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CN108365742B - 偏压产生电路及其同步双模式升压直流-直流转换器 - Google Patents

偏压产生电路及其同步双模式升压直流-直流转换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种偏压产生电路及其同步双模式升压直流‑直流转换器，其中，偏压产生电路耦接显示面板。偏压产生电路包含线性稳压器、电荷泵及同步双模式升压直流‑直流转换器。线性稳压器及电荷泵分别耦接显示面板。同步双模式升压直流‑直流转换器分别耦接线性稳压器及电荷泵。同步双模式升压直流‑直流转换器根据控制信号选择性地操作于脉宽调变模式或脉频调变模式。于脉宽调变模式下，同步双模式升压直流‑直流转换器通过线性稳压器产生第一电压信号至显示面板；于脉频调变模式下，同步双模式升压直流‑直流转换器通过电荷泵产生第二电压信号至显示面板。

Description

偏压产生电路及其同步双模式升压直流-直流转换器
技术领域
本发明是与显示面板有关，尤其是关于一种应用于有机发光二极管显示面板的偏压产生电路及其同步双模式升压直流-直流转换器。
背景技术
如图1所示，当传统的有机发光二极管显示面板PL(例如AMOLED显示面板)操作于正常模式(Normal mode)下时，通常会由偏压(bias)集成电路BIC提供电压信号VCI给源极驱动器SD以及提供电压信号OVDD及OVSS给有机发光二极管显示面板PL，但当传统的有机发光二极管显示面板PL操作于闲置模式(Idle mode)下时，通常会切换成由源极驱动器SD内建的电荷泵(Charge pump)来提供电压信号OVDD及OVSS给有机发光二极管显示面板PL。
进行此一电压电源切换的理由在于：由于闲置模式下的电流负载太轻，且偏压集成电路BIC中的同步升压直流-直流转换器是单纯采用脉宽调变模式而在闲置模式下的转换效率太差，若改由源极驱动器SD内建的电荷泵提供电压信号OVDD及OVSS给有机发光二极管显示面板PL，其转换效率会较为理想。
然而，进行此一电压电源切换亦同时造成下列的问题：
(1)由于每一家厂商的偏压集成电路BIC及源极驱动器SD进行切换时的时序可能有所差异，无法完全统一，导致系统搭配性的问题。
(2)如图2所示，当此一电压电源切换发生于切换时间TSW后，提供给有机发光二极管显示面板PL的电压信号OVDD可能会受影响而出现欠冲(Undershoot)UST的现象且提供给有机发光二极管显示面板PL的电压信号OVSS亦可能受影响而出现过冲(Overshoot)OST的现象。
(3)为了在闲置模式下改由源极驱动器SD提供电压信号OVDD及OVSS给有机发光二极管显示面板PL，源极驱动器SD需内建有电荷泵，因而导致成本增加。
由于进行电压电源切换所造成的上述问题均亟待解决。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种偏压产生电路及其同步双模式升压直流-直流转换器，以有效解决背景技术所遭遇到的上述问题。
根据本发明的一具体实施例为一种偏压产生电路。于此实施例中，偏压产生电路耦接显示面板。偏压产生电路包含线性稳压器、电荷泵及同步双模式升压直流-直流转换器。线性稳压器及电荷泵分别耦接显示面板。同步双模式升压直流-直流转换器分别耦接线性稳压器及电荷泵。同步双模式升压直流-直流转换器根据控制信号选择性地操作于脉宽调变模式或脉频调变模式。于脉宽调变模式下，同步双模式升压直流-直流转换器通过线性稳压器产生第一电压信号至显示面板；于脉频调变模式下，同步双模式升压直流-直流转换器通过电荷泵产生第二电压信号至显示面板。
于一实施例中，第一电压信号的电压位准高于第二电压信号的电压位准。
于一实施例中，偏压产生电路还耦接逻辑控制器并自逻辑控制器接收控制信号。
于一实施例中，当同步双模式升压直流-直流转换器接收到控制信号时，同步双模式升压直流-直流转换器判断控制信号所指示的操作模式是正常模式(Normal mode)或闲置模式(Idle mode)。
于一实施例中，若控制信号所指示的操作模式是正常模式，则同步双模式升压直流-直流转换器会进入脉宽调变(PWM)模式；若控制信号所指示的操作模式是闲置模式，则同步双模式升压直流-直流转换器会进入脉频调变(PFM)模式。
于一实施例中，当控制信号所指示的操作模式是由正常模式切换至闲置模式时，同步双模式升压直流-直流转换器会延迟第一段时间后由脉宽调变模式切换至脉频调变模式。
于一实施例中，当控制信号所指示的操作模式是由闲置模式切换至正常模式时，同步双模式升压直流-直流转换器会延迟第二段时间后由脉频调变模式切换至脉宽调变模式。
于一实施例中，于第二段时间内，同步双模式升压直流-直流转换器的输出电压会由第一电压位准逐渐上升至第二电压位准；于第二段时间之后，同步双模式升压直流-直流转换器已由脉频调变模式切换至脉宽调变模式，输出电压会再由第二电压位准逐渐下降回第一电压位准。
于一实施例中，于第二段时间内，同步双模式升压直流-直流转换器的补偿信号需被预充电(Pre-charge)至预设电压位准；于第二段时间之后，同步双模式升压直流-直流转换器已由脉频调变模式切换至脉宽调变模式，补偿信号会由预设电压位准逐渐下降。
于一实施例中，同步双模式升压直流-直流转换器包含脉宽调变控制器及脉频调变控制器，当同步双模式升压直流-直流转换器操作于脉宽调变模式时，同步双模式升压直流-直流转换器关闭脉频调变控制器；当同步双模式升压直流-直流转换器操作于脉频调变模式时，同步双模式升压直流-直流转换器关闭脉宽调变控制器。
根据本发明的一具体实施例为一种同步双模式升压直流-直流转换器。于此实施例中，同步双模式升压直流-直流转换器设置于偏压产生电路。偏压产生电路包含线性稳压器及电荷泵且线性稳压器及电荷泵分别耦接显示面板。同步双模式升压直流-直流转换器包含输入端、输出端、处理电路、脉宽调变控制器及脉频调变控制器。输入端用以接收控制信号。输出端分别耦接线性稳压器及电荷泵。处理电路耦接于输入端与输出端之间，用以根据控制信号选择性地操作于脉宽调变模式或脉频调变模式。脉宽调变控制器耦接处理电路。脉频调变控制器耦接处理电路。其中于脉宽调变模式下，同步双模式升压直流-直流转换器关闭脉频调变控制器并通过输出端输出一输出电压控制线性稳压器产生第一电压信号至显示面板；于脉频调变模式下，同步双模式升压直流-直流转换器关闭脉宽调变控制器并通过输出端输出该输出电压控制电荷泵产生第二电压信号至显示面板。
相较于现有技术，根据本发明的偏压产生电路及其同步双模式升压直流-直流转换器不仅可根据控制信号切换在正常模式下操作于脉宽调变模式与在闲置模式下操作于脉频调变模式，还能有效避免现有技术中提供给显示面板的电压信号在闲置模式切换至正常模式时出现欠冲(Undershoot)及过冲(Overshoot)的现象，因此，源极驱动器不需内建电荷泵来提供电压信号给显示面板，故可有效降低成本。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1图示现有技术中于正常模式下由偏压集成电路BIC供电给显示面板PL且于闲置模式下由源极驱动器供电给显示面板PL的示意图。
图2图示当正常模式切换至闲置模式时，由偏压集成电路BIC切换成源极驱动器供电给显示面板PL，导致提供给有机发光二极管显示面板PL的电压信号OVDD出现欠冲且电压信号OVSS出现过冲的示意图。
图3图示根据本发明的一具体实施例中的偏压产生电路的功能方块图。
图4图示偏压产生电路中的同步双模式升压直流-直流转换器的详细电路结构的示意图。
图5图示图3及图4中的各信号的时序图。
主要元件符号说明：
PL：显示面板
C1～C3：电容
SD：源极驱动器
BIC：偏压集成电路
VCI：电压信号
SWIRE：控制信号
UST：欠冲
OST：过冲
TSW：切换时间
OVDD：第一电压信号
OVSS：第二电压信号
BSTO：输出电压
3：偏压产生电路
30：同步双模式升压直流-直流转换器
32：线性稳压器
34：电荷泵
300：处理电路
302：脉宽调变控制器
304：脉频调变控制器
306：参考电压产生单元
308：预充电单元
3000：多工器
3002：缓冲器
3004：电流感测器
3006：零电流侦测器
MN：N型晶体管开关
MP：P型晶体管开关
L：电感
R1～R2：电阻
3021：振荡器
3022：斜波产生器
3023：加法器
3024：误差放大器
3025：比较器
3026：补偿单元
VIN：输入电压
VGN、VGP：闸极控制信号
RAMP：斜波信号
FB：回馈电压
VREF：参考电压
VSAW：电压信号
COMP：补偿信号
VPWM：脉宽调变信号
SPFM：脉频调变信号
ZC：零电流侦测信号
LX：节点
HL：高电压准位
LL：低电压准位
ΔT1：第一段时间
ΔT2：第二段时间
4.9V：第一电压位准
4.9V+ΔV：第二电压位准
Vini：预设电压位准
t1～t4：时间
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例为一种偏压产生电路。于此实施例中，偏压产生电路耦接显示面板(例如有机发光二极管显示面板，但不以此为限)，并且无论显示面板操作于正常模式下或闲置模式下，均会由偏压产生电路供电给显示面板，致使源极驱动器不需于闲置模式下供电给显示面板，故源极驱动器不需额外设置有电荷泵来供电给显示面板而能节省成本。
请参照图3，图3为此实施例中的偏压产生电路3的功能方块图。如图3所示，偏压产生电路3包含同步双模式升压直流-直流转换器30、线性稳压器32及电荷泵34。线性稳压器32及电荷泵34分别耦接显示面板PL。同步双模式升压直流-直流转换器30分别耦接线性稳压器32及电荷泵34。
当同步双模式升压直流-直流转换器30接收到控制信号SWIRE时，同步双模式升压直流-直流转换器30会根据控制信号SWIRE选择性地操作于脉宽调变模式或脉频调变模式。于实际应用中，控制信号SWIRE可来自源极驱动器并透过逻辑控制器输入至同步双模式升压直流-直流转换器30，但不以此为限。
详细而言，当同步双模式升压直流-直流转换器30接收到控制信号SWIRE时，同步双模式升压直流-直流转换器30会判断控制信号SWIRE所指示的是正常模式(Normal mode)或闲置模式(Idle mode)。于一实施例中，同步双模式升压直流-直流转换器30可根据控制信号SWIRE具有的电压位准的高低来判断控制信号SWIRE所指示的是正常模式或闲置模式。例如：若控制信号SWIRE具有高电压位准，代表控制信号SWIRE所指示的是正常模式；若控制信号SWIRE具有低电压位准，代表控制信号SWIRE所指示的是闲置模式，但不以此为限。
接着，若同步双模式升压直流-直流转换器30判定控制信号SWIRE所指示的是正常模式，则同步双模式升压直流-直流转换器30会进入脉宽调变(Pulse Width Modulation,PWM)模式；若同步双模式升压直流-直流转换器30判定控制信号SWIRE所指示的是闲置模式，则同步双模式升压直流-直流转换器30会进入脉频调变(Pulse FrequencyModulation,PFM)模式。
当同步双模式升压直流-直流转换器30进入脉宽调变模式后，同步双模式升压直流-直流转换器30会通过线性稳压器32产生第一电压信号OVDD至显示面板PL；当同步双模式升压直流-直流转换器30进入脉频调变模式后，同步双模式升压直流-直流转换器30会透过电荷泵34产生第二电压信号OVSS至显示面板PL。
于实际应用中，第一电压信号OVDD的电压位准会高于第二电压信号OVSS的电压位准，例如第一电压信号OVDD可以是工作电压且第二电压信号OVSS可以是接地电压，但不以此为限。
亦请参照图4，图4为偏压产生电路3中的同步双模式升压直流-直流转换器30的详细电路结构的一实施例。
如图4所示，同步双模式升压直流-直流转换器30的输入端耦接逻辑控制器36且同步双模式升压直流-直流转换器30的输出端分别耦接线性稳压器32及电荷泵34；电容C1耦接于线性稳压器32的输出端与接地端之间且电容C2耦接于电荷泵34的输出端与接地端之间。
同步双模式升压直流-直流转换器30可包含处理电路300、脉宽调变控制器302、脉频调变控制器304、参考电压产生单元306及预充电单元308。处理电路300耦接于同步双模式升压直流-直流转换器30的输入端与输出端之间；脉宽调变控制器302及脉频调变控制器304分别耦接至处理电路300；参考电压产生单元306分别耦接至脉宽调变控制器302及脉频调变控制器304；预充电单元308耦接至脉宽调变控制器302。
于此实施例中，处理电路300可包含多工器3000、缓冲器3002、电流感测器3004、零电流侦测器3006、N型晶体管开关MN、P型晶体管开关MP、电感L及串联的电阻R1～R2。脉宽调变控制器302包含振荡器3021、斜波产生器3022、加法器3023、误差放大器3024、比较器3025及补偿单元3026。
多工器3000耦接于逻辑控制器36与缓冲器3002之间；缓冲器3002分别耦接多工器3000、N型晶体管开关MN的闸极及P型晶体管开关MP的闸极，多工器3000通过缓冲器3002分别输出闸极控制信号VGN及VGP至N型晶体管开关MN的闸极及P型晶体管开关MP的闸极，由以控制N型晶体管开关MN及P型晶体管开关MP开启或关闭；电感L与N型晶体管开关MN串接于输入电压VIN与接地端之间，且节点LX位于电感L与N型晶体管开关MN之间；电流感测器3004的一端耦接至节点LX与P型晶体管开关MP之间且其另一端耦接至加法器3023，用以感测由节点LX流向P型晶体管开关MP的感测电流值并提供给加法器3023；零电流侦测器3006分别耦接P型晶体管开关MP的源极与汲极以及多工器3000，用以提供零电流侦测信号ZC至多工器3000；电容C3耦接于同步双模式升压直流-直流转换器30的输出端与接地端之间。
脉宽调变控制器302是用以于脉宽调变模式PWM下提供脉宽调变信号VPWM至多工器3000。其中，振荡器3021耦接至斜波产生器3022；斜波产生器3022耦接至加法器3023并产生斜波信号RAMP至加法器3023；加法器3023耦接至比较器3025的正输入端+并根据电流感测器3004的感测电流值与斜波产生器3022的斜波信号RAMP提供电压信号VSAW至比较器3025的正输入端+；误差放大器3024的正输入端+耦接至参考电压产生单元306与脉频调变控制器304之间并接收来自参考电压产生单元306的参考电压VREF；误差放大器3024的负输入端－耦接至串联的电阻R1及R2之间并接收电阻R1及R2之间的回馈电压FB；比较器3025的正输入端+耦接加法器3023并接收电压信号VSAW；比较器3025的负输入端－分别耦接误差放大器3024的输出端、补偿单元3026及预充电单元308并接收补偿信号COMP，且补偿信号COMP可包含误差放大器3024、补偿单元3026及预充电单元308的输出；比较器3025的输出端耦接至多工器3000并根据电压信号VSAW与补偿信号COMP提供脉宽调变信号VPWM至多工器3000；补偿单元3026耦接至比较器3025的负输入端－；预充电单元308耦接至比较器3025的负输入端－；参考电压产生单元306分别耦接误差放大器3024的正输入端+及脉频调变控制器304；脉频调变控制器304分别耦接多工器3000、参考电压产生单元306以及串联的电阻R1及R2之间，用以于脉频调变模式PFM下根据电阻R1及R2之间的回馈电压FB与参考电压产生单元306的参考电压VREF提供脉频调变信号SPFM至多工器3000。
亦请参照图5，图5为图3及图4中的各信号的时序图。如图5所示，于时间t1，控制信号SWIRE是由高电压准位HL变为低电压准位LL，亦即控制信号SWIRE所指示的操作模式是由原本的正常模式切换至闲置模式。需注意的是，同步双模式升压直流-直流转换器30并不会于时间t1就立即由脉宽调变模式PWM切换至脉频调变模式PFM，而是会先延迟第一段时间ΔT1后直到时间t2才会由脉宽调变模式PWM切换至脉频调变模式PFM。此外，于第一段时间ΔT1内，输出电压BSTO、第一电压信号OVDD、第二电压信号OVSS及补偿信号COMP均维持与时间t1之前一致而不会有所变化。当同步双模式升压直流-直流转换器30于时间t2由脉宽调变模式PWM切换至脉频调变模式PFM时，同步双模式升压直流-直流转换器30关闭脉宽调变控制器302的运作并开启脉频调变控制器304的运作。此时，补偿信号COMP的电位会开始下降至零伏特(V)，但输出电压BSTO、第一电压信号OVDD及第二电压信号OVSS则仍持续维持不变。
于时间t3，控制信号SWIRE是由低电压准位LL变为高电压准位HL，亦即控制信号SWIRE所指示的操作模式是由闲置模式切换至正常模式。此时，同步双模式升压直流-直流转换器30会先延迟第二段时间ΔT2后直到时间t4才由脉频调变模式PFM切换至脉宽调变模式PWM。此时，同步双模式升压直流-直流转换器30关闭脉频调变控制器304的运作并开启脉宽调变控制器302的运作。
于第二段时间ΔT2内，同步双模式升压直流-直流转换器30的输出电压BSTO会由原本维持不变的第一电压位准(例如4.9V)逐渐上升至第二电压位准(例如4.9V+ΔV)后维持于第二电压位准不变，直到超过时间t4之后，当同步双模式升压直流-直流转换器30已由脉频调变模式PFM切换至脉宽调变模式PWM时，输出电压BSTO才会由第二电压位准(例如4.9V+ΔV)逐渐下降回第一电压位准(例如4.9V)后维持于第一电压位准不变。
需说明的是，于输出电压BSTO由第一电压位准逐渐上升至第二电压位准的过程中，输出电压BSTO可采用如图5所示的阶梯式分段上升的方式逐渐上升至第二电压位准，但不以此为限。同理，于输出电压BSTO由第二电压位准逐渐下降至第一电压位准的过程中，输出电压BSTO亦可采用如图5所示的阶梯式分段下降的方式逐渐下降至第一电压位准，但不以此为限。
于第二段时间ΔT2内，同步双模式升压直流-直流转换器30的补偿信号COMP会被预充电单元308由零伏特(V)预充电(Pre-charge)至预设电压位准Vini后维持于预设电压位准Vini不变，直至超过时间t4之后，当同步双模式升压直流-直流转换器30已由脉频调变模式PFM切换至脉宽调变模式PWM时，补偿信号COMP才会由预设电压位准Vini逐渐下降至时间t2之前原本的电压位准。
至于本发明的偏压产生电路3输出至显示面板PL的第一电压信号OVDD及第二电压信号OVSS则在上述整个过程中均持续维持相同电压位准不变，也就是说，本发明的偏压产生电路3输出至显示面板PL的第一电压信号OVDD及第二电压信号OVSS并不会受到正常模式与闲置模式切换的影响而改变其电压位准，故可维持稳定的供电。此外，为了增加运作于脉频调变模式PFM下的转换效率，本发明的偏压产生电路3可通过闸极控制信号VGN及VGP将N型晶体管开关MN与P型晶体管开关MP均关闭，但不以此为限。
综上所述，于脉宽调变模式下，同步双模式升压直流-直流转换器30会关闭脉频调变控制器304并控制线性稳压器32产生第一电压信号OVDD至显示面板PL；于脉频调变模式下，同步双模式升压直流-直流转换器30会关闭脉宽调变控制器302并控制电荷泵34产生第二电压信号OVSS至显示面板PL。
相较于现有技术，根据本发明的偏压产生电路及其同步双模式升压直流-直流转换器不仅可根据控制信号切换在正常模式下操作于脉宽调变模式与在闲置模式下操作于脉频调变模式，还能有效避免现有技术中提供给显示面板的电压信号在闲置模式切换至正常模式时出现欠冲及过冲的现象，因此，源极驱动器不需内建电荷泵来提供电压信号给显示面板，故可有效降低成本。
由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (6)

1.一种偏压产生电路，耦接一显示面板，其特征在于，该偏压产生电路包含：
一线性稳压器，耦接该显示面板；
一电荷泵，耦接该显示面板；以及
一同步双模式升压直流-直流转换器，分别耦接该线性稳压器及该电荷泵，当该同步双模式升压直流-直流转换器接收到一控制信号时，该同步双模式升压直流-直流转换器根据该控制信号选择性地操作于一脉宽调变模式或一脉频调变模式；
其中，于该脉宽调变模式下，该同步双模式升压直流-直流转换器控制该线性稳压器产生一第一电压信号至该显示面板；于该脉频调变模式下，该同步双模式升压直流-直流转换器控制该电荷泵产生一第二电压信号至该显示面板，当该同步双模式升压直流-直流转换器接收到该控制信号时，该同步双模式升压直流-直流转换器判断该控制信号所指示的是一正常模式或一闲置模式；若该控制信号所指示的是该正常模式，则该同步双模式升压直流-直流转换器会进入该脉宽调变模式；若该控制信号所指示的是该闲置模式，则该同步双模式升压直流-直流转换器会进入该脉频调变模式；当该控制信号是由该闲置模式切换至该正常模式时，该同步双模式升压直流-直流转换器会延迟一第二段时间后由该脉频调变模式切换至该脉宽调变模式；于该第二段时间内，该同步双模式升压直流-直流转换器的一输出电压会由一第一电压位准逐渐上升至一第二电压位准；于该第二段时间之后，该同步双模式升压直流-直流转换器已由该脉频调变模式切换至该脉宽调变模式，该输出电压会再由该第二电压位准逐渐下降回该第一电压位准。
2.如权利要求书1所述的偏压产生电路，其特征在于，该第一电压信号的电压位准高于该第二电压信号的电压位准。
3.如权利要求书1所述的偏压产生电路，其特征在于，该偏压产生电路还耦接一逻辑控制器并自该逻辑控制器接收该控制信号。
4.如权利要求书1所述的偏压产生电路，其特征在于，当该控制信号是由该正常模式切换至该闲置模式时，该同步双模式升压直流-直流转换器会延迟一第一段时间后由该脉宽调变模式切换至该脉频调变模式。
5.如权利要求书1所述的偏压产生电路，其特征在于，该同步双模式升压直流-直流转换器包含一脉宽调变控制器及一脉频调变控制器，当该同步双模式升压直流-直流转换器操作于该脉宽调变模式时，该同步双模式升压直流-直流转换器关闭该脉频调变控制器；当该同步双模式升压直流-直流转换器操作于该脉频调变模式时，该同步双模式升压直流-直流转换器关闭该脉宽调变控制器。
6.一种偏压产生电路，耦接一显示面板，其特征在于，该偏压产生电路包含：
一线性稳压器，耦接该显示面板；
一电荷泵，耦接该显示面板；以及
一同步双模式升压直流-直流转换器，分别耦接该线性稳压器及该电荷泵，当该同步双模式升压直流-直流转换器接收到一控制信号时，该同步双模式升压直流-直流转换器根据该控制信号选择性地操作于一脉宽调变模式或一脉频调变模式；
其中，于该脉宽调变模式下，该同步双模式升压直流-直流转换器控制该线性稳压器产生一第一电压信号至该显示面板；于该脉频调变模式下，该同步双模式升压直流-直流转换器控制该电荷泵产生一第二电压信号至该显示面板；当该同步双模式升压直流-直流转换器接收到该控制信号时，该同步双模式升压直流-直流转换器判断该控制信号所指示的是一正常模式或一闲置模式；若该控制信号所指示的是该正常模式，则该同步双模式升压直流-直流转换器会进入该脉宽调变模式；若该控制信号所指示的是该闲置模式，则该同步双模式升压直流-直流转换器会进入该脉频调变模式；当该控制信号是由该闲置模式切换至该正常模式时，该同步双模式升压直流-直流转换器会延迟一第二段时间后由该脉频调变模式切换至该脉宽调变模式；于该第二段时间内，该同步双模式升压直流-直流转换器的一补偿信号需被预充电至一预设电压位准；于该第二段时间之后，该同步双模式升压直流-直流转换器已由该脉频调变模式切换至该脉宽调变模式，该补偿信号会由该预设电压位准逐渐下降。
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