CN110389612B - 正负压驱动电路与其控制电路与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种正负压驱动电路与其控制电路与控制方法。正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，其包含：一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；以及一工作区间适应性调整电路，与该正电源转换电路耦接，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值。

Description

正负压驱动电路与其控制电路与控制方法
技术领域
本发明涉及一种正负压驱动电路与其控制电路与控制方法，特别是指一种能够适应性地调整正工作电压，由此维持负工作电压稳定的正负压驱动电路与其控制电路与控制方法。
背景技术
在某些应用，例如面板显示设备、扬声器等之中，负载需要接受正工作电压和负工作电压(以下简称正压与负压)作为驱动电源，而非工作于正压和地电位之间。请参阅图1，在这类应用的现有技术中，通常使用两组电源转换电路，其中正电源转换电路11根据输入电压Vin而产生正压Vp，而负电源转换电路12则根据正电源转换电路11所产生的正压Vp来产生负压Vn。
图1所示的现有技术会遭遇一个问题。请参阅图2，当流过负载13的负载电流Iload上升时，因正电源转换电路11输出的能量优先供应给负载13，使得负电源转换电路12的工作区间不足而无法产生足够的负压，因此负压Vn将会上升，这造成负载13的工作电压不稳定；当负载13为面板显示设备时，这会造成显示的失真。
本发明提出一种正负压驱动电路与其控制电路与控制方法，以解决上述问题。
与本申请相关的在前专利有:美国专利US 9,370,064 B2、US 9,075,423 B2、以及US 8,471,499 B2。
发明内容
就其中一个观点言，本发明提供了一种正负压驱动电路，用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含：一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；以及一工作区间适应性调整电路，与该正电源转换电路耦接，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值。
在一种较佳实施例中，该工作区间适应性调整电路将该负载电压与一电压临界值比较，并根据比较结果来产生该调整信号。
在一种较佳实施例中，该工作区间适应性调整电路将该负载电流与至少一电流临界值比较，并根据比较结果来产生该调整信号。
在一种较佳实施例中，该工作区间适应性调整电路将该负载电流的变化率与至少一斜率临界值比较，并根据比较结果来产生该调整信号。
在一种较佳实施例中，该工作区间适应性调整电路包含一数字模拟转换电路，将所感测到的该负载电流转换为数字信号；以及一查表电路，根据该数字模拟转换电路的输出来查表而产生对应的输出，以产生该调整信号。
在一种较佳实施例中，该工作区间适应性调整电路根据一负载工作需求信号，产生该调整信号，以调整该正压与该负压的绝对值间的差值，由此控制该负载电流的变化斜率。
就另一个观点言，本发明也提供了一种正负压驱动电路，用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含：一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；一温度感测电路，用以感测温度；以及一工作区间适应性调整电路，与该温度感测电路和该正电源转换电路耦接，用以根据该温度感测电路所感测的温度，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值或调整该正压与该负压的绝对值间的差值。
就另一个观点言，本发明也提供了一种正负压驱动电路的控制电路，该正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含一功率级电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；以及一负电源转换电路，与该功率级电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；该正负压驱动电路的控制电路包含：一工作区间适应性调整电路，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号；一误差放大电路，用以根据该调整信号而决定一参考电压，并将该正压或该正压的相关信号与该参考电压相比较而产生一比较结果，其中，该参考电压代表该正压的目标值；以及一开关信号产生电路，用以根据该误差放大电路的比较结果，产生一开关信号，控制该功率级电路，以将该输入电压转换为该正压。
就另一个观点言，本发明也提供了一种正负压驱动电路的控制电路，该正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含一功率级电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；以及一负电源转换电路，与该功率级电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；该正负压驱动电路的控制电路包含：一工作区间适应性调整电路，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号；一减法电路，用以根据该正压与该负压，产生该正压与该负压的绝对值间的差值或该正压的相关信号与该负压的相关信号的绝对值间的差值；一误差放大电路，用以根据该调整信号而决定一参考电压，并将该差值与该参考电压相比较而产生一比较结果，其中，该参考电压代表该正压的目标值；以及一开关信号产生电路，用以根据该误差放大电路的比较结果，产生一开关信号，控制该功率级电路，以将该输入电压转换为该正压。
就另一个观点言，本发明也提供了一种正负压驱动电路的控制方法，该正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；以及一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；该正负压驱动电路的控制方法包含：根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值。
以下通过具体实施例详加说明，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。
附图说明
图1显示一种现有技术正负压驱动电路的方块图。
图2显示现有技术中，负压Vn将会受负载电流Iload变化所影响，随之上升。
图3显示本发明的一个实施例。
图4显示当负载电流Iload变化时，本发明可以根据电流或电压来调整正压Vp，以使负压Vn维持稳定。
图5显示本发明根据负压Vn来调整正压Vp，以使负压Vn维持稳定的一个实施例。
图6显示本发明根据负载电流Iload来调整正压Vp，以使负压Vn维持稳定的一个实施例。
图7-图8本发明根据负载电流Iload来调整正压Vp，以使负压Vn维持稳定的另一个实施例。
图9-图10显示本发明根据正压Vp与负压Vn之差来调整正压Vp，由此调整负载电流Iload斜率的一个实施例。
图11显示对应于图4-图8实施例的正电源转换电路21的一个实施例。
图12显示对应于图9-图10实施例的正电源转换电路21的一个实施例。
图13显示本发明的另一个实施例，本实施例可以根据温度来调整正压Vp。
图14显示根据温度来调整正压Vp时，可以着重于性能表现、或是着重于温度控制。
图15-图16显示本发明根据负载电流Iload的变化率来调整正压Vp，以控制正压Vp与负压Vn间的压差并使负压Vn维持稳定的一个实施例。
具体实施方式
本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。
请参阅图3，图中所示为本发明的正负压驱动电路的一个实施例(正负压驱动电路20)。正负压驱动电路20包含正电源转换电路21、负电源转换电路22、以及工作区间适应性调整电路(Headroom Adaptive Adjustment Circuit)24。正电源转换电路21根据输入电压Vin而产生正压Vp，负电源转换电路22则根据正电源转换电路21所产生的正压Vp来产生负压Vn，以提供正压与负压给负载13。工作区间适应性调整电路24根据负载电流Iload、正压Vp、及/或负压Vn(即，根据负载电流Iload、正压Vp、负压Vn的其中之一或两者以上)，而产生调整信号Sa输出给正电源转换电路21，以调整正压Vp的目标值。当正压Vp改变时，负载13的正负压差(即其工作区间)改变，因此称为工作区间适应性调整电路24。工作区间适应性调整电路24如何根据负载电流Iload、正压Vp、负压Vn的其中之一或两者以上，来产生调整信号Sa调整正压Vp的目标值，有各种应用方式与实施方式，将于后文举例说明。
请参阅图4。本发明的其中一个应用方式，是当负载电流Iload变化时，本发明可以根据电流或电压来调整正压Vp，以使负压Vn维持稳定。此应用方式有多种实施方式，第一种实施方式是：工作区间适应性调整电路24可以感测负压Vn，当负压Vn上升时，表示负载13的工作区间不足，此时便因应而调高正压Vp的目标值。请参阅图4与图5，工作区间适应性调整电路24中例如包含比较电路240，将负压Vn与电压临界值Vth相比较，当负压Vn到达或超过电压临界值Vth时，便因应而调高正压Vp的目标值。当正压Vp上升，供电能力增加，就可以在对负载13充分供电之余，让负电源转换电路22根据正压Vp来产生足够低的负压Vn，因此负压Vn将可以恢复稳定。
请参阅图4与图6，第二种实施方式是：工作区间适应性调整电路24可以感测负载电流Iload，当负载电流Iload上升时，随负载电流Iload上升而对应地调高正压Vp的目标值。在图6实施例中，工作区间适应性调整电路24中例如包含比较电路241-243，将负载电流Iload与电流临界值Ith1-Ith3相比较，而逻辑电路249接收比较电路241-243的比较结果并进行逻辑运算。如此，就可以随负载电流Iload的上升而调高正压Vp的目标值。同样地，当正压Vp上升，供电能力增加，就可以在对负载13充分供电之余，让负电源转换电路22根据正压Vp来产生足够低的负压Vn，因此负压Vn将可以恢复稳定。
在图4-图6实施例中，正压Vp是受控为阶段性的变化，但这仅是举例，本发明并不限于此；正压Vp也可受控为连续性的变化。例如，请参阅图7与图8，在图8实施例中，工作区间适应性调整电路24中例如包含模拟数字转换(ADC)电路244，将所感测到的负载电流Iload转换为数字信号，而查表电路248根据ADC电路244的输出来查表而产生对应的输出，以调整正压Vp的目标值。同样地，当正压Vp上升，供电能力增加，就可以在对负载13充分供电之余，让负电源转换电路22根据正压Vp来产生足够低的负压Vn，因此负压Vn将可以恢复稳定。
请参阅图9-图10。本发明的另一个应用方式，是可以控制负载电流Iload的变化斜率。在前述各实施例中，是在负载电流Iload的变化导致负压Vn不稳定时，因应负载电流Iload的变化来调整正压Vp，以使负压Vn稳定。在图9-图10实施例中，则是主动改变负载13的工作区间，以改变负载电流Iload。请参阅图标，工作区间适应性调整电路24接收负载工作需求信号，当负载工作需求信号表示需要增加负载电流Iload时，工作区间适应性调整电路24可以调高正压Vp的目标值，以增加正压Vp和负压Vn之间的压差，由此调整负载电流Iload。负载电流Iload的变化斜率可以受控为线性或图标的非线性。
图11显示对应于图4-图8实施例的正电源转换电路21的一个实施例。正电源转换电路21包含误差放大电路211、开关信号产生电路212、及功率级电路213。功率级电路213例如可以为功率开关和电感所组成的切换式转换电路、或是为功率开关和电容所组成的电荷泵式转换电路。误差放大电路211将正压Vp或正压Vp的相关信号(例如正压Vp的分压)与参考电压Vp_Vref相比较而产生输出，其中，参考电压Vp_Vref代表正压Vp的目标值；开关信号产生电路212根据误差放大电路211的输出，产生开关信号，控制功率级电路213中的开关，以将输入电压Vin转换为正压Vp。如此，整体电路构成一个回路，这个回路的回授控制功能使得正压Vp被调节于对应参考电压Vp_Vref的位准，亦即，使正压Vp被调节于其目标值。当工作区间适应性调整电路24所输出的调整信号Sa调整了参考电压Vp_Vref时，也就是调整了正压Vp的目标值，功率级电路213所产生的正压Vp将随之改变。
图12显示对应于图9-图10实施例的正电源转换电路21的一个实施例。正电源转换电路21包含减法电路210、误差放大电路211、开关信号产生电路212、及功率级电路213。与上个实施例相同，功率级电路213例如可以为功率开关和电感所组成的切换式转换电路、或是为功率开关和电容所组成的电荷泵式转换电路。减法电路210将正压Vp或正压Vp的相关信号(例如正压Vp的分压)与负压Vn或负压Vn的相关信号(例如负压Vn的分压)的绝对值相减而获得其差值。误差放大电路211将差值与参考电压Vp_Vref相比较而产生输出，其中，参考电压Vp_Vref代表正压Vp的目标值；开关信号产生电路212根据误差放大电路211的输出，产生开关信号，控制功率级电路213中的开关，以将输入电压Vin转换为正压Vp。如此，整体电路构成一个回路，这个回路的回授控制功能使得正压Vp被调节于对应参考电压Vp_Vref的位准，亦即，使正压Vp被调节于其目标值。当工作区间适应性调整电路24所输出的调整信号Sa调整了参考电压Vp_Vref时，也就是调整了正压Vp的目标值，功率级电路213所产生的正压Vp将随之改变。
在图11与图12的实施例中，可以将除了功率级电路213之外的电路，整合在一个控制电路IC芯片25之中。此外，减法电路210也可以视为工作区间适应性调整电路24的一部份，而不视为是正电源转换电路21的一部份，及，由工作区间适应性调整电路24接收正压Vp与负压Vn或其相关信号，获得其差值后，传送给正电源转换电路21中的误差放大电路211。
请参阅图13-图14。本发明的另一个实施例，是可以因应温度的变化来调整正压Vp。请参阅图13，温度感测电路26感测温度而产生温度感测信号St；工作区间适应性调整电路24接收温度感测信号St，并根据温度感测信号St来产生调整信号Sa，以调整正压Vp的目标值。请参阅图14，视目的而定，调整正压Vp的方式可以有所不同。举例来说，如果工作环境的温度过高会有安全顾虑，则可以根据温度感测信号St，来随着温度的升高而降低正压Vp(或是降低正压与负压Vn的绝对值的差值)；当正压Vp降低或是正压与负压Vn的差值降低时，功耗降低，温度就可以下降。举另一例来说，如果工作环境的温度过高没有安全顾虑，但温度过高会影响性能时，则可以根据温度感测信号St，来随着温度的升高而升高正压Vp(或是升高正压与负压Vn的绝对值的差值)；当正压Vp升高或是正压与负压Vn的差值升高时，对负载13的供电能力提升，性能就可以提升。
根据温度感测信号St来产生调整信号Sa，其实施方式，可以参考图5、图6、图8，将感测电压或电流改换为温度感测信号St，电路的其他部分则类似。例如，可以将温度感测信号St与一参考临界值相比较，并根据比较结果来产生调整信号Sa；或是，以ADC电路将温度感测信号St转换为数字信号，再以查表电路根据ADC电路的输出来查表，而产生对应的调整信号Sa。
请参阅图15-图16。本发明的另一个应用方式，是可以参照负载电流Iload的变化斜率来调整Vp的变化速度以加快负压Vn稳定速度。在图15-图16实施例中，工作区间适应性调整电路24接收负载工作需求信号或侦测到负载电流Iload不同变化率时，工作区间适应性调整电路24可以不同变化速率调高正压Vp的目标值，以增加正压Vp和负压Vn之间的压差，由此抑制快速负载电流Iload变动造成的不稳。正压Vp的变化斜率可以受控为非线性或图标的线性。
在硬件电路上，工作区间适应性调整电路24可以将目前时间点的所感测到的负载电流Iload的值与前一时间点所感测到的负载电流Iload的值相减，并将差值与预设的斜率临界值相比较。当每单位时间内的负载电流Iload的变化率大于预设的斜率临界值时，便输出调整信号Sa输出给正电源转换电路21，以调整正压Vp的目标值。斜率临界值可以仅有一个，也可如图16所示，斜率临界值可以设为多阶Sth1-Sth3。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用；例如，可以既根据感测电压或电流来调整正压，又根据温度来调整正压，或是，既控制负载电流Iload的变化斜率，又根据温度来调整正压，等等。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，在图标直接连接的两电路间，可以插置不影响电路主要功能的其他电路或元件，例如开关、分压电路、取样电路、位准转换电路等。又例如，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (7)

1.一种正负压驱动电路，用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含：
一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；
一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；以及
一工作区间适应性调整电路，与该正电源转换电路耦接，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值；
其中该工作区间适应性调整电路根据一负载工作需求信号，产生该调整信号，以调整该正压与该负压的绝对值间的差值，由此控制该负载电流的变化斜率。
2.一种正负压驱动电路，用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含：
一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；
一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；以及
一工作区间适应性调整电路，与该正电源转换电路耦接，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值；
其中该工作区间适应性调整电路将该负载电流的变化率与至少一斜率临界值比较，并根据比较结果来产生该调整信号。
3.一种正负压驱动电路的控制电路，该正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含一功率级电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；以及一负电源转换电路，与该功率级电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；该正负压驱动电路的控制电路包含：
一工作区间适应性调整电路，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号；
一误差放大电路，用以根据该调整信号而决定一参考电压，并将该正压或该正压的相关信号与该参考电压相比较而产生一比较结果，其中，该参考电压代表该正压的目标值；以及
一开关信号产生电路，用以根据该误差放大电路的比较结果，产生一开关信号，控制该功率级电路，以将该输入电压转换为该正压；
其中该工作区间适应性调整电路将该负载电流的变化率与至少一斜率临界值比较，并根据比较结果来产生该调整信号。
4.一种正负压驱动电路的控制电路，该正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含一功率级电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；以及一负电源转换电路，与该功率级电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；该正负压驱动电路的控制电路包含：
一工作区间适应性调整电路，用以根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号；
一减法电路，用以根据该正压与该负压，产生该正压与该负压的绝对值间的差值或该正压的相关信号与该负压的相关信号的绝对值间的差值；
一误差放大电路，用以根据该调整信号而决定一参考电压，并将该差值与该参考电压相比较而产生一比较结果，其中，该参考电压代表该正压的目标值；以及
一开关信号产生电路，用以根据该误差放大电路的比较结果，产生一开关信号，控制该功率级电路，以将该输入电压转换为该正压。
5.如权利要求4所述的正负压驱动电路的控制电路，其中该工作区间适应性调整电路根据一负载工作需求信号，产生该调整信号，以调整该差值，由此控制该负载电流的变化斜率。
6.一种正负压驱动电路的控制方法，该正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；以及一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；该正负压驱动电路的控制方法包含：
根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值；
其中该产生调整信号的步骤包括：将该负载电流的变化率与至少一斜率临界值比较，并根据比较结果来产生该调整信号。
7.一种正负压驱动电路的控制方法，该正负压驱动电路用以提供一正压与一负压给一负载，该正负压驱动电路包含一正电源转换电路，与该负载耦接，用以根据一输入电压而产生该正压；以及一负电源转换电路，与该正电源转换电路和该负载耦接，用以根据该正压而产生该负压；该正负压驱动电路的控制方法包含：
根据流过该负载的负载电流、该正压、该负压的其中之一或两者以上，而产生一调整信号输出给该正电源转换电路，以调整该正压的目标值；
其中该产生调整信号的步骤包括：根据一负载工作需求信号，产生该调整信号，以调整该正压与该负压的绝对值间的差值，由此控制该负载电流的变化斜率。
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