阅读说明：本技术 过电流保护电路以及其方法 (Overcurrent protection circuit and method thereof ) 是由 黎永波 李永强 杨文龙 邱俊新 于 2018-08-20 设计创作，主要内容包括：一种过电流保护电路以及其方法。上述过电流保护方法适用于采用电源传输协议的一通用串行总线,上述过电流保护方法包括：将输入电压转换为第一电压以对第一电子装置供电,其中输入电压由第二电子装置所提供；判断第一电子装置所产生的工作电流是否大于第一既定值；判断第一电子装置所产生的工作电流是否大于第二既定值,其中第二既定值小于第一既定值；响应于工作电流大于第一既定值时,第一电流检测电路产生第一感测信号以关闭开关,使得第一电子装置与第二电子装置之间形成开路；以及响应于工作电流大于第二既定值时,停止将输入电压转换为第一电压。本发明可避免受电端的工作电流带来对供电端的电子装置的损害且避免保护机制被太过频繁的触发。(An over-current protection circuit and a method thereof. The overcurrent protection method is suitable for a universal serial bus adopting a power transmission protocol, and comprises the following steps: converting an input voltage to a first voltage to power a first electronic device, wherein the input voltage is provided by a second electronic device; judging whether the working current generated by the first electronic device is greater than a first preset value or not; judging whether the working current generated by the first electronic device is larger than a second preset value, wherein the second preset value is smaller than the first preset value; when the working current is larger than a first preset value, the first current detection circuit generates a first sensing signal to close the switch, so that an open circuit is formed between the first electronic device and the second electronic device; and stopping converting the input voltage into the first voltage in response to the working current being greater than a second predetermined value. The invention can avoid the damage of the working current of the power receiving end to the electronic device of the power supply end and avoid the frequent triggering of the protection mechanism.)

过电流保护电路以及其方法

技术领域

本发明涉及一种过电流保护电路以及其方法，特别涉及一种避免保护机制被太过频繁触发的过电流保护电路以及其方法。

背景技术

为了满足不断进步的电子设备，传输接口的电源传输能力以及数据传输速度的需求越来越高，而采用电源传输(Power Deliver,PD)协议的通用串行总线将数据传输以及高功率的电源供应整合到一起，使得连接器的体积变得更小、使用起来也更为方便。然而，由于新的传输接口提供了充电功能，而为了避免冲击电流带来的对电子装置的损害并进一步考虑系统的兼容性，因此必须建立完善的保护机制以确保提供电源的电子装置的安全。

因此，需要提供一种过电流保护电路以及其方法来解决上述问题。

发明内容

本发明一实施例提供一种过电流保护方法，适用于采用电源传输协议的一通用串行总线，上述过电流保护方法包括：将一输入电压转换为一第一电压以对一第一电子装置供电，其中上述输入电压由一第二电子装置所提供；判断上述第一电子装置所产生的一工作电流是否大于一第一既定值；判断上述第一电子装置所产生的上述工作电流是否大于一第二既定值，其中上述第二既定值小于上述第一既定值；响应于上述工作电流大于上述第一既定值时，一第一电流检测电路产生一第一感测信号以关闭一开关，使得上述第一电子装置与上述第二电子装置之间形成开路；以及响应于上述工作电流大于上述第二既定值时，停止将上述输入电压转换为上述第一电压。

本发明另一实施例提供一种过电流保护电路，适用于采用电源传输协议的一通用串行总线，上述过电流保护电路包括：一受电端、一供电端、一电压转换芯片、一开关以及一第一电流检测电路；上述受电端与一第一电子装置连接；上述供电端与一第二电子装置连接，并由上述第二电子装置提供一输入电压；上述电压转换芯片用以将上述输入电压转换为一第一电压，以对上述第一电子装置供电；上述开关耦接于上述受电端与上述电压转换芯片之间；以及上述第一电流检测电路耦接于上述受电端以及上述开关之间，用以判断上述第一电子装置所产生的一工作电流是否大于一第一既定值；其中，响应于上述第一电子装置的上述工作电流大于上述第一既定值时，上述第一电流检测电路产生一第一感测信号以关闭上述开关；并且其中，响应于上述第一电子装置的上述工作电流大于一第二既定值时，上述电压转换芯片停止将上述输入电压转换为上述第一电压，其中上述第二既定值小于上述第一既定值。

根据本发明一实施例，上述过电流保护电路还包括：一第二电流检测电路以及一微控制器。第二电流检测电路耦接于受电端以及开关之间，用以判断第一电子装置所产生的工作电流是否大于一第三既定值，其中第三既定值小于第二既定值。微控制器，与第二电流检测电路以及开关耦接，用以在接收到第二感测信号后开始计时。其中，响应于上述工作电流大于一第三既定值时，第二电流检测电路输出一第二感测信号。以及，响应于微控制器持续接收到第二感测信号超过一既定时间时，微控制器关闭上述开关。

根据本发明一实施例，其中开关包括一第一金属氧化物半导体晶体管以及一第二金属氧化物半导体晶体管。

根据本发明一实施例，其中第一电流检测电路以及第二电流检测电路分别包括一第一比较器以及一第二比较器。

根据本发明一实施例，其中第一金属氧化物半导体晶体管具有一第一栅极、一第一漏极以及一第一源极以及第二金属氧化物半导体晶体管具有一第二栅极、一第二漏极以及一第二源极，第一漏极耦接至电压转换芯片的一输出端，第一源极耦接至第二源极，第一栅极与第二栅极耦接至第一电流检测电路的一第一输出端与微控制器的一信号输出端，以及第二栅极与第一电流检测电路、第二电流检测电路以及受电端耦接。

本发明可避免受电端的工作电流带来对供电端的电子装置的损害，且通过多个电路的多重保护机制将可提升系统的兼容性，以避免保护机制被太过频繁的触发。

附图说明

图1显示根据本发明一实施例所述的过电流保护电路的系统架构图。

图2显示根据本发明另一实施例所述的过电流保护电路的系统架构图。

图3显示根据本发明另一实施例所述的过电流保护电路的系统架构图。

图4A、图4B显示根据本发明另一实施例所述的电流保护方法的流程图。

主要组件符号说明：

100 过电流保护电路

110、210 电压转换芯片

120、220 开关

130、230 第一电流检测电路

240 第二电流检测电路

250 微控制器

310、320 比较器

330 防止电流的倒灌的电路

CADJ 电容

Q1、Q2、Q3 金属氧化物半导体晶体管

R1、R2、RS1、RS2、RS3、RADJ 电阻

S401～S410 步骤流程

VBUS 受电端

VIN 供电端

具体实施方式

有关本发明的过电流保护电路以及其方法适用的其他范围将在接下来所提供的详述中清楚易见。必须了解的是下列的详述以及具体的实施例，当提出有关过电流保护电路以及其方法的示范实施例时，仅作为描述的目的以及并非用以限制本发明的范围。

图1显示根据本发明一实施例所述的过电流保护电路的系统架构图。在此实施例中，过电流保护电路100适用于采用电源传输(Power Deliver,PD)协议的一通用串行总线(例如USB Type-C标准)，可包括一受电端VBUS、一供电端V_IN、一电压转换芯片110、一开关120以及一第一电流检测电路130。其中，采用电源传输协议的通用串行总线相较于传统USB标准提供了更高的电源传输能力以及数据传输速度，其电压电流指针可提升至20V/5A，即100W的最大功率。换言之，受电端VBUS(亦可称为耗电端、吸端(Sink))可与一笔记本型计算机或者一智能型手机等电子装置(以下通称为第一电子装置)连接。供电端V_IN亦可称为源端(Source)，用以与具有驱动电源(例如与市电连接或者内建电池)的电子装置(以下通称为第二电子装置)连接，以对与受电端VBUS连接的第一电子装置供电。值得注意的是，在此所举例的笔记本型计算机或者智能型手机等第一电子装置仅为本发明的示例，具有供应电源的笔记本型计算机亦可作为第二电子装置以与供电端V_IN连接。

电压转换芯片110用以将供电端V_IN所输入的输入电压转换为一较低的供电电压(第一电压)，以对受电端VBUS所连接的第一电子装置等供电。举例来说，在本发明的一实施例中，第二电子装置为显示屏幕，而输入电压由显示屏幕的电源所提供。开关120耦接于受电端VBUS与电压转换芯片110之间，由第一电流检测电路130所控制。第一电流检测电路130耦接于受电端VBUS以及开关120之间，用以判断受电端VBUS所连接的第一电子装置所产生的一工作电流是否大于一第一既定值。其中，在第一电子装置内建电池的情况下，响应于第一电子装置开机或者与第二电子装置连接时，将有可能产生由第一电子装置流向第二电子装置的工作电流。而响应于第一电子装置流向第二电子装置的工作电流大于第一既定值时，第一电流检测电路130将产生一第一感测信号以关闭开关120，即使得供电端V_IN与受电端VBUS之间形成开路，以避免过大的工作电流影响第二电子装置。在某些实施例中，包括受电端VBUS、供电端V_IN、电压转换芯片110、开关120与第一电流检测电路130的过电流保护电路100可整合至第二电子装置中。

此外，电压转换芯片110还包括过电流保护功能。同样地，在第一电子装置内建电池的情况下，响应于第一电子装置开机或者与第二电子装置连接时，若第一电子装置流向第二电子装置的工作电流大于一第二既定值，则电压转换芯片110将会自动关闭，即电压转换芯片110停止将输入电压转换为供电电压，且不对第一电子装置进行供电。其中，第一既定值大于第二既定值。

图2显示根据本发明另一实施例所述的过电流保护电路的系统架构图。在此实施例中，过电流保护电路100包括一受电端VBUS、一供电端V_IN、一电压转换芯片210、一开关220、一第一电流检测电路230、一第二电流检测电路240以及一微控制器250。其中，电压转换芯片210、开关220以及第一电流检测电路230的功能与电压转换芯片110、开关120以及第一电流检测电路130的功能相同，在此即不加以描述以精简说明。第二电流检测电路240耦接于受电端VBUS以及开关220之间，用以判断受电端VBUS所连接的第一电子装置所产生的工作电流是否大于一第三既定值。其中，第二既定值大于第三既定值。微控制器250可设置于第二电子装置中，且至少具有一计时器，用以在接收到第二电流检测电路240所输出的一第二感测信号后开始计时。在本发明的一实施例中，第二电子装置为一显示屏幕，而微控制器250可为显示屏幕的一液晶控制(Scaler)芯片。

其中，在第一电子装置内建电池的情况下，响应于第一电子装置开机或者与第二电子装置连接时，若第一电子装置流向第二电子装置的工作电流大于第三既定值，则第二电流检测电路240将输出第二感测信号至微控制器250。而微控制器250在接收到第二感测信号后，将致使内建的计时器开始计时。响应于微控制器250持续接收到第二感测信号超过一既定时间(例如10毫秒)后，输出一关闭信号至开关220以关闭开关120，即使得供电端V_IN与受电端VBUS之间形成开路，以避免不适当的工作电流影响第二电子装置。值得注意的是，响应于微控制器250中断接收到第二感测信号后，其内建的计时器将被归零，以在再次接收到第二感测信号时从零开始计时。值得注意的是，既定时间可根据使用者的需求自行定义，然而不以本发明的实施例为限。

图3显示根据本发明一实施例所述的适用于USB Type-C的过电流保护电路的系统架构图。如图3所示，电压转换芯片210由一DC/DC转换器、由电阻RADJ与电容CADJ所构成的一补偿电路以及一电阻RS3所构成，而响应于第一电子装置流向第二电子装置的工作电流大于第二既定值时(例如第一电子装置的一当前电流超过正常的工作电流的130％)，电压转换芯片210停止将输入电压转换为第一电压。开关220由串联连接的第一、第二晶体管元件所构成。而在此实施例中，开关220由一第一金属氧化物半导体晶体管Q1以及一第二金属氧化物半导体晶体管Q2所构成。其中，第一金属氧化物半导体晶体管Q1的一第一漏极D1与电压转换芯片210的一输出端耦接，第一金属氧化物半导体晶体管Q1的一第一源极S1与第二金属氧化物半导体晶体管Q2的一第二源极S2耦接，以及第二金属氧化物半导体晶体管Q2的一第二漏极与第一电流检测电路230以及第二电流检测电路240耦接。第一电流检测电路230由一第一检测电阻RS1以及一第一比较器310所构成，响应于第一电子装置流向第二电子装置的工作电流大于第一既定值(例如第一电子装置的一当前电流超过正常的工作电流的200％)时，第一比较器310将输出一正电压电平至第一金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极G1以及第二金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极G2，使得第一金属氧化物半导体晶体管Q1以及第二金属氧化物半导体晶体管Q2形成开路，以保护连接于供电端V_IN的第二电子装置。第二电流检测电路230由一第二检测电阻RS2以及一第二比较器320所构成，响应于第一电子装置流向第二电子装置的工作电流大于第二既定值(例如第一电子装置的当前电流超过正常的工作电流的110％)时，第二电流检测电路230可通过输出正电压电平或者一负电压电平以使得微控制器250根据所接收到的正电压电平或者负电压电平开始计时。其中，响应于当前电流持续超过正常工作电流的110％大于既定时间时，微控制器250即输出带有正电压电平的关闭信号至第一金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极G1以及第二金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极G2，以使得第一金属氧化物半导体晶体管Q1以及第二金属氧化物半导体晶体管Q2形成开路。值得注意的是，开关220亦可由单一个金属氧化物半导体晶体管所构成，并非以两个金属氧化物半导体晶体管Q1以及Q2的架构为限。在某些实施例中，开关220中的第一、第二晶体管元件亦可设计成根据带有负电压电平的关闭信号而形成开路。此外，在某些实施例中，当过电流保护电路用于USB Type-C时，还可包括一电路330。电路330包括电阻R1、电阻R2、晶体管元件Q3以及一比较器，其主要功能为防止电流的倒灌(如图3所示)。值得注意的是，电路300为可选的，当本发明所述的过电流保护电路用于其他通用串行总线架构时，亦可移除图3中所示的电路330。

图4A、图4B显示根据本发明一实施例所述的过电流保护方法的流程图。在步骤S401，电压转换芯片210将第二电子装置的供电模块所提供的输入电压转换为第一电压以对第一电子装置供电。在步骤S402，第一电流检测电路230判断第一电子装置流向第二电子装置的工作电流是否大于第一既定值。响应于工作电流大于第一既定值时，进入步骤S403，第一电流检测电路230输出第一感测信号至开关220以关闭开关220，使得供电端V_IN与受电端VBUS之间形成开路，以避免过大的工作电流影响第二电子装置的运作。在步骤S404，电压转换芯片210通过内建的过电流保护功能判断第一电子装置流向第二电子装置的工作电流是否大于第二既定值。而响应于工作电流大于第二既定值时，进入步骤S405，电压转换芯片210将会自动关闭，以达到保护第二电子装置的供电模块的功效。在步骤S406，第二电流检测电路240判断第一电子装置流向第二电子装置的工作电流是否大于第三既定值。响应于工作电流大于第三既定值，进入步骤S407，第三电流检测电路240输出第二感测信号至微控制器250，以及通过微控制器250的计时器根据第二感测信号开始计时。在步骤S408，微控制器250还进一步地判断是否持续接收到第二感测信号的时间超过既定时间。在某些实施例中，既定时间可为例如10毫秒，但亦可根据使用者的需求自行定义，然而不限定于此。响应于微控制器250持续接收到第二感测信号超过既定时间时，进入步骤S409，微控制器250输出关闭信号至开关220以关闭开关220，使得供电端V_IN与受电端VBUS之间形成开路，以避免工作电流影响第二电子装置的运作。反之，响应于微控制器250持续接收到第二感测信号的时间小于或等于既定时间时，进入步骤S410，微控制器250将重置计时的秒数，以在再次接收到第二感测信号时再次开始计时。在某些实施例中，第一既定值大于第二既定值，并且第二既定值大于第三既定值。举例而言，第一既定值可为工作电流的200％、第二既定值可为工作电流的130％以及第三既定值可为工作电流的110％，但亦可根据使用者的需求进行调整，然而不以此为限。

综上所述，根据本发明一些实施例所述的过电流保护电路以及其方法，通过电压转换芯片内建的过电流保护功能以及电流检测电路所带来的多重保护机制，将可避免受电端的工作电流带来对供电端的电子装置的损害，且通过多个电路的多重保护机制将可提升系统的兼容性，以避免保护机制被太过频繁的触发。

以上叙述许多实施例的特征，使本领域技术人员能够清楚理解本说明书的形态。本领域技术人员能够理解其可利用本发明公开内容为基础以设计或更动其他工艺及结构而完成相同于上述实施例的目的和/或达到相同于上述实施例的优点。本领域技术人员亦能够理解不脱离本发明的精神和范围的等同构造可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作任意的更动、替代与润饰。