[发明专利]软短路保护的装置和方法

说明书

本公开提供了一种开关功率变换器，其与移动设备通信以接收负载检测电流的值。该开关功率变换器调整功率开关的循环直到进入以已知输出电流驱动移动设备的恒流操作模式。该开关功率变换器从输出电流中减去负载电流，以测量软短路电流。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2016年5月25日提交的美国临时专利申请No.62/341,606的优先权，通过引用将该申请全文并入本文中。

技术领域

本申请涉及功率变换器，并且更具体地，涉及配置为在通过数据接口线缆给电池供电设备充电时检测软短路状况的开关功率变换器。

背景技术

通常在售卖移动设备时提供反激式开关功率变换器，这是因为功率变换器的变压器提供了与AC家用电流的安全隔离。此外，这样的设备通常与诸如汽车充电器的DC/DC变换器一起使用。通常通过标准数据接口(例如通用串行总线(USB)接口)将开关功率变换器耦接到被充电的设备。USB接口包括用于数据信号传输的差分信号对(D+和D-)，还提供电源和接地。USB C型接口具有额外的通信信号，例如USB电力输送的配置通道(CC1和CC2)。对于电力输送，USB线缆只能提供一定量的电流。例如，USB 2.0标准允许最大输出电流为500mA，而USB 3.0标准支持900mA的最大输出电流。利用E-marker IC的USB C型支持默认3A，最大5A。传统上，通过USB线缆的电力输送使用5.0V的电压。但是现代移动设备电池通常具有几千毫安的存储容量。即使在A型(例如USB A)和B型(例如USB micro B)的USB 3.0标准允许的增加的输出电流下，如果使用5伏电源电压输送电力，也会因此延迟这些电池的充电。由于开关电源、线缆和接收设备都对输出电流产生阻抗，尤其如此。

USB接口包括用于数据信号传输的差分信号组(D+和D-)，并且还提供功率和接地。对于功率的传输而言，USB线缆仅可以提供特定量的电流。例如，USB2.0标准允许的最大输出电流为500mA，而USB3.0标准支持的最大输出电流为900mA。通常，通过USB线缆的功率传输使用5.0V的电压。但是现代移动设备电池通常具有数千毫安的存储容量。因此，如果使用5伏的电源电压来传输功率，即使以USB3.0标准所允许的增加的输出电流来进行，对这些电池的充电也会被延迟。这是尤其符合事实的，因为开关电源、线缆和接收设备都存在对输出电流的电阻。

鉴于输出电流限制以及来自设备电阻的相关损耗，为了实现快速充电模式，现在通常在USB线缆上使用高得多的输出电压。例如，不使用常规USB输出的5V电压，已经开发出了使用9V、12V或者甚至19V的快速充电模式。增加的电压允许开关电源通过USB线缆传输更多功率，而不会超出最大输出电流限制。然而，许多老旧设备仅能够支持USB线缆的标准5V电压。因此，快速充电开关电源将在设备被充电时进行枚举过程以确定是否支持更高的输出电压。这种枚举可能发生在差分D+和D-引脚上。通过枚举，开关功率变换器和被枚举的设备可以将USB输出电压改变成被枚举的设备支持的增加水平。结果是显著降低的充电时间，这导致用户满意度更高。

尽管快速充电模式是有利的，但它们的实施中出现了问题。例如，USB线缆可能变脏，从而灰尘粒子或者其他弱导电的对像耦接在VCC引脚(递送输出功率的引脚)和GND(接地)引脚之间，从而在VCC引脚/引线和GND引脚/引线之间存在弱导电的路径。最终结果是在VCC与接地之间形成“软短路”。其被称为软短路的原因在于：与真正的短路相比，耦接在相应的引脚(或引线)之间的阻抗相对较高。就这点而言，驱动USB接口的开关功率变换器通常包括过流保护电路，如果检测到短路，该过流保护电路将切断经由USB接口的充电。在这种方式中，不会超出USB接口的最大输出电流水平。但软短路不会导致电流增加得如此之大。因此，具有过流保护的常规开关功率变换器不会响应于软短路，因为输出电流的增加是可以忽略的或者是微小的，从而其不会触发过流态。