CN102983744A - Lcd驱动电路的dc/dc模块 - Google Patents

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Abstract

一种LCD驱动电路的DC/DC模块，所述DC/DC模块包括：Buck-Boost电路，用于将输入电压转换成栅极关断电压VGL；LDO电路，与Buck-Boost电路串联，用于将从Buck-Boost电路输入的电压转换成液晶驱动输出的下限电压VBB；BUCK电路，用于将输入电压转换成LCD中的特定的IC的工作电压VDD；电荷泵电路，用于将输入电压转换成栅极导通电压VGH，其中，DC/DC模块的输入电压直接用作液晶驱动输出的上限电压VAA。采用本发明的DC/DC模块后，电路结构简单，硬件成本降低，同时提高了带载能力。

Description

LCD驱动电路的DC/DC模块
技术领域
本发明涉及一种LCD驱动电路，尤其涉及一种LCD驱动电路的DC/DC模块。
背景技术
通常，有源矩阵显示设备包括行驱动器和列驱动器，以驱动以矩阵形式布置的点（dot）。使用液晶显示器（LCD）、等离子体显示面板（PDP）和有机发光二极管显示器（OLED）作为有源矩阵显示设备。
近年来，液晶显示器（LCD）已成为更流行的平板显示器中的一种，除了其他的应用以外，所述平板显示器还可被用作电视和计算机的监视器、个人数字助理（PDA）以及移动电话。随着对LCD的改善的研究的继续，已经开拓了制造LCD装置的各种新方法，其中一个重要的领域就是对液晶显示的驱动电路的改进。
目前LCD驱动电路的输入电压通常为12V，然后通过DC/DC模块/架构将输入电压转换成LCD显示所需要的各种电压值。现在LCD显示所需要的电压有液晶驱动输出的上限电压VAA（15V左右），液晶驱动输出的下限电压VBB（接地），VDD（通常为3.3V，是诸如EEPROM的一些IC的逻辑电路的工作电压），TFT的栅极关断电压VGL（通常为-6V左右）、TFT的栅极导通电压VGH（通常为33V左）。
图1是现有技术的LCD驱动电路的DC/DC模块的示意图。参见图1，现有技术通常使用图1的DC/DC模块来进行输入电压的转换。DC/DC模块的输入电压为12V，通过DC/DC模块将输入电压转换成LCD显示所需的各种电压。
12V的输入电压通过Boost电路产生VAA，电压为15V左右。Boost变换器也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。Boost电路的工作原理图可以参见图2，其中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM（脉宽调制）信号，信号周期为Ts，则信号频率为f＝1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy=Ton/Ts。Boost电路的最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。
12V的输入电压通过BUCK电路产生VDD，电压为3.3V左右。Buck变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。Buck电路的工作原理图可以参见图3，其中，图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM信号，信号周期为Ts，占空比Dy=Ton/Ts。
12V的输入电压通过负电荷泵（Negative charge pump）产生-6V左右的TFT的栅极关断电压VGL，且12V的输入电压通过电荷泵（Charge pump）产生33V左右的TFT的栅极导通电压VGH。电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”（flying）或“泵送”电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC(变换器)。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(0.5,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)。电荷泵的工作原理可以参见图4，图4（a）是最简单的正电荷泵的电路原理图，图4（b）是其相应的输入输出波形。下面简单描述一下其工作原理，电压变换在两个阶段内得以实现。在第一个阶段期间，开关S1和S2关闭，而开关S3和S4断开，电容充电到其值等于输入电压，即UC1+-UC1-=UC1=UIN。在第二个阶段，开关S3和S4关闭，而S1和S2打开。因为电容两端的电压降不能立即改变，输出电压则跳变到输入电压值的两倍，即UOUT=UIN+UC1=2UIN，使用这种方法可以实现电压的倍压，通常开关信号的占空比为50％时，能产生最佳的电荷转移效率。当然，这只是一种简单的计算过程，实际输出电压并非2UIN。负电荷泵的原理类似，在此不再叙述。
现有技术的DC/DC架构的缺陷是：需要Boost做升压，结构复杂，硬件成本较高。另外，随着面板尺寸的加大，以及GOA等架构，要求栅极的关断电压的输出能力够强，而现有技术的负电荷泵（Negative charge pump）是靠电容实现电压转换的，带载能力较弱，只能维持150mA的输出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LCD驱动电路的DC/DC模块，省掉Boost和负Charge Pump架构，降低成本。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种DC/DC模块，包括：Buck-Boost电路，用于将DC/DC模块的输入电压转换成栅极关断电压VGL；LDO电路，与Buck-Boost电路串联，用于将从Buck-Boost电路输入的电压转换成液晶驱动输出的下限电压VBB；BUCK电路，用于将DC/DC模块的输入电压转换成特定IC的工作电压VDD；电荷泵电路，用于将DC/DC模块的输入电压转换成栅极导通电压VGH，其中，DC/DC模块的输入电压直接用作液晶驱动输出的上限电压VAA。
所述下限电压VBB为负电压。
栅极关断电压VGL为-9V左右，下限电压VBB为-3V左右。
DC/DC模块的输入电压为12V。
VDD的电压为3.3V左右，栅极导通电压VGH为33V左右。
上限电压VAA用作LCD的数据驱动器的输出端的OP的第一电源，下限电压VBB用作LCD的数据驱动器的输出端的OP的第二电源。
Buck-Boost电路包括开关管Q1、PWM控制模块、电感L1、电容C1、二极管D1、比较器和输出端的电阻。
在Buck-Boost电路中，PWM控制模块与开关管Q1的栅极相连，PWM控制模块根据由输出端的电阻产生的反馈电压调节PWM控制模块的输出脉冲的占空比，进而调节Buck-Boost的输出端的输出电压。
LDO电路包括双极结型晶体管BJT、比较器和输出端的电阻。
BJT工作在线性区域，输出端电压由所述电阻分压，产生反馈电压，经过比较器与基准电压Vref比较放大后，反馈至BJT，使BJT处于线性区的不同位置，显示出不同的阻抗特性，进而控制输出电压。
采用本发明的DC/DC模块后，电路结构简单，硬件成本降低，同时提高了带载能力。
附图说明
通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是现有技术的LCD驱动电路的DC/DC模块的示意图。
图2是BOOST电路的电路原理示意图。
图3是BUCK电路的电路原理示意图。
图4A和图4B分别是电荷泵（Charge pump）的电路原理图和电信号波形图。
图5是根据本发明的实施例的LCD驱动电路的DC/DC模块的示意图。
图6是根据本发明的实施例的Buck-Boost电路与LDO电路连接的电路图。
图7是根据本发明的实施例的液晶显示器的电路框图。
图8是图7中示出的数据驱动器的输出端的架构的示意图。
具体实施方式
以下，参照图5和图6来详细说明本发明的实施例。
图5是根据本发明的实施例的LCD驱动电路的DC/DC模块的示意图。
根据本发明的实施例的LCD驱动电路的DC/DC模块，包括：Buck-Boost电路，用于将输入电压转换成栅极关断电压VGL；LDO电路，与Buck-Boost电路串联，用于将从Buck-Boost电路输入的电压转换成液晶驱动输出的下限电压VBB；BUCK电路，用于将输入电压转换成特定IC的工作电压VDD；电荷泵电路，用于将输入电压转换成栅极导通电压VGH，其中，DC/DC模块的输入电压直接用作液晶驱动输出的上限电压VAA。其中，VBB为负电压。
具体地说，通过BUCK电路产生VDD，VDD的电压为3.3V左右，主要用于例如向诸如EEPROM的一些IC的逻辑电路提供工作电压，或者向数据驱动器的前端的解码提供逻辑电压；在DC/DC模块中，通过电荷泵（Chargepump）产生33V左右的TFT的栅极导通电压VGH。
在根据本发明的实施例的DC/DC模块中，使用串联的Buck-Boost和LDO来提供-9V到-3V的电压，具体地讲，Buck-Boost电路提供-9V左右的的栅极关断电压VGL，LDO电路可以获得-3V左右的下限电压VBB。
其中，Buck-Boost变换器也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck-Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
其中，LDO是线性稳压器中的低压降线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV左右；与之相比，使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。
LDO具有非常低的输入输出电压差、非常小的内部损耗、很小的温度漂移、很高的输出电压稳定度、很好的负载和线性调整率、很宽的工作温度范围、较宽的输入电压范围、外围电路非常简单，使用起来极为方便。
根据本发明的实施例的Buck-Boost与LDO串联连接的电路的工作原理是：PWM控制模块1与开关管Q1的栅极相连，当开关管Q1导通时，DC电源对电感L1充电，将电能转换成磁能存储起来。当Q1关断时，电感L1将磁能转换成电能，释放出来，由电磁定律可知，此时二极管D1导通，Buck-Boost的Vout端的电压与DC方向相反。输出端电压经输出端的两个电阻分压，产生反馈电压，经比较器3与基准电压Vref比较放大后反馈至PWM控制模块1，PWM控制模块1根据反馈电压，调节PWM控制模块1的输出脉冲的占空比，进而调节Buck-Boost的输出端Vout的输出电压。
从Buck-Boost的输出端Vout输入到LDO的电压经由双极结型晶体管BJT2传输到输出端，BJT2工作在线性区域（可变电阻区），输出端电压由电阻分压，产生反馈电压，经过比较器4与基准电压Vref比较放大后，反馈至BJT2，使BJT2处于线性区的不同位置，显示出不同的阻抗特性，进而控制输出电压。
图7是根据本发明的实施例的液晶显示器的电路框图。
如前面所述，现在LCD显示所需要的电压有液晶驱动输出的上限电压VAA、液晶驱动输出的下限电压VBB、VDD、TFT的栅极关断电压VGL、TFT的栅极导通电压VGH。
参见图7，VGL和VGH被提供给栅极驱动器，液晶驱动输出的上限电压VAA和液晶驱动输出的下限电压VBB被提供给数据驱动器，用作数据驱动器的输出端中的运算放大器的两个电源。
图8是图7中示出的数据驱动器的输出端的架构的示意图。参见图8，数据驱动器在输出端包括数模转换器DAC和与之对应的运算放大器（OP），这些OP是双电源运放，两个电源端分别接液晶驱动输出的上限电压VAA和液晶驱动输出的下限电压VBB，OP的正相输入端与DAC相连，OP的反相输入端与输出端相连，因此由于电压跟随效应，U0接近于Ui，允许输入电压Ui在VAA与VBB之间的一定范围内变化。在现有技术中，LCD的数据驱动器中的VAA由Boost电路产生的15V左右的电压提供，VBB则直接接地。而在本发明的实施例中，发明人突破了思维定势，考虑到OP的两个电源只需要相差15V即可正常运转，并不需要将VBB接地，发明人通过使用串联的Buck-Boost和LDO代替现有技术中的并行的Boost电路和负电荷泵电路，利用Buck-Boost和LDO的串联结构实行两步降压，用第一步降压后的电压作为栅极关断电压VGL，用第二步LDO稳压降压后的-3V负电压作为VBB来驱动数据驱动器中的OP（即，使用负压驱动OP），而让VAA直接由输入电压12V提供，节省了硬件成本，增强了带载能力。最终，本申请在数据驱动器中采用-3V到12V来驱动LCD面板，也可以实现LCD画面的正常显示。
将液晶的驱动电压由0到15V驱动变为-3到12V驱动，有以下优点：
1、电路结构简单，硬件成本降低。用Buck-Boost产生-9V作为栅极端的关断电压VGL，用LDO产生-3V，作为液晶驱动输出电压的下限，相比之前的架构（用Boost产生15V的正压，用Negative charge pump产生负压作为栅极关断电压VGL），本申请的硬件成本更加低廉。
2、随着面板尺寸的加大，以及GOA等架构，要求Gate的关断电压的输出能力够强，而传统的Negative charge pump是靠电容实现电压转换的，带载能力较弱，只能维持150mA的输出，而如果换用Buck-Boost产生Gate的关断电压（-6V），硬件成本又会提高。在根据本发明的实施例的新方案中，用Buck-Boost不仅产生了新的Gate的关断电压（-9V，由于VBB变化，为了保证栅极漏极之间的-6V的电压差以彻底关断晶体管，所以栅极关断电压变为-9V），还连同廉价的LDO一起产生了液晶驱动的下限电压（-3V），实现了一个器件两种用途，相应地降低了整个DC/DC模块的成本和系统的复杂度。
虽然本发明采用了-9V、-3V以及DC/DC模块的输入电压12V这些具体的电压数值，但是如本领域技术人员所知，这些具体的电压数值可以根据实际情况变化，只要保证VBB为负值即可。
虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本发明所属技术领域中具有公知常识者在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种的修改、润饰和变型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改、润饰和变型仍将落入权利要求所限定的本发明的示例性实施例的精神和范围内。
最后，除非这里指出或者另外与上下文明显矛盾，否则这里描述的所有方法的步骤可以以任意合适的顺序执行。

Claims (10)

1.一种DC/DC模块，包括：
Buck-Boost电路，用于将DC/DC模块的输入电压转换成栅极关断电压VGL；
LDO电路，与Buck-Boost电路串联，用于将从Buck-Boost电路输入的电压转换成液晶驱动输出的下限电压VBB；
BUCK电路，用于将DC/DC模块的输入电压转换成特定IC的工作电压VDD；
电荷泵电路，用于将DC/DC模块的输入电压转换成栅极导通电压VGH，
其中，DC/DC模块的输入电压直接用作液晶驱动输出的上限电压VAA。
2.根据权利要求1所述的DC/DC模块，其中，
所述下限电压VBB为负电压。
3.根据权利要求2所述的DC/DC模块，其中，
栅极关断电压VGL为-9V左右，下限电压VBB为-3V左右。
4.根据权利要求2所述的DC/DC模块，其中，
DC/DC模块的输入电压为12V。
5.根据权利要求2所述的DC/DC模块，其中，
VDD的电压为3.3V左右，栅极导通电压VGH为33V左右。
6.根据权利要求2所述的DC/DC模块，其中，
上限电压VAA用作LCD的数据驱动器的输出端的OP的第一电源，下限电压VBB用作LCD的数据驱动器的输出端的OP的第二电源。
7.根据权利要求1或2所述的DC/DC模块，其中，
Buck-Boost电路包括开关管Q1、PWM控制模块、电感L1、电容C1、二极管D1、比较器和输出端的电阻。
8.根据权利要求7所述的DC/DC模块，其中，
在Buck-Boost电路中，PWM控制模块与开关管Q1的栅极相连，PWM控制模块根据由输出端的电阻产生的反馈电压调节PWM控制模块的输出脉冲的占空比，进而调节Buck-Boost的输出端的输出电压。
9.根据权利要求1或2所述的DC/DC模块，其中，
LDO电路包括双极结型晶体管BJT、比较器和输出端的电阻。
10.根据权利要求9所述的DC/DC模块，其中，
BJT工作在线性区域，输出端电压由所述电阻分压，产生反馈电压，经过比较器与基准电压Vref比较放大后，反馈至BJT，使BJT处于线性区的不同位置，显示出不同的阻抗特性，进而控制输出电压。
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