CN114336533B - 一种采样电阻短路保护电路和快充充电器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采样电阻短路保护电路，包括开关控制电路、逻辑控制电路、检测采样电路，和传输路径开关，开关控制电路用于周期性地发出第一导通信号和第一关断信号；逻辑控制电路用于检测检测采样电路的第一采样电信号，采集开关控制电路的第一导通信号和第一关断信号，根据第一导通信号和第一关断信号得到开关控制电路的开关周期和导通时间，以及根据开关周期、导通时间，和第一采样电信号判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，根据判断结果输出针对传输路径开关的第一开关控制信号。本发明还提供一种快充充电器及采样电阻短路保护方法。本发明能够便捷有效的提供电路的短路保护控制。

Description

一种采样电阻短路保护电路和快充充电器
技术领域
本发明涉及充电保护技术领域，具体涉及采样电阻短路保护电路和快充充电器。
背景技术
随着快充技术的广泛应用，市场对于具有快充功能的电子产品的安全性要求越来越高，对于手机等充电设备的保护功能、协议的规范要求等越来越严格，例如LPS(限功率电源)要求在IEC60950-1标准中已作规定，LPS要求可用于界定最高电压、电流和电容相对较低的电源，LPS电源为客户带来的优势在于系统安装方在布线和实地安装LPS认证电源供电的负载时，只需遵守相对宽松的要求即可。
对于满足LPS要求，需要LPS电源在向负载输送输出电流和电压时均有限制，所输送的输出电流和电压均要求比较稳定，不能产生过高或者过低等异常。而目前对于输出电流的控制技术，主要是通过AC-DC控制芯片检测采样电阻Rs两端的电压差值来直接检测输出电流，通过初级PWM占空比来控制输出功率；如果采样电阻Rs被短路，AC-DC控制芯片在初级PWM变化超过一定比率时将进入保护状态，通过控制主功率开关电路工作状态，限制住最大输出电流；如果采样电阻Rs正常工作，将通过控制流过采样电阻Rs的电流来限制最大输出电流。此方法采用的技术手段难，控制方法复杂，处理不够简便，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采样电阻短路保护电路和方法，以及快充充电器，能够便捷有效的提供电路的短路保护控制。
第一方面，提供一种采样电阻短路保护电路，用于快充充电器，所述采样电阻短路保护电路包括开关控制电路、逻辑控制电路、检测采样电路，和传输路径开关，所述逻辑控制电路分别与所述开关控制电路、所述检测采样电路、所述传输路径开关电连接，其中：
所述开关控制电路包括开关模块和开关控制模块，所述开关控制模块用于控制所述开关模块的通断，所述逻辑控制电路内置于快充芯片，所述检测采样电路包括采样电阻，所述开关模块与所述开关控制模块电连接，所述开关模块与所述采样电阻电连接，所述开关控制模块与所述逻辑控制电路电连接，所述逻辑控制电路并联于所述采样电阻的两端；
所述开关控制电路：用于周期性地发出第一导通信号和第一关断信号；
所述逻辑控制电路：用于检测所述检测采样电路的第一采样电信号，以及用于采集所述开关控制电路的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton，以及用于根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及用于根据所述判断结果输出针对所述采样电阻对应的所述传输路径开关的第一开关控制信号。
在一种实现方式中，所述开关模块为同步整流开关，所述开关控制模块为同步整流控制器，所述同步整流控制器用于周期性地向所述同步整流开关发送第一导通信号和第一关断信号，其中，相同周期的所述第一关断信号与所述第一导通信号之间的时间差为所述导通时间ton，相邻两个周期的所述第一导通信号之间的时间差为所述开关周期T。
在一种实现方式中，所述同步整流开关为第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极与所述同步整流控制器电连接，所述第一导通信号为上升沿信号，所述第一关断信号为下降沿信号。
在一种实现方式中，所述采样电阻短路保护电路还包括次级电源模块、充电电容和快充充电口的输出负载，所述次级电源模块、所述充电电容和所述同步整流开关形成第一输电回路，所述传输路径开关、所述输出负载、所述采样电阻和所述充电电容形成第二输电回路。
在一种实现方式中，所述第一采样电信号为输出采样电流Io，所述传输路径开关为第二NMOS管，所述逻辑控制电路包括采样检测模块、时间检测模块和判断模块，所述采样检测模块包括放大器和模拟数字转换器，所述放大器并联于所述采样电阻的两端，所述模拟数字转换器与所述放大器电连接，所述判断模块与所述模拟数字转换器电连接，所述时间检测模块分别与所述开关控制电路和所述判断模块电连接，所述判断模块与所述第二NMOS管的栅极电连接，其中：
所述采样检测模块，用于通过检测所述采样电阻两端的电压差值检测所述输出采样电流Io，并向所述判断模块输出所述输出采样电流Io；
所述时间检测模块，用于采集所述开关控制电路的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton，以及用于向所述判断模块发送所述开关周期T和所述导通时间ton；
所述判断模块，用于接收所述开关周期T、所述导通时间ton和所述输出采样电流Io，根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号。
在一种实现方式中，在所述根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号方面，所述判断模块具体用于：当判断出时，计数器加一；当所述计数器的数值大于或者等于第一预设次数N1时，确定电路进入采样电阻短路保护状态，以及输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至关断状态。
在一种实现方式中，所述基于以下步骤得到：
对第一输电回路和第二输电回路执行能量守恒定律和电感电流分段方程得到第一方程组；
通过解析所述第一方程组得到第一判别式，所述第一判别式用于当所述第一判别式成立时，所述采样电阻处于正常状态；
根据所述第一判别式得到其中，所述第一方程组为：
所述第一判别式为：
其中，IA为电感电流的直流分量。
在一种实现方式中，在所述根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号方面，所述判断模块具体用于：当判断出时，计数器加一；当所述计数器的数值大于或者等于第一预设次数N1时，确定电路进入采样电阻短路保护状态，以及输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至关断状态。
其中，A为误差系数，所述误差系数的取值范围为5％～95％；V0为所述输出负载两端的电压，所述Ls为所述次级电源模块对应的电感。
在一种实现方式中，所述采样电阻短路保护电路还包括初级电源模块、初级路径开关和反激变换器初级电感，所述初级电源模块、所述初级路径开关和所述反激变换器初级电感形成第三输电回路，所述次级电源模块为反激变换器次级电感，所述反激变换器初级电感用于通过所述反激变换器次级电感给所述保护电路供电。
第二方面，提供一种快充充电器，所述快充充电器包括采样电阻短路保护电路，所述采样电阻短路保护电路包括开关控制电路、逻辑控制电路、检测采样电路，和传输路径开关，所述逻辑控制电路分别与所述开关控制电路、所述检测采样电路、所述传输路径开关电连接，其中：所述开关控制电路包括开关模块和开关控制模块，所述开关控制模块用于控制所述开关模块的通断，所述逻辑控制电路内置于快充芯片，所述检测采样电路包括采样电阻，所述开关模块与所述开关控制模块电连接，所述开关模块与所述采样电阻电连接，所述开关控制模块与所述逻辑控制电路电连接，所述逻辑控制电路并联于所述采样电阻的两端；所述开关控制电路：用于周期性地发出第一导通信号和第一关断信号；所述逻辑控制电路：用于检测所述检测采样电路的第一采样电信号，以及用于采集所述开关控制电路的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton，以及用于根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及用于根据所述判断结果输出针对所述采样电阻对应的所述传输路径开关的第一开关控制信号。
在一种实现方式中，所述快充充电器包括快充芯片，所述快充芯片内置有微控制单元MCU，所述MCU包括如第一方面所述的采样电阻短路保护电路，所述快充芯片为支持快速充电的充电芯片。
第三方面，提供一种采样电阻短路保护方法，应用于如上述第一方面所述的采样电阻短路保护电路，包括：通过逻辑控制电路采集开关控制电路的第一导通信号和第一关断信号；通过所述逻辑控制电路根据所述第一导通信号和所述第一关断信号确定所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton；通过所述逻辑控制电路获取采样电阻的第一采样电信号；通过所述逻辑控制电路根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号确定快充芯片的微控制单元针对所述采样电阻对应的传输路径开关的第一开关控制信号；通过所述微控制单元向所述传输路径开关发送所述第一开关控制信号；通过所述传输路径开关接收所述第一开关控制信号，执行与所述第一开关控制信号对应的操作。
在一种实现方式中，所述第一采样电信号为输出采样电流Io，所述通过所述逻辑控制电路根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号确定快充芯片的微控制单元针对所述采样电阻对应的传输路径开关的第一开关控制信号，包括：通过所述逻辑控制电路对所述开关周期T、所述导通时间ton，以及所述输出采样电流Io计算得到第一数值结果；通过所述逻辑控制电路对快充充电口输出负载两端的电压V0和采样电阻短路保护电路的反激变换器次级电源模块对应的电感Ls计算得到第二数值结果；通过所述逻辑控制电路判断相同开关控制电路的开关周期内的所述第一数值结果与所述第二数值结果之间的关系，若所述第一数值结果小于所述第二数值结果，则计数器添加一次计数，所述计数器的每次计数对应所述开关控制电路的一次开关周期；当检测到所述计数器的计数次数达到第一预设次数N1时，确定针对所述传输路径开关的所述第一开关控制信号。
在一种实现方式中，所述第一采样电信号为输出采样电流Io，所述通过所述逻辑控制电路根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号确定快充芯片的微控制单元针对所述采样电阻对应的传输路径开关的第一开关控制信号，包括：通过所述逻辑控制电路对所述开关周期T、所述导通时间ton，以及所述输出采样电流Io计算得到第一数值结果；通过所述逻辑控制电路对快充充电口输出负载两端的电压V0和采样电阻短路保护电路的反激变换器次级电源模块对应的电感Ls计算得到第二数值结果；通过所述逻辑控制电路将所述第二数值结果乘以误差系数，得到第三数值结果，所述误差系数取值范围为5％～95％；通过所述逻辑控制电路判断相同开关控制电路的开关周期内的所述第一数值结果与所述第三数值结果之间的关系，若所述第一数值结果小于所述第三数值结果，则计数器添加一次计数；当检测到所述计数器的计数次数达到第一预设次数N1时，确定针对所述传输路径开关的所述第一开关控制信号。
在一种实现方式中，所述通过所述逻辑控制电路对所述开关周期T、所述导通时间ton，以及所述输出采样电流Io计算得到第一数值结果，包括：通过所述逻辑控制电路对所述开关周期T、所述导通时间ton，以及所述输出采样电流Io执行第一运算公式得到第一数值结果，其中，所述第一运算公式为
在一种实现方式中，所述通过所述逻辑控制电路对快充充电口输出负载两端的电压V0和采样电阻短路保护电路的反激变换器次级电源模块对应的电感Ls计算得到第二数值结果，包括：通过所述逻辑控制电路对所述快充充电口输出负载两端的电压V0和所述采样电阻短路保护电路的反激变换器次级电源模块对应的电感Ls执行第二运算公式得到第二数值结果，其中，所述第二运算公式
在一种实现方式中，所述第一运算公式和所述第二运算公式均基于以下流程推导得到：对第一输电回路和第二输电回路执行能量守恒定律和电感电流分段方程得到第一方程组；通过解析所述第一方程组得到第一判别式，所述第一判别式用于当所述第一判别式成立时，所述采样电阻处于正常状态；根据所述第一判别式得到所述第一运算公式和所述第二运算公式；其中，所述第一方程组为：
所述第一判别式为：
其中，IA为电感电流的直流分量。
在一种实现方式中，通过所述逻辑控制电路输出针对所述采样电阻对应的传输路径开关的第一开关控制信号之后，所述方法还包括：清零所述计数器，在所述传输路径开关处于关断状态下，每经历一个所述逻辑控制电路的时钟周期，将所述计数器添加一次计数；当判断出所述计数器的计数次数达到第二预设次数N2时，通过所述逻辑控制电路输出所述传输路径开关的第二开关控制信号，并复位针对所述采样电阻的保护状态，所述第二开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至通路状态。
可以看出，在本申请实施例中，采样电阻短路保护电路中的逻辑控制电路可以根据第一采样电信号以及开关控制电路周期性的发出的第一导通信号和第一关断信号，来判断采样电阻是否需要进入短路保护状态，并根据判断结果输出传输路径开关的第一开关控制信号，通过内置于快充芯片的逻辑控制电路实现了电路的短路保护控制，提升了电路保护控制的便捷性。
附图说明
图1是本发明提供的一种采样电阻短路保护电路的电路原理框架示意图；
图2是本发明提供的另一种采样电阻短路保护电路的电路原理框架示意图；
图3是同步整流控制器发送上升沿信号和下降沿信号的信号波形图；
图4是次级电感电流随上升沿信号和下降沿信号的变化示意图；
图5是本发明提供的又一种采样电阻短路保护电路的电路原理框架示意图；
图6是本发明提供的一种采样电阻短路保护方法的流程示意图；
图7是本发明提供的另一种采样电阻短路保护方法的流程示意图。
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，所描述的实施例仅仅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。
需要说明的是，在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种采样电阻短路保护电路的结构示意图，该采样电阻短路保护电路包括开关控制电路1、逻辑控制电路2、检测采样电路3，和传输路径开关Q1，所述逻辑控制电路2分别与所述开关控制电路1、所述检测采样电路3、所述传输路径开关Q1电连接，其中：
所述开关控制电路1包括开关模块11和开关控制模块12，所述开关控制模块12用于控制所述开关模块11的通断，所述逻辑控制电路2内置于快充芯片，所述检测采样电路3包括采样电阻Rs，所述开关模块11与所述开关控制模块12电连接，所述开关模块11与所述采样电阻Rs电连接，所述开关控制模块12与所述逻辑控制电路2电连接，所述逻辑控制电路2并联于所述采样电阻Rs的两端；
所述开关控制电路1：用于周期性地发出第一导通信号和第一关断信号；
所述逻辑控制电路2：用于检测所述检测采样电路3的第一采样电信号，以及用于采集所述开关控制电路1的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路1的开关周期T和导通时间ton，以及用于根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及用于根据所述判断结果输出针对所述采样电阻对应的所述传输路径开关Q1的第一开关控制信号。
其中，如图1所示，该采样电阻短路保护电路还包括电源模块31，所述电源模块31可以是反激变换器、正激变换器、降压式变换电路、升压斩波电路、LLC谐振变换器等电源拓扑，在此不做限定。
在本申请的一种实现方式中，如图2所示，所述开关模块11为同步整流开关Q2，所述开关控制模块12为同步整流控制器101，所述同步整流控制器101用于周期性地向所述同步整流开关Q2发送第一导通信号和第一关断信号，其中，相同周期的所述第一关断信号与所述第一导通信号之间的时间差为所述导通时间ton，相邻两个周期的所述第一导通信号之间的时间差为所述开关周期T。
具体的，如图3所示，开关控制电路1周期性地发出两个信号，分别是第一导通信号和第一关断信号，在当前周期的第一导通信号到第一关断信号之间的时间为导通时间ton，在当前周期的第一关断信号到下一周期的第一导通信号之间的时间为关断时间，在当前周期的第一导通信号到下一周期的第一导通信号之间的时间为开关周期T，另外地通过检测采样电路3可得到第一采样电信号，当逻辑控制电路2确定了开关周期T、导通时间ton和采集第一采样电信号后，通过运算判断，并根据判断结果输出第一开关控制信号，在本实施例中，通过使用采用电阻Rs来检测电路中的电流，因此第一采样电信号为输出采样电流Io，且电路中还包括传输路径开关Q1，传输路径开关Q1与逻辑控制电路2电连接，传输路径开关Q1根据逻辑控制电路2输出的第一开关控制信号切换通断状态；当采样电阻Rs出现短路故障时，逻辑控制电路2只能从采样电阻Rs处检测到极微小的输出采样电流Io，但是根据开关周期T和导通时间ton会推算出仍有较大的负载电流，因此，确定进入采样电阻短路保护状态，因此当采样电阻Rs短路而导致输出采样电流Io过低时，经过逻辑控制电路2的逻辑运算和判断后，输出使传输路径开关Q1关断的第一开关控制信号，传输路径开关Q1关断后电路开路，此时无输出电流，实现电路保护；而输出采样电流Io过高，可能是实际的输出采样电流Io过高，而过高的输出采样电流Io则会损坏充电电子产品，因此本实施例可以对正常电路状态下的输出异常进行保护，也可以在异常电路状态下进行保护。
需要说明的是，其中，同步整流控制器101可以是市场常见的MP6908等IC，也可以是分立电路外搭，均能实现此控制目的；而逻辑控制电路则为集成化程度更高的快充协议芯片IC，例如市场常见型号IP2726、IP2712等内置MCU类型的快充协议芯片IC，也可以是其他类型SOC。
可以看出，在本申请实施例中，采样电阻短路保护电路中的逻辑控制电路可以根据第一采样电信号以及开关控制电路周期性的发出的第一导通信号和第一关断信号，来判断采样电阻是否需要进入短路保护状态，并根据判断结果输出传输路径开关的第一开关控制信号，通过内置于快充芯片的逻辑控制电路实现了电路的短路保护控制，提升了电路保护控制的便捷性。
在本申请的一种实现方式中，如图2所示，所述同步整流开关Q2为第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极与所述同步整流控制器101电连接，所述第一导通信号为上升沿信号，所述第一关断信号为下降沿信号。
在本申请的一种实现方式中，所述采样电阻短路保护电路还包括次级电源模块、充电电容C0和快充充电口的输出负载Rload，所述次级电源模块、所述充电电容C0和所述同步整流开关Q2形成第一输电回路，所述传输路径开关Q1、所述输出负载Rload、所述采样电阻Rs和所述充电电容C0形成第二输电回路。
其中，当所述电源模块31为反激变换器时，所述电源模块31包括次级电源模块，如图2所示，所述次级电源模块为反激变换器的次级电感Ls301，如图4所示，当同步整流控制器101向同步整流开关Q1发送第一导通信号，则同步整流开关Q1打开，使第一输电回路处于连通的状态，反激变换器次级电感Ls中有电流经过，并对充电电容C0进行充电；
当同步整流控制器101向同步整流开关Q1发送第二导通时间信号，则同步整流开关Q1关断，使第一输电回路处于开路的状态，反激变换器次级电感Ls中无电流经过，此时充电电容C0进行放电，此过程一直延续到下一周期的第一导通信号为止；
在导通时间ton内，反激变换器次级电感Ls向充电电容C0放电，充电电容C0进行充电，反激变换器次级电感Ls中产生了次级电感电流，而在关断时间内，次级电感电流为零，当下一周期的第一导通信号再次出现时，反激变换器次级电感Ls中再次产生次级电感电流/>，如此周期循环。
其中，在第一输电回路中实现利用反激变换器次级电感Ls给充电电容C0进行充电的步骤，而开关控制电路1处于此第一输电回路中，充当起开关的作用，对开关控制电路1的通断进行控制；在第二输电回路中实现充电电容C0对输出负载Rload进行放电的步骤，而传输路径开关Q1处于此第二输电回路中，充当起开关的作用，对电路的通断进行控制。
在本申请的一种实现方式中，如图5所示，所述第一采样电信号为输出采样电流Io，所述传输路径开关Q1为第二NMOS管，所述逻辑控制电路2包括采样检测模块21、时间检测模块22和判断模块23，所述采样检测模块21包括放大器201和模拟数字转换器202，所述放大器201并联于所述采样电阻Rs的两端，所述模拟数字转换器202与所述放大器201电连接，所述判断模块23与所述模拟数字转换器202电连接，所述时间检测模块22分别与所述开关控制电路1和所述判断模块23电连接，所述判断模块23与所述第二NMOS管的栅极电连接，其中：
所述采样检测模块21，用于通过检测所述采样电阻Rs两端的电压差值检测所述输出采样电流Io，并向所述判断模块23输出所述输出采样电流Io；
所述时间检测模块22，用于采集所述开关控制电路1的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路1的开关周期T和导通时间ton，以及用于向所述判断模23块发送所述开关周期T和所述导通时间ton；
所述判断模块23，用于接收所述开关周期T、所述导通时间ton和所述输出采样电流Io，根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关Q1的第一开关控制信号。
其中，在同步整流控制器101向同步整流开关Q2发送上升沿信号的同时，时间检测模块22外部上升沿中断；在同步整流控制器101向同步整流开关Q2发送下降沿信号的同时，时间检测模块22外部下降沿中断，通过时间检测模块22的这两个中断时间点的状态差异，运算得出开关周期T和导通时间ton；判断模块23接收开关周期T、导通时间ton和输出采样电流Io，并输出第一开关控制信号，同时判断模块23连接处于第二输电回路中的传输路径开关Q1，进而控制传输路径开关Q1的通断。
在本申请的一种实现方式中，在所述根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号方面，所述判断模块具体用于：当判断出时，计数器加一；当所述计数器的数值大于或者等于第一预设次数N1时，确定电路进入采样电阻短路保护状态，以及输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至关断状态。
在本申请的一种实现方式中，所述基于以下步骤得到：
对第一输电回路和第二输电回路执行能量守恒定律和电感电流分段方程得到第一方程组；
通过解析所述第一方程组得到第一判别式，所述第一判别式用于当所述第一判别式成立时，所述采样电阻处于正常状态；
根据所述第一判别式得到其中，所述第一方程组为：
所述第一判别式为：
其中，IA为电感电流的直流分量。
具体的，时，逻辑控制电路2表示只能从采样电阻Rs处检测到极微小的输出采样电流Io，需要进入采样电阻短路保护状态。
其中，第一采样电信号为输出采样电流Io，在反激变换器次级电感Ls中产生了次级电感电流，在导通时间ton内，反激变换器次级电感Ls向充电电容C0放电，充电电容C0进行充电，反激变换器次级电感Ls中产生了次级电感电流/>，而在关断时间内，次级电感电流Ls为零，当下一周期的第一导通信号再次出现时，反激变换器次级电感Ls中再次产生次级电感电流/>，如此周期循环。其中，如图4所示，次级电感电流/>存在两种模式：a、电流断续模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)；b、电流连续模式(ContinuousConduction Mode，CCM)，其中，如图4所示，在DCM模式下，反激变换器次级电感Ls的直流分量为0，在CCM模式下，反激变换器次级电感Ls的直流分量为IA，且IA＞0。
由上述方程可得本实施例中，采样电阻Rs是否短路的基本判断理论依据：
需要说明的是，在此判断公式里，当同步整流控制器101的设置定好，其发送上升沿信号和下降沿信号的周期确定之后，导通时间ton和开关周期T的值就保持一定，且导通时间ton和开关周期T即使发生变化也不是采样电阻Rs短路导致的，反映不了采样电阻Rs的情况。而V0和Ls为本保护电路或者保护系统的额定输出电压和电流，当电路中其他部分的元器件定好后，也是一个定值，因此唯一能反映采样电阻Rs情况的值就是通过采样电阻Rs采样检测得到的输出采样电流Io，因此可以通过对输出采样电流Io的检测判断其是否短路。
电路实际工作中无论次级电感电流处于电流断续模式还是电流连续模式下，如果出现输出采样电流Io异常偏低：/>即证明采样电阻Rs存在短路等异常情况，当这种情况在持续第一预设次数N1个周期里面均无法解除时，即输出第一开关控制信号，控制传输路径开关Q1切换至关断状态。
需要说明的是，在以上判断式中，由于输出采样电流Io、导通时间ton和开关周期T均是检测数据，判断式可变换为判断式的右边为定值，判断式的左边是实时变动的，即/>为第一运算公式，/>为第二运算公式，当/>满足时，计数器添加一次计数，而每次判断周期为一个开关周期T，计数器最开始的计数为0，当连续第一预设次数N1个周期内都出现此异常，即经历了N1*T的持续时间，证明确实采样电阻Rs存在短路等异常，即输出第一开关控制信号，控制传输路径开关Q1切换至关断状态。
在本申请的一种实现方式中，在所述根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号方面，所述判断模块具体用于：当判断出时，计数器加一；当所述计数器的数值大于或者等于第一预设次数N1时，确定电路进入采样电阻短路保护状态，以及输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至关断状态。
其中，A为误差系数，所述误差系数的取值范围为5％～95％；V0为所述输出负载两端的电压，所述Ls为所述次级电源模块对应的电感。
举例而言，当误差系数取50％时，是将逻辑控制电路2对采样电阻Rs的采样误差考虑进去，采取降低判断阈值的方法来避免因采样误差造成的误判断问题，即此处的误差系数根据实际采样精度可做适当调整，当采样精度越高，此误差系数可以适当调高，如误差系数取95％，当采样精度较低，此误差系数可以适当调低，如误差系数取5％，在此不做限定。
在本申请的一种实现方式中，如图5所示，所述采样电阻短路保护电路还包括初级电源模块、初级路径开关和反激变换器初级电感，所述初级电源模块、所述初级路径开关和所述反激变换器初级电感形成第三输电回路，所述次级电源模块为反激变换器次级电感，所述反激变换器初级电感用于通过所述反激变换器次级电感给所述保护电路供电。
其中，初级电源模块Vg负责提供电源来源，利用反激变换器初级电感Lp和反激变换器次级电感Ls实现能量的传输，通过调整其中线圈匝数来调整电压的比例，另外初级路径开关Q3负责控制第三输电回路的通断，当初级路径开关Q3处于连通状态，反激变换器的初级线圈直接连接在Vg上。初级线圈中的电流和反激变换器磁芯中的磁场增加，在磁芯中储存能量。在次级线圈中产生的电压是反向的，此时关断同步整流开关Q1且不能导通。此时，由电容C0向负载Rload提供电压和电流。在开关断开阶段，初级线圈中的电流为0。同时磁芯中的磁场开始下降，在次级线圈上感应出正向电压。此时二极管处于正偏状态并打开同步整流开关Q1，导通的电流流入电容C0和负载Rload。磁芯中存储的能量转移至电容C0和负载Rload中。当采样电阻Rs出现短路故障时，逻辑控制电路2只能从采样电阻Rs处检测到极微小的输出采样电流Io，因此当采样电阻Rs短路而导致输出采样电流Io过低时，在逻辑控制电路2的运算控制下，第二输电回路中的传输路径开关Q1进行关断状态的切换，避免出现当采样电阻Rs短路而导致检测不精准，无法实时检测第二输电回路中的输出电流，由此可能带来的输出电流和功率异常，导致充电产品的损坏的情况。
请参见图6，图6是本申请实施例提供的一种采样电阻短路保护方法的流程示意图，该方法应用于上述采样电阻短路保护电路，包括以下步骤：
步骤601：通过逻辑控制电路采集开关控制电路的第一导通信号和第一关断信号；
步骤602：通过所述逻辑控制电路根据所述第一导通信号和所述第一关断信号确定所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton；
步骤603：通过所述逻辑控制电路获取采样电阻的第一采样电信号；
步骤604：通过所述逻辑控制电路根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号确定快充芯片的微控制单元针对所述采样电阻对应的传输路径开关的第一开关控制信号；
步骤605：通过所述微控制单元向所述传输路径开关发送所述第一开关控制信号；
步骤606：通过所述传输路径开关接收所述第一开关控制信号，执行与所述第一开关控制信号对应的操作。
其中，在步骤601之前，需要对采样电阻短路保护电路进行上电，并执行复位操作，复位操作包括程序初始化采样数据、初始化寄存器状态，并控制传输路径开关Q1切换至闭合状态。
可以看出，在本申请实施例中，采样电阻短路保护电路中的逻辑控制电路可以根据第一采样电信号以及开关控制电路周期性的发出的第一导通信号和第一关断信号，来判断采样电阻是否需要进入短路保护状态，并根据判断结果输出传输路径开关的第一开关控制信号，通过内置于快充芯片的逻辑控制电路实现了电路的短路保护控制，提升了电路保护控制的便捷性。
在本申请的一种实现方式中，通过所述逻辑控制电路输出针对所述采样电阻对应的传输路径开关的第一开关控制信号之后，所述方法还包括：
清零所述计数器，在所述传输路径开关处于关断状态下，每经历一个所述逻辑控制电路的时钟周期，将所述计数器添加一次计数；
当判断出所述计数器的计数次数达到第二预设次数N2时，通过所述逻辑控制电路输出所述传输路径开关的第二开关控制信号，并复位针对所述采样电阻的保护状态，所述第二开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至通路状态。
其中，由于传输路径开关Q1已经被控制至关断状态，第二输电回路中无电流流通，处于停止状态，在此状态下经历N2个逻辑控制电路的时钟周期的持续时间后，重新闭合传输路径开关，再进入下一轮的采样电阻短路保护方法的执行过程。
具体的，所述采样电阻短路保护方法包括的其他步骤可参照前述的采样电阻短路保护电路的相关描述。
请参见图7，图7是本申请实施例提供的一种采样电阻短路保护方法的流程示意图，该方法应用于上述采样电阻短路保护电路，包括以下步骤：
步骤701：采样电阻短路保护电路进行上电，并执行复位操作，初始化采样数据。
步骤702：复位针对采样电阻的保护状态，并控制传输路径开关Q1切换至闭合状态。
步骤703：通过逻辑控制电路采集开关控制电路的第一导通信号和第一关断信号。
步骤704：通过所述逻辑控制电路根据所述第一导通信号和所述第一关断信号确定所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton。
步骤705：通过所述逻辑控制电路获取采样电阻的第一采样电信号。
步骤706：通过所述逻辑控制电路对所述开关周期T、所述导通时间ton，以及所述输出采样电流Io计算得到第一数值结果。
步骤707：通过所述逻辑控制电路对快充充电口输出负载两端的电压V0和采样电阻短路保护电路的反激变换器次级电源模块对应的电感Ls计算得到第二数值结果，将所述第二数值结果乘以误差系数，得到第三数值结果。
步骤708：通过所述逻辑控制电路判断相同开关控制电路的开关周期内的所述第一数值结果与所述第三数值结果之间的关系，若所述第一数值结果小于所述第三数值结果，则计数器添加一次计数。
步骤709：当检测到所述计数器的计数次数达到第一预设次数N1时，通过所述逻辑控制电路输出针对所述采样电阻对应的传输路径开关的第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至关断状态。
步骤710：清零所述计数器，在所述传输路径开关处于关断状态下，每经历一个所述逻辑控制电路的时钟周期，将所述计数器添加一次计数，当判断出所述计数器的计数次数达到第二预设次数N2时，再次执行步骤702。
可以看出，在本申请实施例中，采样电阻短路保护电路中的逻辑控制电路可以根据第一采样电信号以及开关控制电路周期性的发出的第一导通信号和第一关断信号，来判断采样电阻是否需要进入短路保护状态，并根据判断结果输出传输路径开关的第一开关控制信号，通过内置于快充芯片的逻辑控制电路实现了电路的短路保护控制，提升了电路保护控制的便捷性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采样电阻短路保护电路，其特征在于，
用于快充充电器，所述采样电阻短路保护电路包括开关控制电路、逻辑控制电路、检测采样电路，和传输路径开关，所述逻辑控制电路分别与所述开关控制电路、所述检测采样电路、所述传输路径开关电连接，其中：
所述开关控制电路包括开关电路和控制电路，所述控制电路用于控制所述开关电路的通断，所述逻辑控制电路内置于快充芯片，所述检测采样电路包括采样电阻，所述开关电路与所述控制电路电连接，所述开关电路与所述采样电阻电连接，所述控制电路与所述逻辑控制电路电连接，所述逻辑控制电路并联于所述采样电阻的两端；其中，所述开关电路为同步整流开关，所述控制电路为同步整流控制器；
所述开关控制电路：用于周期性地发出第一导通信号和第一关断信号；
所述逻辑控制电路：用于检测所述检测采样电路的第一采样电信号，以及用于采集所述开关控制电路的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton，以及用于根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及用于根据判断结果输出针对所述采样电阻对应的所述传输路径开关的第一开关控制信号；
其中，
所述第一采样电信号为输出采样电流Io，所述传输路径开关为第二NMOS管，所述逻辑控制电路包括采样检测电路、时间检测电路和判断电路，所述采样检测电路包括放大器和模拟数字转换器，所述放大器并联于所述采样电阻的两端，所述模拟数字转换器与所述放大器电连接，所述判断电路与所述模拟数字转换器电连接，所述时间检测电路分别与所述开关控制电路和所述判断电路电连接，所述判断电路与所述第二NMOS管的栅极电连接，，其中：
所述采样检测电路，用于通过检测所述采样电阻两端的电压差值检测所述输出采样电流Io，并向所述判断电路输出所述输出采样电流Io；
所述时间检测电路，用于采集所述开关控制电路的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton，以及用于向所述判断电路发送所述开关周期T和所述导通时间ton；
所述判断电路，用于接收所述开关周期T、所述导通时间ton和所述输出采样电流Io，根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号；
其中，在所述根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号方面，所述判断电路具体用于：当判断出时，计数器加一；当所述计数器的数值大于或者等于第一预设次数N1时，确定电路进入采样电阻短路保护状态，以及输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至关断状态，Ls为次级电源模块对应的电感，Vo为输出负载两端的电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述同步整流控制器用于周期性地向所述同步整流开关发送第一导通信号和第一关断信号，其中，相同周期的所述第一关断信号与所述第一导通信号之间的时间差为所述导通时间ton，相邻两个周期的所述第一导通信号之间的时间差为所述开关周期T。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述同步整流开关为第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极与所述同步整流控制器电连接，所述第一导通信号为上升沿信号，所述第一关断信号为下降沿信号。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的电路，所述基于以下步骤得到：
对第一输电回路和第二输电回路执行能量守恒定律和电感电流分段方程得到第一方程组；
通过解析所述第一方程组得到第一判别式，所述第一判别式用于当所述第一判别式成立时，所述采样电阻处于正常状态；
根据所述第一判别式得到其中，所述第一方程组为：
所述第一判别式为：
其中，IA为电感电流的直流分量，Vo为输出负载两端的电压。
5.一种采样电阻短路保护电路，其特征在于，
用于快充充电器，所述采样电阻短路保护电路包括开关控制电路、逻辑控制电路、检测采样电路，和传输路径开关，所述逻辑控制电路分别与所述开关控制电路、所述检测采样电路、所述传输路径开关电连接，其中：
所述开关控制电路包括开关电路和控制电路，所述控制电路用于控制所述开关电路的通断，所述逻辑控制电路内置于快充芯片，所述检测采样电路包括采样电阻，所述开关电路与所述控制电路电连接，所述开关电路与所述采样电阻电连接，所述控制电路与所述逻辑控制电路电连接，所述逻辑控制电路并联于所述采样电阻的两端；其中，所述开关电路为同步整流开关，所述控制电路为同步整流控制器；
所述开关控制电路：用于周期性地发出第一导通信号和第一关断信号；
所述逻辑控制电路：用于检测所述检测采样电路的第一采样电信号，以及用于采集所述开关控制电路的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton，以及用于根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述第一采样电信号判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及用于根据判断结果输出针对所述采样电阻对应的所述传输路径开关的第一开关控制信号；
其中，
所述第一采样电信号为输出采样电流Io，所述传输路径开关为第二NMOS管，所述逻辑控制电路包括采样检测电路、时间检测电路和判断电路，所述采样检测电路包括放大器和模拟数字转换器，所述放大器并联于所述采样电阻的两端，所述模拟数字转换器与所述放大器电连接，所述判断电路与所述模拟数字转换器电连接，所述时间检测电路分别与所述开关控制电路和所述判断电路电连接，所述判断电路与所述第二NMOS管的栅极电连接，，其中：
所述采样检测电路，用于通过检测所述采样电阻两端的电压差值检测所述输出采样电流Io，并向所述判断电路输出所述输出采样电流Io；
所述时间检测电路，用于采集所述开关控制电路的所述第一导通信号和所述第一关断信号，并用于根据所述第一导通信号和所述第一关断信号得到所述开关控制电路的开关周期T和导通时间ton，以及用于向所述判断电路发送所述开关周期T和所述导通时间ton；
所述判断电路，用于接收所述开关周期T、所述导通时间ton和所述输出采样电流Io，根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号；
其中，在所述根据所述开关周期T、所述导通时间ton，和所述输出采样电流Io判断电路是否进入采样电阻短路保护状态，以及根据所述判断结果输出针对所述传输路径开关的第一开关控制信号方面，所述判断电路具体用于：当判断出时，计数器加一；当所述计数器的数值大于或者等于第一预设次数N1时，确定电路进入采样电阻短路保护状态，以及输出第一开关控制信号，所述第一开关控制信号用于控制所述传输路径开关切换至关断状态；
其中，A为误差系数，所述误差系数的取值范围为5％～95％；Vo为输出负载两端的电压，Ls为次级电源电路对应的电感。
6.一种快充充电器，其特征在于，所述快充充电器包括如权利要求1-5任一项所述的采样电阻短路保护电路。
7.根据权利要求6所述的快充充电器，其特征在于，所述快充充电器包括快充芯片，所述快充芯片内置有微控制单元MCU，所述MCU包括如权利要求1-5任一项所述的逻辑控制电路，所述快充芯片为支持快速充电的充电芯片。
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