CN105991022B - 电压转换模块及其显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压转换模块及其显示系统，所述电压转换模块包括一电压转换单元，耦接于一电压源，用来根据所述电压源的一电源电压及一控制信号，在一输出端产生一供应电压至所述显示系统；以及一回授控制单元，耦接于所述电压转换单元，用来根据所述供应电压，产生所述控制信号。

Description

电压转换模块及其显示系统

技术领域

本发明涉及一种电压转换模块及其显示系统，尤其涉及一种不需挂载额外稳压电容的电压转换模块及其显示系统。

背景技术

电子装置通常包括不同的元件，每一元件所需的操作电压可能都不同。因此，在电子装置中，需要通过直流对直流电压转换电路，达到电压电平的调节(升压或降压)，并使其稳定在所设定的电压数值。依不同的电源需求，可延伸出许多不同形态的直流对直流电压转换器，但其都源自于降压式转换器(Buck/Step Down Converter)及升压式转换器(Boost/Step Up Converter)。顾名思义，降压式转换器可将输入端的直流电压下降至一预设电压电平，而升压式转换器则可提升输入端的直流电压。不论降压式转换器或升压式转换器，随着电路技术的演进，两者都已演变出许多变化，以适用于不同的架构，或符合不同的需求。

一般而言，利用电感实现的升压式转换器在产生电压时，升压式转换器的输出端必须耦接于一外部的稳压电容，以稳定升压式转换器所产生的电压。然而，新增外部的稳压电容将会造成使用升压式转换器的成本上升。此外，升压式转换器在提升或降低电压时也需额外对外部的稳压电容进行充电或放电，从而提高升压式转换器的功率消耗。由上述可知，现有技术实有改进的必要。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供一种不需挂载额外稳压电容的电压转换模块及其显示系统。

本发明公开一种电压转换模块，用于一显示系统，包括一电压转换单元，耦接于一电压源，用来根据所述电压源的一电源电压及一控制信号，在一输出端产生一供应电压至所述显示系统；以及一回授控制单元，耦接于所述电压转换单元，用来根据所述供应电压，产生所述控制信号。

本发明还公开一种显示系统，包括一显示面板；一栅极驱动模块，用来致能多条扫描线；一源极驱动模块，用来致能多条数据线；以及一电源转换模块，包括一电压转换单元，耦接于一电压源，用来根据所述电压源的一电源电压及一控制信号，在一输出端产生至少一供应电压至所述显示面板、所述栅极驱动模块及所述源极驱动模块中至少一者；以及一回授控制单元，耦接于所述电压转换单元，用来根据所述至少一供应电压，产生所述控制信号。

附图说明

图1A为本发明实施例中一显示系统的示意图。

图1B为图1A所示的显示系统等效电路的示意图。

图2为图1B所示的电压转换模块一实现方式及源极驱动模块部份元件的示意图。

图3为图2所示的电压转换模块运作时相关信号的示意图。

图4为图1B所示的电压转换模块另一实现方式及源极驱动模块部份元件的示意图。

图5为图1B所示的电压转换模块另一实现方式及栅极驱动模块部份元件的示意图。

图6为图5所示的电压转换模块运作时相关信号的示意图。

图7为图1B所示的电压转换模块另一实现方式及栅极驱动模块部份元件的示意图。

图8为图1B所示的电压转换模块另一实现方式及显示面板部份元件的示意图。

图9为图8所示的电压转换模块运作时相关信号的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 显示系统

100 面板

102 驱动装置

104 栅极驱动模块

106 源极驱动模块

108 电压转换模块

200、400、500、700、800 电压转换单元

202、402、502、702、802 回授控制单元

204、404、504、704、804 电压传感器

206、406、506、706、806 控制器

CS、CL 电容

DIO 二极管

SL1～SLm 数据线

L 电感

MN 晶体管

OP 缓冲器

OS 输出级

OUT 输出端

GL1～GLn 扫描线

SW_MN、SW_MP 晶体管

TP 时间区间

VCOM 共同基准电压

VDD 电压源

VGAT1、VGAT2、VSOU1、VSOU2 供应电压

VGATP、VSOUP 正供应电压

VGATN、VSOUN 负供应电压

VTH1～VTH5 预设电压

具体实施方式

请参考图1A，图1A为本发明实施例中一显示系统10的示意图。显示系统10可为如薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)液晶显示器、智能手机等具有显示面板的电子产品。显示系统10包括一显示面板(panel)100及一驱动装置102。如图1A所示，显示面板100包括多个像素PIX，且显示面板100与驱动装置102设置于同一基板上。为求简单说明，请参考图1B，图1B为图1A所示的显示系统10等效电路的示意图。在图1B中，面板100包括扫描线GL1～GLn、数据线SL1～SLm。为求简洁，图1B仅绘示出扫描线GL1～GL3及数据线SL1～SL4作为代表。扫描线GL1～GLn与数据线SL1～SLm的每一交界处分别耦接于晶体管MN，其耦接于电容CS、CL。其中，电容CL可视为显示面板100中像素PIX的等效电容，且电容CS、CL都耦接至显示系统10中一共同基准电压VCOM。驱动装置102包括一栅极驱动模块104、一源极驱动模块106及一电压转换模块108。其中，栅极驱动模块104利用电压转换模块108所产生的供应电压VGAT，致能面板100的扫描线GL1～GLn，以控制晶体管MN的导通状态。源极驱动模块106利用电压转换模块108所产生的供应电压VSOU，调整面板100的数据线SL1～SLm上的电压，以控制每一液晶分子的等效电容CL两端的电位差。借此，薄膜晶体管液晶显示器10即可循序控制每一液晶分子的等效电容CL两端的电位差。

需注意的是，电压转换模块108在产生供应电压VGAT、VSOU及共同基准电压VCOM时，会分别根据供应电压VGAT、VSOU及共同基准电压VCOM，调整本身的运作状态。据此，电压转换模块108不需耦接至额外的稳压电容，即可产生稳定的供应电压VGAT、VSOU及共同基准电压VCOM，并使显示系统10正常工作。

详细来说，请参考图2，图2为图1B所示的电压转换模块108一实现方式及源极驱动模块106部份元件的示意图。如图2所示，电压转换模块108包括电压转换单元200及回授控制单元202，其中电压转换单元200为使用电感实现的升压式转换器，其组成方式及架构可根据不同应用及设计理念而更动。在此实施例中，电压转换单元200包括一电感L、一晶体管SW_MN及一二极管DIO，用来依据电压源VDD的电源电压及一控制信号CON，在一输出端OUT产生供应电压VSOU1至源极驱动模块106中用来驱动数据线SL1～SLm(图2仅绘示有数据线SL1～SL3作为代表)的缓冲器OP。需注意的是，图2中电压转换模块108产生的供应电压VSOU1为缓冲器OP的正供应电压，而缓冲器OP的负供应电压VSOUN可由显示系统10中另一电压转换模块108提供。回授控制单元202包括电压传感器204及控制器206，用来根据供应电压VSOU1的电压值来调整控制信号CON，以控制电压转换单元200的运作状态。当供应电压VSOU1的电压值超越一预设电压VTH1时，回授控制单元202调整控制信号CON，以使电压转换单元200停止运作。如此一来，电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的供应电压VSOU1。

关于图2所示的电压转换模块108详细运作过程，举例说明如下。请共同参考图3，图3为图2所示的电压转换模块108运作时相关信号的示意图。在一时间点T1之前，控制器206周期性地调整控制信号CON。当控制器206所产生的控制信号CON为高逻辑电平时，晶体管SW_MN被导通，且电感L在一时间区间TP内储存能量。而当控制信号CON为低逻辑电平时，电感L开始提供能量至输出端OUT。由于各缓冲器OP会在相对应的数据线SL1～SLm的电压到达目标电压值时停止运作，因此供应电压VSOU1会在控制信号CON为低逻辑电平时逐渐上升。在时间点T1，供应电压VSOU1的电压值到达预设电压VTH1，控制器206依据电压传感器204所感应到的电压，维持控制信号CON为低逻辑电平，以持续关闭晶体管SW_MN。当电感L储存的能量用尽时，供应电压VSOU1会逐渐下降。直到一时间点T2，供应电压VSOU1的电压值小于预设电压VTH1，控制器206才再度调整控制信号CON为高逻辑电平，以使电感L在时间点T2后的时间区间TP中进行充电。如此一来，电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的供应电压VSOU1给源极驱动模块106。此外，电压转换模块108的功率消耗也会随之下降。

请参考图4，图4为图1B所示的电压转换模块108另一实现方式及源极驱动模块106部份元件的示意图。图4所示的电压转换模块108类似于图2所示的电压转换模块108，因此功能相似的元件及符号沿用相同的符号。如图4所示，电压转换模块108包括电压转换单元400及回授控制单元402。电压转换单元400包括电感L、晶体管SW_MP及二极管DIO，且回授控制单元402包括电压传感器404及控制器406。不同于图2所示的电压转换模块108，图4所示的电压转换模块108产生的供应电压VSOU2为缓冲器OP的负供应电压(如图2所示的负供应电压VSOUN)，且缓冲器OP的正供应电压VSOUP可为图2所示的供应电压VSOU1。此外，图4所示的控制器406在供应电压VSOU2下降至一预设电压VTH2时，调整控制信号CON来关闭晶体管SW_MP，以使电压转换单元400停止运作。据此，图4所示的电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的供应电压VSOU2给源极驱动模块106，并降低功率消耗。图4所示的电压转换模块108详细的运作过程可参照图2所示的电压转换模块108，为求简洁，在此不赘述。

请参考图5，图5为图1B所示的电压转换模块108另一实现方式及栅极驱动模块104部份元件的示意图。图5所示的电压转换模块108类似于图2所示的电压转换模块108，因此功能相似的元件及符号沿用相同的符号。如图5所示，电压转换模块108包括电压转换单元500及回授控制单元502。电压转换单元500包括电感L、晶体管SW_MN及二极管DIO，且回授控制单元502包括电压传感器504及控制器506。需注意的是，图5仅绘示有栅极驱动模块104的部份输出级OS及扫描线GL1～GL3作为代表。在此实施例中，电压转换模块108所输出的供应电压VGAT1为栅极驱动模块104中输出级OS的正供应电压，且栅极驱动模块104中输出级OS的负供应电压VGATN可为由显示系统10中另一电压转换模块108提供。在此状况下，栅极驱动模块104的输出级OS利用供应电压VGAT1对扫描线GL1～GLn进行充电，以提升显示面板100的晶体管MN的栅极电压。因此，当供应电压VGAT1上升至大于一预设电压VTH3时，输出级OS即可利用供应电压VGAT1来导通晶体管MN。也就是说，控制器506可在电压传感器504所感应到的供应电压VGAT1的电压值到达预设电压VTH3(如15伏特)时，调整控制信号CON来使电压转换单元500停止运作。

接下来，由于晶体管MN的栅极存在有漏电流且电压转换模块108未在输出端OUT挂载稳压电容，供应电压VGAT1会逐渐下降。当供应电压VGAT1下降至低于预设电压VTH3时，控制器506会调整控制信号CON来使电压转换单元500开始运作，以抬升供应电压VGAT1。据此，电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的供应电压VGAT1。

请参考图6，图6为图5所示的电压转换模块108运作时相关信号的示意图。如图6所示，控制信号CON一开始为高逻辑电平，以导通晶体管SW_MN，并使电感L充电。在时间点T1，控制信号CON被调整为低逻辑电平，电感L开始提供能量至输出端OUT，供应电压VGAT1快速上升且在时间点T2时达到预设电压VTH3。此时，控制信号CON会被维持为低逻辑电平。当电感L的能量用尽时，供应电压VGAT1会因栅极漏电栅极开关而逐渐下降。在一时间点T3，供应电压VGAT1下降至低于预设电压VTH3，控制器506调整控制信号CON为高逻辑电平，以在时间点T3后的时间区间TP内对电感L开始充电，以此类推。据此，电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的供应电压VGAT1给栅极驱动模块104。

请参考图7，图7为图1B所示的电压转换模块108另一实现方式及栅极驱动模块104部份元件的示意图。图7所示的电压转换模块108类似于图5所示的电压转换模块108，因此功能相似的元件及符号沿用相同的符号。如图7所示，电压转换模块108包括电压转换单元700及回授控制单元702。电压转换单元700包括电感L、晶体管SW_MP及二极管DIO，且回授控制单元702包括电压传感器704及控制器706。不同于图5所示的电压转换模块108，图7所示的电压转换模块108所输出的供应电压VGAT2为输出级OS的负供应电压(如图5所示的VGATN)，且输出级OS的正供应电压VGATP可为图5所示的电压转换模块108输出的供应电压VGAT1。图7所示的控制器706在供应电压VGAT2下降至低于一预设电压VTH4时，调整控制信号CON来关闭晶体管SW_MP，以使电压转换单元700停止运作；并在供应电压VGAT2上升至超过预设电压VTH4时，调整控制信号CON来导通晶体管SW_MP，以使电压转换单元700开始运作。据此，图7所示的电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的供应电压VGAT2给栅极驱动模块104，并降低功率消耗。图7所示的电压转换模块108详细的运作过程可参照图5所示的电压转换模块108，为求简洁，在此不赘述。

请参考图8，图8为图1B所示的电压转换模块108另一实现方式及显示面板100部份元件的示意图。图8所示的电压转换模块108类似于图7所示的电压转换模块108，因此功能相似的元件及符号沿用相同的符号。如图8所示，电压转换模块108包括电压转换单元800及回授控制单元802。电压转换单元800包括电感L、晶体管SW_MP及二极管DIO，且回授控制单元802包括电压传感器804及控制器806。在此实施例中，电压转换单元800所产生的共同基准电压VCOM耦接于显示面板中的电容CS、CL。控制器806会通过调整控制信号CON，将共同基准电压VCOM大致维持为一参考电压VREF(如2伏特或0.5伏特)。

举例来说，控制器806可将参考电压VREF作为用来控制图7所示电压转换模块108的预设电压VTH5。当共同基准电压VCOM下降至低于预设电压VTH5(即参考电压VREF)时，控制器806通过调整控制信号CON，使电压转换单元800停止运作；而当共同基准电压VCOM上升至超越预设电压VTH5时，控制器806通过调整控制信号CON，使电压转换单元800开始运作。据此，电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的共同基准电压VCOM给显示面板100。

请参考图9，图9为图8所示的电压转换模块108运作时相关信号的示意图。如图9所示，首先，控制器806调整控制信号CON为低逻辑电平，晶体管SW_MP被导通，以使电感L开始充电。在时间点T1，控制信号CON被调整为高逻辑电平，电感L开始将能量送至输出端OUT，共同基准电压VCOM持续下降且在时间点T2时达到预设电压VTH5。此时，控制信号CON会被维持为高逻辑电平，从而使电压转换单元800停止运作。接下来，当电感L储存的能量用尽时，共同基准电压VCOM会因栅极的转换、源极的充放电或漏电流而逐渐上升，且在时间点T3上升至高于预设电压VTH5，控制器806调整控制信号CON为高逻辑电平，以导通晶体管SW_MP来对电感L充电，以此类推。据此，电压转换模块108不需在输出端OUT挂载稳压电容，即可产生稳定的共同基准电压VCOM给显示面板100。

综上所述，上述实施例中用于显示系统的电压转换模块可分别依据本身所产生的供应电压及共同基准电压，调整产生供应电压及共同基准电压的电源转换单元的运作状态。在此状况下，电压转换模块不需要在输出端挂载额外的稳压电容，即可产生稳定的供应电压及共同基准电压。据此，显示系统的制造成本及功率消耗都可被有效降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电压转换模块，用于一显示系统，包括：

一电压转换单元，耦接于一电压源，用来根据所述电压源的一电源电压及一控制信号，在一输出端产生一供应电压至所述显示系统，其中，所述输出端未挂载稳压电容；以及

一回授控制单元，耦接于所述电压转换单元，用来根据所述供应电压，产生所述控制信号；

其中，所述回授控制单元在所述供应电压的绝对值大于一预设电压时，调整所述控制信号，以使所述电压转换单元停止运作，且于所述电压转换单元停止运作时，所述电压转换单元仍提供所述供应电压至所述显示系统。

2.如权利要求1所述的电压转换模块，其特征在于：所述供应电压提供至所述显示系统的一源极驱动模块，且用来对所述显示系统中多条数据线进行充电或放电。

3.如权利要求1所述的电压转换模块，其特征在于：所述供应电压提供至所述显示系统的一栅极驱动模块，且用来对所述显示系统中多条扫描线进行充电或放电。

4.如权利要求1所述的电压转换模块，其特征在于：所述供应电压为所述显示系统的一共同基准电压。

5.一种电压转换模块，用于一显示系统，包括：

一电压转换单元，耦接于一电压源，用来根据所述电压源的一电源电压及一控制信号，在一输出端产生一供应电压至所述显示系统，其中，所述输出端未挂载稳压电容；以及

一回授控制单元，耦接于所述电压转换单元，用来根据所述供应电压，产生所述控制信号；

其中，所述回授控制单元在所述供应电压的绝对值小于一预设电压时，调整所述控制信号，以使所述电压转换单元开始运作，于所述电压转换单元停止运作时，所述电压转换单元仍提供所述供应电压至所述显示系统。

6.如权利要求5所述的电压转换模块，其特征在于：所述供应电压提供至所述显示系统的一源极驱动模块，且用来对所述显示系统中多条数据线进行充电或放电。

7.如权利要求5所述的电压转换模块，其特征在于：所述供应电压提供至所述显示系统的一栅极驱动模块，且用来对所述显示系统中多条扫描线进行充电或放电。

8.如权利要求5所述的电压转换模块，其特征在于：所述供应电压为所述显示系统的一共同基准电压。

9.一种显示系统，包括：

一显示面板；

一栅极驱动模块，用来致能多条扫描线；

一源极驱动模块，用来致能多条数据线；以及

一电源转换模块，包括：

一电压转换单元，耦接于一电压源，用来根据所述电压源的一电源电压及一控制信号，在一输出端产生至少一供应电压至所述显示面板、所述栅极驱动模块及所述源极驱动模块中至少一者，其中，所述输出端未挂载稳压电容；以及

一回授控制单元，耦接于所述电压转换单元，用来根据所述至少一供应电压，产生所述控制信号；

其中，所述回授控制单元在所述供应电压的绝对值大于一预设电压时，调整所述控制信号，以使所述电压转换单元停止运作，且于所述电压转换单元停止运作时，所述电压转换单元仍提供所述供应电压至所述显示系统。

10.一种显示系统，包括：

一显示面板；

一栅极驱动模块，用来致能多条扫描线；

一源极驱动模块，用来致能多条数据线；以及

一电源转换模块，包括：

一电压转换单元，耦接于一电压源，用来根据所述电压源的一电源电压及一控制信号，在一输出端产生至少一供应电压至所述显示面板、所述栅极驱动模块及所述源极驱动模块中至少一者，其中，所述输出端未挂载稳压电容；以及

一回授控制单元，耦接于所述电压转换单元，用来根据所述至少一供应电压，产生所述控制信号；

其中，所述回授控制单元在所述供应电压的绝对值小于一预设电压时，调整所述控制信号，以使所述电压转换单元开始运作，于所述电压转换单元停止运作时，所述电压转换单元仍提供所述供应电压至所述显示系统。