CN114527407A - 电容检测电路、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电容检测电路、装置及设备，所述检测电路包括：驱动模块、第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3和第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、检测模块和电池，能够通过检测模块对第一电容的状态进行检测，提升了对第一电容进行状态检测时的准确性。

Description

电容检测电路、装置及设备

技术领域

本申请涉及电路结构技术领域，具体涉及一种电容检测电路、装置及设备。

背景技术

近年来基于锂电池的移动便携智能设备应用越来越多，但是受限于锂电池本身的能量密度原因，此类设备的续航能力一直被用户所诟病。基于此，高效大功率充电管理集成电路产品被开发出来，尤其是开关电容式变换器，不同于传统的电感式变换器，开关电容变换器用电容作为能量中转站，转换效率远高于传统电感式变换器。作为开关电容变换器的核心，为外置的电容器件，如果外部电容器件短路或者容量变小将会使转换器系统的效率大打折扣，所以一个优异的电容检测电路对开关电容变换器系统尤为重要。

发明内容

本申请实施例提供一种电容检测电路、装置及设备，能够通过检测模块对第一电容的状态进行检测，提升了对第一电容进行状态检测时的准确性。

本申请实施例的第一方面提供了一种电容检测电路，所述检测电路包括：驱动模块、第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3和第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、检测模块和电池，其中，

所述第一开关管Q1的漏极与电源输入端口相连接，所述第一开关管Q1的栅极与所述驱动模块的第一控制端口相连接，所述第一开关管Q1的源极与所述第二开关管Q2的漏极、所述检测模块的第一端口、所述第一电容C1的上极板相连接，所述第二开关管Q2的栅极与所述驱动模块的第二控制端口相连接，所述第二开关管Q2的源极与所述第三开关管Q3的漏极、所述第一电阻R1的第一端、所述电池的第一端相连接，所述第三开关管Q3的栅极与所述驱动模块的第三控制端口相连接，所述第三开关管Q3的源极与所述第四开关管Q4的漏极、所述检测模块的第二端口、所述第一电容C1的下极板相连接，所述第四开关管Q4的栅极与所述驱动模块的第四控制端口相连接，所述第四开关管Q4的源极接地，

所述第一电阻R1的第二端与所述第二电容C2的第一端相连接，所述第二电容C2的第二端接地。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述检测模块包括：第一电流源、第二电流源、第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一定时器、第二定时器、第三定时器，其中，

所述第一比较器的反相端与所述第一电容C1的下极板、所述第一电流源的第一端相连接，所述第一比较器的正相端用于接收第一参考信号，所述第一比较器输出端口与第一RS触发器的S端口相连接，所述第一RS触发器的R端口与所述第一定时器的输出端口相连接，所述第一电流源的第二端接地；

所述第二比较器的正相端与所述第一电容C1的上极板相、所述第二电流源的第一端、所述第三比较器的正相端连接，所述第二比较器的反相端用于接收第二参考信号，所述第二比较器的输出端与第二RS触发器的S端口相连接，所述第二RS触发器的R端口与所述第二定时器的输出端口相连接；

所述第三比较器的反相端用于接收第三参考信号，所述第三比较器的输出端口与第三RS触发器的S端口相连接，所述第三RS触发器的R端口与所述第三定时器相连接。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述检测电路还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端与所述第一电阻R1的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述电池的第一端相连接。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述检测电路还包括温度检测模块，所述温度检测模块与所述电池相连接，所述温度检测模块用于对所述电池进行温度检测。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述检测电路还包括：保护模块，所述保护模块的第一端与所述第一开关管Q1的漏极相连接，所述保护模块用于在所述电路中出现强电压时，对所述检测电路进行保护。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述保护模块包括：第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三电容C3、第四电容C4，其中，

所述第一稳压二极管D1的第一端与所述第一开关管Q1的漏极相连接，所述第一稳压二极管D1的第二端与所述第二稳压二极管D2的第一端相连接，所述第二稳压二极管D2的第二端与所述第三电容C3的第一端、第四电容C4的第一端相连接，第三电容C3的第二端接地，第四电容C4的第二端接地。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述保护模块包括：电压检测子模块、第四开关管Q4、第五电容C5、第三电阻R3，其中，

所述电压检测子模块的检测端与所述第一开关管Q1的漏极、所述第四开关管Q4的漏极相连接，所述电压检测子模块控制端口与所述第四开关管Q4的栅极相连接，所述第四开关管Q4的源极与所述第五电容C5的第一端、所述第三电阻R3的第一端相连接，所述第五电容C5的第二端接地，所述第三电阻R3的第二端接地。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述检测电路还包括第四电阻R4、第六电容C6，所述第四电阻R4的第一端与所述驱动模块的第一输出端口相连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第一开关管Q1的栅极、所述第六电容C6的第一端相连接，所述第六电容C6的第二端接地。

本申请实施例的第二方面提供一种电容检测装置，所述电容检测装置包括电路板和如第一方面任一项所述的电容检测电路。

本申请实施例的第三方面提供一种电容检测设备，所述电容检测装置包括壳体和如第二方面所述的电容检测电路。

实施本申请实施例，至少具有如下有益效果：

电容检测电路包括：驱动模块、第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3和第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、检测模块和电池，其中，所述第一开关管Q1的漏极与电源输入端口相连接，所述第一开关管Q1的栅极与所述驱动模块的第一控制端口相连接，所述第一开关管Q1的源极与所述第二开关管Q2的漏极、所述检测模块的第一端口、所述第一电容C1的上极板相连接，所述第二开关管Q2的栅极与所述驱动模块的第二控制端口相连接，所述第二开关管Q2的源极与所述第三开关管Q3的漏极、所述第一电阻R1的第一端、所述电池的第一端相连接，所述第三开关管Q3的栅极与所述驱动模块的第三控制端口相连接，所述第三开关管Q3的源极与所述第四开关管Q4的漏极、所述检测模块的第二端口、所述第一电容C1的下极板相连接，所述第四开关管Q4的栅极与所述驱动模块的第四控制端口相连接，所述第四开关管Q4的源极接地，所述第一电阻R1的第二端与所述第二电容C2的第一端相连接，所述第二电容C2的第二端接地，因此，能够通过检测模块对第一电容的状态进行检测，提升了对第一电容进行状态检测时的准确性。

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 为本申请实施例提供了一种电容检测电路的结构示意图；

图2 为本申请实施例提供了一种检测模块的结构示意图；

图3 为本申请实施例提供了另一种电容检测电路的结构示意图；

图4 为本申请实施例提供了另一种电容检测电路的结构示意图；

图5 为本申请实施例提供了另一种电容检测电路的结构示意图；

图6 为本申请实施例提供了另一种电容检测电路的结构示意图；

图7 为本申请实施例提供了一种电容检测电路的工作波形图；

图8 为本申请实施例提供了一种电容检测电路在第一电容短路情况下的工作波形图；

图9 为本申请实施例提供了一种电容检测电路在无电池负载情况下的工作波形图；

图10 为本申请实施例提供了一种电容检测电路在第一电容C开路情况下的工作波形图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，图1 为本申请实施例提供了一种电容检测电路的结构示意图。如图1所示，电容检测电路包括：驱动模块10、第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3和第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、检测模块20和电池30，其中，

所述第一开关管Q1的漏极与电源输入端口相连接，所述第一开关管Q1的栅极与所述驱动模块10的第一控制端口相连接，所述第一开关管Q1的源极与所述第二开关管Q2的漏极、所述检测模块20的第一端口、所述第一电容C1的上极板相连接，所述第二开关管Q2的栅极与所述驱动模块10的第二控制端口相连接，所述第二开关管Q2的源极与所述第三开关管Q3的漏极、所述第一电阻R1的第一端、所述电池30的第一端相连接，所述第三开关管Q3的栅极与所述驱动模块10的第三控制端口相连接，所述第三开关管Q3的源极与所述第四开关管Q4的漏极、所述检测模块20的第二端口、所述第一电容C1的下极板相连接，所述第四开关管Q4的栅极与所述驱动模块10的第四控制端口相连接，所述第四开关管Q4的源极接地，

所述第一电阻R1的第二端与所述第二电容C2的第一端相连接，所述第二电容C2的第二端接地。

本示例中，电容检测电路包括：驱动模块、第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3和第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、检测模块和电池30，其中，所述第一开关管Q1的漏极与电源输入端口相连接，所述第一开关管Q1的栅极与所述驱动模块的第一控制端口相连接，所述第一开关管Q1的源极与所述第二开关管Q2的漏极、所述检测模块的第一端口、所述第一电容C1的上极板相连接，所述第二开关管Q2的栅极与所述驱动模块的第二控制端口相连接，所述第二开关管Q2的源极与所述第三开关管Q3的漏极、所述第一电阻R1的第一端、所述电池30的第一端相连接，所述第三开关管Q3的栅极与所述驱动模块的第三控制端口相连接，所述第三开关管Q3的源极与所述第四开关管Q4的漏极、所述检测模块的第二端口、所述第一电容C1的下极板相连接，所述第四开关管Q4的栅极与所述驱动模块的第四控制端口相连接，所述第四开关管Q4的源极接地，所述第一电阻R1的第二端与所述第二电容C2的第一端相连接，所述第二电容C2的第二端接地，因此，能够通过检测模块对第一电容的状态进行检测，提升了对第一电容进行状态检测时的准确性。以及本申请中的电容检测电路具有电路结构简单，能够实现电容短路和开路检测，同时还可以对电容容值进行简单判断，为开关电容式降压转换器在多相工作时提供了良好的基础检测。

在一个可能的实现方式中，如图2所示，所述检测模块20包括：第一电流源I1、第二电流源I2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第三比较器CMP3、第一定时器201、第二定时器202、第三定时器203，其中，

所述第一比较器CMP1的反相端与所述第一电容C1的下极板、所述第一电流源I1的第一端相连接，所述第一比较器CMP1的正相端用于接收第一参考信号，所述第一比较器CMP1输出端口与第一RS触发器的S端口相连接，所述第一RS触发器的R端口与所述第一定时器201的输出端口相连接，所述第一电流源I1的第二端接地；

所述第二比较器CMP2的正相端与所述第一电容C1的上极板相、所述第二电流源I2的第一端、所述第三比较器CMP3的正相端连接，所述第二比较器CMP2的反相端用于接收第二参考信号，所述第二比较器CMP2的输出端与第二RS触发器的S端口相连接，所述第二RS触发器的R端口与所述第二定时器202的输出端口相连接；

所述第三比较器CMP3的反相端用于接收第三参考信号，所述第三比较器CMP3的输出端口与第三RS触发器的S端口相连接，所述第三RS触发器的R端口与所述第三定时器203相连接。

在一个可能的实现方式中，如图3所示，所述检测电路还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端与所述第一电阻R1的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述电池30的第一端相连接。

在一个可能的实现方式中，所述检测电路还包括温度检测模块，所述温度检测模块与所述电池30相连接，所述温度检测模块用于对所述电池30进行温度检测。

在一个可能的实现方式中，如图4所示，所述检测电路还包括：保护模块40，所述保护模块40的第一端与所述第一开关管Q1的漏极相连接，所述保护模块40用于在所述电路中出现强电压时，对所述检测电路进行保护。

在一个可能的实现方式中，如图5所示，所述保护模块包括：第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三电容C3、第四电容C4，其中，

所述第一稳压二极管D1的第一端与所述第一开关管Q1的漏极相连接，所述第一稳压二极管D1的第二端与所述第二稳压二极管D2的第一端相连接，所述第二稳压二极管D2的第二端与所述第三电容C3的第一端、第四电容C4的第一端相连接，第三电容C3的第二端接地，第四电容C4的第二端接地。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，如图6所示，所述检测电路还包括第三电阻R3、第五电容C5，所述第三电阻R3的第一端与所述驱动模块的第一输出端口相连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一开关管Q1的栅极、所述第五电容C5的第一端相连接，所述第五电容C5的第二端接地。

检测时，先由第一电流源I1接通第一电容C1下极板进行放电，在定时器T1时间内，泄放电压阈值小于V1，然后开启DRV4逻辑打开第四开关管Q4让第一电容C1下极板CL接地，然后打开第二电流源I2，将第一电容C1上级板CH电压拉高，启动定时器T2，如果在定时器T2时间内电压阈值高于V2，则认为第一电容C1开路，定时器T2和电压V2可以搭配结合来检测第一电容C1最小电容范围，满足在特定条件下限定第一电容C1的容值，如果定时器T2时间内第一电容C1上级板CH电压小于V2，则切换至电压V3，并启动定时器T3，如果在定时器T3内，第一电容C1上极板电压CH高于V3，则检测结束，第一电容C1状态正常，如果在定时器T3时间结束时，第一电容C1上级板电压还未高于V3，则通知系统检测异常。

图7显示了电容检测电路的工作波形图，此时系统VOUT输出端挂有电池负载，系统未开始工作前VOUT已有电压，根据第一电容C1初始压差为0，以及第二开关管Q2存在寄生体二极管，从而使得CH节点初始电压约为VOUT电压，第一电容C1压差为0，CL电压基本为VOUT电压。

上述条件持续到T1开始计时，第一电流源I1开始工作，第一电流源I1工作后，CL端电压将会被慢慢拉低，同时由于第二开关管Q2寄生二极管的存在，CH端电压基本保持不变，假设第一电容C1连接正确且容值正常，在t1时间结束前，CL电压会被拉至VREF1以下，此时第一比较器CMP1输出为高，如果此时小于定时器T1的计时时间，CL_OK信号变高，CL端口检测结束。

CL检测结束后，检测电路通知驱动器开启DRV4，打开第四开关管Q4，然后第二电流源I2开始工作，CH电压开始升高，定时器T2开始计时，在定时器T2结束计时时，判断CH端电压是否高于VREF2电压，电容连接正常情况下，在t2时间内CH电压小于VREF2参考电压，比较器输出保持为低，CH_FAULT输出为0。

CH_FAULT检测完成后，定时器T3开始计时，第三比较器CMP3开始工作，在T3时间内，如果CH电压达到VREF3电压值，则电容检测结束，第三比较器CMP3输出为高，CH_OK输出为高，系统接收到电容检测电路送出的CL_OK和CH_OK信号，判断出外部电容连接正常，以及容值在允许范围内，然后才进一步通知转换器系统可以进行正常开关动作。

图8显示了电容检测电路在第一电容C1短路情况下的工作波形图，此时负载电池已接入系统，由于电容检测电路中第一电流源I1的能力有限，此时CH和CL端口被短接在一起，CL端电压无法在t1时间内下拉低于VREF1参考电压，电容检测电路中的第一比较器CMP1无法翻转为高，CL_OK一直为低，系统不启动开关动作。

图9显示了电容检测电路在无电池负载，第一电容C1短路情况下的工作波形图，此时VOUT输出端无初始电压，CL端被第一电流源下拉到VREF1以下，CL_OK置为1，DRV4打开，第四开关管Q4打开，第二电流源I2打开，CH和CL短接，然后通过Q4打开到地，由于第二电流源I2能力有限，CH在t2时间内无法达到VREF2参考电压，CH_FAULT=0,检测电路进入第三阶段，第二电流源I2继续给CH充电，在T3时间内，CH还是无法达到VREF3电压，第三比较器CMP3无法翻转，CH_OK恒为0，系统不启动开关动作。

图10显示了电容检测电路第一电容C1开路情况下的工作波形图，此时负载电池已接入系统，电路先进入第一阶段CL节点检测，由于CH和CL之间电容已开路，第一阶段启动第一电流源I1后，CL节点电压很快被拉低至VREF1，第一比较器CMP1置高，CL_OK为高，检测电路进入第二阶段，CH节点的第二电流源I2打开，由于第一电容C1开路，在时间t2内，CH节点电压被快速充高至VREF2，第二比较器CMP2翻转，CH_FAULT置高，系统不再进行第三阶段检测，CH_OK信号始终为低，系统不启动开关动作，同理在不接电池负载的应用下，工作波形类似图10工作波形，不同之处在于CH以及CL的初始节点电压为不定状态。

本申请实施例还提供一种电容检测装置，所述电容检测装置包括电路板和如前述实施例中任一项所述的电容检测电路。

本申请实施例还提供一种电容检测设备，所述电容检测装置包括壳体和如前述实施例中所述的电容检测电路。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种电容检测电路，其特征在于，所述检测电路包括：驱动模块、第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3和第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、检测模块和电池，其中，

所述第一开关管Q1的漏极与电源输入端口相连接，所述第一开关管Q1的栅极与所述驱动模块的第一控制端口相连接，所述第一开关管Q1的源极与所述第二开关管Q2的漏极、所述检测模块的第一端口、所述第一电容C1的上极板相连接，所述第二开关管Q2的栅极与所述驱动模块的第二控制端口相连接，所述第二开关管Q2的源极与所述第三开关管Q3的漏极、所述第一电阻R1的第一端、所述电池的第一端相连接，所述第三开关管Q3的栅极与所述驱动模块的第三控制端口相连接，所述第三开关管Q3的源极与所述第四开关管Q4的漏极、所述检测模块的第二端口、所述第一电容C1的下极板相连接，所述第四开关管Q4的栅极与所述驱动模块的第四控制端口相连接，所述第四开关管Q4的源极接地，

所述第一电阻R1的第二端与所述第二电容C2的第一端相连接，所述第二电容C2的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测模块包括：第一电流源、第二电流源、第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一定时器、第二定时器、第三定时器，其中，

所述第一比较器的反相端与所述第一电容C1的下极板、所述第一电流源的第一端相连接，所述第一比较器的正相端用于接收第一参考信号，所述第一比较器输出端口与第一RS触发器的S端口相连接，所述第一RS触发器的R端口与所述第一定时器的输出端口相连接，所述第一电流源的第二端接地；

所述第二比较器的正相端与所述第一电容C1的上极板相、所述第二电流源的第一端、所述第三比较器的正相端连接，所述第二比较器的反相端用于接收第二参考信号，所述第二比较器的输出端与第二RS触发器的S端口相连接，所述第二RS触发器的R端口与所述第二定时器的输出端口相连接；

所述第三比较器的反相端用于接收第三参考信号，所述第三比较器的输出端口与第三RS触发器的S端口相连接，所述第三RS触发器的R端口与所述第三定时器相连接。

3.根据权利要求1或2所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端与所述第一电阻R1的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述电池的第一端相连接。

4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括温度检测模块，所述温度检测模块与所述电池相连接，所述温度检测模块用于对所述电池进行温度检测。

5.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：保护模块，所述保护模块的第一端与所述第一开关管Q1的漏极相连接，所述保护模块用于在所述电路中出现强电压时，对所述检测电路进行保护。

6.根据权利要求5所述的检测电路，其特征在于，所述保护模块包括：第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三电容C3、第四电容C4，其中，

所述第一稳压二极管D1的第一端与所述第一开关管Q1的漏极相连接，所述第一稳压二极管D1的第二端与所述第二稳压二极管D2的第一端相连接，所述第二稳压二极管D2的第二端与所述第三电容C3的第一端、第四电容C4的第一端相连接，第三电容C3的第二端接地，第四电容C4的第二端接地。

7.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括第四电阻R4、第六电容C6，所述第四电阻R4的第一端与所述驱动模块的第一输出端口相连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第一开关管Q1的栅极、所述第六电容C6的第一端相连接，所述第六电容C6的第二端接地。

8.一种电容检测装置，其特征在于，所述电容检测装置包括电路板和如权利要求1-7任一项所述的电容检测电路。

9.一种电容检测设备，其特征在于，所述电容检测装置包括壳体和如权利要求8所述的电容检测装置。

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