CN107979140B - 半压电路、半压电路的保护方法及装置 - Google Patents

半压电路、半压电路的保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种半压电路、半压电路的保护方法及装置，以解决现有技术中无法在半压电路工作时对电路进行保护的问题，该半压电路包括：输入端、多个并联的电容、由第一NMOS管和第三NMOS管组成的第一NMOS开关对、由第二NMOS管和第四NMOS管组成的第二NMOS开关对及输出端；其中，第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极连接，第二NMOS管的源极与第三NMOS管的漏极连接，第三NMOS管的源极和第四NMOS管的漏极连接；多个并联的电容的一端连接至第一NMOS开关管的源极，另一端连接至第三NMOS管的源极；以及电阻，电阻的一端与电容串联、另一端连接至地。该技术方案能够实现保护半压电路的效果，有效规避电容失效时继续工作导致的风险。

Description

半压电路、半压电路的保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种半压电路、半压电路的保护方法及装置。
背景技术
目前，移动终端采用一种新的电路结构——半压电路实现高压快充。由于半压电路结构结合了传统高压充电方案中提高充电通路电压、减小线路上电流及功率损耗的优点、以及低压直充方案中手机端和充电器双向通信提高充电安全度的优点，因此可以高效率地实现大电流充电。且还具有设计难度低、温升低、易于实现等优点。但是，由于目前的充电方案中对半压电路的应用尚不成熟，因此还存在一些问题有待研究确决。
图1所示为最基础的半压电路原理框图，在半压电路中，半压器件内部的单个模块采用4个NMOS管做开关，其中，每两个NMOS管为一对开关。如图1所示，Q1和Q3这两个NMOS管为一对开关，Q2和Q4这两个NMOS管为一对开关。输入端电压为Vi，输出端电压为Vo，电容Cfly(由C1、C2、C3、C4组成)两端的电压为Vcfly。该半压电路的具体工作过程如下：
半压电路通过控制每一对开关的占空比分别为50％，以实现Vo＝Vi/2。具体的，在前半个工作周期内，控制Q1和Q3这两个NMOS管处于导通状态，同时控制Q2和Q4这两个NMOS管处于截止状态，此时输入端电压Vi给电容Cfly充电，Vi＝Vcfly+Vo；在后半个工作周期内，控制Q2和Q4这两个NMOS管处于导通状态，同时控制Q1和Q3这两个NMOS管处于截止状态，此时电容Cfly与输出导热Cout形成并联，电容Cfly放电，电压Vcfly＝Vo；
可见，在整个半压电路工作中，通过控制NMOS管的导通/截止状态对电容Cfly进行充电或放电，从而实现电压减半、电流增倍的功能。在半压电路中，电容Cfly的有效容值与整个半压电路的效率直接相关，在常见的应用设计中，通常采用如图1所示的多个电容并联的方式组成电容Cfly组。
而在上述半压电路的工作过程中，电容Cfly组由于电应力和机械应力的风险可能会出现某个或某几个电容短路的失效场景，当电容Cfly组中某个或某几个电容发生短路时，会导致整个电容Cfly组失效，在前半个工作周期内(Q1和Q3这两个NMOS管导通)，失效的电容Cfly组失去储能功能，Vi通过短路电容直接连接到Vo端。在这类场景下，半压电路的功能可能正常，但性能上必然会有所下降，导致充电效果降低。对于这类失效场景，目前还没有较好的方案可以检测出来，并对长期应用可能产生的风险进行有效规避。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种半压电路、半压电路的保护方法及装置，以解决现有技术中无法在半压电路工作时对电路进行保护的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种半压电路，包括：
输入端、多个并联的电容、由第一NMOS管和第三NMOS管组成的第一NMOS开关对、由第二NMOS管和第四NMOS管组成的第二NMOS开关对及输出端；其中，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的源极与所述第三NMOS管的漏极连接，所述第三NMOS管的源极和所述第四NMOS管的漏极连接；所述多个并联的电容的一端连接至所述第一NMOS管的源极，另一端连接至所述第三NMOS管的源极；以及，
电阻，所述电阻的一端与所述电容串联、另一端连接至地。
第二方面，本发明实施例还提供了一种半压电路的保护方法，应用于第一方面所述的半压电路，包括：
当检测到所述半压电路进入充电状态时，控制所述输入端的电源为所述电容充电，同时对充电时间进行计时；
当计时时长达到预设时长时，获取所述电阻两端的电压值，所述预设时长小于或等于所述第一NMOS开关对的导通时长；
若所述电压值超过预设电压阈值，则控制所述电源停止为所述电容充电。
第三方面，本发明实施例还提供了一种半压电路的保护装置，应用于第一方面所述的半压电路，该装置包括：
第一控制模块，用于当检测到所述半压电路进入充电状态时，控制所述输入端的电源为所述电容充电，同时对充电时间进行计时；
获取模块，用于当计时时长达到预设时间时，获取所述电阻两端的电压值；
第二控制模块，用于若所述电压值超过预设电压阈值，则控制所述电源停止为所述电容充电。
在本发明实施例中，通过在半压电路的电容上串联电阻元件，使得电容与电阻之间构成了微分电路，从而能够在半压电路进入充电状态时，通过获取微分电路中电阻两端的电压值来检测电容是否失效，以及在电阻两端的电压值超过预设电压阈值时认为电容失效，并控制电源停止为电容充电。因此，该技术方案不仅能有效检测出半压电路的电容是否失效，且还能在电容失效时及时切断半压电路的工作，从而起到保护半压电路的效果，有效规避电容失效时继续工作导致的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中一种半压电路的电路图。
图2是本发明的一个实施例中一种半压电路的电路图。
图3是本发明的一个实施例中一种半压电路中由电阻和电容组成的微分电路的等效电路图。
图4是本发明图3所示微分电路中电阻两端电压的示意性波形图。
图5是本发明的一个实施例中一种半压电路的保护方法的示意性流程图。
图6是本发明的另一个实施例中一种半压电路的电路图。
图7是本发明的另一个实施例中一种半压电路的保护方法的示意性流程图。
图8是本发明的一个实施例中一种半压电路的保护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2是本发明的一个实施例中一种半压电路的电路图。如图2所示，该半压电路包括输入端Vi、四个并联的电容C1、C2、C3、C4、由第一NMOS管Q1和第三NMOS管Q3组成的第一NMOS开关对、由第二NMOS管Q2和第四NMOS管Q4组成的第二NMOS开关对、输出端Vo以及电阻R。其中，第一NMOS管Q1的源极与第二NMOS管Q2的漏极连接，第二NMOS管Q2的源极与第三NMOS管Q3的漏极连接，第三NMOS管Q3的源极和第四NMOS管Q4的漏极连接；四个并联的电容C1、C2、C3、C4电容组成了电容组Cfly，实际应用中并不限定电容组Cfly中并联的电容数目。电容组Cfly的一端连接至第一NMOS管Q1的源极、另一端连接至第三NMOS管Q3的源极。电阻R的一端与电容组Cfly串联、另一端连接至地。
由图2所示电路图可看出，电阻R与电容组Cfly构成了一个微分电路。为表述简便，以电压C表示电容组Cfly，那么，电阻R与电容组Cfly构成的微分电路可等效于图3所示的电路图。在图3中，输入端电压为Vi，电阻R两端的电压为Vo。
在微分电路工作时，输入端电压Vi会经过电容C到达电阻R，在电阻R两端形成输出电压Vo，且电阻R两端的电压Vo对应的波形如图4所示。由图4可看出，电阻R两端的电压Vo在正常工作状态下随时间t的变化成递减趋势，且在t1时刻，电阻R两端的电压为Vo1。由此可得出，只要图2所示的半压电路中的电阻R在t1时刻的电压值不超过Vo1，即可认为半压电路处于正常工作状态。
图5是本发明的一个实施例中一种半压电路的保护方法的示意性流程图。如图5所示，该方法可应用于图2所示的半压电路中，包括以下步骤：
S501，当检测到半压电路进入充电状态时，控制输入端的电源为电容充电，同时对充电时间进行计时。
该步骤中，当半压电路进入充电状态时，半压电路处于前半个工作周期内，即，图2所示半压电路中的第一NMOS开关对Q1和Q3处于导通状态，且第二NMOS开关对Q2和Q4处于截止状态。
此外，可利用半压电路所在移动终端内部的计时器对充电时间进行计时，也可利用半压电路自带的计时器对充电时间进行计时。
S502，当计时时长达到预设时长时，获取电阻两端的电压值。
其中，预设时长小于或等于第一NMOS开关对的导通时长。本实施例中，将预设时长设置为小于或等于第一NMOS开关对的导通时长的原因在于：第一NMOS开关对处于导通状态时，半压电路处于充电状态，而在半压电路的充电状态下对电阻两端的电压值进行检测，可实现在电容放电之前即可检测出电容是否失效的目的，从而有效规避电容失效时继续充电导致的风险。
S503，若电压值超过预设电压阈值，则控制电源停止为电容充电。
其中，预设电压阈值与预设时长之间满足由电容C和电阻R组成的微分电路(如图3所示)的微分方程，该微分方程如下述公式(1)所示：
Figure BDA0001522353570000051
其中，Vo(t)表示电阻R在计时时长为t时两端的电压值，R为电阻R的电阻值(已知)，C为电容C的电容值(已知)，Vi为输入端电压。因此，当预设时长设定为ti时，预设电压阈值可设定为Vo(ti)，且ti与Vo(ti)满足公式(1)。
可见，在本发明实施例中，通过在半压电路的电容上串联电阻元件，使得电容与电阻之间构成了微分电路，从而能够在半压电路进入充电状态时，通过获取微分电路中电阻两端的电压值来检测电容是否失效，以及在电阻两端的电压值超过预设电压阈值时认为电容失效，并控制电源停止为电容充电。因此，该技术方案不仅能有效检测出半压电路的电容是否失效，且还能在电容失效时及时切断半压电路的工作，从而起到保护半压电路的效果，有效规避电容失效时继续工作导致的风险。
图6是本发明的另一个实施例中一种半压电路的电路图。相较于图2所示的半压电路而言，图6所示的半压电路中，还包括电子开关K，该电子开关K串联于电阻R和电容组Cfly之间。
基于图6所示的半压电路，在执行图5所示的半压电路的保护方法时，可在检测到半压电路进入充电状态时，控制输入端的电源为电容组Cfly充电，同时控制电子开关K闭合，以使输入端电压Vi能够经电容组Cfly到达电阻R。
在一个实施例中，若对充电时间的计时时长达到预设时长时，电阻R两端的电压值未超过预设电压阈值，则确定电容组Cfly中的电容未出现短路现象，此时可控制电子开关K断开，即无需再通过电阻R两端的电压值来检测半压电路是否能够稳定工作。
在一个实施例中，若在第二NMOS开关对由断开状态(即NMOS管处于截止状态)切换至导通状态之前，电阻R两端的电压值始终未超过预设电压阈值，则在第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态时，控制电子开关K断开。
本实施例中，第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态时，相当于半压电路进入了后半个工作周期，即电容组Cfly开始放电。该工作周期内由于已无需对电容是否短路进行检测，因此控制电子开关K断开能够避免电阻R的分压现象，进而避免电阻R的分压现象对半压电路的工作性能的影响。
图7是本发明的另一个实施例中一种半压电路的保护方法的示意性流程图。如图7所示，该方法应用于如图6所示的半压电路中，包括以下步骤：
S701，当检测到半压电路进入充电状态时，控制输入端的电源为电容组Cfly充电，同时控制电子开关K闭合。
S702，在电子开关K闭合的同时，对输入端电源为电容组Cfly的充电时间进行计时。
S703，当计时时长达到预设时长时，读取电阻R两端的电压值。
其中，预设时长小于或等于第一NMOS开关对Q1、Q3的导通时长。
S704，判断电阻R两端的电压值是否小于或等于预设电压阈值；若是，则执行S705；若否，则执行S706。
其中，预设电压阈值与预设时长之间满足公式(1)所示的微分方程。
S705，控制电子开关K断开，半压电路正常工作。
S706，控制输入端的电源停止为电阻组Cfly充电，半压电路停止工作。
此外，为了更加准确地检测电容组Cfly内部的电容是否短路，可设定多个预设时长，并在多个预设时长时分别检测电阻R两端的电压值是否超过预设电压阈值，从而确保准确无误的检测结果。
本实施例中，通过在半压电路的电容上串联电阻元件，使得电容与电阻之间构成了微分电路，从而能够在半压电路进入充电状态时，通过获取微分电路中电阻两端的电压值来检测电容是否失效，以及在电阻两端的电压值超过预设电压阈值时认为电容失效，并控制电源停止为电容充电。因此，该技术方案不仅能有效检测出半压电路的电容是否失效，且还能在电容失效时及时切断半压电路的工作，从而起到保护半压电路的效果，有效规避电容失效时继续工作导致的风险。此外，该技术方案还能够在电阻两端的电压值未超过预设电压阈值时控制电子开关断开，从而避免电阻R的分压现象，进而避免电阻R的分压现象对半压电路的工作性能的影响。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
图8是本发明的一个实施例中一种半压电路的保护装置的结构示意图。请参考图8，一种半压电路的保护装置可包括：
第一控制模块810，用于当检测到半压电路进入充电状态时，控制输入端的电源为电容充电，同时对充电时间进行计时；
获取模块820，用于当计时时长达到预设时间时，获取电阻两端的电压值；
第二控制模块830，用于若电压值超过预设电压阈值，则控制电源停止为电容充电。
在一个实施例中，预设电压阈值与预设时长之间满足由电容和电阻组成的微分电路的微分方程。
在一个实施例中，上述装置还包括：
第三控制模块，用于对充电时间进行计时之前，控制电子开关闭合。
在一个实施例中，上述装置还包括：
第四控制模块，用于若电压值未超过预设电压阈值，则控制电子开关断开。
在一个实施例中，上述装置还包括：
第五控制模块，用于若在第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态之前，电压值始终未超过预设电压阈值，则在第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态时，控制电子开关断开。
本发明实施例提供的半压电路的保护装置能够实现上述方法实施例中半压电路的保护方法实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
本实施例中，通过在半压电路的电容上串联电阻元件，使得电容与电阻之间构成了微分电路，从而能够在半压电路进入充电状态时，通过获取微分电路中电阻两端的电压值来检测电容是否失效，以及在电阻两端的电压值超过预设电压阈值时认为电容失效，并控制电源停止为电容充电。因此，该技术方案不仅能有效检测出半压电路的电容是否失效，且还能在电容失效时及时切断半压电路的工作，从而起到保护半压电路的效果，有效规避电容失效时继续工作导致的风险。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种半压电路的保护方法，应用于半压电路，所述半压电路，包括：输入端、多个并联的电容、由第一NMOS管和第三NMOS管组成的第一NMOS开关对、由第二NMOS管和第四NMOS管组成的第二NMOS开关对及输出端；其中，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的源极与所述第三NMOS管的漏极连接，所述第三NMOS管的源极和所述第四NMOS管的漏极连接；所述多个并联的电容的一端连接至所述第一NMOS管的源极，另一端连接至所述第三NMOS管的源极；以及，电子开关，串联于电阻与所述电容之间，所述电阻的另一端连接至地，其特征在于，所述保护方法包括：
当检测到所述半压电路进入充电状态时，控制所述输入端的电源为所述电容充电，同时对充电时间进行计时；
当计时时长达到预设时长时，获取所述电阻两端的电压值，所述预设时长小于或等于所述第一NMOS开关对的导通时长；
若所述电压值超过预设电压阈值，则控制所述电源停止为所述电容充电；
在所述对充电时间进行计时之前，控制所述电子开关闭合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设电压阈值与所述预设时长之间满足由所述电容和所述电阻组成的微分电路的微分方程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述电压值未超过所述预设电压阈值，则控制所述电子开关断开。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若在所述第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态之前，所述电压值始终未超过所述预设电压阈值，则在所述第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态时，控制所述电子开关断开。
5.一种半压电路的保护装置，其特征在于，应用于半压电路，所述半压电路，包括：输入端、多个并联的电容、由第一NMOS管和第三NMOS管组成的第一NMOS开关对、由第二NMOS管和第四NMOS管组成的第二NMOS开关对及输出端；其中，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的源极与所述第三NMOS管的漏极连接，所述第三NMOS管的源极和所述第四NMOS管的漏极连接；所述多个并联的电容的一端连接至所述第一NMOS管的源极，另一端连接至所述第三NMOS管的源极；以及，电子开关，串联于电阻与所述电容之间，所述电阻的另一端连接至地，其特征在于，所述保护装置包括：
第一控制模块，用于当检测到所述半压电路进入充电状态时，控制所述输入端的电源为所述电容充电，同时对充电时间进行计时；
获取模块，用于当计时时长达到预设时长时，获取所述电阻两端的电压值；
第二控制模块，用于若所述电压值超过预设电压阈值，则控制所述电源停止为所述电容充电；
第三控制模块，用于所述对充电时间进行计时之前，控制所述电子开关闭合。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设电压阈值与所述预设时长之间满足由所述电容和所述电阻组成的微分电路的微分方程。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第四控制模块，用于若所述电压值未超过所述预设电压阈值，则控制所述电子开关断开。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第五控制模块，用于若在所述第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态之前，所述电压值始终未超过所述预设电压阈值，则在所述第二NMOS开关对由断开状态切换至导通状态时，控制所述电子开关断开。
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