CN116455035B - 保护电路及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种保护电路及电子设备。该保护电路包括：共模电感、第一TVS二极管、第二TVS二极管、第一开关单元和第二开关单元；共模电感包括第一绕组和第二绕组，第一TVS二极管用于当第一绕组输出端电压大于或等于第一TVS二极管的击穿电压时，将第一绕组输出端电压钳位于第一值，第一值与第一绕组输入端电压的差值小于第一绕组的最大耐受电压；第二TVS二极管用于当第二绕组输出端电压大于或等于第二TVS二极管的击穿电压时，将第二绕组输出端电压钳位于第二值，第二值与第二绕组输入端电压的差值小于第二绕组的最大耐受电压。这样，可以减少电子设备不能快充或不能与其他电子设备建立通信连接的现象，提升用户使用体验。
Description
技术领域
本申请涉及终端技术领域，尤其涉及一种保护电路及电子设备。
背景技术
电子设备中可以设置有充电接口，电子设备通过充电接口，可以实现充电、与耳机或其他电子设备通信连接等。
但是，在电子设备的使用过程中，可能出现电子设备不能快充或电子设备之间不能通过充电接口进行通信的现象，用户体验较差。
发明内容
本申请实施例提供一种保护电路及电子设备，应用于终端技术领域。该保护电路将原电路中钳位电压较小的TVS二极管替换为钳位电压较大的TVS二极管，使得共模电感的前端电压与后端电压相差较小，进而可以使共模电感上的电流不大于其峰值电流。
第一方面，本申请实施例提出一种保护电路。该保护电路包括：共模电感、第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、第一开关单元和第二开关单元；共模电感包括第一绕组和第二绕组，共模电感与充电接口连接，充电接口包括正向数据传输管脚和反向数据传输管脚；其中，第一绕组的输入端与正向数据传输管脚连接，第一绕组的输出端与第一瞬态电压抑制二极管的一端和第一开关单元的输入端连接，第一瞬态电压抑制二极管的另一端接地，第一开关单元的输出端与负载连接，第一开关单元的控制端接入第一基准电压，第一基准电压与负载的工作电压的差值小于预设值；第一瞬态电压抑制二极管，用于当第一绕组的输出端的电压大于或等于第一瞬态电压抑制二极管的击穿电压时，将第一绕组的输出端的电压钳位于第一值，其中，第一值与第一绕组的输入端的电压之间的差值小于第一绕组的最大耐受电压；第一绕组的最大耐受电压包括第一绕组的阻值与第一绕组的最大耐受电流的积；第二绕组的输入端与反向数据传输管脚连接，第二绕组的输出端与第二瞬态电压抑制二极管的一端和第二开关单元的输入端连接，第二瞬态电压抑制二极管的另一端接地，第二开关单元的输出端与负载连接，第二开关单元的控制端接入第二基准电压；第二基准电压与负载的工作电压的差值小于预设值；第二瞬态电压抑制二极管，用于当第二绕组的输出端的电压大于或等于第二瞬态电压抑制二极管的击穿电压时，将第二绕组的输出端的电压钳位于第二值，其中，第二值与第二绕组的输入端的电压之间的差值小于第二绕组的最大耐受电压；第二绕组的最大耐受电压包括第二绕组的阻值与第二绕组的最大耐受电流的积。这样，可以减少共模电感被烧坏的可能，减少电子设备不能快充、或者电子设备不能与其他电子设备建立通信连接的现象，提升用户的使用体验，还可以保护后级的开关单元不被烧坏；此外，在保护电路中设置第一开关单元和第二开关单元，可以在共模电感输出端的电压大于负载的工作电压时关断，实现对负载的保护，这样，可以有效减少负载由于过压而烧损的现象。
一种可能的实现中，保护电路还包括第三瞬态电压抑制二极管和第四瞬态电压抑制二极管；第三瞬态电压抑制二极管的一端与第一开关单元的输出端连接，第三瞬态电压抑制二极管的另一端接地，第三瞬态电压抑制二极管，用于当第一开关单元的输出端的电压大于第三击穿电压时，将第一开关单元的输出端的电压钳位于第三值；其中，第三值小于第一值；第四瞬态电压抑制二极管的一端与第二开关单元的输出端连接，第四瞬态电压抑制二极管的另一端接地，第四瞬态电压抑制二极管，用于当第二开关单元的输出端的电压大于第四击穿电压时，将第二开关单元的输出端的电压钳位于第四值；其中，第四值小于第二值。这样，基于第三TVS二极管和第四TVS二极管，可以在共模电感输出的电压过大且第一开关单元和/或第二开关单元尚未关断时，使得输入至负载的电压不大于负载的工作电压，有效保护负载不因过压而损坏。
一种可能的实现中，保护电路，还包括第一限流单元和第二限流单元；第一限流单元设置于正向数据传输管脚与第一绕组的输入端的通路中，第二限流单元设置于反向数据传输管脚与第二绕组的输入端的通路中；第一限流单元，用于减小第一绕组中的电流；第二限流单元，用于减小第二绕组中的电流。这样，可以通过第一限流单元和第二限流单元，有效的减小流经共模电感的电流，保护共模电感不因过流而损坏。
一种可能的实现中，第一限流单元包括下述任一种：电阻，电感，或者，串联连接的电阻和电感；第二限流单元包括下述任一种：电阻，电感，或者，串联连接的电阻和电感。这样，可以通过多种器件组合，有效减小流经共模电感的电流。
一种可能的实现中，保护电路，还包括第一电阻和第二电阻；第一电阻的第一端与正向数据传输管脚连接，第一电阻的另一端与第一绕组的输出端连接，其中，第一电阻的阻值大于第五值，使得第一绕组中有信号传输时，第一电阻所在的通路中无信号传输；第二电阻的第一端与反向数据传输管脚连接，第二电阻的另一端与第二绕组的输出端连接，其中，第二电阻的阻值大于第六值，使得第二绕组中有信号传输时，第二电阻所在的通路中无信号传输。这样，当共模电感中的某一绕组断路时，充电接口传输的信号仍可以通过该绕组对应的第一电阻和/或第二电阻输入至负载，可以使电路正常工作，不影响用户的使用体验。
一种可能的实现中，保护电路，还包括电容，电容的一端与正向数据传输管脚连接，电容的另一端与反向数据传输管脚连接。这样，可以提高保护电路的共模抑制比，进而提升D+管脚和D-管脚传输的信号的质量。
一种可能的实现中，第一开关单元和第二开关单元均为N型场效应管。这样，可以通过由N型场效应管搭建的第一开关单元和第二开关单元实现对负载的保护，避免负载因输入电压高于其工作电压而损坏，减少负载由于过压而损坏的现象。
第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，该电子设备包括第一方面任一项所述的保护电路。
一种可能的实现中，电子设备包括充电接口，充电接口包括通用串行总线Type-C接口。
一种可能的实现中，电子设备还包括主板和小板，主板与小板通过连接件连接；共模电感设置于小板上，第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、第三瞬态电压抑制二极管、第四瞬态电压抑制二极管、第一开关单元和第二开关单元设置于主板上。
第二方面以及第二方面的可能的实现方式，效果与第一方面以及第一方面的可能的实现方式中的效果类似，在此不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种场景示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电子设备的Type-C接口的示意图；
图3为一些实现中的充电接口及后级电路的电路示意图；
图4A为本申请实施例提供的第一种保护电路的示意图；
图4B为本申请实施例提供的第二种保护电路的示意图；
图4C为本申请实施例提供的第三种保护电路的示意图；
图5为本申请实施例提供的第四种保护电路的示意图；
图6A为本申请实施例提供的第五种保护电路的示意图；
图6B为本申请实施例提供的第六种保护电路的示意图；
图7为本申请实施例提供的电子设备的等效电路示意图；
图8为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，以下，对本申请实施例中所涉及的部分技术术语和技术进行简单介绍。
1、共模电感
共模电感也可以称为共模扼流圈，共模电感可以包括一个磁芯和至少两个绕组，至少两个绕组绕制于同一磁芯上，共模电感可以用于过滤电磁干扰信号。
以共模电感包括两个绕组，两个绕组包括第一绕组和第二绕组为例，受工艺的影响，第一绕组与第二绕组的阻抗可能存在一定差异，因此，共模电感的第一绕组和第二绕组可以承受的最大电压可能不同。例如，第一线圈的阻抗可能比第二线圈的阻抗大1Ω，第一线圈能够承受的最大电压可以为10V，第二线圈能够承受的最大电压可以为9.2V。
2、瞬态电压抑制二极管（transient voltage suppression diode，TVS）
TVS二极管又可以称为瞬态电压抑制器或雪崩击穿二极管。当电路正常工作时，TVS二极管不工作，处于截止状态（高阻态），当电路出现异常的过电压，且电压值达到TVS二极管的击穿电压时，TVS二极管可以由高阻态突变为低阻态，也就是TVS二极管导通，则异常过电压引起的瞬时过电流可以通过TVS二极管流至接地端，同时TVS二极管可以将电压钳位在较低的电压值，保护后级电路。
共模抑制比（common mode rejection ratio，CMRR）
共模抑制比可以用于衡量电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，共模抑制比越大，电路抑制共模信号及放大差模信号的能力越好，相反的，共模抑制比越小，电路抑制共模信号及放大差模信号的能力越差。
4、电子设备
本申请实施例的电子设备可以为任意形式的电子设备，例如，电子设备可以包括具有图像处理功能的手持式设备、车载设备等。例如，一些电子设备为：手机（mobilephone）、平板电脑、掌上电脑、笔记本电脑、移动互联网设备（mobile internet device，MID）、可穿戴设备，虚拟现实（virtual reality，VR）设备、增强现实（augmented reality，AR）设备、工业控制（industrial control）中的无线终端、无人驾驶（self driving）中的无线终端、远程手术（remote medical surgery）中的无线终端、智能电网（smart grid）中的无线终端、运输安全（transportation safety）中的无线终端、智慧城市（smart city）中的无线终端、智慧家庭（smart home）中的无线终端、蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议（session initiation protocol，SIP）电话、无线本地环路（wireless local loop，WLL）站、个人数字助理（personal digital assistant，PDA）、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备，5G网络中的电子设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络（public land mobile network，PLMN）中的电子设备等，本申请实施例对此并不限定。
作为示例而非限定，在本申请实施例中，该电子设备还可以是可穿戴设备。可穿戴设备也可以称为穿戴式智能设备，是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。广义穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或者部分的功能，例如：智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。
此外，在本申请实施例中，电子设备还可以是物联网（internet of things，IoT）系统中的电子设备，IoT是未来信息技术发展的重要组成部分，其主要技术特点是将物品通过通信技术与网络连接，从而实现人机互连，物物互连的智能化网络。
本申请实施例中的电子设备也可以称为：终端设备、用户设备（user equipment，UE）、移动台（mobile station，MS）、移动终端（mobile terminal，MT）、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理或用户装置等。
5、为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
需要说明的是，本申请实施例中的“在……时”，可以为在某种情况发生的瞬时，也可以为在某种情况发生后的一段时间内，本申请实施例对此不作具体限定。此外，本申请实施例提供的显示界面仅作为示例，显示界面还可以包括更多或更少的内容。
示例性的，图1为本申请实施例适用的一种场景示意图。参照图1，该场景中可以包括电子设备100、充电器101和充电线102，电子设备100和充电器101可以通过充电线102连接，电子设备100和充电线102上均设置有充电接口。
本申请实施例中，以充电接口为通用串行总线Type-C（universal serial busType-C，USB Type-C）接口（后续简称Type-C接口）为例进行说明，充电器101可以通过充电线102上的Type-C接口，与电子设备100上的Type-C接口连接，为电子设备充电，其中，充电线102上的Type-C接口可以称为Type-C公头，电子设备100上的Type-C接口可以称为Type-C母头。
应理解，图1中示出的电子设备的Type-C接口仅为一种示例，并不对本申请中电子设备的充电接口的形式造成限制。另外，本申请实施例中的充电器及充电线也可以替换为其他接入电子设备的外部设备，外部设备可以通过Type-C接口接入电子设备，例如，外部设备可以包括耳机等。
示例性的，图2示出了一种电子设备的Type-C接口的示意图。
如图2所示，Type-C接口包括24个管脚，分别为A1-A12，以及B1-B12。因为A1-A12与B1-B12的功能相似，下述以管脚A1-A12为例，说明每个管脚的作用。
管脚A1、A12：接地管脚，也称为GND管脚。
管脚A2、A3：数据发送管脚，也称为TX1+管脚、TX1-管脚，可以用于兼容USB3.0和USB3.1。
管脚A4、A9：与终端设备中的供电模块连接，以使得终端设备为Type-C接口供电，即终端设备为Type-C接口提供VBUS，也称为VBUS管脚。
管脚A5：外部设备检测管脚，也称为CC1管脚，用于检测外部设备的类型。其中，外部设备的类型可以包括：下行端口（downstream facing port，DFP）设备和上行端口（upstream facing port，UFP）设备。
管脚A6、A7：数据传输管脚，也称为D+管脚、D-管脚，用于传输音视频流或文件等，电子设备还可以基于快充协议，通过D+管脚、D-管脚输出电压信号给充电器，充电器内置的USB解码芯片可以根据电压信号判断充电器需要输出的电压大小，为电子设备快速充电。上述VBUS管脚在普通充电模式（未使用快充）下，传输的充电电压一般不大于5V，在快充模式下，传输的充电电压最高可以达到约20V。
管脚A6、A7可以用于兼容USB2.0。
管脚A8：功能扩展管脚，也称为SBU1管脚。
管脚A10、A11：数据接收管脚，也称为RX2+管脚、RX2-管脚，可以用于兼容USB3.0和USB3.1。
B1-B12的功能与A1-A12对应，在此不再赘述，B1-B12依次可以称为：GND、TX2+、TX2-、VBUS、CC2、D+、D-、SBU2、VBUS、RX1+、RX1-、GND。
A1-A12管脚对应A层金手指，B1-B12管脚对应B层金手指，由图1可见，A层金手指和B层金手指在CC1、SBU2、CC2和SBU1处不对称，其他地方信号对称。
一些实现中，为滤除充电接口上的电磁干扰（electromagnetic interference，EMI）信号以及减少电磁辐射，可以在充电接口的后级电路上设置共模电感，另外，由于充电接口处容易发生静电释放（electro-static discharge，ESD）、浪涌等事件，为保护电路不受静电或浪涌的冲击，可以在充电接口的后级电路上设置TVS二极管。
示例性的，图3为一些实现中的充电接口及后级电路的电路示意图，图3所示的后级电路中包括共模电感、TVS1和TVS2，其中，共模电感可以包括L1绕组和L2绕组，L1绕组包括端口1和端口2，L2绕组包括端口3和端口4。
如图3所示，共模电感的端口1与D+接口连接，端口2与TVS1连接，端口3与D-接口连接，端口4与TVS2连接。
当电子设备的D+接口的电压过大且达到TVS1的击穿电压时，TVS1导通并将电压钳位在较低的电压值，当D-接口的电压过大且达到TVS2的击穿电压时，TVS2导通并将电压钳位在较低的电压值，这样会使共模电感的前端电压与后端电压之间有一定的电压差，当电压差过大时，由于共模电感的阻抗较小，使得流过共模电感的电流较大，可能导致该共模电感因为过流而烧断，进而导致D+接口和D-接口短接，造成电子设备无法快充、或者电子设备无法与其他电子设备之间建立通信连接。
以共模电感的L1绕组和L2绕组的通路阻抗均为3ohm、峰值电流均为500mA，TVS1和TVS2的钳位电压均为8V为例进行说明，当D+接口和D-接口的电压均达到20V高压时，TVS1和TVS2可以导通并将电压钳位在8V，也就是L1绕组端口1的电压为20V、端口2的电压为8V，L2绕组端口3的电压为20V和端口4的电压为8V，则L1绕组和L2绕组的前后端电压差值均为12V，流经L1绕组和L2绕组的电流均为4A，远大于峰值电流500mA，因此，该共模电感可能因为过流而烧断。
示例性的，下面列举两种可能导致电子设备的D+接口和D-接口的电压过大的场景。
第一种场景中，充电接口处可能发生ESD、浪涌等事件，导致D+接口和D-接口的电压过大。在电子设备通过充电接口外接了其他较大功率的电子设备时，充电接口处容易产生浪涌。
第二种场景中，VBUS管脚可能与D+管脚、D-管脚之间出现短路的情况，当VBUS管脚传输的充电电压较大时，由于VBUS管脚与D+管脚、D-管脚之间短路，VBUS管脚的电压输入至D+接口、D-接口上，导致D+接口、D-接口的电压过大。在用户使用了伪劣充电器的情况下，VBUS管脚可能与D+管脚、D-管脚之间短路。
有鉴于此，本申请提出了一种保护电路，该保护电路将原电路中钳位电压较小的TVS二极管替换为钳位电压较大的TVS二极管，使得共模电感的前端电压与后端电压相差较小，进而可以使共模电感上的电流不大于其峰值电流，减少共模电感被烧坏的可能，这样，可以减少电子设备不能快充、或者电子设备不能与其他电子设备建立通信连接的现象，提升用户的使用体验。
为更好的理解本申请实施例的保护电路，下面结合图4A至图6B对保护电路进行详细说明。
示例性的，图4A为本申请实施例提供的一种保护电路的示意图。
如图4A所示，保护电路可以包括：共模电感、第一瞬态电压抑制二极管503（后续简称为第一TVS二极管）、第二瞬态电压抑制二极管504（后续简称为第二TVS二极管）、第一开关单元505和第二开关单元506。
其中，共模电感设置于电子设备充电接口的后级电路，共模电感与充电接口连接，共模电感可以包括第一绕组501和第二绕组502，充电接口可以包括正向数据传输管脚（后续简称为D+管脚）和反向数据传输管脚（后续简称为D-管脚）。
对于D+管脚后级的保护电路：第一绕组501的输入端与D+管脚连接，第一绕组501的输出端与第一TVS二极管503的一端和第一开关单元505的输入端连接，第一TVS二极管503的另一端接地，第一开关单元505的输出端可以与负载连接（图中未示出），第一开关单元505的控制端接入第一基准电压。
本申请实施例中，负载可以包括电子设备中的系统级芯片（system on chip，SOC）、电源管理模块（power management unit，PMU）或其他协议芯片等。
第一开关单元505可以由场效应器件搭建，场效应器件可以包括：单个金氧半场效晶体管（metal oxide semiconductor field effecttransistor，MOSFET），多个共同实现开关功能的MOSFET，等，MOSFET可以为N型场效应管（negative channel MOS，NMOS），也可以为P型场效应管（positive channel MOS，PMOS），第一开关单元505还可以由其他可以实现所在电路导通或断开的开关器件搭建，本申请实施例对此不做具体限制。
下面，以第一开关单元505为NMOS为例进行具体说明。
当第一开关单元505为NMOS时，第一开关单元505可以包括控制端也可以称为源端（source，S）、栅端（gate，G）和漏端（drain，D），如图4A所示，第一开关单元505的漏端与第一绕组501的输出端以及第一TVS二极管503的一端连接，第一开关单元505的源端与负载连接（图中未示出），第一开关单元505的控制端接入第一基准电压。
其中，第一基准电压可以由负载提供，如由SOC或PMU提供，第一基准电压与负载的工作电压的差值小于预设值，其中，预设值为较小值，也就是说，第一基准电压与负载的工作电压相等或相差较小。
这是因为，对于NMOS来说，当NMOS控制端的电压与NMOS源端的电压之间的差值大于或等于导通阈值时，也就是Vgs≥Vth时，NMOS导通；当NMOS的控制端的电压值与NMOS源端的电压之间的差值小于导通阈值时，也就是Vgs＜Vth时，NMOS关断，其中，导通阈值可以为0或较小的值。因此，当第一基准电压设置为与负载工作电压相等或相差较小的电压值时，如果第一绕组501的输出端电压也就是第一开关单元505源端的电压较大、且大于或等于负载的工作电压时，那么第一开关单元505的控制端的电压与源端的电压之间的差值小于导通阈值，第一开关单元505断开，使得较大的电压不能输入至负载。
这样，当第一绕组501的输出端电压过大时，可以通过第一开关单元实现对负载的保护，避免负载因输入电压高于其工作电压而损坏，减少负载由于过压而损坏的现象。
下面，以场景A至场景B2为例，对如图4A所示的保护电路的工作原理进行说明。
场景A：当D+管脚的电压过大，使得第一绕组501的输出端的电压大于或等于第一TVS二极管503的击穿电压时，第一TVS二极管503，用于将第一绕组501的输出端的电压钳位于第一值，其中，第一值与第一绕组501的输入端的电压之间的差值小于第一绕组501的最大耐受电压。
其中，第一绕组501的最大耐受电压可以包括第一绕组501的阻值与第一绕组501的最大耐受电流的积，最大耐受电流可以对应于上文中的共模电感的峰值电流。
也就是说，第一TVS二极管可以将第一绕组501输出端的电压钳位在第一值，第一值与第一绕组501的输入端的电压差值较小，即第一绕组501输入端与输出端的电压差值较小，这样，可以使第一绕组501中的电流不大于第一绕组的最大耐受电流，减少共模电感因过流而损坏的现象。
场景B1：当D+管脚的电压不过大、第一绕组501输出端的电压小于第一TVS二极管503的击穿电压时，第一TVS二极管503不工作。
当第一绕组501的输出端的电压也就是第一开关单元505源端的电压较大、使得第一开关单元505控制端的电压与源端的电压之间的差值小于导通阈值时，第一开关单元505关断。
这样，在D+管脚的电压不过大、第一TVS二极管不工作的情况下，如果输入至第一开关单元的信号的电压值大于第一基准电压时，第一开关单元关断，可以保护负载等后级电路的器件不因过压而损坏。
场景B2：当D+管脚的电压不过大、第一绕组501的输出端的电压小于第一TVS二极管503的击穿电压时，第一TVS二极管503不工作。
当第一绕组501的输出端的电压也就是第一开关单元505源端的电压较小、使得第一开关单元505控制端的电压与源端的电压之间的差值大于或等于导通阈值时，第一开关单元505导通。
这样，在D+管脚的电压不过大、第一TVS二极管不工作的情况下，如果输入至第一开关单元的信号的电压值小于第一基准电压时，第一开关单元导通，D+管脚可以为负载等后级电路的器件供电。
对于D-管脚后级的保护电路：第二绕组502的输入端与D-管脚连接，第二绕组502的输出端与第二TVS二极管的一端和第二开关单元506的输入端连接，第二TVS二极管504的另一端接地，第二开关单元506的输出端与负载连接，第二开关单元506的控制端接入第二基准电压，其中，第二基准电压与负载的工作电压的差值小于预设值。
第二TVS二极管504，用于当第二绕组502的输出端的电压大于或等于第二TVS二极管504的击穿电压时，将第二绕组502的输出端的电压钳位于第二值，其中，第二值与第二绕组502的输入端的电压之间的差值小于第二绕组502的最大耐受电压；第二绕组502的最大耐受电压包括第二绕组502的阻值与第二绕组502的最大耐受电流的积。
D-管脚后级的保护电路的工作原理可以参考D+管脚后级的保护电路的工作原理，此处不再赘述。
本申请实施例中，通过将共模电感后级的TVS二极管设置为钳位电压较大的TVS二极管，可以减小共模电感前端电压与后端电压的电压差，进而使共模电感上的电流不大于其峰值电流，这样，可以减少共模电感被烧坏的可能，减少电子设备不能快充、或者电子设备不能与其他电子设备建立通信连接的现象，提升用户的使用体验，还可以保护后级的开关单元不被烧坏；此外，在保护电路中设置第一开关单元和第二开关单元，可以在共模电感输出端的电压大于负载的工作电压时关断，实现对负载的保护，这样，可以有效减少负载由于过压而烧损的现象。
可能的设计中，如图4B所示，第一开关单元505和第二开关单元506还可以为PMOS。
当第一开关单元505为PMOS时，第一开关单元505可以包括控制端、栅端和漏端，如图4B所示，第一开关单元505的源端与第一绕组501的输出端、第一TVS二极管503的一端以及电压检测模块的第一输入端连接，第一开关单元505的漏端可以与负载连接（图中未示出），第一开关单元505的控制端可以与可调电源的输出端连接，电压检测模块的输出端与控制器的一端连接，控制器的另一端与可调电源的输入端连接。
其中，电压检测模块可以用于检测第一绕组501输出端的电压，并将检测到的第一绕组501输出端的电压传输给控制器，电压检测模块可以为电子设备中的模数转换装置（analog-to-digital convertor，ADC）。
控制器可以基于接收到的第一绕组501输出端的电压值，向可调电源发出使能信号，使能信号可以用于指示可调电源输出低电平或者高电平，本申请实施例中，控制器可以为SOC芯片。
可调电源用于接收控制器输出的使能信号，基于使能信号，可调电源可以输出低电平或者高电平，本申请实施例中，可调电源可以为PMU，或者低压差线性稳压器（lowdropout regulator，LDO）芯片。
具体的，当第一绕组501的输出端的电压大于或等于预设电压值时，控制器向可调电源发出使能信号，使能信号可以用于指示可调电源输出高电平，当第一开关单元505为PMOS且控制端为高电平时，第一开关单元505不导通；相反的，当第一绕组501的输出端的电压小于预设电压值时，控制器向可调电源发出第二使能信号，第二使能信号可以用于指示可调电源输出低电平，当第一开关单元505为PMOS且控制端为低电平时，第一开关单元505导通。
当第二开关单元506为PMOS时，第二开关单元506可以包括控制端、栅端和漏端，如图4B所示，第二开关单元506的源端与第二绕组502的输出端、第二TVS二极管504的一端以及电压检测模块的第二输入端连接，第二开关单元506的漏端可以与负载连接（图中未示出），第二开关单元506的控制端可以与可调电源的输出端连接。
第二开关单元506为PMOS时，保护电路的工作原理可以参考第一开关单元505为PMOS时的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，当第一开关单元505和第二开关单元506均为NMOS时，或者，第一开关单元505为NMOS、第二开关单元506为PMOS时，或者，第一开关单元505为PMOS、第二开关单元506为NMOS时，同样适用于图4B所示的保护电路。
可能的设计中，如图4C所示，第一开关单元505和第二开关单元506还可以由以“背靠背”方式连接的MOS管搭建，其中，背靠背的连接方式可以指两个MOS管的源端与源端相连或者两个MOS管的漏端与漏端相连的方式。
下面，以第一开关单元505由两个以“背靠背”方式连接的NMOS搭建为例进行说明，第二开关单元506可以参考对第一开关单元505的描述，不再赘述。
当第一开关单元505由两个以“背靠背”方式连接的NMOS搭建时，一种可能的实现中，如图4C所示，第一NMOS的源端与第一绕组501的输出端以及第一TVS二极管503的一端连接，第一NMOS的漏端与第二NMOS的漏端连接，第二NMOS的源端与负载连接（图中未示出），第一NMOS和第二NMOS的控制端均可以与可调电源的输出端连接，或者接入第一基准电压。
另一种可能的实现中，第一NMOS的漏端与第一绕组501的输出端以及第一TVS二极管503的一端连接，第一NMOS的源端与第二NMOS的源端连接，第二NMOS的漏端与负载连接，第一NMOS和第二NMOS的控制端均可以与可调电源的输出端连接，或者接入第一基准电压。
本申请实施例中，第一开关单元505和第二开关单元506采用以“背靠背”方式连接的MOS管搭建的原因是，以第一开关单元505为例，当第一开关单元505只有一个MOS管时，该MOS管关断后，该MOS管的寄生二极管可能存在漏电流，使得电路关断不完全，以上述“背靠背”的方式连接两个MOS管，两个MOS管的漏电流的电流流向相反，电路可以完全关断。
可以理解的是，当第一开关单元505和第二开关单元506均为PMOS时，同样适用于图4C所示的保护电路。
这样，第一开关单元和第二开关单元由以“背靠背”方式连接的MOS管搭建，可以实现保护电路的完全关断，有效减少负载由于过压而烧损的现象，提升用户的使用体验。
如图5所示，在图4A的基础上，保护电路还可以包括第三瞬态电压抑制二极管507（后续简称为第三TVS二极管）和第四瞬态电压抑制二极管508（后续简称为第四TVS二极管）。
第三TVS二极管507的一端与第一开关单元505的输出端连接，第三TVS二极管507的另一端接地，第三TVS二极管507，用于当第一开关单元505的输出端的电压大于第三击穿电压时，将第一开关单元505的输出端的电压钳位于第三值。
其中，第三值小于第一值，也就是说，第三TVS二极管507的钳位电压低于第一TVS二极管503的钳位电压。
在第一开关单元505后设置第三TVS二极管507是因为，由于MOS管关断的延时时间较长，当第一绕组501输出端的电压也就是第一开关单元505源端的电压较大、使得第一开关单元505控制端的电压与源端的电压之间的差值小于导通阈值时，MOS需要一段时间才可以关断，这会导致部分高压信号传输至后级电路，可能烧损后级电路，因此，在第一开关单元505的后级设置第三TVS二极管507，可以有效阻断泄露的高压信号输入至后级电路中，保护后级电路。另外，第三TVS二极管507的钳位电压较低，可以使输入至负载的电压不大于负载的工作电压，保护负载不因过压而损坏。
第四TVS二极管508的一端与第二开关单元506的输出端连接，第四TVS二极管508的另一端接地，第四TVS二极管508，用于当第二开关单元506的输出端的电压大于第四击穿电压时，将第二开关单元506的输出端的电压钳位于第四值。
其中，第四值小于第二值，也就是说，第四TVS二极管508的钳位电压要低于第二TVS二极管504的钳位电压。
在第二开关单元506后设置第三TVS二极管507的原因可以参考在第一开关单元505后设置第三TVS二极管507的原因，此处不再赘述。
这样，基于第三TVS二极管和第四TVS二极管，可以在共模电感输出的电压过大且第一开关单元和/或第二开关单元尚未关断时，使得输入至负载的电压不大于负载的工作电压，有效保护负载不因过压而损坏。
如图6A和图6B所示，保护电路，还包括第一限流单元509和第二限流单元510，第一限流单元509设置于D+管脚与第一绕组501的输入端的通路中，第二限流单元510设置于D-管脚与第二绕组502的输入端的通路中。
限流单元可以增加保护电路的阻抗，这样，可以减小流经共模电感的电流，其中，第一限流单元509，用于减小第一绕组501中的电流；第二限流单元510，用于减小第二绕组502中的电流。
可能的实现中，第一限流单元509包括下述任一种：电阻，电感，或者，串联连接的电阻和电感；第二限流单元510包括下述任一种：电阻，电感，或者，串联连接的电阻和电感。
图6A和图6B中，示出了不同形式的第一限流单元509和第二限流单元510。如图6A所示，第一限流单元509为电阻，第二限流单元510为电阻；如图6B所示，第一限流单元509为电感，第二限流单元510为电感。
可以理解的是，当第一限流单元509和第二限流单元510均为电感时，第一限流单元509和第二限流单元510可以以共模电感的形式接入充电接口与被保护的共模电感之间的通路中。
这样，可以通过第一限流单元和第二限流单元，有效的减小流经共模电感的电流，保护共模电感不因过流而损坏。
如图6A和图6B所示，可能的实现中，保护电路，还包括第一电阻511和第二电阻512；
第一电阻511的第一端与正向数据传输管脚连接，第一电阻511的另一端与第一绕组的输出端连接，其中，第一电阻511的阻值大于第五值，使得第一绕组中有信号传输时，第一电阻511所在的通路中无信号传输。
本申请实施例中，第五值可以为较大的值，也就是说，第一电阻511的阻值较大，例如第一电阻511可以是阻值为1.5kΩ或2kΩ的电阻。这样，当共模电感的第一绕组501中有D+接口输入的信号时，由于第一电阻511阻值较大、第一电阻511所在的通路的信号非常微弱，接近于0；当共模电感的第一绕组501断路、第一绕组501中没有D+接口输入的信号时，D+接口的信号可以通过第一电阻511输入负载，使电子设备正常工作。
第二电阻512的第一端与反向数据传输管脚连接，第二电阻512的另一端与第二绕组的输出端连接，其中，第二电阻512的阻值大于第六值，使得第二绕组中有信号传输时，第二电阻512所在的通路中无信号传输。
对第二电阻512和第六值的相关描述可以参考上文中对第一电阻511和第五值的描述，此处不再赘述。
这样，当共模电感中的某一绕组断路时，充电接口传输的信号仍可以通过该绕组对应的第一电阻和/或第二电阻输入至负载，可以使电路正常工作，不影响用户的使用体验。
如图6A和图6B所示，可能的实现中，保护电路还包括电容513，电容513的一端与D+管脚连接，电容513的另一端与D-管脚连接。
本申请实施例中，电容513可以用于过滤D+管脚和D-管脚之间的共模信号，提高保护电路的共模抑制比，进而提升D+管脚和D-管脚传输的信号的质量。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述实施例提供的保护电路。示例性的，图7为本申请实施例提供的电子设备的等效电路示意图。
如图7所示，电子设备可以设置有充电接口，充电接口可以包括USB Type-C接口，可选的，充电接口还可以为Mini USB接口，Micro USB接口等，本申请实施例对此不做具体限制。
可能的实现中，电子设备还包括主板和小板，主板与小板通过连接件连接。其中，连接件可以为柔性电路板（flexible printed circuit，FPC）。
本申请实施例中，限流单元、电阻及共模电感可以设置于小板上，其中，限流单元可以包括第一限流单元509和第二限流单元510，电阻可以包括第一电阻511和第二电阻512。
高钳位电压TVS二极管、开关单元和低钳位电压TVS二极管可以设置于主板上，其中，高钳位电压TVS二极管可以包括第一TVS二极管503和第二TVS二极管504，低钳位电压TVS二极管可以包括第三TVS二极管507和第四TVS二极管508，开关单元可以包括第一开关单元505和第二开关单元506。
这是因为，充电接口通常设置在小板上，将共模电感放置于小板上，可以使共模电感与充电接口的距离更近，EMI滤波的效果更好。而主板在组装的过程中，可能通过板对板连接器（board to board，BTB）等外部接口引入静电，将第一TVS二极管、第二TVS二极管、第三TVS二极管、第四TVS二极管、第一开关单元和第二开关单元设置于主板上可以有效防止后级电路如SOC及其他协议芯片被静电损坏。
这样，可以更好的实现对充电接口以及主板电路的保护。
为了能够更好地理解本申请实施例，下面对本申请实施例提供的电子设备的结构进行介绍。示例性的，图8示出了电子设备100的结构示意图。
电子设备100可以包括处理器110，外部存储器接口120，内部存储器121，USB接口130，充电管理模块140，电源管理模块141，电池142，天线11，天线22，移动通信模块150，无线通信模块160，音频模块170，扬声器170A，受话器170B，麦克风170C，耳机接口170D，传感器模块180，按键190，马达191，指示器192，摄像头193，显示屏194，以及用户标识模块（subscriber identification module，SIM）卡接口195等。其中传感器模块180可以包括压力传感器180A，陀螺仪传感器180B，气压传感器180C，磁传感器180D，加速度传感器180E，距离传感器180F，接近光传感器180G，指纹传感器180H，温度传感器180J，触摸传感器180K，环境光传感器180L，骨传导传感器180M等。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对电子设备100的具体限定。在本申请另一些实施例中，电子设备100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
处理器110可以为SOC，处理器110可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器110可以包括，应用处理器（application processor，AP），调制解调处理器，图形处理器（graphics processing unit，GPU），图像信号处理器（image signal processor，ISP），控制器，视频编解码器，数字信号处理器（digital signal processor，DSP），基带处理器，和/或神经网络处理器（neural-network processing unit，NPU）等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。
处理器110中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，处理器110中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器110刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器110需要再次使用该指令或数据，可从存储器中直接调用。避免了重复存取，减少了处理器110的等待时间，因而提高了系统的效率。
在一些实施例中，处理器110可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路（inter-integrated circuit，I2C）接口，集成电路内置音频（inter-integrated circuitsound，I2S）接口，脉冲编码调制（pulse code modulation，PCM）接口，通用异步收发传输器（universal asynchronous receiver/transmitter，UART）接口，移动产业处理器接口（mobile industry processor interface，MIPI），通用输入输出（general-purposeinput/output，GPIO）接口，用户标识模块（subscriber identity module，SIM）接口，和/或通用串行总线（universal serial bus，USB）接口等。
I2C接口是一种双向同步串行总线，包括一根串行数据线（serial data line，SDA）和一根串行时钟线（derail clock line，SCL）。在一些实施例中，处理器110可以包含多组I2C总线。处理器110可以通过不同的I2C总线接口分别耦合触摸传感器180K，充电器，闪光灯，摄像头193等。例如：处理器110可以通过I2C接口耦合触摸传感器180K，使处理器110与触摸传感器180K通过I2C总线接口通信，实现电子设备100的触摸功能。
GPIO接口可以通过软件配置。GPIO接口可以被配置为控制信号，也可被配置为数据信号。在一些实施例中，GPIO接口可以用于连接处理器110与摄像头193，显示屏194，无线通信模块160，音频模块170，传感器模块180等。GPIO接口还可以被配置为I2C接口，I2S接口，UART接口，MIPI接口等。
USB接口130是符合USB标准规范的接口，具体可以是Mini USB接口，Micro USB接口，USB Type-C接口等。USB接口130可以用于连接充电器为电子设备100充电，也可以用于电子设备100与外围设备之间传输数据，也可以用于连接耳机，通过耳机播放音频。该接口还可以用于连接其他电子设备，例如AR设备等。
本申请实施例中，充电接口可以对应于USB接口130。
可以理解的是，本发明实施例示意的各模块间的接口连接关系，只是示意性说明，并不构成对电子设备100的结构限定。在本申请另一些实施例中，电子设备100也可以采用上述实施例中不同的接口连接方式，或多种接口连接方式的组合。
充电管理模块140用于从充电器接收充电输入。其中，充电器可以是无线充电器，也可以是有线充电器。在一些有线充电的实施例中，充电管理模块140可以通过USB接口130接收有线充电器的充电输入。在一些无线充电的实施例中，充电管理模块140可以通过电子设备100的无线充电线圈接收无线充电输入。充电管理模块140为电池142充电的同时，还可以通过电源管理模块141为电子设备供电。
电源管理模块141用于连接电池142，充电管理模块140与处理器110。电源管理模块141接收电池142和/或充电管理模块140的输入，为处理器110，内部存储器121，显示屏194，摄像头193，和无线通信模块160等供电。电源管理模块141还可以用于监测电池容量，电池循环次数，电池健康状态（漏电，阻抗）等参数。在其他一些实施例中，电源管理模块141也可以设置于处理器110中。在另一些实施例中，电源管理模块141和充电管理模块140也可以设置于同一个器件中。
Claims (8)
1.一种保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：共模电感、第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、第一开关单元和第二开关单元；所述共模电感包括第一绕组和第二绕组，所述共模电感与充电接口连接，所述充电接口包括正向数据传输管脚和反向数据传输管脚；
其中，所述第一绕组的输入端与所述正向数据传输管脚连接，所述第一绕组的输出端与所述第一瞬态电压抑制二极管的一端和所述第一开关单元的输入端连接，所述第一瞬态电压抑制二极管的另一端接地，所述第一开关单元的输出端与负载连接，所述第一开关单元的控制端接入第一基准电压，所述第一基准电压与所述负载的工作电压的差值小于预设值；
所述第一瞬态电压抑制二极管，用于当所述第一绕组的输出端的电压大于或等于所述第一瞬态电压抑制二极管的击穿电压时，将所述第一绕组的输出端的电压钳位于第一值，其中，所述第一值与所述第一绕组的输入端的电压之间的差值小于所述第一绕组的最大耐受电压；所述第一绕组的最大耐受电压包括所述第一绕组的阻值与所述第一绕组的最大耐受电流的积；
所述第二绕组的输入端与所述反向数据传输管脚连接，所述第二绕组的输出端与所述第二瞬态电压抑制二极管的一端和所述第二开关单元的输入端连接，所述第二瞬态电压抑制二极管的另一端接地，所述第二开关单元的输出端与所述负载连接，所述第二开关单元的控制端接入第二基准电压；所述第二基准电压与所述负载的工作电压的差值小于所述预设值；
所述第二瞬态电压抑制二极管，用于当所述第二绕组的输出端的电压大于或等于所述第二瞬态电压抑制二极管的击穿电压时，将所述第二绕组的输出端的电压钳位于第二值，其中，所述第二值与所述第二绕组的输入端的电压之间的差值小于所述第二绕组的最大耐受电压；所述第二绕组的最大耐受电压包括所述第二绕组的阻值与所述第二绕组的最大耐受电流的积；
所述保护电路还包括第三瞬态电压抑制二极管和第四瞬态电压抑制二极管；
所述第三瞬态电压抑制二极管的一端与所述第一开关单元的输出端连接，所述第三瞬态电压抑制二极管的另一端接地，所述第三瞬态电压抑制二极管，用于当所述第一开关单元的输出端的电压大于第三击穿电压时，将所述第一开关单元的输出端的电压钳位于第三值；其中，所述第三值小于所述第一值；
所述第四瞬态电压抑制二极管的一端与所述第二开关单元的输出端连接，所述第四瞬态电压抑制二极管的另一端接地，所述第四瞬态电压抑制二极管，用于当所述第二开关单元的输出端的电压大于第四击穿电压时，将所述第二开关单元的输出端的电压钳位于第四值；其中，所述第四值小于所述第二值；
所述保护电路，还包括第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的第一端与所述正向数据传输管脚连接，所述第一电阻的另一端与所述第一绕组的输出端连接，其中，所述第一电阻的阻值大于第五值，使得所述第一绕组中有信号传输时，所述第一电阻所在的通路中无信号传输；
所述第二电阻的第一端与所述反向数据传输管脚连接，所述第二电阻的另一端与所述第二绕组的输出端连接，其中，所述第二电阻的阻值大于第六值，使得所述第二绕组中有信号传输时，所述第二电阻所在的通路中无信号传输。
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，还包括第一限流单元和第二限流单元；
所述第一限流单元设置于所述正向数据传输管脚与所述第一绕组的输入端的通路中，所述第二限流单元设置于所述反向数据传输管脚与所述第二绕组的输入端的通路中；
所述第一限流单元，用于减小所述第一绕组中的电流；
所述第二限流单元，用于减小所述第二绕组中的电流。
3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述第一限流单元包括下述任一种：电阻，电感，或者，串联连接的电阻和电感；
所述第二限流单元包括下述任一种：电阻，电感，或者，串联连接的电阻和电感。
4.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，还包括电容，所述电容的一端与所述正向数据传输管脚连接，所述电容的另一端与所述反向数据传输管脚连接。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关单元和所述第二开关单元均为N型场效应管。
6.一种电子设备，所述电子设备包括如权利要求1-5任一项所述的保护电路。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括充电接口，所述充电接口包括通用串行总线Type-C接口。
8.根据权利要求6或7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括主板和小板，所述主板与所述小板通过连接件连接；
所述共模电感设置于所述小板上，所述第一瞬态电压抑制二极管、所述第二瞬态电压抑制二极管、第三瞬态电压抑制二极管、第四瞬态电压抑制二极管、所述第一开关单元和所述第二开关单元设置于所述主板上。
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