TW202220322A - 晶片過電流及過溫保護方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種晶片過電流及過溫保護方法，由控制模組控制晶片的電流供應，保護方法包含藉由電流偵測模組偵測晶片的通過電流，藉由溫度感測模組感測晶片的操作溫度。當通過電流達到電流門檻值時，控制模組維持通過電流於電流門檻值。當維持電流門檻值持續達到電流維持時間，控制模組停止晶片的電流供應。當操作溫度回復至重啟門檻值時，控制模組持續停止電流供應關閉延遲時間後，重新啟動晶片的電流供應。

Description

晶片過電流及過溫保護方法
本發明是關於一種晶片過電流及過溫保護方法，特別是關於一種無須調整過電流門檻值及過溫門檻值即可降低功耗及平均溫度的晶片過電流及過溫保護方法。
在電腦系統或各種電子裝置內部，已設有各種控制晶片、驅動晶片來實現各種控制電路、驅動電路的運作。現今的晶片體積朝向微型化發展，操作的頻率、效能也大幅提升，晶片當中的電路設計或是製作過程中稍有異常，就可能影響晶片的功能，造成晶片內部異常的電流驅動及操作，晶片內的溫度也可能相應的大幅提升。
現有的晶片會設置過電流保護或過溫保護的機制，在內部電流達到臨界值時，控制電流以避免店流量持續升高，直到異常排除而回復到正常工作電流。過溫保護則是在溫度達到臨界值時，關閉電路或啟動降溫裝置來避免晶片溫度持續上升。但在這些保護機制下，過電流及過溫的臨界值往往是預先設定的固定值，難以依據晶片需求調整，造成在保護晶片的過程中，消耗過多的功耗或是過高的溫度，增加晶片損毀的風險。
綜觀前所述，本發明之發明者思索並設計一種晶片過電流及過溫保護方法，以期針對習知技術之問題加以改善，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於先前技術所述之問題，本發明的目的在於提供一種晶片過電流及過溫保護方法，避免晶片在操作時因為電流過大或溫度過高而造成晶片損壞的問題。
基於上述目的，本發明提供一種晶片過電流及過溫保護方法，是由控制模組控制晶片的電流供應，晶片保護方法包含：藉由電流偵測模組偵測晶片的通過電流；藉由溫度感測模組感測晶片的操作溫度；當通過電流達到電流門檻值時，控制模組維持通過電流於電流門檻值；當維持電流門檻值持續達到電流維持時間，控制模組停止晶片的電流供應；以及當操作溫度回復至重啟門檻值時，控制模組持續停止電流供應關閉延遲時間後，重新啟動晶片的電流供應。
較佳地，電流維持時間可包含當操作溫度達到溫度門檻值，控制模組停止晶片的電流供應。
較佳地，關閉延遲時間可包含當操作溫度降低至重啟溫度值，控制模組重新啟動晶片的電流供應。
較佳地，晶片過電流及過溫保護方法可進一步包含：當重新啟動晶片的電流供應時，若通過電流仍為電流門檻值，控制模組維持通過電流於電流門檻值；當維持電流門檻值持續達到電流維持時間，控制模組停止晶片的電流供應；以及當操作溫度回復至重啟門檻值時，控制模組持續停止電流供應關閉延遲時間後，重新啟動晶片的電流供應。
較佳地，晶片過電流及過溫保護方法可進一步包含：當重新啟動晶片的電流供應時，若通過電流低於電流門檻值，電流偵測模組持續偵測通過電流是否達到電流門檻值。
較佳地，關閉延遲時間可為電流維持時間的2倍。
較佳地，溫度門檻值可為150℃，重啟門檻值可為110℃。
承上所述，依本發明之晶片過電流及過溫保護方法，其可具有一或多個下述優點：
(1) 此晶片過電流及過溫保護方法能在不改變電流門檻值、溫度門檻值及重啟門檻值的情況下，降低晶片操作所耗費的功耗，提升晶片操作的效率。
(2) 此晶片過電流及過溫保護方法能在不改變電流門檻值、溫度門檻值及重啟門檻值的情況下，降低晶片的平均溫度，避免晶片因高溫而損壞，增加晶片的耐用度及可靠度。
(3) 此晶片過電流及過溫保護方法可避免晶片在操作過程中因為通過電流過高或操作溫度過高而造成電路損毀，增加晶片的使用壽命。
為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，第1圖係為本發明實施例之晶片過電流及過溫保護方法之流程圖。如圖所示，晶片過電流及過溫保護方法包含以下步驟(S11~S15)：
步驟S11：藉由電流偵測模組偵測晶片的通過電流。對於電子裝置當中的晶片，包括各種驅動晶片、控制晶片，可設置相關的感測元件來監測晶片的操作狀態，防止晶片因為異常的電性或溫度而造成損壞。首先，在晶片中設置電流偵測模組，其可為比對電路，連接至晶片電路中選擇的操作節點，偵測此操作節點的通過電流是否超過臨界電流，進而判斷晶片中是否有電路異常或短路而造成操作上的異常。
步驟S12：藉由溫度感測模組感測晶片的操作溫度。除了偵測晶片的通過電流，也設置溫度感測模組來感測晶片的操作溫度，例如設置溫度感測器來量測晶片中預設接點的溫度。晶片在運作時，會設定的操作溫度區間，也會設計相關的散熱或降溫裝置來降低操作溫度，若是操作溫度超過設定的臨界溫度，可能會影響晶片的操作，甚至造成內部電路損壞而影響晶片原有的功能。
步驟S13：當通過電流達到電流門檻值時，控制模組維持通過電流於電流門檻值。晶片中的電流偵測模組會持續偵測晶片的通過電流，當通過電流超過預設的電流門檻值時，為保護晶片內部電路，晶片的控制模組會控制通過電流維持在電流門檻值，避免通過電流持續增加而超過內部電路所能承受的負荷。在本實施例中，控制模組包含過電流保護電路，當操作節點的通過電流持續增加達電流門檻值時，即啟動過電流保護電路，將通過電流鎖定於固定值。
步驟S14：當維持電流門檻值持續達到電流維持時間，控制模組停止晶片的電流供應。當過電流保護電路啟動時，會將晶片的通過電流持續維持在電流門檻值，直到造成通過電流上升的原因解除，即偵測通過電流下降或恢復正常時，才會解除鎖定。然而，持續將通過電流維持於高電流的狀況，會持續增加晶片及整個電子裝置的功耗，造成無謂的浪費，因此，當維持電流門檻值持續一個預設的電流維持時間後，控制模組會將晶片的電流供應切斷，即關閉晶片的操作電路系統來將電流降為零，讓晶片不再持續消耗功耗，降低晶片所需的耗電量。
在降低晶片功耗的目標下，最直接的操作方式是降低電流門檻值，使得整體電流供應能下降，但一般的過電流保護電路所設定的電流門檻值都是固定的，難以直接更動來配合不同晶片需求。因此，通過在電流維持時間後關閉晶片系統以停止電流供應，將能在不更動預設電流門檻值的情況下，達到降低功耗的效果。
在本實施例中，這個預設的電流維持時間可配合溫度感測模組所感測的操作溫度來決定，由於操作電流持續上升的情況，往往會伴隨操作溫度的上升，在造成通過電流上升的原因未解決前，晶片的操作溫度會持續上升。當溫度感測模組感測的操作溫度達到溫度門檻值時，通過控制模組的過溫保護電路關閉晶片的操作電路系統，使得通過電流降為零，不但能降低功耗，也能通過關閉系統來進行晶片的降溫。在另一實施例中，預設的電流維持時間也可為固定的預設時間區間，即在固定的時間切斷電流供應，降低晶片的功耗。
步驟S15：當操作溫度回復至重啟門檻值時，控制模組持續停止電流供應關閉延遲時間後，重新啟動晶片的電流供應。由於控制模組會關閉電路使得晶片不再獲得電流供應，在未進行操作的情況下，晶片的操作溫度會隨時間降低，當溫度感測電路感測的操作溫度降至重啟門檻值時，過溫保護電路應重啟晶片使其恢復運作，但為了降低晶片的操作溫度，控制模組中設有控制電路，在過溫保護電路欲重啟系統時，仍持續切斷電流供應一段關閉延遲時間，使得晶片恢復供電的時間延後，增加晶片降溫的時間。
在本實施例中，關閉延遲時間可為預設的固定時間，例如關閉延遲時間為電流維持時間的2倍時間，當溫度感測電路感測操作溫度達到重啟門檻值時，控制電路延遲兩倍的電流維持時間，使得晶片在關閉延遲時間過後才重新啟動。在另一實施例中，關閉延遲時間也可配合溫度感測模組，當操作溫度持續降至溫度門檻值時，才重新啟動晶片的電流供應。延遲晶片重啟的時間，主要是為了降低晶片的溫度，不過一般的過溫保護電路，啟動過溫保護的溫度門檻值及恢復供電的重啟門檻值都是固定的，難以隨著晶片需求調整，當晶片正常的溫度操作區間較低時，可通過關閉延遲時間使得操作溫度進一步下降，進而降低晶片的平均溫度，使其符合晶片的正常操作範圍，避免高溫造成晶片電路或結構的損壞。
請參閱第2圖，第2圖係為本發明另一實施例之晶片過電流及過溫保護方法之流程圖。如圖所示，晶片過電流及過溫保護方法包含以下步驟(S21~S26)：
步驟S21：藉由電流偵測模組偵測晶片的通過電流；步驟S22：藉由溫度感測模組感測晶片的操作溫度；步驟S23：當通過電流達到電流門檻值時，控制模組維持通過電流於電流門檻值；步驟S24：當維持電流門檻值持續達到電流維持時間，控制模組停止晶片的電流供應；以及步驟S25：當操作溫度回復至重啟門檻值時，控制模組持續停止電流供應關閉延遲時間後，重新啟動晶片的電流供應。上述步驟S21~S25的內容對應於前述實施例的步驟S11~S15，相同技術內容不再重複描述，請參閱第1圖中之說明。
與前述實施例不同，本實施例包含步驟S26：判斷通過電流是否仍為電流門檻值。若是，則重新回到步驟S23：當通過電流達到電流門檻值時，控制模組維持通過電流於電流門檻值。當步驟S25結束後，重新啟動晶片操作系統，對晶片進行供電，若是判斷通過電流仍維持在電流門檻值，表示晶片仍處於過電流的狀態，並未解決電流過高的問題，此時控制模組將持續維持通過電流於電流門檻值，同樣在經過電流維持時間後，停止晶片的電流供應以降低功耗。此外，當操作溫度回復至重啟門檻值時，控制模組持續停止電流供應關閉延遲時間後，才重新啟動晶片的電流供應。由於過電流的狀態可能是電路短路或斷路造成，無法即時排除，因此重複本實施例的操作流程，能持續降低晶片的功耗及平均溫度，直到電路異常狀態排除。
同樣在步驟S26當中，當異常狀態排除時，晶片的通過電流應恢復正常而降低至電流門檻值下，此時晶片的操作回復正常，回到步驟S21持續監測通過電流及步驟S22感測操作溫度，若通過電流或操作溫度產生異常，才接續後續過電流及過溫保護的步驟。
請參閱第3圖，第3圖係為本發明實施例之晶片過電流及過溫保護方法之示意圖。晶片實際操作的狀態，通過溫度感測模組感測的操作溫度T及通過電流偵測模組偵測的通過電流I，在時間軸t所呈現的溫度及電流大小如圖所示。在起始時間t0時，晶片接收電流而啟動，但晶片內部電路的短路或斷路，造成電路異常作動，通過電流I在超過工作電流後仍持續上升，同時晶片的操作溫度T也相應的持續上升。在第一時間點t1，通過電流I達到電流門檻值I OCP，為了保護晶片，過電流保護電路會鎖住電路，控制通過電流I維持在電流門檻值I OCP而不再上升，等待故障或異常排除。
不過，當通過電流I持續維持在電流門檻值I OCP時，晶片仍處於異常操作的狀態，高電流也持續增加晶片的操作溫度T，為了避免溫度持續升高且降低晶片的功耗，當維持時間達到預設的電流維持時間t det時，晶片的控制模組關閉晶片操作系統，停止對晶片的電流供應，即在第二時間點t2，通過電流I降為零。在本實施例中，電流維持時間t det為操作溫度達到溫度門檻值T D時，通過控制模組的過溫保護電路關閉系統供電，使得晶片能進行降溫來保護晶片中的電路。當晶片經過一段關閉時間t c到達第三時間點t3時，操作溫度T降至重啟門檻值T R，此時過溫保護電路應恢復供電重啟晶片，但晶片的控制模組進一步延遲一段的關閉延遲時間t delay後，才於第四時間點t4重新啟動晶片，重新提供晶片的電流供應。
由於在第二時間點t2至第三時間點t3之間電流供應為零，並不會產生電能的消耗，若是為關閉時間t c為電流維持時間t det的2倍，從第一時間點t1至第三時間點t3之間，晶片的功耗為原本通過電流持續在電流門檻值I OCP時所消耗功耗的1/3。當本實施利進一步延長關閉延遲時間t delay後，若是為關閉延遲時間t delay也同樣是電流維持時間t det的2倍，從第一時間點t1至第四時間點t4之間，晶片的功耗為原本通過電流持續在電流門檻值I OCP時所消耗功耗的1/5。在預設的電流門檻值I OCP、溫度門檻值T D及重啟門檻值T R不改變的情況下，有效的降低晶片所消耗的功耗，避免不必要的電能浪費。
另一方面，若是原本溫度門檻值T D為150℃且重啟門檻值T R為110℃，晶片的平均溫度應為兩者平均的130℃。但在本實施例中，再操作溫度T降至重啟門檻值T R後，進一步延遲一段的關閉延遲時間t delay，同樣以上述關閉時間t c和關閉延遲時間t delay都是電流維持時間t det的2倍來計算，當第四時間點t4時，真正的重啟溫度值T O應為70℃。晶片的平均溫度也因此下降至110℃，相較之下晶片平均溫度下降了20℃，在溫度門檻值T D及重啟門檻值T R不改變的情況下，有效的降低晶片的平均溫度。
當第四時間點t4系統重啟時，重新供應晶片通過電流I，此時若晶片異常尚未排除，晶片的通過電流I仍將達到電流門檻值I OCP，此時，重複前述的保護方式，維持通過電流I在電流門檻值I OCP，經過電流維持時間t det後於第五時間點t5關閉系統，停止晶片的電流供應，當晶片操作溫度T於第六時間點t6下降至重啟門檻值T R後，再進一步延遲一段的關閉延遲時間t delay，於第七時間點t7達到重啟溫度值T O，重啟系統恢復電流供應。不斷重複上述的過電流及過溫保護流程，直到晶片異常排除，通過電流I恢復至低於電流門檻值I OCP的正常工作電流，此時，晶片的電流偵測模組及溫度感測模組持續監測通過電流I及操作溫度T，當通過電流I再次達到電流門檻值I OCP時，重新執行上述的過電流及過溫保護流程。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
I:通過電流 IOCP:電流門檻值 S11~S15, S21~S26:步驟 T:操作溫度 TD:溫度門檻值 TR:重啟門檻值 TO:重啟溫度值 t:時間軸 t0:起始時間 t1:第一時間點 t2:第二時間點 t3:第三時間點 t4:第四時間點 t5:第五時間點 t6:第六時間點 t7:第七時間點 tc:關閉時間 tdelay:關閉延遲時間 tdet:電流維持時間
為使本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效更為顯而易見，茲將本發明配合以下附圖進行說明： 第1圖係為本發明實施例之晶片過電流及過溫保護方法之流程圖。 第2圖係為本發明另一實施例之晶片過電流及過溫保護方法之流程圖。 第3圖係為本發明實施例之晶片過電流及過溫保護方法之示意圖。
S11~S15:步驟

Claims (7)

  1. 一種晶片過電流及過溫保護方法，係由一控制模組控制一晶片的電流供應，該晶片保護方法包含： 藉由一電流偵測模組偵測該晶片的一通過電流； 藉由一溫度感測模組感測該晶片的一操作溫度； 當該通過電流達到一電流門檻值時，該控制模組維持該通過電流於該電流門檻值； 當維持該電流門檻值持續達到一電流維持時間，該控制模組停止該晶片的電流供應；以及 當該操作溫度回復至一重啟門檻值時，該控制模組持續停止電流供應一關閉延遲時間後，重新啟動該晶片的電流供應。
  2. 如請求項1所述之晶片過電流及過溫保護方法，其中該電流維持時間包含當該操作溫度達到一溫度門檻值，該控制模組停止該晶片的電流供應。
  3. 如請求項1所述之晶片過電流及過溫保護方法，其中該關閉延遲時間包含當該操作溫度降低至一重啟溫度值，該控制模組重新啟動該晶片的電流供應。
  4. 如請求項1所述之晶片過電流及過溫保護方法，進一步包含： 當重新啟動該晶片的電流供應時，若該通過電流仍為該電流門檻值，該控制模組維持該通過電流於該電流門檻值； 當維持該電流門檻值持續達到該電流維持時間，該控制模組停止該晶片的電流供應；以及 當該操作溫度回復至該重啟門檻值時，該控制模組持續停止電流供應該關閉延遲時間後，重新啟動該晶片的電流供應。
  5. 如請求項1所述之晶片過電流及過溫保護方法，進一步包含： 當重新啟動該晶片的電流供應時，若該通過電流低於該電流門檻值，該電流偵測模組持續偵測該通過電流是否達到該電流門檻值。
  6. 如請求項1所述之晶片過電流及過溫保護方法，其中該關閉延遲時間為該電流維持時間的2倍。
  7. 如請求項2所述之晶片過電流及過溫保護方法，其中該溫度門檻值為150℃，該重啟門檻值為110℃。
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