CN112986803A - 一种故障检测电路与方法、电源适配器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种故障检测电路与方法、电源适配器及电子设备,故障检测电路包括第一比较单元、第二比较单元、阻抗单元与数字控制单元,第一比较单元用于基于采样电阻两端的电压输出第一判断信号至数字控制单元,第二比较单元用于基于阻抗单元两端的电压输出第二判断信号至数字控制单元,或,第二比较单元分别与数字控制单元以及采样电阻与阻抗单元串联后的电路连接,第二比较单元用于基于采样电阻与阻抗单元串联后的电路两端的电压输出第二判断信号至数字控制单元,数字控制单元用于基于第一判断信号以及第二判断信号确定采样电阻的工作状态。通过上述方式,能够在采样电阻失效的情况下,提高过流保护的精度。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域,特别是涉及一种故障检测电路与方法、电源适配器及电子设备。
背景技术
在常见的USB-PD的电源适配器中,通常包括原边电路与副边电路,其中,在原边电路与副边电路均设置有采样电阻,用于采集原边或副边的电流信号以实现过流保护的功能。
在现有技术中,如果副边上的采样电阻短路,则需要通过原边上的电阻实现过流保护。
然而,而原边上的采样电阻采集的是原边的电流,并不是电源适配器的输出电流,该电流信息跟电源适配器的输出电流也没有直接对应的比例关系,仅受交流输入电压和输出电压的变化而变化。所以原边上的采样电阻实现的过流保护的精度较低。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种故障检测电路与方法、电源适配器及电子设备,能够在采样电阻失效的情况下,提高过流保护的精度。
为实现上述目的,第一方面,本发明提供一种故障检测电路,包括:
第一比较单元、第二比较单元、阻抗单元与数字控制单元;
所述第一比较单元分别与采样电阻以及数字控制单元连接,所述第一比较单元用于基于所述采样电阻两端的电压输出第一判断信号至所述数字控制单元;
所述第二比较单元分别与所述数字控制单元以及阻抗单元连接,且所述阻抗单元与所述采样电阻串联连接,所述第二比较单元用于基于所述阻抗单元两端的电压输出第二判断信号至所述数字控制单元,或,所述第二比较单元分别与所述数字控制单元以及所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路连接,所述第二比较单元用于基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压输出第二判断信号至所述数字控制单元;
所述数字控制单元用于基于所述第一判断信号以及所述第二判断信号确定所述采样电阻的工作状态。
在一种可选的方式中,应用于USB-PD电源适配器系统,所述USB-PD电源适配器系统包括采样电阻、第一放大器,变压器、第一开关管与USB接口,所述采样电阻的第一端与所述第一放大器的同相输入端以及所述变压器的副边的第二端连接,所述采样电阻的第二端与所述第一放大器的反相输入端以及所述USB接口的地连接,所述第一开关管的第一端与所述USB接口的电源管脚连接,所述第一开关管的第二端与所述变压器的副边的第一端连接,所述故障检测电路包括:
所述第一比较单元包括第一比较器;
所述第一比较器的同相输入端与所述第一放大器的输出端连接,所述第一比较器的反相输入端连接第一参考电压,所述第一比较器的输出端与所述数字控制单元连接。
在一种可选的方式中,所述第二比较单元的第一输入端与所述第一开关管的第二端连接,所述第二比较单元的第二输入端与所述第一开关管的第一端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述第一开关管为所述阻抗单元。
在一种可选的方式中,所述故障检测电路还包括第一电阻;
所述第一电阻的第一端与所述采样电阻的第一端连接,所述采样电阻的第二端与所述第二比较单元的第一输入端以及所述USB接口的地连接,所述第二比较单元的第二输入端与所述采样电阻的第二端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述第一电阻为所述阻抗单元。
在一种可选的方式中,所述故障检测电路还包括第二电阻;
所述第二电阻的第一端与所述变压器的副边的第一端以及所述第二比较单元的第一输入端连接,所述第二电阻的第二端与所述第二比较单元的第二输入端以及第一开关管的第二端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述第二电阻为所述阻抗单元。
在一种可选的方式中,所述第二比较单元的第一输入端与所述USB接口的地连接,所述第二比较单元的第二输入端与所述采样电阻的第二端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述采样电阻的第一端与所述USB接口的地不重合,则所述USB-PD电源适配器系统上的所述采样电阻与所述USB接口的地之间的印刷电路板的阻抗为所述阻抗单元。
在一种可选的方式中,所述第二比较单元包括第二放大器与第二比较器;
所述第二放大器的同相输入端为所述第二比较单元的第一输入端,所述第二放大器的反相输入端为所述第二比较单元的第二输入端,所述第二放大器的输出端与所述第二比较器的同相输入端连接,所述第二比较器的反向输入端与第二参考电压连接,所述第二比较器的输出端为所述第二比较单元的输出端。
第二方面,本发明提供一种故障检测方法,包括:
获取采样电阻两端的电压,并基于所述采样电阻两端的电压获取第一判断信号;
获取与所述采样电阻串联的阻抗单元两端的电压,并基于所述阻抗单元两端的电压获取第二判断信号,或,获取所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压,并基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压获取第二判断信号;
基于所述第一判断信号以及所述第二判断信号确定所述采样电阻的工作状态。
在一种可选的方式中,所述采样电阻与第一放大器连接,且所述第一放大器与第一比较器连接,所述获取所述采样电阻两端的电压,并基于所述采样电阻两端的电压获取第一判断信号,包括:
通过所述第一放大器采集所述采样电阻两端的电压,并基于所述采样电阻两端的电压输出第一中间信号至所述第一比较器;
通过所述第一比较器输出第一判断信号。
在一种可选的方式中,所述阻抗单元与第二放大器连接,或所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路与所述第二放大器连接,且所述第二放大器与第二比较器连接,
所述获取与所述采样电阻串联的阻抗单元两端的电压,并基于所述阻抗单元两端的电压获取第二判断信号,或,获取与所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压,并基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压获取第二判断信号,包括:
通过第二放大器采集所述阻抗单元两端的电压,并基于所述阻抗单元两端的电压输出第二中间信号至所述第二比较器,
或,
通过第二放大器采集所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压,并基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压输出第二中间信号至所述第二比较器;
所述第二比较器用于基于所述第二中间信号输出第二判断信号。
第三方面,本发明提供一种电源适配器,所述电源适配器包括如上所述的故障检测电路。
第四方面,本发明提供一种电子设备,包括:
数字控制单元,所述数字控制单元包括:
至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的方法。
第五方面,本发明提供一种非易失性计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,当所述计算机可执行指令被电子设备执行时,使所述电子设备执行如上所述的方法。
本发明实施例的有益效果是:本发明提供的故障检测电路包括第一比较单元、第二比较单元、阻抗单元与数字控制单元,第一比较单元分别与采样电阻以及数字控制单元连接,第一比较单元用于基于采样电阻两端的电压输出第一判断信号至数字控制单元,第二比较单元分别与数字控制单元以及阻抗单元连接,且阻抗单元与采样电阻串联连接,第二比较单元用于基于阻抗单元两端的电压输出第二判断信号至数字控制单元,或,第二比较单元分别与数字控制单元以及采样电阻与阻抗单元串联后的电路连接,第二比较单元用于基于采样电阻与阻抗单元串联后的电路两端的电压输出第二判断信号至数字控制单元,其中,数字控制单元用于基于第一判断信号以及第二判断信号确定采样电阻的工作状态。通过上述方式,能够在采样电阻失效的情况下,提高过流保护的精度。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1为现有技术中的USB-PD电源适配器系统的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的故障检测电路的结构示意图;
图3为本发明另一实施例提供的故障检测电路的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的故障检测电路应用于USB-PD电源适配器系统的结构示意图;
图5为本发明另一实施例提供的故障检测电路应用于USB-PD电源适配器系统的结构示意图;
图6为本发明又一实施例提供的故障检测电路应用于USB-PD电源适配器系统的结构示意图;
图7为本发明又一实施例提供的故障检测电路应用于USB-PD电源适配器系统的结构示意图;
图8为本发明实施例提供的故障检测方法的流程图;
图9为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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,都属于本发明保护的范围。
请参照图1,图1为现有技术中的USB-PD电源适配器系统的结构示意图。如图1所示,现有技术中的USB-PD电源适配器系统包括整流桥D1、PWM控制器U11、光耦合器U12、原边主开关管Q2、变压器T1、USB-PD控制器、负载开关管Q1以及USB接口。
其中,PWM控制器U11位于变压器T1的原边侧,通过光耦合器U12接受USB-PD控制器的调压信号,控制原边主开关管Q2,并把整流桥D1整流后的电能量通过变压器T1从原边传递到副边。USB-PD控制器位于变压器T1副边侧,通过CC信号线与受电设备进行通信握手,同时采集输出的电流电压信号,形成调节光耦合器U12和控制负载开关管Q1的信号。光耦合器U12控制PWM控制器U11,调节输出电压,实现整个电源的闭环工作。USB接口连接电源适配器的受电设备,也就是电源的负载。受电设备通过CC信号线向USB PD控制器请求供电电压。
在实际应用中,PWM控制器U11通过RCS1电阻采集变压器T1原边的电流信号实现过流保护等功能。USB-PD控制器通过电阻RCS2采集电源适配器输出的电流信号,实现过流保护等功能。当负载从电源适配器抽取过大的电流时,PWM控制器U11和USB-PD芯片均能采集到过流信号。在单一故障(single fault)的情况下,例如电阻RCS1短路时,则USB-PD控制器可以通过对电阻RCS2进行采样以实现过流保护;又如电阻RCS2短路,则PWM控制器可以通过对电阻RCS2进行采样以实现过流保护。
然而,只有电阻RCS2才能真正采集到该电源适配器的输出电流。而电阻RCS1采集的电流是变压器T1原边的电流,并不是电源适配器的输出电流,且该电流信息跟电源适配器的输出电流也没有直接对应的比例关系,受交流输入电压和输出电压的变化而变化。所以电阻RCS1实现的过流保护精度低。在电源适配器功率较小的场合,过流保护精度低的问题不大,只要把过流电流限制在标准要求以内即可。但是如果电源适配器功率很大,输出电流很大,电阻RCS1的过流保护很容易导致过流保护规格超标。所以在大功率的电源适配器场合,必须采取额外的措施。
基于此,本申请提供一种故障检测电路,能够在单一故障的电阻RCS2短路情况下,电源适配器实现保护,从而在采样电阻失效的情况下,提高过流保护的精度。
请一并参阅图2与图3,故障检测电路10包括第一比较单元11、第二比较单元12、数字控制单元13与阻抗单元14,其中,第一比较单元11分别与采样电阻21以及数字控制单元22连接,第一比较单元11能够采集采样电阻21两端的电压,并根据采样电阻21两端的电压输出第一判断信号至数字控制单元22。
第二比较单元11可如图2所示,分别与数字控制单元13以及阻抗单元14连接,且阻抗单元14与采样电阻21串联连接。此时,第二比较单元12采集的是阻抗单元14两端的电压,并根据阻抗单元14两端的电压输出第二判断信号至数字控制单元22。
第二比较单元11也可如图3所示,分别与数字控制单元13以及采样电阻21与阻抗单元串联后的电路20连接。此时,第二比较单元12采集的是采样电阻21与阻抗单元串联后的电路20两端的电压输出第二判断信号至数字控制单元22。
其中,阻抗单元14代表能够对电流起到阻碍作用的电路元件,例如电阻、具有内阻的开关管或者是具有阻抗的印刷电路板等。
继而,数字控制单元22能够根据所接收到的第一判断信号与第二判断信号进行综合判断,以确定采样电阻的工作状态。采样电阻的工作状态包括正常工作状态与短路状态。
当采样电阻21处于正常工作状态时,采样电阻21的两端、阻抗单元14的两端、采样电阻21与阻抗单元14串联后的电路20的两端均存在电压降,此时,第一比较单元11与第二比较单元12的输入均为大于0的电压,则第一比较单元11与第二比较单元12可输出同为高电平的第一判断信号与第二判断信号至数字控制单元13。当采样电阻21处于短路状态时,采样电阻21的两端不存在电压降,阻抗单元22的两端电压存在电压降,所以采样电阻21与阻抗单元14串联后的电路20的两端也存在电压降,那么,此时第一比较单元11的输入电压为0,第二比较单元12的输入电压仍大于0,则第一比较单元11可输出低电平信号,同时第二比较单元12仍保持为高电平信号。综上,数字控制单元13若接收到的第一判断信号与第二判断信号相同,同为高电平,即说明采样电阻21处于正常工作状态,数字控制单元13无需采取任何操作;若接收到的第一判断信号为低电平,第二判断信号为高电平,则说明采样电阻21处于短路状态,数字控制单元13可采取对应的措施以起到过流保护的作用。
在一实施例中,如图4所示,将如图2所示的故障检测电路应用于应用于USB-PD电源适配器系统,由上述的内容可知,USB-PD电源适配器系统包括采样电阻RCS2、第一放大器U0,变压器T1、第一开关管Q1与USB接口,采样电阻RCS2的第一端与第一放大器U0的同相输入端以及变压器T1的副边的第二端连接,采样电阻RCS2的第二端与第一放大器U0的反相输入端以及USB接口的地GND连接,第一开关管Q1的第一端与USB接口的电源管脚VBUS连接,第一开关管Q1的第二端与变压器T1的副边的第一端连接。其中,采样电阻RCS2即对应图2或图3中的采样电阻21。
在本实施例中,第一比较单元101包括第一比较器U1,其中,第一比较器U1的同相输入端与第一放大器U0的输出端连接,第一比较器U1的反相输入端连接第一参考电压VREF1,第一比较器U1的输出端与数字控制单元U4连接。
可选地,第二比较单元102包括第二放大器U2与第二比较器U3,其中,第二放大器U2的同相输入端与USB-PD电源适配器系统的第一开关管Q1(即对应图1中的负载开关管Q1)的第二端连接,第二放大器U2的反相输入端与第一开关管Q1的第一端以及USB-PD电源适配器系统的电源输出端VBUS连接,第二放大器U2的输出端与第二比较器U3的同相输入端连接,第二比较器U3的反向输入端与第二参考电压VREF2连接,第二比较器U3的输出端与数字控制单元U4连接。其中,第二放大器U2的同相输入端为第二比较单元102的第一输入端,第二放大器U2的反相输入端为第二比较单元102的第二输入端,第二比较器U3的输出端为第二比较单元102的输出端。
可理解,第一参考电压VREF1与第二参考电压VREF2的具体数值可根据实际应用情况进行相应的设置,且第一参考电压VREF1与第二参考电压VREF2可以相同,也可以不同。
同时,第一开关管Q1可以为三极管、MOS管或IGBT开关管中的一种,并且,第一开关管Q1可以为P型开关管,也可以为N型开关管。以第一开关管Q1为N型的MOS管为例,MOS管的栅极为第一开关管Q1的控制端,MOS管的源极为第一开关管Q1的第一端,MOS管的漏极为第一开关管Q1的第二端。
具体地,以将第一参考电压VREF1与第二参考电压VREF2均设置大于0为例进行说明,例如0.5V。
在采样电阻RCS2未发生短路情况时,一方面,采样电阻RCS2两端的电压大于0,则第一放大器U0的输出电压大于0,此时,需要设置第一放大器U0的输出电压大于第一参考电压VREF1以保证在正常情况下第一比较器U1的输出第一判断信号V01为高电平。另一方面,由于负载开关管Q1内部有导通电阻,所以,负载开关管Q1两端的差分电压正比于USB-PD电源适配器系统的输出电流,此时,第二放大器U2的输入为负载开关管Q1两端的差分电压,第二放大器U2的输出大于0,且需设置第二放大器U2的输出电压大于第二参考电压VREF2,从而,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02也为高电平。
在采样电阻RCS2发生短路情况时,一方面,采样电阻RCS2两端的电压接近于0(采样电阻RCS2相当于一根连接线),则第一放大器U0的输出电压接近于0或者为0,此时,需要设置第一放大器U0的输出电压小于第一参考电压VREF1,则第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平。另一方面,由于负载开关管Q1处于正常工作状态,第二放大器U2的输入为负载开关管Q1两端的差分电压,第二放大器U2的输出仍大于0,且第二放大器U2的输出电压大于第二参考电压VREF2,从而,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02保持为高电平。
应理解,此时的第一开关管Q1即为阻抗单元,即对应图2或者图3中的阻抗单元14。
综上可知,当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01与第二比较器U3的输出的第二判断信号V02均为高电平时,采样电阻RCS2的工作状态为正常工作状态,即采样电阻RCS2未发生短路现象。当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平,且第二比较器U3的输出的第二判断信号V02为高电平时,采样电阻RCS2的工作状态为短路状态,即采样电阻RCS2发生短路现象。从而,数字控制单元U4通过接收到的第一判断信号V01与第二判断信号V02即能够确定采样电阻RCS2是否出现短路故障,同时,在采样电阻RCS2出现短路故障时,可及时触发保护措施,以关闭USB-PD电源适配器系统的输出(例如,控制负载开关管Q1断开),起到过流保护的作用,并且由于直接监控的是USB-PD电源适配器系统的输出电流,因此不会导致过流保护规格超标。
在一实施方式中,如图5所示,故障检测电路还包括第一电阻RCS3。其中,第一电阻RCS3的第一端与采样电阻RCS2的第一端以及第一放大器U0的同相输入端连接,第一电阻RCS3的第二端与第二放大器U2的同相输入端以及USB-PD电源适配器系统的USB接口的地连接,第二放大器U2的反向输入端与采样电阻RCS2的第二端连接,第二放大器U2的输出端与第二比较器U3的同相输入端连接,第二比较器U3的反向输入端与第二参考电压VREF2连接,第二比较器U3的输出端与数字控制单元U4连接。其中,第二放大器U2的同相输入端为第二比较单元102的第一输入端,第二放大器U2的反相输入端为第二比较单元102的第二输入端,第二比较器U3的输出端为第二比较单元102的输出端。
应理解,在图5所示的实施例中,第一比较器U1的具体实现过程与上述实施例相同,这里不再赘述。
同时,此时的第一电阻RCS3作为阻抗单元,即对应图2或者图3中的阻抗单元14。
在采样电阻RCS2未发生短路情况时,一方面,由上述的实施例可知,第一比较器U1的输出第一判断信号V01为高电平。另一方面,第二放大器U2采集的是采样电阻RCS2与第一电阻RCS3串联后的整体的两端的电压。此时,由于采样电阻RCS2与第一电阻RCS3上均存在电压降,则第二放大器U2的同相输入端所输入的电压大于第二放大器U2的反相输入端所输入的电压,第二放大器U2的输出电压大于第二参考电压VREF2,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02为高电平。
在采样电阻RCS2发生短路情况时,一方面,采样电阻RCS2两端的电压接近于0,第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平。另一方面,虽然采样电阻RCS2短路了,但第一电阻RCS3的电压降仍然存在,第二放大器U2的输入为第一电阻RCS3两端的差分电压,即第二放大器仍可以采集到输出电流的信息。因此,第二放大器U2的输出大于第二参考电压VREF2,即第二比较器U3的同相输入端电压大于反相输入端电压,从而,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02保持为高电平。
同样地,当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01与第二比较器U3的输出的第二判断信号V02均为高电平时,采样电阻RCS2未发生短路现象。当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平,且第二比较器U3的输出的第二判断信号V02为高电平时,采样电阻RCS2发生短路现象。继而,数字控制单元U4能够确定采样电阻RCS2是否出现短路故障,并在其出现短路故障时,及时触发保护措施,以关闭USB-PD电源适配器系统的输出,起到过流保护的作用。
可选地,如图6所示,故障检测电路还包括第二电阻RCS4,其中,第二电阻RCS4的第一端与USB-PD电源适配器系统的变压器T1的副边的异名端以及第二放大器U2的同相输入端连接,第二电阻RCS4的第二端与第二放大器U2的反相输入端以及USB-PD电源适配器系统的第一开关管Q1的第一端连接,第二放大器U2的输出端与第二比较器U3的同相输入端连接,第二比较器U3的反向输入端与第二参考电压VREF2连接,第二比较器U3的输出端与数字控制单元U4连接。其中,第二放大器U2的同相输入端为第二比较单元102的第一输入端,第二放大器U2的反相输入端为第二比较单元102的第二输入端,第二比较器U3的输出端为第二比较单元102的输出端。
可理解,在图6所示的实施例中,第一比较器U1的具体实现过程与上述实施例相同,这里不再赘述。
同时,此时的第二电阻RCS4作为阻抗单元,即对应图2或者图3中的阻抗单元14。
在采样电阻RCS2未发生短路情况时,一方面,由上述的实施例可知,第一比较器U1的输出第一判断信号V01为高电平。另一方面,第二放大器U2采集的是第二电阻RCS4两端的电压。此时,由于第一电阻RCS3上均存在电压降,则第二放大器U2的同相输入端所输入的电压大于第二放大器U2的反相输入端所输入的电压,第二放大器U2的输出电压大于第二参考电压VREF2,所以,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02为高电平。
在采样电阻RCS2发生短路情况时,一方面,采样电阻RCS2两端的电压接近于0,第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平。另一方面,虽然采样电阻RCS2短路了,但第二电阻RCS4存在电压降,第二放大器U2的输入为第二电阻RCS4两端的差分电压,即第二放大器可以采集到输出电流的信息。因此,第二放大器U2的输出大于第二参考电压VREF2,即第二比较器U3的同相输入端电压大于反相输入端电压,从而,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02保持为高电平。
同样地,当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01与第二比较器U3的输出的第二判断信号V02均为高电平时,采样电阻RCS2未发生短路现象。当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平,且第二比较器U3的输出的第二判断信号V02为高电平时,采样电阻RCS2发生短路现象。继而,数字控制单元U4能够确定采样电阻RCS2是否出现短路故障,并在其出现短路故障时,及时触发保护措施,以关闭USB-PD电源适配器系统的输出,起到过流保护的作用。
在另一实施例中,如图7所示,此时,第二放大器U2的同相输入端与USB-PD电源适配器系统的USB接口的地GND以及采样电阻RCS2的第一端连接,第二放大器U2的反向输入端USB-PD电源适配器系统的变压器T1的副边的第二端与采样电阻RCS2的第二端之间的连接线连接于连接点P1,第二放大器U2的输出端与第二比较器U3的同相输入端连接,第二比较器U3的反向输入端与第二参考电压VREF2连接,第二比较器U3的输出端与数字控制单元U4连接。其中,第二放大器U2的同相输入端为第二比较单元102的第一输入端,第二放大器U2的反相输入端为第二比较单元102的第二输入端,第二比较器U3的输出端为第二比较单元102的输出端。
同样地,在图7所示的实施例中,第一比较器U1的具体实现过程与上述实施例相同,这里不再赘述。
同时,采样电阻RCS2的第一端与USB接口的地GND不重合,此时的USB-PD电源适配器系统上的连接点P1与采样电阻RCS2之间以及采样电阻RCS2与USB接口的地GND之间的印刷电路板的阻抗作为阻抗单元,即对应图2或者图3中的阻抗单元14。当然,当连接点P1与采样电阻RCS2第二端重合时,则此时的阻抗单元为采样电阻RCS2与USB接口的地GND之间的印刷电路板的阻抗。
在采样电阻RCS2未发生短路情况时,一方面,由上述的实施例可知,第一比较器U1的输出第一判断信号V01为高电平。另一方面,第二放大器U2采集的是USB接口的接地位置的对地电压降。此时,由于印刷电路板上的铜存在阻抗,即第二放大器U2的输入端相当于叠加了采样电阻RCS2的电压降和一部分印刷电路板的线路电压降。则,第二放大器U2的输出电压大于第二参考电压VREF2,所以,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02为高电平。
在采样电阻RCS2发生短路情况时,一方面,采样电阻RCS2两端的电压接近于0,第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平。另一方面,虽然采样电阻RCS2短路了,但印刷电路板上地线的线路电压降仍然存在,第二放大器U2的输入为一部分印刷电路板的线路电压降,即第二放大器可以采集到输出电流的信息。因此,第二放大器U2的输出大于第二参考电压VREF2,即第二比较器U3的同相输入端电压大于反相输入端电压,从而,第二比较器U3的输出的第二判断信号V02保持为高电平。
同样地,当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01与第二比较器U3的输出的第二判断信号V02均为高电平时,采样电阻RCS2未发生短路现象。当第一比较器U1的输出的第一判断信号V01为低电平,且第二比较器U3的输出的第二判断信号V02为高电平时,采样电阻RCS2发生短路现象。继而,数字控制单元U4能够确定采样电阻RCS2是否出现短路故障,并在其出现短路故障时,及时触发保护措施,以关闭USB-PD电源适配器系统的输出,起到过流保护的作用。
需要说明的是,在本实施例中,是将第二放大器U2的同相输入端连接至USB-PD电源适配器系统的USB接口的地GND,而在其他的实施例中,也可将第二放大器U2的同相输入端连接在印刷电路板的线路上的其他位置,只需确保所连接到的位置上的电压降信号足够强即可。
并且,在上述的图4至图7的实施例中,由于USB-PD电源适配器系统自带与采样电阻连接的第一放大器,因此,第一比较单元只需包括第一比较器,并利用第一放大器的输出即可。而在其他实施例中,若采样电阻未与第一放大器连接,则此时第一比较单元应包括第一放大器与第一比较器,具体应用过程与上述实施例类似,这里不再赘述。
图8为本申请提供的一种故障检测方法,该方法的步骤包括:
801:获取采样电阻两端的电压,并基于采样电阻两端的电压获取第一判断信号。
在一实施例中,若采样电阻与第一放大器连接,且第一放大器与第一比较器连接,则可通过第一放大器采集采样电阻两端的电压,并根据采样电阻两端的电压输出第一中间信号至第一比较器。继而,再通过第一比较器根据第一中间信号输出第一判断信号。
802:获取与采样电阻串联的阻抗单元两端的电压,并基于阻抗单元两端的电压获取第二判断信号,或,获取采样电阻与阻抗单元串联后的电路两端的电压,并基于采样电阻与阻抗单元串联后的电路两端的电压获取第二判断信号。
803:基于第一判断信号以及第二判断信号确定采样电阻的工作状态。
在一实施方式中,若是阻抗单元与第二放大器连接,则通过第二放大器采集阻抗单元两端的电压。并且,第二放大器与第二比较器连接,则第二放大器根据阻抗单元两端的电压输出第二中间信号至第二比较器,再通过第二比较器根据第二中间信号输出第二判断信号。
若是阻抗单元与采样电阻串联后的电路与第二放大器连接,则通过第二放大器采集阻抗单元与采样电阻串联后的电路两端的电压。并且,第二放大器与第二比较器连接,则第二放大器根据阻抗单元与采样电阻串联后的电路两端的电压输出第二中间信号至第二比较器,再通过第二比较器根据第二中间信号输出第二判断信号。
最后,再结合第一判断信号与第二判断信号进行综合判断,即可确定采样电阻是处于正常工作状态亦或是短路状态。本申请实施例还提供一种电源适配器,该电源适配器包括如上任一实施例中的故障检测电路。
本发明实施例还提供了一种电子设备,请参见图9,其示出了能够执行图8所示的故障检测方法的电子设备的硬件结构。
电子设备900包括:至少一个处理器901;以及,与至少一个处理器901通信连接的存储器902,图9中以其以一个处理器901为例。所述存储器902存储有可被所述至少一个处理器901执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器901执行,以使所述至少一个处理器901能够执行上述图8所示的故障检测方法。所述处理器901和所述存储器902可以通过总线或者其他方式连接,图9中以通过总线连接为例。
存储器902作为一种非易失性计算机可读存储介质,可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块,如本申请实施例中的模块地址分配方法对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非易失性软件程序、指令以及模块,从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例的故障检测方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储根据数据传输装置的使用所创建的数据等。此外,存储器902可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中,存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至数据传输装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器902中,当被所述一个或者多个处理器901执行时,执行上述任意方法实施例中的故障检测方法,例如,执行以上描述的图8的方法步骤。
上述产品可执行本申请实施例所提供的方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本申请实施例所提供的方法。
本申请实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行,例如,执行以上描述的图8的方法步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品,包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,使所述计算机执行上述任意方法实施例中的模块地址分配方法,例如,执行以上描述的图8的方法步骤。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (13)
1.一种故障检测电路,其特征在于,包括:
第一比较单元、第二比较单元、阻抗单元与数字控制单元;
所述第一比较单元分别与采样电阻以及数字控制单元连接,所述第一比较单元用于基于所述采样电阻两端的电压输出第一判断信号至所述数字控制单元;
所述第二比较单元分别与所述数字控制单元以及阻抗单元连接,且所述阻抗单元与所述采样电阻串联连接,所述第二比较单元用于基于所述阻抗单元两端的电压输出第二判断信号至所述数字控制单元,或,所述第二比较单元分别与所述数字控制单元以及所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路连接,所述第二比较单元用于基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压输出第二判断信号至所述数字控制单元;
所述数字控制单元用于基于所述第一判断信号以及所述第二判断信号确定所述采样电阻的工作状态。
2.根据权利要求1所述的故障检测电路,其特征在于,应用于USB-PD电源适配器系统,所述USB-PD电源适配器系统包括采样电阻、第一放大器,变压器、第一开关管与USB接口,所述采样电阻的第一端与所述第一放大器的同相输入端以及所述变压器的副边的第二端连接,所述采样电阻的第二端与所述第一放大器的反相输入端以及所述USB接口的地连接,所述第一开关管的第一端与所述USB接口的电源管脚连接,所述第一开关管的第二端与所述变压器的副边的第一端连接,所述故障检测电路包括:
所述第一比较单元包括第一比较器;
所述第一比较器的同相输入端与所述第一放大器的输出端连接,所述第一比较器的反相输入端连接第一参考电压,所述第一比较器的输出端与所述数字控制单元连接。
3.根据权利要求2所述的故障检测电路,其特征在于,
所述第二比较单元的第一输入端与所述第一开关管的第二端连接,所述第二比较单元的第二输入端与所述第一开关管的第一端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述第一开关管为所述阻抗单元。
4.根据权利要求2所述的故障检测电路,其特征在于,
所述故障检测电路还包括第一电阻;
所述第一电阻的第一端与所述采样电阻的第一端连接,所述采样电阻的第二端与所述第二比较单元的第一输入端以及所述USB接口的地连接,所述第二比较单元的第二输入端与所述采样电阻的第二端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述第一电阻为所述阻抗单元。
5.根据权利要求2所述的故障检测电路,其特征在于,
所述故障检测电路还包括第二电阻;
所述第二电阻的第一端与所述变压器的副边的第一端以及所述第二比较单元的第一输入端连接,所述第二电阻的第二端与所述第二比较单元的第二输入端以及第一开关管的第二端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述第二电阻为所述阻抗单元。
6.根据权利要求2所述的故障检测电路,其特征在于,
所述第二比较单元的第一输入端与所述USB接口的地连接,所述第二比较单元的第二输入端与所述采样电阻的第二端连接,所述第二比较单元的输出端与所述数字控制单元连接;
其中,所述采样电阻的第一端与所述USB接口的地不重合,则所述USB-PD电源适配器系统上的所述采样电阻与所述USB接口的地之间的印刷电路板的阻抗为所述阻抗单元。
7.根据权利要求2-6任意一项所述的故障检测电路,其特征在于,
所述第二比较单元包括第二放大器与第二比较器;
所述第二放大器的同相输入端为所述第二比较单元的第一输入端,所述第二放大器的反相输入端为所述第二比较单元的第二输入端,所述第二放大器的输出端与所述第二比较器的同相输入端连接,所述第二比较器的反向输入端与第二参考电压连接,所述第二比较器的输出端为所述第二比较单元的输出端。
8.一种故障检测方法,其特征在于,包括:
获取采样电阻两端的电压,并基于所述采样电阻两端的电压获取第一判断信号;
获取与所述采样电阻串联的阻抗单元两端的电压,并基于所述阻抗单元两端的电压获取第二判断信号,或,获取所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压,并基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压获取第二判断信号;
基于所述第一判断信号以及所述第二判断信号确定所述采样电阻的工作状态。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述采样电阻与第一放大器连接,且所述第一放大器与第一比较器连接,所述获取所述采样电阻两端的电压,并基于所述采样电阻两端的电压获取第一判断信号,包括:
通过所述第一放大器采集所述采样电阻两端的电压,并基于所述采样电阻两端的电压输出第一中间信号至所述第一比较器;
通过所述第一比较器输出第一判断信号。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述阻抗单元与第二放大器连接,或所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路与所述第二放大器连接,且所述第二放大器与第二比较器连接,
所述获取与所述采样电阻串联的阻抗单元两端的电压,并基于所述阻抗单元两端的电压获取第二判断信号,或,获取与所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压,并基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压获取第二判断信号,包括:
通过第二放大器采集所述阻抗单元两端的电压,并基于所述阻抗单元两端的电压输出第二中间信号至所述第二比较器,
或,
通过第二放大器采集所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压,并基于所述采样电阻与所述阻抗单元串联后的电路两端的电压输出第二中间信号至所述第二比较器;
所述第二比较器用于基于所述第二中间信号输出第二判断信号。
11.一种电源适配器,其特征在于,所述电源适配器包括如权利要求1-7任意一项所述的故障检测电路。
12.一种电子设备,其特征在于,包括:
数字控制单元,所述数字控制单元包括:
至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求8-10任一项所述的方法。
13.一种非易失性计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,当所述计算机可执行指令被电子设备执行时,使所述电子设备执行权利要求8-10任一项所述的方法。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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