一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下步驟：設(shè)置高效率電源轉(zhuǎn)換電路，選用DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片和分析脈寬調(diào)制電路模型；設(shè)置智能風(fēng)扇，即根據(jù)處理器溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；部分硬件的低功耗選擇；設(shè)置屏幕自動(dòng)調(diào)節(jié)，該自動(dòng)調(diào)節(jié)包括自動(dòng)關(guān)屏和亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)。該一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，整機(jī)功耗降至最低，延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，滿足便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備的移動(dòng)辦公需求，實(shí)用性強(qiáng)，易于推廣。
【專利說明】一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種便攜式計(jì)算機(jī)，尤其是軍用計(jì)算機(jī)的功耗最小化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前功耗已經(jīng)逐漸成為集成電路設(shè)計(jì)中考慮的關(guān)鍵因素。功耗的增大至少帶來三方面的問題:能源消耗的費(fèi)用將增加，依靠電池供電的各類軍用計(jì)算機(jī)及其通信設(shè)備將面臨困境，電路的過熱將引起系統(tǒng)性能不穩(wěn)定。一般而言，電子組件的壽命隨工作溫度升高而壽命減少(增加10°c而壽命減少一半)。可見降低整機(jī)功耗，已經(jīng)成為筆記本行業(yè)一項(xiàng)重要指標(biāo)。
[0003]從節(jié)約能源的角度看，降低功耗也成為十分迫切的問題。隨著電腦的廣泛普及，裝機(jī)量急劇上升，其總耗電量已不容忽視。此外，隨著電子儀器的小型化，筆記本電腦、手提電話等各種便攜式電子產(chǎn)品對(duì)電路功耗提出了新的要求；尤其是用電池供電的系統(tǒng)，更需考慮電路的功耗問題。移動(dòng)通訊、軍用計(jì)算機(jī)和移動(dòng)式多媒體電子產(chǎn)品等已成為增長(zhǎng)率最高的產(chǎn)品之一，形成了巨大的市場(chǎng)；它們的應(yīng)用往往受到電池壽命的限制，而電池壽命/容量的改進(jìn)極為有限；因此，功耗自然成為制約這些應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。為達(dá)到盡可能延長(zhǎng)軍用計(jì)算機(jī)工作時(shí)間的目的，在設(shè)計(jì)時(shí)必須想方設(shè)法控制系統(tǒng)功耗，基于此，現(xiàn)提供一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，該一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下四個(gè)步驟:
一、設(shè)置高效率電源轉(zhuǎn)換電路，選用DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片和分析脈寬調(diào)制電路模型:
軍用計(jì)算機(jī)主要電源為分析脈寬調(diào)制電路，通過對(duì)其電路分析，細(xì)化電路工作過程，逐
級(jí)分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中不同元器件工作過程中的電流、電壓與阻抗變化，然后以數(shù)學(xué)建模方式逐步計(jì)算不同元器件在工作過程中的無(wú)用功率損耗；分析脈寬調(diào)制電路主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由MOS、電感、電容組成；
二、設(shè)置智能風(fēng)扇，即根據(jù)處理器溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速:
在主板上控制風(fēng)扇的控制芯片通過I2C總線監(jiān)控處理器溫度，通過程序編寫將處理器溫度轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的占空比，由控制芯片將占空比以PWM信號(hào)反饋給風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，這里的風(fēng)扇調(diào)節(jié)包括:當(dāng)整機(jī)負(fù)載變大造成處理器溫度升高時(shí)，會(huì)提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速將溫度降下來，處理器溫度變低則相應(yīng)的降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；
三、部分硬件的低功耗選擇:
液晶屏選用LED背光屏；硬盤選用低功耗電子盤；鋰電池選用大容量鋰電池，以滿足電池續(xù)航時(shí)間要求；
四、設(shè)置屏幕自動(dòng)調(diào)節(jié)，該自動(dòng)調(diào)節(jié)包括自動(dòng)關(guān)屏和亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，其中自動(dòng)關(guān)屏實(shí)現(xiàn)過程為:采用霍爾傳感器感應(yīng)合蓋操作:當(dāng)屏幕盒蓋角度達(dá)到30°以下時(shí)，屏幕下方的磁鐵通過電磁感應(yīng)，觸發(fā)主板上的霍爾傳感器產(chǎn)生電平變化，通過主板上的控制芯片來實(shí)現(xiàn)屏幕背光關(guān)閉功能；
屏幕亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)過程為:當(dāng)筆記本整機(jī)由電源適配器供電時(shí)，主板控制芯片通過偵測(cè)引腳偵測(cè)到AC電源，默認(rèn)輸出占空比為80%的控制信號(hào)給操作系統(tǒng)，屏幕亮度將由操作系統(tǒng)控制在80%亮度輸出；當(dāng)從電源適配器切換到電池供電時(shí)，主板控制芯片首先判斷系統(tǒng)供電狀態(tài)變化，然后根據(jù)事先定義的屏幕調(diào)節(jié)策略，將PWM信號(hào)的占空比調(diào)整到20%,此時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)把屏幕亮度調(diào)節(jié)到20%亮度輸出，從而現(xiàn)實(shí)在電池供電模式下增加續(xù)航能力；當(dāng)筆記本開機(jī)，操作系統(tǒng)閑置一段時(shí)間，無(wú)任何操作的情況下，屏幕亮度變?yōu)?0%亮度輸出，再過一段時(shí)間，可由操作系統(tǒng)和主板控制芯片合作將屏幕背光關(guān)掉進(jìn)入休眠模式。
[0006]在設(shè)置智能風(fēng)扇時(shí)，在控制芯片上燒錄熱能管理程序，即設(shè)置若干風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等級(jí)，當(dāng)處理器達(dá)到設(shè)定的最高溫度時(shí)系統(tǒng)強(qiáng)制關(guān)機(jī)。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所產(chǎn)生的有益效果是:
本發(fā)明的一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法采用高效率電源轉(zhuǎn)換電路、智能風(fēng)扇技術(shù)、部件選型以及屏幕亮度調(diào)節(jié)技術(shù)來控制便攜式計(jì)算機(jī)的功耗，通過有效電源管理，達(dá)到系統(tǒng)功耗的最小化，延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，實(shí)用性強(qiáng)，適用范圍廣泛，易于推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖1為本發(fā)明中的脈寬調(diào)制電路圖。
[0009]附圖2為本發(fā)明中處理器溫度與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速曲線圖。
[0010]附圖3為本發(fā)明中屏幕亮度調(diào)節(jié)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法作以下詳細(xì)說明。
[0012]便攜機(jī)工作環(huán)境要求計(jì)算機(jī)便攜使用，由電池提供供電，因而如何控制便攜機(jī)功耗，成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。功耗控制技術(shù)在對(duì)整機(jī)功耗的控制上至關(guān)重要，必不可少，通過有效的電源管理，以達(dá)到系統(tǒng)功耗的最小化，從而盡可能的延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，以滿足移動(dòng)辦公需求。
[0013]如附圖2、圖3所示，本發(fā)明提供一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下四個(gè)步驟:
一、如附圖1所示，設(shè)置高效率電源轉(zhuǎn)換電路，選用高效率DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片和分析脈寬調(diào)制電路模型，保證各電源轉(zhuǎn)換效率均在90%以上，降低電源系統(tǒng)本身功耗。
[0014]軍用計(jì)算機(jī)主要電源為分析脈寬調(diào)制電路，通過對(duì)其電路分析，細(xì)化電路工作過程，逐級(jí)分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中不同元器件工作過程中的電流、電壓與阻抗變化，然后以數(shù)學(xué)建模方式逐步計(jì)算不同元器件在工作過程中的無(wú)用功率損耗。分析脈寬調(diào)制電路主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由MOS、電感、電容組成，電路的整體數(shù)學(xué)模型的建立基于這三種元器件在工作過程中的單個(gè)數(shù)學(xué)模型組建。
[0015]針對(duì)三種元器件功率損耗分析如下:M0S的損耗分解為開關(guān)損耗，導(dǎo)通損耗以及寄生電容功率損耗，基于具體的損耗建模組建MOS功率損耗模型；電感的損耗分解為:其一為磁芯相關(guān)損耗，即傳統(tǒng)的鐵損，其二為電感繞組線圈損耗，即所謂的銅損，而磁芯損耗又分為磁滯損耗，渦流損耗以及剩余損耗，基于各部分損耗建模組成電感功率損耗數(shù)學(xué)模型；電容的損耗分解電容損耗，寄生電阻損耗，寄生電感損耗，通過對(duì)電容各部分的損耗進(jìn)行建模組建電容損耗的數(shù)學(xué)模型。通過構(gòu)建驗(yàn)證平臺(tái)，以具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型評(píng)估結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差異，修正模型，最終構(gòu)建精確模型，以此提出高效率電源設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法。
[0016]二、設(shè)置智能風(fēng)扇，即根據(jù)處理器溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速:
風(fēng)扇動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)，根據(jù)處理器溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能的目的。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是系統(tǒng)進(jìn)行熱源管理的有效方式，通過制定合理的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制機(jī)制，達(dá)到系統(tǒng)散熱及熱保護(hù)的目的。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)提供足夠的解熱作用，保證筆記本主板上各元器件溫度工作在其規(guī)格之內(nèi)，及時(shí)解除處理器上發(fā)出的熱量，使處理器工作在正常的溫度范圍之內(nèi)。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速和處理器的溫度是相互調(diào)節(jié)的，也是在互相調(diào)節(jié)中達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。
[0017]主板上控制芯片通過I2C總線時(shí)時(shí)監(jiān)控處理器溫度，通過程序編寫將處理器溫度轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的占空比，由控制芯片將占空比以PWM信號(hào)反饋給風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，用以達(dá)到降低功耗之要求。當(dāng)整機(jī)負(fù)載變大造成處理器溫度升高時(shí)，會(huì)提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速將溫度降下來，處理器溫度變低會(huì)相應(yīng)的降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到節(jié)能的要求。
[0018]關(guān)于控制芯片要燒錄的熱能管理程序，我們共定義5個(gè)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等級(jí)，若處理器達(dá)到設(shè)定的105度時(shí)系統(tǒng)會(huì)被強(qiáng)制關(guān)機(jī)，防止溫度過高導(dǎo)致的硬件損壞。處理器溫度與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速曲線圖如圖2所示:
0° c—35° C:1500rpm 35° C—45° C:1500rpm 45° C—55° C:2500rpm 55° C—65° C:3500rpm 65° C—75° C:4500rpm 75° C—85° C:5500rpm 85° C—105° C:5500rpm 105° C以上:溫度過高關(guān)機(jī)。
[0019]三、部分硬件的低功耗選擇:
液晶屏選用低功耗LED背光屏；硬盤選用低功耗電子盤；鋰電池選用大容量鋰電池，以滿足電池續(xù)航時(shí)間要求。
[0020]四、如附圖3所示，設(shè)置屏幕自動(dòng)調(diào)節(jié)，該自動(dòng)調(diào)節(jié)包括自動(dòng)關(guān)屏和亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，其中T1、T2時(shí)間為用戶在操作系統(tǒng)下自定義時(shí)間。
[0021]自動(dòng)關(guān)屏實(shí)現(xiàn)過程為:采用霍爾傳感器感應(yīng)合蓋操作:當(dāng)屏幕盒蓋角度達(dá)到30°以下時(shí)，屏幕下方的磁鐵通過電磁感應(yīng)，觸發(fā)主板上的霍爾傳感器產(chǎn)生電平變化，通過主板上的控制芯片來實(shí)現(xiàn)屏幕背光關(guān)閉功能； 屏幕亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)過程為:當(dāng)筆記本整機(jī)由電源適配器供電時(shí)，主板控制芯片通過偵測(cè)引腳偵測(cè)到AC電源，默認(rèn)輸出占空比為80%的控制信號(hào)給操作系統(tǒng)，屏幕亮度將由操作系統(tǒng)控制在80%亮度輸出；當(dāng)從電源適配器切換到電池供電時(shí)，主板控制芯片首先判斷系統(tǒng)供電狀態(tài)變化，然后根據(jù)事先定義的屏幕調(diào)節(jié)策略，將PWM信號(hào)的占空比調(diào)整到20%，此時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)把屏幕亮度調(diào)節(jié)到20%亮度輸出，從而現(xiàn)實(shí)在電池供電模式下增加續(xù)航能力；當(dāng)筆記本開機(jī)，操作系統(tǒng)閑置一段時(shí)間，無(wú)任何操作的情況下，屏幕亮度變?yōu)?0%亮度輸出，再過一段時(shí)間，可由操作系統(tǒng)和主板控制芯片合作將屏幕背光關(guān)掉進(jìn)入休眠模式。以上時(shí)間用戶可以在操作系統(tǒng)下面自行進(jìn)行設(shè)置。
[0022]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法，其特征在于其具體實(shí)現(xiàn)包括以下四個(gè)步驟: 一、設(shè)置高效率電源轉(zhuǎn)換電路，選用DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片和分析脈寬調(diào)制電路模型: 軍用計(jì)算機(jī)主要電源為分析脈寬調(diào)制電路，通過對(duì)其電路分析，細(xì)化電路工作過程，逐級(jí)分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中不同元器件工作過程中的電流、電壓與阻抗變化，然后以數(shù)學(xué)建模方式逐步計(jì)算不同元器件在工作過程中的無(wú)用功率損耗；分析脈寬調(diào)制電路主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由MOS、電感、電容組成； 二、設(shè)置智能風(fēng)扇，即根據(jù)處理器溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速: 在主板上控制風(fēng)扇的控制芯片通過I2C總線監(jiān)控處理器溫度，通過程序編寫將處理器溫度轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的占空比，由控制芯片將占空比以PWM信號(hào)反饋給風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，這里的風(fēng)扇調(diào)節(jié)包括:當(dāng)整機(jī)負(fù)載變大造成處理器溫度升高時(shí)，會(huì)提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速將溫度降下來，處理器溫度變低則相應(yīng)的降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速； 三、部分硬件的低功耗選擇: 液晶屏選用LED背光屏；硬盤選用低功耗電子盤；鋰電池選用大容量鋰電池，以滿足電池續(xù)航時(shí)間要求； 四、設(shè)置屏幕自動(dòng)調(diào)節(jié)，該自動(dòng)調(diào)節(jié)包括自動(dòng)關(guān)屏和亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，其中 自動(dòng)關(guān)屏實(shí)現(xiàn)過程為:采用 霍爾傳感器感應(yīng)合蓋操作:當(dāng)屏幕盒蓋角度達(dá)到30°以下時(shí)，屏幕下方的磁鐵通過電磁感應(yīng)，觸發(fā)主板上的霍爾傳感器產(chǎn)生電平變化，通過主板上的控制芯片來實(shí)現(xiàn)屏幕背光關(guān)閉功能； 屏幕亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)過程為:當(dāng)筆記本整機(jī)由電源適配器供電時(shí)，主板控制芯片通過偵測(cè)引腳偵測(cè)到AC電源，默認(rèn)輸出占空比為80%的控制信號(hào)給操作系統(tǒng)，屏幕亮度將由操作系統(tǒng)控制在80%亮度輸出；當(dāng)從電源適配器切換到電池供電時(shí)，主板控制芯片首先判斷系統(tǒng)供電狀態(tài)變化，然后根據(jù)事先定義的屏幕調(diào)節(jié)策略，將PWM信號(hào)的占空比調(diào)整到20%,此時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)把屏幕亮度調(diào)節(jié)到20%亮度輸出，從而現(xiàn)實(shí)在電池供電模式下增加續(xù)航能力；當(dāng)筆記本開機(jī)，操作系統(tǒng)閑置一段時(shí)間，無(wú)任何操作的情況下，屏幕亮度變?yōu)?0%亮度輸出，再過一段時(shí)間，可由操作系統(tǒng)和主板控制芯片合作將屏幕背光關(guān)掉進(jìn)入休眠模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式計(jì)算機(jī)功耗最小化的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:在設(shè)置智能風(fēng)扇時(shí)，在控制芯片上燒錄熱能管理程序，即設(shè)置若干風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等級(jí)，當(dāng)處理器達(dá)到設(shè)定的最高溫度時(shí)系統(tǒng)強(qiáng)制關(guān)機(jī)。
【文檔編號(hào)】G06F1/32GK103605421SQ201310595933
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】黃凱, 薛廣營(yíng) 申請(qǐng)人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司