CN110097857B

CN110097857B - 液晶显示驱动芯片的电源控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN110097857B
Application number: CN201810097592.1A
Authority: CN
Inventors: 张科; 王富中
Original assignee: Galaxycore Shanghai Ltd Corp
Current assignee: Galaxycore Shanghai Ltd Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: CN110097857A

Abstract

本发明提供一种液晶显示驱动芯片的电源控制方法，包括：提供M路并联的分布式多级电荷泵，输出输出信号；输出信号经分压模块输出分压电压，与参考电压经运算放大器输入至分布式多级电荷泵；时钟控制信号控制多级电荷泵的时钟；输出信号经过自适应负载检测模块检测负载状态，判断并配置对应负载的最大效率参数值，输入至M路并联的分布式多级电荷泵实现电源控制系统的高效率驱动。

Description

液晶显示驱动芯片的电源控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及液晶显示驱动芯片领域，尤其涉及一种液晶显示驱动芯片的电源控制系统及控制方法。

背景技术

液晶显示驱动芯片中很重要的电源管理单元电荷泵为液晶提供偏压，当所有的像素阵列翻转时，响应的瞬态电流会发生大的瞬态过冲，而负载也会随着分辨率的增加而增加。随着屏幕分辨率的提高，对HD、FHD等高分辨率显示而言，在帧频一定的情况下，在最大摆幅最重负载下，对显示需要的GAMMA曲线校正的电压驱动输出在1/3行时间内要达到95%稳态值，这样随着像素点阵的增加，留给瞬态响应的时间变得越来越短，在灰阶电压V一定的情况下，则相应的功耗

也会随之越来越大；因此，对供给显示的电源系统而言，需要更加快速的瞬态响应速度和更大的驱动能力。同样地，对Gate驱动而言，随着屏幕分辨率的增加，一行的显示时间的缩短，也带来了相同的功耗增大的问题。因此，这些对为显示提供稳定的电源供给的电源管理单元电荷泵的驱动能力，特别是0D0C（零电容）的应用集成电源的大驱动能力的高效率问题，提出了更高的挑战。

为在有限的芯片面积的条件下，实现高效率的最大的驱动能力，现有技术中中国发明专利申请，发明名称：电压提供电路及相关方法，中国专利申请号：200710102819.9公开了如下技术方案，如图1所示，通过监测输出电压Vout和参考电压Vref进行比较，当Vout大于Vref时，选择较小的频率；反之，则选择较大的频率，以此提高效率。但是这种方法在大负载的条件下，特别是在当前0D0C（零电容）的应用中有很多局限性。首先，由于COG的封装和driver芯片布局限制，单个集中的电荷泵电路，由于走线内阻较大，使得电压有较大的IRdrop，这样电压供给的不一致很容易对显示效果产生影响。其次，该方法实现的输出电压的纹波较大，特别是在频率较低的时候。因此，传统方法二是通过分布式的单元来解决上述的IR drop（电压降）问题。但是，面对相同分辨率但是不同的屏幕尺寸的负载，比如5.0和6.0寸屏的负载而言，同一个时钟频率等寄存器的设置，会带来效率的问题；而仅通过上述方法一中的调节频率的方法，对时钟信号不做适当的处理的话，则会带来较大的纹波问题，从而影响电源噪声。

因此，有必要提出一种自适应负载的方法，同时实现高效率和小纹波的输出，从而满足宽频高分辨率的显示大负载对电源系统的要求。另一方面，无论是目前集成的TDDI显示技术，还是被预见为下一代显示技术的OLED等都对电源的噪声问题，提出了更高的性能要求和挑战。因此，如何实现宽屏高分辨率大驱动能力下的高效率小纹波电源性能要求，已经迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液晶显示驱动芯片的电源控制方法，包括：

提供M路并联的分布式多级电荷泵，输出输出信号；

输出信号经分压模块输出分压电压，与参考电压经运算放大器输入至多级电荷泵；

时钟控制信号控制多级电荷泵的时钟；

输出信号经过自适应负载检测模块检测负载状态，判断并配置对应负载的最大效率参数值，输入至M路并联的分布式多级电荷泵实现电源控制系统的高效率驱动。

优选的，提供移相控制模块，

将时钟信号、M路的单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT输入至移相控制模块，经移相产生M组时钟信号，控制M路并联的分布式多级电荷泵的时钟，减小输出电压信号的纹波。

优选的，所述的自适应负载检测，根据负载补给动态电流大小的需求，来动态自适应调整M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT参数中的至少一个参数，以动态补给负载所需的电流。

优选的，所述移相值Q=T/M,其中T=1/f,f为时钟频率，M为M路的单元个数。

优选的，所述最大效率参数值通过最大效率查找表查阅，所述最大效率参数值包括：M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT。

优选的，所述M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT对应于负载可改变其中至少一个参数值。

优选的，所述M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT对应于负载可同时改变三个参数值。

本发明还提供一种液晶显示驱动芯片的电源控制系统，包括：

M路并联的分布式多级电荷泵、分压模块、运算放大器、负载检测模块、最大效率查找模块；

M路并联的分布式多级电荷泵，输出输出信号；

输出信号经分压模块输出分压信号与参考电压经运算放大器输入至分布式多级电荷泵；时钟控制信号控制多级电荷泵的时钟；

输出信号经过自适应负载检测模块检测负载状态，通过最大效率查找模块判断并配置对应负载的最大效率参数值，输入至分布式多级电荷泵实现电源控制系统的高效率驱动。

优选的，还包括：

移相控制模块；

将时钟信号、M路的单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT输入至移相控制模块产生M组时钟信号，分别控制M路并联的分布式多级电荷泵的时钟移位，降低输出电压的纹波。

优选的，自适应负载检测模块，根据负载补给动态电流大小的需求，来动态自适应调整M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT参数中的至少一个参数，以动态补给负载所需的电流。

优选的，所述最大效率参数值通过最大效率查找模块存储的最大效率查找表查阅，所述最大效率参数值包括：M路的单元个数，时钟频率f, 电荷泵升降压倍数BT。

优选的，所述M路的单元个数，时钟频率f, 电荷泵升降压倍数BT对应于负载可改变其中至少一个参数值。

与现有技术相比，本发明的液晶显示驱动芯片的电源控制系统及控制方法具有以下有益效果：本发明中，根据显示屏负载的不同，检测负载电流的大小，通过最大化效率的调节分布式电荷泵的个数/频率/电荷泵升降压倍数的最大效率查找表，对生成的(M路单元个数,时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT)的一组值经过移相控制模块的逻辑电路，来产生分别控制M个单元的时钟信号，实现小纹波和高效率的电源输出，从而满足宽频高分辨率的显示对电源的要求。

附图说明

通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方式，本发明所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

图1为现有技术中液晶显示驱动芯片的电压提供电路及方法。

图2为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的电路模块示意图；

图3为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的效率对应的M路单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT的示意图；

图4为根据本发明另一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的效率对应的M路单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT的示意图；

图5为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的移相控制模块对应的控制信号的时序图；

图6为根据本发明另一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的移相控制模块对应的控制信号的时序图；

图7为根据本发明再一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的移相控制模块对应的控制信号的时序图；

图8为根据本发明更一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的移相控制模块对应的控制信号的时序图；

图9为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统与现有技术的电源产生模块的纹波效果对比图；

图10为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制方法的流程示意图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

本发明提供一种液晶显示驱动芯片的电源控制方法，

提供M路并联的分布式多级电荷泵，输出输出信号；

时钟控制信号控制多级电荷泵的时钟；

以下结合具体实施例对本发明内容进行说明：

请参考图2，图2为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的电路模块示意图；液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统包括：

M路并联的分布式多级电荷泵100、分压模块600、运算放大器500、自适应负载检测模块400、最大效率查找模块300、移相控制模块200

M路并联的分布式多级电荷泵，输出输出信号Vout；输出信号Vout经分压模块600输出分压信号与参考电压经运算放大器500输入至分布式多级电荷泵100；时钟控制信号控制多级电荷泵的时钟CLK1~CLKM；输出信号经过自适应负载检测模块400检测负载状态，通过最大效率查找模块300判断并配置对应负载的最大效率参数值，输入至分布式多级电荷泵100实现电源控制系统的高效率驱动。将时钟信号、M路的单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT输入至移相控制模块产生M组时钟信号，分别控制M路并联的分布式多级电荷泵的时钟移位，降低输出电压的纹波。

请同时参考图3、图4，其中，图3为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的效率对应的M路单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT的示意图；图4为根据本发明另一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的效率对应的M路单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT的示意图；

图3、图4中,均有由X轴方向上频率f,Y轴方向上电荷泵升降压倍数BT，Z轴方向上M路并联的分布式电荷泵的单元个数（路数）组成三维的坐标系，其中的不规则球体上及内部的点均代表（x,y,z）对应的效率η,其中，沿着纵向方向上的高度越高，效率η的值越大。

在图3所示的实施例中，输出信号Vout经过自适应负载检测模块400检测负载状态，在本实施例中自适应负载检测模块400是根据负载补给动态电流大小的需求，来动态自适应调整M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT等参数中的至少一个参数，来动态补给负载所需的电流，实现驱动能力和负载的动态匹配。在本实施例中动态电流大小为10mA, 对应的a点的(x,y,z)为(M, 4, 3X),对应的b点的(x,y,z)为(2M,5,3X),其中通过图3中所示的球体上及内部的点均代表（x,y,z）对应的效率η，可查找出a点的效率η=80%，b点的效率η=75%，自适应负载检测模块400通过最大效率查找模块判断并配置对应负载的最大效率参数值（球体对应）输入至分布式多级电荷泵，在本实施例中，相比较选择a点对应的数值其数值对应的效率较佳。

在图4所示的实施例中，输出信号Vout经过自适应负载检测模块400检测负载状态，在本实施例中自适应负载检测模块，是根据负载补给动态电流大小的需求，来动态自适应调整M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT等参数中的至少一个参数，来动态补给负载所需的电流，实现驱动能力和负载的动态匹配。在本实施例中动态电流大小为20mA, 对应的c点的(x,y,z)为(2M, 5, 4X),对应的d点的(x,y,z)为(3M,5,4X)其中通过图4中所示的球体上及内部的点均代表（x,y,z）对应的效率η，可查找出c点的效率η=80%，d点的效率η=85%，自适应负载检测模块400通过最大效率查找模块判断并配置对应负载的最大效率参数值（球体对应）输入至分布式多级电荷泵，在本实施例中，相比较选择d点对应的数值，在d点的数值对应的效率较佳。

请继续参考图2至图4，其中自适应负载检测模块中：

1）对负载在显示每一行开始的时间，对液晶显示器上的像素点都要进行时间常数为RC（电阻电容）的充电，其中R和Ci屏幕上的像素点的等效负载电阻和电容；因此，相应地，负载需要补给最大的充电电流。相应地，通过增加单元个数M、或者提高开关频率f，或者提高电荷泵升降压倍数BT，来增加负载的驱动能力，实现输出驱动能力与负载的动态匹配。

2）对负载在显示每一行充电到目标灰阶电位后，负载所需要的补给电流最小。相应地，通过减小单元个数M或者降低开关频率f，或者降低电荷泵升降压倍数BT，来降低负载的驱动能力，实现输出驱动能力与负载的动态匹配。

请继续参考图5，图5为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的移相控制模块对应的控制信号的时序图；

图5中是同时改变单元个数M，时钟频率f，倍数BT后通过移相控制逻辑电路产生的CLK1-CLKM控制信号时序图。根据负载的大小，通过查找表，分别在轻载和重载找到最大效率实现的(f1,M1，BT1)和((f2,M2，BT2))中的一组值，并通过移相控制逻辑电路产生CLK1-CLKM控制信号时序图，且分别在轻载和重载时的相移=

和

。即T11=T1/M1,T12=2T1/M1,T13=(M1-1)T1/M1。

T14=T2/M2,T15= 2T2/M2,T16=(M1-1)T2/M2,T17=(M2-1)T2/M2。

图6是是改变单元个数M后通过移相控制逻辑电路产生的CLK1-CLKM控制信号时序图。根据负载的大小，通过查找表，可以任意调整（f，M，BT）中的M的大小。即打开或者关闭一个或者多个单元，本实施例示意图中，表示轻载时候打开了4个单元；重载的时候，打开了5个单元，并通过移相控制逻辑电路产生CLK1-CLK5的控制时序图来控制N级电荷泵单元，且分别在轻载和重载时的相移=

和

。即：

T21=T/4,T22= T/2,T23=3T/4。

T24=T/5,T25= 2T/5,T26=3T/5,T27=4T/5。

图7是是改变时钟频率f后通过移相控制逻辑电路产生的CLK1-CLKM控制信号时序图。根据负载的大小，通过查找表，可以任意调整（f，M，BT）中的可以任意调整f的大小。本示意图中，表示的是轻载时候打开了4个单元，且频率为f1；重载的时候，打开了4个单元，但频率为f2=2f1，通过移相控制逻辑电路产生CLK1-CLK4的控制时序图来控制N级电荷泵单元，且在轻载和重载时的相移=

。即

T31=T/2,T32= T,T33=1.5T。

T34=T/4,T35= T/2,T36=3T/4。

图8为根据本发明更一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统的移相控制模块对应的控制信号的时序图；图8是改变倍数BT后通过移相控制逻辑电路产生的CLK1-CLKM控制信号时序图。根据负载的大小，通过查找表，可以任意调整（f，M，BT）中的BT的大小，本实施例示意图中，表示轻载时工作在BT1的倍数；重载时，工作在BT2的倍数，且BT2大于BT1，通过移相控制逻辑电路产生CLK1-CLK4的控制时序图来控制N级电荷泵单元，且在轻载和重载时的相移=

。

T41=T/4,T42= T/2,T43=3T/4。

T44=T/4,T45= T/2,T46=3T/4。

此外，应当指出的是：根据负载大小通过最大效率查找模块查找最大效率参数值，可调整（f，M，BT）中的一个或者两个或者三个变量的大小，找到与负载驱动能力相匹配的最大效率的（f，M，BT）一组值，从而通过移相控制逻辑电路产生CLK1-CLKM的控制时序图来控制M个N级电荷泵单元，且在轻载和重载时的相移=

。

图9为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制系统与现有技术的电源产生模块的纹波效果对比图；其中图9中左侧的图为本发明的电源管理控制系统的纹波效果图，右侧为现有技术的电源产生控制系统的纹波效果图，其中，CLK1~CLKM的移相值Q=T/M,其中T=1/f,f为时钟频率，M为M路的单元个数。通过 with/without本发明实施效果图，对比发现，在不同的轻载和重载条件下，Vout输出电压的纹波都有直观的改善，说明本发明实现了高效率和小纹波的输出。

请继续参考图10，图10为根据本发明一个实施例中液晶显示驱动芯片的电源管理控制方法的流程示意图。液晶显示驱动芯片的电源控制方法中：

S100：提供M路并联的分布式多级电荷泵，输出输出信号；

S200：输出信号经分压模块输出分压电压，与参考电压经运算放大器输入至多级电荷泵；

S300：时钟控制信号控制多级电荷泵的时钟；

S400：输出信号经过自适应负载检测模块检测负载状态，判断并配置对应负载的最大效率参数值，输入至M路并联的分布式多级电荷泵实现电源控制系统的高效率驱动。

本发明中，根据显示屏负载的不同，检测负载电流的大小，通过最大化效率的调节分布式电荷泵的个数/频率/电荷泵升降压倍数的最大效率查找表，对生成的(M路单元个数,时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT)的一组值经过移相控制模块的逻辑电路，来产生分别控制M个单元的时钟信号，实现小纹波和高效率的电源输出，从而满足宽频高分辨率的显示对电源的要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.一种液晶显示驱动芯片的电源控制方法，其特征在于，

提供M路并联的分布式多级电荷泵，所述M路并联的分布式多级电荷泵的一端分别连接对应的时钟信号，另一端共同连接且输出一级输出信号；

提供移相控制模块；

所述一级输出信号输出至分压模块，并经所述分压模块输出分压电压至运算放大器的第一输入端，所述运算放大器的第二输入端接入参考电压，所述分压电压与所述参考电压经所述运算放大器的输出端输出二级输出信号，所述二级输出信号经所述移相控制模块输入至分布式多级电荷泵；

提供时钟信号控制所述M路并联的分布式多级电荷泵的时钟；

提供自适应负载检测模块及最大效率查找模块，所述一级输出信号还输出至自适应负载检测模块，并经过所述自适应负载检测模块检测负载对应的负载状态，并输出所述负载状态至最大效率查找模块，所述最大效率查找模块根据所述负载状态判断并配置对应负载的最大效率参数值；其中，

所述移相控制模块接入所述二级输出信号、时钟控制信号及所述最大效率参数值，并输出M路三级输出信号，所述M路三级输出信号对应输入至所述M路并联的分布式多级电荷泵，实现电源控制系统的高效率驱动。

2.根据权利要求1所述的液晶显示驱动芯片的电源控制方法，其特征在于，

将时钟控制信号、M路的单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT输入至移相控制模块，经移相产生M组时钟信号，控制M路并联的分布式多级电荷泵的时钟，减小输出电压信号的纹波。

3.根据权利要求1所述的液晶显示驱动芯片的电源控制方法，其特征在于，所述的自适应负载检测，根据负载补给动态电流大小的需求，动态自适应调整M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT参数中的至少一个参数，以动态补给负载所需的电流。

4.根据权利要求2所述的液晶显示驱动芯片的电源控制方法，其特征在于，时钟信号的移相值Q=T/M,其中T=1/f,f为时钟频率，M为M路的单元个数。

5.根据权利要求1所述的液晶显示驱动芯片的电源控制方法，其特征在于，所述最大效率参数值通过最大效率查找表查阅，所述最大效率参数值包括：M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT。

6.根据权利要求5所述的液晶显示驱动芯片的电源控制方法，其特征在于，所述M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT对应于负载可改变其中至少一个参数值。

7.根据权利要求5所述的液晶显示驱动芯片的电源控制方法，其特征在于，所述M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT对应于负载可同时改变三个参数值。

8.一种液晶显示驱动芯片的电源控制系统，其特征在于，包括：

M路并联的分布式多级电荷泵、分压模块、运算放大器、移相控制模块、负载检测模块、最大效率查找模块；

M路并联的分布式多级电荷泵一端分别连接对应的时钟信号，另一端共同连接且输出一级输出信号；

所述一级输出信号输出至分压模块，并经所述分压模块输出分压电压至运算放大器的第一输入端，所述运算放大器的第二输入端接入参考电压，所述分压电压与所述参考电压经所述运算放大器的输出端输出二级输出信号，所述二级输出信号经所述移相控制模块输入至分布式多级电荷泵；时钟信号控制所述M路并联的分布式多级电荷泵的时钟；

9.根据权利要求8所述的液晶显示驱动芯片的电源控制系统，其特征在于，还包括：

将时钟控制信号、M路的单元个数、时钟频率f、电荷泵升降压倍数BT输入至移相控制模块产生M组时钟信号，分别控制M路并联的分布式多级电荷泵的时钟移位，降低输出电压的纹波。

10.根据权利要求8所述的液晶显示驱动芯片的电源控制系统，其特征在于，

自适应负载检测模块，根据负载补给动态电流大小的需求，动态自适应调整M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT参数中的至少一个参数，以动态补给负载所需的电流。

11.根据权利要求8所述的液晶显示驱动芯片的电源控制系统，其特征在于，时钟信号的移相值Q=T/M,其中T=1/f,f为时钟频率，M为M路的单元个数。

12.根据权利要求8所述的液晶显示驱动芯片的电源控制系统，其特征在于，所述最大效率参数值通过最大效率查找模块存储的最大效率查找表查阅，所述最大效率参数值包括：M路的单元个数，时钟频率f, 电荷泵升降压倍数BT。

13.根据权利要求12所述的液晶显示驱动芯片的电源控制系统，其特征在于，所述M路的单元个数，时钟频率f, 电荷泵升降压倍数BT对应于负载可改变其中至少一个参数值。

14.根据权利要求12所述的液晶显示驱动芯片的电源控制系统，其特征在于，所述M路的单元个数，时钟频率f,电荷泵升降压倍数BT对应于负载可同时改变三个参数值。