一种充电保护电路及其系统的制作方法

本技术涉及设备充电领域，尤其涉及一种充电保护电路及其系统。

背景技术：

1、为了实现快速充电、提升用户体验，高压充电在手机、平板等电子产品中越来越普及，充电安全问题也愈发值得重视。

2、一般地，充电器与待充电的终端设备之间通过通用串行总线接口（universalserial bus，usb接口）进行连接，其中，充电器与终端设备可以利用usb接口中的信号线协商充电电压等信息，以及充电器可以基于usb接口中的电源线向终端设备输出充电电压。

3、在充电过程中，一些情况下，电源线与信号线可能会发生异常短路，由于电源线用于输出较高的充电电压，例如9伏特（v）、10v、或20v等高压充电电压，而信号线的工作电压一般很低，例如3v，则电源线与信号线发生短路后，信号线出现过压过流现象，可能会导致信号线相关的管脚器件、信号线上的器件出现损坏而不能充电，不仅影响用户使用，甚至存在引发火灾的风险，如何提供一种充电保护电路改善这种情况引发的充电安全问题成为了快速充电领域的一大研究课题。

技术实现思路

1、本技术提供一种充电保护电路及其系统，用于改善在充电过程中，充电器中电源线与信号线发生短路现象导致信号线两端管脚长时间处于过流过压状态的问题，降低器件烧毁风险。

2、第一方面，本技术提供一种充电保护电路，所述充电保护电路包括：接口芯片、第一电源线、第一信号线、第一开关电路；所述接口芯片包括第一芯片端口和第二芯片端口；所述第一电源线包括第一电源端口和第二电源端口，所述第一电源端口用于输入第一电压，所述第二电源端口用于与所述第一芯片端口连接；所述第一信号线包括第一信号端口和第二信号端口，所述第一信号端口用于输入第二电压，所述第二信号端口用于与所述第二芯片端口连接，所述第二电压小于所述第一电压；所述第一开关电路包括第一开关端口、第二开关端口、以及第三开关端口，所述第一开关端口用于与所述第一电源端口连接，所述第二开关端口用于接收指令以控制所述第一开关端口和所述第二开关端口的连接状态，所述第三开关端口用于接地；在所述第一芯片端口的电压等于所述第一电压以及第二芯片端口的电压等于所述第二电压的情况下，所述第一开关端口与所述第三开关端口之间断开连接，接口芯片通过所述第二电压与外接的电压输出设备进行关于所述第一电压的取值变化的协商工作，以及所述接口芯片通过所述第一电压对终端设备进行充电；在所述第二芯片端口的电压大于预设电压的情况下，所述第一开关电路通过所述第二开关端口接收导通指令，响应于所述导通指令所述第一开关端口与所述第三开关端口导通，以使得通过所述第一电源端口接地的方式释放所述第一电压，所述预设电压大于或等于所述第二电压且小于所述第一电压。

3、在本技术中，第一电压是指电压输出设备向usb电源线的第一端传输的电压，而usb电源线的第二端则用于与上述第一电源端口连接。第二电压是指第一信号线的工作电压。示例性的，在终端设备基于第一电压对终端设备进行充电之前，终端设备基于该第二电压与电压输出设备协商充电协议（例如充电电压的大小、终端设备的载流能力等），在协商完成后，电压输出设备基于充电电压向第一电源端口传输上述第一电压，以使得基于该第一电压对终端设备进行充电。

4、一般地，在充电过程中，若终端设备与电压输出设备之间存在数据传输（例如文件传输、图像传输等），则电压输出设备与终端设备之间基于相关的信号线（第一信号线、第二信号线）和上述第二电压进行数据通信。在充电过程中，若终端设备与电压输出设备之间不存在数据传输，上述第一信号端口可以输入也可以不输入上述第二电压，具体根据设计而定，例如，若电压输出设备为包含usb插口的电脑，则终端设备在基于第一电压进行充电的过程中，无论终端设备与电压输出设备之间是否存在数据传输，上述第一信号端口一般均会输入该第二电压。若电压输出设备为适配器，则终端设备在基于第一电压进行充电的过程中，若终端设备与电压输出设备之间不存在数据传输，则上述第一信号端口一般不会输入该第二电压。

5、采用本技术提供的充电保护电路，在第二芯片端口的电压大于上述预设电压的情况下，终端设备将第一电源端口的接地开关导通，一方面，通过上述第一开关电路将第一电压通过地线快速地释放，可以减小第一电压传输至第二芯片端口使得第二芯片端口的电压大于预设电压的时长；另外一方面，还可以通过地线释放电路中的大部分电流，大大减少流向第一信号线、第二芯片端口的电流；从而达到减少信号线相关的信号端口（第二芯片端）过压过流的时长，以及降低相关器件烧毁的风险的目的。

6、在一种可能的实现方式中，所述充电保护电路还包括第二电源线和第二信号线，所述第二电源线的第一端用于输入所述第一电压，所述第二电源线的第二端用于与所述第一电源端口连接；所述第二信号线的第一端用于输入所述第二电压，所述第二信号线的第二端用于与所述第一信号端口连接；在所述第二电源线与所述第二信号线未发生异常导通的情况下，所述第一芯片端口的电压等于所述第一电压（以及所述第二芯片端口的电压等于所述第二电压或所述第二芯片端口的电压等于0）；在所述第二电源线与所述第二信号线发生异常导通的情况下，所述第一电压传输至所述第二芯片端口，所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压。

7、示例性的，该第二电源线和第二信号线为通用串行总线（universal serial bus，usb）中的电源线和信号线。

8、在本技术中，第一电压是指电压输出设备向上述第二电源线的第一端传输的电压，根据第二电源线与第二信号线是否发生异常导通，第一电压会有所变化。示例性的，在一种可能的实现方式中，所述第二电源线的第一端用于与电压输出设备连接，所述第二电源线还与电容电路（该电容电路在本文其他描述中也称为第二电容电路）连接，在所述第二电源线与所述第二信号线未发生异常导通情况下，或者在所述第二电源线与所述第二信号线发生异常导通且所述电压输出设备仍基于充电电压向所述第二电源线的第一端输出电压的情况下，所述第一电压为所述电容电路基于所述充电电压进行储能和滤波后输出的电压；在所述第二电源线与所述第二信号线发生异常导通且所述电压输出设备不再基于所述充电电压向所述第二电源线的第一端输出电压的情况下，所述第一电压为所述电容电路释放存储的电能而产生的电容电压。

9、在本技术中，电压输出设备可以是适配器或其他包含usb插口的设备（例如电脑、家用插座等设备），本文对此不做限定。

10、其中， 电压输出设备仍基于充电电压向所述第二电源线的第一端输出电压也可以理解为电压输出设备未关断充电电压的来源，所述电压输出设备不再基于所述充电电压向所述第二电源线的第一端输出电压也可以理解为电压输出设备关断了充电电压的来源。

11、在一种可能的实现方式中，在所述第二电源线与所述第二信号线发生异常导通、所述电压输出设备不再基于充电电压向所述第二电源线的第一端输出电压、以及所述第一开关端口与所述第三开关端口断开连接的情况下，所述电容电路通过所述第二芯片端口持续释放电容电压，所述第二芯片端口的电压和电流在第一时长内减小到0，所述第二芯片端口的电流在所述第一时长内存在大于所述第二芯片端口的正常工作电流的现象，以及所述第二信号线上器件的电流在所述第一时长内存在大于正常工作电流的现象；在所述第二电源线与所述第二信号线发生异常导通、所述电压输出设备不再基于充电电压向所述第二电源线的第一端输出电压、以及所述第一开关端口与所述第三开关端口导通的情况下，所述电容电路通过所述第二电源线和所述第一电源线接地释放所述电容电路中储存的电压，在电容电压释放过程中，所述第二芯片端口的电压与放电电压相等且流入所述第二芯片端口的电流远小于流入所述第一开关端口的电流，所述第二芯片端口的电压在第二时长内快速减小到0，所述第二时长小于所述第一时长。

12、可理解的，该第一时长和第二时长是指从第二电源线与第二信号线发生异常导通起到第二芯片端口的电压减小到0花费的时长。

13、在一种可能的实现方式中，所述接口芯片还包括第三芯片端口，所述第三芯片端口用于与所述第二开关端口连接；在传输至所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压的情况下，所述接口芯片用于通过所述第三芯片端口向所述第二开关端口发送所述导通指令。

14、在一种可能的实现方式中，所述充电保护电路还包括系统级芯片，所述系统级芯片与所述接口芯片连接；在传输至所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压的情况下，所述接口芯片用于向所述系统级芯片发送第一过压信息，所述第一过压信息用于表示所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压；所述系统级芯片，用于响应于所述第一过压信息，向所述第二开关端口发送所述导通指令。

15、在一种可能的实现方式中，在所述第一开关端口与所述第三开关端口导通、且所述第一电源端口的电压为0的情况下，所述第一开关电路还用于接收系统级芯片或所述接口芯片发送的断开指令，并响应于所述断开指令将所述第一开关端口与所述第三开关端口断开，所述系统级芯片与所述接口芯片连接。

16、示例性的，第二电源线与第二信号线导通后，电压输出设备关断充电电压的输出，以及终端设备将第一开关端口与第三开关端口导通，电容电路的电容电压通过第一开关电路释放，并在第一电源端口的电压下降至0的情况下，电容电路的电容电压释放完毕，则终端设备中的系统级芯片或接口芯片向第二开关端口发送上述断开指令，以使得第一开关端口与第二开关端口断开连接，避免第一开关端口与第二开关端口一直处于连接状态导致终端设备无法通过其他正常导通的usb充电线重新进行充电的问题。

17、在一种可能的实现方式中，所述充电保护电路还包括系统级芯片，所述系统级芯片与所述接口芯片连接，所述系统级芯片，还用于基于第一过压信息记录过压事件，所述第一过压信息用于表示所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压，所述第一过压信息为所述接口芯片向所述系统级芯片发送的。

18、在一种可能的实现方式中，所述第一信号线为usb数据正信号线d+、usb数据负信号线d-、交流充电确认信号线cc、或辅助信号线sbu。

19、第二方面，本技术提供一种充电保护电路的系统，所述系统包括：接口芯片、第一电源线、第一信号线、第一开关电路、协议芯片、第二开关电路、第三电源线、第三信号线；所述接口芯片包括第一芯片端口和第二芯片端口；所述协议芯片包括第四芯片端口和第五芯片端口；所述第一电源线包括第一电源端口和第二电源端口；所述第三电源线包括第四电源端口和第五电源端口；所述第一信号线包括第一信号端口和第二信号端口，所述第二信号端口与所述第二芯片端口连接；所述第三信号线包括第三信号端口和第四信号端口；所述第一开关电路包括第一开关端口、第二开关端口、以及第三开关端口，所述第一开关端口与所述第一电源端口连接，所述第二开关端口用于接收指令以控制所述第一开关端口和所述第二开关端口的连接状态，所述第三开关端口接地；所述第二开关电路包括第四开关端口、第五开关端、以及第六开关端口，所述第五开关端口用于接收指令以改变所述第四开关端口与所述第六开关端口之间的连接状态；所述第四开关端口用于输入充电电压，所述第五开关端口与所述第四芯片端口连接，所述第六开关端口与所述第四电源端口连接，所述第五电源端口用于与所述第一电源端口连接，所述第五电源端口用于输出第一电压，所述第一电压为基于所述充电电压和相关的电容电路得到；所述第三信号端口与所述第五芯片端口连接，所述第四信号端口用于与所述第二信号端口连接，所述第三信号端口用于输入第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；在所述第一芯片端口的电压等于所述第一电压以及第二芯片端口的电压等于所述第二电压的情况下，所述第一开关端口与所述第三开关端口之间断开连接，接口芯片通过所述第二电压与外接的电压输出设备进行关于所述第一电压的取值的协商工作，以及所述接口芯片通过所述第一电压对终端设备进行充电；在所述第五芯片端口的电压大于预设电压的情况下或者在所述第四电源端口的电流大于预设电流的情况下，所述第二开关电路基于所述第五开关断端口接收断开指令，响应于所述断开指令所述第四开关端口和所述第六开关端口断开连接，以使得关断所述充电电压的输出；在所述第二芯片端口的电压大于预设电压的情况下，所述第一开关电路通过所述第二开关端口接收导通指令，响应于所述导通指令所述第一开关端口和所述第三开关端口导通，以使得通过所述第一电源端口接地的方式释放所述第一电压，所述预设电压大于或等于所述第二电压且小于所述第一电压。

20、采用本技术提供的充电保护电路的系统，在充电过程中，第二电源线与第二信号线发生短路，第一电压通过电源线短路处流向信号线两端的第二芯片端口和第五芯片端口，致使第二芯片端口和第五芯片端口处于过流过压状态的情况下，适配器侧的协议芯片可以监测到该第五芯片端口的电压大于预设电压，并使第二开关电路中的第四开关端口与第六开关端口之间的连接断开，关断第一电压的输出。并且终端设备侧的接口芯片也可以监测到该第二芯片端口的电压大于预设电压，并使第一开关电路中的第一开关端口和第三开关端口导通，将第二电源线接地，使得残留在第二电源线上的第一电压和电容支路中电容器存储的电压通过地线快速得到释放，从而达到减少第二芯片端口和第五芯片端口过压过流的时长，降低相关器件烧毁的风险的目的。

21、在一种可能的实现方式中，所述充电保护系统还包括第二电源线和第二信号线，所述第二电源线的第一端与所述第五电源端口连接，所述第二电源线的第二端与所述第一电源端口连接；所述第二信号线的第一端用于与所述第四信号端口连接，所述第二信号线的第二端用于与所述第一信号端口连接；在所述第二电源线与所述第二信号线未发生异常导通的情况下，所述第一芯片端口的电压等于所述第一电压、以及所述第二芯片端口的电压和所述第五芯片端口的电压等于所述第二电压；在所述第二电源线与所述第二信号线发生异常导通的情况下，所述第一电压传输至所述第二芯片端口和所述第五芯片端口，所述第二芯片端口的电压和所述第五芯片端口的电压大于所述预设电压；在所述第二电源线与所述第二信号线发生异常导通、所述第四开关端口与所述第六开关端口导通、以及所述第一开关端口与所述第三开关端口导通的情况下，所述第四电源端口的电流大于所述预设电流。

22、在一种可能的实现方式中，所述协议芯片，用于在所述第五芯片端口的电压大于所述预设电压的情况下，通过所述第四芯片端口向所述第五开关端口发送所述断开指令。

23、在一种可能的实现方式中，所述协议芯片，用于在所述第四电源端口的电流大于所述预设电流的情况下，通过所述第四芯片端口向所述第五开关端口发送所述断开指令。

24、在一种可能的实现方式中，所述接口芯片，用于在传输至所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压的情况下通过所述第三芯片端口向所述第二开关端口发送所述导通指令。

25、在一种可能的实现方式中，所述充电保护电路的系统还包括系统级芯片，所述系统级芯片与所述接口芯片连接；所述接口芯片，用于在传输至所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压的情况下，向所述系统级芯片发送第一过压信息，所述第一过压信息用于表示所述第二芯片端口的电压大于所述预设电压；所述系统级芯片，用于响应于所述第一过压信息，向所述第二开关端口发送所述导通指令，以及基于所述第一过压信息记录过压事件。