浪涌防护芯片及系统 |
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| 申请号 | CN202410299443.9 | 申请日 | 2024-03-15 | 公开(公告)号 | CN117977517A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 上海芯导电子科技股份有限公司; | 发明人 | 张葳; 符志岗; 欧新华; 袁琼; 朱同祥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种浪涌保护芯片及系统，包括：基岛，浪涌防护芯片的输入端通过第一连接件连接到基岛上；集成 电路 模 块 ，输入端连接到基岛上，输出端连接浪涌防护芯片的输出端，接地端连接所述浪涌防护芯片的接地端； 开关 管，第一端连接到基岛上，第二端连接浪涌防护芯片的接地端，第三端连接集成电路模块的控制端；当工作 电压 或 电流 小于预设浪涌触发 阈值 时，集成电路模块的控制端的输出 信号 处于关断开关管状态；当工作电压大于等于预设浪涌触发阈值时，集成电路模块的控制端的 输出信号 导通开关管，能够使得第一连接件熔断。本发明的技术方案，实现了在发生浪涌时，输入端与输出端、与接地端都为开路状态，防护可靠性高，成本低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种浪涌防护芯片，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 浪涌防护芯片及系统技术领域背景技术[0002] 据统计，电子产品的故障有很大一部分是由于瞬变和浪涌造成的。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破，就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些都是电子产品的隐形致命杀手。因此，为了提高电子产品的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。 [0003] 当前的防护措施有：通过在防护芯片的Vin与GND之间外接一个TVS，用于提高输入端的浪涌等级；该方案主要存在以下两个缺点： [0004] (1)浪涌能量一旦超过TVS，TVS击穿成短路状态，此时输入端对地短路，对输入端造成损坏；而当TVS上的打线熔断后，浪涌能量直接作用到后级的防护芯片上，防护芯片会被浪涌能量击穿，表现为短路，最终整个系统损坏； [0005] 采用合封TVS的方案，进入开路失效的模式完全依赖于TVS的特性，这样是一种被动式的防护，无法有效保护后级芯片，存在短路的现象，因此对浪涌防护能力的可靠性较差； [0006] 另外，防护芯片的直流耐压能力完全取决于TVS的直流耐压；而TVS的直流耐压肯定是比后级芯片要低，这样就导致整个防护芯片的直流耐压偏低；(后级芯片可以达到40V直流耐压，但是要想使TVS具有保护能力，则TVS的直流耐压必须小于40V)； [0007] 事实上，芯片在遇到能量较大的浪涌时，防护芯片通常是呈短路的失效模式；一旦防护芯片呈短路模式，就无法有效的保护其后级芯片，最终整个系统会在浪涌作用下损坏； [0008] (2)现有的TVS防浪涌方案，PCB布局上会占用空间，增加成本。 [0009] 因此，急需提供一种新的防护芯片，以解决现有技术中可靠性差、成本高的问题。 发明内容[0010] 本发明提供一种浪涌防护芯片及系统，以解决现有技术中浪涌防护可靠性差、成本高的问题。 [0011] 为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的： [0012] 根据本发明的第一方面，提供一种浪涌防护芯片，其包括： [0013] 基岛，所述浪涌防护芯片的输入端通过第一连接件连接到所述基岛上； [0017] 当所述浪涌防护芯片的输入端的工作电压或电流大于等于所述预设浪涌触发阈值时，所述集成电路模块的控制端的输出信号导通所述开关管，能够使得所述第一连接件熔断。 [0018] 较佳地，所述集成电路模块的输入端连接到所述基岛上具体为：所述集成电路模块的输入端通过第二连接件连接到所述基岛上； [0019] 所述第一连接件的过电流能力比所述第二连接件的过电流能力弱。 [0020] 较佳地，所述第一连接件的数量为多个。 [0021] 较佳地，所述集成电路模块包括：控制电路，所述控制电路的输出端作为所述集成电路模块的控制端； [0022] 其中，所述控制电路包括： [0023] 输入状态检测电路，用于检测所述集成电路模块的输入端的电压或电流； [0024] 基准电路，用于提供预设浪涌触发阈值； [0025] 比较电路，用于将所述输入状态检测电路的检测值与所述预设浪涌触发阈值进行比较，判断所述集成电路模块的输入端的电压或电流是否大于等于所述预设浪涌触发阈值； [0026] 逻辑控制电路，用于根据所述比较电路的判断结果输出控制信号； [0027] 驱动电路，用于根据所述控制信号驱动所述开关管的关断或导通。 [0028] 较佳地，所述开关管的耐压大于等于所述集成电路模块的耐压。 [0029] 较佳地，所述开关管的第三端连接所述浪涌防护芯片的接地端具体为：所述开关管的第三端通过第三连接件连接所述浪涌防护芯片的接地端。 [0030] 较佳地，所述第二连接件的线径大于第一预设线径值；和/或，所述第二连接件的数量为多个； [0031] 所述第三连接件的线径大于第二预设线径值；和/或，所述第三连接件的数量为多个。 [0032] 较佳地，所述开关管与所述集成电路模块集成在同一封装体中，可以进一步降低成本。 [0033] 较佳地，所述第一连接件的过电流能力比所述第三连接件的过电流能力弱。 [0034] 根据本发明的第二方面，提供一种浪涌防护系统，其包括：封装体，以及上述任一项所述的浪涌防护芯片； [0035] 所述浪涌防护芯片封装在所述封装体中。 [0036] 本发明提供的浪涌防护芯片及系统，通过在集成电路模块并联开关管的方案，当工作电压或电流大于等于预设浪涌触发阈值时，第一连接件被熔断，即浪涌防护芯片的输入端与基岛的连接断开，此时浪涌防护芯片的输入端断开一切连接，其与输出端、接地端之间都处于开路状态，而非短路状态，能够及时且准确的保护后级电路，可以防止芯片呈短路失效模式而损坏后级电路，避免浪涌导致整个防护芯片的损坏，浪涌防护可靠性高。 [0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0039] 图1为本发明的一实施例的浪涌防护芯片的示意图； [0040] 图2为本发明的一实施例的控制电路的示意图； [0041] 图3为本发明的一实施例的浪涌防护系统的示意图； [0042] 附图标记说明： [0043] 101‑基岛， [0044] 102‑集成电路模块， [0045] 103‑开关管； [0046] 201浪涌防护芯片的输入端， [0047] 202‑浪涌防护芯片的输出端， [0048] 203‑浪涌防护芯片的接地端； [0049] 301‑第一连接件， [0050] 302‑第二连接件， [0051] 303‑第三连接件， [0052] 304‑第四连接件， [0053] 305‑第五连接件； [0054] 401‑输入状态检测电路， [0055] 402‑基准电路， [0056] 403‑比较电路， [0057] 404‑逻辑控制电路， [0058] 405‑驱动电路， [0059] 5‑封装体。 具体实施方式[0060] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0061] 在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0062] 在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。 [0063] 在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。 [0064] 在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0065] 下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。 [0066] 针对浪涌防护，传统的方案主要是通过在防护芯片的Vin与GND之间外接TVS的方案，该方案存在以下缺点： [0067] 浪涌能量一旦超过TVS，TVS击穿成短路状态，此时的输入端对地短路，会造成防护芯片输入端前级电路损坏；而当TVS上的打线熔断后，浪涌能量直接作用到防护芯片上，防护芯片也被浪涌能量击穿，表现为短路，导致防护芯片的后级电路损坏；最终整个系统损坏； [0068] 采用合封TVS的方案，进入开路失效的模式完全依赖于TVS的特性，这样是一种被动式的防护，无法有效保护后级芯片，存在短路的现象，因此对浪涌防护能力的可靠性较差； [0069] 另外，防护芯片的直流耐压能力完全取决于TVS的直流耐压；而TVS的直流耐压肯定是比其后级芯片要低，这样就导致整个防护芯片的直流耐压偏低；(后级芯片可以达到40V的直流耐压，但是要想使TVS具有保护能力，则TVS的直流耐压必须小于40V)； [0070] 事实上，芯片在遇到能量较大的浪涌时，防护芯片通常是呈短路的失效模式；一旦防护芯片呈短路模式，就无法有效的保护其后级芯片，最终整个系统会在浪涌作用下损坏。 [0071] 鉴于此，本申请提供了一种新的浪涌防护芯片，其包括：基岛101、集成电路模块102、开关管103，请参考图1。其中，浪涌防护芯片的输入端(VIN)201通过第一连接件301连接到基岛101上；集成电路模块102的输入端Vin连接到基岛101上，集成电路模块102的输出端Vout连接浪涌防护芯片的输出端(VOUT)202，集成电路模块102的接地端Gnd连接浪涌防护芯片的接地端(GND)203。开关管103的第一端连接到基岛上(可以通过导电胶的方式连接，图中未示意出第一端与基岛的连接)，开关管103的第二端连接浪涌防护芯片的接地端 203，开关管103的第三端连接集成电路模块102的控制端GC。 [0072] 当浪涌防护芯片的输入端201的工作电压或电流小于预设浪涌触发阈值时，集成电路模块102的控制端的输出信号处于关断开关管103的状态，浪涌防护功能不工作，集成电路模块正常工作；当浪涌防护芯片的输入端201的工作电压或电流大于等于预设浪涌触发阈值时，集成电路模块102的控制端的输出信号导通开关管，能够使得第一连接件熔断。 [0073] 本申请的浪涌防护芯片，发生浪涌时，第一连接件首先熔断，浪涌防护芯片的输入端VIN被断开，其与其余所有元件、端口都处于开路状态。采用开路失效模式可以防止防护芯片呈短路失效模式而损坏后级电路；并且无论是VIN与VOUT，还是VIN与GND都处于开路状态，防护可靠性高。另外，开关管的直流耐压可以做到大于等于集成电路模块的直流耐压，从而能够保证浪涌防护芯片的直流耐压足够。 [0074] 进一步地，本申请的浪涌防护芯片，VIN端通过开关管连接GND端，当发生浪涌时，开关管导通，VIN端上的浪涌能量会通过开关管泄放掉。浪涌能量的泄放通路为：VIN→开关管→GND，能够保证浪涌能量不会进入到集成电路模块。 [0075] 可实施地，开关管103可以采用MOS管，MOS管的漏极作为开关管的第一端，MOS管的源极作为开关管的第二端，MOS管的栅极作为开关管的第三端。 [0076] 当然，不同实施例中，开关管103也可以采用三极管。 [0077] 一实施例中，集成电路模块102的输入端Vin连接到基岛101上具体为：集成电路模块102的输入端Vin通过第二连接件302连接到基岛上；第一连接件的过电流能力比第二连接件的过电流能力弱。能够保证在发生浪涌的时候，第一连接件首先熔断。一实施例中，为了保证浪涌防护芯片的输入端VIN到开关管103的过电流能力，保证正常电流的通过能力，可以增加第一连接件的数量，即第一连接件的数量为多个。 [0078] 对应地，为了保证第二连接件的过电流能力，可以将第二连接件的线径设计为大于第一预设线径值。另外，可以增加第二连接件的数量，即第二连接件的数量为多个。 [0079] 一实施例中，集成电路模块包括：控制电路，控制电路的输出端作为集成电路模块的控制端。请参考图2，控制电路包括：输入状态检测电路401、基准电路402、比较电路403、逻辑控制电路404以及驱动电路405。 [0080] 其中，输入状态检测电路401的输入端连接集成电路模块102的输入端，输出端连接比较电路403的一输入端；用于检测集成电路模块102的输入端的电压或电流。基准电路402连接比较电路403的另一输入端；基准电路用于提供预设浪涌触发阈值。比较电路403的输出端连接逻辑控制电路404的输入端；比较电路403用于将输入状态检测电路401的检测值与预设浪涌触发阈值进行比较，判断集成电路模块102的输入端的电压或电流是否大于等于预设浪涌触发阈值。逻辑控制电路404的输出端连接驱动电路405的输入端；逻辑控制电路404用于根据比较电路403的判断结果输出控制信号；驱动电路405的输出端作为集成电路模块的控制端，连接开关管的第三端；驱动电路405用于根据控制信号驱动开关管的关断或导通。 [0081] 一实施例中，为了避免浪涌防护芯片的耐压不够，开关管选用耐压大于等于集成电路模块的耐压。 [0082] 一实施例中，开关管103的第二端连接浪涌防护芯片的接地端GND具体为：开关管103的第二端通过第三连接件303连接浪涌防护芯片的接地端GND。 [0083] 第三连接件303连接浪涌防护芯片的接地端GND，发生浪涌时，浪涌能量的泄放路径为：VIN→第一连接件‑开关管‑第三连接件‑GND。第三连接件303会经过比较大的电流，为了防止其熔断，可以将第三连接件设计为过电流能力很强，具体为：将第三连接件303的线径设计大于第二预设线径值；和/或，将第三连接件的数量设计为多个。 [0084] 一实施例中，集成电路模块102的Gnd端也可以通过第三连接件303连接到GND端。 [0085] 一实施例中，集成电路模块102的Vout端可以通过第四连接件304连接浪涌防护芯片的VOUT，集成电路模块102的控制端可以通过第五连接件305连接开关管103的第三端。 [0086] 一实施例中，为了进一步降低成本，可以将开关管103与集成电路模块102集成在同一封装体中，即将开关管103集成在集成电路模块内部。 [0087] 一实施例中，可以设计第一连接件的过电流能力比第三连接件的过电流能力弱。 [0088] 可实施地，上述实施例中的连接件可以为打线。 [0089] 下面对第一连接件、第二连接件、第三连接件的打线选型进行举例说明： [0090] 第一连接件的线径可以选用阻抗高于第二连接件、第三连接件的线径，如：第一连接件可以选用0.6mil的铜线，第二连接件、第三连接件可以选用0.8mil的铜线。在数量上，为了保证各自的过电流能力，第一连接件、第二连接件、第三连接件中打线的数量都可以为多个。更进一步地，为了更好地保证第一连接件的过电流能力比第二连接件、第三连接件的过电流能力弱，可以设计第二连接件、第三连接件的打线的数量高于第一连接件的打线的数量。 [0091] 可实施地，第一连接件的打线数量可以为2，如包括两根0.6mil的铜线；第二连接件、第三连接件的打线数量可以为4，如都包括四根0.8mil的铜线。 [0092] 一实施例中，可以设计第一连接件的过电流能力比第四连接件的过电流能力弱。 [0093] 可实施地，第四连接件也可以选用0.8mil的铜线，第四连接件的打线数量也可以为4，即包括四根0.8mil的铜线。 [0094] 上述举例中，为了减少封装打线上的成本，第二连接件、第三连接件、第四连接件的打线选用了相同的线径。当然，不同实施例中，第二连接件、第三连接件、第四连接件的打线的线径也可以不同。 [0095] 当然，需要说明的是，上述打线的线径、数量只是举例说明。不同实施例中，打线的线径、数量可以根据实际需要进行不同的选择，只要能够保证第一连接件的过电流能力低于第二连接件、第三连接件、第四连接件的过电流能力即可。 [0096] 一实施例中，为了进一步降低封装成本，第五连接件可以选用与第二连接件、第三连接件、第四连接件相同线径的打线；如：可以采用0.8mil的铜线；或者，第五连接件也可以选用与第一连接件相同线径的打线；如：可以采用0.6mil的铜线。采用上述设计方案，保证了打线的线径只有两种，进而降低了打线的封装成本。 [0097] 一实施例中，还提供一种浪涌防护系统，其包括：封装体5、浪涌防护芯片，浪涌防护芯片封装在封装体5中，请参考图3。其中，浪涌防护芯片为上述任一实施例所述的浪涌防护芯片。 [0098] 一实施例中，浪涌防护芯片还包括功能性PAD，其可以通过打线的方式连接到封装体上对应的功能端口。 [0099] 在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0100] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 |
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