一种气囊点火芯片开关降压保护电路及系统的制作方法

本发明涉及集成电路设计，特别是涉及一种气囊点火芯片开关降压保护电路及系统。

背景技术：

1、随着汽车功能安全等级不断提高，安全气囊点火芯片通常需要在点火回路与储能电容之间设置保护电路，以对点火回路供电电压进行调节。为此，现有技术方案通常在点火回路前端配置专用开关保护电路。如图1所示，当前汽车安全气囊点火芯片的典型点火架构主要包括dc-dc及充电电路、开关保护电路、动态诊断电路、点火回路和储能电容五个核心功能模块。该架构通过在储能电容与点火回路之间增设开关保护电路，有效隔离了异常状态，提升芯片的整体鲁棒性与工作稳定性。

2、如图2所示，现有技术中典型的点火通路开关保护电路多采用线性稳压钳位架构。该架构使用nmos型功率管作为安全开关，通过前置的放大器op构成电压钳位系统。其工作原理是将较高的储能电容处电压经由nmos型功率管的源极-漏极通路，线性压降至预设的安全工作电压，即通过nmos型功率管的线性区导通电阻来消耗多余的电压差。然而，该结构在多路点火回路同时触发或单路大电流点火时，安全开关管两端需承受巨大的线性压降，从而瞬间产生极高的瞬态热功耗，引发局部热点效应与瞬态热应力累积，易导致器件热击穿，降低芯片的整体可靠性与寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种气囊点火芯片开关降压保护电路及系统，用于解决现有开关保护电路利用nmos型功率管的线性区导通电阻来消耗多余的电压差导致热功耗高的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种气囊点火芯片开关降压保护电路，包括：

3、第一可控开关、第二可控开关、储能电感、采样电路、时钟产生电路和点火逻辑控制电路；

4、其中，所述第一可控开关的第一端连接储能电容，所述第一可控开关的第二端连接所述第二可控开关的第一端和所述储能电感的第一端，所述第一可控开关的控制端连接所述时钟产生电路的第一输出端，用于接收第一脉冲信号；

5、所述第二可控开关的第二端接地，所述第二可控开关的控制端连接所述时钟产生电路的第二输出端，用于接收第二脉冲信号；

6、所述储能电感的第二端连接点火回路的供电端，用于输出工作电压；

7、所述采样电路的输入端接入所述工作电压，所述采样电路的第一输出端连接所述时钟产生电路的第一输入端，用于根据所述工作电压输出反馈信号；所述采样电路的第二输出端连接所述点火逻辑控制电路的输入端，用于在所述工作电压超出安全范围时输出故障信号；

8、所述点火逻辑控制电路的输出端连接所述时钟产生电路的第二输入端，用于在接收到所述故障信号时输出锁定信号；

9、所述时钟产生电路用于根据所述反馈信号调节所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号以使所述工作电压稳定在所述安全范围内，并在接收到所述锁定信号时停止输出所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号。

10、可选的，所述点火逻辑控制电路还用于在系统上电或点火动作执行前输出所述锁定信号。

11、可选的，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号为具有死区时间的互补非交叠信号。

12、可选的，所述采样电路包括：

13、电阻阵列、第一比较器、第二比较器和或门；

14、所述电阻阵列的第一端接入所述工作电压，所述电阻阵列的第二端接地，所述电阻阵列的输出端作为所述采样电路的第一输出端，用于对所述工作电压进行分压，并输出所述反馈信号；

15、所述第一比较器的第一输入端和第二输入端分别连接所述电阻阵列的第一分压点和过压参考电压，用于在所述工作电压超过预设上限阈值时输出第一信号；所述第一比较器的使能端接入第一使能信号；

16、所述第二比较器的第一输入端和第二输入端分别连接所述电阻阵列的第二分压点和欠压参考电压，用于在所述工作电压低于预设下限阈值时输出第二信号；所述第二比较器的使能端接入第一使能信号；

17、所述或门的输出端作为所述采样电路的第二输出端，用于对所述第一信号和所述第二信号进行或逻辑运算后输出。

18、可选的，所述点火逻辑控制电路包括d触发器、第一反相器和第一与非门；

19、所述d触发器的数据输入端接入高电平，所述d触发器的时钟输入端连接所述采样电路的第二输出端，所述d触发器的复位端接入与第二使能信号反相的复位信号，所述d触发器的输出端连接所述第一反相器的输入端；所述第一反相器的输出端连接所述第一与非门的第一输入端；所述第一与非门的第二输入端接入第二使能信号，所述第一与非门的输出端连接所述时钟产生电路的第二输入端。

20、可选的，还包括：

21、低压差线性稳压模块，所述低压差线性稳压模块的输入端连接充电电路，所述低压差线性稳压模块的输出端连接所述时钟产生电路的供电端，用于为所述时钟产生电路提供电能。

22、可选的，所述时钟产生电路包括：

23、锯齿波发生电路、误差放大器、第三比较器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第二与非门、第三与非门、缓冲器和驱动电路；

24、所述误差放大器的第一输入端作为所述时钟产生电路的第一输入端，所述误差放大器的第二输入端接收参考电压，所述误差放大器的输出端连接所述第三比较器的第一输入端；

25、所述锯齿波发生电路的输出端连接所述第三比较器的第二输入端；所述锯齿波发生电路的使能端接入第二使能信号；

26、所述第三比较器的输出端分别连接所述第二反相器的输入端和所述缓冲器的输入端；所述第二反相器的输出端和所述缓冲器的输出端分别连接所述第二与非门的第一输入端和所述第三与非门的第一输入端；

27、所述第三反相器的输入端作为所述时钟产生电路的第二输入端，所述第三反相器的输出端分别连接所述第二与非门的第二输入端和第三与非门的第二输入端；

28、所述第二与非门的输出端和所述第三与非门的输出端分别连接所述第四反相器的输入端和第五反相器的输入端，所述第四反相器和第五反相器的输出端分别连接所述驱动电路的第一输入端和第二输入端；所述驱动电路的第一输出端和第二输出端分别输出所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号。

29、可选的，还包括：

30、输出滤波电容，所述输出滤波电容的第一端连接所述储能电感的第二端，所述输出滤波电容的第二端接地。

31、可选的，所述第一可控开关为第一nmos管，所述第二可控开关为第二nmos管；

32、所述第一nmos管的栅极作为所述第一可控开关的控制端，所述第一nmos管的漏极作为所述第一可控开关的第一端，所述第一nmos管的源极作为所述第一可控开关的第二端；所述第二nmos管的栅极作为所述第二可控开关的控制端，所述第二nmos管的漏极作为所述第二可控开关的第一端，所述第二nmos管的源极作为所述第二可控开关的第二端。

33、为了解决上述问题，本发明还提供了一种气囊点火芯片开关降压保护系统，包括点火回路，还包括上述的气囊点火芯片开关降压保护电路，所述气囊点火芯片开关降压保护电路中储能电感连接所述点火回路的供电端。

34、本发明提供了一种气囊点火芯片开关降压保护电路，包括：第一可控开关、第二可控开关、储能电感、采样电路、时钟产生电路和点火逻辑控制电路。第一可控开关、第二可控开关分别在第一脉冲信号和第二脉冲信号的驱动下交替导通和闭合，使得储能电感周期性的充能与放能，从而实现电压钳位功能，同时采样电路实时检测工作电压，并将反馈信号输出至时钟产生电路，时钟产生电路根据反馈信号调节第一脉冲信号和第二脉冲信号以稳定工作电压。此外，采样电路工作电压超出安全范围时输出故障信号至点火逻辑控制电路，点火逻辑控制电路在接收到故障信号时输出锁定信号至时钟产生电路以停止第一脉冲信号和第二脉冲信号的输出。本发明采用第一可控开关、第二可控开关以及储能电感构成开关降压拓扑，由于第一可控开关和第二可控开关的内阻和储能电感的直流电阻都较小，从而有效降低保护电路的热功耗，提高芯片可靠性，同时采样电路实时检测工作电压，并将反馈信号输出至时钟产生电路，实现工作电压闭环调节，提高了输出电压的稳定性和控制精度。此外，通过采样电路检测工作电压是否超出预设安全范围，当检测到异常时，点火逻辑控制电路输出锁定信号控制时钟产生电路停止输出驱动信号，使第一可控开关和第二可控开关快速关断，提高了故障响应速度及系统功能安全性。

35、此外，对于本发明提供的一种气囊点火芯片开关降压保护系统，效果同上。