CN110599972A - 供电电路与驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种供电电路与驱动装置，该供电电路用于向用电电路供电，包括：反馈单元，对第一电源电压分压得到所述反馈电压；电压生成单元，根据反馈电压与参考电压之间的差值调节所述第一电源电压，以使所述反馈电压趋近于所述参考电压；调节单元，根据脉宽调制信号产生所述参考电压，并根据多个预存参数值对所述脉宽调制信号的占空比进行分时设置以调节所述参考电压的幅值，其中，在所述用电电路的第一输出信号的每个周期内，所述第一电源电压至少在部分阶段与所述用电电路的第一输出信号的变化趋势相同，且在任意时刻均大于所述用电电路的第一输出信号的电压值。

Description

供电电路与驱动装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，更具体地，涉及一种供电电路与驱动装置。
背景技术
随着液晶显示(Liquid Crystal Display,LCD)技术的不断发展，LCD越来越普及，为了保护使用者的隐私，可通过驱动用聚合物分散液晶(polymer dispersed liquidcrystal,PDLC)实现防窥功能。
图1示出了现有技术的PDLC驱动装置示意图，图2示出了图1的信号波形示意图。
如图1与图2所示，功率芯片130提供反馈电压Vfb与开关信号LX，并根据流经电阻Rb、Rc的电流调节开关信号；升压电路110根据开关信号LX产生第一电源电压VS+，并经二级管D与电阻Ra提供给运算电路140；电荷泵120根据开关信号LX产生第二电源电压VS-，并提供给运算电路140；运算电路140中包括运算放大器，接收第一电源电压VS+与第二电源电压VS-，并产生第一输出信号AC1与第二输出信号AC2，在现有技术中，由于功率芯片130提供的反馈电压Vfb是恒定值，电阻Rb、Rc的阻值固定不变，因此流经电阻Rb、Rc的电流也为恒定值，从而使得第一电源电压VS+与第二电源电压VS-均为恒定电压，如图2所示。然而用于驱动PDLC的第一输出信号AC1与第二输出信号AC2为交流信号，而第一电源电压VS+与第二电源电压VS-却均为恒定电压，从而造成运算电路140中运算放大器的功耗很高的问题，进而使得运算放大器出现发热现象，降低了PDLC驱动装置的使用寿命。
发明内容
本发明针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种供电电路与驱动装置，解决了运算放大器高功耗的问题。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种供电电路，用于向用电电路供电，包括：
反馈单元，对第一电源电压分压得到所述反馈电压；
电压生成单元，根据反馈电压与参考电压之间的差值调节所述第一电源电压，以使所述反馈电压趋近于所述参考电压；
调节单元，根据脉宽调制信号产生所述参考电压，并根据多个预存参数值对所述脉宽调制信号的占空比进行分时设置以调节所述参考电压的幅值，
其中，在所述用电电路的第一输出信号的每个周期内，所述第一电源电压至少在部分阶段与所述用电电路的第一输出信号的变化趋势相同，且在任意时刻均大于所述用电电路的第一输出信号的电压值。
可选地，所述电压生成单元提供的第二电源电压是所述第一电源电压的反相电压，所述用电电路的第二输出信号是所述第一输出信号的反相信号。
可选地，所述第一输出信号近似于正弦波，其波峰与所述第一电源电压的波峰在时域上对应，所述第一电源电压的周期是所述第一输出信号的二倍。
可选地，所述调节单元包括：
信号发生器，根据所述多个预设参数值在每个周期内对所述脉宽调制信号的占空比进行分时设置；
第一晶体管和第二晶体管，导电类型相反且串联在基准电压和参考地电压之间，所述第一晶体管和第二晶体管的控制端相连并接收所述脉宽调制信号，所述第一晶体管和所述第二晶体管的串联连接节点提供节点信号；以及
滤波电路，对节点信号进行滤波以产生所述参考电压。
可选地，所述第一电源电压的每个周期被划分为多个上升阶段、波峰阶段和多个下降阶段，其中，
所述脉宽调制信号的占空比在所述多个上升阶段内逐段增加，在所述多个下降阶段内逐段减小，且所述脉宽调制信号在所述波峰阶段的占空比大于每个所述上升阶段和每个所述下降阶段对应的占空比。
可选地，每个所述上升阶段和每个所述下降阶段的时长相等，所述波峰阶段的时长大于每个所述上升阶段/每个所述下降阶段的时长。
可选地，所述调节单元还包括：
存储器，存储所述多个预设参数值。
可选地，所述电压生成单元包括：
差分放大器，用于提供所述反馈电压与所述参考电压之间的差值；
控制电路，用于根据所述差值的大小，控制提供给电荷泵和升压电路的开关信号，以使所述反馈电压趋近于所述参考电压；
所述升压电路，用于根据所述开关信号提供所述第一电源电压；
所述电荷泵，用于根据所述开关信号提供所述第二电源电压。
可选地，所述调节单元还包括：
旁路电容，通过所述脉宽调制信号的占空比控制所述基准电压对所述旁路电容的充放电时间，进而调节所述参考电压的幅值。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种驱动装置，包括：
如上所述的供电电路；以及
至少一个用电电路，与所述供电电路相连以接收电源电压，并产生输出信号。
根据本发明实施例提供的供电电路与驱动装置，对第一电源电压分压得到反馈电压，根据反馈电压与参考电压之间的差值调节第一电源电压，以使反馈电压趋近于参考电压。根据脉宽调制信号产生参考电压，并根据多个预存参数值对脉宽调制信号的占空比进行分时设置以调节参考电压的幅值，使得在用电电路的第一输出信号的每个周期内，第一电源电压至少在部分阶段与用电电路的第一输出信号的变化趋势相同，且在任意时刻均大于用电电路的第一输出信号的电压。与现有技术相比，在第一输出信号的每个周期内，本发明实施例的第一电源电压至少在部分阶段与用电电路的第一输出信号的变化趋势相同，第二电源电压至少在部分阶段与用电电路的第二输出信号的变化趋势相同，减小了第一电源电压与第一输出信号和第二电源电压与第二输出信号之差，从而解决了运算放大器高功耗的问题，进而使得运算放大器的发热现象减少，提高了PDLC驱动装置的使用寿命。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的特征和优点将更为清楚。
图1示出了现有技术的PDLC驱动装置示意图。
图2示出了图1的信号波形示意图。
图3示出了本发明实施例的供电电路的示意框图。
图4示出了本发明实施例的供电电路的结构示意图。
图5示出了本发明实施例PDLC的驱动装置示意图。
图6示出了图5的信号波形示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
图3示出了本发明实施例的供电电路的示意框图。
如图3所示，本发明实施例的供电电路包括：调节单元210、电压生成单元220和反馈单元230。
反馈单元230，对第一电源电压VS+分压得到反馈电压Vfb。电压生成单元220，根据反馈电压Vfb与参考电压Vref之间的差值Vd调节第一电源电压VS+，以使反馈电压Vfb趋近于参考电压Vref。调节单元210，根据脉宽调制信号PWM产生参考电压Vref，并根据多个预存参数值对脉宽调制信号PWM的占空比进行分时设置以调节参考电压Vref的幅值。其中，在用电电路的第一输出信号AC1的每个周期内，第一电源电压VS+至少在部分阶段与用电电路的第一输出信号AC1的变化趋势相同，且在任意时刻均大于用电电路的第一输出信号AC1的电压值。
在一个可选的实施例中，电压生成单元220提供的第二电源电压VS-是第一电源电压VS+的反相电压，用电电路的第二输出信号AC2是第一输出信号AC1的反相信号。
在一个可选的实施例中，第一输出信号AC1近似于正弦波，其波峰与第一电源电压VS+的波峰在时域上对应，第一电源电压VS+的周期是第一输出信号AC1的二倍。
图4示出了本发明实施例的供电电路的结构示意图。
图4所示，调节单元210包括信号发生器211、存储器212、滤波电路213、第一晶体管M1、第二晶体管M2、反相器D1、旁路电容C1、电阻R3和电阻R4。其中，滤波电路213包括电容C2。电压生成单元220包括：差分放大器EA、控制电路221、升压电路222和电荷泵223。反馈单元230包括：电阻R1和电阻R2。
信号发生器211，根据多个预设参数值在每个周期内对脉宽调制信号PWM的占空比进行分时设置。可选地，多个预设参数值存储在存储器212中。第一晶体管M1和第二晶体管M2的导电类型相反且串联在基准电压VDD和参考地电压之间。第一晶体管M1和第二晶体管M2的控制端相连并接收脉宽调制信号PWM，第一晶体管M1和第二晶体管M2的串联连接节点Q2提供节点信号。可选地，第一晶体管M1为P型薄膜晶体管，第二晶体管M2为N型薄膜晶体管，第一晶体管M1和第二晶体管M2的控制端相连并接收脉宽调制信号PWM的反相信号，第一晶体管M1和第二晶体管M2的串联连接节点Q2提供节点信号。反相器D1用于提供脉宽调制信号PWM的反相信号。可以理解的是，本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一晶体管M1和第二晶体管M2进行其他设置。
滤波电路213中的电容C2连接在滤波端DIMC和参考地电压之间，对节点信号进行滤波以产生参考电压Vref。旁路电容C1，通过脉宽调制信号PWM的占空比控制基准电压VDD对旁路电容C1的充放电时间，进而调节参考电压Vref的幅值。可选地，电阻R3和电阻R4串联在节点Q2和差分放大器EA之间，电容C2连接在电阻R3和电阻R4的串联连接节点和参考地电压之间，旁路电容C1连接在电阻R3和差分放大器EA的连接节点和参考地电压之间。
差分放大器EA，用于提供反馈电压Vfb与参考电压Vref之间的差值Vd。控制电路221，用于根据差值Vd的大小，控制提供给电荷泵223和升压电路222的开关信号LX，以使反馈电压Vfb趋近于参考电压Vref。升压电路222，用于根据开关信号LX提供第一电源电压VS+。电荷泵223，用于根据开关信号LX提供第二电源电压VS-。
电阻R1和电阻R2串联在第一电源电压VS+和参考地电压之间，电阻R1和电阻R2的串联连接节点Q1提供反馈电压Vfb。
第一电源电压VS+的每个周期被划分为多个上升阶段、波峰阶段和多个下降阶段。脉宽调制信号PWM的占空比在该多个上升阶段内逐段增加，在该多个下降阶段内逐段减小，且脉宽调制信号PWM在波峰阶段的占空比大于每个上升阶段和每个下降阶段对应的占空比。每个上升阶段和每个下降阶段的时长相等，波峰阶段的时长大于每个上升阶段/每个下降阶段的时长。
在上述实施例中，升压电路222例如采用升压(Boost)电路实现。
图5示出了本发明实施例PDLC的驱动装置示意图，图6示出了图5的信号波形示意图。
下面将结合图4至图6以及具体实施例对本发明的供电电路与驱动装置的原理进行详细说明。
如图5所示，用电电路300中具有至少一个运算放大器，运算放大器接收图5中的供电电路200提供的第一电源电压VS+与第二电源电压VS-，并产生第一输出信号AC1与第二输出信号AC2。如图6所示，在第一输出信号AC1的每个周期内，第一电源电压VS+至少在部分阶段与第一输出信号AC1的变化趋势相同，且在任意时刻均大于第一输出信号AC1的电压值。第二电源电压VS-是第一电源电压VS+的反相电压，第二输出信号AC2是第一输出信号AC1的反相信号。第一输出信号AC1近似于正弦波，其波峰与第一电源电压VS+的波峰在时域上对应，第一电源电压VS+的周期是第一输出信号AC1的二倍。
信号发生器211根据多个预设参数值在每个周期内对脉宽调制信号PWM的占空比进行分时设置。第一电源电压VS+的每个周期被划分为多个上升阶段、波峰阶段和多个下降阶段。脉宽调制信号PWM的占空比在该多个上升阶段内逐段增加，在该多个下降阶段内逐段减小，且脉宽调制信号PWM在波峰阶段的占空比大于每个上升阶段和每个下降阶段对应的占空比。每个上升阶段和每个下降阶段的时长相等，波峰阶段的时长大于每个上升阶段/每个下降阶段的时长。
第一晶体管M1和第二晶体管M2的控制端相连并接收脉宽调制信号PWM的反相信号，第一晶体管M1和第二晶体管M2的串联连接节点Q2提供节点信号。滤波电路213中的电容C2对节点信号进行滤波以产生参考电压Vref。通过脉宽调制信号PWM的占空比控制基准电压VDD对旁路电容C1的充放电时间，进而调节参考电压Vref的幅值。
以第一晶体管M1为P型薄膜晶体管，第二晶体管M2为N型薄膜晶体管为例，在脉宽调制信号PWM的高电平保持时间Φ1内，脉宽调制信号PWM的反相信号使得第一晶体管M1导通、第二晶体管M2反向截止，基准电压VDD对旁路电容C1的充电；在脉宽调制信号PWM的低电平保持时间Φ2内，脉宽调制信号PWM的反相信号使得第一晶体管M1反相截止、第二晶体管M2导通，旁路电容C1对第二晶体管M2放电。可以理解的是，根据多个预设参数值在每个周期内对脉宽调制信号PWM的占空比进行分时设置，控制基准电压VDD对旁路电容C1的充电时间Φ1和放电时间Φ2，进而调节参考电压Vref的幅值。这里的占空比，是在脉宽调制信号PWM的调制周期Φ(Φ＝Φ1+Φ2)内，脉宽调制信号PWM的高电平保持时间Φ1与调制周期Φ的比值。可以理解的是，脉宽调制信号PWM的占空比可以根据第一输出信号AC1和/或第二输出信号AC2的波形变化趋势来分时设置。
根据脉宽调制信号PWM产生参考电压Vref，并根据多个预存参数值对脉宽调制信号PWM的占空比进行分时设置以调节参考电压Vref的幅值的公式为：
Vref＝VDD×duty (1)
其中，VDD是基准电压，duty为脉宽调制信号PWM的占空比。
在一些具体实施例中，基准电压VDD恒为200mV。
差分放大器EA提供反馈电压Vfb与参考电压Vref之间的差值Vd。控制电路221根据差值Vd的大小，控制提供给电荷泵223和升压电路222的开关信号LX，以使反馈电压Vfb趋近于参考电压Vref。升压电路222根据开关信号LX提供第一电源电压VS+。电荷泵223根据开关信号LX提供第二电源电压VS-。电阻R1和电阻R2串联在第一电源电压VS+和参考地电压之间，电阻R1和电阻R2的串联连接节点Q1提供反馈电压Vfb。
对第一电源电压VS+分压得到反馈电压Vfb的公式为：
根据反馈电压Vfb与参考电压Vref之间的差值Vd调节第一电源电压VS+，以使反馈电压Vfb趋近于参考电压Vref，则根据公式(1)和(2)得到第一电源电压VS+为：
由上可知，通过根据多个预存参数值对脉宽调制信号PWM的占空比duty进行分时设置可以调节第一电源电压VS+的幅值，使得第一电源电压VS+为交流信号。
在一个可选地实施例中，第一电源电压VS+和第二电源电压VS-的周期为T，例如，第一输出信号AC1和第二输出信号AC2的现有设计周期为16.67ms，第一输出信号AC1近似于正弦波，其波峰与第一电源电压VS+的波峰在时域上对应，第一电源电压VS+的周期是第一输出信号AC1的二倍则第一电源电压VS+和第二电源电压VS-的周期设计为8.335ms。采用微控制单元(MCU)分时设置的脉宽调制信号PWM在T时间内的占空比为如表1所示的多个预存参数值。在第一电源电压VS+和第二电源电压VS-的周期为T内，第一电源电压VS+的每个周期被划分为三个上升阶段、波峰阶段和三个下降阶段。脉宽调制信号PWM的占空比在该三个上升阶段内逐段增加，在该三个下降阶段内逐段减小，且脉宽调制信号PWM在波峰阶段的占空比大于每个上升阶段和每个下降阶段对应的占空比。每个上升阶段和每个下降阶段的时长相等，波峰阶段的时长大于每个上升阶段/每个下降阶段的时长。
表1脉宽调制信号PWM在T时间内的占空比
时间 1/8 T 1/8 T 1/8 T 2/8 T 1/8 T 1/8 T 1/8 T
Duty 30％ 50％ 70％ 90％ 70％ 50％ 30％
将表1所示的脉宽调制信号PWM在T时间内的占空比的多个预存参数值输入图4所示的供电电路200，得到的第一电源电压VS+如表2所示。表2示出供电电路200对应输出的第一电源电压VS+的多个值。在第一电源电压VS+的周期T内，第一电源电压VS+从小到大变化，再从大到小变化，从而实现在第一输出信号AC1的每个周期内，第一电源电压VS+至少在部分阶段与第一输出信号AC1的变化趋势相同，且在任意时刻均大于第一输出信号AC1的电压值。第一输出信号AC1近似于正弦波，其波峰与第一电源电压VS+的波峰在时域上对应，第一电源电压VS+的周期是第一输出信号AC1的二倍。
表2在T时间内输出的第一电源电压VS+的多个值
时间 1/8 T 1/8 T 1/8 T 2/8 T 1/8 T 1/8 T 1/8 T
VS+ 7.68V 12.75V 17.92V 23.04V 17.92V 7.68V 12.75V
表3本申请与现有技术的驱动装置功耗对比表
序号 现有技术功耗(mW) 本申请功耗(mW) 功耗下降比
1 528 242 54.1％
2 522 239.5 54.1％
3 514 231.9 54.8％
4 520 241 53.6％
表3是本申请与现有技术的驱动装置功耗对比表，在测试现有技术的功耗时，第一电源电压VS+恒为25.5V，第二电源电压VS-恒为-25.5V，在测试本发明的功耗时，在第一输出信号AC1的正半周期，第一电源电压VS+为随第一输出信号AC1的波形变化的交流信号，并且在任意时刻第一电源电压VS+均大于第一输出信号AC1的电压。在第二输出信号AC2的负半周期，第二电源电压VS-为随第二输出信号AC2的波形变化的交流信号，并且在任意时刻第二电源电压VS-均小于第二输出信号AC2的电压。这使得第一电源电压VS+与第一输出信号AC1的电压差和第二电源电压VS-和第二输出信号AC2的电压差减小。为了确保测试的准确性，一共做了四组对比试验，功耗下降比取四组试验的平均值，由表3可知，本发明实施例的驱动装置功耗相比于现有技术下降约54.15％。
根据本发明实施例提供的供电电路与驱动装置，对第一电源电压分压得到反馈电压，根据反馈电压与参考电压之间的差值调节第一电源电压，以使反馈电压趋近于参考电压。根据脉宽调制信号产生参考电压，并根据多个预存参数值对脉宽调制信号的占空比进行分时设置以调节参考电压的幅值，使得在用电电路的第一输出信号的每个周期内，第一电源电压至少在部分阶段与用电电路的第一输出信号的变化趋势相同，且在任意时刻均大于用电电路的第一输出信号的电压。与现有技术相比，在第一输出信号的每个周期内，本发明实施例的第一电源电压至少在部分阶段与用电电路的第一输出信号的变化趋势相同，第二电源电压至少在部分阶段与用电电路的第二输出信号的变化趋势相同，减小了第一电源电压与第一输出信号和第二电源电压与第二输出信号之差，从而解决了运算放大器高功耗的问题，进而使得运算放大器的发热现象减少，提高了PDLC驱动装置的使用寿命。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，再不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰等，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。

Claims (10)

1.一种供电电路，用于向用电电路供电，其特征在于，包括：
反馈单元，对第一电源电压分压得到所述反馈电压；
电压生成单元，根据反馈电压与参考电压之间的差值调节所述第一电源电压，以使所述反馈电压趋近于所述参考电压；
调节单元，根据脉宽调制信号产生所述参考电压，并根据多个预存参数值对所述脉宽调制信号的占空比进行分时设置以调节所述参考电压的幅值，
其中，在所述用电电路的第一输出信号的每个周期内，所述第一电源电压至少在部分阶段与所述用电电路的第一输出信号的变化趋势相同，且在任意时刻均大于所述用电电路的第一输出信号的电压值。
2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述电压生成单元提供的第二电源电压是所述第一电源电压的反相电压，所述用电电路的第二输出信号是所述第一输出信号的反相信号。
3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述第一输出信号近似于正弦波，其波峰与所述第一电源电压的波峰在时域上对应，所述第一电源电压的周期是所述第一输出信号的二倍。
4.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述调节单元包括：
信号发生器，根据所述多个预设参数值在每个周期内对所述脉宽调制信号的占空比进行分时设置；
第一晶体管和第二晶体管，导电类型相反且串联在基准电压和参考地电压之间，所述第一晶体管和第二晶体管的控制端相连并接收所述脉宽调制信号，所述第一晶体管和所述第二晶体管的串联连接节点提供节点信号；以及
滤波电路，对节点信号进行滤波以产生所述参考电压。
5.根据权利要求4所述的供电电路，其特征在于，所述第一电源电压的每个周期被划分为多个上升阶段、波峰阶段和多个下降阶段，其中，
所述脉宽调制信号的占空比在所述多个上升阶段内逐段增加，在所述多个下降阶段内逐段减小，且所述脉宽调制信号在所述波峰阶段的占空比大于每个所述上升阶段和每个所述下降阶段对应的占空比。
6.根据权利要求5所述的供电电路，其特征在于，每个所述上升阶段和每个所述下降阶段的时长相等，所述波峰阶段的时长大于每个所述上升阶段/每个所述下降阶段的时长。
7.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，所述调节单元还包括：
存储器，存储所述多个预设参数值。
8.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述电压生成单元包括：
差分放大器，用于提供所述反馈电压与所述参考电压之间的差值；
控制电路，用于根据所述差值的大小，控制提供给电荷泵和升压电路的开关信号，以使所述反馈电压趋近于所述参考电压；
所述升压电路，用于根据所述开关信号提供所述第一电源电压；
所述电荷泵，用于根据所述开关信号提供所述第二电源电压。
9.根据权利要求4所述的供电电路，其特征在于，所述调节单元还包括：
旁路电容，通过所述脉宽调制信号的占空比控制所述基准电压对所述旁路电容的充放电时间，进而调节所述参考电压的幅值。
10.一种驱动装置，其特征在于，包括：
权利要求1-9任一所述的供电电路；以及
至少一个用电电路，与所述供电电路相连以接收电源电压，并产生输出信号。
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