一种低温加热保护芯片启动的系统及方法

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，尤其涉及一种低温加热保护芯片启动的系统及方法。

背景技术

现在通信行业，很多芯片都已经可以做到工业级，甚至军工级，但军工级芯片除了特殊项目，很少在常规项目中使用到军工级芯片，成本和采购性的原因让大部分项目场景都是应用工业级芯片，而国产工业级芯片，虽然已经有能够做到-40°的运行温度范围，但时常存在工业设备长期应用在低温环境下，芯片无法正常低温启动的问题，针对此情况，很多设备工程师在设计时，便会想通过结构加热或者加热膜贴在板卡设备上加热或者其他加热措施，花费很多的人力和成本，且由于设备在很多环境下，不仅要考虑低温加热场景，还要考虑高温散热的问题，导致存在设计复杂、结构复杂、成本花费比较高而且效率低等缺点。

因此亟需对现有的芯片加热系统以及方法进行改进，以解决现有的芯片加热系统以及方法存在的设计复杂、结构复杂、成本花费比较高而且效率低的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温加热保护芯片启动的系统及方法，用以解决现有的芯片加热系统以及方法存在的设计复杂、结构复杂、成本花费比较高而且效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，提供一种低温加热保护芯片启动的系统，包括一级电路，所述一级电路设有二级电路和三级电路；

所述一级电路还包括控制模块和温度监测模块；

所述控制模块的信号输出端与所述二级电路的信号输入端连接，所述二级电路的信号输出端与所述三级电路的信号输入端连接，所述控制模块的信号输入端与所述温度监测模块的信号输出端连接；

所述控制模块作为软件控制端，用于实现对温度监测模块、二级电路和三级电路的总控制；

所述一级电路用于实现对二级电路的开启和关闭控制；

所述二级电路用于实现对三级电路的开启和关闭控制以及保护；

所述三级电路用于实现对芯片的加热以及对加热过程进行保护。

优选的，当待保护芯片启动时，所述一级电路的控制模块控制所述二级电路启动；当二级电路启动时，所述二级电路控制所述三级电路启动，并且实现对三级电路的保护。

优选的，所述二级电路为AC控制电路，所述三级电路为低温加热电路。

优选的，所述AC控制电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第一三极管和场效应管；

所述第一电容的一端分别接PWM控制信号输入端、第一电阻和第二电阻，第二电阻接地，第一电容的另一端通过第三电阻与第一三极管的基极连接，并通过第一二极管和第四电阻与第一三极管的发射极连接并接地，第一三极管的集电极分别与第五电阻和第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端与场效应管的栅极连接，场效应管的源极接地，漏极连接第八电阻，第六电阻通过第七电阻接地，通过第二电容接地。

优选的，所述场效应管的型号为2n7002k，第一二极管的型号为SS510A，第一三极管的型号为MMBT3904。

优选的，所述低温加热电路包括前端电路和后端电路，后端电路用于实现对待保护芯片的加热，所述后端电路包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容和第二二极管，第二二极管的型号为SS510A；

所述第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻之间相互并联，并联后一端接第二二极管的阴极，另一端接地，第二二极管的阳极接5V电压；第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容之间互相并联，并联后一端接第二二极管的阴极，另一端接地。

优选的，所述前端电路用于实现对后端电路的控制和保护，包括自恢复保险丝、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第二十三电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第三三极管和第二三极管；

所述自恢复保险丝的一端接5V电源的输入端，另一端分别接第九电阻、第四电容以及第三三极管的S1、S2、S3接口，第九电阻和第四电容并联后与第三三极管的G接口、第十电阻和第二十三电阻连接，第二十三电阻与第二三极管的集电极连接，第二三极管的发射极接地，第十二电阻与第三电容并联，并联后一端分别接第十一电阻和第二三极管的基极，另一端接地；第五电容和第六电容并联，并联后一端接第十电阻，另一端接第三三极管的D5、D6、D7、D8接口；第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容和第十二电容之间互相并联，并联后一端接第三三极管的D5、D6、D7、D8接口，另一端接地。

优选的，所述第二三极管MMBT3904，第三三极管的型号为SI4425FDY-T1-GE3，所述自恢复保险丝的型号为PTC-2920L700/12MR。

优选的，所述控制模块为MCU控制模块或者CPLD控制模块，所述MCU控制模块的型号为：HC32F4A0PITB-LQFP100。

第二方面，提供一种低温加热保护芯片启动的方法，采用基于任一项所述的一种低温加热保护芯片启动的系统，包括以下步骤：

S1：温度监测模块开启，实时监测环境温度是否低于温度阈值，若是，执行S2，若否，直接进行芯片启动；

S2：启动二级电路，实现对三级电路的保护及控制；

S3：二级电路控制三级电路开启加热以及进行实时加热电路保护；

S4：温度监测模块监测温度是否高于温度阈值，若是，执行S5，若否，循环执行步骤S2和S3；或者控制模块获取到待保护芯片启动完成信号，执行S5；

S5：关闭系统。

本发明的有益效果包括：

本发明提供的低温加热保护芯片启动的系统及方法，当待保护芯片启动时，温度监测模块对环境温度进行监测，并将监测到的环境温度传输给控制模块，控制模块内设有温度阈值，当环境温度低于该温度阈值时，控制模块向二级电路发送PWM控制信号，二级电路控制三级电路启动，三级电路中的加热电阻通电实现对待保护芯片周围加热，防止待保护芯片由于低温的影响导致异常启动，在待保护芯片正常启动后，关闭该系统。该系统结构设计简单并且通过低成本的结构实现有效控制加热过程，同时系统的加热效率高、适应性强。

附图说明

图1为本发明的低温加热保护芯片启动的系统的结构示意图。

图2为本发明的低温加热保护芯片启动的系统的二级电路示意图。

图3为本发明的低温加热保护芯片启动的系统的三级电路示意图。

图4为本发明的低温加热保护芯片启动的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请将围绕可包括多个设备、组件、模块等的系统来呈现各个方面、实施例或特征。应当理解和明白的是，各个系统可以包括另外的设备、组件、模块等，并且/或者可以并不包括结合附图讨论的所有设备、组件、模块等。此外，还可以使用这些方案的组合。

另外，在本申请实施例中，“示例地”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念。

本申请实施例中，“信息（information）”，“信号（signal）”，“消息（message）”，“信道（channel）”、“信令（singaling）”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。“的(of)”，“相应的（corresponding，relevant）”和“对应的(corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。

下面结合附图1~图4对本发明作进一步的详细说明：

参见附图1所示，一种低温加热保护芯片启动的系统，包括一级电路，一级电路设有二级电路和三级电路；所述一级电路还包括控制模块和温度监测模块。控制模块的信号输出端与所述二级电路的信号输入端连接，所述二级电路的信号输出端与所述三级电路的信号输入端连接，所述控制模块的信号输入端与所述温度监测模块的信号输出端连接。

控制模块作为软件控制端，用于实现对温度监测模块、二级电路和三级电路的总控制；所述一级电路用于实现对二级电路的开启和关闭控制；所述二级电路用于实现对三级电路的开启和关闭控制以及保护；所述三级电路用于实现对芯片的加热以及对加热过程进行保护。

当待保护芯片启动时，所述一级电路的控制模块控制所述二级电路启动；当二级电路启动时，所述二级电路控制所述三级电路启动，并且实现对三级电路的保护。

在低温加热保护芯片启动的系统的工作过程中，首先控制模块获取到待保护芯片启动的信号，温度监测模块实时监测该待保护芯片工作的外部环境的温度，并将监测到的温度信号传输给控制模块。控制模块内设有温度阈值，控制模块将获取到的实时环境温度与该温度阈值进行比较，当实时环境温度低于该温度阈值时，控制模块向二级电路发送PWM控制信号，控制二级电路启动，二级电路控制三级电路启动，三级电路中的加热电阻工作实现对待保护芯片的周围进行加热，避免待保护芯片在启动时因为低温导致异常启动，使得待保护芯片的安全启动。

上述温度监测模块的型号为LM75BDP118。

二级电路为AC控制电路，三级电路为低温加热电路。

参见图2，AC控制电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第一三极管Q1和场效应管Q4；

第一电容C1的一端分别接PWM控制信号输入端、第一电阻R1和第二电阻R2，第二电阻R2接地，第一电容C1的另一端通过第三电阻R3与第一三极管Q1的基极连接，并通过第一二极管D1和第四电阻R4与第一三极管Q1的发射极连接并接地，第一三极管Q1的集电极分别与第五电阻R5和第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与场效应管Q4的栅极连接，场效应管Q4的源极接地，漏极连接第八电阻R8，第六电阻R6通过第七电阻R7接地，通过第二电容C2接地。

该AC控制电路在工作过程中，当控制模块获取的实际环境温度低温其内设的温度阈值时，向该AC控制电路的输出端输入PWM控制信号，具有第一电容C1和第一三极管Q1的AC控制电路，在PWM控制信号跳变的上升沿和下降沿导通第一三极管Q1和场效应管Q4处于导通状态，以启动三级电路即低温加热电路。

为了防止低温加热电路在加热过程中加热温度过高造成对待保护芯片的损坏以及其他待保护芯片的异常情况，通过不导通AC控制电路中的第一三极管Q1，将二级电路关闭，进而关闭低温加热电路，防止低温加热电路的持续加热损坏待保护芯片。

上述方案中的场效应管Q4的型号为2n7002k，第一二极管D1的型号为SS510A，第一三极管Q1的型号为MMBT3904。

参见图3，低温加热电路包括前端电路和后端电路，后端电路用于实现对待保护芯片的加热，包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19和第二二极管D2，第二二极管D2的型号为SS510A。

第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22之间相互并联，并联后一端接第二二极管D2的阴极，另一端接地，第二二极管D2的阳极接5V电压；第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19之间互相并联，并联后一端接第二二极管D2的阴极，另一端接地。

前端电路用于实现对后端电路的控制和保护，包括自恢复保险丝J1、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第二十三电阻R23、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第二三极管Q2和第三三极管Q3。

自恢复保险丝J1的一端接5V电源的输入端，另一端分别接第九电阻R9、第四电容C4以及第三三极管Q3的S1、S2、S3接口，第九电阻R9和第四电容C4并联后与第三三极管Q3的G接口、第十电阻R10和第二十三电阻R23连接，第二十三电阻R23与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的发射极接地，第十二电阻R12与第三电容C3并联，并联后一端分别接第十一电阻R11和第二三极管Q2的基极，另一端接地；第五电容C5和第六电容C6并联，并联后一端接第十电阻R10，另一端接第三三极管Q3的D5、D6、D7、D8接口；第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12之间互相并联，并联后一端接第三三极管Q3的D5、D6、D7、D8接口，一端接地。

AC控制电路向低温加热电路输入控制信号，低温加热电路接收到控制信号后，使得第二三极管Q2以及第三三极管Q3均处于导通状态，使得后端的加热电阻（第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22）通电，实现对待保护芯片的加热，避免待保护芯片在启动时因为低温导致异常启动，使得待保护芯片的安全启动，其中加热电阻的型号为RC2512JK-7W15RL。

在低温加热电路在工作过程中，为了防止5V电源对地短路以及加热电阻出现短路等异常情况，通过自恢复保险丝J1以及第二二极管D2保障加热电阻在加热过程中5V电源不会对地短路，且当前端电路的输入电源收到瞬时大电流输入时，在第九电阻R9以及第六电阻R6的RC电路增加电源输入的缓启动，以及自恢复保险丝J1的可自恢复特性下，保障了加热电路的安全性，并且通过低成本的结构实现对低温加热电路的加热过程中，便利地实现对加热时间、加热效率以及加热功耗的控制。

第二三极管的Q2型号为MMBT3904，第三三极管Q3的型号为SI4425FDY-T1-GE3，所述自恢复保险丝J1的型号为PTC-2920L700/12MR。

在上述方案中，控制模块可以为MCU控制模块或者CPLD控制模块或者其他通过PWM控制信号实现控制的控制模块，所述MCU控制模块的型号为：HC32F4A0PITB-LQFP100。

参见图4，一种低温加热保护芯片启动的方法，包括以下步骤：

S1：温度监测模块开启，实时监测环境温度是否低于温度阈值，若是，执行S2，若否，直接进行芯片启动；

S2：启动二级电路，实现对三级电路的保护及控制；

S3：二级电路控制三级电路开启加热以及进行实时加热电路保护；

S4：温度监测模块监测温度是否高于温度阈值，若是，执行S5，若否，循环执行步骤S2和S3；或者控制模块获取到待保护芯片启动完成信号，执行S5；

S5：关闭系统。

综上所述，本发明提供的低温加热保护芯片启动的系统及方法，在低温加热保护芯片启动的系统的工作过程中，首先控制模块获取到待保护芯片启动的信号，温度监测模块实时监测该待保护芯片工作的外部环境的温度，并将监测到的温度信号传输给控制模块。

控制模块内设有温度阈值，控制模块将获取到的实时环境温度与该温度阈值进行比较，当实时环境温度低于该温度阈值时，控制模块向二级电路发送PWM控制信号，控制二级电路启动，二级电路控制三级电路启动，三级电路中的加热电阻工作实现对待保护芯片的周围进行加热，避免待保护芯片在启动时因为低温导致异常启动，使得待保护芯片的安全启动，并通过低成本的结构实现对低温加热电路的加热过程中，灵敏的实现对加热时间、加热效率以及加热功耗的控制。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。