[发明专利]超低温环境下工业级芯片的工作电路系统及其方法在审

专利信息
申请号: 202111432095.0 申请日: 2021-11-29
公开(公告)号: CN114268086A 公开(公告)日: 2022-04-01
发明(设计)人: 杨飞;杨凯强;刘耸霄;李鑫旺;钟艺玲;徐彤彤;周明 申请(专利权)人: 海鹰企业集团有限责任公司
主分类号: H02J1/00 分类号: H02J1/00
代理公司: 无锡派尔特知识产权代理事务所(普通合伙) 32340 代理人: 叶昕;杨立秋
地址: 214000 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 超低温 环境 工业 芯片 工作 电路 系统 及其 方法
【说明书】:

发明涉及超低温环境下工业级电路线路技术领域,具体涉及超低温环境下工业级芯片的工作电路系统及其方法;电路系统包括:电源、多个继电器、多个PCB加热模块、多个热敏传感器、数字温度传感器、MCU、MOS管、主功能电路和LDO;当电路系统工作前,继电器默认处于闭合状态,继电器会接通电源和PCB加热模块内部的铜线路进行加热,在PCB加热模块内部铜线路的表面安装有多个热敏传感器和数字温度传感器,当加热电路温度达到设定温度时,热敏电阻会与高侧电阻分压主动驱动继电器给PCB加热模块断电。可解决超低温(如低于‑40℃)环境下,工业级电路无法工作的问题,有利于使用低成本方案提高电路适用环境范围,降低设计生产成本。

技术领域

本发明涉及超低温环境下工业级电路线路技术领域,具体涉及超低温环境下工业级芯片的工作电路系统及其方法。

背景技术

传统技术的基本情况:由于我国芯片生产制作工艺的相对落后,以及国外在高端芯片对中国卡脖子等因素的影响,很多工程设计应用比较容易获得的都是工业级芯片,但对于水声、军工很多方面的电路都需要面对超低温的环境考验,对于要求超低温环境下工作的设备很难有合适的芯片来满足实际需求。随着水声工程上研究应用逐渐广泛,从浅水到超深水域,从低纬度到高纬度,从民品到军品,对材料、电路方案都具有巨大的挑战。超低温条件下,首当其冲的是电路难启动的问题。超低温环境会导致电路出现各类失效现象,大大降低了电路可靠性,这直接关系着科研设备能否正常工作。

对于超低温条件电路启动难的问题,工程师们也想出了不少针对性的解决方法:

1)航天器的低温启动解决方案:对于短期的航天探测任务,如 Huygens 的太阳神探测,可将电路安装温度控制箱内。而对于每天经历低温循环的火星探测器,基本采用电解液加热。

2)汽车在高原低温启动解决方案:为了解决低温环境下蓄电池的放电问题,采用超级电容代替蓄电池为柴油机启动马达供电,从而带动柴油机发动,最后利用柴油机传热给ECU主控,最后确保电路温度上升到工作的正常温度。

传统的低温电路启动解决方主要存在以下的缺点:

1)航天器的低温启动解决方案:温度保护系统除了需加装额外的设备,也需温度控制系统来调节其工作温度。加热装置一方面会增加系统的体积和重量;另一方面,还会增加系统的复杂性。因此,极端温度环境防护技术是以牺牲装备机动性、电力、重量等为代价的。有时,对于直接暴露在极端温度环境中的器件或组件进行隔离防护很不现实。

2)汽车在高原低温启动解决方案:低温环境下,蓄能电容性能会大大降低,同时电容的使用寿命也会逐渐减少,同时由于需要存储相应能量,电容的体积也会随之增加,给小型化产品带来了一定困难。

传统采用高温舱体加热等方式偏重于利用外部设备实现加热功能,空间尺寸需求较大,由于水声相关的设备体积普遍不大,不适用传统加热方式。为此,提出需要解决的两个问题:

1)理清极端温度环境下电路板失效机理,温度环境从哪几个方面导致电路元器件失效的原因和规律。

2)获取目前解决超低温启动难的具体解决方案的评估,使方案更加“可观”。如何简单有效的让工业级芯片可以在超低温环境下正常工作十分必要。

本发明要解决的技术问题主要是有以下几个方面:

1)设计一个加热控制电路,用于加热电路的开通和关闭,控制一个或者多个加热通道的通断,为整个电路提供可靠的加热控制功能。

2)设计一个PCB加热回流电路,通过PCB内层的同层走线,形成电流流动的路径,作为整个电路加热的加热电阻部分,缩小整体电路的体积。降低硬件成本。

3)设计一个温度检测电路,用于检测加热温度是否达到目标值,并给控制电路信号来切断加热回路,确保不会因为过度加热导致电路损坏。

发明内容

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