CN107171291B - 一种芯片保护电路及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种芯片保护电路及系统，包括：温度保护电路、第一电流模块、第二电流模块、电流采样电路、比较器、逻辑器件和开关器件，温度保护电路检测到芯片温度超过预设温度阈值时，输出控制信号关断第一电流模块；第一电流模块的工作电流大于第二电流模块的工作电流；电流采样电路采样流经芯片电源线的电流，比较器在芯片电源线的电流大于预设参考电流时输出有效信号；逻辑器件在温度保护电路输出的控制信号为关断第一电流模块的信号且比较器输出的信号为有效信号时，控制开关器件导通，使得位于芯片与芯片保护电路之间的保险丝熔断。本申请可以提升电子系统的安全性。

Description

一种芯片保护电路及系统
技术领域
本申请涉及电源电池技术领域，尤其涉及芯片保护电路及系统。
背景技术
现有技术中，芯片正常工作时一般可以执行正常功能。
但是，当芯片出现损坏、芯片被错误连接或错误使用时(例如短路连接)，芯片可能出现失控，导致芯片可能产生异常发热，最终导致起火、自燃等危险。
发明内容
本申请实施例提出了一种芯片保护电路及系统，以解决现有技术中当芯片出现损坏、芯片被错误连接或错误使用时出现起火或自然等危险的技术问题。
本申请实施例提供了芯片保护电路，包括：温度保护电路、第一电流模块、第二电流模块、电流采样电路、比较器、逻辑器件和开关器件，所述温度保护电路、第一电流模块、第二电流模块、所述开关器件均连接于第一端点和第二端点之间，所述温度保护电路的输出端与所述第一电流模块相连，所述电流采样电路一端与第一端点相连、另一端与比较器的输入端相连，所述比较器的输出端与所述温度保护电路的输出端均连接至逻辑器件，所述逻辑器件的输出端与所述开关器件的控制端相连；
所述温度保护电路检测到芯片温度超过预设温度阈值时，输出控制信号关断所述第一电流模块；所述第一电流模块的工作电流大于所述第二电流模块的工作电流；
所述电流采样电路采样关断所述第一电流模块之后流经芯片电源线VDD的电流，所述比较器在所述芯片电源线VDD的电流大于预设参考电流时输出有效信号；
所述逻辑器件在所述温度保护电路输出的控制信号为关断第一电流模块的信号且所述比较器输出的信号为有效信号时，控制所述开关器件导通；所述开关器件导通使得位于芯片与芯片保护电路之间的保险丝熔断。
本申请实施例提供了芯片保护系统，包括上述芯片保护电路以及保险丝，所述保险丝位于芯片与芯片保护电路之间。
有益效果如下：
本申请实施例所提供的芯片保护电路及系统，在检测到异常大电流后，会启动自我熔断机制，将保险丝熔断，从而实现芯片断开电气连接，即使芯片一定程度损坏或者错误使用时，也可以减小异常发热的可能性，减小起火、自燃等危险的概率，从而提升电子系统的安全性。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了本申请实施例中芯片保护电路的结构示意图一；
图2示出了本申请实施例中芯片保护电路的结构示意图二；
图3示出了本申请实施例中芯片保护电路的结构示意图三。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
针对现有技术的不足，本申请实施例提出了一种芯片保护电路及系统，下面进行说明。
图1示出了本申请实施例中芯片保护电路的结构示意图一，如图所示，所述芯片保护电路可以包括：温度保护电路、第一电流模块、第二电流模块、电流采样电路、比较器、逻辑器件和开关器件，所述温度保护电路、第一电流模块、第二电流模块、所述开关器件均连接于第一端点和第二端点之间，所述温度保护电路的输出端与所述第一电流模块相连，所述电流采样电路一端与第一端点相连、另一端与比较器的输入端相连，所述比较器的输出端与所述温度保护电路的输出端均连接至逻辑器件，所述逻辑器件的输出端与所述开关器件的控制端相连；
所述温度保护电路检测到芯片温度超过预设温度阈值时，输出控制信号关断所述第一电流模块；所述第一电流模块的工作电流大于所述第二电流模块的工作电流；
所述电流采样电路采样关断所述第一电流模块之后流经芯片电源线VDD的电流，所述比较器在所述芯片电源线VDD的电流大于预设参考电流时输出有效信号；
所述逻辑器件在所述温度保护电路输出的控制信号为关断第一电流模块的信号且所述比较器输出的信号为有效信号时，控制所述开关器件导通；所述开关器件导通使得位于芯片与芯片保护电路之间的保险丝熔断。
具体实施时，所述第一电流模块和所述第二电流模块均可以为一个或多个，所述第一电流模块和第二电流模块可以为芯片保护电路中的功能模块，在正常工作时具有一定的正常工作电流。
当芯片由于连接错误或者芯片损坏时，可能导致芯片异常大电流导致芯片自燃或引起火灾，根据本申请实施例所提供的芯片保护电路，在检测到异常大电流后，会启动自我熔断机制，将保险丝Fuse熔断，从而实现芯片断开电气连接，因此可以防止自燃或起火的问题，可以提高芯片的安全性。
实施中，所述保险丝连接于所述芯片电源端与所述第一端点之间、或者连接于所述芯片地线端与所述第二端点之间；
所述保险丝连接于所述芯片电源端与所述第一端点之间时，所述第二端点与所述芯片地线端相连；
所述保险丝连接于所述芯片地线端与所述第二端点之间时，所述第一端点与所述芯片电源端相连。
本申请实施例可以将保险丝设置于靠近芯片电源线一端，也可以将保险丝设置于靠近芯片地线一端，只要实现保险丝熔断使得芯片与芯片保护电路断开电气连接即可。
实施中，所述温度保护电路检测到芯片温度超过预设温度阈值时，输出有效信号关断所述第一电流模块；所述逻辑器件为与门，所述与门在所述温度保护电路与比较器均输出有效信号时控制开关器件导通。
实施中，所述预设参考电流可以为大于所述第二电流模块工作电流的电流值。
实施中，所述预设参考电流可以为所述第二电流模块工作电流的两倍。
实施中，所述比较器为迟滞比较器。
本申请实施例在具体实施时可以采用迟滞比较器，以尽量避免比较器输出结果的振荡。
实施中，所述开关器件可以为NMOS管。
实施中，所述保险丝可以设置于所述芯片上且采用多晶硅材料形成。
实施中，所述保险丝可以设置为连接芯片管脚和芯片压焊区的封装金属线，或者设置于连接芯片的印刷电路板上。
实施中，所述保险丝可以采用锡铅合金或者熔点低于预设熔点值的金属构成。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种芯片保护系统，包括上述芯片保护电路以及保险丝，所述保险丝位于芯片与芯片保护电路之间。
本申请实施例是在当芯片出现过温保护时，停止所有大电流模块，将芯片的耗电减小到最低，如果在这种状态下仍然检测到大电流流经芯片电源线或流经地线，则判断芯片处于异常，然后启动自毁机制，烧断连接在电源通路上的保险丝，从而实现对芯片的永久保护。
为了便于本申请的实施，下面以实例进行说明。
本发明的原理图如图2所示，其中包括保险丝Fuse、NMOS管MN1、与门AND1、迟滞比较器comhy、电流采样电路ISense、温度保护电路OTP、大电流模块(Big Current Block)、小电流模块(Small Current Block)。
当芯片温度过高，例如超过120摄氏度时，温度保护电路OTP输出Turn Off变成高电平，关断大电流模块(BigCurrentBlock)；
电流采样电路ISense采样流经电源线VDD的电流，如果此时芯片流经电流仍然较高(例如大于小电流模块正常工作电流的两倍)，参考电流Ith可以被设计为例如等于小电流模块正常工作电流的两倍，则迟滞比较器comhy输出信号OCP变为高电平；
当OCP信号和Turn Off同时为高电平时，与门AND1输出信号Burn变为高电平，控制NMOS管MN1导通，产生大电流熔断保险丝。
实际设计中，在一种实现方案中，保险丝Fuse被设计在芯片上，采用比较容易熔断的多晶硅材料形成；
在另一种实现方案中，保险丝Fuse被设计为封装连接的引线(bonding wire)，封装引线是指连接芯片管脚和芯片压焊区的封装金属线，在本发明中，此金属引线可以采用锡铅合金或者其他低熔点金属构成；
在另一种实现方案中，保险丝Fuse被设计在连接芯片的印刷电路板上，也可以由锡铅合金或者其他低熔点金属构成。
图2中的Ith参考电流可以一般由集成电路中的参考信号产生电路产生，属于常规技术，此处省略描述。
图3示出了本申请实施例中芯片保护电路的结构示意图三，如图所示，具体实施时，为了进一步确保不会出现误烧断保险丝的情况，还可以对温度保护电路与所述逻辑器件(例如与门)之间增加延时电路Delay，如图3所示，从而确保在关断大电流模块之后延迟一段时间将turnoff信号发送至逻辑器件，逻辑器件将延迟一段时间发来的turnoff信号与电流采样电路经比较器输出的信号进行逻辑处理，由于电流采样电路是实时采样，此时比较器输出的即为关断大电流模块之后采样的电流的比较结果。
具体实施时，所述延时电路还可以仅对turnoff信号的上升沿延时。
当芯片由于连接错误或者芯片损坏时，可能导致芯片异常大电流导致芯片自燃或引起火灾，根据本发明的电路根据上述机制检测到异常大电流后，会启动自我熔断机制，将Fuse熔断，从而实现芯片断开电气连接，因此可以防止自燃或起火的问题，可以提高芯片的安全性。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种芯片保护电路，其特征在于，包括：温度保护电路、第一电流模块、第二电流模块、电流采样电路、比较器、逻辑器件和开关器件，所述温度保护电路、第一电流模块、第二电流模块、所述开关器件均连接于第一端点和第二端点之间，所述温度保护电路的输出端与所述第一电流模块相连，所述电流采样电路一端与第一端点相连、另一端与比较器的输入端相连，所述比较器的输出端与所述温度保护电路的输出端均连接至逻辑器件，所述逻辑器件的输出端与所述开关器件的控制端相连；
所述温度保护电路检测到芯片温度超过预设温度阈值时，输出控制信号关断所述第一电流模块；所述第一电流模块的工作电流大于所述第二电流模块的工作电流；
所述电流采样电路采样关断所述第一电流模块之后流经芯片电源线VDD的电流，所述比较器在所述芯片电源线VDD的电流大于预设参考电流时输出有效信号；
所述逻辑器件在所述温度保护电路输出的控制信号为关断第一电流模块的信号且所述比较器输出的信号为有效信号时，控制所述开关器件导通；所述开关器件导通使得位于芯片与芯片保护电路之间的保险丝熔断。
2.如权利要求1所述的芯片保护电路，其特征在于，所述保险丝连接于芯片电源端与所述第一端点之间、或者连接于芯片地线端与所述第二端点之间；
所述保险丝连接于所述芯片电源端与所述第一端点之间时，所述第二端点与所述芯片地线端相连；
所述保险丝连接于所述芯片地线端与所述第二端点之间时，所述第一端点与所述芯片电源端相连。
3.如权利要求1所述的芯片保护电路，其特征在于，所述温度保护电路检测到芯片温度超过预设温度阈值时，输出有效信号关断所述第一电流模块；所述逻辑器件为与门，所述与门在所述温度保护电路与比较器均输出有效信号时控制开关器件导通。
4.如权利要求1所述的芯片保护电路，其特征在于，所述预设参考电流为大于所述第二电流模块工作电流的电流值。
5.如权利要求1所述的芯片保护电路，其特征在于，所述预设参考电流为所述第二电流模块工作电流的两倍。
6.如权利要求1所述的芯片保护电路，其特征在于，所述比较器为迟滞比较器。
7.如权利要求1所述的芯片保护电路，其特征在于，所述保险丝设置于所述芯片上且采用多晶硅材料形成。
8.如权利要求1所述的芯片保护电路，其特征在于，所述保险丝设置为连接芯片管脚和芯片压焊区的封装金属线，或者设置于连接芯片的印刷电路板上。
9.如权利要求8所述的芯片保护电路，其特征在于，所述保险丝采用锡铅合金或者熔点低于预设熔点值的金属构成。
10.一种芯片保护系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的芯片保护电路以及保险丝，所述保险丝位于芯片与芯片保护电路之间。
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