一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法
【專利摘要】本發明提供一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法，其具體實現包括以下步驟：設置高效率電源轉換電路，選用DC-DC電源轉換芯片和分析脈寬調制電路模型；設置智能風扇，即根據處理器溫度調整風扇轉速；部分硬件的低功耗選擇；設置屏幕自動調節，該自動調節包括自動關屏和亮度自動調節。該一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法和現有技術相比，整機功耗降至最低，延長電池的使用時間，滿足便攜式計算機設備的移動辦公需求，實用性強，易于推廣。
【專利說明】一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機【技術領域】，具體的說是一種便攜式計算機，尤其是軍用計算機的功耗最小化設計方法。
【背景技術】
[0002]目前功耗已經逐漸成為集成電路設計中考慮的關鍵因素。功耗的增大至少帶來三方面的問題:能源消耗的費用將增加，依靠電池供電的各類軍用計算機及其通信設備將面臨困境，電路的過熱將引起系統性能不穩定。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)。可見降低整機功耗，已經成為筆記本行業一項重要指標。
[0003]從節約能源的角度看，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品對電路功耗提出了新的要求；尤其是用電池供電的系統，更需考慮電路的功耗問題。移動通訊、軍用計算機和移動式多媒體電子產品等已成為增長率最高的產品之一，形成了巨大的市場；它們的應用往往受到電池壽命的限制，而電池壽命/容量的改進極為有限；因此，功耗自然成為制約這些應用的關鍵指標。為達到盡可能延長軍用計算機工作時間的目的，在設計時必須想方設法控制系統功耗，基于此，現提供一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法。
【發明內容】
[0004]本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法。
[0005]本發明的技術方案是按以下方式實現的，該一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法，其具體實現包括以下四個步驟:
一、設置高效率電源轉換電路，選用DC-DC電源轉換芯片和分析脈寬調制電路模型:
軍用計算機主要電源為分析脈寬調制電路，通過對其電路分析，細化電路工作過程，逐
級分析拓撲結構中不同元器件工作過程中的電流、電壓與阻抗變化，然后以數學建模方式逐步計算不同元器件在工作過程中的無用功率損耗；分析脈寬調制電路主要拓撲結構是由MOS、電感、電容組成；
二、設置智能風扇，即根據處理器溫度調整風扇轉速:
在主板上控制風扇的控制芯片通過I2C總線監控處理器溫度，通過程序編寫將處理器溫度轉變成相應的占空比，由控制芯片將占空比以PWM信號反饋給風扇，實現風扇動態調節，這里的風扇調節包括:當整機負載變大造成處理器溫度升高時，會提高風扇轉速將溫度降下來，處理器溫度變低則相應的降低風扇轉速；
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，以滿足電池續航時間要求；
四、設置屏幕自動調節，該自動調節包括自動關屏和亮度自動調節，其中自動關屏實現過程為:采用霍爾傳感器感應合蓋操作:當屏幕盒蓋角度達到30°以下時，屏幕下方的磁鐵通過電磁感應，觸發主板上的霍爾傳感器產生電平變化，通過主板上的控制芯片來實現屏幕背光關閉功能；
屏幕亮度自動調節的實現過程為:當筆記本整機由電源適配器供電時，主板控制芯片通過偵測引腳偵測到AC電源，默認輸出占空比為80%的控制信號給操作系統，屏幕亮度將由操作系統控制在80%亮度輸出；當從電源適配器切換到電池供電時，主板控制芯片首先判斷系統供電狀態變化，然后根據事先定義的屏幕調節策略，將PWM信號的占空比調整到20%,此時操作系統會把屏幕亮度調節到20%亮度輸出，從而現實在電池供電模式下增加續航能力；當筆記本開機，操作系統閑置一段時間，無任何操作的情況下，屏幕亮度變為20%亮度輸出，再過一段時間，可由操作系統和主板控制芯片合作將屏幕背光關掉進入休眠模式。
[0006]在設置智能風扇時，在控制芯片上燒錄熱能管理程序，即設置若干風扇轉速等級，當處理器達到設定的最高溫度時系統強制關機。
[0007]本發明與現有技術相比所產生的有益效果是:
本發明的一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法采用高效率電源轉換電路、智能風扇技術、部件選型以及屏幕亮度調節技術來控制便攜式計算機的功耗，通過有效電源管理，達到系統功耗的最小化，延長電池的使用時間，實用性強，適用范圍廣泛，易于推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]附圖1為本發明中的脈寬調制電路圖。
[0009]附圖2為本發明中處理器溫度與風扇轉速曲線圖。
[0010]附圖3為本發明中屏幕亮度調節流程圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發明的一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法作以下詳細說明。
[0012]便攜機工作環境要求計算機便攜使用，由電池提供供電，因而如何控制便攜機功耗，成為設計的關鍵技術。功耗控制技術在對整機功耗的控制上至關重要，必不可少，通過有效的電源管理，以達到系統功耗的最小化，從而盡可能的延長電池的使用時間，以滿足移動辦公需求。
[0013]如附圖2、圖3所示，本發明提供一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法，其具體實現包括以下四個步驟:
一、如附圖1所示，設置高效率電源轉換電路，選用高效率DC-DC電源轉換芯片和分析脈寬調制電路模型，保證各電源轉換效率均在90%以上，降低電源系統本身功耗。
[0014]軍用計算機主要電源為分析脈寬調制電路，通過對其電路分析，細化電路工作過程，逐級分析拓撲結構中不同元器件工作過程中的電流、電壓與阻抗變化，然后以數學建模方式逐步計算不同元器件在工作過程中的無用功率損耗。分析脈寬調制電路主要拓撲結構是由MOS、電感、電容組成，電路的整體數學模型的建立基于這三種元器件在工作過程中的單個數學模型組建。
[0015]針對三種元器件功率損耗分析如下:M0S的損耗分解為開關損耗，導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:其一為磁芯相關損耗，即傳統的鐵損，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學模型；電容的損耗分解電容損耗，寄生電阻損耗，寄生電感損耗，通過對電容各部分的損耗進行建模組建電容損耗的數學模型。通過構建驗證平臺，以具體的實驗數據為依據，驗證數學模型評估結果與實際結果差異，修正模型，最終構建精確模型，以此提出高效率電源設計的實現方法。
[0016]二、設置智能風扇，即根據處理器溫度調整風扇轉速:
風扇動態調節技術，根據處理器溫度調整風扇轉速達到節能的目的。風扇轉速調節是系統進行熱源管理的有效方式，通過制定合理的風扇轉速控制機制，達到系統散熱及熱保護的目的。風扇轉動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格之內，及時解除處理器上發出的熱量，使處理器工作在正常的溫度范圍之內。風扇的轉速和處理器的溫度是相互調節的，也是在互相調節中達到一個動態平衡。
[0017]主板上控制芯片通過I2C總線時時監控處理器溫度，通過程序編寫將處理器溫度轉變成相應的占空比，由控制芯片將占空比以PWM信號反饋給風扇，實現風扇動態調節，用以達到降低功耗之要求。當整機負載變大造成處理器溫度升高時，會提高風扇轉速將溫度降下來，處理器溫度變低會相應的降低風扇轉速，從而達到節能的要求。
[0018]關于控制芯片要燒錄的熱能管理程序，我們共定義5個風扇轉速等級，若處理器達到設定的105度時系統會被強制關機，防止溫度過高導致的硬件損壞。處理器溫度與風扇轉速曲線圖如圖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:溫度過高關機。
[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，以滿足電池續航時間要求。
[0020]四、如附圖3所示，設置屏幕自動調節，該自動調節包括自動關屏和亮度自動調節，其中T1、T2時間為用戶在操作系統下自定義時間。
[0021]自動關屏實現過程為:采用霍爾傳感器感應合蓋操作:當屏幕盒蓋角度達到30°以下時，屏幕下方的磁鐵通過電磁感應，觸發主板上的霍爾傳感器產生電平變化，通過主板上的控制芯片來實現屏幕背光關閉功能； 屏幕亮度自動調節的實現過程為:當筆記本整機由電源適配器供電時，主板控制芯片通過偵測引腳偵測到AC電源，默認輸出占空比為80%的控制信號給操作系統，屏幕亮度將由操作系統控制在80%亮度輸出；當從電源適配器切換到電池供電時，主板控制芯片首先判斷系統供電狀態變化，然后根據事先定義的屏幕調節策略，將PWM信號的占空比調整到20%，此時操作系統會把屏幕亮度調節到20%亮度輸出，從而現實在電池供電模式下增加續航能力；當筆記本開機，操作系統閑置一段時間，無任何操作的情況下，屏幕亮度變為20%亮度輸出，再過一段時間，可由操作系統和主板控制芯片合作將屏幕背光關掉進入休眠模式。以上時間用戶可以在操作系統下面自行進行設置。
[0022]以上所述僅為本發明的實施例而已，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法，其特征在于其具體實現包括以下四個步驟: 一、設置高效率電源轉換電路，選用DC-DC電源轉換芯片和分析脈寬調制電路模型: 軍用計算機主要電源為分析脈寬調制電路，通過對其電路分析，細化電路工作過程，逐級分析拓撲結構中不同元器件工作過程中的電流、電壓與阻抗變化，然后以數學建模方式逐步計算不同元器件在工作過程中的無用功率損耗；分析脈寬調制電路主要拓撲結構是由MOS、電感、電容組成； 二、設置智能風扇，即根據處理器溫度調整風扇轉速: 在主板上控制風扇的控制芯片通過I2C總線監控處理器溫度，通過程序編寫將處理器溫度轉變成相應的占空比，由控制芯片將占空比以PWM信號反饋給風扇，實現風扇動態調節，這里的風扇調節包括:當整機負載變大造成處理器溫度升高時，會提高風扇轉速將溫度降下來，處理器溫度變低則相應的降低風扇轉速； 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，以滿足電池續航時間要求； 四、設置屏幕自動調節，該自動調節包括自動關屏和亮度自動調節，其中 自動關屏實現過程為:采用 霍爾傳感器感應合蓋操作:當屏幕盒蓋角度達到30°以下時，屏幕下方的磁鐵通過電磁感應，觸發主板上的霍爾傳感器產生電平變化，通過主板上的控制芯片來實現屏幕背光關閉功能； 屏幕亮度自動調節的實現過程為:當筆記本整機由電源適配器供電時，主板控制芯片通過偵測引腳偵測到AC電源，默認輸出占空比為80%的控制信號給操作系統，屏幕亮度將由操作系統控制在80%亮度輸出；當從電源適配器切換到電池供電時，主板控制芯片首先判斷系統供電狀態變化，然后根據事先定義的屏幕調節策略，將PWM信號的占空比調整到20%,此時操作系統會把屏幕亮度調節到20%亮度輸出，從而現實在電池供電模式下增加續航能力；當筆記本開機，操作系統閑置一段時間，無任何操作的情況下，屏幕亮度變為20%亮度輸出，再過一段時間，可由操作系統和主板控制芯片合作將屏幕背光關掉進入休眠模式。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式計算機功耗最小化的設計方法，其特征在于:在設置智能風扇時，在控制芯片上燒錄熱能管理程序，即設置若干風扇轉速等級，當處理器達到設定的最高溫度時系統強制關機。
【文檔編號】G06F1/32GK103605421SQ201310595933
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】黃凱, 薛廣營 申請人:浪潮電子信息產業股份有限公司