[发明专利]对快充USB充电器中的数据线的软短路过电压保护

说明书

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)。

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。

技术领域

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。

背景技术

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，USB 2.0标准允许有500mA的最大输出电流而USB 3.0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USB 3.0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5V USB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。

发明内容

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