CN114487900A - 开关电容转换器的短路检测装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电容转换器的短路检测装置及控制方法，该方法包括在第一短路测试步骤中，通过将输入电压总线上的电压和第一预设参考电压进行比较，以确定负载开关或第二开关是否短路。在通过第一短路测试步骤后，在第二短路测试步骤中，通过将第三开关与第四开关的公共节点上的电压和第二预设参考电压进行比较，以确定第一开关或第四开关是否短路。经过第二短路测试步骤后，在第三短路测试步骤中，通过将第三开关与第四开关公共节点上的电压和第三预设参考电压进行比较，以判断第三开关是否短路。通过上述方式，能够提高短路检测的可靠性。

Description

开关电容转换器的短路检测装置及控制方法

优先权主张和交叉引用

本申请主张2020年10月28日提交的标题为“开关电容转换器的短路检测装置及控制方法”的美国临时申请号63/106,669以及主张2021年9月24日提交的标题为“开关电容转换器的短路检测装置及控制方法”的美国申请号为17/484,269的权益，该申请由此以引用的方式并入到本文。

技术领域

本发明涉及短路检测装置技术领域，特别是涉及一种开关电容转换器的短路检测装置及控制方法。

背景技术

随着技术的进一步发展，诸如移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器等的各种便携式设备已经变得流行。每个便携式设备可以使用一个或多个可充电电池单元以形成用于存储电能的可充电电池组。

随着功耗变得越来越重要，缩短电池充电时间的需求日益明显。快速充电已成为满足消费者不断变化的需求的真正解决方案。在快速充电系统中，可以使用开关电容转换器向电池提供高电流，同时保持低输入电流(例如USB电缆电流)。开关电容变换器具有多个优点，包括变换器单片集成无需外接电感器、功率变换效率高等。开关电容转换器能够实现对大容量电池的安全快速充电。

在快充系统中，短路检测测试对于保证电池和电池充电系统的安全性和长期可靠性至关重要。短路检测测试对于开关电容转换器尤为重要，因为开关电容转换器的电源开关通常具有超低电阻。现有的短路检测测试仅涵盖开关电容转换器飞跨电容的短路。期望有一种简单可靠的短路检测装置和方法来覆盖开关电容转换器中所有开关元件的短路测试。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种开关电容转换器的短路检测装置及控制方法，能够提高短路检测的可靠性。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种开关电容转换器的控制方法，包括：开关电容转换器的输入电压总线通过负载开关与电源相连，该开关电容转换器包括串联连接在输入电压总线和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，以及连接在第一开关和第二开关的公共节点以及第三开关和第四开关的公共节点之间的飞跨电容。在第一短路测试步骤中，通过将输入电压总线上的电压与第一预设参考电压进行比较，以确定负载开关或第二开关是否短路。在通过第一短路测试步骤后，在第二短路测试步骤中，通过将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第二预设参考电压进行比较，以确定第一开关或第四开关是否短路。然后，在通过第二短路测试步骤之后，在第三短路测试步骤中，通过将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第三预设参考电压进行比较，以确定第三开关是否短路。

第二方面，本发明提供一种用于检测开关电容转换器中的故障组件的方法，开关电容转换器包括四个开关和飞跨电容，该方法包括:在第一步骤中，将开关电容转换器的输入电压总线上的电压与第一预设参考电压值进行比较，以确定开关电容转换器的负载开关或第二开关是否短路，其中，负载开关耦合在电源和输入电压总线之间。经过第一步骤后，在第二步骤中，将第三开关和第四开关的公共节点上的电压和第二预设参考电压进行比较，以判断第一开关或第四开关是否短路。经过第二步骤后，在第三步骤，将第三开关与第四开关比较公共节点上的电压和第三预设参考电压进行比较，以判断第三开关是否短路。经过第三步骤后，打开负载开关，以在输入电压总线上产生电压，打开第二开关。第四步骤，将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第四预设参考电压进行比较，以确定飞跨电容是否短路。

第三方面，本发明提供一种系统，该系统包括开关电容转换器与短路检测装置，该开关电容转换器包括串联连接在输入电压总线和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，以及连接第一开关和第二开关的公共节点和第三开关和第四开关的公共节点之间的飞跨电容。其中，输入电压总线被配置为通过负载开关耦合到电源。短路检测装置包括第一专用电路和第二专用电路，其中，第一专用电路包括串联连接在第二开关和第三开关的公共节点与地之间的参考电流源和第一控制开关，其中，第一控制开关与第四开关形成电流镜，第二专用电路连接在第二开关和第三开关的公共节点和第三开关和第四开关的公共节点之间，其中，第二专用电路被配置为对第三开关和第四开关的公共节点进行充电以进行短路测试。

本发明实施例的有益效果是：本发明提供的开关电容转换器的控制方法，包括：开关电容转换器的输入电压总线通过负载开关将与电源相连，该开关电容转换器包括串联连接在输入电压总线和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，以及连接在第一开关和第二开关的公共节点以及第三开关和第四开关的公共节点之间的飞跨电容。在第一短路测试步骤中，通过将输入电压总线上的电压与第一预设参考电压进行比较，以确定负载开关或第二开关是否短路。在通过第一短路测试步骤后，在第二短路测试步骤中，通过将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第二预设参考电压进行比较，以确定第一开关或第四开关是否短路。然后，在通过第二短路测试步骤之后，在第三短路测试步骤中，通过将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第三预设参考电压进行比较，以确定第三开关是否短路。通过上述方式，能够提高短路测试的可靠性。

附图说明

为了更全面地理解本公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，图中：

图1示出根据本公开的各种实施例的开关电容转换器的示意图；

图2示出根据本公开的各种实施例的短路检测装置的示意图；

图3示出根据本公开的各种实施例的短路处理装置的示意图；

图4示出根据本公开的各种实施例的三个背对背连接的晶体管的示意图；

图5示出根据本公开的各种实施例的用于图1所示的开关电容转换器的短路检测方法的流程图。

除非另外指示，否则不同图中的对应数字和符号一般指对应部分。绘制附图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面，它们不一定按比例绘制。

具体实施方式

下文详细论述目前较佳的实施例的制作和使用。但是，应明白，本公开提供可在各种各样的特定背景中实施的许多适用的发明概念。论述的特定实施例只是说明制作和使用本公开的特定方式，而不是限制本公开的范围。

本发明将结合具体的优选实施例，即开关电容变换器的短路检测装置进行说明。然而，本发明也可以应用于各种功率变换器。在下文中，将参考附图详细解释各种实施例。

图1图示了根据本发明的各种实施例的开关电容转换器的示意图。开关电容转换器的输入电压总线PMID通过开关QFB耦合到电源VIN。开关电容转换器的输出端Vo与电池Battary相连。开关QFB可以用作负载开关。

如图1所示，输入电容Cin连接在电源VIN和地之间。输入电压总线放电电路与输入电容Cin并联。输入电压总线放电电路包括串联连接的电阻器Rpd_vin和开关S1。PMID放电电路连接在输入电压总线PMID和地之间。PMID放电电路包括串联连接的电阻器Rpd_pmid和开关S2。PMID放电电路用于为输入电压总线PMID提供放电的回路，以使得在开关电容转换器关闭后，输入电压总线PMID上的电压接近于零。这确保在下一次上电开始时，输入电压总线PMID上的电压大约为零。

如图1所示，开关电容转换器包括串联连接在输入电压总线PMID和地之间的第一开关QCH、第二开关QDH、第三开关QCL和第四开关QDL。如图1所示，每个开关都有一个专用的驱动电路。第一驱动电路D1被配置为驱动第一开关QCH。第二驱动电路D2被配置为驱动第二开关QDH。第三驱动电路D3被配置为驱动第三开关QCL。第四驱动电路D4被配置为驱动第四开关QDL。

开关电容转换器还包括第一电容Cfly、第二电容Cbst和第三电容Co。第一电容Cfly连接在第一开关QCH和第二开关QDH的公共节点CFH与第三开关QCL和第四开关QDL的公共节点CFL之间。第一电容Cfly也可以称为飞跨电容。有源放电电路120与飞跨电容Cfly并联。有源放电电路120用于在开关电容转换器关闭后对飞跨电容Cfly上的电压进行放电。

第二电容Cbst连接在电压总线BST和节点CFH之间。第二电容Cbst用作自举电容。自举开关/自举二极管110用于对第二电容Cbst充电。在本申请的实施例中，第二电容Cbst也可被称为自举电容。

自举电容Cbst被配置为向高侧驱动电路(例如，用于驱动第一开关QCH的驱动电路Dl)提供偏置电能。第三电容Co连接在输出端Vo和地之间。第三个电容Co与负载(例如，图1中所示的电池Battary)并联。

在一些实施例中，第二开关QDH用隔离开关实现。特别的，第二开关QDH提供了电池Battary和电源VIN之间的隔离。如图1所示，第二开关QDH的体端子没有连接到第二开关QDH的源极。第二开关第二开关QDH包括两个体二极管。第一个体二极管位于第二开关QDH的体端子和第二开关QDH的源极之间。第二个体二极管位于第二开关QDH的体端子和第二开关QDH的漏极之间。这两个体二极管背靠背连接。由于具有背靠背连接的体二极管，第二开关QDH可以用作隔离开关。在第二开关QDH的栅极施加关断信号后，第二开关QDH可以提供电池Battary与节点CFH之间的隔离。更具体地，当节点CFH对地短路时，第二开关QDH可以防止从电池Battary汲取过高的电流。

如图1所示，体端子控制电路130连接到两个背对背连接的体二极管的公共节点。体端子控制电路130用于通过调节第二开关QDH的体端子的电压电位来控制第二开关QDH的沟道特性。

在一实施例中，图1的开关元件可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件。或者，开关元件可以是任何可控开关，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件、集成栅极换向晶闸管(IGCT)器件、栅极可关断晶闸管(GTO)器件、可控硅(SCR)器件、结栅场效应晶体管(JFET)器件、MOS控制晶闸管(MCT)器件、氮化镓(GaN)基功率器件、碳化硅(SiC)基功率器件等。

可以理解的是，虽然图1示出了开关第一开关QCH、第二开关QDH、第三开关QCL和第四开关QDL均被实现为单个n型晶体管，但是本领域技术人员将认识到可以存在许多变化、修改和替代。例如，根据不同的应用和设计需要，第一开关QCH、第二开关QDH、第三开关QCL和第四开关QDL中的全部或至少一些可以实现为p型晶体管。此外，图1中所示的每个开关可以实现为并联连接的多个开关。此外，电容可以与一个开关并联以实现零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)。

在一实施例中，开关电容转换器可以以两个不同的阶段操作。在第一阶段，第一开关QCH和第三开关QCL导通，第二开关QDH和第四开关QDL关断。由于第一开关QCH和第三开关QCL导通，充电电源VIN对飞跨电容Cfly和输出电容Co进行充电。在第一阶段，飞跨电容Cfly和输出电容Co串联。在第二阶段，第二开关QDH和第四开关QDL导通，第一开关QCH和第三开关QCL关断。由于第二开关QDH和第四开关QDL导通，飞跨电容Cfly与输出电容Co并联，飞跨电容Cfly和输出电容Co中储存的能量向负载(例如图1中所示的电池Battary)放电。

图2图示了根据本发明的各种实施例的短路检测装置。短路检测装置用于判断开关电容变换器的开关与飞跨电容是否短路。在一些实施例中，开关的短路指其源极和漏极之间的短路。如图2所示，短路检测装置包括第一专用电路201和第二专用电路202。

第一专用电路201包括参考电流源Iref和第一控制开关Ql。第一控制开关Ql和第四开关QDL形成一个电流镜。如图2所示，参考电流源Iref连接在输出端Vo和第一控制开关Q1的漏极之间。流经第一控制开关Q1的电流与流经第四开关QDL的电流之比等于1:M，其中，M为预设数值。

第二专用电路202包括第二控制开关Q2和电阻器R1。如图2所示，第二控制开关Q2和电阻器R1串联在输出端Vo和节点CFL之间。

在一实施方式中，在给开关电容转换器上电之前，将短路检测方法中的四个步骤应用于开关电容转换器。在第一步骤中，控制电路301(如图3所示)确定负载开关QFB或第二开关QDH是否短路。在打开任何电源开关之前，控制电路301用于检查输入电压总线PMID上的电压是否符合低电平的预期。输入电压总线PMID上的电压用于指示负载开关QFB或第二开关QDH是否短路。在正常操作中，在打开开关电容转换器的任何电源开关之前，由于负载开关QFB已关闭，因此电源VIN不会施加到输入电压总线PMID。另外，由于第二开关QDH是隔离开关，第二开关QDH是关断的，所以电池Battary的电压没有施加到输入电压总线PMID上。同时，在给开关电容转换器上电之前，电阻器Ppd_pmid在开关S2接通之后将输入电压总线PMID下拉至大约等于零的电平，输入电压总线PMID上的电压保持低电平。

在第一步骤中，如果控制电路301检测到输入电压总线PMID上的电压高于某个预设电压，在图3中称为第一预设参考电压Vref1(例如，第一预设参考电压Vref1＝0.5V)，则负载开关QFB或第二开关QDH存在短路。开关电容转换器停止通电。否则，测试结果表明负载开关QFB和第二开关QDH都没有短路。控制电路301进行短路测试方法的第二步骤。

在第二步骤中，控制电路301确定第四开关QDL或第一开关QCH是否短路。首先，第一专用电路201启动，将第四开关QDL两端的电压(节点CFL上的电压)驱动到0V。具体地，第一控制开关Q1和第四开关QDL形成电流镜。第一专用电路201启动后，参考电流源Iref的电流流过第一控制开关Q1。流经第一控制开关Q1的电流与流经第四开关QDL的电流之比等于1:M。因此，流过第四开关QDL的电流等于M×参考电流源Iref的电流。该电流将节点CFL上的电压驱动到0V。

需要说明的是，如果第三开关QCL或第二开关QDH短路，则第一专用电路201可能无法将节点CFL上的电压驱动至0V。然而，这不会对这个电路短路测试产生影响。

其次，第二专用电路202被开启，在通过计算得到的时间t1内，从电池Battery取电，以有限的电流将节点CFL上的电压驱动到设计电压电平V1。在时间t1之后，控制电路301检查节点CFL上的电压是否高于第二预设参考电压Vref2(如图3所示)。如果节点CFL上的电压高于第二预设参考电压Vref2，则说明第四开关QDL和第一开关QCH都没有短路。控制电路301进行短路测试方法的第三步骤。

在第二步骤中，第一专用电路201用于在有限的时间t0内将节点CFL上的电压驱动到0V。这个有限的时间段t0可以表示为：

t0＝(Cpar1+Cpar2)×Vo1/Ilim (1)

在等式(1)中，Cpar1是从节点CFL到交流地的总寄生电容。在计算Cpar1时，所有直流电源都被视为交流接地。(例如，GND节点和输出端Vo都视为交流接地)。Cpar2是从节点CFH到交流地的总寄生电容。需要注意的是，虽然节点CFH并不直接与节点CFL相连，由于飞跨电容Cfly的容值往往比较大(十几uF到几十uF),其在交流分析中等效为在CFL和CFH节点之间的一个低阻抗的通路。所以，CFH节点上的对交流地的寄生电容Cpar2也需要纳入CFL节点对交流地的总寄生电容计算中。Vo1是该系统中允许的最大电池电压。Ilim是第四开关QDL的限流值。例如，在一些实施例中，Cpar1等于500pF。Cpar2等于500pF。Vo1等于4.6V。Ilim等于1mA。根据等式(1)，t0约为5us。在实际应用中，考虑到第四开关QDL的栅极电压的建立时间，t0可设置为大于计算值。

应当注意，第二专用电路202可以有多种实现方式。大致分为两大类。在第一类中，电路通过电阻器R1将节点CFL充电至预设电压V1。在第二类中，电路使用固定电流将节点CFL充电至预设电V1。

对于第二专用电路202的多种实现方式中的第一类(如图2所示)，第二专用电路202开启的最小周期为t1min1。在一些实施例中，t1min1可以由以下等式表示：

t1min1＝τ×ln[V1/(V1-Vref2)] (2)

在等式(2)中，τ是由R1x(Cpar1+Cpar2)决定的时间常数。例如，R1等于100kΩ。Cpar1等于500pF，Cpar2等于500pF。因此，τ等于100us。在一些实施例中，V1等于0.5V，并且Vref2等于0.2V。根据等式(2)，t1min1大约等于51us。在实际应用中，可能会在t1min1上增加一个裕量来得到t1。例如，t1可以等于100us。

对于第二专用电路202的各种实现方式的第二类，第二专用电路202导通的最小周期等于t1min 2。在一些实施例中，t1min 2可以由以下等式表示：

t1min 2＝(Cpar1+Cpar2)×Vref2/I_fix (3)

在等式(3)中，I_fix是用于将节点CFL充电到预设电压V1的固定电流。需要说明的是，在实际应用中，还可以在等式(3)的t1min 2上增加一个裕量。

时间t1的上限被确定为使得第二专用电路202不能将飞跨电容Cfly充电至第二预设参考电压Vref2。这个原则给出了时间t1的最大允许值。对于第二专用电路202的各种实现方式中的第一类，t1的最大允许值可以由以下等式表示：

t1max1＝R1×Cfly×ln[V1/(V1-Verf2)] (4)

对于第二类专用电路的各种实现方式中的第二类，t1的最大允许值可以由下式表示：

t1max2＝Cfly×Vref2/I_fix (5)

在操作中，第二专用电路202在计算得到的时间t1内以有限的电流将节点CFL上的电压驱动到设计电压电平V1。在时间t1之后，控制电路301检查节点CFL上的电压是否高于第二预设参考电压Vref2。如果节点CFL上的电压高于第二预设参考电压Vref2，则说明第四开关QDL和第一开关QCH都没有短路。否则，至少第四开关QDL或第一开关QCH之一短路。通过第二步骤后，控制电路301进行短路测试方法的第三步骤。

在第三步骤中，控制电路301判断第三开关QCL是否短路。第一专用电路201开启，以在通过计算得到的时间t2内以有限的电流Ilim驱动第四开关QDL两端的电压(节点CFL上的电压)下降。在该时间t2到期时，控制电路检查节点CFL上的电压是否低于计算出的第三预设参考电压Vref3(如图3所示)。如果节点CFL上的电压低于第三预设参考电压Vref3，则说明第三开关QCL没有短路。控制电路301进行到第四步骤。

时间t2的最小值由以下等式给出：

t2＝(Cpar1+Cpar2)×(V1-Vref3)/Ilim (6)

在一些实施例中，Cpar1等于500pF，并且Cpar2等于500pF。V1等于0.5V，Vref3等于0.1V。根据等式(6)，t2的最小值等于0.4us。在实际应用中，可以向时间t2添加裕量以考虑第四开关QDL的栅极电压的建立时间。

在一些实施例中，t2的最大允许值由以下等式给出：

t2＝Cfly×(V1-Vref3)/Ilim (7)

在第四步骤中，控制电路301判断飞跨电容Cfly是否短路。负载开关QFB开启后，输入电压总线PMID上的电压上升至交流电源VIN的电压，第二开关QDH开启。开启的第二开关QDH将节点CFH连接到输出端Vo。通过限制电流，第四开关QDL驱动节点CFL以将飞跨电容Cfly预充电到等于输出端Vo的电压电平。如果飞跨电容Cfly发生短路，第四开关QDL无法将节点CFL驱动至0V。在计算得到的时间t3之后，控制电路检查节点CFL上的电压是否小于第三预设参考电压Vref3。在一些实施例中，第三预设参考电压Vref3接近0V。如果节点CFL上的电压小于第三预设参考电压Vref3，则表明飞跨电容Cfly上没有短路。控制电路301可以继续给开关电容转换器加电。

需要注意的是，图2中所示的有源放电电路120在短路检测过程中保持关闭。具体的，有源放电电路120在短路检测过程中可以等效为开路。

图3示出了根据本发明的各种实施例的短路处理设备。其中控制电路301由比较器302、缓冲电路304和反相器306组成。在以上关于图2的讨论中，第一预设参考电压Vref1、第二预设参考电压Vref2和第三预设参考电压Vref3被用作确定开关或飞跨电容Cfly是否短路的参考。如图3所示，单个比较器302的正负输入被多路复用为上述关于图2的不同检测步骤中所需的相应信号。如图3所示，比较器302的正输入端是分别通过开关S31和开关S32连接到输入电压总线PMID和节点CFL。比较器302的负输入端分别通过开关S33、开关S34和开关S35连接到第一预设参考电压Vref1、第二预设参考电压Vref2和第三预设参考电压Vref3。比较器302的输出馈入缓冲器304的输入端和反相器306的输入端。缓冲器304和反相器306的输出用于判断开关电容变换器的开关和飞跨电容Cfly是否短路。

图4示出了根据本发明的各种实施例的三个背对背连接的晶体管。第一虚线框402包括背对背连接的n型晶体管。这两个n型晶体管的漏极彼此直接相连。第一虚线框402中的背对背连接的n型晶体管可用于替换上面图1-3中所示的第二开关QDH。这种替换可适用于本申请所提供的任一实施例。

第二虚线框404包括背对背连接的n型晶体管。这两个n型晶体管的源极直接相互连接。第二虚线框404中的背对背连接的n型晶体管可用于替换上面图1-3中所示的第二开关QDH。这种替换可适用于本申请所提供的任一实施例。

第三虚线框406包括背对背连接的p型晶体管。第三虚线框406中背对背连接的p型晶体管可用于替换上面图1-3中所示的第二开关QDH。这种替换可适用于本申请所提供的任一实施例。

应当注意，上面关于图1-4讨论的实施例基于单相开关电容转换器。上面讨论的实施例(短路检测方法)可以扩展到多相开关电容转换器，因为可以根据上面描述的方法独立地检查每一相。

图5示出了根据本发明的各种实施例的用于图1所示的开关电容转换器的短路检测方法的流程图。图5所示的流程图仅为示例，不应过度限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。例如，可以添加、移除、替换、重新排列和重复图5中所示的各个步骤。

在步骤502中，开关电容转换器的输入电压总线通过负载开关连接到电源。开关电容转换器的输出连接到负载，例如电池。开关电容转换器包括串联连接在输入电压总线和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，以及连接在第一开关和第二开关的公共节点与第三开关和第四开关的公共节点之间的飞跨电容。

在步骤504中，在第一短路测试步骤中，控制电路301通过将输入电压总线上的电压与第一预设参考电压进行比较来确定负载开关或第二开关是否短路。

在步骤506中，通过第一短路测试步骤后，在第二短路测试步骤中，控制电路301通过将第三开关和第四开关的公共节点上的电压和第二预设参考电压进行比较，以确定第一开关或第四开关是否短路。

在步骤508中，在第二短路测试步骤通过后，在第三短路测试步骤中，控制电路301通过将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第三预设参考电压进行比较，以确定第三开关是否短路。

该方法还包括在通过第三短路测试步骤后，接通负载开关以在输入电压总线上产生电压，接通第二开关。在第四短路测试步骤中，通过将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第四预设参考电压进行比，以确定飞跨电容是否短接。

该方法还包括将第三开关和第四开关的公共节点上的电压以第一预设电流进行放电，并在第一预设时间后，将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第四预设参考电压进行比较，以判断飞跨电容是否短路。

该方法还包括在开关电容转换器已经关闭之后，并且在第一短路测试步骤期间，在关闭负载开关之后，使用耦合在输入电压总线和地之间的电阻器和开关对输入电压总线放电，并将输入电压总线上的电压与第一预设参考电压进行比较，以确定负载开关或第二开关是否短路。

该方法还包括在第二短路测试步骤中，使用电流镜将第四开关两端的电压放电，持续第二预设时间后，用第二预设电流对第三开关和第四开关的公共节点上的电压充电，并在第二预设时间后，将第三开关与第四开关的公共节点上的电压与第二预设参考电压进行比较，以确定第一开关或第四开关是否短路。

该方法还包括在第三短路测试步骤中，以第三预设电流将第四开关两端的电压放电并持续第三预设时间，并将第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第三预设参考电压进行比较，以判断第三开关是否短路。

关于短路检测方法的第一步骤，该方法还包括在开关电容转换器已经关断之后，使用电阻器和耦合在输入电压总线和地之间的开关对输入电压总线放电。在第一步骤中，保持负载开关处于非导通状态，当输入电压总线上的电压高于第一预设参考电压时，确定负载开关和第二开关中的至少一个短路。

关于短路检测方法的第二步骤，该方法还包括在第二步骤中，使用电流镜将第四开关两端的电压放电并持续第二预设时间，以第二预设电流对第三开关与第四开关的公共节点电压进行充电，且在第二预设时间后，当第三开关与第四开关的公共节点上的电压小于第二预设参考电压时，确定第一开关与第四开关中的至少一个短路。

针对短路检测方法的第三步骤，该方法还包括在第三步骤中，以第三预设电流将第四开关两端的电压放电并持续第三预设时间，当第三开关与第四开关的共同节点上的电压高于第三预设参考电压时，确定第三开关短路。

虽然已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员，从本发明的公开内容中将容易理解目前存在的或以后将开发的执行基本相同功能的过程、机器、制造、物质组合物、手段、方法或步骤或者实现与根据本发明可以利用的在此描述的相应实施例基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (21)

1.一种开关电容转换器的控制方法，其特征在于，所述开关电容转换器的输入电压总线通过负载开关与电源连接，所述开关电容转换器包括串联连接在输入电压总线和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，以及连接在第一开关和第二开关的公共节点与第三开关和第四开关的公共节点之间的飞跨电容；

所述方法包括：

在第一短路测试步骤中，通过将所述输入电压总线上的电压与第一预设参考电压进行比较，以确定所述负载开关或所述第二开关是否短路；

在通过第一短路测试步骤之后，在第二短路测试步骤中，通过将所述第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压与第二预设参考电压进行比较，以确定所述第一开关或所述第四开关是否短路；

在通过第二短路测试步骤之后，在第三短路测试步骤中，通过将第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压与第三预设参考电压进行比较，以确定所述第三开关是否短路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在通过第三短路测试步骤之后，打开所述负载开关，以在所述输入电压总线上产生电压；

打开第二个开关；

在第四短路测试步骤中，通过将所述第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压与第四预设参考电压进行比较，以确定所述飞跨电容是否短路。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第三开关与所述第四开关的公共节点上的电压以第一预设电流放电；

在第一预设时间后，将所述第三开关与所述第四开关的公共节点上的电压与所述第四预设参考电压进行比较，以确定所述飞跨电容是否短路。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述开关电容转换器关闭之后，使用电阻器和耦合在所述输入电压总线和地之间的开关使所述输入电压总线放电；

在第一短路测试步骤中，在关闭所述负载开关后，将所述输入电压总线上的电压与所述第一预设参考电压进行比较，以确定所述负载开关或所述第二开关是否短路。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在第二短路测试步骤中，使用电流镜将所述第四开关两端的电压放电并持续第二预设时间；

以第二预设电流对所述第三开关与所述第四开关的公共节点充电；

在第三预设时间后，将所述第三开关与所述第四开关的共同节点上的电压与所述第二预设参考电压进行比较，以确定所述第一开关或所述第四开关是否短路。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在第三短路测试步骤中，以第三预设电流将第四开关两端的电压放电并持续第四预设时间；

将所述第三开关与所述第四开关的共同节点上的电压与所述第三预设参考电压进行比较，以确定所述第三开关是否短路。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第二开关包括连接在所述第二开关的漏极和体端子之间的第一体二极管，以及连接在所述第二开关的源极和体端子之间的第二体二极管，其中，所述第一体二极管和所述第二体二极管背对背连接。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

通过调整所述第二开关体端的电压电位来控制所述第二开关的沟道特性，其中，在短路测试过程中将所述体端子接地，保持所述第二开关双向隔离。

9.一种用于检测开关电容转换器中的故障部件的方法，其中，所述开关电容转换器包括四个开关和飞跨电容，其特征在于，所述方法包括：

在第一步骤中，将所述开关电容转换器的输入电压总线上的电压与第一预设参考电压进行比较，以确定所述开关电容转换器的负载开关或第二开关是否短路，其中，所述负载开关耦合在电源和所述输入电压总线之间；

经过第一步骤后，在第二步骤中，将所述开关电容转换器的第三开关和第四开关的公共节点上的电压与第二预设参考电压进行比较，以确定所述第一开关或所述第四开关是否短路；

经过第二步骤后，在第三步骤中，将所述第三开关与所述第四开关的公共节点上的电压与第三预设参考电压进行比较，以确定所述第三开关是否短路；

通过第三步骤后，打开所述负载开关，以在所述输入电压总线上产生电压，打开所述第二开关；

第四步骤，将所述第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压与第四预设参考电压进行比较，以确定所述飞跨电容是否短路。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

在将所述第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压与第四预设参考电压进行比较之前，所述第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压以第一预设电流放电第一预设时间。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述开关电容转换器包括：

串联连接在所述输入电压总线与地之间的所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关；

连接在所述第一开关和所述第二开关的公共节点与所述第三开关和所述第四开关的公共节点之间的所述飞跨电容。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述开关电容转换器关闭之后，使用电阻器和耦合在所述输入电压总线和地之间的开关使所述输入电压总线放电；

在第一步骤中，保持所述负载开关处于非导通状态，当所述输入电压总线上的电压高于所述第一预设参考电压时，确定所述负载开关和所述第二开关中的至少一个短路。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在第二步骤中，使用电流镜将所述第四开关两端的电压以有限的电流放电并持续第二预设时间；

以第二预设电流对所述第三开关与所述第四开关的公共节点充电；

在第二预设时间后，当所述第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压小于所述第二预设参考电压时，确定所述第一开关和所述第四开关中的至少一个短路。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在第三步骤中，以第三预设电流将所述第四开关两端的电压放电并持续第三预设时间；

当所述第三开关与所述第四开关的共同节点上的电压高于所述第三预设参考电压时，判断所述第三开关短路。

15.一种系统，其特征在于，包括：

开关电容转换器，包括串联连接在输入电压总线和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，以及连接在所述第一开关和所述第二开关的公共节点以及所述第三开关和所述第四开关的公共节点之间的飞跨电容，其中，所述输入电压总线被配置为通过所述负载开关耦合到电源；

短路检测装置，包括第一专用电路和第二专用电路，其中：

所述第一专用电路包括串联连接在所述第二开关和所述第三开关的公共节点与地之间的参考电流源和第一控制开关，其中，所述第一控制开关和所述第四开关形成电流镜；

所述第二专用电路连接在所述第二开关和所述第三开关的公共节点以及所述第三开关和所述第四开关的公共节点之间，其中，所述第二专用电路被配置为对所述第三开关和所述第四开关的公共节点进行充电以进行短路测试。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

所述第二专用电路包括串联连接的第二控制开关和电阻。

17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

所述第二开关包括连接在所述第二开关的漏极和体端子之间的第一体二极管，以及连接在所述第二开关的源极和体端子之间的第二体二极管；

其中，所述第一体二极管和所述第二体二极管背对背反向连接，其中，通过调整所述第二开关的体端子处的电压电位来控制所述第二开关的沟道特性，并在短路测试过程中将所述体端子接地，保持所述第二开关双向隔离。

18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

所述第二开关包括背靠背连接的两个晶体管；

其中，若两个所述晶体管为n型晶体管，则两个所述晶体管的源极相连，或两个所述晶体管的漏极相连；

若两个所述晶体管为p型晶体管，则两个所述晶体管的源极相连。

19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

在所述开关电容转换器关闭之后，所述输入电压总线使用电阻器和耦合在所述输入电压总线和地之间的开关放电；

在短路测试的第一步骤中，所述负载开关处于非导通状态，当所述输入电压总线上的电压比第一预设参考电压高时，确定所述负载开关和所述第二开关中的至少一个短路。

20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

在短路测试的第二步骤中，使用由所述第一专用电路和所述第四开关形成的电流镜将所述第四开关两端的电压放电至零伏；

所述第二专用电路用于对所述第三开关和所述第四开关的公共节点进行充电；

当所述第三开关和所述第四开关的公共节点上的电压小于第二预设参考电压时，确定所述第一开关和所述第四开关中的至少一个短路。

21.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

在短路测试的第三步骤中，使用由所述第一专用电路和所述第四开关形成的电流镜将所述第四开关两端的电压放电至零伏；

当所述第三开关与所述第四开关的共同节点上的电压高于第三预设参考电压时，确定所述第三开关短路。

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