CN110571758A - Usb接口保护电路、方法、适配器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种USB接口保护电路、方法、适配器和电子设备，包括第一温度采集模块、第二温度采集模块、处理模块和开关模块；第一温度采集模块贴近USB接口设置，用于采集USB接口的温度信息，并将USB接口的温度信息作为第一温度信息传输至处理模块；第二温度采集模块用于采集环境温度信息，并将环境温度信息作为第二温度信息传输至处理模块；处理模块分别与第一温度采集模块、第二温度采集模块连接，用于根据第一温度信息和第二温度信息输出控制信号；开关模块与处理模块连接，用于根据控制信号控制供电路径的通断。通过第一温度信息和第二温度信息共同控制供电路径的通断，可以在USB接口温度较高时准确及时地保护USB接口，有效防止USB接口烧毁。

Description

USB接口保护电路、方法、适配器和电子设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种USB接口保护电路、方法、适配器和电子设备。

背景技术

目前移动设备中使用通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口作为充电和数据接口。USB接口一般包括电源引脚(VBUS)、两个数据引脚(D+、D-)以及一个接地引脚GND。由于USB接口结构原因导致长期使用过程中接口脏污进液，此时如果接入适配器，USB接口VBUS和GND之间会形成微短路，引起USB接口发热烧毁。

为解决上述问题，目前多数厂家在USB线端增加防护措施。如：靠近USB接口供电网络串接正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)元件，其中，正温度系数元件的电阻随着正温度系数元件的温度升高而增大。因此，当通过正温度系数元件的电流增大至高于设定温度时，正温度系数元件可能会变热，进而使正温度系数元件的电阻增大且大幅降低或抑制流经通用USB接口电流的流量。

但是，VBUS串接PTC方案存在的问题是：由于PTC内阻较大，过大电流时发热严重，容易误触发，而且PTC材料会随触发次数的增加阻抗也会逐渐增大，最终失效，从而无法有效解决设备USB接口烧毁的问题。

发明内容

本申请提供一种USB接口保护电路、方法、适配器和电子设备，可以快速有效地解决设备USB接口烧毁的问题。

一种USB接口保护电路，所述保护电路包括第一温度采集模块、第二温度采集模块、处理模块和开关模块；其中，

所述第一温度采集模块贴近所述USB接口设置，用于采集所述USB接口的温度信息，并将所述USB接口的温度信息作为第一温度信息传输至所述处理模块；

所述第二温度采集模块用于采集环境温度信息，并将所述环境温度信息作为第二温度信息传输至所述处理模块；

所述处理模块分别与所述第一温度采集模块、所述第二温度采集模块连接，用于根据所述第一温度信息和所述第二温度信息输出控制信号；

所述开关模块与所述处理模块连接，用于根据所述控制信号控制供电路径的通断。

在其中一个实施例中，所述保护电路还包括电源模块，所述第一温度采集模块包括串联的第一温度采集单元和第一电阻；所述第二温度采集模块包括串联的第二温度采集单元和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻连接；所述电源模块与所述第一电阻、所述第二电阻的连接点连接；

所述处理模块分别与所述第一温度采集单元和所述第一电阻的公共端以及第二温度采集单元和所述第二电阻的公共端连接。

在其中一个实施例中，所述处理模块包括：

第一模拟数字转换器，所述第一模拟数字转换器的一端与所述第一温度采集单元和第一电阻的公共端连接，用于获取所述第一温度信息，并将所述第一温度信息转换为数字量的第一温度值；

第二模拟数字转换器，所述第二模拟数字转换器的一端与所述第二温度采集单元和第二电阻的公共端连接，用于获取所述第二温度信息，并将所述第二温度信息转换为数字量的第二温度值；

控制器，所述控制器分别与所述第一模拟数字转换器和所述第二模拟数字转换器连接，用于根据所述第一温度值和所述第二温度值输出控制信号。

在其中一个实施例中，所述开关模块包括继电器控制电路，所述继电器控制电路包括控制端和触发端；

所述控制端与所述控制器连接，用于接收所述控制信号；所述触发端设置在所述供电路径，用于根据所述控制端的控制信号控制供电路径的通断。

在其中一个实施例中，所述环境温度信息为所述负载中电池的温度信息。

一种USB接口保护方法，所述方法包括：

采集所述USB接口的温度信息，并将所述USB接口的温度信息作为第一温度信息；

采集环境温度信息，并将所述环境温度信息作为第二温度信息；

根据所述第一温度信息和第二温度信息控制供电路径的通断。

在其中一个实施例中，根据所述第一温度信息和第二温度信息控制供电路径的通断包括：

将所述第一温度信息进行模数转换，得到第一温度值；

将所述第二温度信息进行模数转换，得到第二温度值；

根据所述第一温度值和第二温度值控制信号控制供电路径的通断。

在其中一个实施例中，根据所述第一温度值和第二温度值控制供电路径的通断包括：

若所述第一温度值大于第一阈值，则断开供电路径；

若所述第一温度值与第二温度值的差值大于第二阈值，则断开供电路径；

若所述第一温度值与所述第二温度值的差值大于第三阈值且小于第二阈值，且所述第一温度值的上升速度达到预设速度，则断开供电路径。

一种适配器，所述适配器包括USB接口上述的USB接口保护电路。

一种电子设备，所述电子设备包括USB接口和上述的USB接口保护电路。

本申请实施例提供的USB接口保护电路、方法、适配器和电子设备，所述USB接口保护电路包括第一温度采集模块、第二温度采集模块、处理模块和开关模块；其中，所述第一温度采集模块贴近所述USB接口设置，用于采集所述USB接口的温度信息，并将所述USB接口的温度信息作为第一温度信息传输至所述处理模块；所述第二温度采集模块用于采集环境温度信息，并将所述环境温度信息作为第二温度信息传输至所述处理模块；所述处理模块分别与所述第一温度采集模块、所述第二温度采集模块连接，用于根据所述第一温度信息和所述第二温度信息输出控制信号；所述开关模块与所述处理模块连接，用于根据所述控制信号控制供电路径的通断。通过第一温度采集模块采集的第一温度信息和第二温度采集模块采集的第二温度信息共同控制供电路径的通断，可以在USB接口温度较高时准确及时的对USB接口进行保护，有效的防止设备的USB接口烧毁。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例提供的USB接口保护电路的示意图；

图2为一实施例提供的USB接口保护电路的电路图；

图3为另一实施例提供的USB接口保护电路的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为一实施例提供的USB接口保护电路的示意图，图2为一实施例提供的USB接口保护电路的电路图。如图1所示，USB接口保护电路包括第一温度采集模块110、第二温度采集模块120、处理模块130和开关模块140。USB接口位于适配器和负载上，适配器通过USB接口与负载连接，用于给负载供电。负载可以理解为可以为移动终端、平板电脑、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、POS(Point of Sales，销售终端)、车载电脑、穿戴式设备等任意终端设备。

第一温度采集模块110贴近USB接口设置，用于采集USB接口的温度信息，并将USB接口的温度信息作为第一温度信息传输至处理模块130。

第一温度采集模块110贴近USB接口设置，例如可以将第一温度采集模块110与USB接口设置在同一块电路板上，且设置在USB接口的附近。第一温度采集模块110设置在USB接口的附近，可以更准确地反映USB接口的实际温度值，从而可以更加及时地对USB接口进行保护。

第二温度采集模块120用于采集环境温度信息，并将环境温度信息作为第二温度信息传输至处理模块130。

环境温度信息可以是USB接口所在的主板温度、负载的主机温度或负载的电池温度。当负载与适配器连接时，适配器通过USB连接器和负载之间形成供电路径。USB连接器由于存在接触电阻，电流流过时会存在轻微发热，但是接触电阻较小(10m欧姆级别)，正常充电过程USB接口温度和负载的电池温度相当，所以本实施例选取电池温度作为环境温度信息，用于作为USB接口的温度是否正常的标准。

参考图2，USB接口保护电路还包括电源模块150，第一温度采集模块110包括串联的第一温度采集单元RT_USB和第一电阻R1；第二温度采集模块120包括串联的第二温度采集单元RT_BAT和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2连接；电源模块150与第一电阻R1、第二电阻R2的连接点连接；处理模块130分别与第一温度采集单元RT_USB、第一电阻R1的公共端以及第二温度采集单元RT_BAT、第二电阻R2的公共端连接。

第一温度采集单元RT_USB的一端与第一电阻R1的一端连接，第一温度采集单元RT_USB的另一端接地，第一电阻R1的另一端与电源模块150连接，以使第一温度采集单元RT_USB和第一电阻R1组成分压电路。根据第一温度采集单元RT_USB的电压值可以得出USB接口的温度值。

第二温度采集单元RT_BAT的一端与第二电阻R2的一端连接，第二温度采集单元RT_BAT的另一端接地，第二电阻R2的另一端与电源模块150连接，以使第二温度采集单元RT_BAT和第二电阻R2组成分压电路。根据第二温度采集单元RT_BAT的电压值可以得出环境温度值，本实施例中为负载中电池的温度值。

第一温度采集单元RT_USB和第二温度采集单元RT_BAT可以是热敏电阻、模拟或数字输出的温度采集单元等，具体元器件本实施例不作限制，只要可以感测温度变化信息即可。本实施例中，第一温度采集单元RT_USB和第二温度采集单元RT_BAT均选用热敏电阻。

处理模块130分别与第一温度采集模块110、第二温度采集模块120连接，用于根据第一温度信息和第二温度信息输出控制信号。

处理模块130获取第一温度信息和第二温度信息，将第一温度信息进行模数转换，得到第一温度值；将第二温度信息进行模数转换，得到第二温度值；通过对第一温度值和第二温度值进行比较分析输出控制信号。

具体地，将第一温度值记为T1，将第二温度值记为T2。若第一温度值大于第一阈值，则输出断开供电路径的控制信号。

当检测到USB接口的温度高于第一阈值时，说明此时USB接口的温度过高，USB接口保护电路会立即断开供电路径，防止USB接口烧毁。第一阈值可以设置为60至70摄氏度。

若第一温度值与第二温度值的差值大于第二阈值，则则输出断开供电路径的控制信号。

当检测到USB接口的温度比电池温度的温度高于第二阈值时，即可判断当前USB接口出现异常，立即断开供电路径，防止USB接口烧毁。第二阈值可以设置为10至20摄氏度。

若第一温度值与第二温度值的差值大于第三阈值且小于第二阈值，且第一温度值的上升速度达到预设速度，则输出断开供电路径的控制信号。

当检测到USB接口的温度和电池温度的差值大于第三阈值且小于第二阈值时，进一步判断USB接口的温度的上升速度，若第一温度值的上升速度达到预设速度，则可判断当前USB接口出现异常，立即断开供电路径，防止USB接口烧毁。预设速度可以设置为每1秒上升3摄氏度。

当USB接口存在异物或者腐蚀短路情况下，VBUS和GND之间形成微短路情况，USB接口位置会迅速发热，引起USB接口烧毁。烧毁过程中USB接口温度急速升高，根据温度升高快慢可以在端口烧坏的起始阶段切断充电器供电，从而及时避免USB接口的烧毁。

开关模块140与处理模块130连接，用于根据控制信号控制供电路径的通断。

开关模块140在正常情况下导通供电路径，通过USB接口正常对负载进行供电。当接收处理模块130输出的断开供电路径的控制信号后，则断开供电路径，防止USB接口被烧毁。

本实施例提供的USB接口保护电路，通过第一温度采集模块110采集的第一温度信息和第二温度采集模块120采集的第二温度信息共同控制供电路径的通断。可以在USB接口温度较高时准确的判断出USB接口是否有烧毁或者烧毁趋势，从而可以在USB接口明显烧毁前切断供电路径，实现对USB接口的保护。

在其中一个实施例中，参考图2，处理模块130包括：第一模拟数字转换器USB TEMPADC、第二模拟数字转换器BAT TEMP ADC和控制器。

第一模拟数字转换器USB TEMP ADC的一端与第一温度采集单元RT_USB和第一电阻R1的公共端连接，用于获取第一温度信息，并将第一温度信息转换为数字量的第一温度值。

第二模拟数字转换器BAT TEMP ADC，第二模拟数字转换器BAT TEMP ADC的一端与第二温度采集单元RT_BAT、第二电阻R2的公共端连接，用于获取第二温度信息，并将第二温度信息转换为数字量的第二温度值。

控制器，控制器分别与第一模拟数字转换器USB TEMP ADC和第二模拟数字转换器BAT TEMP ADC连接，用于根据第一温度值和第二温度值输出控制信号。

可以理解的是，第一模拟数字转换器USB TEMP ADC和第二模拟数字转换器BATTEMP ADC可以集成在控制器中，或者直接采用一个应用处理器对第一温度信息和第二温度信息进行处理，以输出控制信号。

在其中一个实施例中，参考图2，开关模块140包括继电器控制电路，继电器控制电路包括控制端C和触发端K1；

控制端C与控制器连接，用于接收控制信号；

触发端K1设置在供电路径，用于根据控制端C的控制信号控制供电路径的通断。

可以理解的是，开关模块140可以采用数字开关、模拟开关、MOS开关等其他开关，本实施例中以继电器控制电路作为开关模块140进行说明并不对开关模块140的具体元件进行限定。

图3为一实施例提供的USB接口保护方法的流程图，如图3所示，USB接口保护方法包括步骤310至步骤330，其中：

步骤310，采集USB接口的温度信息，并将USB接口的温度信息作为第一温度信息。

步骤320，采集环境温度信息，并将环境温度信息作为第二温度信息。

步骤330，根据第一温度信息和第二温度信息控制供电路径的通断。

环境温度信息可以是负载的主板温度或电池温度。当负载与适配器连接时，适配器通过USB连接器和负载之间形成供电路径，USB连接器由于存在接触电阻，电流流过时会存在轻微发热，但是接触电阻较小(10m欧姆级别)，正常充电过程USB接口温度和负载的电池温度相当，所以本实施例选取电池温度作为环境温度信息，用于作为USB接口的温度是否正常的标准。

本实施例提供的USB接口保护方法，通过采集的第一温度信息和第二温度信息共同控制供电路径的通断。可以在USB接口温度较高时准确的判断出USB接口是否有烧毁或者烧毁趋势，从而可以在USB接口明显烧毁前切断供电路径，实现对USB接口的保护。

在其中一个实施例中，根据第一温度信息和第二温度信息控制供电路径的通断包括：

将第一温度信息进行模数转换，得到第一温度值；

将第二温度信息进行模数转换，得到第二温度值；

根据第一温度值和第二温度值控制信号控制供电路径的通断。

具体地，将第一温度值记为T1，将第二温度值记为T2。若第一温度值大于第一阈值，则断开供电路径。

当检测到USB接口的温度高于第一阈值时，说明此时USB接口的温度过高，立即断开供电路径，防止USB接口烧毁。第一阈值可以设置为60至70摄氏度。

若第一温度值与第二温度值的差值大于第二阈值，则断开供电路径。

当检测到USB接口的温度比电池温度的温度高于第二阈值时，即可判断当前USB接口出现异常，断开供电路径，防止USB接口烧毁。第二阈值可以设置为10至20摄氏度。

若第一温度值与第二温度值的差值大于第三阈值且小于第二阈值，且第一温度值的上升速度达到预设速度，则断开供电路径。

当检测到USB接口的温度和电池温度的差值大于第三阈值且小于第二阈值时，进一步判断USB接口的温度的上升速度，若第一温度值的上升速度达到预设速度，则可判断当前USB接口出现异常，断开供电路径，防止USB接口烧毁。预设速度可以设置为每1秒上升3摄氏度。

当USB接口存在异物或者腐蚀短路情况下，VBUS和GND之间形成微短路情况，USB接口位置会迅速发热，引起USB接口烧毁。烧毁过程中USB接口温度急速升高，根据温度升高快慢可以在端口烧坏的起始阶段切断充电器供电，从而及时避免USB接口的烧毁。

应该理解的是，虽然图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本申请还提供一种适配器，适配器包括USB接口和上述的USB接口保护电路。

本申请还提供一种电子设备，电子设备包括USB接口和上述的USB接口保护电路。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种USB接口保护电路，其特征在于，所述保护电路包括第一温度采集模块、第二温度采集模块、处理模块和开关模块；其中，

所述第一温度采集模块贴近所述USB接口设置，用于采集所述USB接口的温度信息，并将所述USB接口的温度信息作为第一温度信息传输至所述处理模块；

所述第二温度采集模块用于采集环境温度信息，并将所述环境温度信息作为第二温度信息传输至所述处理模块；

所述处理模块分别与所述第一温度采集模块、所述第二温度采集模块连接，用于根据所述第一温度信息和所述第二温度信息输出控制信号；

所述开关模块与所述处理模块连接，用于根据所述控制信号控制供电路径的通断。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括电源模块，所述第一温度采集模块包括串联的第一温度采集单元和第一电阻；所述第二温度采集模块包括串联的第二温度采集单元和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻连接；所述电源模块与所述第一电阻、所述第二电阻的连接点连接；

所述处理模块分别与所述第一温度采集单元和所述第一电阻的公共端以及第二温度采集单元和所述第二电阻的公共端连接。

3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述处理模块包括：

第一模拟数字转换器，所述第一模拟数字转换器的一端与所述第一温度采集单元和第一电阻的公共端连接，用于获取所述第一温度信息，并将所述第一温度信息转换为数字量的第一温度值；

第二模拟数字转换器，所述第二模拟数字转换器的一端与所述第二温度采集单元和第二电阻的公共端连接，用于获取所述第二温度信息，并将所述第二温度信息转换为数字量的第二温度值；

控制器，所述控制器分别与所述第一模拟数字转换器和所述第二模拟数字转换器连接，用于根据所述第一温度值和所述第二温度值输出控制信号。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述开关模块包括继电器控制电路，所述继电器控制电路包括控制端和触发端；

所述控制端与所述控制器连接，用于接收所述控制信号；所述触发端设置在所述供电路径，用于根据所述控制端的控制信号控制供电路径的通断。

5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述环境温度信息为负载中电池的温度信息。

6.一种USB接口保护方法，其特征在于，所述方法包括：

采集所述USB接口的温度信息，并将所述USB接口的温度信息作为第一温度信息；

采集环境温度信息，并将所述环境温度信息作为第二温度信息；

根据所述第一温度信息和第二温度信息控制供电路径的通断。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述第一温度信息和第二温度信息控制供电路径的通断包括：

将所述第一温度信息进行模数转换，得到第一温度值；

将所述第二温度信息进行模数转换，得到第二温度值；

根据所述第一温度值和第二温度值控制信号控制供电路径的通断。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述第一温度值和第二温度值控制供电路径的通断包括：

若所述第一温度值大于第一阈值，则断开供电路径；

若所述第一温度值与第二温度值的差值大于第二阈值，则断开供电路径；

若所述第一温度值与所述第二温度值的差值大于第三阈值且小于第二阈值，且所述第一温度值的上升速度达到预设速度，则断开供电路径。

9.一种适配器，其特征在于，所述适配器包括USB接口和权利要求1-5任一项所述的USB接口保护电路。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括USB接口和权利要求1-5任一项所述的USB接口保护电路。