CN107437832B - 旁路充电电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及旁路充电电路和方法。根据一个实施方案，本发明提供了一种包括一对晶体管的旁路充电电路，所述一对晶体管具有共同连接以形成节点的载流端子。比较器的输入端通过开关耦接到所述节点并耦接到电阻器。比较器的另一个输入端子耦接以用于接收参考电压(VFAIL)。可选地，可将晶体管连接到旁路充电电路。根据另一实施方案，提供了一种方法，其中响应于开关的闭合，旁路充电晶体管耦接到比较器的第一输入端。响应于开关的闭合而在比较器的第一输入端处生成电压(VC)，并将所述电压(VC)与参考电压(VFAIL)进行比较。响应于所述比较，生成状态指示信号(VIND)，以指示旁路充电晶体管中的一个或两个中存在低阻抗故障。

Description

旁路充电电路和方法
技术领域
本发明整体上涉及电子器件，并且更具体地讲，涉及与电池一起使用的电路和方法。
背景技术
过去，移动设备(例如移动电话、计算机、个人数码助手等)的电池充电系统使用线性或开关充电器来为向这些设备供电的电池充电。近来，电池充电系统包括一个旁路路径，该路径中包括一个或多个开关，使用移动设备和旅行适配器之间的一个或多个通信信道，结合了为电流、电压或两者设置限制的功能。加入旁路路径减少了移动设备耗散的热量。在旁路路径中使用开关的缺点在于，一个或多个开关可能出现故障并引入一条从输入节点到电池的低阻抗路径。直到电路或电池损坏之前，这种低阻抗路径的形成都无法检测。
因此，如有半导体部件和方法可用于检测在电池充电系统中是否已形成从输入节点到电池的低阻抗路径，以及如有方法和结构可用于防止由低阻抗路径引起的损坏，将会是有利的。若实现该半导体部件和方法的成本和时间效率较高，则会更为有利。
发明内容
根据一个方面，本申请公开了一种包括故障检测部分(35、37、39)的旁路充电电路(30)，其特征在于：具有控制端子(32G)、第一载流端子(32D)和第二载流端子(32S)的第一晶体管(32)；具有控制端子(34G)、第一载流端子(34S)和第二载流端子(34D)的第二晶体管(34)，所述第二晶体管(34)的所述第一载流端子(34S)耦接到所述第一晶体管(32)的所述第二载流端子(32S)以形成第一节点(43)；具有第一输入端、第二输入端和输出端的比较器(37)，所述比较器(37)的所述第一输入端耦接到所述第一节点(43)，并且所述比较器的所述第二输入端耦接以用于接收参考电势(VFAIL)；以及具有第一端子(39A)和第二端子(39B)的电阻器(39)，所述电阻器(39)的所述第一端子(39A)耦接到所述比较器(37)的第一端子。
根据另一个方面，本申请公开了一种用于检测旁路充电电路(30)故障的方法，其特征在于：响应于开关(35)的闭合而将旁路充电晶体管(32、34)耦接到比较器(37)的第一输入端；响应于所述开关(35)的闭合而在所述比较器(37)的所述第一输入端处生成第一电压(VC)；将所述第一电压与参考电压(VFAIL)进行比较；以及响应于将所述第一电压(VC)与所述参考电压(VFAIL)进行比较，生成状态指示信号(VIND)。
根据又一个方面，本申请公开了一种用于检测旁路充电电路(30)故障的方法，其特征在于：提供第一晶体管(32)和第二晶体管(34)，所述第一晶体管(32)和第二晶体管(34)中的每个晶体管均具有控制端子、第一载流端子和第二载流端子，所述第二晶体管(34)的所述第一载流端子耦接到所述第一晶体管(32)的所述第二载流端子以形成第一节点(43)；响应于控制信号以闭合第一开关(35)，其中闭合所述第一开关(35)将所述第一节点(43)耦接到比较器(37)的输入端；在所述比较器(37)的第一输入端处生成第一电压(VC)；将所述比较器(37)的所述第一输入端处的所述第一电压(VC)与所述比较器(37)的第二输入端处的第二电压(VFAIL)进行比较；响应于将所述第一电压(VC)与所述第二电压(VFAIL)进行比较，在所述比较器(37)的所述输出端处生成比较电压(VIND)；使用所述比较电压(VIND)来确定所述旁路充电电路(30)是否已发生故障。
附图说明
通过阅读以下结合附图的详细描述将更好地理解本发明，在所述附图中，相同的参考标号指示相同的元件，并且其中：
图1是根据本发明的实施方案，具有故障检测部分的旁路充电电路的示意图；
图2示出了根据本发明的另一实施方案，监测旁路充电电路故障的流程图；
图3是根据本发明的另一实施方案，具有故障检测和保护部分的旁路充电电路的示意图；
图4示出了根据本发明的另一实施方案，监测旁路充电电路故障的流程图；
图5是根据本发明的另一实施方案，具有故障检测和保护部分的旁路充电电路的示意图；并且
图6是根据本发明的另一实施方案，具有故障检测和保护部分的旁路充电电路的示意图。
为了图示的简单和清楚，图中的元件不一定按比例，并且不同图中的相同参考标号指示相同元件。此外，为使描述简单，省略了公知步骤和元件的描述和细节。如本文所用，载流电极意指设备的载送通过设备的电流的元件，诸如MOS晶体管的源极或漏极或者双极型晶体管的发射极或集电极或者二极管的阴极或阳极，而控制电极意指设备的控制通过设备的电流的元件，诸如MOS晶体管的栅极或者双极型晶体管的基极。尽管设备在本文中被描述为某些n沟道或p沟道设备或者某些n型或p型掺杂区，但本领域的技术人员将理解，根据本发明实施方案的互补设备也是可能的。本领域的技术人员将理解，本文所用的词语“期间”、“在…同时”和“当…时”不是意指在引发动作后即刻发生动作的确切词语，而是意指在初始动作所引发的反应与初始动作之间可能存在一些短暂但合理的延迟，诸如传播延迟。词语“大概”、“约”或“基本上”的使用意指元件的值具有预期非常接近陈述值或位置的参数。然而，如本领域所熟知，始终存在妨碍值或位置确切地为陈述值或位置的微小差异。如本领域完全确认的是，最高至约百分之十(10％)(对半导体掺杂浓度来说是最高至百分之二十(20％))的差异被视为是与所述的准确理想目标的合理差异。
应注意的是，逻辑0电压电平(VL)也被称为逻辑低电势、逻辑低电压或逻辑低电压电平，并且逻辑0电压的电压电平是电源电压和逻辑系列的类型的函数。例如，在互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑系列中，逻辑0电压可能是电源电压电平的百分之三十。在五伏晶体管-晶体管逻辑(TTL)系统中，逻辑0电压电平可为约0.8伏，而对五伏CMOS系统来说，逻辑0电压电平可为约1.5伏。逻辑1电压电平(VH)也被称为逻辑高电势、逻辑高电压电平、逻辑高电压或逻辑1电压，并且与逻辑0电压电平一样，逻辑高电压电平也可是电源和逻辑系列的类型的函数。例如，在CMOS系统中，逻辑1电压可能是电源电压电平的百分之七十。在五伏TTL系统中，逻辑1电压可为约2.4伏，而对五伏CMOS系统来说，逻辑1电压可为约3.5伏。
具体实施方式
总体上，本发明提供一种用于检测充电旁路电路中的一个或多个晶体管的低阻抗故障的电路和方法。根据一个实施方案，提供一种故障检测电路，该电路包括耦接到控制电路的旁路电路。一方面，充电旁路电路包括一对充电旁路晶体管，这对充电旁路晶体管的载流端子共同连接起来以形成节点43。比较器37具有耦接到节点43的非反相输入端以及耦接以用于接收参考电压的反相输入端。工作电势电源和比较器37的非反相输入端之间连接了一个电阻器。
根据一个方面，比较器37的非反相输入端通过开关耦接到节点43。
根据另一方面，比较器37的非反相输入端直接连接到节点43。
另一方面，保护晶体管60耦接到所述的一对旁路充电晶体管之一的载流端子上。
根据另一方面，所述的一对旁路充电晶体管的控制端子共同连接在一起。
根据另一实施方案，提供一种用于检测旁路充电电路的故障的方法，其中响应于开关的闭合，旁路充电晶体管耦接到比较器的第一输入端。响应于开关的闭合，在比较器的第一输入端处产生电压，并与参考电压进行比较。响应于将输入端的电压与参考电压的比较，在比较器的输出端产生比较电压，其中比较电压用作状态指示信号。状态指示信号表示旁路充电电路是否发生故障，或者是否可用于对电池充电。
根据另一实施方案，提供一种用于检测旁路充电电路的故障的方法，其中第一和第二晶体管的载流端子连接起来以形成节点。开关响应于控制信号而闭合，以将该节点耦接到比较器的输入端，并且在比较器的输入端产生电压。将比较器输入端的电压与比较器另一输入端的参考电压进行比较，以在比较器的输出端产生比较电压。比较电压用于确定旁路充电电路是否发生故障。
图1是根据本发明的实施方案，包括旁路充电电路30的电池供电设备10的电路原理图，其中该旁路充电电路包括故障检测部分。旁路充电电路30连接到控制电路40，并且可以用于检测损坏电池的低阻抗路径。旁路充电电路30可被配置为保护电池供电设备，例如移动电话、照相机、膝上型计算机、个人数码助手、电子阅读器、笔记本电脑、时钟、智能手表、虚拟现实头盔、其他可穿戴设备等。如图1所示，旁路充电电路30被配置为在电池供电设备10中使用。举例来说，电池供电设备10可以包括开关充电器14、旁路充电电路30和控制电路40。控制电路40连接到开关充电器14和旁路充电电路30，并且具有连接到充电电源16的输入/输出(I/O)端子40IO1。充电电源16可以是被配置为接收交流电(AC)的旅行适配器(TA)、与直流电(DC)到DC转换器组合的电池、电池组等。充电电源16可以指电源、旅行适配器等。根据一个实施方案，充电电源16可以是具有输入端16I1和16I2、输出端16O1和16O2以及输入/输出端子(I/O)16IO3的旅行适配器。输入端16I1和16I2耦接以用于从AC电源15接收AC信号，输出端16O1被配置为将输入信号Vin发送到开关充电器14的输入端14I1和旁路电路30的输入端30I1，输出端16O2被配置为连接到电池供电设备10的输入端10I1，并且输入/输出端子16IO3连接到控制器40的输入/输出端子40IO1且被配置为用于在充电电源16和控制电路40之间发送和接收通信信号的通信信道。尽管本文描述输出端16O1被配置为将输入信号VIN发送到开关充电器14的输入端14I1和旁路电路30的输入端30I1，但这并非本发明的限制。例如，输出端16O1可以被配置为将输入信号VIN发送到输入端14I1或发送到旁路电路30的输入端30I1。信号可以从充电电源16发送到控制电路40，也可从控制电路40发送到充电电源16。应当理解，在移动应用中，输出端16O1、16O2和16IO3可以是通用串行总线(USB)C型连接器中的连接，其中输出端16O1可被标识为VBUS输出端，输出端16O2可被标识为用于接收工作电势VSS的端子，并且输入/输出端16IO3可被标识为通信信道(CC)。工作电势VSS可以是地电势。充电电源16不限于旅行适配器，并且充电电源16和电池供电设备10之间的通信标准不限于USB标准。
电池供电设备10可包括连接器17，该连接器具有外部端口171、172和173以及内部端口174、175和176，其中外部端口171电气连接到内部端口174，外部端口172电气连接到内部端口175，并且外部端口173电气连接到内部端口176。连接器17可以是与USB标准兼容的连接器。
开关充电器14具有输出端14O1和14O2，其中输出端14O1通过晶体管20耦接到电池22，并耦接到负载18。晶体管20具有控制端子20G和载流端子20D和20S，并且负载18具有端子181和182。晶体管20的载流端子20D连接到开关充电器12的输出端14O1，晶体管20的控制端子20G连接到开关充电器40的输出端14O2，并且晶体管20的载流端子20S连接到电池22的正极电极或正极端子。载流端子20S可以被称为载流电极、源极端子、源极电极、电流传导电极或电流传导端子；载流端子20D可以被称为载流电极、漏极电极、漏极端子、电流传导电极或电流传导端子；并且控制端子20G可以被称为栅极端子或栅极电极。应当理解，晶体管20可以与开关充电器14单片集成，或者可以是连接到开关充电器14的外部部件。
举例来说，负载18是具有端子181和端子182的可变电阻负载，端子181连接到输出端14O1，端子182被耦接以用于接收工作电势(诸如工作电势VSS)源。举例来说，工作电势VSS是地电势。虽然负载18被示为可变电阻负载，但这并非限制。例如，负载18可以是可变电流源、可变电压源、阻抗、变化的负载等。
电池22的负极电极或负极端子被耦接以用于接收(例如)工作电势VSS源。举例来说，电池22的负极电极或负极端子被耦接以通过保护设备(例如保护设备23)用于接收工作电势VSS源。图1中所示的配置可以被称为具有在低端电势的保护或低端保护。或者，保护设备可连接在输出端子30O2和电池22的正极电极或正极端子之间，以为提供高端电势的保护或高端保护。应当理解，保护设备23可以保护电池22或连接到电池22负极电极或负极端子的电路。保护设备23保护电池22免受过电压、欠压、过充电或低放电。
举例来说，旁路充电电路30连接到控制电路40并具有输入端30I1、输入端30I2、输入端30I3、输出端30O1和输出端30O2，并且控制电路40具有输入/输出端子40IO1、输入端子40I2以及输出端子40O1、40O2和40O3。举例来说，控制电路40的输入/输出端子40IO1可通过连接器17的端口173和176电耦接到充电电源16的输入/输出端子16IO3，控制电路40的输出端40O1可电连接到开关充电器14的输入端14I2，输出端40O2可以电连接到旁路电路30的输入端30I2，输出端40O3可以电连接到旁路电路30的输入端30I3。旁路电路30的输入端30I1可电连接到充电电源16的输出端16O1，旁路电路30的输出端30O1可电连接到控制电路40的输入端40I2，并且旁路电路30的输出端30O2可电连接到电池22的正极电极或正极端子。应该注意的是，充电电源16的输入/输出端子16IO3和控制电路40的输入/输出端子40IO1均为双向端子，因而被称为输入/输出端子，即，信号可从端子16IO3和40IO1处发送或在该两个端子处接收。
根据一个实施方案，旁路电路30包括耦接到晶体管34的晶体管32，其中晶体管32具有控制端子32G、载流端子32D和载流端子32S，并且晶体管34具有控制端子34G、载流端子34D和载流端子34S。晶体管32的载流端子32S连接到晶体管34的载流端子34S以形成节点43，并且晶体管32的控制端子32G连接到晶体管34的控制端子34G以形成节点41。共同连接的控制端子32G和34G连接到控制电路30的输入端30I2，或者另选地充当其输入端30I2。载流端子32D连接到旁路电路30的输入端30I1，或者另选地充当旁路电路30的输入端30I1，并且晶体管34的载流端子34D连接到旁路电路30的输出端30O2，或者另选地充当其输出端30O2。输出端30O2连接到电池22的正极电极或正极端子。载流端子32S和34S可以被称为载流电极、源极端子、源极电极、电流传导电极或电流传导端子；载流端子32D和34D可以被称为载流电极、漏极电极、漏极端子、电流传导电极或电流传导端子；并且控制端子32G和34G可以被称为栅极端子或栅极电极。晶体管32和34可以被称为旁路充电晶体管。
晶体管32包括具有连接到载流端子30D的阴极36C和连接到载流端子32S和34S的阳极36A的主体二极管36。晶体管34包括具有连接到载流端子34D的阴极38C和连接到载流端子32S和34S的阳极38A的主体二极管38。晶体管32和34被配置为使得它们的源极共同连接在一起，并且使得二极管36和38的阳极共同连接在一起并连接到晶体管32和34的源极，且二极管36和38的阴极分别连接到晶体管32和34的漏极。配置二极管36和38使阳极36A和38A共同连接到源极32S和34S，使得当旁路电路30的输入端30I1处的电压大于电池22的电压时，流向电池22的电流减少或停止。应当注意，配置二极管36和38使阴极36C和38C共同连接到源极32S和34S并且阳极36A和38A分别连接到漏极32D和34D，还使得当旁路电路30的输入端30I1处的电压大于电池22的电压时，流向电池22的电流减少或停止。然而，配置二极管36和38使阳极36A和38A共同连接到源极32S和34S，防止电流响应于开关35闭合而通过电阻器39从控制电路16或从电池22中流出，除非晶体管32或晶体管34中发生低阻抗故障。
共同连接的源极端子32S和34S通过开关35连接到比较器37和电阻器39。比较器37、电阻器39和开关35被配置为用作旁路充电电路30的故障检测部分。源极端子32S和34S可通过开关35可切换地耦接到电阻器39。更具体地讲，开关35具有电流传导端子35A和电流传导端子35B，前一电流传导端子连接到节点43处的共同连接的源极端子32S和34S，后一电流传导端子连接到比较器37的非反相输入端且连接到电阻器39的端子39A。比较器37具有耦接以接收参考电压VFAIL的反相输入端，以及耦接到旁路充电电路30的输出端30O1输出端，或者另选地充当其输出端30O1。电阻器39具有耦接以接收电压(例如工作电势VSS)的端子39B。举例来说，工作电势VSS是地电势。根据一个实施方案，来自比较器37的输出信号充当旁路电路的状态指示信号VIND。应当注意，电流传导端子35B与比较器37的非反相输入端的连接，以及参考电压与比较器37的反相输入端的连接并非本发明的限制。例如，电流传导端子35B可连接到比较器37的反相输入端，并且参考电压可连接到比较器37的非反相输入端。在这种配置下，比较器37的输出电压可被反转，以在发送到控制电路40之前提供旁路电路的状态指示信号VIND。
图2是描绘根据本发明的实施方案的旁路充电电路30操作的流程图50。操作开始(“开始”椭圆51所示)时，故障检测和保护电路30可以在正常操作模式下操作，并且晶体管32和34的栅极32G和34G处的电压分别被设置为使得晶体管32和34被禁用或关闭，即，在晶体管32和34中的一个或两个不存在故障的情况下它们是非导通的或无法导通明显的电流。处于非导通状态的晶体管32和34由框52表示。在可选步骤中，为了准备使用旁路电路30对电池22充电，控制电路40可测定充电电源(例如充电电源16)和电池22是否连接到旁路电路30。如果充电电源16和电池22未连接到旁路电路30，则控制电路14继续检测它们与旁路电路30的连接。在另一可选步骤中，控制电路40可测定充电电源16或电池22是否未连接到旁路电路30。
控制电路40开始检查旁路电路30的故障：将开关35闭合(框53所示)，然后测定共同连接节点43(因而比较器37的端子35B或非反相输入端)上的电压VC是否大于参考电压VFAIL(判定菱形54所示)。开关35的闭合将节点43连接到电阻器39的端子39A和比较器37的非反相输入端，这在比较器37的非反相输入端产生电压VC。如本领域技术人员所理解的，比较器37非反相输入端的电压等于电阻器39两端的电压和耦接到电阻器39的端子39B的电压之和。根据一个实施方案，其中端子39B上的电压被耦接以用于接收工作电势VSS，则比较器37的非反相输入端的电压VC等于电阻器39两端的电压和工作电势VSS的和。根据一个实施方案，其中工作电势VSS为地电势，则比较器37的非反相输入端的电压VC等于电阻器39两端的电压。
响应于电压VC大于参考电压VFAIL(判定菱形54处的“是”响应所示)，控制电路40在输出端40O3生成控制信号以断开开关35，并生成指示旁路电路30故障的通信信号，即，向包含旁路充电电路30的电池供电系统发出旁路充电电路30已发生故障的通知。响应于电压VC小于参考电压VFAIL(判定菱形54处的“否”响应所示)，控制电路40在输出端40O3生成控制信号以断开开关35，并生成指示旁路电路30正常工作并且系统可对电池22充电的通信信号，即，包含旁路充电电路30的电池供电系统被配置为对电池22充电。因此，通知旁路充电电路30可以对系统充电。应当注意，在旅行适配器16已经连接到连接器17并且存在电池22之后，控制电路40生成控制信号以测试旁路电路30。
旁路充电电路30中的故障状况可能是由晶体管32不正常工作、晶体管34不正常工作、或者晶体管32和34两者都不正常工作引起的。
举例来说，可以由控制电路40在节点41处生成将晶体管34保持在非导通状态的控制电压以及将开关35闭合的控制信号，来确定晶体管34的故障。响应于晶体管34的故障，二极管38变成导通状态，在节点43处生成流过电阻器39的电流。响应于流过电阻器39的电流，在晶体管39的端子39A和比较器37的非反相输入端生成电压。比较器37将比较器37的非反相输入端的电压与参考电压VFAIL进行比较。响应于旁路电路30的故障，电压VFAIL大于比较器的非反相输入端的电压，该比较器在输出端30O1生成指示故障的旁路电路状态指示信号VIND。应该注意的是，输出端30O1的电压就是发送到控制电路40输入端40I2的旁路充电电路状态指示信号VIND。
图3是根据本发明的实施方案，包括旁路充电电路30的电池供电设备10A的电路原理图，其中该旁路充电电路包括故障检测部分和保护部分。电池供电设备10A类似于图1的电池供电设备10，但电池供电设备10A包括保护部分。举例来说，保护部分包括连接到旁路电路30的晶体管60。更具体地讲，晶体管60具有控制端子60G、载流端子60D和载流端子60S。载流端子60S连接到旁路电路30的输入端子30I1和开关充电器14的输入端14I1，控制端子60G连接到控制电路40的输出端40O4，并且载流端子60D被配置为，通过连接器17的端子174和171连接到充电电源16的输出端16O1，即，连接到信号源，例如旅行适配器16的输出端VBUS。载流端子60S可以被称为载流电极、源极端子、源极电极、电流传导电极或电流传导端子；载流端子60D可以被称为载流电极、漏极电极、漏极端子、电流传导电极或电流传导端子；并且控制端子60G可以被称为栅极端子或栅极电极。
晶体管60包括具有连接到载流端子60D的阴极62C和连接到载流端子60S的阳极62A的主体二极管62。
图4是描绘根据本发明的实施方案的旁路充电电路30操作的流程图70。操作开始(“开始”椭圆71所示)时，故障检测和保护电路30可以在正常操作模式下操作，并且晶体管32和34的栅极32G和34G处的电压分别被设置为使得晶体管32和34被禁用或关闭，即，在晶体管32和34不存在故障的情况下它们是非导通的或无法导通明显的电流。类似地，晶体管60栅极60G处的电压可被设置为使得晶体管60被禁用或关闭，即它是非导通的或无法导通明显的电流。处于非导通状态的晶体管32、34和60由框72表示。在可选步骤中，为了准备使用旁路电路30对电池22充电，控制电路40可测定充电电源(例如充电电源16)和电池22是否连接到旁路电路30。如果充电电源16和电池22未连接到旁路电路30，则控制电路14继续检测它们与旁路电路30的连接。在另一可选步骤中，控制电路40可测定充电电源16或电池22是否未连接到旁路电路30。
控制电路40开始检查旁路电路30的故障：将开关35和60闭合(框73所示)，然后测定共同连接节点43(因而比较器37的端子35B或非反相输入端)上的电压是否大于参考电压VFAIL(判定菱形74所示)。开关35的闭合将节点43连接到电阻器39的端子39A和比较器37的非反相输入端，从而在比较器37的非反相输入端产生电压。开关60的闭合将输出端16O1连接到开关充电器的输入端14I1以及旁路充电电路30的输入端30I1。如本领域技术人员所理解的，比较器37非反相输入端的电压等于电阻器39两端的电压和耦接到电阻器39的端子39B的电压之和。根据一个实施方案，端子39B上的电压被耦接以用于接收工作电势VSS，则比较器37的非反相输入端的电压等于电阻器39两端的电压和工作电势VSS的和。根据一个实施方案，工作电势VSS为地电势，则比较器37的非反相输入端的电压等于电阻器39两端的电压。
响应于节点43处的电压大于参考电压VFAIL(判定菱形74处的“是”响应所示)，控制电路40在输出端40O2生成控制信号以断开开关35。此外，控制电路40在输出端40O4生成控制信号以关闭晶体管60。因此，控制电路40生成指示旁路电路30的故障的通信信号，即，向包含旁路充电电路30的电池供电系统发出旁路充电电路30已发生故障的通知。响应于节点43处的电压小于参考电压VFAIL(判定菱形74处的“否”响应所示)，控制电路40在输出端40O2生成控制信号以断开开关35，生成控制信号使晶体管60保持开启，并且生成指示旁路电路30正常工作并且系统可对电池22充电的通信信号，即，向包含旁路充电电路30的电池供电系统发出可以对系统充电的通知。应当注意，在旅行适配器16已经连接到连接器17、并且存在电池22但未完全充电时，控制电路40生成控制信号以测试旁路电路30。
旁路充电电路30中的故障状况可能是由晶体管32不正常工作、晶体管34不正常工作、或者晶体管32和34两者都不正常工作引起的。
举例来说，可以由控制电路40在节点41处生成将晶体管34保持在非导通状态的控制电压以及将开关35闭合的控制信号，来确定晶体管34的故障。响应于晶体管34的故障，二极管38变成导通状态，在节点43处生成流过电阻器39的电流。响应于流过电阻器39的电流，在晶体管39的端子39A和比较器37的非反相输入端生成电压。比较器37将比较器37的非反相输入端的电压与参考电压VFAIL进行比较。响应于旁路电路30的故障，电压VFAIL大于比较器37的非反相输入端的电压，该比较器37在输出端30O1生成指示故障的旁路电路状态指示信号VIND。应该注意的是，输出端30O1的电压就是发送到控制电路40输入端40I2的旁路充电电路状态指示信号VIND。
图5是根据本发明的实施方案，包括旁路充电电路30的电池供电设备10B的电路原理图，其中该旁路充电电路包括故障检测部分。电池供电设备10B可以类似于图1的电池供电设备10和图3的电池供电设备10A，但晶体管32的控制端子32G和晶体管34的控制端子34G并未连接在一起。相反，控制电路40包括另一个输出端40O5，其中控制电路40的输出端40O2通过旁路充电电路30的输入端子30I4连接到晶体管32的控制端子32G，并且控制电路40的输出端40O5连接到晶体管34的控制端子34G。因此，输出端40O2和40O5为晶体管32和34提供分开的控制。
图6是根据本发明的实施方案，包括旁路充电电路30A的电池供电设备10C的电路原理图，其中该旁路充电电路包括故障检测部分。旁路充电电路30A类似于旁路充电电路30，但不具备开关35。因此，节点43直接连接到电阻器39的端子39A和比较器37的非反相输入端。
至此应当理解，本发明提供了一种检测旁路充电电路故障的电路和方法。根据一个实施方案，提供了一种响应于检测到旁路充电电路的故障而保护电池或电池供电设备的保护元件和方法。旁路充电电路30包括下拉电阻器39和比较器37，该下拉电阻器和比较器连接到旁路充电电路的旁路晶体管上共同连接的源极端子。可选地，旁路充电电路30还包括开关35，该开关耦接在旁路充电晶体管上共同连接的导体和比较器37之间。响应于一个或多个旁路晶体管的故障，控制电路40生成控制信号以断开开关35并关闭晶体管32和34。在另一个实施方案中，电路元件(例如晶体管60)连接到旁路充电电路以保护电池并在旅行适配器与电池之间提供隔离。
尽管本文已公开了具体实施方案，但本发明并不意在局限于所公开的实施方案。本领域的技术人员将认识到，可在不脱离本发明的精神的情况下做出修改和变型。例如，开关充电器14、旁路充电电路30、控制电路40和晶体管20可以是单片集成式，或者这些电路中的一个或多个可以是分立或单独的电路元件。本发明意在涵盖落在随附权利要求书的范围内的所有此类修改和变型。

Claims (20)

1.一种包括故障检测部分(35、37、39)的旁路充电电路(30)，其特征在于：
具有控制端子(32G)、第一载流端子(32D)和第二载流端子(32S)的第一晶体管(32)；
具有控制端子(34G)、第一载流端子(34S)和第二载流端子(34D)的第二晶体管(34)，所述第二晶体管(34)的所述第一载流端子(34S)直接耦接到所述第一晶体管(32)的所述第二载流端子(32S)以形成第一节点(43)；
具有第一输入端、第二输入端和输出端的比较器(37)，所述比较器(37)的所述第一输入端耦接到所述第一节点(43)，并且所述比较器的所述第二输入端用于接收参考电势(VFAIL)；以及
具有第一端子(39A)和第二端子(39B)的电阻器(39)，所述电阻器(39)的所述第一端子(39A)耦接到所述比较器(37)的第一端子。
2.根据权利要求1所述的旁路充电电路(30)，其特征还在于具有控制端子(35C)、第一导电端子(35A)和第二导电端子(35B)的第一开关(35)，所述第一开关(35)的所述第一导电端子(35A)耦接到所述第一节点(43)，并且所述第一开关(35)的所述第二导电端子(35B)耦接到所述比较器(37)的所述第一输入端。
3.根据权利要求2所述的旁路充电电路(30)，其特征还在于具有控制端子(60G)、第一载流端子(60S)和第二载流端子(60D)的第三晶体管(60)，所述第三晶体管(60)的所述第一载流端子(60S)耦接到所述第一晶体管(32)的所述第一载流端子(32D)。
4.根据权利要求3所述的旁路充电电路(30)，其中，所述第一晶体管(32)的所述控制端子(32G)耦接到所述第二晶体管(34)的所述控制端子(34G)。
5.根据权利要求4所述的旁路充电电路(30)，其特征还在于具有第一输入端(40IO1)、第二输入端(40I2)、第一输出端(40O1)、第二输出端(40O3)和第三输出端(40O4)的控制电路(40)，其中所述控制电路(40)的所述第一输出端(40O1)耦接到所述第一晶体管(32)和所述第二晶体管(34)的所述控制端子(32G、34G)，所述控制电路(40)的所述第二输出端(40O3)耦接到所述第一开关(35)的所述控制端子(35C)，并且所述控制电路(40)的所述第三输出端(40O4)耦接到所述第三晶体管(60)的所述控制端子(60G)。
6.根据权利要求5所述的旁路充电电路(30)，其特征还在于具有阳极(62A)和阴极(62C)的二极管(62)，所述二极管(62)的所述阳极(62A)耦接到所述第三晶体管(60)的所述第一载流端子(60S)，并且所述二极管(62)的所述阴极(62C)耦接到所述第三晶体管(60)的所述第二载流端子(60D)。
7.根据权利要求2所述的旁路充电电路(30)，其特征还在于具有第一输入端(40IO1)、第二输入端(40I2)、第一输出端(40O2)、第二输出端(40O3)和第三输出端(40O5)的控制电路(40)，其中所述控制电路(40)的所述第一输出端(40O2)耦接到所述第一晶体管(32)的所述控制端子(32G)，所述控制电路(40)的所述第二输出端(40O3)耦接到所述第一开关(35)的所述控制端子(35C)，所述控制电路(40)的所述第三输出端(40O5)耦接到所述第二晶体管(34)的所述控制端子(34G)，并且所述比较器(37)的所述输出端耦接到所述控制电路(40)的所述第二输入端(40I2)。
8.根据权利要求7所述的旁路充电电路(30)，其中，所述控制电路(40)的所述第一输入端(40IO1)是输入/输出端子。
9.根据权利要求1所述的旁路充电电路(30)，其特征还在于：
具有阳极(36A)和阴极(36C)的第一二极管(36)，所述第一二极管(36)的所述阳极(36A)耦接到所述第一晶体管(32)的所述第二载流端子(32S)，并且所述第一二极管(36)的所述阴极(36C)耦接到所述第一晶体管(32)的所述第一载流端子(32D)；以及
具有阳极(38A)和阴极(38C)的第二二极管(38)，所述第二二极管(38)的所述阳极(38A)耦接到所述第二晶体管(34)的所述第一载流端子(34S)，并且所述第二二极管(38)的所述阴极(38C)耦接到所述第二晶体管(34)的所述第二载流端子(34D)。
10.根据权利要求1所述的旁路充电电路(30)，其中所述第二晶体管(34)的所述第二载流端子(34D)被配置为耦接到电池。
11.一种用于检测旁路充电电路(30)故障的方法，其特征在于：
提供包括第一晶体管(32)和第二晶体管(34)的旁路充电晶体管，所述第一晶体管(32)和第二晶体管(34)中的每个晶体管具有控制端子(32G、34G)、第一载流端子(32D、34S)和第二载流端子(32S、34D)，所述第二晶体管(34)的所述第一载流端子(34S)直接耦接到所述第一晶体管(32)的所述第二载流端子(32S)以形成在所述第一晶体管(32)和第二晶体管(34)之间的第一节点(43)，
响应于开关(35)的闭合而将由旁路充电晶体管(32、34)形成的第一节点(43)耦接到比较器(37)的第一输入端，其中比较器(37)和开关(35)形成故障检测部分的一部分；
响应于所述开关(35)的闭合而在所述比较器(37)的所述第一输入端处生成第一电压(VC)；
将所述第一电压与参考电压(VFAIL)进行比较；以及
响应于将所述第一电压(VC)与所述参考电压(VFAIL)进行比较，生成状态指示信号(VIND)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述比较器(37)的所述第一输入端处生成所述第一电压(VC)包括响应于流经电阻器(39)的电流生成所述第一电压(VC)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述状态指示信号(VIND)包括响应于所述第一电压(VC)大于所述参考电压(VFAIL)，生成所述状态指示信号(VIND)以指示所述旁路充电电路(30)的故障。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述状态指示信号(VIND)包括响应于所述第一电压(VC)小于所述参考电压(VFAIL)，生成所述状态指示信号(VIND)以指示所述旁路充电电路(30)处于为电池充电的状态下。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征还在于，响应于指示所述旁路充电电路(30)故障的所述状态指示信号(VIND)而打开所述开关(35)。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征还在于，响应于指示所述旁路充电电路(30)故障的所述状态指示信号(VIND)而断开所述旁路充电电路(30)与信号源的电连接。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，断开所述旁路充电电路(30)与所述信号源的电连接包括生成控制信号以关断所述旁路充电电路(30)与所述信号源之间的晶体管(60)。
18.一种用于检测旁路充电电路(30)故障的方法，其特征在于：
提供第一晶体管(32)和第二晶体管(34)，所述第一晶体管(32)和第二晶体管(34)中的每个晶体管均具有控制端子、第一载流端子和第二载流端子，所述第二晶体管(34)的所述第一载流端子耦接到所述第一晶体管(32)的所述第二载流端子以形成第一节点(43)；
响应于控制信号以闭合第一开关(35)，其中闭合所述第一开关(35)将所述第一节点(43)耦接到比较器(37)的输入端；
在所述比较器(37)的第一输入端处生成第一电压(VC)；
将所述比较器(37)的所述第一输入端处的所述第一电压(VC)与所述比较器(37)的第二输入端处的第二电压(VFAIL)进行比较；
响应于将所述第一电压(VC)与所述第二电压(VFAIL)进行比较，在所述比较器(37)的输出端处生成比较电压(VIND)；以及
使用所述比较电压(VIND)来确定所述旁路充电电路(30)是否已发生故障。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征还在于，响应于指示所述旁路充电电路(30)已故障的所述比较电压(VIND)，关断耦接到所述第一晶体管(32)的所述第一载流端子的第三晶体管(60)。
20.根据权利要求18所述的方法，其中生成所述第一电压(VC)还包括关断所述第一晶体管(32)和所述第二晶体管(34)。
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