專利名稱：多電平開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及電子電路，且更具體地，涉及開關(guān)電源類型的電源電路。更具體地，本發(fā)明涉及用于顯示屏的開關(guān)電源，特別是用于液晶顯示器(LCD)或 者有源矩陣有機發(fā)光二極體面板(AMOLED)型顯示器的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
圖1為顯示屏的簡化框圖，例如更具體地為本發(fā)明所涉及的類型的液晶顯示器。該顯示器包括由行控制電路14 (掃描驅(qū)動器)控制的和由列控制電路16 (列驅(qū)動 器)控制的液晶元件的陣列。電路14和16由電路18 (控制+電源)供電和控制，電路18 包括一個或者多個開關(guān)電源電路。相對于所謂的低電壓部件能夠承受的電壓(小于10伏)，顯示元件需要相對高的 電源電壓(大于10伏，通常大約為15伏)。所述元件通常由列驅(qū)動器16供電。這些電路 的數(shù)量很多(實際上，每列一個或者每兩列一個)，且為滿足集成化和小型化要求，這些電 路試圖比需要承受相對高的電壓的電路以更精密的技術(shù)形成。為此，形成使用中間電壓的 列驅(qū)動器，從而這些電路的部件僅需要承受其他電路所需電壓的大致一半。于是列驅(qū)動器被制成循環(huán)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的形式，每個轉(zhuǎn)換器配備多個開關(guān)，所述 開關(guān)使得可以從相對高的電勢與中間電勢之間的電壓和中間電勢與參考電勢之間的電壓 中選擇電源電壓。于是提出了提供這三種電勢的問題。圖2為用于產(chǎn)生在相對高的電壓VR與地線GND之間的中間電壓(標(biāo)記為HAVDD) 的電路的局部視圖。電壓VR由開關(guān)電源類型的電路提供，該電路由電壓Vin供電。更具體 地，在本發(fā)明針對的液晶顯示器和AMOLED顯示器的應(yīng)用中，電壓Vin約為12伏，且電壓VR 約為15至18伏。功率變換器2是升壓式(boost)的。功率變換器2包括由脈沖寬度調(diào)制 件(部件22，PWM)控制的開關(guān)K，以在電感元件L中變換形成的電流。針對升壓變換器，電 感元件和開關(guān)K串聯(lián)在應(yīng)用直流電壓的兩個端子M和沈之間。與輸出電容器C串聯(lián)的續(xù) 流二極管D將電感器L和開關(guān)K的接點觀連接至地線26。電容元件C兩端的輸出電壓VR 被采樣。在實踐中，在電源電壓側(cè)，電壓Vin通過開關(guān)21被應(yīng)用。該開關(guān)將應(yīng)用電壓Vin的 端子23連接至端子24。通常，兩個電容濾波元件25和27分別將端子23和M連接至地線 26。開關(guān)21例如由電路^KCTRL)控制。該電路可對應(yīng)于顯示器備用模式的輸出電路或者 任何其他接通開關(guān)。為從電壓VR中產(chǎn)生中間電壓HAVDD，通常使用與由串聯(lián)在提供電壓VR的端子30 與地線GND之間的兩個電阻器形成的電阻分壓橋(resistive dividing bridge)聯(lián)接的跟 隨器組件。它們的接點被連接至跟隨器組裝的運算放大器34 (其輸出端子回送至反相輸入 端)的非反相輸入端。通常，中間電壓對應(yīng)于電源電壓VR的一半。相應(yīng)地，使用相同阻值 的電阻器R。在顯示器側(cè)，每個列控制級13包括兩個放大器132和134，放大器132和134的各輸出端用于分別通過開關(guān)136和138連接至顯示器的元件122的第一電極，該元件的另一 電極直接連接至用于提供中間電壓HAVDD的端子32。開關(guān)136和138根據(jù)需要被交替地控 制，以將所述元件的第一電極具有大于中間電壓的電壓或者較低的電壓。為了簡化，示出了 一個元件122，但應(yīng)注意，相同的列放大器13為由掃描驅(qū)動器(圖1中的14)所選擇的同一 列的所有元件供電。放大器132和134接收與亮度參考值對應(yīng)的控制信號，如將在下文中 根據(jù)圖3的討論更好地理解的，該操作本質(zhì)上是已知的。為電源電路提供防止靜電放電的元件。典型地，兩個二極管Dl和D2分別連接端 子30和32以及端子32和36，這些二極管的各陽極處于端子32側(cè)和端子36側(cè)，第三個二 極管D3連接端子30和36，二極管D3的陽極處于端子36側(cè)。盡管這些元件已經(jīng)示出在顯 示器側(cè)上，然而它們通常連接在列驅(qū)動器側(cè)(圖1中的16)上。圖2所示的電源電路的缺點在于由分壓器和放大器34的電阻器R產(chǎn)生的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式的目的在于提供一種多級電源電路，該多級電源電路克服了常 用的電源電路的所有缺點或者部分缺點。本發(fā)明的另一實施方式的目的在于提供一種電源電路，該電源電路相對于跟隨器 電路產(chǎn)生降低的損耗。本發(fā)明的另一實施方式的目的在于提供一種解決方案，該解決方案與防止靜電放 電的保護(hù)元件兼容使用。因此，本發(fā)明的實施方式提供一種用于從直流電壓中提供至少兩個電源電壓的電 路，該直流電壓由第一和第二端子之間的第一開關(guān)式變換器提供，其中第二可逆降壓(buck)型開關(guān)式變換器由所述直流電壓供電；電容分壓橋連接所述第一和第二端子，該電容分壓橋的中點對應(yīng)于所述第二變換 器的輸出端，且限定用于提供中間電勢的第三端子；以及所述兩個電源電壓分別在第一端子與第三端子之間和在第三端子與第二端子之 間被采樣。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，二極管連接第一端子和第三端子。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述電路還包括元件，該元件用于當(dāng)直流電壓小于所選 擇的閥值時關(guān)閉第二開關(guān)式變換器，以當(dāng)直流電壓還未達(dá)到該中間電勢時，保持中間電勢。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，防止靜電放電的二極管分別被連接在第一端子與第三端 子之間、第三端子與第二端子之間以及第一端子與第二端子之間。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述兩個電源電壓用于為液晶顯示器或AMOLED型顯示 器的列放大器供電。本發(fā)明的實施方式也提供包括這樣的電源電路的液晶顯示器。本發(fā)明的實施方式也提供包括這樣的電源電路的AMOLED顯示器。在下文中的結(jié)合附圖對具體實施方式
的非限制性描述中將詳細(xì)討論本發(fā)明的上 述目的、特征和優(yōu)點。


圖1為如前所述的作為一示例的本發(fā)明所采用的類型的顯示器的簡化框圖；圖2為如前所述的用于提供多個電壓的開關(guān)電源電路的一般示例的簡化電路圖， 該開關(guān)電源電路與列驅(qū)動器和防止靜電放電的裝置聯(lián)接；圖3局部地示出與防止靜電放電的電路聯(lián)接的列驅(qū)動器的放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的開關(guān)電源電路，該開關(guān)電源電路與列驅(qū)動器和 防止靜電放電的裝置聯(lián)接；以及圖5A、圖5B、圖5C和圖5D為示出圖4所示的電路的操作的時序圖。
具體實施例方式相同的元件在不同的附圖中具有相同的附圖標(biāo)記，此外，時序圖未按比例繪制。為 清楚起見，僅示出了理解本發(fā)明所必須的那些元件且將描述那些元件。特別是，未詳細(xì)描述 顯示器的像素陣列的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明與任何常用的顯示器兼容。此外，也未詳細(xì)描述各種控制 信號的產(chǎn)生，在此，本發(fā)明同樣與產(chǎn)生這樣的信號的常用電路兼容。圖3示意性地示出列驅(qū)動器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的兩個放大器132和134的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 且具體示出它們各自的輸出級的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖2所示，放大器132和134的輸出端已被 表示為通過分別由信號Q和返回信號NQ控制的開關(guān)136和138而連接顯示器的元件122。 每個放大器的輸出級包括兩個相反類型的分別為串聯(lián)的Pl和W以及P2和N2的MOS晶體 管，Pl、Nl和P2、N2分別在電勢為VR的端子30與電勢為HAVDD的端子32之間和端子32 與參考端子36(典型地，地線)之間。這些晶體管分別由差動級142、144控制。放大器132 和134各自的直接輸入端⑴分別通過電阻元件Rl和R2被連接至相應(yīng)的放大器的輸出端 子和分別被連接至放大器組件的輸入端子146、148，輸入端子146、148源自數(shù)模轉(zhuǎn)換器。放大器組件132和134的困難在于，晶體管P1、Ni、P2和N2應(yīng)被防止可能的靜電 放電?；锥O管DP1、DN1、DP2和DN2(以虛線示出)能夠發(fā)揮該作用。然而，它們可以承 受的電流不夠大。這就是提供之前參考圖2描述的二極管D1、D2和D3的原因。用于產(chǎn)生中間電壓HAVDD的系統(tǒng)應(yīng)不妨礙放大器的靜電放電(ESD)保護(hù)。在圖2 所示的電路中，在存在部分二極管Dl、D2和D3未被反向偏壓的風(fēng)險的情況下，當(dāng)開啟或者 關(guān)閉顯示器時可產(chǎn)生問題，這可能損壞顯示器。圖4為待與圖2所示的電路圖比較的局部電路圖。該視圖示出了用于提供在由開 關(guān)電源電路2所提供的高電勢VR與低電勢(VSS或者地線)之間的中間電壓HAVDD的電路 5的一實施方式。使用降壓型開關(guān)式變換器代替圖2所示的跟隨放大器。該變換器為所謂的可逆變 換器，能夠相對于中間電平HAVDD恢復(fù)到正電平和負(fù)電平。所述變換器包括分別具有P溝 道和N溝道的兩個晶體管P51和N52，這兩個晶體管P51和N52串聯(lián)在端子30和36之間。 該串聯(lián)連接的接點通過電感器L53連接至用于提供電壓HAVDD的節(jié)點32，且節(jié)點32通過 電容元件CM接地。續(xù)流二極管D55連接端子32和30，其陽極連接在端子32側(cè)。晶體管 P51和P52的各柵極由脈沖寬度調(diào)制電路56 (PWM)控制。此外，如在下文中將更好地理解的，另一電容元件C57連接端子30和32，以形成電 容分壓橋。
優(yōu)選地，控制電路56通過部件57 (UVL0關(guān)閉-欠壓鎖定)被供應(yīng)電壓VR，部件57 負(fù)責(zé)減小升壓變換器的操作范圍。該電路用于關(guān)閉顯示器，以確定電壓HAVDD不超過電壓 VR的一半。圖5A、圖5B、圖5C和圖5D為示出圖4的電路的操作的時序圖。圖5A為開關(guān)式變換 器2的輸入端處的電壓Vin的變化的示例，該電壓是在控制開關(guān)21的上游的電容器27兩端的 電壓。圖5B示出電壓VR的變化的相應(yīng)示例。圖5C和圖5D示出在二極管Dl和D2兩端提供 的電壓Vl和V2的變化，且因此為各放大器132和134的電源端子之間的電壓的變化。例如，假設(shè)在時間t0時通過接通開關(guān)21而開啟開關(guān)電源，使得在電容器27的兩 端產(chǎn)生電壓Vin，該電壓為開關(guān)電源電路2的輸入端處的電壓。電路2還未被啟動操作。于 是在第一階段I看到，在開關(guān)電源的作用下，電壓VR升高。電壓Vl和V2在電容分壓橋C57、 C54的作用下平行地升高，電路56也還未啟動操作。當(dāng)由升壓變換器2提供的電壓VR達(dá)到電平Vin時開始第二階段II。于是，電壓Vl 和V2的電平為Vin/2，即電壓值Vin的一半。階段II應(yīng)盡可能地短，以在從節(jié)點32中流出 或者提供給該節(jié)點32的電流大于CdV/2dt的情況下，避免電壓HAVDD相對于電平VR和相 對于地線失調(diào)，其中，C為電容器CM或者C57的值，dV為由電流沖擊導(dǎo)致的電壓變化，且 dt為階段II的持續(xù)時間。第三階段III從時間tl開始，在第三階段III期間，降壓型開關(guān)電源電路5啟動。 變換器2仍然關(guān)閉。應(yīng)注意，在不存在電容器C57的情況下，電壓Vl的值與電壓VR的值相同，且可以 觀察到，由于變換器56還未被啟動，電容器CM不充電。在階段III期間，電壓Vl降低，同時電壓V2升高。在階段III的結(jié)束時，電壓V2達(dá) 到額定電平V2nom，在屏幕操作期間將保持該額定電平V2nom。電壓Vl達(dá)到電平Vin-V2n0m。第四階段IV包括由于開關(guān)式變換器5而致使電壓Vl升高至其額定電平。在該 階段IV結(jié)束時，顯示器可以操作(階段V)。假設(shè)，在時間t2處，通過在變換器2的輸入端處的電壓的消失(例如，通過斷開開 關(guān)21)而關(guān)閉顯示器。于是電容器25和27被切斷供電，且可以觀察到電壓VR和Vl下降 (階段VI)。在該階段VI期間，電壓V2的電平通過變換器而保持穩(wěn)定，該變換器通過電路 57而保持操作，以確定電壓VR在二極管D55導(dǎo)通之前充分降低。當(dāng)電壓VR足夠低且電壓 Vl變成負(fù)的時，電壓V2達(dá)到電平UVLOmin，且電路57停止工作。于是電壓V2可以在放大 器132和134的等效阻抗的作用下降低(階段VII)，直至電壓V2完全消失(階段VIII)。選擇值UVLOmin小于HAVDD-VD55，其中，VD55為在導(dǎo)通的二極管55中的壓降。在低負(fù)載下關(guān)閉的情況下，二極管D55保護(hù)二極管D1。實際上，在這樣的情況下， 端子30的電壓小于端子32的電壓。于是，電容器C57的放電速度快于電容器CM的放電 速度。這可能導(dǎo)致電流涌入二極管D1，從而引起損壞放大器134的風(fēng)險。在端子30與32 之間由于二極管D55而產(chǎn)生負(fù)電壓，該電壓限制為大約0. 6伏(二極管D55的結(jié)電壓)。實際上，電路57例如由比較器形成，將節(jié)點32處的電壓相對于參考電壓(被選擇 成小于HAVDD減去電壓VD55的值)進(jìn)行比較，比較器的輸出用于使電路56停止工作。變換器2和5被多個列共用。根據(jù)待提供的功率量以及部件的尺寸，該變換器為 整個屏幕或者屏幕的一部分供電。
圖4所示的電路可以擴展為，通過每次提供電容啟動分壓橋而提供多于兩個的電 源電壓，二極管等同于斷電保護(hù)二極管D55，以及電平UVLOmin(i)小于(i*VR/n)-VD55，其 中η為電壓的數(shù)量，且i在1至n-1的范圍。已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到各種變型。實際中， 由第一電路供電的顯示器的放大器的數(shù)量取決于應(yīng)用和所需要的功率。類似地，基于上文 中所給出的功能性提示和所針對的應(yīng)用，為圖4所示的電路的不同部件給定尺寸以及提供 適用于開關(guān)式變換器的控制信號，均在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從直流電壓(VR)中提供至少兩個電源電壓(VI、V2)的電路，所述直流電 壓(VR)由第一端子(30)與第二端子(36)之間的第一開關(guān)式變換器( 提供，其中第二可逆降壓型開關(guān)式變換器(5)由所述直流電壓供電；電容分壓橋(C54、C57)連接所述第一端子和第二端子，所述電容分壓橋的中點對應(yīng)于 所述第二變換器的輸出端，且限定用于提供中間電勢(HAVDD)的第三端子(32)；以及所述兩個電源電壓分別在所述第一端子與所述第三端子之間和在所述第三端子與所 述第二端子之間被采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，二極管￠5 連接所述第一端子和所述第三端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括元件(57)，該元件(57)用于當(dāng)所述直流電壓小 于所選擇的閥值時關(guān)閉所述第二開關(guān)式變換器，以便只要所述直流電壓(VR)還未達(dá)到該 中間電勢，保持所述中間電勢(HAVDD)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，用于防止靜電放電的二極管(D1、D2、D3)分別被 連接在所述第一端子(30)與所述第三端子(3 之間、所述第三端子與所述第二端子(36) 之間以及所述第一端子與所述第二端子之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述兩個電源電壓(VI、V2)用于為液晶顯示器 或者AMOLED型顯示器的列放大器供電。
6.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源電路的液晶顯示器。
7.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源電路的AMOLED顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多電平開關(guān)電源。提供一種用于從直流電壓中提供至少兩個電源電壓的電路，所述直流電壓由第一端子與第二端子之間的第一開關(guān)式變換器提供，其中第二可逆降壓型切換式變換器通過所述直流電壓供電；電容分壓橋連接所述第一端子和第二端子，所述電容分壓橋的中點對應(yīng)于所述第二變換器的輸出端，且限定用于提供中間電勢的第三端子；并且所述兩個電源電壓分別在所述第一端子與所述第三端子之間和所述第三端子與所述第二端子之間被采樣。
文檔編號G09G3/36GK102130583SQ20101059969
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者伯努瓦·庇隆, 大衛(wèi)·儒弗 申請人:意法半導(dǎo)體(圖爾)公司