短路保护电路、充电电源及电子设备转让专利
申请号 : CN202110733414.5
文献号 : CN113178932B
文献日 : 2021-10-01
发明人 : 陈伟
申请人 : 深圳英集芯科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种短路保护电路,其特征在于,所述短路保护包括:电源、控制芯片、第一电阻、第二电阻和输出端口,其中,
所述电源的一端与所述控制芯片的第一端口连接,所述电源的另一端与所述第一电阻的输入端以及所述控制芯片的第二端口连接,所述第一电阻的输出端与所述控制芯片的第三端口以及所述输出端口的第一端口连接,所述第二电阻连接于所述电源与所述输出端口之间或连接于所述输出端口与地面之间,所述第二电阻的输入端与所述控制芯片的第四端口连接,所述第二电阻的输出端与所述控制芯片的第五端口连接,所述输出端口的第二端口接地;
所述控制芯片用于检测得到所述第一电阻两端的第一电压,以及所述第二电阻两端的第二电压;
所述控制芯片,还用于根据所述第一电压和所述第二电压,确定所述第一电阻和/或所述第二电阻的短路情况,并在所述第一电阻和/或第二电阻短路时,调节所述电源的输出电压;
其中,所述控制芯片包括:输出控制模块、第一ADC模块、第二ADC模块、第一放大模块和第二放大模块,其中,所述输出控制模块的第一端口与所述电源连接,所述输出控制模块的第二端口与所述第一ADC模块的第一端口连接,所述第一ADC模块的第二端口与所述第一放大模块的第一端口连接,所述第一放大模块的第二端口与所述控制芯片的第二端口连接,所述第一放大模块的第三端口与所述控制芯片的第三端口连接;
所述输出控制模块的第三端口与所述第二ADC模块的第一端口连接,所述第二ADC模块的第二端口与所述第二放大模块的第一端口连接,所述第二放大模块的第二端口与所述控制芯片的第四端口连接,所述第二放大模块的第三端口与所述控制芯片的第五端口连接。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述第一ADC模块和/或所述第二ADC模块包括:比较器、采样保持电路、逐次逼近寄存器和数模转换器,其中,所述采样保持电路的一端与所述比较器的一端连接,所述比较器的另一端与所述逐次逼近寄存器的一端连接,所述逐次逼近寄存器的另一端与所述数模转换器的一端连接,所述数模转换器的另一端与所述采样保持电路的另一端以及所述比较器的一端连接。
3.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述第二电阻连接于所述输出端口与地面之间,包括:
所述第二电阻的输入端与所述输出端口的第二端口连接,所述第二电阻的输出端与所述输出端口的第二端口连接,所述第二电阻的输出端接地。
4.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述第二电阻连接于所述电源与所述输出端口之间,包括:
所述第二电阻的输入端与所述电源的第一端口连接,所述第二电阻的输出端与所述第一电阻的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的电路,其特征在于,所述第二电阻连接于所述电源与所述输出端口之间,包括:
所述第二电阻的输入端与所述第一电阻的输出端连接,所述第二电阻的输出端与所述输出端口的第一端口连接。
6.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,所述第二放大模块与所述第一放大模块不同。
7.根据权利要求5所述的电路,其特征在于,所述第二放大模块与所述第一放大模块相同。
8.根据权利要求6所述的电路,其特征在于,所述第二放大模块包括:第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一放大器、第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管,其中,所述第三电阻的一端与所述第二电阻的输入端连接,所述第三电阻的另一端与所述第一放大器的正向输入端连接,所述第四电阻的另一端与所述第二电阻的输出端连接,所述第四电阻与所述第一放大器的反向输入端以及所述第五电阻的一端连接,所述第一放大器的AVCC端与所述第一MOS管的源极连接以及所述第二MOS管的源极连接,所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极连接以及所述第三MOS管的漏极连接,所述第一MOS管的漏极与所述第三MOS管的漏极连接,比较器的输出端与所述第三MOS管的栅极连接,所述第三MOS管的源极与所述第五电阻的另一端连接,所述第二MOS管的漏极与所述第六电阻的一端以及所述第二ADC模块的输出端连接,所述第六电阻的另一端接地。
9.根据权利要求6或7所述的电路,其特征在于,所述第一放大模块和/或所述第二放大模块包括:第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二放大器、第四MOS管,其中,所述第七电阻的一端与所述第一电阻的输入端连接,所述第七电阻的另一端与所述第二放大器的正向输入端以及所述第九电阻的一端连接,所述第九电阻的另一端与所述第四MOS管的漏极连接,所述第四MOS管的栅极与所述第二放大器的输出端连接,所述第四MOS管的源极与所述第十电阻的一端以及所述第一ADC的输出端连接,所述第十电阻的另一端接地。
10.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述输出控制模块包括:寄存器和计时器,其中,所述计时器用于监控所述输出控制模块的状态,所述寄存器用于在所述第一电阻和/或第二电阻短路时,复位所述输出控制模块的短路保护状态。
11.根据权利要求10所述的电路,其特征在于,所述第一电阻和/或所述第二电阻的短路情况通过如下方式确定:
确定所述第一电压与所述第二电压之间的电压比值;
确定所述第一电阻与第二电阻之间的电阻比值;
获取第一系数和第二系数,其中,所述第一系数和/或所述第二系数用于约束所述电阻比值;
根据所述电压比值、所述电阻比值、第一系数和第二系数,确定所述第一电阻和/或所述第二电阻的短路情况。
12.根据权利要求11所述的电路,其特征在于,所述第一电阻和/或所述第二电阻的短路情况通过如下方式确定:
确定所述电阻比值与所述第一系数的乘积,得到第一比较值;
确定所述电阻比值与所述第二系数的乘积,得到第二比较值;
若所述电压比值大于所述第一比较值,通过所述计时器确定所述电压比值大于所述第一比较值的第一持续时间,若所述第一持续时间大于或等于第一预设阈值,则确定所述第二电阻短路;
若所述电压比值小于所述第二比较值,通过所述计时器确定所述电压比值小于所述第二比较值的第二持续时间,若所述第二持续时间大于或等于第二预设阈值,则确定所述第一电阻短路。
13.根据权利要求11或12所述的电路,其特征在于,所述电源的输出电压通过如下方式进行调节:
若确定所述第一电阻短路,则调节所述电源的输出电压;
若确定所述第二电阻短路,则调节所述电源的输出电压。
14.根据权利要求13所述的电路,其特征在于,所述电源的输出电压通过如下方式进行调节:
调节所述电源的输出电压为预设电压,并在预设周期内,通过所述计时器监控所述电源,并保持所述电源的最大输出电流为预设电流。
15.根据权利要求14所述的电路,其特征在于,所述在所述第一电阻和/或第二电阻短路时,所述输出控制模块的状态通过如下方式复位:保持所述电源的最大输出电流为所述预设电流所述预设周期以后,通过所述寄存器复位所述输出控制模块的短路保护状态。
16.一种充电电源,其特征在于,所述充电电源包括如权利要求1‑15任一项所述的短路保护电路。
17.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括如权利要求16所述的充电电源。
说明书 :
短路保护电路、充电电源及电子设备
技术领域
背景技术
其中,LPS(限功率电源)要求在IEC 60950 1标准中已作规定,此类要求可用于界定最高电
压、电流和电容相对较低的电源。
要求,可能会触发火灾或者发生触电现象。
发明内容
火灾等情况,有利于保障电源使用场景的充电安全。
的第三端口以及所述输出端口的第一端口连接,所述第二电阻连接于所述电源与所述输出
端口之间或连接于所述输出端口与地面之间,所述第二电阻的输入端与所述控制芯片的第
四端口连接,所述第二电阻的输出端与所述控制芯片的第五端口连接,所述输出端口的第
二端口接地;
出电压。
端以及控制芯片的第二端口连接,第一电阻的输出端与控制芯片的第三端口以及输出端口
的第一端口连接,第二电阻的输入端与控制芯片的第四端口以及输出端口的第二端口连
接,第二电阻的输出端与控制芯片的第五端口连接;控制芯片用于检测得到第一电阻两端
的第一电压,以及第二电阻两端的第二电压;控制芯片,还用于根据第一电压和第二电压,
确定第一电阻和/或第二电阻的短路情况,并在第一电阻和/或第二电阻短路时,调节电源
的输出电压。如此,电源可双路输出电流,通过两个电阻(第一电阻和第二电阻)之间串联关
系建立相互保护机制,对整个电路起到保护作用,在电路中出现元器件短路情况时,可通过
调节电源的输出电压使其满足LPS标准的要求,以防止电源的输出电压过大造成元器件烧
毁,从而引起火灾等情况,有利于保障电源使用场景的充电安全。
附图说明
具体实施方式
本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备没有限定
于已列出的步骤或单元,而是在一个可能的示例中还包括没有列出的步骤或单元,或在一
个可能的示例中还包括对于这些过程、产品或设备固有的其他步骤或单元。
的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和
隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
一电阻R1的输出端与所述控制芯片200的第三端口203以及所述输出端口300的第一端口
301连接,所述第二电阻R2连接于所述电源100与所述输出端口300之间或连接于所述输出
端口300与地面之间,所述第二电阻R2的输入端与所述控制芯片200的第四端口204连接,所
述第二电阻R2的输出端与所述控制芯片200的第五端口205连接,所述输出端口300的第二
端口302接地;
所述电源100的输出电压。
在此不作限定。
测电流100的输出电流。
之间的具体连接关系再次不作限定,如图1A所示的连接关系仅为本申请实施例中一种。
下端输出电流。
出电流。
之间的电流是相同的,即第一电流等于第二电流,即上述电源100的第一端口101和第二端
口102输出的电流是相同的;若第一电阻R1与第二电阻R2之间存在任意一个元器件短接时,
均会导致控制芯片200检测得到的第一电阻R1对应的第一电流与第二电阻R2对应的第二电
流不同,可能会出现较大差异,如此,控制芯片200可依据上述第一电阻R1对应的第一电流
与第二电阻R2对应的第二电流确定电路中是否出现元器件短路情况,以确定是否需要进入
短路保护状态,若上述第一电流与第二电流差异较大,则可进入短路保护状态,具体可通过
调节电源的输出电压,以使得电源的输出电压满足LPS(限功率电源)规范要求,以达到保护
整个电路的作用。
护作用,在电路中出现元器件短路情况时,可通过调节电源100的输出电压使其满足LPS标
准的要求,以防止电源100的输出电压过大造成元器件烧毁,从而引起火灾等情况,有利于
保障电源使用场景的充电安全。
所述输出端口300的第二端口302连接,所述第二电阻R2的输出端接地。
输出端与所述第一电阻R1的输入端连接。
串联关系。
出端与所述输出端口300的第一端口301连接。
之间呈串联关系。
大模块240和第二放大模块250,其中,
222与所述第一放大模块240的第一端口241连接,所述第一放大模块240的第二端口242与
所述控制芯片200的第二端口202连接,所述第一放大模块240的第三端口243与所述控制芯
片200的第三端口203连接。
230前一级加入第二放大模块250来放大第二电阻300处的输出电流的采样信号。
一端口251连接,所述第二放大模块250的第二端口252与所述控制芯片200的第四端口204
连接,所述第二放大模块250的第三端口253与所述控制芯片200的第五端口205连接。
或第二电阻R2短路时,使得整个电路进入短路保护状态,即可调节电源100的输出电压为预
设电压(例如,5V),并在预设周期内,通过计时器监控该电源100的输出状态,并保持该电源
的最大输出电流为预设电流(例如,500mA)。
持电路、逐次逼近寄存器(Successive Approximation Register,SAR)和数模转换器
(Digital to Analog Converter,DAC),其中,
接,所述数模转换器的另一端与所述采样保持电路的另一端以及所述比较器的一端连接。
SAR ADC也称为二进制搜索ADC。
最低有效位(Least Significant Bit,LSB)的每一位,从而将输出电流的每一采样模拟信
号转化成多个bit的数字信号。
端与所述输出端口300的第二端口302连接,所述第二电阻R2的输出端接地;那么,在这种情
况下,上述第二放大模块250的具体电路与第一放大模块240的具体电路不同。
的输出端与所述第一电阻R1的输入端连接,或者所述第二电阻R2的输入端与所述第一电阻
R1的输出端连接,所述第二电阻R2的输出端与所述输出端口300的第一端口301连接。在上
述情况下,上述第二放大模块250的具体电路与第一放大模块240的具体电路相同。
阻R6、第一放大器U1、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和第三MOS管Q3,其中,
连接,所述第四电阻R4与所述第一放大器U1的反向输入端以及所述第五电阻R5的一端连
接,所述第一放大器U1的AVCC端与所述第一MOS管Q1的源极连接以及所述第二MOS管Q2的源
极连接,所述第一MOS管Q1的栅极与所述第二MOS管Q2的栅极连接以及所述第三MOS管Q3的
漏极连接,所述第一MOS管的漏极与所述第三MOS管的漏极连接,所述比较器U1的输出端与
所述第三MOS管Q3的栅极连接,所述第三MOS管Q3的源极与所述第五电阻R5的另一端连接,
所述第二MOS管Q2的漏极与所述第六电阻R6的一端以及所述第二ADC模块220的输出端222
连接,所述第六电阻R6的另一端接地。
电压与第五电阻R5之前的电压比值,即R6/R5。
电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二放大器U2、第四MOS管Q4,其中,
另一端与所述第四MOS管Q4的漏极连接,所述第四MOS管的栅极与所述第二放大器U2的输出
端连接,所述第四MOS管Q4的源极与所述第十电阻R10的一端以及所述第一ADC模块220的输
出端连接,所述第十电阻R10的另一端接地。
等,因此电流采样信号放大倍数为第九电阻R9上的电压与第七电阻R7上的电压比值,即电
流采样信号放大为R9/R7。
图4A所示,上述第二放大模块250与上述第一放大模块240不同。
放大模块250与上述第一放大模块240相同。
路时,复位所述输出控制模块的短路保护状态。
出,解除短路保护状态,并重新开始监控第一电阻R1和/或第二电阻R2是否短路的情况。
因为它们向负载输送的输出电流和电压均有限制。以下总结了被认证为固有电源输送限制
型LPS的电源的规格(VA=伏特*安培,Voc=开路输出电压(空载),小于等于30 Vdc的直流电
压或小于等于30 VACrms(Root‑Mean‑Square,均方根(值),即有效值)的基本正弦交流电
压):最大短路电流为8A;最大VA为100;最大标记输出功率额定值为5A * Voc;最大标记输
出电流额定值为5A。在本申请实施例中,为了保证电源满足LPS认证要求。可将该预设电压
设置为5V(伏),同时设置上述预设电流为500mA。
流输出。
所述第二系数的乘积,得到第二比较值;若所述电压比值大于所述第一比较值,通过所述计
时器确定所述电压比值大于所述第一比较值的第一持续时间,若所述第一持续时间大于或
等于第一预设阈值,则确定所述第二电阻短路;若所述电压比值小于所述第二比较值,通过
所述计时器确定所述电压比值小于所述第二比较值的第二持续时间,若所述第二持续时间
大于或等于第二预设阈值,则确定所述第一电阻短路。
个范围可相同也可以不同,其中,可从上述范围内分别对上述第一系数或第二系数进行取
值;具体的在此不作限定;上述第一系数也可与第二系数不同,均可根据具体的采样精度进
行预设,举例来说,上述第一系数可预设为120%,上述第二系数可预设为80%。
输出电流为预设电流(例如,500mA);如此,即进入短路保护状态。
说,可重新开始检测得到第一电阻R1两端的第一电压,以及第二电阻R2两端的第二电压,通
过第一电压和第二电压,确定第一电阻和/或第二电阻的短路情况,并在第一电阻和/或第
二电阻短路时,调节电源的输出电压,如此,周而复始,循环保护整个电路。
一电阻R1的输出端与所述控制芯片200的第三端口203以及所述输出端口300的第一端口
301连接,所述第二电阻R2连接于所述电源100与所述输出端口300或地面之间,所述第二电
阻R2的输入端与所述控制芯片200的第四端口204连接,所述第二电阻R2的输出端与所述控
制芯片200的第五端口205连接,所述输出端口300的第二端口302接地;
所述电源100的输出电压。
保护作用,在电路中出现元器件短路情况时,可通过控制芯片200中的输出控制模块210调
节电源100的输出电压使其满足LPS标准的要求,以防止电源100的输出电压过大造成元器
件烧毁,从而引起火灾等情况,有利于保障电源使用场景的充电安全。
包括:电源、控制芯片、第一电阻、第二电阻和输出端口,其中,所述电源的一端与所述控制
芯片的第一端口连接,所述电源的另一端与所述第一电阻的输入端以及所述控制芯片的第
二端口连接,所述第一电阻的输出端与所述控制芯片的第三端口以及所述输出端口连接,
所述第二电阻的输入端与所述控制芯片的第四端口以及输出端口连接,所述第二电阻的输
出端与所述控制芯片的第五端口连接;所述方法包括:
的输出电压。
路情况时,可通过控制芯片中的输出控制模块调节电源的输出电压使其满足LPS标准的要
求,以防止电源的输出电压过大造成元器件烧毁,从而引起火灾等情况,有利于保障电源使
用场景的充电安全。
第二电阻之间的电阻比值;获取第一系数和第二系数,其中,所述第一系数和/或所述第二
系数用于约束所述电阻比值;根据所述电压比值、所述电阻比值、第一系数和第二系数,确
定所述第一电阻和/或所述第二电阻的短路情况。
阻和/或所述第二电阻的短路情况,可包括如下步骤:确定所述电阻比值与所述第一系数的
乘积,得到第一比较值;确定所述电阻比值与所述第二系数的乘积,得到第二比较值;若所
述电压比值大于所述第一比较值,通过所述计时器确定所述电压比值大于所述第一比较值
的第一持续时间,若所述第一持续时间大于或等于第一预设阈值,则确定所述第二电阻短
路;若所述电压比值小于所述第二比较值,通过所述计时器确定所述电压比值小于所述第
二比较值的第二持续时间,若所述第二持续时间大于或等于第二预设阈值,则确定所述第
一电阻短路。
的输出电压。
电流为预设电流。
复位所述输出控制模块的短路保护状态。
电路相同,在此不再叙述。
视为本申请的保护范围。