CN101330252A - 具有温度补偿电路的直流至直流转换器 - Google Patents

Abstract

一种具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其在直流至直流转换器的反馈差动放大电路与输出电压检测电路之间设计一温度补偿电路，用以补偿因环境温度改变对该直流至直流转换器的直流输出电压所造成的电压准位。该温度补偿电路包括有一温度检测电路，用以检测出环境温度，并据以产生一温度信号，一电流源电路连接于该反馈差动放大电路的反馈信号输入端与该输出电压检测电路之间，该电流源电路依据该温度检测电路所产生的温度信号大小产生一电流值，并产生一比例于该电流值的补偿电压施加至该直流输出电压，进而调节该直流输出电压的电压值。该温度检测电路所产生的温度信号为一具有正温度特性的温度信号或一具有负温度特性的温度信号。

Description

具有温度补偿电路的直流至直流转换器

技术领域

本发明有关于一种直流至直流转换器，特别是有关于一种具有温度补偿电路的直流至直流转换器，该直流至直流转换器特别适合作为液晶显示装置的电源供应电路。

背景技术

在许多电子装置中，为了供应电子装置所需的稳定额定工作电压，都必须配置直流至直流转换电路。直流至直流转换电路的主要架构主要包括晶体管开关单元(例如采用金氧半场效晶体管)、比较器、锯齿波信号产生电路、输出电压检测电路、反馈差动放大电路、基准电压信号产生电路等电路组件，其工作原理主要是透过输出电压检测电路检测直流输出电压的电压准位状态，产生反馈信号经反馈差动放大电路及比较器而产生栅极控制信号控制该晶体管开关单元的开关状态，如此可在电压输出端得到一稳定的直流输出电压。此一直流至直流转换电路普遍应用在目前的液晶显示器中作为电源供应电路。

参阅图1所示，其显示一现有液晶显示器电源供应电路的电路功能方块图。现有液晶显示装置100主要包括有一液晶显示面板1(Display Panel)、一栅极驱动电路11(Gate Driver)、一数据驱动电路12(Data Driver)、一逻辑控制单元13(Logic Control Unit)。这些电路组件所需的工作电压并不相同。典型的液晶显示装置100所需的工作电压包括有栅极开启电压VGH、栅极关闭电压VGL、数据驱动电压VDD、控制逻辑电路电压Vlogic四组工作电压，这些工作电压一般都是由直流电源供应电路200所供应。在这些工作电压中，额定的电压准位各为不同。例如，数据驱动电压VDD需要较高电压准位的工作电压，故需要具有升压功能的直流至直流转换电路(Boost DC To DC Converter)以供应所需的数据驱动电压VDD。

现以提供数据驱动电压VDD的直流至直流转换器为例，参阅图2所示，在直流至直流转换器2的控制之下，一直流输入电压Vin经一电感组件L与一顺向连接的二极管D所组成的电压供应回路201后，由一电压输出端N2送出一直流输出电压Vout。电压输出端N2一般都连接有作为滤波功能的电容器C。

直流至直流转换器2中包括一晶体管开关单元21，其为一金氧半场效晶体管(MOS FET)或其它功率晶体管所构成的开关电路。晶体管开关单元21的漏极为连接在电感组件L与二极管D的连接节点N1，而源极连接至接地电位。晶体管开关单元21的栅极连接于一栅极驱动电路22。

一比较器23具有一锯齿波信号输入端23a、一差动信号输入端23b及一输出端23c，其中该锯齿波信号输入端23a可接收一锯齿波信号产生电路24所产生的锯齿波信号Vs。比较器23的输出端23c连接至栅极驱动电路22，可送出一栅极控制信号Vp至栅极驱动电路22。

一输出电压检测电路25连接于电压输出端N2，可检测该电压输出端N2的直流输出电压Vout的电压准位大小，并产生一反馈信号Vfeb。该输出电压检测电路25由第一电阻R1与第二电阻R2串联连接而组成一分压电路，且由第一电阻R1与第二电阻R2的反馈节点N3引出分压信号作为反馈信号Vfeb。

一反馈差动放大电路26具有一反馈信号输入端26a、一基准电压输入端26b、一差动信号输出端26c，其中该反馈信号输入端26a接收该输出电压检测电路25所产生的反馈信号Vfeb，基准电压输入端26b接收一基准电压信号产生电路27所产生的基准电压Vref，差动信号输出端26c连接至该比较器23的差动信号输入端23b。反馈差动放大电路26依据接收到的反馈信号Vfeb与基准电压Vref而在差动信号输出端26c送出一误差信号Verr至比较器23的差动信号输入端23b。在上述各组件所构成的直流至直流转换器架构下，可在该电压输出端N2得到一稳定的直流输出电压Vout＝(1+R1/R2)Vref。

在某些应用场合中，上述的现有直流至直流转换电路大都能符合一般电子装置所需的额定直流输出电压。但若考虑到高精密度、高环境耐受度、高稳定性、及低温度漂移的要求时，该现有的电路架构即无法满足产业的需求。

特别是对于例如液晶显示器而言，由于液晶面板的特性，环境温度及液晶显示面板本身的温度变化经常会影响到液晶显示器的特性。例如当环境温度上升时，液晶显示面板的相移(Phase Difference)会变小，且液晶显示面板的充电电荷会变高而形成过充电(Overcharging)的现象，此一现象使得液晶显示面板的亮度(Brightness)、传输(Transmittion)、珈玛曲线(Gamma Curve)等光学特性都会受到影响。

为了克服此一问题，现有技术中，有采用升高数据驱动电压VDD或是降低栅极开启电压VGH的作法。但此种作法事实上并无法精准有效地改善温度改变时，对液晶面板特性所造成的影响。再者，该现有技术也无法更进一步以切换信号的方式来控制想要达到的正温度系数或负温度系数的温度补偿效果。

在先前专利技术中也有采用不同温度补偿的技术。例如在美国公开专利2007/0085803A1号中，其揭露一种液晶显示器的温度补偿电路，其以一运算放大器及相关的电阻、电容组成一温度补偿电路串接在液晶显示器的栅极开启电压(VGH)及数据驱动电压(VDD)的共同回路前级。此一作法虽然能达到相当程度的温度补偿效果，但其实际上只是以比较器作单纯的信号比较，该比较器比较检测到的环境温度与数据驱动电压(VDD)的电压准位大小，据以产生一补偿电压供应至栅极开启电压供应回路及数据驱动电压供应回路，故对于输出电压的调节实际上并不精准，且其作法同时对液晶显示器的栅极开启电压(VGH)及数据驱动电压(VDD)同时进行调节，完全不考虑栅极开启电压与数据驱动电压两者的不同需求，故在产业应用时，并不符实际。

又如美国专利号第7038654号专利案中，其也揭露一种液晶显示器的温度补偿电路，其将一温度传感器所感测到的温度信号送至一驱动控制器(DriverController)中，由该驱动控制器送出控制信号控制一放大器的基准电压，并配合一升压电路(Step-up Circuit)而使输出电压得到调节。此一作法虽然也能达到温度补偿的目的，但必须改变基准电压以及必须采用数字处理的技术才能达成温度补偿的目的，在实现时的技术难度较高。

又如美国专利号第6803899号专利案中，其也揭露一种液晶显示器的温度补偿电路，其将一温度传感器所感测到的温度信号以数字控制的方式配合脉波宽度控制的技术来达到输出电压调节的目的。此一作法也采用数字处理的技术才能达成温度补偿的目的，在实现时的技术难度较高且复杂。

发明内容

因此，鉴于现有直流至直流转换电路对于温度补偿技术所存在的问题，本发明的主要目的即是提供一种结合了电流源技术作为温度补偿电路的直流至直流转换器，由该温度补偿电路可依据环境温度的变化状况而调节输出电压的电压准位。

本发明的另一目的是提供一种特别适合用于供应液晶显示器工作电压的直流至直流转换器，其直流至直流转换器中的温度补偿电路结合在液晶显示器的电压供应回路中，以供应液晶显示器所需的工作电压。

本发明的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，用以将一直流输入电压经一电压供应回路后，由一电压输出端送出一直流输出电压，该直流至直流转换器包括：一晶体管开关单元，其具有一源极、一漏极及一栅极，其中该漏极连接在该电压供应回路，而源极连接至一接地电位；一比较器，其具有一锯齿波信号输入端、一差动信号输入端及一输出端，其中该锯齿波信号输入端接收一锯齿波信号，该输出端经一栅极驱动电路连接于该晶体管开关单元的栅极；一输出电压检测电路，其连接于该电压供应回路，用以检测该直流输出电压的大小，并由一反馈节点产生一反馈信号；一反馈差动放大电路，其具有一基准电压输入端、一反馈信号输入端、一差动信号输出端，其中该基准电压输入端接收一基准电压，该反馈信号输入端接收该输出电压检测电路所产生的反馈信号，该差动信号输出端连接至该比较器的差动信号输入端；一温度补偿电路，其连接于该反馈差动放大电路与该输出电压检测电路之间，该温度补偿电路包括有：一温度检测电路，其用以检测出环境温度，并据以产生一温度信号；一电流源电路，其连接于该反馈差动放大电路的反馈信号输入端与该输出电压检测电路之间，该电流源电路依据该温度检测电路所产生的温度信号大小产生一电流值，并产生一比例于该电流值的补偿电压施加至该直流输出电压，进而调节该直流输出电压的电压值。

相较于现有技术，本发明在直流至直流转换器中结合了电流源组件作为温度补偿的技术，可使直流至直流转换器依据环境温度的变化状况而供应出调节的工作电压。本发明用于液晶显示器的直流至直流转换器时，其温度补偿电路结合在液晶显示器的电压供应回路中，可使液晶显示器的液晶在不同温度下得到适当的工作电压以保持其稳定特性。

附图说明

图1显示现有液晶显示器电源供应电路的电路功能方块图；

图2显示现有直流至直流转换器的控制电路图；

图3显示本发明直流至直流转换器的控制电路图；

图4显示图3中的电流源的实施例控制电路图；

图5显示以三个二极管与一电阻连接构成一具有正温度系数特性的温度检测电路的实施例电路图；

图6显示以一个齐纳二极管与一电阻连接构成一具有正温度系数特性的温度检测电路的实施例电路图；

图7显示以一电阻与三个二极管连接构成一具有负温度系数特性的温度检测电路的实施例电路图；

图8显示以一电阻与一个齐纳二极管连接构成一具有负温度系数特性的温度检测电路的实施例电路图；

图9显示本发明中同时供应出一正温度系数的温度信号及一负温度系数的温度信号的实施例电路图；

图10显示本发明作为液晶显示器的电源供应电路的电路功能方块图。

主要组件符号说明：

100：液晶显示装置

200：直流电源供应电路

201：电压供应回路

300、300a：温度补偿电路

1：液晶显示面板

11：栅极驱动电路

12：数据驱动电路

13：逻辑控制单元

2、2a：直流至直流转换器

21：晶体管开关单元

22：栅极驱动电路

23：比较器

23a：锯齿波信号输入端

23b：差动信号输入端

23c：输出端

24：锯齿波信号产生电路

25：输出电压检测电路

26：反馈差动放大电路

26a：反馈信号输入端

26b：基准电压输入端

26c：差动信号输出端

27：基准电压信号产生电路

3：电流源电路

31：放大器

4、4a、4b、4c、4d：温度检测电路

5：温度检测电路

VGH：栅极开启电压

VGL：栅极关闭电压

VDD：数据驱动电压

Vlogic：控制逻辑电路电压

Vin：直流输入电压

Vout：直流输出电压

Vfeb：反馈信号

Vref：基准电压

Verr：误差信号

Vs：锯齿波信号

Vp：栅极控制信号

Vt：温度信号

Vt1：第一温度信号

Vt2：第二温度信号

Vcc：电源端

L：电感组件

D：二极管

C：电容器

N1：连接节点

N2：电压输出端

N3：反馈节点

I1：第一电流源

I2：第二电流源

I：电流值

T1：第一切换开关

T2：第二切换开关

Sw1：第一切换信号

Sw2：第二切换信号

D11、D12、D13：二极管

D14：齐纳二极管

R1：第一电阻

R2：第二电阻

R3：电阻

Rr：电阻

具体实施方式

本发明所采用的具体实施例，将由以下的实施例及附图作进一步的说明。

图3显示本发明直流至直流转换器的控制电路图。为便于对照，本发明控制电路中若与现有控制电路相同的电路组件以相同的参照编号予以标示。在以下的实施例中，是以提供液晶显示器所需的数据驱动电压的直流至直流转换器控制电路作为较佳实施例说明。

本发明的直流至直流转换器2a包括一晶体管开关单元21，其漏极连接在电压供应回路201中的电感组件L与二极管D的连接节点N1，而源极连接至接地电位。晶体管开关单元21的栅极连接于一栅极驱动电路22。

比较器23具有一锯齿波信号输入端23a、一差动信号输入端23b及一输出端23c，其中该锯齿波信号输入端23a可接收一锯齿波信号产生电路24所产生的锯齿波信号Vs。比较器23的输出端23c连接至该栅极驱动电路22，可送出一栅极控制信号Vp至栅极驱动电路22。

一输出电压检测电路25连接于电压输出端N2，可检测该电压输出端N2所送出的直流输出电压Vout的电压准位大小，并产生一反馈信号Vfeb。该输出电压检测电路25由第一电阻R1与第二电阻R2串联连接而组成一分压电路，且由第一电阻R1与第二电阻R2的反馈节点N3引出分压信号作为反馈信号Vfeb。

一反馈差动放大电路26具有一反馈信号输入端26a、一基准电压输入端26b、一差动信号输出端26c，其中该反馈信号输入端26a接收该输出电压检测电路25所产生的反馈信号Vfeb，基准电压输入端26b接收一基准电压信号产生电路27所产生的基准电压Vref，差动信号输出端26c连接至该比较器23的差动信号输入端23b。反馈差动放大电路26依据接收到的反馈信号Vfeb与基准电压Vref而在差动信号输出端26c送出一误差信号Verr至比较器23的差动信号输入端23b。

本发明的设计中，包括有一温度补偿电路300，其连接于该反馈差动放大电路26的反馈信号输入端26a与输出电压检测电路25之间。温度补偿电路300中包括有一电流源电路3及一温度检测电路4，其中温度检测电路4依据检测出的环境温度信号大小而产生一电压型态的温度信号Vt至该电流源电路3，故该电流源电路3即依据该温度检测电路4所产生的温度信号Vt的大小产生一电流值I，并产生一比例于该电流值I的补偿电压IR1施加(相加或相减)至该直流输出电压Vout。也即该直流输出电压Vout＝(1+R1/R2)Vref±IR1。如此即可调节该直流输出电压Vout的电压值。

如图3所示的控制电路中，电流源电路3中包括有一第一电流源I1、第一切换开关T1、第二电流源I2、第二切换开关T2。其中该第一电流源I1、第一切换开关T1串联连接后，再连接于电源端Vcc与输出电压检测电路25中第一电阻R1与第二电阻R2的反馈节点N3之间，且第一切换开关T1的开关状态可由第一切换信号sw1所控制。

第二电流源I2、第二切换开关T2串联连接后，再连接于输出电压检测电路25中第二电阻R2与第二电阻R2的反馈节点N3与接地点之间，且第二切换开关T2的开关状态可由第二切换信号sw2所控制。

假设电流源3的电流值为I，当：

(1)第一切换信号sw1呈低态(第一切换开关T1on)、而第二切换信号sw2呈低态(第二切换开关T2off)时，可在电压输出端N2得到一直流输出电压Vout＝(1+R1/R2)Vref-IR1。故可达到一正温度系数补偿的作用。

(2)当第一切换信号sw1呈高态(第一切换开关T1off)、而第二切换信号sw2呈高态(第二切换开关T2on)时，可在电压输出端N2得到一直流输出电压Vout＝(1+R1/R2)Vref+IR1。故可达到一负温度系数补偿的作用。

(3)当第一切换信号sw1呈高态(第一切换开关T1off)、第二切换信号sw2呈低态(第二切换开关T2off)时，则无温度系数补偿的功能。

基于上述所达成的功能，使用者可以依实际的需要而控制第一切换信号sw1、第二切换信号sw2的状态，进而达到正温度系数补偿、负温度系数补偿、或关闭温度系数补偿的功能。

图4显示图3中的本发明电流源3的实施例控制电路图。在该控制电路中，包括有一放大器31、一电阻R3及数个晶体管所组成的电流镜电路(Current MirrorCircuit)，而该电流源3所提供的电流值I＝Vt/R3。

而在温度检测电路4的具体实施例方面，可选用具有正温度系数或负温度系数的组件作为温度检测组件、或是以二极管或齐纳二极管搭配电阻而得到正温度系数或负温度系数的温度检测电路，以达到正温度系数补偿或负温度系数补偿的效果。

例如在图5中，其以三个二极管D11、D12、D13与电阻Rr串联连接，然后再连接至电源端Vcc与接地点之间，故在该二极管D11、D12、D13与电阻Rr的连接节点所引出的温度信号Vt即为一正温度系数，而得到一具有正温度系数特性的温度检测电路4a。该二极管D11、D12、D13也可由一齐纳二极管D14予以取代(如图6所示)，同样能得到一具有正温度系数特性的温度检测电路4b。

而为了要得到一负温度系数的温度信号Vt，则如图7所示，其以一电阻Rr与三个二极管D11、D12、D13串联连接，然后再连接至电源端Vcc与接地点之间，故在电阻Rr与三个二极管D11、D12、D13的连接节点所引出的温度信号Vt即为一负温度系数，而得到一具有负温度系数特性的温度检测电路4c。该二极管D11、D12、D13也可由一齐纳二极管D14予以取代(如图8所示)，同样能得到一具有负温度系数特性的温度检测电路4d。

本发明的设计中也可以电路技术同时取得一正温度系数的温度信号及一负温度系数的温度信号。图9中显示本发明中同时供应出一正温度系数的温度信号及一负温度系数的温度信号的电路图，其包括有三个运算放大器51、52、53与电阻R51、R52、R53、R54。

以一电阻Rr与串联的二极管D11、D12、D13串联连接，然后再连接至一直流输入电压Vin与接地点之间，故在电阻Rr与串联的二极管D11、D12、D13的连接节点所引出的温度信号Vt即为一负温度系数。如前所述，该二极管D11、D12、D13也可由齐纳二极管予以取代。

上述取得的温度信号Vt，会依序通过运算放大器51、52、53，而在运算放大器52、53的输出端分别得到一具有负温度系数特性的第一温度信号Vt1与一具有正温度系数特性的第二温度信号Vt2，其信号的电压值分别为：

Vt1＝(1+R52/R51)Vt

Vt2＝(1+R54/R53)Vx-(1+R52/R51)(R54/R53)Vt

本发明具有温度补偿电路的直流至直流转换器在实际应用时，可应用在各种需要温度补偿功能的电子电路中。本发明技术特别适用于液晶显示装置中。本发明的直流至直流转换器所产生的直流输出电压可供应至液晶显示器中数据驱动电路的数据驱动电压VDD与门极驱动电路的栅极开启电压VGH。

参阅图10所示，其显示本发明作为液晶显示器的电源供应电路的电路功能方块图。以供应至液晶显示器100中数据驱动电路12的数据驱动电压VDD的电源供应回路为例，其在数据驱动电压VDD的电压供应回路201的电阻R1、R2的反馈节点N3与直流至直流转换器2内部反馈差动放大电路间设有一温度补偿电路300，以提供一稳定的数据驱动电压VDD。又以供应至液晶显示器100中栅极驱动电路11的栅极驱动电压VGH的电源供应回路为例，同样在栅极驱动电压VGH的电压供应回路的反馈节点与直流至直流转换器内部反馈差动放大电路间设有一温度补偿电路300a，以提供一稳定的栅极驱动电压VGH。

由上述的本发明实施例可知，本发明确具产业上的利用价值。上以上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，凡习于此项技术者当可依据本发明的上述实施例说明而作其它种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，当仍属于本发明的发明精神及界定的专利范围内。

Claims (11)

1.一种具有温度补偿电路的直流至直流转换器，用以将一直流输入电压经一电压供应回路后，由一电压输出端送出一直流输出电压，所述直流至直流转换器包括：

一晶体管开关单元，其具有一源极、一漏极及一栅极，其中所述漏极连接在所述电压供应回路，而源极连接至一接地电位；

一比较器，其具有一锯齿波信号输入端、一差动信号输入端及一输出端，其中所述锯齿波信号输入端接收一锯齿波信号，所述输出端经一栅极驱动电路连接于所述晶体管开关单元的栅极；

一输出电压检测电路，其连接于所述电压供应回路，用以检测所述直流输出电压的大小，并由一反馈节点产生一反馈信号；

一反馈差动放大电路，其具有一基准电压输入端、一反馈信号输入端、一差动信号输出端，其中所述基准电压输入端接收一基准电压，所述反馈信号输入端接收所述输出电压检测电路所产生的反馈信号，所述差动信号输出端连接至所述比较器的差动信号输入端；

一温度补偿电路，其连接于所述反馈差动放大电路与所述输出电压检测电路之间，所述温度补偿电路包括有：一温度检测电路，其用以检测出环境温度，并据以产生一温度信号；一电流源电路，其连接于所述反馈差动放大电路的反馈信号输入端与所述输出电压检测电路之间，所述电流源电路依据所述温度检测电路所产生的温度信号大小产生一电流值，并产生一比例于所述电流值的补偿电压施加至所述直流输出电压，进而调节所述直流输出电压的电压值。

2.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述温度补偿电路中的电流源电路连接于一电源端与所述输出电压检测电路的反馈节点之间。

3.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述温度补偿电路中的电流源电路连接于所述输出电压检测电路的反馈节点与一接地点之间。

4.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述温度补偿电路中的电流源电路包括有：

一第一电流源；

第一切换开关，其与所述第一电流源串联连接后，再连接于一电源端与所述输出电压检测电路的反馈节点之间，所述第一切换开关的开关状态可由所述第一切换信号所控制；

一第二电流源；

第二切换开关，其与所述第二电流源串联连接后，再连接于所述输出电压检测电路的反馈节点与一接地点之间，所述第二切换开关的开关状态可由所述第二切换信号所控制。

5.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述温度检测电路所产生的温度信号为一具有正温度特性的温度信号。

6.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述温度检测电路所产生的温度信号为一具有负温度特性的温度信号。

7.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述温度检测电路所产生的温度信号包括有一具有正温度特性的第一温度信号及一负温度特性的第二温度信号。

8.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述直流至直流转换器所产生的直流输出电压为供应至一液晶显示器作为所述液晶显示器的工作电压。

9.如权利要求8所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述直流至直流转换器所产生的直流输出电压为供应至所述液晶显示装置中数据驱动电路的数据驱动电压。

10.如权利要求8所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述直流至直流转换器所产生的直流输出电压为供应至所述液晶显示装置中栅极驱动电路的栅极开启电压。

11.如权利要求1所述的具有温度补偿电路的直流至直流转换器，其特征在于，所述电压供应回路包括有一电感组件与一顺向连接的二极管，所述直流输入电压经所述电感组件与二极管后，由所述二极管送出所述直流输出电压，所述晶体管开关单元的漏极为连接在所述电感组件与二极管的连接节点。

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