TWI742817B - 快充系統的感測電路及方法、快充協議電路和快充系統 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種快充系統的感測電路及方法、快充協議電路和快充系統。根據本發明實施例，該感測電路包括：第一電阻，連接在輸入端和地之間；第一比較器，用於比較第一電阻上的電壓和第一預設閾值，並輸出第一比較結果；以及第一計時器，用於對第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊；其中，輸入端用於輸入快充系統的VD端電壓，並且其中，VD端電壓反映了線電壓的大小。通過上述技術方案，可以通過在對第一比較結果進行計時，來判斷線電壓處於高壓還是低壓，從而根據線電壓狀態來調整輸出功率，進而提高充電速度或者防止一次輸入功率不足等。

Description

快充系統的感測電路及方法、快充協議電路和快充系統
本發明屬於積體電路領域，尤其涉及一種快充系統的感測電路及方法、快充協議電路和快充系統。
在諸如快充應用中，在高線電壓輸入的情況下，快充協議電路會適當地增大輸出功率，以提高充電速度；相反地，在低線電壓輸入的情況下，快充協議電路會相應地降低輸出功率，以避免一次輸入功率不足。
因此，需要即時地感測快充系統的一次輸入的與線電壓相關的資訊，以使得快充協議電路基於感測出的與線電壓相關的資訊而輸出適當的輸出功率。
本發明實施例提供了一種快充系統的感測電路及方法、快充協議電路和快充系統，能夠通過對第一比較器的輸出結果進行計時，來判斷線電壓處於高壓還是低壓狀態，從而根據線電壓狀態來調整輸出功率，進而提高充電速度或者防止一次輸入功率不足等。
第一方面，本發明實施例提供一種快充系統的感測電路，包括：第一電阻，連接在輸入端和地之間；第一比較器，用於比較第一電阻上的電壓和第一預設閾值，並輸出第一比較結果，所述第一預設閾值參考基準電壓為2.0V；以及第一計時器，用於對第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊；其中，輸入端用於輸入快充系統的VD端電壓，並且其中，VD端電壓反映了線電壓的大小。
根據本發明第一方面提供的感測電路，第一計時器具體用於：若在第一計時時段內(計時時間典型值是50mS，一般在 30mS~100mS都可以)第一電阻上的電壓一直低於第一預設閾值，則輸出指示線電壓處於低壓的第一資訊；或者若在第一計時時段內，存在第一電阻上的電壓高於第一預設閾值的情況，則輸出指示線電壓處於高壓的第一資訊。
根據本發明第一方面提供的感測電路，還包括，第一開關，第一電阻經由第一開關連接到地。
根據本發明第一方面提供的感測電路，第一開關是金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor，MOS)，金屬氧化物半導體接收控制訊號，以基於控制訊號使得金屬氧化物半導體導通和斷開。
根據本發明第一方面提供的感測電路，還包括：第一鉗位元電路，連接在輸入端和地之間；第二比較器，用於在第一開關斷開時，比較第一鉗位元電路上的電壓和第二預設閾值，並輸出第二比較結果，所述第二預設閾值參考基準電壓為0.2V；以及第二計時器，用於對第二比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第二資訊。
根據本發明第一方面提供的感測電路，第二計時器具體用於：若在第二計時時段內(計時時間典型值為2S，一般在1S~3S之間都可以)，第一鉗位元電路上的電壓一直大於第二預設閾值，則輸出指示線電壓處於拔插頭狀態的第二資訊。
根據本發明第一方面提供的感測電路，還包括：第三比較器，用於比較輸出電壓和第三預設閾值，並輸出第三比較結果，所述第三預設閾值參考基準電壓為0.25V；以及第一短路感測模組，用於基於第二比較結果和第三比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊。
根據本發明第一方面提供的感測電路，第一短路感測模組具體用於：基於第二比較結果，來計算快充系統的一次脈衝寬度調變模組的工作頻率；以及基於工作頻率和第三比較結果，來輸出第三資訊。
根據本發明第一方面提供的感測電路，還包括：第二鉗位元電路，連接在輸入端和地之間；第四比較器，用於在第一開關斷開時， 比較第二鉗位元電路上的電壓和第四預設閾值，並輸出第四比較結果，所述第四預設閾值參考基準電壓為0.2V；去抖動模組，用於對第四比較結果進行去抖動處理；以及第三計時器，用於對經去抖動處理的訊號進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第四資訊。
根據本發明第一方面提供的感測電路，還包括：第五比較器，用於比較輸出電壓和第五預設閾值，並輸出第五比較結果，所述第五預設閾值的設定值和方法與第三預設閾值相同參考基準電壓為0.25V；以及第二短路感測模組，用於基於經去抖動處理的訊號和第五比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第五資訊。
根據本發明第一方面提供的感測電路，第一預設閾值是基於第二電阻和VD端的峰值電壓而設置的，其中第二電阻連接在輸入端和VD端之間。
第二方面，本發明實施例提供了一種快充協議電路，包括：如第一方面描述的感測電路。
第三方面，本發明實施例提供了一種快充系統，包括：如第二方面描述的快充協議電路。
第四方面，本發明實施例提供了一種快充系統的感測方法，包括：對快充系統的VD端電壓進行分壓處理，得到第一電壓；比較第一電壓和第一預設閾值，並輸出第一比較結果，所述第一預設閾值參考基準電壓為2.0V；以及對第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊；其中，VD端電壓反映了線電壓的大小。
根據本發明第四方面提供的感測方法，還包括：對VD端電壓進行鉗位元處理，得到第二電壓；比較第二電壓和第二預設閾值，並輸出第二比較結果，所述第二預設閾值參考基準電壓為0.2V；以及對第二比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第二資訊。
根據本發明第四方面提供的感測方法，還包括：比較輸出電壓和第三預設閾值，並輸出第三比較結果；以及基於第二比較結果和第三比較結果，所述第三預設閾值參考基準電壓為0.25V，來輸出指示輸 出電流感測電阻是否短路的第三資訊。
根據本發明第四方面提供的感測方法，還包括：對VD端電壓進行鉗位元處理，得到第三電壓；比較第三電壓和第四預設閾值，並輸出第四比較結果，所述第四預設閾值參考基準電壓為0.2V；對第四比較結果進行去抖動處理；以及對經去抖動處理的訊號進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第四資訊。
根據本發明第四方面提供的感測方法，還包括：比較輸出電壓和第五預設閾值，並輸出第五比較結果，所述第五預設閾值的設定值和方法與第三預設閾值相同參考基準電壓為0.25V；以及基於經去抖動處理的訊號和第五比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第五資訊。
本發明實施例的快充系統的感測電路及方法、快充協議電路和快充系統，能夠判斷線電壓處於高壓還是低壓，從而根據線電壓狀態來調整輸出功率，進而提高充電速度或者防止一次輸入功率不足等。
110,150,170:比較器
120,160:計時器
130:開關
140:鉗位元電路
180:短路感測模組
190:去抖動模組
500,700,800,900,1000:感測電路
ACD,CS,CC1,CC2,DET,DN,DP,FB,GATE,GND,IFB,ISN,ISP,NC,OPTO,VD,VDD,VFB,VIN,ac_low,ac_low_ctrl,ac_off,vcs_det,Rense_short:端子
PWM GATE,QC ACD,SR GATE,Vac,Vac_det,Vbulk,vcs_det,VD,VD-Vo,Vp, ac_low:電壓
IC<0：9>,Rense_short,VC<0：10>,Vcs_det,Vd_low_det,Vref_cc,Vref_cv,ac_low,ac_low_ctrl,ac_off,gate_ctrl:訊號
AVCCR:輸出電流放大器
CC_EA:恒流誤差放大器
CV_EA:恒壓誤差放大器
CLK:時鐘模組
D1:齊納二極體
DAC:第一數模轉換器
LDO:低壓差線性穩壓器
M1,M2:功率電晶體
M3,M4:金屬氧化物半導體
M5,M6,M7:電晶體
MCU:微控制單元
Np:一次電感
Ns:二次電感
PWM:PWM控制器
QC:快充協議電路
R1,R2,Rsense:電阻
S1201,S1202,S1203:步驟
SR:同步整流晶片
T1,T2:變壓器
UVLO:欠壓鎖定模組
VR1,VR2,VR3:預設閾值
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例中所需要使用的圖式作簡單的介紹，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖式獲得其他的圖式。
圖1示出了習知技術中返馳架構的結構框圖；圖2示出了習知技術中功率電晶體導通/斷開期間的VD端波形的示意圖；圖3示出了本發明的一個實施例提供的快充系統的結構示意圖；圖4示出了本發明的一個實施例提供的快充協議電路的結構示意圖；圖5示出了本發明的第一實施例提供的感測電路500的結構示意圖；圖6示出了本發明的一個實施例提供的VD端電壓在一次開啟/關斷以及不同線電壓下的對應波形的示意圖；圖7示出了本發明的第二實施例提供的感測電路700的結構示意圖； 圖8示出了本發明的第三實施例提供的感測電路800的結構示意圖；圖9示出了本發明的第四實施例提供的感測電路900的結構示意圖；圖10示出了本發明的第五實施例提供的感測電路1000的結構示意圖；圖11示出了本發明的一個實施例提供的VD和ACD端電壓在一次開啟/關斷期間的對應波形的示意圖；以及圖12示出了本發明的一個實施例提供的快充系統的感測方法的流程示意圖。
下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例，為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合圖式及具體實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應理解，此處所描述的具體實施例僅被配置為解釋本發明，並不被配置為限定本發明。對於本領域技術人員來說，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明更好的理解。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括......”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
首先，為了更好地理解本發明，以下對例如AC(交流電，Alternating Current)/DC(直流電，Direct Current)快充系統的架構和基本工作原理進行介紹。參考圖1，圖1示出了習知技術中返馳架構的結構框圖。
如圖1所示，變壓器T1的一次/二次電感為異名端。在功 率電晶體M1導通期間，一次電感Np存儲能量；在功率電晶體M1斷開時，一次電感Np將所存儲的能量傳遞到二次電感，二次電感退磁並將能量提供給負載。
其中，參考圖2，圖2示出了習知技術中功率電晶體導通/斷開期間的VD端波形的示意圖。
如圖2所示，當脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號為高位準時，功率電晶體M1導通，一次電感兩端的勵磁電壓可以為Vbulk，二次電感兩端的勵磁電壓可以為VD-Vo，一次/二次勵磁電壓比為：
Figure 109128641-A0305-02-0008-1
並且，Vbulk為輸入交流訊號通過整流橋的輸出，Vac為輸入交流訊號的有效值。
Figure 109128641-A0305-02-0008-2
由公式(1)和(2)，可以得到VD：
Figure 109128641-A0305-02-0008-3
通過公式(3)可以看出，當功率電晶體M1導通導通時，VD端電壓能夠反映輸入電壓的高低，從而通過VD端可以感測線電壓的大小以及AC-OFF狀態。
為了解決習知技術問題，本發明實施例提供了一種快充系統的感測電路及方法、快充協議電路和快充系統。下面首先對本發明實施例所提供的快充系統進行介紹。
圖3示出了本發明的一個實施例提供的快充系統的結構示意圖。如圖3所示，該快充系統主要包括：PWM控制器、同步整流(Synchronous Rectification，SR)晶片以及快充協議電路(示出為QC)。
其中，PWM控制器可以包括如下端子：GATE端、CS端、DET端、VDD端、GND(Ground，接地腳)端以及FB端。
其中，SR晶片可以包括如下端子：GATE端、VD端、NC端、VIN端、VDD端和GND端。並且其中，SR晶片的VD端與金屬 氧化物半導體M3連接的節點為快充系統的VD端。
其中，QC電路可以包括如下端子：OPTO端、VDD端、ACD端、CC2端、CC1端、DN端、DP端、GATE端、ISP端、ISN端、GND端、VIN端、VFB端以及IFB端。其中，ACD端可以經由電阻R1連接至VD端。
在圖3所示的實施例中，PWM控制器控制功率電晶體M2的導通和斷開。其中，在功率電晶體M2導通期間，變壓器T2的一次電感可以存儲能量，二次SR晶片關斷同步整流金屬氧化物半導體M3(例如，NMOS電晶體)；在功率電晶體M2斷開期間，變壓器T2的一次電感將所存儲的能量傳遞到二次電感，SR晶片開啟同步整流金屬氧化物半導體M3，二次電感退磁並且將一次能量傳送到例如輸出電容和負載。
其中，QC電路可以集成有快充協議以及電壓/電流環路，其可以通過CC1/CC2/DP/DN端與待充電設備進行通信，其中設置有不同的電壓、電流和/或功率等。
以下通過具體示例的方式對如圖3所示的快充系統中的QC電路進行介紹，參考圖4，圖4示出了本發明的一個實施例提供的快充協議電路的結構示意圖。
在圖4所示的實施例中，該QC電路可以包括欠壓鎖定(Under Voltage Lock Out，UVLO)模組/低壓差線性穩壓器(Low Dropout Regulator，LDO)、時鐘模組(Clock，CLK)、保護電路、通信介面、感測電路、微控制單元(Microcontroller Unit；MCU)以及閘極驅動器、第一數模轉換器(Digital Analog Converter，DAC)DAC、恒壓誤差放大器(CV_EA)、第二DAC、恒流誤差放大器(CC_EA)、電晶體M5和M6和輸出電流放大器(AVCCR)等。
在如圖4所示的實施例中，UVLO/LDO模組的兩個輸入端可以分別連接至VIN和VDD端子，並且UVLO/LDO模組的兩個輸出端可以分別連接至MCU和時鐘模組(CLK)的輸入端，時鐘模組(CLK)的輸出端可以連接至MCU的輸入端，保護電路的輸出端可以連接至MCU 的輸入端，通信介面可以分別連接至DP、DN、CC1和CC2端子以及MCU，並且感測電路的一輸入端可以連接至ACD端子，另一輸入端可以連接至AVCCR的輸出端以接收訊號Vcs_det，又一輸入端可以連接至MCU以接收訊號ac_low_ctrl，感測電路的三個輸出端可以分別連接至MCU的三個輸入端以向MCU提供例如三個訊號ac_low、ac_off和Rense_short。
並且，閘極驅動器的輸入端可以連接至MCU的一輸出端以從MCU接收訊號gate_ctrl，閘極驅動器的輸出端可以連接至閘極端子(GATE)，第一DAC的輸入端可以連接至MCU的另一輸出端以從MCU接收訊號VC<0：10>，第一DAC的輸出端可以連接至CV_EA的一輸入端(例如，負相輸入端)以向其提供訊號Vref_cv，CV_EA的另一輸入端(例如，正相輸入端)可以連接至VFB端子，CV_EA的輸出端可以連接至電晶體M5的閘極，電晶體M5的汲極可以連接至OPTO端子，電晶體M5的源極可以接地；第二DAC的輸入端可以連接至MCU的又一輸出端以從MCU接收訊號IC<0：9>，第二DAC的輸出端可以連接至CC_EA的一輸入端(例如，負相輸入端)以向其提供訊號Vref_cc，CC_EA的另一輸入端(例如，正相輸入端)可以連接至IFB端子以及AVCCR的一輸出端，CC_EA的輸出端可以連接至電晶體M6的閘極，電晶體M6的汲極可以連接至OPTO端子，電晶體M6的源極可以連接至GND端子，並且AVCCR的一輸入端(例如，正相輸入端)可以連接至ISP端子，並且另一輸入端(例如負相輸入端)可以連接至ISN端子，並且AVCCR的兩個輸出端可以分別連接至CC_EA的一輸入端(例如，正相輸入端)以及感測電路和比較器170(參見圖8和10)的一輸入端。
在如圖4所示的實施例中，該QC電路可以通過CC1/CC2或者DP/DN端與待充電設備之間進行通信，並告知待充電設備該QC電路所支援的電壓、電流以及功率等資訊，同時可以回應於待充電設備要求的電壓和電流等資訊；並且可以即時地監測輸出電壓/電流/溫度等異常情況而關斷VBUS高端金屬氧化物半導體M4，並同時對VBUS電容進行放電，以保護待充電設備，使其免受損壞。
作為一個示例，QC電路可以通過ACD端來感測有關AC線電壓所處狀態(即，處於高壓還是低壓)的資訊，並輸出ac_low訊號以告知MCU。其中，當感測到AC線電壓處於低壓狀態時，則輸出的ac_low訊號可以為高位準，使得MCU降低輸出功率並通過CC1/CC2或者DP/DN端告知待充電設備，防止QC電流過熱；相反地，當感測到AC線電壓處於高壓狀態時，則輸出的ac_low訊號可以為低位準，使得MCU增大輸出功率並通過CC1/CC2或者DP/DN端告知待充電設備，可以提高充電速度。
應當注意的是，為了便於描述，圖4中所示的感測電路僅為一個示例，而不旨在限制性的。
首先，感測電路可以執行以下感測中的任意一個或多個：線電壓處於高壓還是低壓的感測、拔插頭感測以及電阻短路感測。在這種情況下，該感測電路可以包括以下端子：ACD、vcs_det、ac_low_ctrl、ac_low、ac_off和Rense_short(參見圖4)。這種情況可以對應於圖8和圖10所示的實施例。
其次，當感測電路僅能夠執行線電壓處於高壓還是低壓的感測時，感測電路可以包括以下端子：ACD和ac_low(未示出)。這種情況可以對應於圖5所示的實施例。
再次，當感測電路能夠執行線電壓處於高壓還是低壓和拔插頭感測感測時，感測電路可以包括以下端子：ACD、ac_low_ctrl、ac_low和ac_off(未示出)。這種情況可以對應於圖7和圖9所示的實施例。
以下通過具體示例的方式對如圖4所示的QC電路中的感測電路的複數實現方式進行詳細介紹。
首先，出於感測線電壓處於高壓還是低壓狀態的目的，本發明一實施例提供了感測電路的一種實現方式。
參考圖5，圖5示出了本發明的第一實施例提供的感測電路500的結構示意圖。
在圖5所示的實施例中，該感測電路500可以包括：電阻 R2，可以連接在輸入端(即，ACD端)和地之間；比較器110，可以用於比較電阻R2上的電壓和第一預設閾值(即，VR1)，並輸出第一比較結果；以及計時器120，可以用於對第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊(即，ac_low)；其中，輸入端用於輸入快充系統的VD端電壓，並且其中，VD端電壓反映了線電壓的大小。
其中，感測電路500的輸入端可以經由電阻R1連接至快充系統的VD端，該輸入端還可以經由電阻R2接地，比較器110的一輸入端(例如，正相輸入端)可以接收VR1，比較器110的另一輸入端(例如，負相輸入端)可以連接至電阻R2中遠離地的一端，且比較器110的輸出端可以連接至計時器120的輸入端，計時器120的輸出訊號為ac_low。
再次參考圖4，該輸出訊號ac_low可以被輸送至MCU。
作為一個示例，出於感測線電壓處於高壓還是低壓的目的，由電阻R2和電阻R1構成一個分壓電路，其中電阻R2位於感測電路內部，而電阻R1位於感測電路外部(即，位於感測電路500的輸入端與VD端之間)，電阻R1和電阻R2可以對VD端電壓進行分壓，從而使得比較器110可以對電阻R2上的電壓和第一預設閾值VR1進行比較，並輸出比較結果；計時器120可以用於計時第一預設時段，以基於該第一預設時段和比較器110的比較結果來輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊。
通過本發明上述實施例提供的感測電路，可以通過在第一預設時段內，根據第一比較器的輸出結果，來判斷線電壓處於高壓還是低壓狀態，從而根據線電壓狀態來調整輸出功率，進而提高充電速度或者防止一次輸入功率不足等。
其中，若在計時器120計時的第一預設時段內，電阻R2上的電壓(即，輸入端電壓)一直低於第一預設閾值VR1，則計時器120輸出指示線電壓處於低壓的第一資訊，此時ac_low為高位準。
或者，若在計時器120計時的第一預設時段內，出現過電阻R2上的電壓高於第一預設閾值VR1，則計時器120輸出指示線電壓處於高壓的第一資訊，此時ac_low為低位準。
參考圖6，圖6示出了本發明的一個實施例提供的VD端電壓在一次開啟/關斷以及不同線電壓下的對應波形的示意圖。
在圖6所示的實施例中，一次側PWM GATE表示一次側PWM控制器的GATE端電壓，SR GATE表示SR晶片的GATE端電壓，VD表示VD端電壓，Vp表示VD端電壓的峰值電壓，以及QC ACD表示QC電路的ACD端電壓。
作為一個示例，在一次側PWM的GATE端電壓為高位準，且功率電晶體導通期間，由前面的公式(3)可得，峰值電壓Vp可以表示為：
Figure 109128641-A0305-02-0013-4
其中，Ns/Np為二次/一次電感匝比，Vac為AC輸入電壓。從公式(4)可以看出，峰值電壓Vp反映了有關一次線電壓的資訊。
在一些實施例中，可以通過Vp的分壓和一預設閾值VR1的比較來設置高/低壓判定點：Vp*R2/(R1+R2)=VR1 (5)
從公式(5)可以看出，預設閾值VR1是基於電阻R1和峰值電壓Vp而設置的。其中，電阻R2保持不變，故可以通過調整電阻R1的值來改變預設閾值VR1。
通過公式(4)和公式(5)，可以得到線電壓的高低判斷閾值電壓Vac_det為：
Figure 109128641-A0305-02-0013-5
即，若在計時器120計時的第一預設時段內，線電壓一直低於閾值電壓Vac_det，則可以認為AC輸入為低壓；反之，則可以認為AC輸入為高壓。
在其他實施例中，感測電路除了包括感測電路500(參見圖5)中所包括的各個元件之外，還可以包括開關，該開關可以連接在電阻R2和地之間。其中，當開關導通時，使得電阻R2可以接地；當開關斷開時，使得電阻R2懸空。
作為一個示例，該開關可以為金屬氧化物半導體，其中，該MOS可以接收一控制訊號(例如，來自MCU的訊號(例如，ac_low_ctrl))，以基於該控制訊號使得金屬氧化物半導體導通和斷開。
例如，當ac_low_ctrl為高位準時，金屬氧化物半導體導通；當ac_low_ctrl為低位準時，金屬氧化物半導體斷開。
應注意的是，在進行線電壓為高電壓還是低電壓的感測時，金屬氧化物半導體導通，使得電阻R2接地；在進行線電壓是否處於拔插頭狀態的感測以及輸出電流感測電阻是否處於短路狀態的感測時，金屬氧化物半導體均為斷開的，這將在下面進行詳細描述。
其次，出於感測AC是否處於拔插頭狀態的目的，本發明另一實施例還提供了感測電路的另一實現方式。
參考圖7，圖7示出了本發明的第二實施例提供的感測電路700的結構示意圖。
在圖7所示的實施例中，感測電路700除了包括如圖5所示的感測電路500中所包括的各個元件之外，還可以包括：開關130(例如，電晶體M7)，可以連接在電阻R2與地之間；鉗位元電路140，可以連接在輸入端和地之間；比較器150，可以用於在開關130斷開時，比較鉗位元電路140上的電壓和第二預設閾值VR2，並輸出第二比較結果；以及計時器160，用於對第二比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第二資訊(即，ac_off)。
為了便於描述，圖7和圖5中相同的元件採用相同的圖式標記。
通過本發明上述實施例提供的感測電路，除了可以判斷線電壓是處於高壓還是低壓狀態之外，還能感測線電壓是否處於拔插頭狀態。
在一些實施例中，鉗位元電路140可以是齊納二極體，其負端可以連接至比較器110的一輸入端(例如，負相輸入端)和ACD端，其正端接地。比較器150的一輸入端(例如，正相輸入端)可以連接至 ACD端，另一輸入端(例如，負相輸入端)可以用於接收預設閾值VR2，比較器150的輸出端可以連接至計時器160的輸入端，計時器160的輸出訊號為ac_off。
再次參考圖4，該輸出訊號ac_off可以被輸送至MCU。
作為一個示例，當開關130斷開時，電阻R2懸空，電阻R2不再與電阻R1構成分壓電路，此時鉗位元電路140可以對VD端電壓進行鉗位處理，例如，在VD端電壓高於諸如5V時，將電壓鉗位元在5V；計時器160可以用於計時第二預設時段，以基於該第二預設時段和比較器150的輸出結果來輸出指示線電壓所處狀態的第二資訊ac_off。
作為一個示例，計時器160具體用於：若在第二預設時段內，鉗位元電路140上的電壓一直大於預設閾值VR2，則輸出指示線電壓處於拔插頭狀態的第二資訊；反之，則輸出指示線電壓未處於拔插頭狀態的第二資訊。
應當注意的是，電阻Rsense(參見圖3)可以用於感測輸出電流，並通過電流環路調變來得到恒定的輸出電流，並且能夠實現過流保護(Over Current Protection，OCP)，避免設備因過流而損壞。
然而，在實際使用過程中，電阻Rsense會因老化/焊接等原因而發生短路，從而導致電流失控。在電阻Rsense短路的情況下，電流環開環，過流保護失效，不受控的最大輸出電流會損壞系統的元器件和待充電設備。
再次，總的來說，為了防止上述情況，本發明又一實施例提供了感測電路的又一實現方式。
參見圖8，圖8示出了本發明的第三實施例提供的感測電路800的結構示意圖。
在圖8所示的實施例中，感測電路800除了包括如圖7所示的感測電路700中所包括的各個元件之外，還可以包括：比較器170，可以用於比較輸出電壓(vcs_det)和第三預設閾值VR3，並輸出第三比較結果；以及短路感測模組180，可以用於基於第二比較結果和第三比較結 果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊(即，Rsense_short)。
為了便於描述，圖8和圖7中相同的元件採用相同的圖式標記。
通過本發明上述實施例提供的感測電路，除了可以判斷線電壓是處於高壓還是低壓狀態，以及感測線電壓是否處於拔插頭狀態之外，還能感測輸出電流感測電阻是否處於短路狀態。
在一些實施例中，比較器170的一輸入端(例如，正相輸入端)可以用於接收預設閾值VR3，比較器170的另一輸入端(例如，負相輸入端)可以用於接收來自輸出電流放大器(AVCCR，參見圖4)的輸出電壓vcs_det，比較器170的輸出端可以連接至短路感測模組180的一輸入端，短路感測模組180的另一輸入端可以連接至比較器150的輸出端，短路感測模組180的輸出訊號為Rsense_short。
其中，輸出電壓vcs_det可以是由AVCCR(參見圖4)和電阻Rsense(參見圖3)生成的電壓訊號，其中AVCCR的一輸入端可以連接至ISP端子，AVCCR的另一輸入端可以連接至ISN端子，並且ISP和ISN端子可以連接至電阻Rsense，AVCCR的一輸出端可以連接至比較器170(參見圖8、圖10)的一輸入端(例如，負相輸入端)以及感測電路的一輸入端，以向感測電路和比較器170提供訊號vcs_det，並且AVCCR的另一輸出端可以連接至CC_EA模組和IFB端子(參見圖4)。
再次參考圖4，該輸出訊號Rsense_short可以被輸送至MCU。
作為一個示例，短路感測模組180具體用於基於比較器150的比較結果，來計算快充系統的一次PWM的工作頻率；以及基於工作頻率和比較器170的比較結果，來輸出指示電阻是否處於短路狀態的訊號Rsense_short。
具體地，感測電路800可以通過ACD端感測到一次PWM的工作頻率，當感測到PWM的工作頻率高於某個預設閾值(例如， 40KHz)，並且輸出電流放大器的輸出電壓vcs_det低於預設閾值VR3(例如，對應輸出電壓小於0.5A)時，則認為輸出電流感測電阻Rsense出現短路異常狀態，此時MCU控制GATE端關閉VBUS NMOS。
作為一個示例，在感測一次PWM的工作頻率時，開關130的控制訊號ac_low_ctrl一直處於低位準，ACD端通過內置齊納二極體D1進行鉗位。
為了進一步提高拔插頭和輸出電流感測電阻的感測精度，本發明的其他實施例在前述實施例的基礎上添加了去抖動模組。
參考圖9，圖9示出了本發明的第四實施例提供的感測電路900的結構示意圖。
在圖9所示的實施例中，感測電路900類似於圖7中描述的感測電路700，不同之處在於，感測電路900除了包括如圖7所示的感測電路700中所包括的各個元件之外，還可以包括：去抖動模組190，用於對比較器150的輸出結果進行去抖動處理，得到經去抖動處理的訊號Vd_low_det。並且計時器160可以用於對經去抖動處理的訊號Vd_low_det進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第四資訊(即，ac_off)。
其中，去抖動模組190的輸入端可以連接至比較器150的輸出端，去抖動模組190的輸出端可以連接至計時器160的輸入端。
此外，若Vd_low_det長時間處於高位準狀態，計時器160計滿時間(例如，2s)，則可以認為線電壓處於拔插頭狀態，並將處於高位準的ac_off訊號輸出到MCU，同時MCU通過CC1/CC2或者DP/DN端告知待充電設備當前充電器已經處於拔插頭狀態，待充電設備可以關閉充電指示，以提高用戶體驗度。
為了便於描述，圖9和圖7中相同的元件採用相同的圖式標記，並且相同元件的連接方式和工作原理等在此不再贅述。
作為一個示例，為了防止抖動(Ring)的影響，通過在比較器150的輸出端添加Td-de-bounce時間(例如，1uS)。由於正常抖動的週期小於Td-de-bounce時間，故可以被去抖動模組過濾掉。
通過本發明實施例提供的上述方案，可以對比較器150的輸出結果進行去抖動處理，從而可以進一步提高拔插頭感測的精度。
參考圖10，圖10示出了本發明的第五實施例提供的感測電路1000的結構示意圖。
在圖10所示的實施例中，感測電路1000類似於圖8中描述的感測電路800，不同之處在於，感測電路1000除了包括如圖8所示的感測電路800中所包括的各個元件之外，還可以包括：去抖動模組190，用於對比較器150的輸出結果進行去抖動處理，得到經去抖動處理的訊號Vd_low_det。並且計時器160可以用於對經去抖動處理的訊號Vd_low_det進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第四資訊(即，ac_off)。
此外，短路感測模組180可以用於基於經去抖動處理的訊號Vd_low_det和比較器170的比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第五資訊Rsense_short。
通過本發明實施例提供的上述方案，可以對比較器150的輸出結果進行去抖動處理，從而可以進一步提高對輸出電流感測電阻的短路感測的精度。
此外，參考圖11，圖11示出了本發明的一個實施例提供的VD和ACD端電壓在一次開啟/關斷期間的對應波形的示意圖。
在圖11所示的實施例中，一次側PWM GATE表示一次側PWM控制器的GATE端電壓，SR GATE表示SR晶片的GATE端電壓，VD表示VD端電壓，Vp表示VD端電壓的峰值電壓，ACD表示ACD端電壓以及Vd_low_det表示經去抖動處理的訊號。
從ACD波形可以看到正常工作情況下，在同步整流導通期間，可能會出現電壓低於預設閾值VR2(例如，0.1V)，且最小導通時間超過Td的情況。短路感測模組180可以通過對訊號Vd_low_det的相鄰兩個上升沿之間的時間進行計時，來計算出一次PWM的工作頻率。
其中，當該工作頻率高於某個預設閾值(例如，40KHz)，並且輸出電流放大器的輸出電壓vcs_det低於預設閾值VR3時， 則認為Rsense電阻短路，關閉VBUS輸出，避免電流不受控而對系統元件和被充電設備造成損壞。
本發明實施例還提供了一種快充系統的感測方法，參考圖12，圖12示出了本發明的一個實施例提供的快充系統的感測方法的流程示意圖。
在圖12所示的實施例中，快充系統的感測方法可以包括以下步驟：S1201，對快充系統的VD端電壓進行分壓處理，得到第一電壓，其中VD端電壓反映了線電壓的大小；S1202，比較第一電壓和第一預設閾值，並輸出第一比較結果；以及S1203，對第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊。
在一些實施例中，對第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊，包括：若在第一計時時段內(計時時間典型值是50mS，一般在30mS~100mS都可以)，第一電壓一直低於第一預設閾值，則輸出指示線電壓處於低壓的第一資訊；或者若在第一計時時段內，存在第一電壓高於第一預設閾值的情況，則輸出指示線電壓處於高壓的第一資訊。
通過本發明實施例提供的上述感測方法，可以通過在在第一預設時段內，根據第一比較結果，來判斷線電壓處於高壓還是低壓狀態，從而根據線電壓狀態來調整輸出功率，進而提高充電速度或者防止一次輸入功率不足等。
作為一個示例，感測方法除了包括前述實施例中提到的各個步驟之外，還可以包括以下步驟：對VD端電壓進行鉗位元處理，得到第二電壓；比較第二電壓和第二預設閾值，並輸出第二比較結果；以及對第二比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第二資訊。
在一些實施例中，對第二比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第二資訊，包括：若在第二計時時段內(計時時間典型值為2S，一般在1S~3S之間都可以)，第二電壓一直大於第二預設閾值，則輸出指示線電壓處於拔插頭狀態的第二資訊。
通過本發明實施例提供的上述感測方法，除了可以判斷線電壓是處於高壓還是低壓狀態之外，還能感測線電壓是否處於拔插頭狀態。
作為一個示例，感測方法除了包括前述實施例中提到的各個步驟之外，還可以包括以下步驟：比較輸出電壓和第三預設閾值，並輸出第三比較結果；以及基於第二比較結果和第三比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊。所述第三預設閾值設定值是：Vr3=Rsense*Io*KAv，其中Rsense是圖3中Rsense阻值，Io代表短路電流設定值，KAv是圖4中AVCCR中電流放大器倍數，假設Rsense是0.01歐姆，需要設定Io短路電流值是0.5A，KAv電流放大倍數內部設定是50，則“第三預設閾值“是0.01*0.5*50=0.25V
在一些實施例中，基於第二比較結果和第三比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊，包括：基於第二比較結果來計算快充系統的一次PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)的工作頻率，以基於該工作頻率和第三比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊。
其中，當該工作頻率高於預設閾值(例如，40KHz)，並且輸出電壓vcs_det低於第三預設閾值VR3時，則認為輸出電流感測電阻Rsense出現短路異常狀態。
通過本發明上述實施例提供的感測方法，除了可以判斷線電壓是處於高壓還是低壓狀態，以及感測線電壓是否處於拔插頭狀態之外，還能感測輸出電流感測電阻是否處於短路狀態。
為了進一步提高拔插頭和輸出電流感測電阻的感測精度，本發明的其他實施例在前述實施例的基礎上添加了去抖動步驟。
本發明的其他實施例提供的感測方法除了包括前述實施例中的各個步驟之外，還可以包括以下步驟：對第二比較結果進行去抖動處理，並對經去抖動處理的訊號進行計時，以輸出指示線電壓所處狀態的第二資訊。
本發明實施例提供的上述感測方法在前述實施例的基礎上，進一步提高了拔插頭感測的精確度。
本發明的其他實施例提供的感測方法除了包括前述實施例中的各個步驟之外，還可以包括以下步驟：比較輸出電壓和第五預設閾值，並輸出第五比較結果；以及基於經去抖動處理的訊號和第五比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊。
本發明實施例提供的上述感測方法在前述實施例的基礎上，進一步提高了輸出電流感測電阻的短路感測的精確度。
此外，在本發明提供的方法實施例中，關於各個步驟如何進行線電壓處於高壓還是低壓的狀態感測、拔插頭感測以及電阻短路感測的技術細節可以參見在產品實施例中介紹的細節，在此不再贅述。
需要明確的是，本發明並不局限於上文所描述並在圖中示出的特定配置和處理。為了簡明起見，這裡省略了對已知電路及其連接方式、和方法的詳細描述。在闡述特定細節(例如，電路)以便描述本發明的示例實施例的情況下，對於本領域技術人員來說應當顯而易見的是，可以在沒有這些特定細節的情況下或者利用這些特定細節的變型來實踐本發明。因此，本說明書應當被認為是說明性的而非限制性的。
在上述實施例中，描述和示出了複數具體的步驟作為示例。但是，本發明的方法過程並不限於所描述和示出的具體步驟，本領域的技術人員可以在領會本發明的精神後，作出各種改變、修改和添加，或者改變步驟之間的順序。
以上所述的結構框圖中所示的功能塊可以實現為硬體、軟體、固件或者它們的組合。當以硬體方式實現時，其可以例如是電子電路、專用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、適當的固件、外掛程式、功能卡等等。當以軟體方式實現時，本發明的元素是被用於執行所需任務的程式或者程式碼片段。程式或者程式碼片段可以存儲在機器可讀介質中，或者通過載波中攜帶的資料訊號在傳輸介質或者通信鏈路上傳送。“機器可讀介質”可以包括能夠存儲或傳輸資訊的任何介質。 機器可讀介質的例子包括電子電路、半導體記憶體設備、ROM(Read-Only Memory，唯讀記憶體)、快閃記憶體、可擦除ROM(Erasable Read Only Memory，EROM)、軟碟、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，唯讀記憶光碟)、光碟、硬碟、光纖介質、射頻(Radio frequency，RF)鏈路，等等。程式碼片段可以經由諸如網際網路、內聯網等的電腦網路被下載。
還需要說明的是，本發明中提及的示例性實施例，基於一系列的步驟或者裝置描述一些方法或系統。但是，本發明不局限於上述步驟的順序，也就是說，可以按照實施例中提及的循序執行步驟，也可以不同於實施例中的順序，或者複數步驟同時執行。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，所屬領域的技術人員可以清楚地瞭解到，為了描述的方便和簡潔，上述描述的系統、模組和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。應理解，本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
110:比較器
120:計時器
500:感測電路
ACD,VD:端子
ac_low,:訊號
R1,R2:電阻
VR1:預設閾值

Claims (18)

  1. 一種快充系統的感測電路，包括：第一電阻，連接在輸入端和地之間；第一比較器，用於比較所述第一電阻上的電壓和第一預設閾值，並輸出第一比較結果，所述第一預設閾值參考基準電壓為2.0V；以及第一計時器，用於對所述第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊；其中，所述輸入端用於輸入所述快充系統的VD端電壓，並且其中，所述VD端電壓反映了所述線電壓的大小。
  2. 如請求項1所述的感測電路，其中，所述第一計時器具體用於：若在第一計時時段內，計時時間在30mS~100mS，所述第一電阻上的電壓一直低於所述第一預設閾值，則輸出指示所述線電壓處於低壓的第一資訊；或者若在所述第一計時時段內，存在所述第一電阻上的電壓高於所述第一預設閾值的情況，則輸出指示所述線電壓處於高壓的第一資訊。
  3. 如請求項1所述的感測電路，其中，還包括，第一開關，所述第一電阻經由所述第一開關連接到地。
  4. 如請求項3所述的感測電路，其中，所述第一開關是金屬氧化物半導體，所述金屬氧化物半導體接收控制訊號，以基於所述控制訊號使得所述金屬氧化物半導體導通和斷開。
  5. 如請求項3所述的感測電路，其中，還包括：第一鉗位元電路，連接在所述輸入端和地之間；第二比較器，用於在所述第一開關斷開時，比較所述第一鉗位元電路上的電壓和第二預設閾值，並輸出第二比較結果，所述第二預設閾值參考基準電壓為0.2V；以及第二計時器，用於對所述第二比較結果進行計時，並輸出指示所述線電壓所處狀態的第二資訊。
  6. 如請求項5所述的感測電路，其中，所述第二計時器具體用於：若在第二計時時段內，計時時間在1S~3S，所述第一鉗位元電路上的電壓一直大於所述第二預設閾值，則輸出指示所述線電壓處於拔插頭狀態的第二資訊。
  7. 如請求項5所述的感測電路，其中，還包括：第三比較器，用於比較輸出電壓和第三預設閾值，並輸出第三比較結果，所述第三預設閾值參考基準電壓為0.25V；以及第一短路感測模組，用於基於所述第二比較結果和所述第三比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊。
  8. 如請求項7所述的感測電路，其中，所述第一短路感測模組具體用於：基於所述第二比較結果，來計算所述快充系統的一次脈衝寬度調變模組的工作頻率；以及基於所述工作頻率和所述第三比較結果，來輸出所述第三資訊。
  9. 如請求項3所述的感測電路，其中，還包括：第二鉗位元電路，連接在所述輸入端和地之間；第四比較器，用於在所述第一開關斷開時，比較所述第二鉗位元電路上的電壓和第四預設閾值，並輸出第四比較結果，所述第四預設閾值參考基準電壓為0.2V；去抖動模組，用於對所述第四比較結果進行去抖動處理；以及第三計時器，用於對經去抖動處理的訊號進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第四資訊。
  10. 如請求項9所述的感測電路，其中，還包括：第五比較器，用於比較輸出電壓和第五預設閾值，並輸出第五比較結果，所述第五預設閾值參考基準電壓為0.25V；以及第二短路感測模組，用於基於所述經去抖動處理的訊號和所述第五比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第五資訊。
  11. 如請求項1所述的感測電路，其中，所述第一預設閾值是基於第二電阻和所述VD端的峰值電壓而設置的，其中所述第二電阻連接在所述輸入端和所述VD端之間。
  12. 一種快充協議電路，其特徵在於，包括：如請求項1至11中任一項所述的感測電路。
  13. 一種快充系統，包括如請求項12所述的快充協議電路。
  14. 一種快充系統的感測方法，包括：對所述快充系統的VD端電壓進行分壓處理，得到第一電壓；比較所述第一電壓和第一預設閾值，並輸出第一比較結果；以及對所述第一比較結果進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第一資訊；其中，所述VD端電壓反映了所述線電壓的大小。
  15. 如請求項14所述的感測方法，其中，還包括：對所述VD端電壓進行鉗位元處理，得到第二電壓；比較所述第二電壓和第二預設閾值，並輸出第二比較結果；以及對所述第二比較結果進行計時，並輸出指示所述線電壓所處狀態的第二資訊。
  16. 如請求項15所述的感測方法，其中，還包括：比較輸出電壓和第三預設閾值，並輸出第三比較結果；以及基於所述第二比較結果和所述第三比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第三資訊。
  17. 如請求項14所述的感測方法，其中，還包括：對所述VD端電壓進行鉗位元處理，得到第三電壓；比較所述第三電壓和第四預設閾值，並輸出第四比較結果；對所述第四比較結果進行去抖動處理；以及對經去抖動處理的訊號進行計時，並輸出指示線電壓所處狀態的第四資訊。
  18. 如請求項17所述的感測方法，其中，還包括：比較輸出電壓和第五預設閾值，並輸出第五比較結果；以及基於所述經去抖動處理的訊號和所述第五比較結果，來輸出指示輸出電流感測電阻是否短路的第五資訊。
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