数据处理系统，电源装置和数据处理系统上使用该装置的方法

摘要

本发明涉及一种使用可再充电的充电电池并支持电池完全放电的数据处理系统，以及该数据处理系统的电源装置和使用该电源装置的方法。当数据处理系统在完全放电模式下运行时外部电源向第一电路供电而电池向第二电路供电直到放电结束。第一电路包括CPU和主存储器这样的组件，当突然中止供电时它们可强制使整个系统中止运行。第二电路包括如液晶显示器的后照光。

说明书

本发明涉及一种由电池和电源装置驱动的数据处理系统以及一种向该数据处理系统供电的方法。更具体地说，本发明涉及一种数据处理系统，该系统与一个外部交流电源(以下称作AC电源)和一个内装电池由电源线连接，AC电源和电池彼此并联，而且，该系统由其中之一个电源向其供电；本发明还涉及一种电源装置和使用该电源装置向数据处理系统供电的方法。更详细地说，本发明涉及一种数据处理系统，该系统具有一个内装的可充电电池，并支持完全放电功能，而且该系统在完全放电模式下运行时即使用户误将电池取出也不会被关闭；本发明还涉及一个电源装置和一种使用该电源装置向数据处理装置供电的方法。

随着技术的不断发展，考虑到便携性和户外使用而设计成紧凑和轻巧的个人计算机，即所谓的笔记本电脑已被广泛使用。目前可从市场上得到的几乎所有笔记本电脑不但由外部AC电源(通常为商用电源)，而且可还由套装的内部电池(之后称作为“电池盒”)供电，电池是在不能利用商用电源时向其供电的。通常使用诸如Nicd、NiMH或Lilon之类的可充电电池作为笔记本电脑的内装电池。作为内装电池的一种通用的充电形式是它接收来自AC电源的电能，该AC电源与电池盒并联地连接到该系统上(这将在下面描述)。

图4示出了一个传统笔记本电脑10的电源通路的示例(以下将笔记本电脑称作为“系统”)。该系统10经一个AC/DC转换器1接收来自AC电源2的电能，或是从一个(可充电的)电池盒3接收电能。该转换器1是一个将AC电压转换成DC电压的设备，以便于系统10能使用AC电源2，转换器一般设计成能输出一个大约为20V的恒压。该电池盒3包括，例如，8节电池，每节电池约为1.2伏，这些电池串联连接输出一个大约为7.4到15伏的总电压。当AC/DC转换器符合电池充电操作的特性，如CVCC(恒压和恒流)或CVCWCC(恒压、恒定功率和恒流)，通常，如图4所示，AC电源2的电源线和电池盒3的电源线在点P处并联，因此，电池盒3可由AC电源2充电。开关电路SW1和SW2分别串联在AC/DC转换器1和电池盒3的电源线上。对于这些开关电路使用如P沟道金属氧化物场效应管(P-channel MOSFET)。开关电路在其栅极接收控制信号，然后根据控制信号的电压高低接通或断开。当从AC电源2向系统10供电时接通SW1，而当由AC电源对电池盒3充电时接通开关SW1和SW2(见图5A)。另外，由电池盒3向系统10供电时，接通开关SW2，为了防止电流回流到AC/DC转换器而断开SW1(见图5B)，这种回流是由电位差引起的。

一个将给定DC电压转换成不同的DC电压的DC/DC转换器(图中未示出)串联在电源2、3和系统10之间的电源线上，用于将AC电源2或电池盒3的末端电压降到适合于系统10运行的程度(3.3V或5V)。

包括上述电源线路的笔记本电脑通常利用下面方式进行供电操作。

(1)当AC电源2和电池盒3都连接在系统10上时，优先由AC电源2向系统10供电，因为它具有无穷的能量。

(2)仅当AC电源与系统10不连接(即，不能利用AC电源)时，才由电池盒3向系统10供电。

(3)由AC电源2供给的电能优先分配给系统10运行，仅当系统的运行速度被降低并具有足够的剩余能量时才使用AC电源2的电能对电池盒3充电。

由AC电源2供电和电池3的充电及放电都受系统10控制，这种控制是这样进行的，系统10监测电池盒3的末端电压并检测充电或放电的完成情况。为了执行这种供电的控制，某些计算机系统除了主CPU以外还包括专用处理器(之后称作为“电源控制器”)。此外，还广泛使用“智能电池”，该智能电池是一个电池组，该电池组包括各种用于检测电池盒3的末端电压、电流和温度的传感器和一个用于处理传感器的输出的控制器(之后称作为“充电控制器”)。充电控制器累加来自电池的电流来确定电池的剩余能量。例如，当充电控制累加电池的放电电流并确定电池的剩余能量等于或低于预定值(充电开始电压)时，充电控制器向系统的电源控制器发出一个信息，开始对电池3充电。当充电控制器在充电过程中累加流向电池的充电电流并确定电池被完全充足了电时，充电控制器就向电源控制器输出一个信息中止充电。根据该信息，电源控制器接通或断开SW1和SW2。应该注意，智能电池已公开于如日本未审专利公开平5-184098号上，该份专利申请已转让给了本申请人。

使用由可再充电电池驱动的电子装置的用户要求电池被完全充足电以对付紧急状态。因此，电池比如一天充电一次，此处不考虑电池剩余能量和实际运行时间。换句话说，在许多情况下，电池要反复进行短时间的放电和充电。如果短时间充电和放电反复进行，那么，就会产生下列问题：

(1)因为电池的记忆效应而使电池的容量降低。

(2)在使用智能电池的情况下，由其充电控制器测量的值(如电池的剩余能量)的误差被积累并因此而使误差增加。

因此目前的笔记本电脑趋于支持一种“完全放电”的功能。当系统10由AC电源2(即，当SW1接通，而SW2断开)供电时，利用这种功能，就可使系统10的电源强制地转换到电池盒3(即，SW1被断开，而SW2接通)使电池进一步放电(完全放电)。由于这种完全放电，电池记忆效应就被消除，而且，对于智能电池而言，可以更新充电控制器内积累的测量值的误差。通过敲击一个指示完全放电操作的键(例如，敲击一个预定功能键)系统10将会转向完全放电模式。支持完全放电功能的电子装置公开于日本未审查专利公开平4-205120中。

更具体地说，“完全放电模式”是一种AC电源2不向系统供电的运行模式(其中SW1断开而SW2接通)，甚至当电源插头插在系统10内时也是如此，这是一种与计算机系统的传统运行模式相反的运行模式，传统的运行模式是最高级优先权指定给连续且稳定的AC电源。因此，当AC电源接插在系统上时，用户可能认为由连续且稳定的AC电源向系统供电并试图更换电池盒3，但用户忘记了(或没有注意到)系统10是在完全放电模式下运行。可是，AC电源2和电池盒3的电源线在点P处相连，如图4所示，仅有一条线路向系统10供电。如果在完全放电模式下将电池盒3取出，那么，供电将会被完全切断，整个系统将会突然关闭(见图5C)。当系统10突然关闭，正在处理的数据将会丢失而由CPU11执行的任务不能在同一位置恢复。系统10的硬件也可能受损。

本发明的目的是提供一种由电池供电的数据处理系统，用于该数据处理系统上的卓越的电源装置，以及使用这种电源装置的方法。

本发明的又一个目的是提供一种卓越的数据处理系统，用于这种数据处理系统上的卓越的电源装置以及使用该装置的方法。该系统与从外部AC电源和一个内装电池引出的电源线连接，AC电源和电池并联，以便于由其中之一向系统供电；

本发明的进一步的目的是提供一种数据处理系统，用于这种数据处理系统上的卓越的电源装置以及使用该装置的方法。该系统使用可再充电电池并支持电池的完全放电，而且，当系统在完全放电模式下运行时，即使用户不慎将电池取出该系统也不会因此而关闭。

为了实现这些目的，本发明的第一方面是一种数据处理系统，该系统由第一电源和第二电源供电，系统包括第一和第二电路、将第一电源的输出端连接到第一电路上的第一电源线、将第一电源的输出端经第一开关(SW-A)连接到第二电路上的第二电源线、将第二电源的输出端经第二开关(SW2)连接到第一电路上的第三电源线、将第二电源的输出端经一第三开关(SW-B)连接到第二电路的第四电源线以及传输控制信号来接通或断开第一、第二和第三开关的开关控制装置。

本发明的第二方面是一种数据处理系统的电源装置，该数据处理系统在运行时使用一外部电源和电池，并且包括第一和第二电路，该电源装置由将外部电源的输出端连接到第一电路上的第一电源线、将外部电源的输出端经第一开关(SW-A)连接到第二电路上的第二电源线、将电池的输出端经第二开关(SW2)连接到第一电路上的第三电源线、和将电池的输出端经一第三开关(SW-B)连接到第二电路的第四电源线组成。

本发明的第三方面是一种向数据处理系统供电的方法，其中该数据处理系统使用并联连接的外部电源和电池，系统具有第一和第二电路；该方法包括：使用外部电源的运行步骤，其中仅由一个外部电源向第一和第二电路供电；电池驱动步骤，其中仅由电池向第一和第二电路供电；以及电池完全放电步骤，其中仅由外部电源向第一电路供电，并且仅由电池向第二电路供电(这些步骤没有特定的顺序)。

本发明的第四方面是一种向数据处理系统供电的方法，该系统从第一和第二电源获取能量并具有第一电路、第二电路、将第一电源的输出端连接到第一电路上的第一电源线、将第一电源的输出端经第一开关(SW-A)连接到第二电路上的第二电源线、将第二电源的输出端经第二开关(SW2)连接到第一电路上的第三电源线和将第二电源的输出端经一第三开关(SW-B)连接到第二电路的第四电源线；该方法包括接通第一和第二开关并断开第三开关的第一供电步骤，和断开第一和第二开关并接通第三开关的第二供电步骤(第一和第二供电步骤没有特定的顺序)。

根据本发明，当数据处理系统在完全放电模式下运行时，外部电源连续并稳定地向第一电路供电，而电池向第二电路供电直到放电结束。第一电路由如CPU和主存储器的元件构成，第一电路强制整个系统在突然中止对这些元件供电时被关闭。第二电路由如背照明液晶显示设备元件构成，该第二电路使整个系统即使在突然中止向这些元件供电时不会被关闭。换句话说，本发明具有两个电源，即外部电源和电池，在完全放电期间两个电源向系统供电。当电池的完全放电正在进行中用户误将电池取出时，仅停止向第二电路供电，而整个系统不会被关闭。也就是说，因为当系统在完全放电模式下运行时由两个电源(即一个AC电源和一个电池)向系统供电，因此甚至于在用户误将电池取出时系统也不会被关闭。

如此设定系统：当检测出电池取出了，则退出完全放电模式，并由外部电源供电；因此当电池取出时，仅断开LCD的背照明。系统能够立即恢复使用外部电源供给的电能，任务也就不会突然终止。

本发明的其它目的、特征、以及优点在对本发明的实施例作了详细描述后会更加清楚，下面参照附图描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明一个实施例的笔记本电脑的硬件配置的示意框图。

图2示出了根据本发明实施例的笔记本电脑的供电系统的示意图。

图3表示根据本发明实施例的笔记本电脑的供电系统的处理方法的示意图，或更详细地，

图3A表示由AC电源供电时的正常运行的示意图。

图3B表示电池进行完全放电过程时的运行示意图。

图3C表示电池3正在进行完全放电而突然取出电池时的运行示意图。

图4表示笔记本电脑的传统供电系统。

图5表示笔记本电脑的传统供电方法的示意图，或更详细地说，图5A表示由AC电源2供电的正常运行；图5B表示电池为完全放电运行时的正常运行，图5C表示电池正在进行完全放电而突然取出电池时运行的示意图。

A：笔记本电脑的硬件构成

图1表示了一个根据本发明的一个实施例的笔记本电脑的主要硬件构成的简略框图。

系统10包括三级总线，处理器总线12，局部总线(PCI总线)13，和一扩展I/O总线(ISA总线)14，这样就允许CPU11与各个输入输出设备通信。处理器总线12是一个高速总线，使用来自CPU11的外部信号，并主要被用来将外部高速缓冲存储器15和主存储器16连接起来。

处理器总线12经总线控制器17与局部总线通信。在本实施例中的总线控制器17为包括存储控制器的芯片。

数据传输速度相对较高的PCI(外围部件互联)总线被用作为局部总线13，并使需要高速处理的输入/输出设备与其相连，输入/输出设备可以是图形控制器18，视频摄取控制器19，和一个SCSI(小型计算机系统接口)控制器20。图形控制器18是一个控制显示设备的外围LSI，根据写入VRAM21内的内容将图象数据显示在显示设备上。例如一个VGA(视频图象阵列)可被用作为图形控制器18。液晶显示设备(LCD)22是一个图象数据显示设备，在本实施例中其作为一个标准显示器与图形控制器18相连。

视频摄取控制器19是一个处理模拟图象信号的控制器LSI，该模拟图象信号来自于一个外部设备(摄象机或视频重放设备)，控制器19按各个应用程序将收到的视频数据重叠在显示设备22的图象屏幕上。在本实施例中的视频控制器19与摄取图象的摄象机23相连。

该SCSI控制器20(即一个用于SCSI控制的LSI芯片)，被用来使局部总线13与硬盘驱动器(HDD)、磁光盘(MO)、和各种其它的外围存储设备(图中未示出)进行通信。其中硬盘和光盘均具有SCSI接口。

最低层的扩展的I/O总线14经一个总线桥电路24与局部总线13通信。扩展的I/O总线14用于连接不需要高速处理的输入/输出设备。例如，一个ISA(工业标准体系)总线可用作为扩展的I/O总线14。I/O控制器25、扩展的I/O控制器26、音频控制器27、和PCMCIA(个人计算机记忆卡接口结合)控制器28都连到扩展总线14上。在本实施例中的总线桥电路24被设计成单个芯片。中断控制器、DMA控制器和定时器都被封装在该芯片内。

I/O控制器25是一个控制数据在扩展的I/O总线14和各种I/O设备(例如一个调制解调器和打印机)之间(这些设备经过串行/并行口29和30连接)以及在扩展的I/O总线14和诸如FDC/FDD31之类的辅助存储设备之间传输的定时的外围LSI。

扩展I/O控制器26是一个外部LSI，借助于该控制器26，可以使指示装置32、RTC(实时时钟)/CMOS33、EEPROM(电可擦除PROM)34、和电源控制器35与扩展的I/O总线14通信。指点设备32是一个座标输入设备，如鼠标或操纵杆。CMOS33是一个临时存储系统结构数据的存储装置。在本实施例中，CMOS33和RTC被封装在同一个芯片内。EEPROM34是一个非易失性存储设备，在该存储设备内存储维护系统10的诸如口令之类的秘密信息所需的数据。电源控制器35检测电池3的末端电压(如果电池3为智能电池，则指电池3的剩余容量)或一个通过键盘36输入的真值表，并控制对系统10的供电。更具体地说，电源控制器35输出一个用于接通或切断开关SW1、SW2、SW-A和SW-B的控制信号，这些开关位于从AC电源2和电池盒3延伸到系统10的电源线上(见图2)。然后，电源控制器35起动或结束电池3的放电，或者根据用户的要求，完成电池3的全部放电过程(这个处理过程将在下面描述)。此外，电源控制器35允许LED状态指示器37显示系统10的目前供电状态(例如，在暂停状态，充电状态，或在低电池状态。

音频控制器27是一个处理音频信号的输入/输出的外部LSI。在本实施例中，音频控制器27借助于一个音频输入/输出端口38来交换音频信号，或者，将这些音频信号经一个放大器39输出到扬声器40，扬声器在系统中隐含装配。

PCMCIA控制器28是一个接口控制器，以便能在PCMCIA卡和ISA总线14之间进行数据交换。在计算机10壳体的一侧布置了装PCM CIA卡或类似卡的一个或几个槽41。

该领域的普通技术人员全知道，除了图1所示的计算机系统10的硬件组件以外还有一些硬件。然而，在本实施例中，为了便于简要描述，图中省略了这些组件。

此外应该注意到“第二电路”(图2的方框B，该框将在后面描述)，该电路对应于摄象机23、LCD的背照明22、音频控制器27，键盘36和LED状态指示器37(图1中画有影线的方框)。对于该领域的普通技术人员来说很容易理解这些硬件组件并不影响系统10运行，即使在对他们的供电突然中断时，也不影响系统的运行。

B：笔记本电脑的电源系统

图2示出了根据本发明的实施例的笔记本计算机的电源线路。使用相同的标记来表示图2中与图4中的组件相应的或相同的组件。

本发明实施例的电源线路的主要特征是系统10的负载被分在两方框(即方框A和方框B)，和AC电源2和电池盒3的电源线的配置。

B-1系统的负载的分割

方框B至少包括摄象机23、LCD的背照明22、音频控制器27、键盘36和LED状态指示器37中的这几个硬件组件。方框B是使电池3完全放电的放电目标。当方框B的功率消耗较大时，使电池3完全放完电所需的周期就缩短。由于LCD22后照光是系统中耗能最大的硬件之一，因此，该领域的普通技术人员将很容易理解，因方框B内包含LCD的后照光，本发明可有效地起作用。

方框A包括除方框B之外的所有硬件组件。即使在电池3完全放电期间AC电源2也连续且稳定地向方框A供电。对于那些不能有任何突然停止供电的硬件(例如，CPU11和主存储器16)应该包括在方框A内。

B-2电源线的配置

AC电源2的输出端连接在AC/DC转换器1上，而电源线通过该SW1并伸向系统10的负载，在分支点Q处分支向方框A和方框B。在伸向方框B的电源线上还串接了一个SW-A。因为SW1无论是在由AC电源供电还是由电池完全放电时均一直处于ON状态，所以，下述SW1被短路的说明是一种假设。

电池3的输出端经SW2在点P处并联地连接到AC电源2的电源线上，然后，电源线延伸到方框A。电池3的输出端之一在点R处分支并经开关SW-B接到方框B。

在本实施例中的开关SW1、SW2、SW-A和SW-B是一种P-沟道金属氧化物场效应晶体管(MOS FET)。由电源控制器35输出的控制信号被输送到开关(如前所述的)的栅极。控制信号Discharge#(即一个指示使电池3完全放电的信号)被输送到SW-B的栅极，而一个反向Discharge#信号被输送到SW-A栅极。

当AC电源2向系统10供电时，电源控制器35使Discharge#变成高电平并接通SW-A，断开SW-B，还接通SW2(当电池3同时充电时)。因此，由AC电源2向方框A和方框B两个同时供电(见图3A)。

为了使电池3进行完全放电，电源控制器35使Discharge#变成低电平，并断开SW-A，接通SW-B，还断开SW2。因此，方框A接收来自AC电源2的电能，而方框B接收来自电池3的电能(见图3B)。

各个开关运行情况示于表1中。

该领域的普通技术人员将很容易理解电源线的上述配置可被包含在系统10的DC/DC变换器(图中未示出)内。

在电池3的输出端上并联地连接有电压检测器(图中未示出)。电压检测器由一个OP放大器构成，用于获取电池3的终端电压并将该电压信号传送至电源控制器35。根据所收到的电压电平，电源控制器35将确定两种情况，一是电池3已从系统10中取出，二是电池3的完全放电已结束。

C.电源系统的运行    

在段落A和B中已对根据本发明的实施例的系统10的硬件结构作了说明。在本段落中，将参照图3，描述系统10的电源系统的运行和本发明的处理方法。

假定仅由AC电源向系统10供电。在这种情况下，如图3A所示，开关SW-A和SW2成接通状态，而开关SW-B为断开状态。

当电源控制器35检测到用户击一键(例如，压下一个特定功能键)，系统10进入完全放电模式，电源控制器35使控制信号Discharge#处于有效的低电位。因此，开关SW-A和SW2断开，而开关SW-B接通，并且方框A接收AC电源供给的电能，而方框B接收来自电池3的电能，如图3B所示。    

可能会发生这样的事例，即用户将正在进行完全放电的电池3取出以更新电池，这是因为这时系统10的外观状态与由AC电源供电的状态相比没有区别，而且，用户难以一看就能判别电池的完全放电是否正在进行。由于取出了电池，从而就切断了电池3向方框B的供电，而且，如LCD的后照光22会被关闭。方框B内包含对系统10的运行影响不大的硬件组件且由于对系统的运行起到极为重要作用的其它的硬件组件(CPU和主存储器)一直在接收AC电源供电，所以，整个系统10即使电池3供电突然中断也不会被关闭，如图3C所示。

在电源控制器35检测到电池3取出后，电源控制器35立即复位Discharge#。相应地，接通开关SW-A和SW2。并断开SW-B，运行状态恢复到当仅由AC电源2向系统10供电的状态，如图3A所示。处于断开状态的LCD的后照光22几乎同时被接通，而系统10的运行状态恢复到电池取出之前存在的状态。

当电池3的完全放电结束，就以与电池3取出时相同的方式进行处理。更具体地说，电池控制器35检测到电池3的末端电压已下降并低于预定值(放电中止电压)，电源控制器35使Discharge#复位，并且，运行状态恢复到当仅由AC电源向系统10供电时存在的状态。此时，电池3不会过多放电。此外，系统10不会关闭。

现已参照特定实施例较详细地对本发明作了描述。不过，对该领域的普通技术人员很明显的是，完全有可能在不超出本发明的范围内对本发明的实施例作改进或修改。换句话说，本发明公开了最佳实施例，但不限于上述的实施例。为了理解本发明的主题，应该参考本发明的权利要求。

如上的详细描述，在使用本发明的向数据处理系统供电的电源装置和使用本发明装置的方法的数据处理系统中，由于两个电源装置，即AC电源和电池，都有各自的电路，系统即使在用户误将电池取出时也不会关闭。进一步地，当这样设计供电配置，即，仅由一个外部AC电源向系统供电，根据检测到的电池的取出，仅仅LCD的后照光，或类似设备在电池取出时即刻被断开，并立即接通，因此任务不会被突然中断。

表1