CN108539971A - 电压转换器 - Google Patents
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Abstract
一种电压转换器，其包括电感、第一电容、检测及比较电路以及通道选择器。电感耦接在电源电压以及功率晶体管间。第一电容耦接在电感与检测端间。检测及比较电路耦接至检测端，检测检测端上的检测电压，并接收功率晶体管的驱动电压，比较检测电压与参考电压产生第一比较结果，比较驱动电压与功率晶体管的临界电压以产生第二比较结果，再依据第一比较结果、第二比较结果以及驱动电压来产生控制信号。通道选择器耦接检测及比较电路，依据控制信号使检测端耦接至参考接地端或负电压供应端。借助本发明，能够使功率晶体管的驱动电压与通道选择器中的切换开关达到同步动作的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种显示装置中的电压转换器。
背景技术
随着电子技术的进步，电子装置已成为人们生活中不可或缺的工具。为提供良好的人机界面，高品质的显示面板已成为电子装置中必要的设备。
在先前技术中，设计者可以采用嵌入式栅极电压产生器(Embedded Gate VoltageGenerator)来产生显示器中的栅极驱动电压(Gate Drive Voltage)。然而，由于外挂的驱动晶体管的控制端上所具有的寄生电容以及寄生电阻的效应，造成驱动晶体管的控制端上的电压难以与内部的电荷泵电路(Charge Pump Circuit)的切换开关达到同步动作的效果，致使电荷泵电路容易发生误动作的现象，导致显示器中的显示面板无法提供具有高品质的显示画面。因此，如何使电荷泵电路中的切换开关与驱动晶体管的控制端上的电压达到同步动作的效果，将是本领域相关技术人员重要的课题之一。
发明内容
本发明提供一种电压转换器，可以使其中的功率晶体管的驱动电压与通道选择器中的切换开关达到同步动作的效果。
本发明的电压转换器包括电感、第一电容、检测及比较电路以及通道选择器。电感耦接在电源电压以及功率晶体管间。第一电容耦接在电感与检测端间。检测及比较电路耦接至检测端，检测检测端上的检测电压，并接收功率晶体管的驱动电压，比较检测电压与参考电压产生第一比较结果，比较驱动电压与功率晶体管的临界电压以产生第二比较结果，再依据第一比较结果、第二比较结果以及驱动电压来产生控制信号。通道选择器耦接检测及比较电路，依据控制信号使检测端耦接至参考接地端或负电压供应端。
基于上述，本发明的电压转换器可以利用检测及比较电路来比较检测端上的检测电压与参考电压，以产生第一比较结果，并且，检测及比较电路亦可以比较功率晶体管的驱动电压与此功率晶体管的临界电压(Threshold Voltage)，以产生第二比较结果。如此一来，检测及比较电路可以依据上述的第一、第二比较结果以及所述驱动电压来调整输出至通道选择器的控制信号的控制时序，进而使功率晶体管的驱动电压与通道选择器中的切换开关达到同步动作的效果。
附图说明
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1是依照本发明一实施例说明一种电压转换器的示意图。
图2示出本发明图1实施例的检测及比较电路的电路图。
图3是依照本发明一实施例说明图1的电压转换器的时序图。
附图标记说明：
100：电压转换器
110、200：检测及比较电路
120：通道选择器
130：驱动电压调整电路
140：驱动信号产生器
150：负电压调整电路
160：负电压控制信号产生电路
210：第一比较器
211：第一运算放大器
212：第二运算放大器
220：第二比较器
221：运算放大器
230：逻辑运算电路
231：逻辑门
232：反相器
CH1：第一传输通道
CH2：第二传输通道
MP：功率晶体管
Q1：晶体管
R1：第一电阻
R2：第二电阻
Rfb：电流检测器
Ra：电阻
Ca：电容
CL：负载电容
CX1：第一电容
CX2：第二电容
CX3：第三电容
L1：电感
D1、D2、DL：二极管
SW1、SW2：开关
VDD：电源电压
GND：参考接地端
Vref：参考电压
CP1：第一比较结果
CP2：第二比较结果
P1：检测端
P2：负电压供应端
LX、P3：节点
Vout：输出电压
V1：电压电平
Va：检测电压
Vb：驱动电压
VGL：低栅极电压
Id：驱动电流
CS1：第一子控制信号
CS2：第二子控制信号
DS：驱动信号
NVCS：负电压控制信号
Ts：显示时间区间
TP1：时间点
具体实施方式
图1是依照本发明一实施例说明一种电压转换器的示意图。电压转换器 100包括电感L1、第一电容CX1、第二电容CX2、检测及比较电路110、通道选择器120、驱动电压调整电路130、电流检测器Rfb、驱动信号产生器140 以及负电压调整电路150。其中，电感L1耦接于电源电压VDD与功率晶体管MP间，并且电感L1与功率晶体管MP耦接于节点LX。二极管DL耦接于电感L1与节点P3间。负载电容CL耦接于节点P3与参考接地端GND间，并且在负载电容CL上可以储存电压转换器100的输出电压Vout。此外，第一电容CX1耦接于电感L1与检测端P1间，并且第二电容CX2耦接于负电压供应端P2与参考接地端GND间。
另一方面，在本实施例中，检测及比较电路110可以耦接至检测端P1，以使检测及比较电路110可以检测检测端P1上的检测电压Va，并且检测及比较电路110可以接收功率晶体管MP的驱动电压Vb。值得一提的是，在本实施例中，检测及比较电路110可以比较检测电压Va与参考电压，借以产生第一比较结果。同时，检测及比较电路110另透过比较驱动电压Vb与功率晶体管MP的临界电压(Threshold Voltage)，以产生第二比较结果。如此一来，检测及比较电路110可以依据上述的第一比较结果、第二比较结果以及驱动电压Vb来产生控制信号(包括第一子控制信号CS1及第二子控制信号CS2)。需注意到的是，关于本实施例的检测及比较电路110的相关实施细节，将会在下述图2的实施方式中进行详细的说明。
接着，在本实施例中，通道选择器120可以耦接至检测及比较电路110 以接收检测及比较电路110所提供的第一子控制信号CS1与第二子控制信号 CS2，并且，通道选择器120可以依据第一子控制信号CS1与第二子控制信号CS2，来选择将检测端P1耦接至参考接地GND或是将检测端P1耦接至负电压供应端P2。值得注意的是，本实施例的通道选择器120还可以包括第一传输通道CH1与第二传输通道CH2。其中，第一传输通道CH1耦接于检测端P1与负电压供应端P2间，第一传输通道CH1可以受控于检测及比较电路110所提供的第一子控制信号CS1。第二传输通道CH2则耦接于检测端 P1与参考接地端GND间，第二传输通道CH2可以受控于检测及比较电路 110所提供的第二子控制信号CS2。
进一步来说，本实施例中的第一传输通道CH1可以利用开关SW1与二极管D1来实施。其中，开关SW1的第一端耦接至负电压供应端P2，开关 SW1的第二端耦接至检测端P1，开关SW1可以受控于检测及比较电路110 所提供的第一子控制信号CS1。此外，二极管D1的阳极耦接至负电压供应端P2，二极管D1的阴极耦接至检测端P1。另一方面，本实施例的第二传输通道CH2可以利用开关SW2与二极管D2来实施。其中，开关SW2的第一端耦接至参考接地端GND，开关SW2的第二端耦接至检测端P1，开关SW2 可以受控于检测及比较电路110所提供的第二子控制信号CS2。此外，二极管D2的阳极耦接至检测端P1，二极管D2的阴极耦接至参考接地端GND。特别注意的是，本实施例的通道选择器120中的开关SW1，可以依据第一子控制信号CS1来控制开关SW1的导通状态。相同的，通道选择器120中的开关SW2可以依据第二子控制信号CS2来控制开关SW2的导通状态。顺带一提的是，本实施例的开关SW1、SW2可以是晶体管开关，但本发明实施例不以此为限。
接着，在本实施例中，功率晶体管MP可以接收驱动信号产生器140所产生的驱动电压Vb，并且功率晶体管MP可以依据驱动电压Vb来产生驱动电流Id。进一步来说，本实施例的驱动电压调整电路130可以耦接于功率晶体管MP的控制端与驱动信号产生器140间，并且驱动电压调整电路130可以接收驱动信号产生器140所产生的驱动电压Vb。值得一提的是，本实施例的驱动电压调整电路130可以包括电容Ca与电阻Ra，其中，上述的电容Ca 与电阻Ra可以由寄生电容、电阻所形成。详细来说，由于驱动电压调整电路130中的电容Ca与电阻Ra具有一电容电阻延迟(RC delay)，使得功率晶体管MP在实际接收驱动电压Vb时，将会有一延迟时间。换句话说，驱动电压调整电路130可以利用所包括的电容Ca与电阻Ra所产生的电容电阻延迟，来调整所接收的驱动电压Vb，借以产生经过调整后的驱动电压，以驱动功率晶体管MP。在此同时，功率晶体管MP可以依据上述的调整后的驱动电压来产生驱动电流Id。
除此之外，由于本实施例的电流检测器Rfb可以耦接在功率晶体管MP 与参考接地端GND的路径间，并且电流检测器Rfb可以用以检测功率晶体管MP上的驱动电流Id。因此，电流检测器Rfb可以将所检测到的驱动电流 Id反馈至驱动信号产生器140，以使驱动信号产生器140接收驱动电流Id，并且驱动信号产生器140可以依据驱动电流Id来产生驱动信号DS，以透过驱动信号DS来提供驱动电压Vb。值得注意的是，本实施例的驱动信号DS 可以是脉冲宽度调制信号，但并不限于此。
另一方面，本实施例的负电压调整电路150包括负电压控制信号产生电路160、第三电容CX3以及晶体管Q1。其中，负电压调整电路150耦接至负电压供应端P2，负电压调整电路150可以利用负电压控制信号产生电路 160来产生负电压控制信号NVCS，并且透过负电压控制信号NVCS来产生低栅极电压VGL。除此之外，第三电容CX3的第一端耦接至参考接地端GND。晶体管Q1的第一端(例如晶体管Q1的发射极端)耦接至第三电容CX3的第二端，晶体管Q1的第二端(例如晶体管Q1的集电极端)耦接至该负电压供应端P2，并且晶体管Q1的控制端(例如晶体管Q1的基极端)可以受控于负电压控制信号产生电路160所产生的负电压控制信号NVCS。
为了方便说明第一子控制信号CS1及第二子控制信号CS2的时序动作与检测端上的检测电压Va及驱动电压Vb的电压的关系，以下请同时参照图1 以及图3，图3是依照本发明一实施例说明图1的电压转换器的时序图。在图3中，横轴为电压转换器100的操作时间，纵轴为电压值。详细来说，当电压转换器100操作于显示时间区间Ts时，通道选择器120可以依据检测及比较电路110所提供的第一子控制信号CS1与第二子控制信号CS2来选择检测端P1耦接至参考接地端GND或是耦接至负电压供应端P2。举例来说，当第一子控制信号CS1被使能(例如为高电压电平)且第二子控制信号CS2 被禁能(例如为低电压电平)，并且驱动信号产生器140所产生的驱动电压 Vb为高电压电平时，开关SW1可以被导通。此时，开关SW2与二极管D2 可以同时被断开，以使得通道选择器120可以将检测端P1耦接至负电压供应端P2。换句话说，当第一子控制信号CS1被使能(例如为高电压电平) 且第二子控制信号CS2被禁能(例如为低电压电平)时，检测端P1上的检测电压Va的电压值，可以为负电压调整电路150所产生的低栅极电压VGL 的电压值。
另一方面，当第二子控制信号CS2被使能(例如为高电压电平)且第一子控制信号CS1被禁能(例如为低电压电平)，并且驱动信号产生器140所产生的驱动电压Vb为低电压电平时，开关SW2可以被导通。此时，开关 SW1与二极管D1可以同时被断开，以使得通道选择器120可以将检测端P1 耦接至参考接地端GND。也就是说，当第二子控制信号CS2被使能(例如为高电压电平)且第一子控制信号CS1被禁能(例如为低电压电平)时，检测端P1上的检测电压Va的电压值，可以被拉升至参考接地端GND上的电压电平V1。其中，本实施例的第一子控制信号CS1与第二子控制信号CS2 互为反向信号。
依据上述可以得知，在本实施例中，当检测端上的检测电压Va在时间点TP1产生低栅极电压VGL时，检测及比较电路110才会使第一子控制信号CS1拉升至高电压电平，以使开关SW1被导通。借此，可以避免第二电容CX2的电压值被拉升至高电压电平。除此之外，透过本发明实施例的操作方式，可以使功率晶体管MP的驱动电压Vb与通道选择器120中的切换开关SW1、SW2达到同步动作的效果，借以改善现有技术所产生的问题。
图2示出本发明图1实施例的检测及比较电路的电路图。以下请同时参照图1及图2，关于本实施例的检测及比较电路200的实施细节，在本实施例中，检测及比较电路200包括第一比较器210、第二比较器220以及逻辑运算电路230。其中，第一比较器210可以用以比较检测端P1上的检测电压 Va与参考电压Vref，以产生第一比较结果CP1。另一方面，第二比较器220 可以用以比较功率晶体管MP的驱动电压Vb与功率晶体管MP的临界电压 Vth，以产生第二比较结果CP2。值得注意的是，本实施例中的第二比较器 220可以例如是运算放大器221，但并不限于此。
具体来说，检测及比较电路200可以利用逻辑运算电路230来接收上述的第一比较结果CP1、第二比较结果CP2以及驱动电压Vb。并且，逻辑运算电路230可以依据第一比较结果CP1以及第二比较结果CP2来产生第一子控制信号CS1，亦即逻辑运算电路230可以将第一子控制信号CS1传输至开关SW1的控制端，以控制开关SW1的导通状态。另一方面，逻辑运算电路 230同样可以依据驱动电压Vb来产生第二子控制信号CS2，亦即逻辑运算电路230可以将第二子控制信号CS2传输至开关SW2的控制端，以控制开关 SW2的导通状态。
进一步来说，本实施例的第一比较器210还可以包括第一运算放大器211、第二运算放大器212、第一电阻R1以及第二电阻R2。详细来说，本实施例的第一运算放大器211的负相输入端可以接收检测电压Va，并且第一运算放大器211的正相输入端可以耦接至第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端可以耦接至参考接地端GND。另一方面，第二电阻R2可以耦接于第一运算放大器211的输出端与第一运算放大器211的正相输入端之间。如此一来，第一运算放大器211可以透过调整第一电阻R1与第二电阻R2的电阻值，来将检测电压Va进行放大或缩小的倍率转换，以使第一运算放大器211可以输出一输出电压Vo。
接着，本实施例的第二运算放大器212的负相输入端可以接收参考电压 Vref，第二运算放大器212的正相输入端可以接收第一运算放大器211所输出的输出电压Vo。如此一来，第二运算放大器212可以依据参考电压Vref 与输出电压Vo来产生第一比较结果CP1。
值得一提的是，本实施例的逻辑运算电路230可以包括逻辑门231以及反相器232。其中，逻辑运算电路230中的逻辑门231可以接收上述的第一比较结果CP1与第二比较结果CP2来进行及逻辑运算，以产生第一控制子信号CS1。需注意到的是，本实施例的逻辑门231可以是任何具有及逻辑运算功能的一个或多个组合式逻辑电路，例如是及逻辑门(ANDGate)，但不限于此。另一方面，逻辑运算电路230中的反相器232可以接收功率晶体管 MP的驱动电压Vb，并且反相器232可以依据驱动电压Vb来产生第二子控制信号CS2。
顺带一提的是，本实施例的检测及比较电路200中的逻辑电路，可以透过本领域技术人员所熟知的逻辑设计方式，依据各逻辑电路所需执行的功能来进行设计。例如：真值表(Truth Table)、卡诺图(Karnaugh Map)、状态机(Finite State Machine)或者可以利用硬件描述语言(如Verilog、VHDL) 等来进行设计，没有特别的限制。除此之外，还可以利用相关电路设计的操作软体中的合成电路(Compiler)功能来建构上述的逻辑电路。
综上所述，本发明的电压转换器可以利用检测及比较电路来依据第一与第二比较结果以产生第一子控制信号，并且，检测及比较电路也可以依据驱动信号产生器所提供的驱动电压来产生第二子控制信号。值得一提的是，当第一子控制信号被使能时，通道选择器可以将检测端耦接至负电压供应端，以使检测端上的检测电压为负电压调整电路所产生的低栅极电压。另一方面，当第二子控制信号被使能时，通道选择器可以将检测端耦接至参考接地端，以使检测端上的检测电压为参考接地端上的电压电平。如此一来，检测及比较电路可以依据上述的第一、第二比较结果以及所述驱动电压来调整输出至通道选择器的控制信号的控制时序，进而使功率晶体管的驱动电压与通道选择器中的切换开关达到同步动作的效果。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，所以本发明的保护范围应以随附权利要求书范围所界定者为准。
Claims (15)
1.一种电压转换器，包括：
一电感，耦接在一电源电压以及一功率晶体管间；
一第一电容，耦接在该电感与一检测端间；
一检测及比较电路，耦接至该检测端，检测该检测端上的一检测电压，并接收该功率晶体管的一驱动电压，比较该检测电压与一参考电压产生一第一比较结果，比较该驱动电压与该功率晶体管的临界电压以产生一第二比较结果，再依据该第一比较结果、该第二比较结果以及该驱动电压来产生一控制信号；以及
一通道选择器，耦接该检测及比较电路，依据该控制信号使该检测端耦接至一参考接地端或一负电压供应端。
2.如权利要求1所述的电压转换器，还包括：
一驱动电压调整电路，耦接至该功率晶体管的控制端，
其中，该驱动电压调整电路接收该驱动电压，并提供一电容、电阻延迟以调整该驱动电压，借以产生一调整后驱动电压。
3.如权利要求1所述的电压转换器，其中该检测及比较电路包括：
一第一比较器，比较该检测电压与该参考电压以产生该第一比较结果；
一第二比较器，比较该驱动电压与该功率晶体管的临界电压以产生该第二比较结果；以及
一逻辑运算电路，接收该第一比较结果、该第二比较结果以及该驱动电压，该逻辑运算电路依据该第一比较结果以及该第二比较结果产生一第一子控制信号，该逻辑运算电路并依据该驱动电压产生一第二子控制信号。
4.如权利要求3所述的电压转换器，其中该第一比较器包括：
一第一运算放大器，其负相输入端接收该检测电压，并且该第一运算放大器输出一输出电压；
一第二运算放大器，其负相输入端接收该参考电压，其正相输入端接收该输出电压；
一第一电阻，其第一端耦接至该第一运算放大器的正相输入端，其第二端耦接至该参考接地端；以及
一第二电阻，耦接于该第一运算放大器的输出端与该第一运算放大器的正相输入端之间。
5.如权利要求3所述的电压转换器，其中该第二比较器为一运算放大器。
6.如权利要求3所述的电压转换器，其中该逻辑运算电路包括：
一逻辑门，接收该第一比较结果与该第二比较结果，并且将该第一比较结果与该第二比较结果进行及逻辑运算，以产生该第一控制子信号。
7.如权利要求6所述的电压转换器，其中该逻辑运算电路还包括：
一反相器，接收该驱动电压以产生该第二子控制信号。
8.如权利要求7所述的电压转换器，其中该通道选择器包括：
一第一传输通道，耦接于该检测端与该负电压供应端之间，受控于该第一子控制信号；以及
一第二传输通道，耦接于该检测端与该参考接地端之间，受控于该第二子控制信号。
9.如权利要求8所述的电压转换器，其中该第一传输通道包括：
一开关，其第一端耦接至该负电压供应端，其第二端耦接至该检测端，受控于该第一子控制信号；以及
一二极管，其阳极耦接至该负电压供应端，其阴极耦接至该检测端。
10.如权利要求8所述的电压转换器，其中该第二传输通道包括：
一开关，其第一端耦接至该参考接地端，其第二端耦接至该检测端，受控于该第二子控制信号；以及
一二极管，其阳极耦接至该检测端，其阴极耦接至该参考接地端。
11.如权利要求1所述的电压转换器，还包括：
一电流检测器，耦接在该功率晶体管耦接该参考接地端的路径间，用以检测该功率晶体管上的一驱动电流。
12.如权利要求11所述的电压转换器，还包括：
一驱动信号产生器，接收该驱动电流，并依据该驱动电流以产生一驱动信号，并透过该驱动信号以提供该驱动电压，
其中，该驱动信号为脉冲宽度调制信号。
13.如权利要求1所述的电压转换器，还包括：
一第二电容，耦接在该负电压供应端与该参考接地端间。
14.如权利要求13所述的电压转换器，还包括：
一负电压调整电路，耦接至该负电压供应端，用以产生一低栅极电压。
15.如权利要求14所述的电压转换器，其中该负电压调整电路包括：
一第三电容，其第一端耦接至该参考接地端；
一晶体管，其第一端耦接至该第三电容的第二端，其第二端耦接至该负电压供应端，受控于一负电压控制信号；以及
一负电压控制信号产生电路，用以产生该负电压控制信号。
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