输入电力控制和保护的制作方法

1.本公开涉及输入电力控制和保护。


背景技术：

2.可穿戴产品通常是具有优雅工业设计的物理上小型的外壳。这样的产品内的电路经常具有电压输入限制。由usb类型-a充电电缆供应的典型电压可能在5v左右，这可能在电压输入限制内。然而，诸如符合pd的类型c的其他usb类型c电源在协商后可能输送高达20v电压，这可能超过电路的电压输入限制。这样过度的电力输送能够导致电路和可穿戴产品的损坏。


技术实现要素：

3.本公开提供输入电压保护，而不阻塞电力路径。具体地，ac信号被用于关断跨电力路径耦合的晶体管，使得电力不通过晶体管。这样的晶体管也可以响应于接收超过预定阈值的电压而被关断。
4.本公开的一个方面提供了用于电子设备的电压保护电路，包括被耦合到第一晶体管的控制线、输入电力线以及跨输入电力线耦合并且电耦合到第一晶体管的电力中断晶体管，其中通过控制线在第一晶体管处的方波信号的接收导致电力中断晶体管关断，从而中断了输入电力线上的电力流动。
5.电压保护电路可以进一步包括跨第一晶体管的结合点耦合的电容器，其中在第一晶体管处方波信号的接收导致电容器排尽。该电路可以进一步包括被耦合在电容器和电力中断晶体管之间的第二晶体管，其中第二晶体管在电容器被排尽时接通。当第二晶体管接通时，电力中断晶体管关断。
6.根据一些示例，电压保护电路可以进一步包括耦合在电力线输入部和第二晶体管之间的电阻器，该电阻器具有基于电子设备的电压容许限度的欧姆值，其中超过阈值的电压的接收触发第二晶体管的激活。
7.根据一些示例，控制线可以被耦合到控制单元，并且响应于检测到错误而从控制单元接收方波信号。
8.本公开的另一个方面提供电子设备，包括输入端口、电子组件以及位于输入端口与电子组件之间的电压保护电路。电压保护电路包括被耦合到第一晶体管的控制线、输入电力线、跨输入电力线耦合并电耦合到第一晶体管的电力中断晶体管，其中通过控制线在第一晶体管处的方波信号的接收使电力中断晶体管关断，从而中断了输入电力线上的电力流动。
9.本公开的又一个方面提供了操作电子设备的方法，包括：在电子设备的电力线处接收电压，该电力线被耦合在电子设备的输入部和电路之间，当存在错误状况时在控制器单元处进行检测，以及响应于检测到错误状况，通过控制线向第一晶体管传输方波信号，该方波信号导致电力中断晶体管关断，电力中断晶体管阻止电子设备的电路对电压的接收。
传输方波信号可以使跨第一晶体管耦合的电容器放电。使电容器放电可以激活第二晶体管，第二晶体管的激活导致电力中断晶体管关断。
10.根据一些示例，当控制单元未检测到错误状况时，控制线保持稳定。
11.根据一些示例，方法可以进一步包括当接收到的电压超过预定阈值时激活第二晶体管。更进一步，方法可以包括当接收到的电压不再超过预定阈值时关断第二晶体管。
附图说明
12.图1a是示出根据本公开的方面的示例系统的功能框图。
13.图1b是图1a的系统的示例图示图。
14.图2是根据本公开的方面的示例电路图。
15.图3是示出根据本公开的方面的示例方法的流程图。
16.图4是示出根据本公开的方面的示例方法的流程图。
具体实施方式
17.本公开描述了用于保护电子设备免受可能超过电子设备内的电路的容许限度的高电压的系统和方法。保护电路通过门控技术阻止来自设备组件的高电压。当控制单元检测到错误状况时，这样的门控技术可以类似地被用于控制电力是否被电子组件接收。
18.示例系统
19.图1a至1b示出了向电子设备160供电的电源110的示例。例如，电源110可以通过诸如充电电缆的电缆150来供电。在一些示例中，充电电缆可以通过中间设备连接，诸如被插入壁装插座的充电砖112、连接到电源的笔记本电脑或其他计算设备等。
20.电源110可以是例如电池、电源插座、计算设备或能够向另一个设备输送电压的任何其他类型的设备。
21.电缆150可以是例如usb电缆或能够将电压从电源110输送到电子设备160的任何其他类型的电缆。电缆可以在任一端处包括多种类型的连接器中的任何一个，诸如usb-a、usb-c、微型-usb、迷你-usb、8针闪电等。
22.电子设备160可以是任何类型的电子设备，包括诸如耳塞164、智能手表、耳机、智能眼镜、智能头盔、戒指、坠饰、衣服等的可穿戴设备，或诸如电话、家庭助理设备、显示器、扬声器等的非可穿戴设备。根据一些示例，电子设备160可以包括外壳166。例如，在诸如耳塞164的电子附件未处于使用中时，外壳166可以被用于容纳所述附件。此外，外壳166可以被用于向附件输送电荷。例如，附件可以包括当附件被容纳在外壳内时与外壳建立电连接的电触点。此外，从电源110通过充电电缆150供应到附件的电压可以通过外壳被供应。例如，外壳166可以包括用于接收充电电缆150的输入部，以及可以将从电源110接收的电荷中继到耳塞164。根据一些示例，外壳166可以包括电池、电容器或电子组件，用于存储来自电源110的电荷以稍后在耳塞164被容纳在外壳166内但充电电缆150不再连接时用于为耳塞164进行充电。虽然图1b的示例示出了外壳内的耳塞，但应当理解的是，电子设备160可以包括包括可穿戴和非可穿戴电子设备的多个电子设备中的任何一个。
23.电子设备160可以包括一个或多个处理器130、一个或多个存储器120以及其他组件。例如，电子设备160可以包括电池162。
24.存储器120可以存储一个或多个处理器130可访问的信息，包括数据122和可以由一个或多个处理器130执行或以其他方式使用的指令128。例如，存储器120可以是能够存储可由处理器访问的信息的任何类型，包括计算设备可读介质或存储可以借助电子设备读取的数据的其他介质，诸如易失性存储器、非易失性存储器以及其他可写和只读存储器。仅作为示例，存储器120可以是被配置为提供快速查找的静态随机存取存储器(sram)。系统和方法可以包括前述的不同组合，由此指令和数据的不同部分被存储在不同类型的介质上。
25.数据122可以根据指令128由所述一个或多个处理器130检索、存储或修改。尽管要求保护的主题不受任何特定数据结构的限制，但数据可以作为具有多个不同字段和记录的表、xml文档或平面文件被存储在计算设备寄存器中、在关系数据库中。数据也可以被格式化为任何计算设备可读格式。
26.指令128可以是由所述一个或多个处理器130直接执行的任何指令集(诸如机器代码)或间接执行的任何指令集(诸如脚本)。例如，指令可以作为计算设备代码被存储在计算设备可读介质上。在那方面，术语“指令”和“程序”在本文中可以被可交换地使用。指令可以以目标代码格式被存储以供处理器直接处理，或者以包括按需解释或预先编译的独立源代码模块的脚本或合集的任何其他计算设备语言被存储。下面更详细地解释指令的功能、方法和例程。
27.一个或多个处理器130可以是硬接线到设备110本身中的微处理器、逻辑电路(例如，逻辑门、触发器等)，或者可以是专用的专用集成电路(asic)。应当理解的是，一个或多个处理器130不限于硬接线逻辑电路，还可以包括任何商业上可用的处理单元，或任何基于硬件的处理器，诸如现场可编程门阵列(fpga)。在一些示例中，一个或多个处理器130可以包括状态机。
28.当指令128由一个或多个处理器130执行时，一个或多个处理器可以检测错误状况并作为响应激活电力控制特征。例如，电力控制特征可以包括通过控制线将方波信号传输到第一晶体管，使被耦合到第一晶体管的电容器排尽，这进而使第二晶体管接通，随后防止第三晶体管接通，从而阻止输入电压的接收。
29.图2提供了示出电子设备160的示例框图，其中电力控制电路200位于诸如充电电缆输入端口的电源输入部和其他设备组件261之间。如下所述，在电源210和设备组件261之间的诸如晶体管的门控组件在输入电压过高时能够停止电流流动，从而防止损坏设备组件261。
30.电路200包括被耦合到微控制单元(mcu)230的控制线vbus_c。如所示，控制线vbus-c被耦合到第一晶体管q101，并且电容器c102跨第一晶体管q101的结合点并联耦合。电容器c102进一步被耦合到输入电力线v_bus和第三晶体管q1栅极之间的第二晶体管q2。被耦合到第二晶体管q2和设备组件261的第三晶体管q1中断输入电力线v_bus并输出修改的输入电力线v_bus_in。
31.在正常操作期间，输入v_bus线处于5v的正常电压。d4齐纳二极管不会导通，因此q2基极通过r6和r7被偏置到v_bus电平，q2关断。vbus_c线处于稳定电平，没有电流能够通过dc阻断电容器c101，q101栅极被r101拉至接地，并且q101关断。q1将不会从q2基极获取电流。q2保持关断，然后q1栅极被r8拉至接地，q1接通并向设备261供应电流。
32.mcu可以监视和检测错误。例如，mcu能够检测将需要使电路掉电的条件。mcu正在
监视v_bus、v_bus_in和其他若干节点上的电压，并且能够生成关断电源路径的事件。
33.当检测到错误时，mcu 230向控制线vbus_c发送方波，例如，通过发送反复切换接通和关断的ac信号。作为响应，q101在正边缘处切换接通并使电容器c102放电，并且保持节点为低。第二晶体管q2接通，并且第三晶体管q1关断。该ac控制特征防止mcu中在诸如在引导期间或在电力低压时的拐角条件下出现错误。如果不存在c101，控制线vbus_c上的高电平可能会接通第一晶体管q101、使第三晶体管q1保持“关断”状态并切断对系统的电力，从而阻止电路启动。
34.如果从电源210接收到高电压，则高电压将通过电阻器r6和齐纳二极管d4。如果电压大于预定阈值，诸如大于6.5v，则电阻器r6将具有高于第二阈值的电压降，诸如大于.7，这将导致第二晶体管q2接通，这进而导致第三晶体管q1切断。结果，没有电力通过第三晶体管q1或沿着修改的输入电力线v_bus_in到达设备组件261。
35.触发第二晶体管q2接通的预定阈值电压可以基于例如设备组件261的可接受电压限制来确定。该预定阈值电压可以被用于确定电阻器r6的值。例如，在预定阈值电压是6.5v的情况下，电阻器r6的值可以是10k欧姆。然而，如果预定阈值电压被设置为高于或低于6.5v，则可以对应地调整电阻器r6的值，使得所产生的电压降将导致第二晶体管q2接通。
36.mcu 230可以是mcu或任何其他类型的处理单元，例如片上系统(soc)、asic或fpga/cpld等。
37.如图2的示例中所示的第一晶体管q101是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。在其他示例中，第一晶体管q101可以是场效应晶体管(fet)、双极结型晶体管(bjt)或任何其他类型的晶体管。类似地，虽然第二晶体管q2被示为bjt并且第三晶体管q1被示为mosfet，但其他类型的晶体管可以被使用在其他示例中。
38.示例方法
39.除了结合以上系统描述的操作之外，现在还将结合示例方法描述各种操作。应当理解的是，以下操作不必须以下面描述的精确顺序来执行。而是，能够以不同的顺序或同时处理各种操作，并且也可以添加或省略操作。
40.图3提供了示出操作具有ac电力控制特征的电子设备的示例方法300的流程图。
41.在框310中，确定是否检测到错误。例如，mcu可以确定是否存在错误状况。这样的错误状况的示例包括将需要使电路掉电的任何状况。
42.如果在框310中检测到故障，则mcu通过控制线向第一晶体管发送方波(框320)。方波使跨晶体管耦合的电容器放电(框330)。作为放电的电容器的结果，被耦合到电容器的第二晶体管被接通(框340)。这导致被耦合到第二晶体管和输入电力线的第三晶体管关断(框350)。当第三晶体管关断时，它中断了跨输入电力线的电力流动，从而防止电源到达电子设备的其他组件。
43.如果在框310处未检测到故障，则电子设备在默认操作状态下操作。在该默认操作状态中，来自mcu的控制线保持稳定(框325)。像这样，第一晶体管保持关断(框335)，第二晶体管保持关断，第三晶体管保持接通，允许从输入部接收到的电压通过第三晶体管传递到电子设备的其他组件(框345)。
44.图4提供了示出操作电子设备的示例方法400的流程图。该方法涉及处置在输入部处接收到的过高电压，其中过高电压超过电子设备中电路的容许限度。
45.在框410中，在输入部处接收电压。如果电压超过第一阈值(框420)，则被耦合到输入部的电阻器将具有超过第二阈值的电压降(框430)。例如，电阻器可以被选择为具有基于第一阈值的欧姆值，使得当接收到的电压超过第一阈值时，所产生的电压降将超过第二阈值。
46.在框440中，被耦合到电阻器的第二晶体管由于电压降超过第二阈值而被接通。在框450中，第二晶体管的接通导致第三晶体管关断。当第三晶体管中断电力线时，使得第三晶体管的第一和第二结合点被耦合到电源的输入部和其他电路之间的电力线，关断第三晶体管阻止其他电路对电压的接收。
47.如果在框420中电压不超过阈值，则电子设备在默认模式下操作，其中第三晶体管输出它从输入部接收到的电压(框425)。
48.前述系统和方法是有利的，因为它们提供了用于保护可穿戴设备免受可能潜在地损坏设备内的组件的高电压输入的机制。保护操作，而无需引脚陷入或设备陷入关断状态。
49.尽管前述示例中的一些示例是关于将复位输送到诸如一对耳塞的附件的情况进行描述的，但应当理解的是，系统和方法的其他示例可以包括多个其他电子设备中的任何一个。
50.除非另有说明，前述可替代示例不是相互排斥的，而是可以以各种组合实施以实现独特的优势。由于能够在不脱离权利要求限定的主题的情况下利用上述特征的这些和其他的变化和组合，因此实施例的前述描述应当以说明的方式而不是以对权利要求限定的主题的限制的方式来理解。此外，本文所描述的示例的提供以及措辞为“诸如”、“包括”等的短语不应被解释为将权利要求的主题限制为特定示例；而是，这些示例旨在示出仅许多可能的实施例中的一个。此外，不同附图中相同的附图标记可以标识相同或相似的元件。