少一个所述元件。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述电源管理优先级规则包括选择至少一个所述元件并将可利用的电源分配给所述至少一个被选元件。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括接收来自至少一个所述元件的反馈信息，且所述电源管理优先级规则包括至少部分地根据所述反馈信息将电源分配给至少一个所述元件。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述至少一个电源至少部分地分配给至少一个充电电池进行充电。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括按优先级将电源分配给所述数码相机的元件。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括当向至少一个所述元件供电时，在电池电压较高的情况下进行“先限流，再接入”的操作。
14.一个电源管理系统，包括一个包含一个集成电路的数码相机，所述集成电路包括一个电源管理单元，所述电源管理单元能够将至少一个电源连接至电源总线，所述电源管理单元还能够根据至少一个电源管理优先级规则将所述数码相机中的至少一个元件连接至所述电源总线，从而将电源分配给至少一个所述元件。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少一个电源选自电池电源、适配器电源、接口电源和钮扣电池。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述电源管理优先级规则包括选择至少一个所述元件并将可利用的电源分配给所述至少一个被选元件。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述集成电路还能够接收来自至少一个所述元件的反馈信息，且所述电源管理优先级规则包括至少部分地根据所述反馈信息将电源分配给至少一个所述元件。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述集成电路还包括能够对至少一个充电电池进行充电的电池充电器电路，所述集成电路还能够将所述至少一个电源至少部分地分配给所述电池充电器电路从而对所述充电电池进行充电。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述数码相机选自一个静态图像数码相机和一个视频数码相机(数字摄像机)。
20.根据权利要求14所述的系统，其中所述电源管理单元能够按优先级将电源分配给所述数码相机的元件。
全文摘要
本发明的一个实施例提供了一种方法，该方法包括将至少一个电源连接至一个数码相机中的一个电源总线。该方法还包括根据至少一个电源管理优先级规则将数码相机中的至少一个元件连接至该电源总线从而将电源分配给至少一个所述元件。当然，在不脱离该实施例的范围内，本发明还可能有很多变动及修改。
文档编号G05B19/04GK1690896SQ20051006459
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月15日 优先权日2004年4月15日
发明者法拉·坡贝斯库·斯塔内斯缇, 刘柳胜, 詹姆斯·兰姆, 布鲁斯·丹宁, 杜珣弤 申请人:美国凹凸微系有限公司