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CN106159906A - 保护电路与保护方法 - Google Patents

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CN106159906A
CN106159906A CN201610559835.XA CN201610559835A CN106159906A CN 106159906 A CN106159906 A CN 106159906A CN 201610559835 A CN201610559835 A CN 201610559835A CN 106159906 A CN106159906 A CN 106159906A
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Fairchild Taiwan Corp
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Abstract

一种保护电路与保护方法，用于功率转换器。保护电路包括传感器电路、检测电路以及初始保护电路。传感器电路感测功率转换器的输出电流以生成负载信号。检测电路检测在连接端口的信号端上的电压信号。初始保护电路接收负载信号，且比较负载信号与初始保护阈值。当在保护电路被启用之后，信号端上的电压信号由低电平切换为高电平时，功率转换器进入初始保护模式，且初始保护电路计数连接端口认证程序的初始期间。当在连接端口认证程序的初始期间中，负载信号大于初始保护阈值时，初始保护电路将生成第一保护信号以关闭功率转换器。

Description

保护电路与保护方法
技术领域
本发明涉及一种保护电路，特别涉及一种反驰式功率转换器的保护电路。
背景技术
现在的移动式装置，例如智能型手机或平板计算机，较往常变得更加流行。这些装置通常由旅行适配器来供给电源(充电)。然而，由于介于旅行适配器/移动式装置的小型连接端口的电源端与接地端之间或者介于连接此两者的连接导线的电源端与接地端之间的导电性污染，可能导致短路的问题。由污染所引起的大量短路电流可能损坏小型连接端口、连接导线甚或是受电装置本身。业界因此期望能有解决上述问题的保护电路与方法。
发明内容
因此，本发明提供一种保护电路，其能检测是否发生任何的污染事件，以保护导线与受电装置，使其避免被大电流所破坏。
本发明提供一种保护电路，用于功率转换器。此功率转换器具有耦接功率转换器的输出端的连接端口。保护电路包括传感器电路、检测电路以及初始保护电路。传感器电路耦接连接端口，其感测功率转换器的输出电流以生成负载信号。检测电路耦接连接端口，其检测在连接端口的信号端上的电压信号。初始保护电路耦接传感器电路，其接收负载信号，且比较负载信号与初始保护阈值。当在保护电路被启用之后，信号端上的电压信号由低电平切换为高电平时，功率转换器进入初始保护模式，且初始保护电路计数连接端口认证程序的初始期间。当在连接端口认证程序的初始期间中，负载信号大于初始保护阈值时，初始保护电路将生成第一保护信号以关闭功率转换器。上述高电平为高于连接阈值的电平，且上述低电平为低于连接阈值的电平。
本发明还提供一种保护电路，用于功率转换器。此功率转换器具有耦接功率转换器的输出端的连接端口。保护电路包括传感器电路、检测电路、卸离确认电路以及卸离保护电路。传感器电路耦接连接端口，其感测功率转换器的输出电流以生成负载信号。检测电路耦接连接端口，其检测在连接端口的信号端上的电压信号。卸离确认电路耦接传感器电路以及检测电路，其根据负载信号以及在信号端上的电压信号来生成卸离确认信号。卸离保护电路耦接卸离确认电路，其接收卸离确认信号以及负载信号，且比较负载信号与卸离保护阈值。在保护电路被启用之后，当信号端上的电压信号由低电平切换为高电平时，功率转换器启动连接端口认证程序。当在信号端上的电压信号小于连接阈值且负载信号小于卸离阈值时，卸离确认电路启用卸离确认信号。当卸离确认信号被启用且负载信号大于卸离保护阈值时，卸离保护电路生成第一保护信号以关闭功率转换器。上述高电平高于连接阈值的电平，且上述低电平为低于连接阈值的电平。
本发明提供一种保护方法，用于功率转换器。此功率转换器具有耦接功率转换器的输出端的连接端口。此保护方法包括以下步骤：判断在连接端口的信号端上的电压信号是否发生正沿；当信号端上的电压信号发生该正沿时，进入初始保护模式，且判断在连接端口认证程序的初始期间中，负载信号是否大于初始保护阈值，其中，负载信号与功率转换器的一输出电流相关；以及当在连接端口认证程序的初始期间中，负载信号大于该初始保护阈值，关闭功率转换器。
本发明还提供一种保护方法，用于功率转换器。此功率转换器具有耦接功率转换器的输出端的连接端口。此保护方法包括以下步骤：判断在连接端口的信号端上的电压信号是否发生正沿；当信号端上的电压信号发生正沿时，进入连接端口认证程序，且判断在信号端上的电压信号是否大于连接阈值；在连接端口认证程序期间，当在信号端上的电压信号不大于连接阈值时，判断负载信号是否小于卸离阈值；在连接端口认证程序期间，当负载信号小于卸离阈值，判断负载信号是否大于卸离保护阈值，其中，负载信号与功率转换器的输出电流相关；以及当在连接端口认证程序期间中，负载信号大于卸离保护阈值时，关闭功率转换器。
附图说明
图1A表示根据本发明一实施例的适应性反驰式功率转换器。
图1B表示根据本发明一实施例的适应性反驰式功率转换器，其通过连接导线来连接受电装置。
图2表示适应性反驰式功率转换器的保护电路的一示范实施例。
图2A表示当在BC1.2程序的初始期间中发生连接端口/电缆污染时，图2中保护电路的主要信号的波形。
图2B表示当在受电装置自功率转换器卸离之后发生连接端口/电缆污染时，图2中保护电路的主要信号的波形。
图2C表示当受电装置正要求功率转换器执行污染检测的同时发生连接端口/电缆污染时，图2中保护电路的主要信号的波形。
图2D表示根据本发明一实施例，用于图2的保护电路的保护方法的流程图。
图3表示适应性反驰式功率转换器的保护电路的另一示范实施例。
图3A是表示当在BC1.2程序的初始期间中发生连接端口/电缆污染时，图3中保护电路的主要信号的波形。
图3B是表示当受电装置正要求功率转换器执行污染检测的同时发生连接端口/电缆污染时，图3中保护电路的主要信号的波形。
图3C是表示根据本发明另一实施例，用于图3的保护电路的保护方法的流程图。
图4表示适应性反驰式功率转换器的保护电路的另一示范实施例。
图4A表示当在受电装置自功率转换器卸离之后发生连接端口/电缆污染时，图4中保护电路的主要信号的波形。
图4B表示当受电装置正要求功率转换器执行污染检测的同时发生连接端口/电缆污染时，图4中保护电路的主要信号的波形。
图4C表示根据本发明另一实施例，用于图4的保护电路的保护方法的流程图。
【符号说明】
8受电装置； 10变压器；
11电阻器； 12电容器；
13整流器(二极管)； 25功率开关；
30脉宽调制控制器； 31闸驱动器；
32闸驱动器； 40光耦合器；
42整流器(二极管)； 46电容器；
47、48电阻器； 49电容器；
50保护电路；
100a、100b、100c保护电路；
101开关； 102检测电路；
103传感器电路； 104反相器；
105BC1.2计数器； 106或门；
107D型触发器； 200a、200c卸离确认电路；
201D型触发器； 202反相器；
203、204与门； 205比较器；
206D型触发器； 207锁存器；
208或门； 300a、300b初始保护电路；
301比较器；
302BC1.2污染检测计数器；
303与门； 400a、400c卸离保护电路；
402比较器； 403与门；
500a、500b、500c装置保护电路；
501触发器； 502受电装置信号检测计数器；
503比较器； 504与门；
601…616步骤；
701、702、704…712、715步骤；
701、702、704…712、715步骤；
801…803、807…813、815、816步骤；
D+正信号端； D-负信号端；
DN、DP端点； GD端点；
GND接地端； IF1、IF2、IF3 电流阈值；
IOUT 输出电流； PBC、PDTC、PPS 保护信号；
PRT保护启动信号； PT端点；
RX、RY、RZ 导电物质； SATC 连接确认信号；
SBC BC1.2就绪信号； SDC BC1.2延迟信号；
SDTC 卸离确认信号； SOFF 关闭信号；
SPS 受电装置就绪信号； SEN端点；
t1…t4时间点； TBC1.2 BC1.2程序的期间；
VBUS 输出电压； VDD 供应电压；
VDD-OFF 信号； VDP 电压信号；
VDTC 卸离阈值； VF1 卸离保护阈值；
VF2 装置保护阈值； VF3 初始保护阈值；
VIN 输入电压； VSEN 感测电压；
VSO 负载信号； VTH 连接阈值；
VBUS电源端。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1A是表示根据本发明一实施例的适应性反驰式功率转换器。如图1A所示，适应性反驰式功率转换器包括变压器10、电阻器11、47与48、电容器12、46与49、整流器(二极管)13与42、功率开关25、脉宽调制控制器30、光耦合器40以及保护电路50。脉宽调制控制器30包括闸驱动器31以及关机控制电路32。变压器10接收功率转换器的输入电压VIN，且通过整流器42与电容器46来生成输出电流IOUT以及输出电压VBUS。耦接变压器10的功率开关25由脉宽调制控制器30所控制以切换变压器10，藉以生成输出电压VBUS。功率转换器包括一连接端口，其具有四个端点：电源端VBUS、接地端GND、正信号端D+以及负信号端D-。功率转换器生成跨于电源端VBUS与接地端GND的输出电压VBUS。在此实施例中，连接端口为一通用串行总线(universal serial bus，USB)连接端口。
一感测电压VSEN通过电阻器48与电容器49所组成的滤波器以根据输出电流IOUT而生成。保护电路50通过端点SEN与GD来接收输出电流IOUT。保护电路50的端点DP以及DN分别连接连接端口的正信号端D+以及负信号端D-。保护电路50通过端点DP来检测在正信号端D+上的电压信号VDP。保护电路50生成保护启动信号PRT来指示一保护事件的发生。光耦合器40接收保护启动信号PRT且根据保护启动信号PRT来生成关闭信号SOFF。关机控制电路32接收关闭信号SOFF，且根据关闭信号SOFF来控制闸驱动器31以关闭或导通功率开关25。当关机控制电路32根据关闭信号SOFF而得知保护事件的发生时，其将控制闸驱动器31断开功率开关25。因此，功率转换器将被关闭，因而停止生成输出电压VBUS。在一例子中，保护事件是指，由于以电阻器RX所标示的导电物质，而使得在功率转换器的连接端口的电源端VBUS与接地端GND之间具有导电路径的事件。意即，保护事件是指功率转换器的连接端口被导电物质(例如水或灰尘)所污染。
在另一实施例中，如图1B所示，受电装置8(例如智能型手机)可通过连接电缆(例如USB电缆)而连接(attach)至功率转换器。受电装置8可由提供自功率转换器的输出电压VBUS来充电。在图1B的实施例中，保护事件是指，由于在USB电缆上以电阻器RY所标示的导电物质，或者由于在受电装置的连接端口上以电阻器RZ所标示的导电物质，而使得在功率转换器的连接端口的电源端VBUS与接地端GND之间具有导电路径的事件。每当导电物质RX、RY与RZ中任一个存在时，连接端口/导线的污染则被确认，即污染事件发生。
图2是表示保护电路50的一示范实施例。如图2所示，保护电路100a为保护电路50的一示范例。保护电路100a包括开关101、检测电路102、传感器电路103、反相器104、或门106、D型触发器107、卸离(detach)确认电路200a、初始保护电路300a、卸离保护电路400a以及装置保护电路500a。开关101耦接于端点DP与DN之间，且由反相器104所控制。在此实施例中，检测电路102由一比较器来实现，以检测在连接端口的正信号端D+上的电压信号VDP。比较器102的正输入端(+)耦接端点DP以接收电压信号VDP，且其负输入端(-)接收连接阈值VTH。传感器电路103耦接端点SEN与GD以接收感测电压VSEN，且根据衍生自输出电流IOUT的感测电压VSEN来生成负载信号VSO。此负载信号VSO与输出电流IOUT相关联。因此，传感器电路103耦接来感测输出电流IOUT，以生成负载信号VSO。
卸离确认电路200a包括反相器202、与门203与204、比较器205、D型触发器201与206、锁存器207以及或门208。D型触发器201的输入端(D)接收具有高电平的供应电压VDD，且其时钟端耦接比较器102的输出端。D型触发器201在其输出端(Q)生成连接确认信号SATC。反相器202的输入端耦接比较器102的输出端。比较器205的正输入端(+)接收卸离阈值VDTC，且其负输入端(-)接收负载信号VSO。与门204的一输入端耦接比较器205的输出端，且其另一输入端接收连接确认信号SATC。与门203的一输入端耦接与门204的输出端，且其另一输入端耦接反相器202的输出端。与门203的输出端耦接D型触发器201的重置端(R)以及D型触发器206的时钟端。D型触发器206的输入端(D)接收具有高电平的供应电压VDD，且其重置端(R)耦接比较器102的输出端。锁存器207的输入端(D)接收具有高电平的供应电压VDD，且其重置端(R)接收连接确认信号SATC。或门208的一输入端耦接D型触发器206的输出端(Q)，且其另一输入端耦接锁存器207的输出端(Q)。或门208在其输出端生成卸离确认信号SDTC。
初始保护电路300a包括比较器301、BC1.2污染检测计数器302以及与门303。比较器301的正输入端(+)接收负载信号VSO，且其负输入端(-)接收初始保护阈值VF3。BC1.2污染检测计数器302的输入端接收连接确认信号SATC。BC1.2污染检测计数器302在其输出端生成BC1.2延迟信号SDC。与门303的一输入端耦接比较器301的输出端，且其另一端接收BC1.2延迟信号SDC。与门303在其输出端生成保护信号PBC。
卸离保护电路400a包括比较器402以及与门403。比较器402的正输入端(+)接收负载信号VSO，且其负输入端(-)接收卸离保护阈值VF1。与门403的一输入端耦接比较器402的输出端，且其另一端接收卸离确认信号SDTC。与门403在其输出端生成保护信号PDTC。
装置保护电路500a包括BC1.2计数器105、D型触发器501、受电装置信号检测计数器502、比较器503以及与门504。BC1.2计数器105的输入端耦接比较器102的输出端。BC1.2计数器105在其输出端生成BC1.2就绪信号SBC。D型触发器501的输入端(D)接收具有高电平的供电电压VDD，其时钟端接收BC1.2就绪信号SBC，且其重置端(R)接收卸离确认信号SDTC。受电装置信号检测计数器502的启用端(EN)耦接触发器501的输出端(Q)，且其输入端耦接比较器102的输出端。受电装置信号检测计数器502在其输出端生成受电装置就绪信号SPS。比较器503的正输入端(+)接收负载信号VSO，且其负输入端(-)接收装置保护阈值VF2。与门504的一输入端耦接比较器503的输出端，且其另一输入端接收受电装置就绪信号SPS。与门504在其输出端生成保护信号PPS。
或门106接收保护信号PBC、PDTC与PPS。D型触发器107的输入端(D)接收具有高电平的供电电压VDD，其时钟端耦接或门106的输出端，且其重置端(R)接收信号VDD-OFF。D型触发器107在其输出端(Q)生成保护启动信号PRT。每当保护信号PBC、PDTC与PPS其中任一个被启用时，保护启动信号PRT将因此被启用，以指示一保护事件发生。当保护电路100a被关闭时，信号VDD-OFF将被启用(高电平)以通过D型触发器107来禁用保护启动信号PRT。
保护电路100a的操作将藉由参阅图2A-2D来说明。图2A-2C是表示在不同的保护事件情境下，保护电路100a的主要信号的波形。图2D是表示根据本发明一实施例，用于保护电路100a的保护方法的流程图。参阅图2与图2D，当保护电路100a被启用时，保护电路100a开始其保护操作(步骤601)。在保护电路100a刚被启用之后，BC1.2就绪信号SBC初始地被禁用，以通过反相器104来接通开关101。接下来，比较器102将检测电压信号VDP的正沿的发生(步骤602)。电压信号VDP的正沿的发生是表示电压信号VDP由一低电平切换为一高电平。此低电平低于连接阈值VTH，而此高电平则高于连接阈值VTH。电压信号VDP的正沿没有被检测到的情况，是表示受电装置尚未与功率转换器连接。卸离确认信号SDTC将反应于此而变为高电平。同时，保护方法的流程将进行至步骤603，在其中，比较器402比较负载信号VSO与卸离保护阈值VF1，以判断负载信号VSO是否大于卸离保护阈值VF1。一旦负载信号VSO大于卸离保护阈值VF1，即表示连接端口被导电物质所污染，且比较器402将启用其输出端上的输出信号。如此一来，与门403将反应于被启用的卸离确认信号SDTC与比较器402的被启用的输出信号，来启用保护信号PDTC。因此，或门106反应于被启用的保护信号PDTC而启用其输出信号。D型触发器107因此启用保护启动信号PRT，且闸驱动器31断开功率开关25，藉此关闭功率转换器(步骤615)。另一方面，当负载信号VSO不大于卸离保护阈值VF1时，即表示连接端口未被污染，且保护方法的流程将返回至步骤602。
在电压信号VDP的正沿被检测到的情况，是指一受电装置(例如，智能型手机)连接至功率转换器。参阅图2A，当电压信号VDP的正沿发生在时间点t1时，比较器102将其输出信号由一低电平切换为一高电平(即是，比较器102启用其输出信号)，且D型触发器201反应于比较器102的被启用的输出信号以将连接确认信号SATC由一低电平切换为一高电平。此外，当受电装置连接至功率转换器时，功率转换器将首先启动连接端口认证程序，例如，用于USB连接端口认证的电池充电规范1.2版(BC1.2)程序。BC1.2程序的期间TBC1.2(例如，100ms)由BC1.2计数器105所预先决定。在时间点t1，BC1.2计数器105被比较器102的输出信号的正沿(低电平至高电平)所启用，以执行关于BC1.2程序的期间TBC1.2的时间计数。如图2A-2C所示，在时间点t2，时间计数到达BC1.2程序的期间TBC1.2的一预设计数时，且BC1.2计数器1.5启用其输出端上的BC1.2就绪信号SBC。在时间点t1至t2之间的期间则是BC1.2程序的期间TBC1.2。此外，在时间点t1，由于连接确认信号SATC的正沿，BC1.2污染检测计数器302启用BC1.2延迟信号SDC，且开始计数BC1.2程序的初始期间。在BC1.2程序的初始期间，功率转换器进入初始保护模式，使得保护电路100a将执行BC1.2保护。在BC1.2污染检测计数器302的一预设计数期间结束之后，BC1.2污染检测计数器302禁用其输出端上的BC1.2延迟信号SDC。如图2A-2C所示，BC1.2延迟信号SDC的脉冲宽度为BC1.2程序的初始期间。在BC1.2程序的初始期间，比较器301比较负载信号VSO与初始保护阈值VF3(步骤604)。一旦负载信号VSO大于初始保护阈值VF3，即表示连接端口被导电物质所污染，比较器301接着将启用其输出信号。同时，由于与门303的两输入端都处于高电平，因此，与门303将启用保护信号PBC。或门106反应于启用的保护信号PBC而将启用其输出信号。因此，D型触发器107将启用保护启动信号PRT。这将使得闸驱动器31断开功率开关25，藉此关闭功率转换器(步骤615)。另一方面，当负载信号VSO不大于初始保护阈值VF3时，即表示连接端口在BC1.2程序的初始期间内未被污染，保护方法的流程将进行至步骤605。
在步骤605中，比较器102比较电压信号VDP与连接阈值VTH，以判断电压信号VDP是否仍大于连接阈值VTH。一旦电压信号VDP不大于连接阈值VTH(受电装置可能被卸离)，比较器102将禁用其输出信号。反相器202将比较器102的禁用的输出信号进行反相以成为一启用的信号，其被提供至与门203的一输入端。在此情况下，保护方法的流程进行至步骤614，以判断受电装置是否已经自功率转换器卸离。在步骤614中，比较器205比较负载信号VSO与卸离阈值VDTC，以判断负载信号VSO是否小于卸离阈值VDTC。一旦负载信号VSO小于与卸离阈值VDTC，即表示受电装置确实自功率转换器卸离，而保护方法的流程将进入至步骤603。由于负载信号VSO小于卸离阈值VDTC，比较器205将启用其输出信号。与门204根据比较器205的被启用(高电平)的输出信号以及连接确认信号SATC的高电平，而将启用其输出信号。与门203则根据与门204的被启用(高电平)的输出信号以及反相器202的被启用(高电平)的输出信号，而将启用其输出信号。如此一来，由于与门203的被启用的输出信号，D型触发器206将启用其输出信号。因此，或门208将启用其输出端上的卸离确认信号SDTC。在此时，假使负载信号VSO大于卸离保护阈值VF1，保护信号PDTC将被与门403所启用。这将启用保护启动信号PRT，且关闭功率转换器(步骤615)。在步骤614中，相反地，只要比较器205检测到负载信号VSO不小于卸离阈值VDTC，保护方法的流程将持续地在步骤605与614之间循环，这表示功率转换器维持对受电装置充电。
返回至步骤605，当BC1.2保护计数结束时(步骤606)，这表示BC1.2污染检测计数器302所生成的BC1.2延迟信号SDC已被禁用，保护方法的流程则将进行至步骤607；否则，当BC12保护计数还没结束时，保护方法的流程将返回至步骤604。在步骤607中，BC1.2程序尚未结束。假使比较器102检测到电压信号VDP变为小于连接阈值VTH，保护方法的流程将进行至步骤613。参阅图2B与2D，当负载信号VSO小于连接阈值VTH时，即表示受电装置已在时间点t3上确实卸离受电装置，且保护方法的流程将进行至步骤603。步骤603藉由比较负载信号VSO与卸离保护阈值VF1来判断连接端口是否被污染。回到步骤607，保护方法的流程将于BC1.2程序结束(步骤608)之后进行至步骤609。否则，保护方法的流程将返回至步骤607，直到BC1.2程序结束。在步骤608中，BC1.2程序是否结束是藉由判断电压信号VDP大于连接阈值VTH的期间是否超过BC1.2程序的期间TBC1.2来得知的。当电压信号VDP大于连接阈值VTH的期间超过BC1.2程序(连接端口认证程序)的期间TBC1.2，即表示BC1.2程序结束；相反地，BC1.2程序尚未结束。
当负载信号VSO小于卸离阈值VDTC时，执行步骤613的卸离确认电路200a的操作相似于执行步骤614的卸离确认电路200a的操作。因此，在此处将省略其操作叙述。只要负载信号VSO在此时不小于卸离阈值VDTC，保护方法的流程将持续地在步骤607与613之间循环，这表示功率转换器维持对受电装置充电。
在步骤609中，在BC1.2程序结束之后，受电装置此刻被确认与功率转换器连接，且功率转换器将启用装置信号保护模式。在一些实际的应用中，除了可由功率转换器自己本身主动检测在连接端口或连接电缆，也可取代由受电装置请求功率转换器执行污染检测，以检测上述污染的存在。一旦检测到污染，功率转换器将被关闭，藉此保护受电装置。在一实施例中，在功率转换器启用装置信号保护模式之后，受电装置藉由下拉正信号端(D+)上的电压信号VDP来送出其请求。当BC1.2程序一结束，BC1.2计数器105将启用在其输出端上的BC1.2延迟信号SBC。如上所述，BC1.2程序的期间TBC1.2的计数由BC1.2计数器105所预定，且BC1.2延迟信号SBC在时间点t2被启用以指示BC1.2程序结束。因此，D型触发器501将藉由反应于启用的BC1.2就绪信号SBC来输出一高电平信号至受电装置信号检测计数器502的启用端EN，以启用装置信号保护模式。
在装置信号保护模式期间，比较器102比较电压信号VDP与连接阈值VTH，以判断电压信号VDP是否小于连接阈值VTH(步骤610)。当电压信号VDP不小于连接阈值VTH时，保护方法将持续地执行步骤610，这表示功率转换器持续地对受电装置充电。相反地，当电压信号VDP小于连接阈值VTH，保护方法的流程将进行至步骤611。如图2B与2C所示，由于电压信号VDP小于连接阈值VTH，比较器102将其输出信号由高电平切换为低电平。在此时，受电信号检测计数器502反应于比较器102的输出信号的下降沿而在时间点t3/t4启用受电装置就绪信号SPS，且开始装置信号保护模式的一预设期间的时间计数。一旦时间计数到达装置信号保护模式的预设期间，受电信号检测计数器502将禁用其输出端上的受电装置就绪信号SPS，以禁用装置信号保护模式。
在步骤611中，比较器503比较负载信号VSO与装置保护阈值VF2，以判断负载信号VSO是否大于装置保护阈值VF2。装置保护阈值VF2决定为当受电装置正要求功率转换器执行污染检测时，受电装置的最小电流消耗量。当负载信号VSO大于装置保护阈值VF2，即表示当受电装置正连接于功率转换器时连接端口在时间点t4被导电物质所污染。在此时，如图2C所示，当负载信号VSO大于装置保护阈值VF2时，比较器503启用其输出信号。如此一来，参阅图2与图2C，与门504将根据被启用的受电装置就绪信号SPS以及比较器503的被启用的输出信号，来启用其输出端上的保护信号PPS。因此，或门106将启用其输出信号，且D型触发器107将启用保护启动信号PRT。接着，闸驱动器31断开功率开关25，藉此关闭功率转换器(步骤615)。由于电压信号VDP在步骤610中变为小于连接阈值VTH，且负载信号VSO不大于装置保护阈值VF2，因此受电装置可能自功率转换器卸离。保护方法的流程将进入步骤616，藉由比较负载信号VSO与卸离阈值VDTC来确认受电装置是否已确实自功率转换器卸离。一旦负载信号VSO小于卸离阈值VDTC，由于触发器501被卸离确认信号SDTC所重置而禁用受电装置信号保护计数器502，受电装置就绪信号SPS将因此被禁用。装置信号保护模式将因此被禁用。保护方法的流程将接着进入步骤603以判断连接端口是否被污染。相反地，保护方法的流程将进入步骤612。
在步骤612中，藉由判断受电装置就绪信号SPS是否被禁用来判断装置信号保护计数是否结束。当受电装置就绪信号SPS还没有被禁用，即表示装置信号保护没有结束，保护方法的流程将再次回到步骤611。当受电装置就绪信号SPS在装置信号保护计数结束之后被禁用，装置信号保护模式将因此而结束。
根据上述实施例，在保护电路100a被启用后，保护电路100a不仅可在当没有任何受电装置连接至功率转换器时，检测发生在连接端口或连接电缆上的保护事件(例如，污染)，保护电路100a也可在当受电装置连接至功率转换器时，检测发生在BC1.2程序期间或装置信号保护模式期间的保护事件(例如，污染)。每当保护事件发生时，功率转换器将被关闭，以保护连接端口、USB电缆或受电装置，以避免其受到大量短路电流所破坏。
图3是表示保护电路50的另一示范实施例。如图3所示，保护电路100b为保护电路50的一示范例。保护电路100b的电路架构相似于图2中保护电路100a的电路架构。保护电路100a与100b之间的相异处在于，保护电路100b不包括图2中的卸离确认电路200a与卸离保护电路400a。图3中的初始保护电路300b与装置保护电路500b分别对应图2中的初始保护电路300a与装置保护电路500a。此外，图3的装置保护电路500b还包括D型触发器504，但其不包括于图2的装置保护电路500a之中。D型触发器504的输出端(Q)耦接D型触发器501的重置端(R)。D型触发器504的输入端(D)接收具有高电平的供应电压VDD，且其时钟端接收受电装置就绪信号SPS的反相信号。参阅图3，由于保护电路100b不包括图2的卸离确认电路200a与卸离保护电路400a，BC1.2污染检测计数器302的输入端直接接收比较器102的输出端上的输出信号。当比较器102的输出信号上发生一正沿时，BC1.2污染检测计数器302将启用BC1.2延迟信号SDC，且开始计数BC1.2程序的初始期间。此外，或门106仅接收两个保护信号PBC与PPS。当保护信号PBC与PPS中的一个被启用时，保护启动信号PRT将被启用，以指示一对应的保护事件发生。在此时，闸驱动器31反应于保护启动信号PRT而断开功率开关25，以关闭功率转换器。在图2与图3中，以相同参照符号标示的组件执行相同的操作，因此相关的叙述在此将予以省略。
图3A是表示当在BC1.2程序的初始期间中发生连接端口/电缆污染时，图3中保护电路的主要信号的波形。
图3B是表示当受电装置正要求功率转换器执行污染检测的同时发生连接端口/电缆污染时，图3中保护电路的主要信号的波形。
图3C是表示根据本发明一实施例，用于保护电路100b的保护方法的流程图。由于保护电路100b不包括图2的卸离确认电路200a与卸离保护电路400a，在图3C的保护方法则不包括图2D中由卸离确认电路200a与卸离保护电路400a所执行的对应步骤603、613、614与616。图3C中的步骤701、702、704、705、706、707、708、709、710、711、712与715分别对应图2D中的步骤601、602、604、605、606、607、608、609、610、611、612与615。这些步骤的相关叙述与执行这些步骤的组件的操作可参阅图2D的实施例说明。应注意的是，由于保护电路100b不包括图2的卸离确认电路200a与卸离保护电路400a，当判断出电压信号VDP没有发生正沿时(步骤702)、当判断出电压信号VDP不大于连接阈值VTH时(步骤705)、当判断出电压信号VDP不大于连接阈值VTH时(步骤707)以及当装置信号保护计数结束时(步骤712)，保护方法的流程将返回至步骤702。
图4是表示保护电路50的另一示范实施例。如图4所示，保护电路100c为保护电路50的一示范例。保护电路100c的电路架构相似于图2中保护电路100a的电路架构。保护电路100a与100c之间的相异处在于，保护电路100c不包括图2中的初始保护电路300a。图3中的卸离确认电路200c、卸离保护电路400c与装置保护电路500c分别对应图2中的离确认电路200a、卸离保护电路400a与装置保护电路500a。参阅图4，由于保护电路100b不包括图2的初始保护电路300a，或门106仅接收两个保护信号PDTC与PPS。当保护信号PDTC与PPS中的一个被启用时，保护启动信号PRT将被启用，以指示一对应的保护事件发生。在此时，闸驱动器31反应于保护启动信号PRT而断开功率开关25，以关闭功率转换器。在图2与图4中，以相同参照符号标示的组件执行相同的操作，因此相关的叙述在此将予以省略。
图4A是表示当在受电装置自功率转换器卸离之后发生连接端口/电缆污染时，图4中保护电路的主要信号的波形。
图4B是表示当受电装置正要求功率转换器执行污染检测的同时发生连接端口/电缆污染时，图4中保护电路的主要信号的波形。
图4C是表示根据本发明一实施例，用于保护电路100c的保护方法的流程图。由于保护电路100c不包括图2的初始保护电路300a，在图4C的保护方法则不包括图2D中由初始保护电路300a所执行的对应步骤604、605、606与614。图4C中的步骤801、802、803、807、808、809、810、811、812、813、815与816分别对应图2D中的步骤601、602、603、607、608、609、610、611、612、613、615与616。这些步骤的相关叙述与执行这些步骤的组件的操作可参阅图2D的实施例说明。应注意的是，由于保护电路100b不包括图2的初始保护电路300a，当判断出电压信号VDP没有发生正沿时(步骤802)，保护方法的流程由步骤802直接进行步骤807。
应可注意到，在上述的示范实施例中，初始保护阈值VF3、装置保护阈值VF2以及卸离保护阈值VF1分别对应输出电流IOUT的电流阈值IF3、IF2以及IF1。阈值VF3、VF2以及VF1的电平仅为一是范例，其可根据欲要求的规格来决定，但是阈值VF3、VF2以及VF1皆应大于卸离阈值VDTC。
本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (37)

1.一种保护电路，用于功率转换器，所述功率转换器具有耦接所述功率转换器的输出端的连接端口，所述保护电路包括：
传感器电路，耦接所述连接端口，感测所述功率转换器的输出电流以生成负载信号；
检测电路，耦接所述连接端口，检测在所述连接端口的信号端上的电压信号；以及
初始保护电路，耦接所述传感器电路，接收所述负载信号，且比较所述负载信号与初始保护阈值；
其中，当在所述保护电路被启用之后，所述信号端上的所述电压信号由低电平切换为高电平时，所述功率转换器进入初始保护模式，且所述初始保护电路计数连接端口认证程序的初始期间；
其中，在所述连接端口认证程序的所述初始期间中，当所述负载信号大于所述初始保护阈值时，所述初始保护电路将生成第一保护信号以关闭所述功率转换器；以及
其中，所述高电平为高于连接阈值的电平，且所述低电平为低于所述连接阈值的电平。
2.如权利要求1所述的保护电路，其中，所述连接端口认证程序为电池充电规范1.2版(BC1.2)程序。
3.如权利要求1所述的保护电路，还包括：
卸离确认电路，耦接所述传感器电路以及所述检测电路，根据所述负载信号以及在所述信号端上的所述电压信号来生成卸离确认信号；以及
卸离保护电路，耦接所述卸离确认电路，接收所述卸离确认信号以及所述负载信号，且比较所述负载信号与卸离保护阈值；
其中，当在所述信号端上的所述电压信号由所述高电平变为小于所述连接阈值且所述负载信号小于卸离阈值时，所述卸离确认电路启用所述卸离确认信号；以及
其中，当所述卸离确认信号被启用且所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，所述卸离保护电路生成第二保护信号以关闭所述功率转换器。
4.如权利要求3所述的保护电路，
其中，当在所述保护电路被启用之后，当所述信号端上的所述电压信号持续地维持在所述低电平时，所述卸离确认电路启用所述卸离确认信号；以及
其中，当所述卸离确认信号被启用且所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，所述卸离保护电路生成所述第二保护信号以关闭所述功率转换器。
5.如权利要求3所述的保护电路，还包括：
装置保护电路，耦接所述传感器电路以及所述检测电路，接收所述负载信号，且比较所述负载信号与装置保护阈值；
其中，在所述功率转换器离开所述初始保护模式之后，当所述信号端上的所述电压信号由所述高电平变为小于所述连接阈值且所述负载信号大于所述装置保护阈值时，所述装置保护电路生成第三保护信号以关闭所述功率转换器。
6.如权利要求5所述的保护电路，其中，所述初始保护阈值、所述卸离保护阈值以及所述装置保护阈值皆高于所述卸离阈值。
7.如权利要求1所述的保护电路，还包括：
装置保护电路，耦接所述传感器电路以及所述检测电路，接收所述负载信号，且比较所述负载信号与装置保护阈值；
其中，在所述功率转换器离开所述初始保护模式之后，当所述信号端上的所述电压信号由所述高电平变为小于所述连接阈值且所述负载信号大于所述装置保护阈值时，所述装置保护电路生成第二保护信号以关闭所述功率转换器。
8.如权利要求1所述的保护电路，其中，所述连接端口连接由所述功率转换器所充电的受电装置。
9.如权利要求1所述的保护电路，其中，所述连接端口为通用串行总线(universalserial bus，USB)端口。
10.一种保护电路，用于功率转换器，所述功率转换器具有耦接所述功率转换器的输出端的连接端口，所述保护电路包括：
传感器电路，耦接所述连接端口，感测所述功率转换器的输出电流以生成负载信号；
检测电路，耦接所述连接端口，检测在所述连接端口的信号端上的电压信号；
卸离确认电路，耦接所述传感器电路以及所述检测电路，根据所述负载信号以及在所述信号端上的所述电压信号来生成卸离确认信号；以及
卸离保护电路，耦接所述卸离确认电路，接收所述卸离确认信号以及所述负载信号，且比较所述负载信号与卸离保护阈值；
其中，在所述保护电路被启用之后，当所述信号端上的所述电压信号由低电平切换为高电平时，所述功率转换器启动连接端口认证程序；
其中，当在所述信号端上的所述电压信号小于连接阈值且所述负载信号小于卸离阈值时，所述卸离确认电路启用所述卸离确认信号；
其中，当所述卸离确认信号被启用且所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，所述卸离保护电路生成第一保护信号以关闭所述功率转换器；以及
其中，所述高电平为高于所述连接阈值的电平，且所述低电平为低于所述连接阈值的电平。
11.如权利要求10所述的保护电路，其中，所述连接端口认证程序为电池充电规范1.2版(BC1.2)程序。
12.如权利要求10所述的保护电路，
其中，当在所述保护电路被启用之后，当所述信号端上的所述电压信号持续地维持在所述低电平时，所述卸离确认电路启用所述卸离确认信号；以及
其中，当所述卸离确认信号被启用且所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，所述卸离保护电路生成所述第一保护信号以关闭所述功率转换器。
13.如权利要求10所述的保护电路，还包括：
装置保护电路，耦接所述传感器电路以及所述检测电路，接收所述负载信号，且比较所述负载信号与装置保护阈值；
其中，在所述功率转换器结束所述连接端口认证程序之后，当所述信号端上的所述电压信号由所述高电平变为小于所述连接阈值且所述负载信号大于所述装置保护阈值时，所述装置保护电路生成第二保护信号以关闭所述功率转换器。
14.如权利要求13所述的保护电路，其中，所述卸离保护阈值以及所述装置保护阈值皆高于所述卸离阈值。
15.如权利要求10所述的保护电路，其中，所述连接端口连接由所述功率转换器所充电的受电装置。
16.如权利要求10所述的保护电路，其中，所述连接端口为通用串行总线(universalserial bus，USB)端口。
17.一种保护方法，用于功率转换器，所述功率转换器具有耦接所述功率转换器的输出端的连接端口，所述保护方法包括：
判断在所述连接端口的信号端上的电压信号是否发生正沿；
当所述信号端上的所述电压信号发生所述正沿时，进入初始保护模式，且判断在连接端口认证程序的初始期间中，负载信号是否大于初始保护阈值，其中，所述负载信号与所述功率转换器的输出电流相关；以及
在所述连接端口认证程序的所述初始期间中，当所述负载信号大于所述初始保护阈值，关闭所述功率转换器。
18.如权利要求17所述的保护方法，其中，所述连接端口为通用串行总线(universalserial bus，USB)端口。
19.如权利要求17所述的保护方法，还包括：
当所述信号端上的所述电压信号没有发生所述正沿时，判断所述负载信号是否大于卸离保护阈值；以及
当所述信号端上的所述电压信号没有发生所述正沿时且所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，关闭所述功率转换器。
20.如权利要求19所述的保护方法，其中，所述初始保护阈值可大于或小于所述卸离保护阈值。
21.如权利要求17所述的保护方法，还包括：
在所述连接端口认证程序的所述初始期间，当所述负载信号不大于所述初始保护阈值时，判断在所述信号端上的电压信号是否大于连接阈值；
在所述连接端口认证程序的所述初始期间，当在所述信号端上的所述电压信号不大于所述连接阈值时，判断所述负载信号是否小于卸离阈值；
在所述连接端口认证程序的所述初始期间，当所述负载信号小于所述卸离阈值时，判断所述负载信号是否大于卸离保护阈值；以及
在所述连接端口认证程序的所述初始期间中，当所述负载信号大于所述初始保护阈值时，关闭所述功率转换器。
22.如权利要求21所述的保护方法，还包括：
当所述电压信号大于所述连接阈值时，判断所述连接端口认证程序的所述初始期间是否结束；
当所述连接端口认证程序的所述初始期间结束时，判断在所述连接端口认证程序的剩余期间中，在所述信号端上的所述电压信号是否大于所述连接阈值，其中，所述连接端口认证程序的所述剩余期间接续于所述连接端口认证程序的所述初始期间；
在所述连接端口认证程序的所述剩余期间中，当在所述信号端上的所述电压信号不大于所述连接阈值时，判断所述负载信号是否小于所述卸离阈值；
在所述连接端口认证程序的所述剩余期间中，当所述负载信号小于所述卸离阈值时，判断所述负载信号是否大于所述卸离保护阈值；以及
当在所述连接端口认证程序的所述剩余期间中所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，关闭所述功率转换器。
23.如权利要求22所述的保护方法，还包括：
当在所述连接端口认证程序的所述剩余期间中，在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值时，判断在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值的期间是否超过所述连接端口认证程序的期间；
当在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值的所述期间超过所述连接端口认证程序的所述期间时，启用装置信号保护模式；
在所述装置信号保护模式期间，判断在所述信号端上的所述电压信号是否小于所述连接阈值；
在所述装置信号保护模式期间，当在所述信号端上的所述电压信号小于所述连接阈值时，判断所述负载信号是否大于装置保护阈值；以及
在所述装置信号保护模式期间中，当所述负载信号大于所述装置保护阈值时，关闭功率转换器。
24.如权利要求23所述的保护方法，还包括：
在所述装置信号保护模式期间，当所述负载信号不大于所述装置保护阈值时，判断所述负载信号是否小于所述卸离阈值：
当所述负载信号小于所述卸离阈值时，禁用所述装置信号保护模式，且判断所述负载信号是否大于所述卸离保护阈值；以及
当所述负载信号大于所述卸离保护阈值，关闭所述功率转换器。
25.如权利要求24所述的保护方法，还包括：
在所述装置信号保护模式期间，当所述负载信号不小于所述卸离阈值时，判断所述装置信号保护模式是否结束；
当所述装置信号保护模式结束时，判断在所述信号端上的所述电压信号是否小于所述连接阈值；以及
当所述装置信号保护模式未结束时，判断所述负载信号是否大于所述装置保护阈值。
26.如权利要求25所述的保护方法，其中，所述初始保护阈值、所述卸离保护阈值以及所述装置保护阈值皆大于所述卸离阈值。
27.如权利要求17所述的保护方法，还包括：
当所述负载不大于所述初始保护阈值时，判断在所述信号端上的所述电压信号在所述初始保护模式期间中是否大于连接阈值；
在所述连接端口认证程序的剩余期间中，当在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值时，判断在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值的期间是否超过所述连接端口认证程序的期间，其中，所述连接端口认证程序的所述剩余期间接续于所述连接端口认证程序的所述初始期间；
当在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值的所述期间超过所述连接端口认证程序的所述期间时，启用装置信号保护模式；
在所述装置信号保护模式期间，判断在所述信号端上的所述电压信号是否小于所述连接阈值；
在所述装置信号保护模式期间，当在所述信号端上的所述电压信号小于所述连接阈值时，判断所述负载信号是否大于装置保护阈值；以及
在所述装置信号保护模式期间中，当所述负载信号大于所述装置保护阈值时，关闭功率转换器。
28.如权利要求27所述的保护方法，还包括：
在所述装置信号保护模式期间，当所述负载信号不大于所述装置保护阈值时，判断所述装置信号保护模式是否结束；
当所述装置信号保护模式结束时，禁用所述装置信号保护模式，且判断在所述信号端上的所述电压信号是否发生所述正沿；以及
当所述装置信号保护模式未结束时，判断所述负载信号是否大于所述装置保护阈值。
29.如权利要求27所述的保护方法，其中，所述初始保护阈值可大于或小于所述装置保护阈值。
30.如权利要求17所述的保护方法，还包括：
启用所述功率转换器以通过所述连接端口来对受电装置充电。
31.一种保护方法，用于功率转换器，所述功率转换器具有耦接所述功率转换器的输出端的连接端口，所述保护方法包括：
判断在所述连接端口的信号端上的电压信号是否发生正沿；
当所述信号端上的所述电压信号发生所述正沿时，进入连接端口认证程序，且判断在所述信号端上的所述电压信号是否大于连接阈值；
在所述连接端口认证程序期间，当在所述信号端上的所述电压信号不大于所述连接阈值时，判断所述负载信号是否小于卸离阈值；
在所述连接端口认证程序期间，当所述负载信号小于所述卸离阈值，判断所述负载信号是否大于卸离保护阈值，其中，所述负载信号与所述功率转换器的输出电流相关；以及
在所述连接端口认证程序期间中，当所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，关闭所述功率转换器。
32.如权利要求31所述的保护方法，其中，所述连接端口为通用串行总线(universalserial bus，USB)端口。
33.如权利要求31所述的保护方法，还包括：
当所述信号端上的所述电压信号没有发生所述正沿时，判断所述负载信号是否大于所述卸离保护阈值；以及
当所述信号端上的所述电压信号没有发生所述正沿时且所述负载信号大于所述卸离保护阈值时，关闭所述功率转换器。
34.如权利要求31所述的保护方法，还包括：
在所述连接端口认证程序期间中，当在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值时，判断在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值的期间是否超过所述连接端口认证程序的期间；
当在所述信号端上的所述电压信号大于所述连接阈值的所述期间超过所述连接端口认证程序的所述期间时，启用装置信号保护模式；
在所述装置信号保护模式期间，判断在所述信号端上的所述电压信号是否小于所述连接阈值；
在所述装置信号保护模式期间，当在所述信号端上的所述电压信号小于所述连接阈值时，判断所述负载信号是否大于装置保护阈值；以及
在所述装置信号保护模式期间中，当所述负载信号大于所述装置保护阈值时，关闭功率转换器。
35.如权利要求34所述的保护方法，还包括：
在所述装置信号保护模式期间，当所述负载信号不大于所述装置保护阈值时，判断所述负载信号是否小于所述卸离阈值：
当所述负载信号小于所述卸离阈值时，禁用所述装置信号保护模式，且判断所述负载信号是否大于所述卸离保护阈值；以及
当所述负载信号大于所述卸离保护阈值，关闭所述功率转换器。
36.如权利要求35所述的保护方法，还包括：
在所述装置信号保护模式期间，当所述负载信号不小于所述卸离阈值时，判断所述装置信号保护模式是否结束；
当所述装置信号保护模式结束时，判断在所述信号端上的所述电压信号是否小于所述连接阈值；以及
当所述装置信号保护模式未结束时，判断所述负载信号是否大于所述装置保护阈值。
37.如权利要求31所述的保护方法，还包括：
启用所述功率转换器以通过所述连接端口来对受电装置充电。
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