CN101630906B - 具有pwm与pfm自动切换的直流对直流变压器及oled显示器 - Google Patents

Abstract

一种具有脉宽调制(Pulse Width Modulation，以下简称PWM)与脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，以下简称PFM)自动切换的直流对直流(DC-DC)变压器，是使用于有机发光二极体(ORGANIC LIGHT EMITTINGDIODE，以下简称OLED)显示器，并以该OLED显示器的显示数据来判断其OLED阵列的耗电大小，进而决定PWM/PFM切换的时间。该具有PWM与PFM自动切换的DC-DC变压器包含一内容统计单元、一自动切换控制单元、一PWM控制器、一PFM控制器、以及一电源产生单元。该内容统计单元接收并统计OLED显示器的显示数据后输出统计值。自动切换控制单元则根据该统计值来输出一模式控制信号，用以控制PWM控制器与PFM控制器，并使用PWM控制模式或PFM控制模式。

Description

具有PWM与PFM自动切换的直流对直流变压器及OLED显示器

技术领域

本发明是关于具有脉宽调制(Pulse Width Modulation，以下简称PWM)与脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，以下简称PFM)自动切换的直流对直流变压器(DC-DC Converter)，特别是关于使用于有机发光二极体(ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE，以下简称OLED)显示器且根据其显示数据来选择PWM控制模式或PFM控制模式的具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器。

背景技术

OLED显示器是利用发光的元件来产生显示的效果。OLED显示器是随着像素(Pixel)所流过电流不同产生明亮上的差异来显示画面。由于各像素的电流会随着显示画面变化，也导致OLED模块(Module)的最大耗电与最小耗电的差异非常大。如何提供OLED模块稳定的电源，例如较小的涟波(smallripple)，并兼顾效率(efficiency)，就成为一大挑战。

DC-DC变压器有两种驱动(调制)方式，分别为脉宽调制(PWM)与脉冲频率调制(PFM)。以效率的观点来看，PWM适合使用在大电流负载(CurrentLoading)的情况，而PFM适用在较轻的电流负载。大部份的DC-DC变压器都只使用单一调制方式，也有部分DC-DC变压器以电流负载的大小来作为判断PWM/PFM的切换。但以电流负载的大小来作为判断PWM/PFM的切换并不是一件容易的事。

以下说明DC-DC自动切换PWM/PFM操作模示的现有技术。图1为美国专利第7,173,404号所示，该自动切换的DC-DC变压器10包含一启动器(Starter)102、一自动PWM/PFM控制器(Auto PWM/PFM controller)103、一PWM控制器(PWM controller)106、一PFM控制器(PFM controller)108、以及一电源切换单元(Power Switch Unit)110，其中，该图所示的负载(Load)112可以是OLED显示器的OLED模块。

启动器102传送一启动使能(Starting-Enabling)信号给自动PWM/PFM控制器103来使能该自动PWM/PFM控制器103。之后，PWM控制器106及PFM控制器108会分别传送反馈信号(Feedback Signal)给自动PWM/PFM控制器103。自动PWM/PFM控制器103即根据PWM控制器106及PFM控制器108的反馈信号来产生一选择信号，并输出到PWM控制器106及PFM控制器108。所以，自动PWM/PFM控制器103利用选择信号来使能(Enable)PWM控制器106或PFM控制器108。被使能的控制器(PWM控制器106或PFM控制器108)会输出一控制信号给电源切换单元110。因此，该电源切换单元110会根据该控制信号切换并输出直流电源给负载112。同时，负载112也会传送另一反馈信号给PWM控制器106及PFM控制器108。

因此，该自动切换的DC-DC变压器10是以闭回路(close loop)的方式来控制电源切换。一般而言，闭回路的控制模式较复杂，所以成本较高。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种使用于OLED显示器且根据显示数据来选择PWM或PFM控制模式的具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器。

为达成上述目的，本发明具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器包含一内容统计单元，接收并统计OLED显示器的显示数据后，输出一统计值；一自动切换控制单元，接收统计值后，根据该统计值大小输出一模式控制信号；一脉宽调制控制器，接收该模式控制信号，并在该模式控制信号为第一状态时，输出一PWM电源；一脉冲频率调制控制器，接收该模式控制信号，并在该模式控制信号为第二状态时，输出一PFM电源；以及一电源产生单元，接收PWM电源或PFM电源，进而输出作为驱动电压。

附图说明

图1是已知具有PWM/PFM选择的自动切换的DC-DC变压器的架构图；

图2是本发明具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器的架构图；

图3是一个画面的输入数据统计表的示意图；

图4是本发明统计单元的第一实施例的架构图；

图5是本发明统计单元的第二实施例的架构图；

图6是本发明统计单元的第三实施例的架构图；

图7是此种实施态样的示意图；

图8是内建DC-DC变压器的OLED显示器的第二实施例架构图；

图9是内建DC-DC变压器的OLED显示器的第三实施例架构图。

【主要元件符号说明】

10   DC-DC变压器

102  启动器(Starter)

103  自动PWM/PFM控制器(controller)

106、213  PWM控制器(PWM controller)

108、214  PFM控制器(PFM controller)

110、215  电源产生单元(Power Generating Unit)

112  负载(Load)

20  OLED显示器

21  DC-DC变压器

211  统计单元

212  自动切换控制单元

220、820、920  时序变换器

222、822、922  显示器驱动单元

224  OLED阵列

40、50、60  统计单元

401  加法器

403  暂存器

505  乘法器

507、607  查表表格

826、926  存储器

具体实施方式

以下参考图式详细说明本发明具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器以及使用该变压器的OLED显示器。

OLED模块的技术特征是像素越亮越耗电，所以OLED模块全黑与全白的画面耗电差距很大。基于此耗电特性，进行适当的PWM/PFM切换可以改善DC-DC变压器的效率，达成OLED显示器耗电下降的目标。一般通用的DC-DC变压器的产品，只能从负载端来判断电流负载的大小，并进行PWM/PFM切换。但由于内建DC-DC变压器的OLED显示器驱动器(DisplayDriver)，可以知道该OLED显示器目前将显示的内容。因此，本发明具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器利用显示数据来判断OLED阵列耗电大小，进而决定PWM/PFM的切换时间点。

图2为内建DC-DC变压器的OLED显示器的第一实施例架构图。如该图所示，OLED显示器20包含一具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器21、一时序变换器220、一显示器驱动单元222、以及一OLED阵列224。时序变换器220接收显示数据，并调整时序后输出数据到显示器驱动单元222。之后，由显示器驱动单元222驱动OLED阵列224。由于时序变换器220、显示器驱动单元222、以及OLED阵列224为一般的OLED显示器架构，其详细内容不在此重复叙述。

本发明具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器21包含一统计单元211、一自动切换控制单元212、一PWM控制器213、一PFM控制器214、以及一电源产生单元(Power Generating Unit)215。统计单元211接收该OLED显示器20的显示数据，并予以统计后输出一统计值。一般而言，该统计单元211是统计每个显示画面的数据后输出统计值。自动切换控制单元212根据统计单元211所输出的统计值来决定要使用的控制模式，并输出一模式控制信号。当统计值较大时，代表显示画面偏亮，OLED显示器耗电较大，故采用PWM模式，该模式控制信号为第一状态，可以但不限于为高位准信号；反之，当统计值较小时，代表显示画面偏暗，OLED显示器耗电较小，故将采用PFM模式，该模式控制信号为第二状态，可以但不限于为低位准信号。PWM控制器213与PFM控制器214接收该模式控制信号，当该模式控制信号为第一状态时，PWM控制器213输出一PWM电源，当该模式控制信号为第二状态时，PFM控制器214输出一PFM电源给电源产生单元215。电源产生单元215接收PWM电源或PFM电源，并提供给显示器驱动单元222以及OLED阵列224。

图3为针对一张画面(frame)的输入数据的统计表。如该图所示，横坐标为输入数据，纵座标为计数值，加总并除以数据量后即可得到一平均值。根据该平均值的大小即可初略预测OLED阵列的电流负载，进而选择适当的控制模式，例如PWM适合使用在大电流负载的情况，以及PFM适用在较轻的电流负载。虽然在此统计表中有产生一平均值，但实际应用上可直接采用统计值来判断即可。

图4为本发明统计单元的第一实施例的架构图。如该图所示，统计单元40包含一加法器401以及一暂存器403。加法器401将每个显示数据与暂存器403的暂存值相加后，回存至暂存器403。而统计单元40在垂直同步信号被使能时，输出暂存器403的暂存值作为统计值，并将暂存器403清除。因此，自动切换控制单元212即可将该统计值与一临界值进行比较，并输出模式控制信号。亦即，当统计值大于该临界值时，该模式控制信号为高位准信号，藉以采用PWM模式；而当统计值小于该临界值时，该模式控制信号为低位准信号，藉以采用PFM模式。本实施例中当统计值等于该临界值，该模式控制信号为高位准信号，实际应用时也可为低位准信号。

图5为本发明统计单元的第二实施例的架构图。如该图所示，统计单元50包含一乘法器505、一查表表格507、一加法器401以及一暂存器403。实务上，由于OLED阵列的显示数据的像素值与其实际消耗电流并非成正比例，因此该实施例利用查表表格507记录每个像素值的实际消耗电流的权值。所以，统计单元50利用乘法器505将显示数据先乘上一个权值后再输出给加法器401，使得统计单元能反映更真实的状态。至于加法器401与暂存器403的架构与第一实施例统计单元40相同，不再重复叙述。

图6为本发明统计单元的第三实施例的架构图。如该图所示，统计单元60包含一查表表格607、一加法器401以及一暂存器403。实务上，由于OLED阵列的显示数据的像素值与其实际消耗电流并非成正比例，因此该实施例利用查表表格507记录不同像素值的实际消耗电流的相对值。所以，统计单元60利用查表表格607将显示数据的每个像素值转成实际消耗电流的相对值后再输出给加法器401。至于加法器401与暂存器403的架构与第一实施例统计单元40相同，不再重复叙述。

再者，本发明的自动切换控制单元212有两种实施态样。第一种为单一临界值进行判断。亦即自动切换控制单元212只设定一个临界值，当统计值大于(或等于)该临界值时，就切换为PWM模式；反之当统计值小于该临界值时，就切换为PFM模式。第二种为双临界值进行的判断。为了避免不同模式切换过于频繁，可以采用类似史密特触发(Smitt Trigger)的判断方式。图7显示此种实施态样的示意图。亦即，设定第一临界值和第二临界值二个临界值，第一临界值小于第二临界值，如图7所示的第一临界值与第二临界值。如果目前是PFM模式，统计值必须超过第二临界值才会切换至PWM模式。如果目前是PWM模式，统计值必须小于第一临界值才会切换为PFM模式。因此，若采用第二种双临界切换方式，当统计值介于第一临界值与第二临界值之间时，自动切换控制单元212是维持现有的模式。

另外，由于统计单元的计算必须要接收完一个图框(Frame)的数据后，才能输出该图框的统计值。因此，内建DC-DC变压器的OLED显示器的第一实施例的PWM/PFM的切换会比显示内容晚1个图框的时间。例如图框率(Frame rate)是60Hz时，则切换时间会晚1/60秒才会作出PWM/PFM的选择。不过，由于一般画面都有连续性，因此1/60秒的延迟并不会影响本发明DC-DC变压器切换的性能。

图8为内建DC-DC变压器的OLED显示器的第二实施例架构图。如该图所示，OLED显示器80包含一具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器21、一时序变换器820、一显示器驱动单元822、一存储器826、以及一OLED阵列224。该实施例的DC-DC变压器21与第一实施例的OLED显示器20的DC-DC变压器21相同，所以不再重复说明DC-DC变压器21。只是，DC-DC变压器21是接收存储器826所输出的数据。而该实施例OLED显示器80主要是增加一存储器826。存储器826用以接收并存储显示数据。时序变换器820输出控制信号给存储器826与显示器驱动单元822，藉以让存储器826输出数据给显示器驱动单元822，而显示器驱动单元822根据所接收的数据驱动OLED阵列224。由于时序变换器820、存储器826、显示器驱动单元822、以及OLED阵列224为一般的OLD显示器架构，其详细内容不在此重复叙述。

图9为内建DC-DC变压器的OLED显示器的第三实施例架构图。如该图所示，OLED显示器90包含一具有PWM/PFM自动切换的DC-DC变压器21、一时序变换器920、一显示器驱动单元922、一存储器926、以及一OLED阵列224。该实施例的DC-DC变压器21与第二实施例的OLED显示器80的DC-DC变压器21相同，所以不再重复说明DC-DC变压器21。而该实施例OLED显示器90与第二实施例的OLED显示器80的差异在于显示器驱动单元922的数据是由时序变换器920所提供。因此，DC-DC变压器21是接收时序变换器920所输出的数据。由于时序变换器920、存储器926、显示器驱动单元922、以及OLED阵列224为一般的OLD显示器架构，其详细内容不在此重复叙述。

由于本发明DC-DC变压器21是直接根据显示数据来直接控制PWM/PFM的切换，而不需将电流负载，亦即在为OLED阵列的消耗电流，反馈给DC-DC变压器。因此本发明的架构相较于已知技术所采用的反馈方式要简单。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。例如，OLED显示器可以再增加一组存储器来作为显示数据的缓冲区，藉以让DC-DC变压器21先读取该缓冲区的显示数据，用以即时的调整PWM/PFM的模式。

Claims (9)

1.一种具有脉宽调制PWM/脉冲频率调制PFM自动切换的直流对直流变压器，用以提供OLED显示器的电源电压，该直流对直流变压器包含：

一内容统计单元，接收并统计前述OLED显示器的显示数据后，输出一统计值；

一自动切换控制单元，根据前述统计值输出一模式控制信号，其中，该模式控制信号为第一状态或第二状态；

一脉宽调制控制器，接收前述模式控制信号，当该模式控制信号为第一状态时，输出一PWM电源；

一脉冲频率调制控制器，接收前述模式控制信号，当该模式控制信号为第二状态时，输出一PFM电源；以及

一电源产生单元，用以分别接收前述PWM电源或PFM电源，进而输出作为前述电源电压。

2.如权利要求1所述的具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，其特征在于，前述内容统计单元包含：

一暂存器；以及

一加法器，用以接收前述显示数据的像素值，并与前述暂存器的存储值相加后，存回至前述暂存器；

其中，该内容统计单元还接收一垂直同步信号，当该垂直同步信号被使能时，输出前述暂存器的存储值，用以作为前述统计值，并清除该暂存器的存储值。

3.如权利要求1所述的具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，其特征在于，前述内容统计单元包含：

一查表表格，用以记录每个像素值的耗电量所相对应的权值，进而根据前述显示数据输出其对应的权值；

一乘法器，接收前述显示数据与前述权值，进而输出一权值数据；

一暂存器；以及

一加法器，用以接收前述权值数据，并与前述暂存器的存储值相加后，存回至前述暂存器中；

其中，该内容统计单元还接收一垂直同步信号，当该垂直同步信号被使能时，输出前述暂存器的存储值作为前述统计值，并清除该暂存器的存储值。

4.如权利要求1所述的具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，其特征在于，前述内容统计单元包含：

一查表表格，用以记录每个像素值的耗电量所相对应的数值，并根据前述显示数据输出其相对应的前述数值；

一暂存器；以及

一加法器，接收前述数值，并与前述暂存器的存储值相加后，存回至前述暂存器中；

其中，该内容统计单元还接收一垂直同步信号，在该垂直同步信号被使能时，输出前述暂存器的存储值作为前述统计值，并清除该暂存器的存储值。

5.如权利要求1所述的具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，其中前述自动切换控制单元包含一比较器，其特征在于，当前述统计值高于或等于一临界值时，将前述模式控制信号设定为第一状态，当前述统计值低于该临界值时，将前述模式控制信号设定为第二状态。

6.如权利要求1所述的具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，其特征在于，当前述自动切换控制单元在前述模式控制信号设定为第一状态且前述统计值低于一第一临界值时，将前述模式控制信号设定为第二状态，当前述模式控制信号设定为该第二状态且前述统计值高于一第二临界值时，将前述模式控制信号设定为该第一状态。

7.一种内建直流对直流变压器的OLED显示器，包含：

一时序变换器，用以接收显示数据，并于调整时序后输出前述显示数据与一控制信号；

一显示器驱动单元，与前述时序变换器连接，用以输出驱动信号；

一OLED阵列，与前述显示器驱动单元连接，用以根据该驱动信号显示画面；以及

一具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，用以提供一电源电压给前述OLED阵列；

其中，前述具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器更包含：

一内容统计单元，接收及统计前述显示数据，进而输出一统计值；

一自动切换控制单元，根据该统计值输出一模式控制信号，其中，该模式控制信号为第一状态或第二状态；

一脉宽调制控制器，接收前述模式控制信号，当该模式控制信号为第一状态时，输出一第一电源；

一脉冲频率调制控制器，接收前述模式控制信号，并在该模式控制信号为第二状态时，输出一第二电源；以及

一电源产生单元，接收前述第一电源或第二电源，进而输出作为前述电源电压。

8.一种内建直流对直流变压器的OLED显示器，包含：

一存储器，接收并存储显示数据；

一时序变换器，与前述存储器连接，并输出前述显示数据与一控制信号；

一显示器驱动单元，与前述时序变换器连接，进而输出一驱动信号；

一OLED阵列，与前述显示器驱动单元连接，用以根据该驱动信号显示画面；以及

一具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，并提供一电源电压给前述OLED阵列；

其中，前述具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器更包含：

一内容统计单元，接收前述OLED显示器的显示数据，并将所接收的显示数据统计后输出一统计值；

一自动切换控制单元，接收前述统计值后，并根据该统计值输出一模式控制信号，其中，该模式控制信号为第一状态或第二状态；

一脉宽调制控制器，接收前述模式控制信号，当该模式控制信号为第一状态时，输出一第一电源；

一脉冲频率调制控制器，接收前述模式控制信号，当该模式控制信号为第二状态时，输出一第二电源；以及

一电源产生单元，接收前述第一电源或第二电源，进而输出作为前述电源电压。

9.一种内建直流对直流变压器的OLED显示器，包含：

一存储器，接收并存储显示数据，并根据一控制信号输出前述显示数据；

一时序变换器，输出前述控制信号至前述存储器，并输出一驱动单元控制信号；

一显示器驱动单元，接收前述存储器的前述显示数据与前述驱动单元控制信号，用以输出一驱动信号；

一OLED阵列，与前述显示器驱动单元连接，用以根据该驱动信号显示画面；以及

一具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器，并提供一电源电压给前述OLED阵列；

其中，前述具有脉宽调制/脉冲频率调制自动切换的直流对直流变压器包含：

一内容统计单元，接收前述OLED显示器的显示数据，并将所接收的显示数据统计后输出一统计值；

一自动切换控制单元，接收前述统计值后，并根据该统计值输出一模式控制信号，其中，该模式控制信号为第一状态或第二状态；

一脉宽调制控制器，接收前述模式控制信号，当该模式控制信号为第一状态时，输出一第一电源；

一脉冲频率调制控制器，接收前述模式控制信号，当该模式控制信号为第二状态时，输出一第二电源；以及

一电源产生单元，接收前述第一电源或第二电源，进而输出作为前述电源电压。

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