一種晶片保護電路及系統的製作方法

2023-08-12 23:52:26

本申請涉及電源電池技術領域，尤其涉及晶片保護電路及系統。

背景技術：

現有技術中，晶片正常工作時一般可以執行正常功能。

但是，當晶片出現損壞、晶片被錯誤連接或錯誤使用時(例如短路連接)，晶片可能出現失控，導致晶片可能產生異常發熱，最終導致起火、自燃等危險。

技術實現要素：

本申請實施例提出了一種晶片保護電路及系統，以解決現有技術中當晶片出現損壞、晶片被錯誤連接或錯誤使用時出現起火或自然等危險的技術問題。

本申請實施例提供了晶片保護電路，包括：溫度保護電路、第一電流模塊、第二電流模塊、電流採樣電路、比較器、邏輯器件和開關器件，所述溫度保護電路、第一電流模塊、第二電流模塊、所述開關器件均連接於第一端點和第二端點之間，所述溫度保護電路的輸出端與所述第一電流模塊相連，所述電流採樣電路一端與第一端點相連、另一端與比較器的輸入端相連，所述比較器的輸出端與所述溫度保護電路的輸出端均連接至邏輯器件，所述邏輯器件的輸出端與所述開關器件的控制端相連；

所述溫度保護電路檢測到晶片溫度超過預設溫度閾值時，輸出控制信號關斷所述第一電流模塊；所述第一電流模塊的工作電流大於所述第二電流模塊的工作電流；

所述電流採樣電路採樣關斷所述第一電流模塊之後流經晶片電源線vdd的電流，所述比較器在所述晶片電源線vdd的電流大於預設參考電流時輸出有效信號；

所述邏輯器件在所述溫度保護電路輸出的控制信號為關斷第一電流模塊的信號且所述比較器輸出的信號為有效信號時，控制所述開關器件導通；所述開關器件導通使得位於晶片與晶片保護電路之間的保險絲熔斷。

本申請實施例提供了晶片保護系統，包括上述晶片保護電路以及保險絲，所述保險絲位於晶片與晶片保護電路之間。

有益效果如下：

本申請實施例所提供的晶片保護電路及系統，在檢測到異常大電流後，會啟動自我熔斷機制，將保險絲熔斷，從而實現晶片斷開電氣連接，即使晶片一定程度損壞或者錯誤使用時，也可以減小異常發熱的可能性，減小起火、自燃等危險的概率，從而提升電子系統的安全性。

附圖說明

下面將參照附圖描述本申請的具體實施例，其中：

圖1示出了本申請實施例中晶片保護電路的結構示意圖一；

圖2示出了本申請實施例中晶片保護電路的結構示意圖二；

圖3示出了本申請實施例中晶片保護電路的結構示意圖三。

具體實施方式

為了使本申請的技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖對本申請的示例性實施例進行進一步詳細的說明，顯然，所描述的實施例僅是本申請的一部分實施例，而不是所有實施例的窮舉。並且在不衝突的情況下，本說明中的實施例及實施例中的特徵可以互相結合。

針對現有技術的不足，本申請實施例提出了一種晶片保護電路及系統，下面進行說明。

圖1示出了本申請實施例中晶片保護電路的結構示意圖一，如圖所示，所述晶片保護電路可以包括：溫度保護電路、第一電流模塊、第二電流模塊、電流採樣電路、比較器、邏輯器件和開關器件，所述溫度保護電路、第一電流模塊、第二電流模塊、所述開關器件均連接於第一端點和第二端點之間，所述溫度保護電路的輸出端與所述第一電流模塊相連，所述電流採樣電路一端與第一端點相連、另一端與比較器的輸入端相連，所述比較器的輸出端與所述溫度保護電路的輸出端均連接至邏輯器件，所述邏輯器件的輸出端與所述開關器件的控制端相連；

所述溫度保護電路檢測到晶片溫度超過預設溫度閾值時，輸出控制信號關斷所述第一電流模塊；所述第一電流模塊的工作電流大於所述第二電流模塊的工作電流；

所述電流採樣電路採樣關斷所述第一電流模塊之後流經晶片電源線vdd的電流，所述比較器在所述晶片電源線vdd的電流大於預設參考電流時輸出有效信號；

所述邏輯器件在所述溫度保護電路輸出的控制信號為關斷第一電流模塊的信號且所述比較器輸出的信號為有效信號時，控制所述開關器件導通；所述開關器件導通使得位於晶片與晶片保護電路之間的保險絲熔斷。

具體實施時，所述第一電流模塊和所述第二電流模塊均可以為一個或多個，所述第一電流模塊和第二電流模塊可以為晶片保護電路中的功能模塊，在正常工作時具有一定的正常工作電流。

當晶片由於連接錯誤或者晶片損壞時，可能導致晶片異常大電流導致晶片自燃或引起火災，根據本申請實施例所提供的晶片保護電路，在檢測到異常大電流後，會啟動自我熔斷機制，將保險絲fuse熔斷，從而實現晶片斷開電氣連接，因此可以防止自燃或起火的問題，可以提高晶片的安全性。

實施中，所述保險絲連接於所述晶片電源端與所述第一端點之間、或者連接於所述晶片地線端與所述第二端點之間；

所述保險絲連接於所述晶片電源端與所述第一端點之間時，所述第二端點與所述晶片地線端相連；

所述保險絲連接於所述晶片地線端與所述第二端點之間時，所述第一端點與所述晶片電源端相連。

本申請實施例可以將保險絲設置於靠近晶片電源線一端，也可以將保險絲設置於靠近晶片地線一端，只要實現保險絲熔斷使得晶片與晶片保護電路斷開電氣連接即可。

實施中，所述溫度保護電路檢測到晶片溫度超過預設溫度閾值時，輸出有效信號關斷所述第一電流模塊；所述邏輯器件為與門，所述與門在所述溫度保護電路與比較器均輸出有效信號時控制開關器件導通。

實施中，所述預設參考電流可以為大於所述第二電流模塊工作電流的電流值。

實施中，所述預設參考電流可以為所述第二電流模塊工作電流的兩倍。

實施中，所述比較器為遲滯比較器。

本申請實施例在具體實施時可以採用遲滯比較器，以儘量避免比較器輸出結果的振蕩。

實施中，所述開關器件可以為nmos管。

實施中，所述保險絲可以設置於所述晶片上且採用多晶矽材料形成。

實施中，所述保險絲可以設置為連接晶片管腳和晶片壓焊區的封裝金屬線，或者設置於連接晶片的印刷電路板上。

實施中，所述保險絲可以採用錫鉛合金或者熔點低於預設熔點值的金屬構成。

基於同一發明構思，本申請實施例還提供了一種晶片保護系統，包括上述晶片保護電路以及保險絲，所述保險絲位於晶片與晶片保護電路之間。

本申請實施例是在當晶片出現過溫保護時，停止所有大電流模塊，將晶片的耗電減小到最低，如果在這種狀態下仍然檢測到大電流流經晶片電源線或流經地線，則判斷晶片處於異常，然後啟動自毀機制，燒斷連接在電源通路上的保險絲，從而實現對晶片的永久保護。

為了便於本申請的實施，下面以實例進行說明。

本發明的原理圖如圖2所示，其中包括保險絲fuse、nmos管mn1、與門and1、遲滯比較器comhy、電流採樣電路isense、溫度保護電路otp、大電流模塊(bigcurrentblock)、小電流模塊(smallcurrentblock)。

當晶片溫度過高，例如超過120攝氏度時，溫度保護電路otp輸出turnoff變成高電平，關斷大電流模塊(bigcurrentblock)；

電流採樣電路isense採樣流經電源線vdd的電流，如果此時晶片流經電流仍然較高(例如大於小電流模塊正常工作電流的兩倍)，參考電流ith可以被設計為例如等於小電流模塊正常工作電流的兩倍，則遲滯比較器comhy輸出信號ocp變為高電平；

當ocp信號和turnoff同時為高電平時，與門and1輸出信號burn變為高電平，控制nmos管mn1導通，產生大電流熔斷保險絲。

實際設計中，在一種實現方案中，保險絲fuse被設計在晶片上，採用比較容易熔斷的多晶矽材料形成；

在另一種實現方案中，保險絲fuse被設計為封裝連接的引線(bondingwire)，封裝引線是指連接晶片管腳和晶片壓焊區的封裝金屬線，在本發明中，此金屬引線可以採用錫鉛合金或者其他低熔點金屬構成；

在另一種實現方案中，保險絲fuse被設計在連接晶片的印刷電路板上，也可以由錫鉛合金或者其他低熔點金屬構成。

圖2中的ith參考電流可以一般由集成電路中的參考信號產生電路產生，屬於常規技術，此處省略描述。

圖3示出了本申請實施例中晶片保護電路的結構示意圖三，如圖所示，具體實施時，為了進一步確保不會出現誤燒斷保險絲的情況，還可以對溫度保護電路與所述邏輯器件(例如與門)之間增加延時電路delay，如圖3所示，從而確保在關斷大電流模塊之後延遲一段時間將turnoff信號發送至邏輯器件，邏輯器件將延遲一段時間發來的turnoff信號與電流採樣電路經比較器輸出的信號進行邏輯處理，由於電流採樣電路是實時採樣，此時比較器輸出的即為關斷大電流模塊之後採樣的電流的比較結果。

具體實施時，所述延時電路還可以僅對turnoff信號的上升沿延時。

當晶片由於連接錯誤或者晶片損壞時，可能導致晶片異常大電流導致晶片自燃或引起火災，根據本發明的電路根據上述機制檢測到異常大電流後，會啟動自我熔斷機制，將fuse熔斷，從而實現晶片斷開電氣連接，因此可以防止自燃或起火的問題，可以提高晶片的安全性。

儘管已描述了本申請的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本申請範圍的所有變更和修改。