充電器、終端設備和充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，尤其涉及電路領(lǐng)域中的充電器、終端設備和充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能手機、平板電腦等移動終端逐漸向大屏幕化趨勢發(fā)展，移動終端所需的電池容量越來越大。為了控制充電時間不至于過長，大功率充電器開始廣泛使用。
[0003]大功率充電器由于充電電流較大，容易誘發(fā)通用串行總線(Universal SerialBus，USB)，尤其是Micro USB中出現(xiàn)短路，導致USB或Micro USB接口過熱熔融。當前移動終端普遍使用的USB或Micro USB接口尺寸緊湊，用戶在使用過程中容易引入異物，用戶的不規(guī)范插拔也會導致金屬殼件摩擦產(chǎn)生金屬粉塵等，這些均會導致充電過程中出現(xiàn)充電短路。短路的程度有高低之分，較高程度的短路可以引發(fā)較大的到地電流，容易檢測和避免；而輕微程度的短路只引發(fā)較小的到地電流，稱之為微短路。
[0004]為了規(guī)避充電短路的風險，當前的移動終端充電器一般具備過流檢測保護功能。由于大功率充電器的工作電流較大，因此過流檢測設置的最大電流也較高。當充電器中出現(xiàn)微短路時，過流保護功能可能不會激發(fā)。微短路無法觸發(fā)充電器過流保護，但微短路產(chǎn)生的小電流持續(xù)產(chǎn)生的熱量仍可積聚到較高溫度，使得USB或Micro USB的插頭或移動終端的Micro USB充電接口發(fā)生熔融、冒煙和起火等安全事故。
[0005]為了規(guī)避充電微短路的風險，另一種方案是在充電線的USB或Micro USB接頭處內(nèi)置一個正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient，PTC)熱敏電阻，在溫度過高時串聯(lián)在充電線上的PTC熱敏電阻的阻值增大，限制充電電流過大，以避免冒煙燃燒；或者，在充電線的USB或Micro USB接頭處內(nèi)置一個負溫度系數(shù)(Negative TemperatureCoefficient, NTC)熱敏電阻，在溫度過高時連接到地的NTC熱敏電阻的阻值減小，觸發(fā)充電器過流保護。
[0006]然而，通常發(fā)生微短路的位置位于充電線的USB或Micro USB端伸出的接口的內(nèi)簧片上，而PTC熱敏電阻或NTC熱敏電阻設置在充電線的USB或Micro USB端塑膠體內(nèi)，其間有一定的距離。在簧片上出現(xiàn)微短路時簧片溫度較高，但PTC熱敏電阻或NTC熱敏電阻處感應到的溫度不足以觸發(fā)其阻抗變化；或者，只是使得PTC熱敏電阻的阻值變大，使得充電變慢。此時，微短路容易導致充電線的USB或Micro USB端的塑膠件熔融或發(fā)黑，給用戶帶來安全隱患。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明實施例提供了一種充電器、終端設備和充電系統(tǒng)，可以檢測出充電電路中發(fā)生的微短路，并對充電過程進行控制，提高充電的安全性。
[0008]第一方面，提供了一種充電器，包括功率轉(zhuǎn)換電路、充電接口和過流保護電路，
[0009]所述功率轉(zhuǎn)換電路包括變壓器和整流器，交流電自所述變壓器的原邊輸入，經(jīng)所述變壓器的原邊感應到所述變壓器的副邊，再從所述變壓器的副邊經(jīng)所述整流器整流后輸出直流電；
[0010]所述充電接口包括電源線、地線以及信號線，其中，所述整流器的正極與所述電源線連接，所述整流器的負極與所述地線連接；
[0011]所述過流保護電路包括過流檢測電路和脈沖寬度調(diào)制PWM控制芯片，所述過流檢測電路用于在檢測到所述變壓器的副邊的電流大于或者等于預設的第一電流閾值的情況下，使得所述PWM控制芯片控制所述變壓器的原邊停止將所述交流電感應到所述變壓器的副邊，其中，所述第一電流閾值大于所述充電器的額定輸出電流值；
[0012]其特征在于，所述充電器還包括電阻和開關(guān)器件:
[0013]所述電阻的第一端與所述電源線連接，所述電阻的第二端與所述信號線連接；
[0014]所述開關(guān)器件的第一端與所述信號線連接，所述開關(guān)器件的第二端與所述電源線連接，所述開關(guān)器件的第三端與所述地線連接，在所述開關(guān)器件的第二端的電壓與所述開關(guān)器件的第一端的電壓的差值大于或者等于預設的第一電壓閾值的情況下，所述開關(guān)器件的第二端和所述開關(guān)器件的第三端導通；
[0015]在所述充電器為終端設備充電的過程中，在所述開關(guān)器件的第二端的電壓與所述開關(guān)器件的第一端的電壓的差值大于或者等于所述第一電壓閾值的情況下，所述開關(guān)器件的第二端和所述開關(guān)器件的第三端導通，進而使得所述電源線和所述地線導通，所述過流檢測電路檢測到的所述變壓器的副邊的電流大于或者等于所述第一電流閾值，使得所述PWM控制芯片控制所述變壓器的原邊停止將所述交流電感應到所述變壓器的副邊，其中，所述第一電壓閾值大于0V，并且小于所述電源線的輸出電壓值。
[0016]結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能的實施方式下，所述充電器還包括電壓控制芯片和為所述電壓控制芯片供電的供電模塊，
[0017]所述電壓控制芯片的第一端與所述信號線連接，所述電壓控制芯片的第二端與所述開關(guān)器件的第一端連接，所述電壓控制芯片的第三端與所述供電模塊連接，所述電壓控制芯片用于在所述電壓控制芯片的第一端的電壓小于或等于第二電壓閾值的情況下，在所述電壓控制芯片的第二端輸出低電壓，使得所述開關(guān)器件的第二端和所述開關(guān)器件的第三端導通，進而使得所述電源線和所述地線導通，所述過流檢測電路檢測到的所述變壓器的副邊的電流大于或者等于所述第一電流閾值，使得所述PWM控制芯片控制所述變壓器的原邊停止將所述交流電感應到所述變壓器的副邊，其中，所述第二電壓閾值大于0V，并且小于所述電源線的設計最低輸出電壓值。
[0018]結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實施方式，在第一方面的第二種可能的實施方式下，所述開關(guān)器件包括P溝道金屬-氧化物-半導體場效應晶體管PMOS管、電磁繼電器、晶閘管、三極管和可控硅元件中的至少一個器件。
[0019]結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能的實施方式或第一方面的第二種可能的實施方式，在第一方面的第三種可能的實施方式下，所述信號線包括:
[0020]正電壓數(shù)據(jù)線D+、負電壓數(shù)據(jù)線D-、空端ID、USB 3.1規(guī)范定義的Type C接口的正接收I差分總線RX1+、負接收I差分總線RXl、正接收2差分總線RX2+、負接收2差分總線RX2-、正發(fā)送I差分總線TX1+、負發(fā)送I差分總線TX1-、正發(fā)送2差分總線TX2+、負發(fā)送2差分總線TX2-、第I邊頻帶信號線SBU1、第2邊頻帶信號線SBU2、第I配置通道信號線CCl和第2配置通道信號線CC2中的至少一種。
[0021]第二方面，本發(fā)明實施例提供一種充電器，包括功率轉(zhuǎn)換電路、充電接口和過流保護電路，
[0022]所述功率轉(zhuǎn)換電路包括變壓器和整流器，交流電自所述變壓器的原邊輸入，經(jīng)所述變壓器的原邊感應到所述變壓器的副邊，再從所述變壓器的副邊經(jīng)所述整流器整流后輸出直流電；
[0023]所述充電接口包括電源線、地線以及信號線，其中，所述整流器的正極與所述電源線連接，所述整流器的負極與所述地線連接；
[0024]所述過流保護電路包括過流檢測電路和脈沖寬度調(diào)制PWM控制芯片，所述過流檢測電路用于在檢測到所述變壓器的副邊的電流大于或者等于預設的第一電流閾值的情況下，使得所述PWM控制芯片控制所述變壓器的原邊停止將所述交流電感應到所述變壓器的副邊，其中，所述第一電流閾值大于所述充電器的額定輸出電流值；
[0025]其特征在于，所述充電器還包括電阻、開關(guān)器件和隔離控制器件:
[0026]所述電阻的第一端與所述電源線連接，所述電阻的第二端與所述信號線連接；
[0027]所述過流保護電路還包括金屬-氧化物半導體場效應晶體管MOSFET，所述MOSFET的第一端與所述PWM控制芯片的控制管腳連接，所述MOSFET的第二端與所述變壓器的原邊連接，以控制所述變壓器的原邊的工作，在所述MOSFET的第一端的電壓小于或等于第三電壓閾值的情況下，所述MOSFET關(guān)斷，使得所述變壓器的原邊停止將所述交流電感應到所述變壓器的副邊，其中，所述第三電壓閾值大于0V，并且小于所述PWM控制芯片的工作電壓；
[0028]所述開關(guān)器件的第一端與所述信號線連接，所述開關(guān)器件的第二端與所述隔離控制器件的第一輸入端連接，所述開關(guān)器件的第三端接地，在所述開關(guān)器件的第二端的電壓與所述開關(guān)器件的第一端的電壓之間的電壓差值大于或者等于預設的第一電壓閾值的情況下，所述開關(guān)器件閉合，觸發(fā)所述隔離控制器件工作，其中，所述第一電壓閾值大于0V，并且小于所述電源線的輸出電壓值；
[0029]所述隔離控制器件的第二輸入端與所述電源線連接，所述隔離控制器件的第一輸出端與所述PWM控制芯片的控制管腳的連接，所述隔離控制器件的第二輸出端接地，在所述開關(guān)器件閉合時觸發(fā)所述隔離控制器件工作，使得所述隔離控制器件的第一輸出端的電壓小于所述第三電壓閾值。
[0030]結(jié)合第二方面，在第二方面的第一種可能的實施方式下，所述開關(guān)器件包括P溝道金屬-氧化物-半導體場效應晶體管PMOS管、電磁繼電器、晶閘管、三極管和可控硅元件中的至少一個器件。
[0031]結(jié)合第二方面或第二方面的第一種可能的實施方式，在第二方面的第二種可能的實施方式下，所述信號線包括:
[0032]正電壓數(shù)據(jù)線D+、負電壓數(shù)據(jù)線D-、空端ID、USB 3.1規(guī)范定義的Type C接口的正接收I差分總線RX1+、負接收I差分總線RXl、正接收2差分總線RX2+、負接收2差分總線RX2-、正發(fā)送I差分總線TX1+、負發(fā)送I差分總線TX1-、正發(fā)送2差分總線TX2+、負發(fā)送
2差分總線TX2-、第I邊頻帶信號線SBU1、第2邊頻帶信號線SBU2、第I配置通道信號線CCl和第2配置通道信號線CC2中的至少一種。
[0033]第三方面，本發(fā)明實施例提供一種終端設備，包括充電輸入電路、控制充電微短路的裝置、電池和應用處理器；
[0034]所述充電輸入電路向所述電池充電，所述控制充電微短路的裝置用于判斷所述充電輸入電路是否發(fā)生了微短路，并在所述充電輸入電路發(fā)生微短路的情況下，向所述應用處理器發(fā)送信號，以使所述應用處理器控制所述終端設備的輸出設備發(fā)出警示信號，提醒所述終端設備的持有者所述終端設備的充電輸入電路發(fā)生了微短路；
[0035]所述控制充電微短路的裝置包括電壓比較器和處理單元，
[0036]其中，所述電壓比較器用于獲取所述充電輸入電路的電源線的電壓和所述充電輸入電路的信號線的電壓，并獲得所述充電輸入電路的信號線的電壓和所述充電輸入電路的電源線的電壓的差值；
[0037]所述處理單元用于根據(jù)所述充電輸入電路的信號線的電壓和所述充電輸入電路的電源線的電壓的差值，確定所述充電輸入電路是否發(fā)生微短路，在所述充電輸入電路發(fā)生微短路的情況下，向所述終端設備的應用處理器發(fā)送用于指示所述充電輸入電路發(fā)生微短路的信號，以使所述應用處理器控制所述終端設備的輸出設備發(fā)出警示信號，提醒所述終端設備的持有者所述終端設備的充電輸入電路發(fā)生了微短路。
[0038]結(jié)合第三方面，在第三方面的第一種可能的實施方式下，所述終端設備還包括充電控制芯片；
[0039]在所述充電輸入電路發(fā)生微短路的情況下，所述充電控制芯片控制所述充電輸入電路停止輸入電流。
[0040]結(jié)合第三方面或第三方面的第一種可能的實施方式，在第三方面的第二種可能的實施方式下，所述處理單元具體用于:
[0041 ] 在所述充電輸入電路的信號線的電壓和所述充電輸入電路的電源線的電壓的差值大于電壓閾值，并且所述充電輸入電路的信號線的電壓和所述充電輸入電路的電源線的電壓的差值大于所述電壓閾值保持的時間大于預設的時間閾值時，確定所述充電輸入電路的電源線發(fā)生微短路，向所述終端設備的應用處理器發(fā)送用于指示所述充電輸入電路的電源線發(fā)生微短路的信號，以使所述應用處理器控制所述終端設備的輸出設備發(fā)出警示信號，提醒所述終端設備的持有者所述終端設備的充電輸入電路發(fā)生了微短路；
[0042]其中，所述電壓閾值是由所述處理單元根據(jù)所述充電輸入電路的電源線的走線電阻和流經(jīng)所述充電輸入電路的電源線的電流確定的，所述預設的時間閾值大于所述充電輸入電路的信號線的設計通信信號周期。
[0043]結(jié)合第三方面或第三方面的第一種可能的實施方式，在第三方面的第三種可能的實施方式下，所述處理單元具體用于:
[0044]在所述充電輸入電路的信號線的電壓和所述充電輸入電路的電源線的電壓的差值小于0V，并且所述充電輸入電路的信號線的電壓和所述充電輸入電路的電源線的電壓的差值小于OV保持的時間大于預設的時間閾值時，確定所述充電輸入電路的信號線發(fā)生微短路，向所述終端設備的應用處理器發(fā)送用于指示所述充電輸入電路的信號線發(fā)生微短路的信號，以使所述應用處理器控制所述終端設備的輸出設備發(fā)出警示信號，提醒所述終端設備的持有者所述終端設備的充電輸入電路發(fā)生了微短路；
[0045]其中，所述預設的時間閾值大于所述充電輸入電路的信號線的設計通信信號周期。
[0046]結(jié)合第三方面或第三方面的第一種可能的實施方式至第三方面的第三種可能的實施方式中任一種可能的實施方式，在第三方面的第四種可能的實施方式下，所述控制充電微短路的裝置為充電集成電路IC或電源管理單元PMU。
[0047]第四方面，本發(fā)明實施例提供一種充電系統(tǒng)，包括充電器和權(quán)利要求8至12中任一項所述的終端設備，所述充電器包括充電接口，所述充電接口包括電源線、地線和信號線，所述充電接口的電源線通過電阻與所述充電接口的信號線連接。
[0048]結(jié)合第四方面，在第四方面的第一種可能的實施方式下，所述電阻的阻值大于或等于5歐姆。
[0049]第五方面，本發(fā)明實施例提供一種終端設備，其特征在于，包括充電輸入電路、控制充電微短路的裝置、電池和應用處理器；
[0050]所述充電輸入電路向所述電池充電，所述控制充電微短路的裝置用于判斷所述充電輸入電路是否發(fā)生了微短路，并在所述充電輸入