对快充USB充电器中的数据线的软短路过电压保护制造技术

提供开关功率变换器(105)，其具有在例如对负载设备(135)供电的例如USB数据接口的数据接口(125)中监测差分数据信号电压(D+，D‑)来检测软短路状况的过电压保护电路(115)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对快充USB充电器中的数据线的软短路过电压保护相关申请的交叉引用本申请要求2015年3月20日提交的美国临时专利申请号62/136,406的权益，其通过引用全部合并于此。
本申请涉及功率变换器，并且更特别地涉及通过数据接口对设备充电的功率变换器的保护电路。
技术介绍
反激式开关功率变换器因为变换器的变压器提供与AC家用电流的安全隔离而典型地用于对移动设备充电。常见的是开关功率变换器通过例如通用串行总线(USB)接口等标准接口耦合于正在被充电的设备。USB接口包括用于发信号的差分信号对(D+和D-)并且还提供电力和接地。关于输电方面，USB电缆可以仅提供一定量的电流。例如，USB2.0标准允许有500mA的最大输出电流而USB3.0标准允许有900mA的最大输出电流。通过USB电缆的输电传统上使用五伏的输出电压而发生。但现代移动设备电池通常具有几千毫安的存储容量。因而如果使用五伏输出电压来输电，这样的电池的充电将被延迟，即使在USB3.0标准中允许输出电流增加也如此。由于开关电源、USB电缆和接收设备全部对输出电流展现出电阻，加剧了充电延迟。鉴于输出电流限制以及来自设备电阻的关联损耗，为了实现快充模式，常见的是在USB电缆上使用明显更高的输出电压。例如，开发使用9V、12V或甚至19V的快充模式，而不是使用默认的5VUSB输出电压。增加的电压允许开关电源在USB电缆上输送更多电力而不超出最大输出电流限制。然而，许多遗留设备可能仅适应来自USB电缆的标准5V。从而快充开关电源将在枚举过程中与正在被充电的设备接合来确定是否支持更高输出电压。该枚举可能在USB接口中的差分D+和D-引脚上发生。通过枚举，开关功率变换器和所枚举的设备可以使USB输出电压改变为由被枚举的设备所支持的增加的水平。结果是充电时间大大减少，这带来更大的用户满意度。尽管快充模式是有利的，但关于它们的实现则出现了问题。例如，USB电缆接口可能变脏使得尘粒或其他微导电物体在VCC引脚(输送输出电压的引脚)与差分信令引脚D+和D-中的一个之间耦合。或者，USB电缆本身可能由于用户扭曲而磨损，以至于在VCC线与用于D+和D-信号的线中的一个之间存在微导电路径。结果是在USB电缆中在VCC与差分数据信号中的一个之间“软短路”。它被表示为软短路，因为对应引脚(或线)之间的耦合的阻抗与真正短路相比相对较高。关于真正短路，常见的是驱动USB电缆的开关功率变换器包括过电流保护电路，如果检测到短路则该过电流保护电路将关断通过USB电缆的充电。采用该方式，不超出USB接口的最大输出电流水平。但软短路将不会导致电流的如此大的增加。因而具有过电流保护的常规开关功率变换器将不会对软短路作出响应，因为输出电流的增加是可忽略的或是微小的，使得它不会触发过电流状态。如果输出电压(VCC)是5V(例如传统上对于USB接口)，因为按照定义，软短路牵涉相对高的阻抗路径，所以软短路并未导致差分信号引脚上危险的升高电压水平。但是随着输出电压增加以支持快充，差分信号引脚电压可能被驱动到不安全的水平。例如，升高的差分信号电压可能对正在被充电的设备中的差分信号的接收电路造成危害。因此，现有领域中需要预防数据接口的软短路的改进的功率变换器。
技术实现思路
提供功率变换器，其包括对于例如USB接口的数据接口上的差分数据信号的电压监测电路。该电压监测电路配置成确定差分数据信号的电压是否超出最大安全电压阈值。采用该方式，保护数据接口以免遭受过量的差分信号电压。这些有利特征可以从下面的详细描述更好地理解。附图说明图1是根据本公开的实施例的开关功率变换器的框图，该开关功率变换器通过USB接口对设备供电，在该USB接口中提供电压监测电路，其监测USB接口所承载的差分数据信号的电压。图2是根据本公开的实施例的反激式变换器的电路图，该反激式变换器配置成监测USB接口中的差分数据信号的电压来检测软短路状况。图3是用于图1和2的系统的过电压保护电路的电路图。图4是监测USB接口来检测软短路状况的示例方法的流程图。本公开的实施例以及它们的优势通过参考以下详细说明而被最好地理解。应该意识到类似参考标号用于标识一个或多个图中所示的类似元件。具体实施方式为了解决现有领域中对基于数据电缆的功率变换器的软短路保护的需要，提供电压监测电路，其确定电缆上的数据信号电压是否出超出安全水平。下列论述将假设电缆接口是通用串行总线(USB)接口，但将理解结合输电与数据信号的任何接口可以如本文论述的那样受到保护。在图1中示出示例系统100。功率变换器105可以包括开关反激式变换器或将由输入电压V_输入传送的功率变换成输出电压V_输出的任何其他适合的功率变换器。功率变换器105将输出电压V_输出驱动到VCC引脚或USB接口120的端子中。USB电缆125在USB接口120与负载USB接口130之间耦合以用于由功率变换器105供电的设备135。功率变换器105的快充接口110关于使在常规5.0V水平之上的V_OUT增加到USB3.0协议所支持的增加电压方面对设备135进行枚举。例如，功率变换器105可以包括反激式变换器，其中主控制器控制耦合于感应器的一次绕组的功率开关的开关。在这样的实施例中，因为USB接口120位于反激式变换器的变压器的次级绕组侧上，主控制器与USB接口120隔离。因而快充接口110在反激式变换器实施例中将包括耦合于次级绕组的副控制器。例如，通过快充接口110的枚举(enumeration)可以指示负载设备135可以支持接收等于19V的V_输出。作为替换，可以支持其他水平，例如9V或12V。该枚举对于快充操作模式是常见的。为了在反激式变换器实施例中维持初级与次级绕组之间的隔离，快充接口110例如通过使同步整流器开关(未示出)短路而将所得的枚举数据间接地发信号给主控制器，该同步整流器开关创建由主控制器检测的初级绕组电压脉冲。作为替换，在反激式实施例中快充接口110可以通过光耦合器与主控制器通信。在例如降压或升压变换器的非隔离变换器中，快充接口110在调节功率开关的开关方面还可以充当主控制器。快充接口110将所枚举的电压水平传送给功率变换器105中的主控制器(未示出)，如功率变换器105与快充接口110之间的“通信”信号流所指示的。功率变换器105然后可以使V_输出从它的默认值5V增加到协商增加的水平。尽管在系统100中仅示出D+和D-信号，将立即在枚举期间还可以使用额外差分数据信号对(例如USB3.1协议中的)。随着将电源电压V_输出调整到它所协商的水平，功率变换器105通过USB电缆125开始对负载设备135供电。但如早些论述的，软短路可以形成在VCC引脚与USB接口130和120中的任一个中的差分信号引脚之间作为替换，USB电缆125本身可以例如由于扭曲而磨损，以至于在USB电缆125自身内形成软短路。如本文使用的，“软短路”由V_输出电源电压引线或线与差分数据信号中的一个(例如D+或D)的引线或线之间的相对高阻抗路径所产生，其中阻抗是这样的：其使得与功率变换器105关联的过电流保护电路(未示出)未被触发。由于软短路，受影响的差分数据信号的电压可以升到安全水平之上。一般而言，常见的是USB接口(例如USB接口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：功率变换器，其配置成通过包括数据信号的数据接口对负载设备供电；以及过电压保护电路，其配置成监测所述数据信号的电压以确定所述电压是否超出最大安全水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.20 US 62/136,4061.一种系统，其包括：功率变换器，其配置成通过包括数据信号的数据接口对负载设备供电；以及过电压保护电路，其配置成监测所述数据信号的电压以确定所述电压是否超出最大安全水平。2.如权利要求1所述的系统，其中所述数据接口是通用串行总线(USB)接口，并且其中所述数据信号包括至少一对差分数据信号。3.如权利要求1所述的系统，其中所述过电压保护电路包括电压比较器，所述电压比较器配置成响应于所述数据信号的电压超出所述最大安全水平而断言过电压警报信号。4.如权利要求3所述的系统，其中所述过电压保护电路进一步包括带隙参考，所述带隙参考配置成向所述电压比较器提供参考电压。5.如权利要求3所述的系统，其中所述过电压保护电路进一步包括一对分压器，并且其中所述电压比较器配置成比较来自每个分压器的电压。6.如权利要求3所述的系统，其进一步包括：快充接口，其配置成使用所述数据信号枚举所述负载设备以确定所述负载设备是否支持增加的输出电压水平，并且其中所述功率变换器配置成使通过所述数据接口输送到所述负载设备的输出电压增加到所述增加的输出电压水平。7.如权利要求6所述的系统，其中所述功率变换器配置成响应于所述过电压警报信号的断言，使通过所述数据接口输送到所述设备的输出电压水平减少。8.如权利要求6所述的系统，其中所述功率变换器配置成响应于过电压警报信号的断言而复位。9.如权利要求7所述的系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建明，李勇，D·王，
申请(专利权)人：戴洛格半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US