过压保护电路、IC芯片及过压保护方法

技术领域

本发明涉及芯片保护技术领域，具体涉及一种过压保护电路、IC芯片及过压保护方法。

背景技术

过压保护电路是指当为芯片供电的电压或者芯片自身产生的电压超出设计范围时，为芯片内部电路提供保护的电路，以避免芯片内部电路工作异常甚至芯片被损坏。

现有的大尺寸显示技术如LCD，其模组包括驱动显示芯片以及为驱动显示芯片供电的电源模块，且通常其驱动显示芯片和电源模块并未集成在一起，例如该驱动显示芯片和电源模块通过连接线(FFC)连接。虽然其电源模块中已集成有过压保护功能，但是该电源模块中的过压保护功能并不能完全保证驱动显示芯片不会因输入的电压过高而受到损伤，例如在TCON Less产品或者需要通过拔插连接线FFC来给驱动显示芯片供电的情况下，经常会因为带电拔插连接线FFC导致驱动显示芯片的电源模块接入高电压，从而导致IC烧毁进而整机失效，造成终端客户和模组厂巨大的经济损失。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种过压保护电路、IC芯片及过压保护方法，通过在芯片中设置额外的过压保护电路，使得无论外部电源是否有过压，芯片内部都有自我保护功能，同时该过压保护电路还可进行档位选择和过压记录，适用性更广，也有利于快速且准确的锁定芯片失效原因。

根据本发明第一方面，提供了一种过压保护电路，连接于电源模块与芯片内部电路之间，过压保护电路包括：

第一开关，串联于电源模块与芯片内部电路之间，用于根据控制信号连通或断开所述电源模块与所述芯片内部电路之间的供电路径；

控制电路，用于根据多条限压路径中的至少之一对所述供电路径上的电压进行检测，并根据检测结果提供所述控制信号，以实现对所述芯片内部电路的过压保护，

其中，在所述供电路径上的电压大于对应限压路径的限压值的情况下，所述控制信号控制所述第一开关断开所述供电路径。

可选地，所述多条限压路径中的至少部分限压路径上设置有第二开关，所述第二开关用于实现对对应限压路径是否有效接入所述过压保护电路的控制。

可选地，所述多条限压路径中的至少部分限压路径上还设置有电流指示器，所述电流指示器用于实现对所述供电路径上的电压是否达到对应限压值的指示。

可选地，所述多条限压路径中的每两条限压路径互为一组限压路径；每组限压路径对应同一限压值；且每组限压路径的其中之一上均设置有电流指示器，至少部分组限压路径的其中另一上设置有所述第二开关。

可选地，所述控制电路包括：

控制信号产生单元，用于根据所述供电路径上的电压和第二节点的电压生成所述控制信号；

限压单元，与所述控制信号产生单元连接于所述第二节点，所述限压单元用于根据所述多条限压路径中的至少之一对所述供电路径上的电压进行检测，并根据检测结果调节所述第二节点的电压值，

其中，在所述供电路径上的电压小于对应限压路径的限压值的情况下，所述第二节点具有第一电压值，且所述控制信号产生单元根据所述第一电压值生成控制所述第一开关导通以连通所述供电路径的所述控制信号；

在所述供电路径上的电压大于对应限压路径的限压值的情况下，所述第二节点具有第二电压值，且所述控制信号产生单元根据所述第二电压值生成控制所述第一开关关断以断开所述供电路径的所述控制信号。

可选地，所述控制信号产生单元包括：

第三开关，所述第三开关的电流输入端与所述第一开关的电流输入端连接，所述第三开关的控制端通过第二电阻与所述第二节点连接，所述第三开关的电流输出端与所述第一开关的控制端连接；

第一电阻，连接于所述第一开关的电流输入端与所述第二节点之间；

第三电阻，连接于所述第一开关的电流输入端与所述第一开关的控制端之间；

第四电阻，连接于所述第一开关的控制端与参考地之间。

可选地，所述多条限压路径中的每条限压路径上均包括稳压二极管，且每条限压路径的限压值均与对应限压路径上的稳压二极管的稳压值相同。

可选地，所述多条限压路径中的每条限压路径均包括：

比较器，第一输入端与所述第一开关的电流输入端连接，第二输入端接收对应限压值的参考电压，输出端通过第四开关与所述第一开关的控制端连接；

电流指示器，耦接于所述比较器的输出端与参考地之间。

根据本发明第二方面，提供了一种IC芯片，包括上所述的过压保护电路。

根据本发明第三方面，提供了一种过压保护方法，包括：选择多条限压路径中的至少之一对供电路径上的电压进行检测；

根据检测结果生成控制信号；

根据所述控制信号连通或断开电源模块与芯片内部电路之间的供电路径，

其中，在所述供电路径上的电压大于对应限压路径的限压值的情况下，所述控制信号控制断开所述供电路径。

本发明的有益效果至少包括：

采用本发明的技术方案，能够实现芯片内部电路的自我保护，且在进行过压保护时还可进行档位选择，适用性更广。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1示出现有的一种显示装置的结构示意图；

图2示出现有的一种驱动电路的结构示意图；

图3示出根据本发明实施例提供的驱动电路的结构示意图；

图4示出根据本发明实施例提供的IC芯片的结构示意图；

图5示出根据本发明第一实施例提供的过压保护装置的结构示意图；

图6示出根据本发明第二实施例提供的过压保护装置的结构示意图；

图7示出根据本发明实施例提供的过压保护方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

图1示出现有的一种显示装置的结构示意图，图2示出现有的一种驱动电路的结构示意图。如图1和图2所示，该显示装置包括显示面板50以及驱动该显示面板50的驱动电路。该驱动电路具体包括驱动芯片40以及为驱动芯片提供电源电压的电源模块100。其中，驱动芯片40设置在PCB板30上，例如由其芯片内部电路200进行数字和逻辑处理，电源模块100设置在控制器10上，且通常控制器10与PCB板30并未集成在一起，而是通过连接线FFC 20进行电连接，因此，电源模块100提供的芯片内部电路200工作所需的低压信号DVDD和高压信号AVDD需要通过连接线FFC 20才能传输至芯片内部电路200。在一些示例中，低压信号DVDD的电压范围一般为1.6～2V或者2.3～3.6V这两个区间，高压信号AVDD的电压范围为12～18V。

如果在连接连接线FFC 20时出现带电拔插并且斜插的情况，低压信号DVDD对应的电源线120很容易被错误的接到高压信号AVDD对应的电源线110上，那么低压信号DVDD必然会因为高压信号AVDD的高电压的接入导致损坏。虽然电源模块100中有设置过压保护功能，但也无法侦测到后端电路的短路发生，驱动芯片40无法得到有效的保护。此外，当电源模块100设定的低压信号DVDD的电压值超出驱动芯片40的应用范围时，或电源模块100的输出电压出现电涌时，也会在上电时导致驱动芯片40的内部电路200的损坏。

基于此，本发明公开了一种新的过压保护电路400，如图3所示，该过压保护电路400被设置在电源模块100和芯片内部电路200之间的供电路径上，可根据多条限压路径中的至少之一对供电路径上的电压进行检测，以此在供电路径上的电压大于对应限压路径的限压值的情况下，断开电源模块100和芯片内部电路200之间的供电路径，从而能够实现芯片内部电路200的自我保护。同时，通过设置电压范围选择电路300根据不同的接口应用或者对应不同低压信号DVDD电压范围的芯片需求对过压保护电路400的限压值即过压保护档位或范围进行选择，也有利于提高该过压保护电路400的适用性。

具体地，参考图4，该过压保护电路400包括：第一开关Q1和控制电路410。

本实施例中，第一开关Q1串联于电源模块100与芯片内部电路200之间，用于根据控制信号连通或断开电源模块100与芯片内部电路之间的供电路径。具体地，第一开关Q1的电流输入端与供电路径的输入端Vin连接以接收电源电压，第一开关Q1的电流输出端与芯片内部电路200的供电端Vout连接，第一开关Q1的控制端接收控制信号。

在一些示例性，该第一开关Q1例如为P型场效应晶体管，该P型场效应晶体管的源极为第一开关Q1的电流输入端，该P型场效应晶体管的漏极为第一开关Q1的电流输出端，该P型场效应晶体管的栅极为第一开关Q1的控制端。

控制电路410用于根据多条限压路径中的至少之一对该供电路径上的电压(即第一开关Q1的电流输入端的电压，记为V

进一步地，在本发明的一些示例中，控制电路410中的多条限压路径于同一时刻内仅其中的一条或一组限压路径被有效的接入在过压保护电路400中，此时，控制电路410根据该有效接入的限压路径所对应的限压值来对供电路径上的电压V

本发明中，多条限压路径在过压保护电压400中的有效接入情况可由电压范围选择电路300根据不同的接口应用或者对应不同低压信号DVDD电压范围的芯片需求进行选择控制。如此，有利于实现对芯片内部电路400的过压保护阈值的选择。

在本发明第一实施例中，如图5所示，控制电路410包括：控制信号产生单元411和限压单元412。其中，控制信号产生单元411与第一开关Q1的电流输入端连接于第一节点A，与第一开关Q1的控制端连接与第三节点C，该控制信号产生单元411用于根据供电路径上的电压V

示例性地，该控制信号产生单元411包括：第三开关Q2、第一电阻至第四电阻R1～R4。其中，第一电阻R1连接于第一开关Q1的电流输入端与第二节点B之间。第三开关Q2的电流输入端与第一开关Q1的电流输入端连接，第三开关Q2的控制端通过第二电阻R2与第二节点B连接，第三开关Q2的电流输出端与第一开关Q1的控制端连接。第三电阻R3连接于第一开关Q1的电流输入端与第一开关Q1的控制端之间。第四电阻R4连接于第一开关Q1的控制端与参考地之间。

可选地，第三开关Q2例如为P型场效应晶体管或者为PNP型双极型晶体管。当第三开关Q2为P型场效应晶体管时，该P型场效应晶体管的源极为该第三开关Q2的电流输入端，该P型场效应晶体管的漏极为该第三开关Q2的电流输出端，该P型场效应晶体管的栅极为该第三开关Q2的控制端。而当第三开关Q2为PNP型双极型晶体管时，该PNP型双极型晶体管的集电极为该第三开关Q2的电流输入端，该PNP型双极型晶体管的发射极为该第三开关Q2的电流输出端，该PNP型双极型晶体管的基极为该第三开关Q2的控制端。

限压单元412包括多条限压路径，该多条限压路径中的每条限压路径上均包括稳压二极管，且每条限压路径的限压值均与对应限压路径上的稳压二极管的稳压值相同。

本实施例中，该多条限压路径中至少部分限压路径的限压值不同。可选地，在一些示例中，该多条限压路径中的每条限压路径的限压值均不同。而在另一些示例中，该多条限压路径中的每两条限压路径互为一组限压路径，且同一组限压路径对应同一限压值，而不同组限压路径的限压值均不同。

进一步地，该多条限压路径中的至少部分限压路径上设置有第二开关K1，电压范围选择电路300通过对第二开关K1进行控制来实现对对应限压路径是否有效接入过压保护电路400的控制。

进一步地，该多条限压路径中的至少部分限压路径上还设置有电流指示器，该电流指示器用于实现对供电路径上的电压V

可选地，该电流指示器包括熔断器、发光二极管、采样电阻和蜂鸣器中的任一。当电流指示器为耐流很小的熔断器时，过压记录模块420可通过对该熔断器的熔断情况进行监测来获取及记录芯片内部电路200的过压保护触发信息；当电流指示器为发光二极管时，过压记录模块420可通过对该发光二极管的发光情况进行监测来获取及记录芯片内部电路200的过压保护触发信息；当电流指示器为蜂鸣器时，过压记录模块420可通过对该蜂鸣器的发声情况进行监测来获取及记录芯片内部电路200的过压保护触发信息。当电流指示器为采样电阻时，过压记录模块420可通过对每条限压路径上的电流大小进行采样监测来获取及记录芯片内部电路200的过压保护触发信息。

可以理解的是，当电流指示器为发光二极管、采样电阻和蜂鸣器中的任一时，该电流指示器可被设置在多条限压路径中的每条限压路径上，且可于第二开关K1设置在同一条限压路径上，此时，该第二开关例如为双极型晶体管或场效应晶体管等单刀单掷开关。当电流指示器为耐流很小的熔断器时，限压单元412中的多条限压路径将被配置为以每两条限压路径互为一组限压路径的形式存在，此时，每组限压路径的其中之一上均设置有电流指示器，以及至少部分组限压路径的其中另一上设置有第二开关K1，此时，该第二开关例如为双刀双掷开关。

示例性地，以电流指示器为耐流很小的熔断器，且限压单元412中包含两组限压路径(4条限压路径)为例，此时，第一组限压路径包括第一限压路径和第二限压路径，对应第一限压值；第二组限压路径包括第三限压路径和第四限压路径，对应第二限压值，且第一限压值小于第二限压值。具体地，第一限压路径包括稳压二极管D1和熔断器F1，第二限压路径包括稳压二极管D2，且稳压二极管D1的阴极与第二节点B连接，稳压二极管D1的阳极与该第二开关K1的第一输入端连接，熔断器F1连接于该第二开关K1的第一输出端与参考地之间，稳压二极管D2的阴极与第二节点B连接，稳压二极管D2的阳极与该第二开关K1的第二输入端连接，第二开关K1的第二输出端与参考地连接。以及第三限压路径包括稳压二极管D3和熔断器F2，第四限压路径包括稳压二极管D4，且稳压二极管D3的阴极与第二节点B连接，稳压二极管D3的阳极通过熔断器F2与参考地连接，稳压二极管D4的阴极与第二节点B连接，稳压二极管D4的阳极与参考地连接。当然，在本发明的其他实施例中，在第二组限压路径中也可设置相应的第二开关来实现与第一组限压路径相似的连接关系，以实现过压保护阈值的选择多样性。

本实施例中，当芯片内部电路200需要对应第一限压值的过压保护阈值时(例如当芯片内部电路200采用P2P接口应用时，此时该第一限压值例如为2V)，电压范围选择电路300控制第二开关K1闭合(例如可采用将该第二开关K1的控制信号或控制引脚拉低的方式来控制第二开关K1闭合)，此时，第一组限压路径和第二组限压路径均有效接入在过压保护电路400中。但由于第一组限压路径对应的第一限压值小于第二组限压路径对应的第二限压值，所以如果过压保护触发后第一组限压路径中的稳压二极管会首先导通以将第二节点B的电压拉低，因此可以起到选择第一限压值的效果。

此时，当供电路径上的电压V

当供电路径上的电压V

当芯片内部电路200需要对应第二限压值的过压保护阈值时(例如当芯片内部电路200采用Min-LVDS接口应用时，此时该第二限压值例如为4V)，电压范围选择电路300控制第二开关K1断开(例如可采用将该第二开关K1的控制信号或控制引脚拉高的方式来控制第二开关K1断开)，此时，限压单元412中仅第二组限压路径有效接入在过压保护电路400中，使得电路可以起到选择第二限压值的效果。可以理解的是，第二组限压路径的工作原理和效果与第一组限压路径的工作原理和效果相似，因此可参考前述对第一组限压路径有效接入过压保护电路时的描述进行理解，此处不再赘述。

本实施例中，可以通过对熔断器F1和熔断器F2的熔断情况来快速且准确的锁定芯片的失效原因。

在本发明第二实施例中，如图6所示，控制电路410的多条限压路径中的每条限压路径的限压值均不同。

本实施例中，控制电路410的多条限压路径中的每条限压路径均包括比较器、电流指示器和第四开关。其中，电压范围选择电路300通过对第四开关进行控制来实现对对应限压路径是否有效接入过压保护电路400的控制。可选地，第四开关例如为场效应晶体管或者为双极型晶体管。

本实施例中的电流指示器可参考前述第一实施例中的相关描述进行理解。

示例性地，以控制电路410中包含两条限压路径(包括对应第一限压值的第五限压路径和对应第二限压值的第六限压路径，第一限压值小于第二限压值)为例，此时，第五限压路径包括比较器431、电流指示器432和第四开关K2(简称开关K2)；第六限压路径包括比较器441、电流指示器442和第四开关K3(简称开关K3)。具体地，比较器431的第一输入端与第一开关Q1的电流输入端连接，比较器431的第二输入端接收对应第一限压值的参考电压V1，比较器431的输出端通过开关K2与第一开关Q1的控制端连接。电流指示器432耦接于比较器431的输出端与参考地之间。比较器441的第一输入端与第一开关Q1的电流输入端连接，比较器441的第二输入端接收对应第二限压值的参考电压V2，比较器441的输出端通过开关K3与第一开关Q1的控制端连接。电流指示器442耦接于比较器441的输出端与参考地之间。

本实施例中，当芯片内部电路200需要对应第一限压值的过压保护阈值时，电压范围选择电路300控制开关K2闭合、开关K3断开，此时，仅第五限压路径有效接入在过压保护电路400中，因此可以起到选择第一限压值的效果。

此时，当供电路径上的电压V

当供电路径上的电压V

当芯片内部电路200需要对应第二限压值的过压保护阈值时，电压范围选择电路300控制开关K2断开、开关K3闭合，此时，仅第六限压路径有效接入在过压保护电路400中，因此可以起到选择第二限压值的效果。可以理解的是，第六限压路径的工作原理和效果与第五限压路径的工作原理和效果相似，因此可参考前述对第五限压路径有效接入过压保护电路时的描述进行理解，此处不再赘述。

本实施例中，可以通过对电流指示器432和电流指示器442的工作情况来快速且准确的锁定芯片的失效原因。

进一步地，本发明各实施例中所公开的过压保护电路400可与芯片内部电路200、过压记录模块420以及电压范围选择电路300共同集成在同一IC芯片内。

进一步地，本发明实施例所公开的驱动电路还包括电容C1和电容C2。电容C1连接于电源模块100的输出端(或过压保护电路400的输入端)与参考地之间，用于为输入至过压保护电路400的电压Vin进行滤波处理。电容C2连接于芯片内部电路200的输入端(或过压保护电路400的输出端)与参考地之间，用于为输入至芯片内部电路200的电压Vout进行滤波处理。可选地，电容C1可集成于电源模块100或过压保护电路400中，电容C2可集成于过压保护电路400或芯片内部电路200中，本发明对此不做限定。

进一步地，本发明还公开了一种过压保护方法，该过压保护方法可应用于如图3至图6中所示出的过压保护电路。本实施例中，该过压保护方法包括执行如下步骤：

在步骤S1中，选择多条限压路径中的至少之一对供电路径上的电压进行检测。

在步骤S2中，根据检测结果生成控制信号。

在步骤S3中，根据控制信号连通或断开电源模块与芯片内部电路之间的供电路径。

其中，多条限压路径中至少部分限压路径的限压值不同；以及在供电路径上的电压大于对应限压路径的限压值的情况下，控制信号控制第一开关断开供电路径。

在一些示例中，多条限压路径中对应同一限压值的每两条限压路径互为一组限压路径，且每组限压路径的其中之一上均设置有电流指示器。进一步地，过压保护方法还包括：对每组限压路径中的电流指示器的工作情况进行监测，并根据监测结果获取及记录芯片内部电路的过压保护触发信息。

本实施例中，该过压保护方法中的各个步骤的具体实施可参见前述的过压保护电路实施例，在此不再赘述。

综上，1、无论外部电源是否有过压保护功能，本发明都能够实现对芯片内部电路的自我保护。

2、本发明可以选择不同的限压值来作为过压阈值，能够实现对需要保护的电压范围的灵活调节。

3、如果芯片内部电路触发过压保护，本发明可以实现对过压保护触发情况的记录保存，便于后续解析和快速锁定芯片失效原因。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。