CN114465475A - 直流-直流转换器和包括直流-直流转换器的显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供了直流‑直流转换器和包括直流‑直流转换器的显示装置。直流‑直流转换器可包括第一转换器、占空比控制器、开关频率控制器和电流传感器，第一转换器用于转换输入电压以生成第一电源电压，占空比控制器配置成生成用于控制第一转换器的开关脉冲的占空比的占空比控制信号，开关频率控制器配置成生成用于控制与开关脉冲的开关频率对应的第一转换器的驱动频率的开关频率控制信号，电流传感器配置成感测流过第一转换器的电流。第一转换器在第一模式下基于开关频率控制信号以第一频率的开关频率来驱动，并且基于占空比控制信号生成第一电平的第一电源电压。开关频率控制器确定是否关断电流传感器。

Description

直流-直流转换器和包括直流-直流转换器的显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年11月10日提交到韩国知识产权局的第10-2020-0149653号韩国专利申请的优先权及权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及直流-直流转换器和包括直流-直流转换器的显示装置。
背景技术
显示装置可包括将输入电压转换为用于驱动像素的高电位电压和并发的低电位电压的直流-直流转换器。例如，直流-直流转换器通过电力线将正极性电压和负极性电压供给到像素。
当显示装置被驱动以输出驱动电流的量值小的低亮度时，显示装置可通过改变高电位电压和/或低电位电压的电压电平来减小它们之间的差从而降低功耗。然而，由于为驱动开关模式的直流-直流转换器的晶体管而指定的最小导通时间，由直流-直流转换器生成的高电位电压和/或低电位电压的改变可能受到限制。相应地，省电能力同样可能受到限制。
发明内容
本发明概念的实施方式提供能够稳定地改变第一电源电压的电压电平并且确保最小导通时间的直流-直流转换器和包括直流-直流转换器的显示装置。
根据各种实施方式的直流-直流转换器可包括第一转换器、占空比控制器、开关频率控制器和电流传感器，第一转换器用于转换输入电压以生成第一电源电压，占空比控制器配置成生成用于控制第一转换器的开关脉冲的占空比的占空比控制信号，开关频率控制器配置成生成用于控制与开关脉冲的开关频率对应的第一转换器的驱动频率的开关频率控制信号，电流传感器配置成感测和限制流过第一转换器的电流。第一转换器在第一模式下基于开关频率控制信号以第一频率的开关频率来驱动，并且基于占空比控制信号生成第一电平的第一电源电压。第一转换器在第二模式下基于开关频率控制信号以与第一频率不同的第二频率的开关频率来驱动，并且基于占空比控制信号生成与第一电平不同的第二电平的第一电源电压。开关频率控制器确定是否关断电流传感器。
在实施方式中，第二频率可低于第一频率，并且第一电平可低于第二电平。
在实施方式中，占空比控制器可通过降低占空比来增加第一电源电压的电压电平。
在实施方式中，开关频率控制器可基于输入电压的电压电平和与第二电平对应的目标电压电平来计算目标占空比，可基于目标占空比来计算与第二频率对应的校正开关频率，并且可基于校正开关频率来生成开关频率控制信号。
在实施方式中，开关频率控制器可包括占空比计算器、开关频率计算器和开关频率控制信号生成器，占空比计算器用于基于输入电压的电压电平和目标电压电平来计算目标占空比，开关频率计算器用于基于目标占空比和第一转换器的最小导通时间来计算校正开关频率，开关频率控制信号生成器用于基于校正开关频率来生成开关频率控制信号。
在实施方式中，开关频率计算器可计算校正开关频率，以使得与对应于校正开关频率的开关周期和目标占空比的乘积对应的开关导通时间等于最小导通时间。
在实施方式中，当校正开关频率低于基准频率时，开关频率控制器可生成用于以基准频率的开关频率驱动第一转换器的开关频率控制信号。
在实施方式中，开关频率控制器可关断电流传感器。
在实施方式中，第一转换器可包括第一电感器、第一晶体管、第二晶体管和第一开关控制器，第一电感器连接在第一节点与接地之间以用于生成第一电感器电流，第一晶体管连接在第一节点与输入有输入电压的第一输入端子之间，第二晶体管连接在第一节点与输出第一电源电压的第一输出端子之间，第一开关控制器用于控制第一晶体管和第二晶体管的导通-关断。
在实施方式中，第一开关控制器可基于占空比控制信号来控制第一晶体管和第二晶体管中的每个的开关导通时间。
在实施方式中，第一开关控制器可基于开关频率控制信号来控制第一晶体管和第二晶体管中的每个在相同的时间内被导通的次数。
在实施方式中，电流传感器可感测第一电感器电流。
在实施方式中，直流-直流转换器还可包括用于转换输入电压以生成第二电源电压的第二转换器。第二转换器可包括第二电感器、第三晶体管、第四晶体管和第二开关控制器，第二电感器连接在输入有输入电压的第二输入端子与第二节点之间以用于生成第二电感器电流，第三晶体管连接在第二节点与接地之间，第四晶体管连接在第二节点与输出第二电源电压的第二输出端子之间，第二开关控制器用于控制第三晶体管和第四晶体管。
根据各种实施方式的显示装置可包括显示面板、数据驱动器和直流-直流转换器，显示面板包括多个像素以在第一模式和第二模式中的一种模式下显示图像，数据驱动器用于将数据信号提供给显示面板，直流-直流转换器用于将电源电压供给到显示面板。直流-直流转换器可包括转换器、占空比控制器、开关频率控制器和电流传感器，转换器用于转换输入电压以生成电源电压，占空比控制器用于生成用于通过改变转换器的开关脉冲的占空比来控制电源电压的电压电平的占空比控制信号，开关频率控制器用于生成用于控制与开关脉冲的开关频率对应的转换器的驱动频率的开关频率控制信号，电流传感器用于感测流过转换器的电流。转换器可在第一模式下基于开关频率控制信号以第一频率的开关频率来驱动，并且可基于占空比控制信号生成第一电平的电源电压。转换器可在第二模式下基于开关频率控制信号以与第一频率不同的第二频率的开关频率来驱动，并且可基于占空比控制信号生成与第一电平不同的第二电平的电源电压。开关频率控制器可确定是否关断电流传感器。
在实施方式中，数据驱动器可生成电力控制信号并且将电力控制信号提供给开关频率控制器，并且开关频率控制器可基于电力控制信号来计算与第二电平对应的目标电压电平，可基于输入电压的电压电平和目标电压电平来计算目标占空比，可基于目标占空比来计算与第二频率对应的校正开关频率，并且可基于校正开关频率来生成开关频率控制信号。
在实施方式中，当校正开关频率低于基准频率时，开关频率控制器可生成用于以基准频率的开关频率驱动转换器的开关频率控制信号。
在实施方式中，当校正开关频率低于基准频率时，开关频率控制器可关断电流传感器。
在实施方式中，转换器可生成电感器电流，并且电流传感器可感测电感器电流。
在实施方式中，显示装置还可包括用于将输入电压和频率改变控制信号提供给直流-直流转换器的电源。
在实施方式中，开关频率控制器可基于频率改变控制信号来生成用于在第二模式下以第一频率的开关频率驱动转换器的开关频率控制信号。
附图说明
图1是示出根据本发明概念的实施方式的显示装置的框图。
图2是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图。
图3是示出包括在图2的直流-直流转换器中的第一转换器的实例的图。
图4是示出包括在图2的直流-直流转换器中的第二转换器的实例的图。
图5是示出图3的第一转换器和图4的第二转换器的操作的实例的图。
图6是示出包括在图2的直流-直流转换器中的开关频率控制器的实例的图。
图7和图8分别是用于描述图6的开关频率控制器的操作的实例的图和表。
图9是示出图2的直流-直流转换器的操作的实例的波形图。
图10是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图。
图11是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图。
图12是示出包括在图11的直流-直流转换器中的开关频率控制器的实例的图。
图13是用于描述图12的开关频率控制器的操作的实例的表。
图14是示出根据本发明概念的实施方式的显示装置的框图。
图15是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图。
图16是示出图15的直流-直流转换器的操作的实例的波形图。
具体实施方式
本发明概念的某些实施方式将在附图中示出并且在书面说明中进行详细描述。然而，这并不旨在将本发明概念限制为本文中公开的特定形式，并且应理解，本发明概念包括落入本发明概念的精神和范围内的所有变化、等同物和替代物。
在描述每个附图时，相似的附图标记用于相似的元件。当如“第一”和“第二”的措辞可用于描述各种元件时，由于这些措辞用于将一个元件与另一元件区分开，因此这些元件不受上述措辞限制。除非上下文另有明确指示，否则如本文中使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。
如本申请中使用的措辞“包括(comprise)”、“包括有(comprising)”、“包含有(including)”和“具有(having)”包括所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件或部件在内，并因此指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
将理解，当区被称为“连接到”或“联接到”另一区时，其可直接连接到或直接联接到另一区，或者可存在有居间区。
在本文中，当元件或信号首次使用跟有符号的名称来引入时，为简洁起见，该元件/信号随后可仅使用符号来称谓。例如，“第一电源电压VSS”随后可仅称为“VSS”；“第二电源电压VDD”后续可仅称为“VDD”；“电力控制信号SWIRE”后续可仅称为“SWIRE”等。
在本文中，诸如“改变VSS”、“调节VSS”等的措辞意味着“改变VSS的电压电平”。
图1是示出根据本发明概念的实施方式的显示装置1000的框图。显示装置1000可包括显示面板100、时序控制器200、扫描驱动器300、数据驱动器400、直流-直流转换器500和电源600。
显示面板100可包括像素PX。像素PX中的每个可连接到与其对应的数据线和扫描线。另外，像素PX中的每个可从直流-直流转换器500接收第一电源电压VSS和第二电源电压VDD。第一电源电压VSS和第二电源电压VDD可为用于像素PX的操作的电压，并且VSS的电压电平可低于VDD的电压电平。例如，VSS可为负电压，而VDD可为正电压。
时序控制器200可从外部接收输入图像数据IDATA和控制信号CS。控制信号CS可包括同步信号、时钟信号等。
时序控制器200可基于控制信号CS生成第一控制信号SCS(“扫描控制信号”)和第二控制信号DCS(“数据控制信号”)。时序控制器200可将第一控制信号SCS供给到扫描驱动器300，并且可将第二控制信号DCS供给到数据驱动器400。
第一控制信号SCS可包括扫描起始信号、时钟信号等。扫描起始信号可为用于控制扫描信号的时序的信号。包括在第一控制信号SCS中的时钟信号可用于使扫描起始信号移位。
第二控制信号DCS可包括源起始信号、时钟信号等。源起始信号可控制数据采样起始时间。包括在第二控制信号DCS中的时钟信号可用于控制采样操作。
另外，时序控制器200可重新排列输入图像数据IDATA以生成图像数据DATA，并且将图像数据DATA提供给数据驱动器400。
扫描驱动器300可从时序控制器200接收第一控制信号SCS，并且可基于第一控制信号SCS将扫描信号供给到扫描线SL1至SLn(其中，n是自然数)。例如，扫描驱动器300可将扫描信号顺序地供给到扫描线SL1至SLn。当扫描信号被顺序地供给时，可以水平线为单位(或以像素行为单位)选择像素PX，并且数据信号可供给到所选择的像素PX。为此，扫描信号可设置为栅极导通电压，以使得包括在像素PX中的每个中并且接收扫描信号的晶体管被导通。在一些实施方式中，栅极导通电压高于栅极关断电压，而在其它实施方式中，栅极导通电压低于栅极关断电压。
数据驱动器400可从时序控制器200接收图像数据DATA和第二控制信号DCS，并且可响应于第二控制信号DCS将与图像数据DATA对应的数据信号(或数据电压)供给到数据线DL1至DLm(其中，m是自然数)。供给到数据线DL1至DLm的数据信号可供给到由扫描信号选择的像素PX。为此，数据驱动器400可以与扫描信号同步的时序将数据信号供给到数据线DL1至DLm。
在实施方式中，数据驱动器400可生成电力控制信号SWIRE并且将SWIRE提供给直流-直流转换器500。图1示出了数据驱动器400将SWIRE提供给直流-直流转换器500，但在其它实例中，SWIRE从时序控制器200提供到直流-直流转换器500，或者从单独的控制器提供到直流-直流转换器500。
时序控制器200和数据驱动器400可集成在一个驱动器集成电路(IC)中，或者可直接布置在显示面板100上。另外，扫描驱动器300可直接布置在显示面板100上，或者可以IC形式连接到显示面板100。
直流-直流转换器500可从电源600接收输入电压VIN。直流-直流转换器500可基于输入电压VIN生成VSS和VDD。直流-直流转换器500可为包括电感器、以及根据开关脉冲以互补方式切换为导通和关断的一对晶体管的开关模式的直流-直流转换器。直流-直流转换器500可以通过根据开关脉冲的开关频率交替地导通多个晶体管来生成电感器电流的方式生成VSS和VDD。
另一方面，显示装置1000可在用于正常地显示图像的正常模式(“第一模式”)或用于以低功率显示图像的省电模式(“第二模式”)下来驱动。省电模式为用于通过将显示面板100的最大亮度限制为预设亮度或更低来降低/最小化功耗的驱动方法。例如，省电模式可为始终显示简单的显示信息的息屏显示(AOD)模式，和/或以超低亮度来显示屏幕以在暗的环境下呈现相对暗的屏幕的预定显示模式。
在省电模式下，显示装置1000可通过使用直流-直流转换器500改变供给到显示面板100的VSS和/或VDD的电压电平来降低/最小化功耗。
在下文中，为了解释的简洁，将基于直流-直流转换器500在省电模式下改变VSS的电压电平的情况来给出描述。
当VSS为负(在下文中，“负VSS”)时，显示装置1000可通过增加VSS的电压电平来减小VSS与VDD之间的电压差。功耗从而可被降低/最小化。功耗的降低可能至少部分是因为由通过VDD和VSS电路节点之间的路径汲取像素电流的像素PX内的晶体管消耗的功率更低。当VDD与VSS之间的差减小时，该像素电流要么保持不变，要么不相对增加得与差(VDD-VSS)的减小一样多，由此功耗(电路节点之间的电流与电压差的乘积)被降低。例如，显示装置1000可在正常模式下生成第一负电平的VSS，并且可在省电模式下生成比第一负电平高的第二负电平的VSS。在这种情况下，显示装置1000可在两种模式下以相同电平输出正VDD，由此与正常模式相比，在省电模式下差(VDD-VSS)减小。替代性地，差(VDD-VSS)在省电模式下以诸如通过仅降低VDD或通过降低VDD并且提高VSS两者的其它方式来减小。
在实施方式中，直流-直流转换器500可在省电模式下基于电力控制信号SWIRE来改变VSS。例如，直流-直流转换器500可通过控制施加到直流-直流转换器500内的晶体管的开关脉冲的占空比(相当于“占空度”)来改变VSS的电压电平。为此，直流-直流转换器500可通过控制占空比来生成目标电压电平的VSS。例如，直流-直流转换器500可通过响应于SWIRE，降低占空比来增加负VSS的电压电平(相当于，由于VSS的目标电压电平为负，因此直流-直流转换器500可降低VSS的绝对值的量值)。在省电模式下，功耗从而可被降低/最小化。
然而，应注意，“最小导通时间”可被指定以允许直流-直流转换器500稳定地生成VSS和VDD。例如，最小导通时间可被指定以通过感测和限制直流-直流转换器500的电感器电流来确保用于防止过电流流过直流-直流转换器500的时间，并且确保应用于直流-直流转换器500内的晶体管的开关操作之间的死区时间。死区时间可防止晶体管同时导通。因此，与占空比对应的“导通脉冲”时间可设置为等于或大于为直流-直流转换器500指定的最小导通时间。与占空比对应的时间可理解为具有开关周期的开关脉冲的导通脉冲时间。最小导通时间在下文中可被称为“开关导通时间”或“导通脉冲时间”，并且可对应于通过将开关脉冲的开关周期乘以占空比而获得的值。
由于这种最小导通时间，在传统装置中，由直流-直流转换器500改变的VSS的电压电平可能受到约束。如上所述，可能需要将开关导通时间设置为等于或大于最小导通时间。因此，当开关频率相同时，直流-直流转换器500的导通/关断占空比的可变范围受到限制。因此，在传统装置中，直流-直流转换器500不能将负VSS增加到特定电平以上。即，直流-直流转换器500根据最小导通时间不能将占空比减小到超过特定范围。
然而，根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器500可改变开关频率以将VSS增加到特定电平以上(以生成目标电压电平的VSS)。例如，当直流-直流转换器500降低开关频率时，开关周期响应于降低的开关频率而增加。因此，对于相同的占空比，开关导通时间可增加。因此，直流-直流转换器500可通过进一步降低占空比来生成目标电压电平的VSS。下面将进一步解释这些操作。
在实施方式中，直流-直流转换器500可基于电力控制信号SWIRE来确定VSS的目标电压电平。直流-直流转换器500可基于输入电压VIN的电压电平和VSS的目标电压电平计算目标占空比，并且可根据目标占空比来计算针对最小导通时间的最佳开关频率(“校正开关频率”或“第二频率”)。因此，直流-直流转换器500可通过将开关频率从当前的驱动开关频率(“第一频率”)改变到校正开关频率(“第二频率”)来稳定地生成目标电压电平的VSS。
然而，当基于输入电压VIN的电压电平和VSS的目标电压电平计算的第二频率低于基准频率(例如，小于500kHz)时，直流-直流转换器500的开关操作周期被延长，导致输出纹波。
因此，当第二频率低于基准频率时，根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器500可设置与基准频率对应的开关频率。如下面将结合图11至图13进一步解释的，此时，最小导通时间可通过关断用于电感器电流感测和限制的电流传感器的操作来减小。在这种情况下，即使当直流-直流转换器500以比计算的第二频率高的基准频率驱动时，直流-直流转换器500也可以目标电压电平生成VSS。基准频率可是指输出纹波不出现的最低开关频率，并且可为通过实验等预设的值。
电源600可为将直流电压(输入电压VIN)提供给直流-直流转换器500的电池。在其它实例中，电源600为将交流电压转换为直流电压(输入电压VIN)并且将直流电压提供给直流-直流转换器500的整流装置。
图2是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图。直流-直流转换器500可包括第一转换器510、第二转换器520、占空比控制器530和开关频率控制器540。
第一转换器510可转换输入电压VIN并且输出VSS。在实施方式中，第一转换器510可实现为反相降压升压转换器。
第二转换器520可转换输入电压VIN以输出VDD。在实施方式中，第二转换器520可实现为升压转换器。
占空比控制器530可基于从数据驱动器(图1的400)提供的电力控制信号SWIRE来确定VSS的目标电压电平T_VSS。另外，占空比控制器530可生成与VSS的目标电压电平T_VSS对应的占空比控制信号DTCS，并且将占空比控制信号DTCS提供给第一转换器510。
在实施方式中，第一转换器510可基于从占空比控制器530提供的占空比控制信号DTCS将开关脉冲的占空比改变为目标占空比。例如，第一转换器510可通过基于占空比控制信号DTCS将开关脉冲的占空比减小到目标占空比来增加负VSS的电压电平(换言之，第一转换器510可减小VSS的绝对值的量值)。
开关频率控制器540可基于SWIRE来确定T_VSS。另外，开关频率控制器540可基于输入电压VIN的电压电平和T_VSS来计算开关脉冲的目标占空比，并且可根据目标占空比来计算针对最小导通时间的第二频率。开关频率控制器540可根据第二频率来生成开关频率控制信号FCS并且将FCS提供给第一转换器510。
在实施方式中，第一转换器510可通过基于从开关频率控制器540提供的开关频率控制信号FCS将开关脉冲的开关频率改变到校正开关频率来驱动。
由第一转换器510执行的改变开关脉冲的占空比和开关频率的操作将参照图6至图8进行详细描述。
图3是示出包括在图2的直流-直流转换器中的第一转换器的实例的图。第一转换器510可包括开关电路513和第一开关控制器515。开关电路513可包括第一电感器L1、第一晶体管M1和第二晶体管M2。
第一电感器L1可连接在第一节点N1与接地之间。VSS可基于流过第一电感器L1的第一电感器电流来控制。
第一晶体管M1可连接在第一节点N1与施加有输入电压VIN的第一输入端子之间。第一晶体管M1可通过从第一开关控制器515接收的第一控制信号G1导通，并且可控制电流流过第一电感器L1。
第二晶体管M2可连接在第一节点N1与输出VSS的第一输出端子之间。响应于从第一开关控制器515供给的第二控制信号G2，第二晶体管M2可与第一晶体管M1交替地导通。因此，在第一晶体管M1导通并且在第一电感器L1中生成电动势之后，第二晶体管M2被导通，以使得输入电压VIN改变为VSS，并且VSS输出到第一输出端子。在这种情况下，第一节点N1可定义为第一晶体管M1、第二晶体管M2和第一电感器L1的公共节点。
第一开关控制器515可控制第一晶体管M1和第二晶体管M2的导通-关断。第一晶体管M1和第二晶体管M2可在第一开关控制器515的控制下交替地导通和关断。
接地与输出VSS的第一输出端子之间可连接有第一电容器C1。
另一方面，如上面参照图2所描述的，第一开关控制器515可基于占空比控制信号DTCS来改变开关脉冲的占空比，并且可基于开关频率控制信号FCS来改变开关脉冲的开关频率。
图4是示出包括在图2的直流-直流转换器中的第二转换器的实例的图。第二转换器520可包括开关电路和第二开关控制器525。第二转换器520的开关电路可包括第二电感器L2、第三晶体管M3和第四晶体管M4。
第二电感器L2可连接在第二节点N2与施加有输入电压VIN的第二输入端子之间。VDD可基于流过第二电感器L2的第二电感器电流来控制。
第三晶体管M3可连接在第二节点N2与接地之间。第三晶体管M3可通过从第二开关控制器525接收的第三控制信号G3导通，并且可控制电流流过第二电感器L2。
第四晶体管M4可连接在第二节点N2与输出VDD的第二输出端子之间。响应于从第二开关控制器525供给的第四控制信号G4，第四晶体管M4可与第三晶体管M3交替地导通。因此，在第三晶体管M3导通并且在第二电感器L2中生成电动势之后，第四晶体管M4被导通，以使得第二节点N2的电压V2改变为VDD。
第二开关控制器525可控制第三晶体管M3和第四晶体管M4的导通-关断。第三晶体管M3和第四晶体管M4可在第二开关控制器525的控制下交替地导通和关断。
接地与输出VDD的第二输出端子之间可连接有第二电容器C2。
在下文中，将参照图5对第一转换器510和第二转换器520的具体操作进行描述。图5示出了用于第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4的导通/关断控制的开关脉冲SP和流过电感器L1和L2的电感器电流IL的时序图。
参照图3至图5，第一转换器510可根据开关脉冲SP的导通/关断开关来交替地导通和关断第一晶体管M1和第二晶体管M2。例如，如果第一控制信号G1与SP同步(例如，当SP高时G1高，当SP低时G1低)，则第二控制信号G2可与反相的SP(“
Figure BDA0003299684490000121
”)同步(当SP高时G2低，当SP低时G2高)。开关脉冲SP可具有预定的开关频率和与开关频率对应的开关周期Ts。开关脉冲SP可根据开关频率而切换为导通/关断。与开关脉冲SP为导通电平(或高电平)的持续时间对应的时间t1与开关周期Ts的比率对应于占空比D。因此，占空比D可具有介于0与1之间的值。
在开关周期Ts中的与开关脉冲SP为导通电平(或高电平)的持续时间对应的时间t1期间，第一晶体管M1可响应于第一控制信号G1而导通，并且第二晶体管M2可响应于第二控制信号G2而关断。当第一晶体管M1导通而第二晶体管M2关断时(t1)，第一节点N1的电压V1可具有近似输入电压VIN的电压电平。更准确地，第一节点N1处的电压V1可为VIN减去跨第一晶体管M1的漏极至源极电压降。在这种条件下，由于第一节点N1处的电压V1与接地的接地电压电平之间的差，流过第一电感器L1的电感器电流IL的量值可增加。
另外，在开关周期Ts中的与开关脉冲SP为关断电平(或低电平)的持续时间对应的时间t2期间，第一晶体管M1可响应于第一控制信号G1而关断，并且第二晶体管M2可响应于第二控制信号G2而导通。当第一晶体管M1关断而第二晶体管M2导通时(t2)，第一节点N1的电压V1下降到具有接地的接地电压电平，并且流过第一电感器L1的电感器电流IL的量值可因接地与第一节点N1的电压V1之间的差而减小。
通过重复开关周期Ts，第一转换器510可通过第一输出端子输出VSS。另一方面，第二转换器520可通过与第一转换器510的开关操作实质上相同的开关操作来输出VDD。
第一转换器510可通过基于占空比控制信号DTCS控制占空比D来改变VSS的电压电平。例如，当第一转换器510基于占空比控制信号DTCS减小占空比D时，对于相同的开关周期Ts，可减小开关导通时间(在图5中示出为D×Ts)。因此，VSS的电压电平可降低。
然而，如上面参照图1所描述的，由于开关导通时间D×Ts至少设置为最小导通时间，因此第一转换器510不能基于相同的开关频率(或开关周期Ts)将负VSS增加到特定电平以上。
例如，根据占空比D的输入电压VIN与输出电压VSS(在本实例中)之间的关系表达为下面的等式1。
[等式1]
Figure BDA0003299684490000131
另外，由于开关导通时间D×Ts将被至少设置为最小导通时间，因此第一转换器510可减小占空比D直到开关导通时间D×Ts与最小导通时间相等。例如，当开关频率设置为约1.45MHz并且最小导通时间设置为约100ns时，第一转换器510可将占空比D减小到0.145。在这种情况下，当输入电压VIN为约4.5V时，由第一转换器510能够生成的VSS的最大值为约-0.763V。
然而，如上面参照图1所描述的，显示装置1000可通过在省电模式下增加负VSS的电压电平来降低功耗。为此，可能需要比上述的实例中的VSS的最大值大的VSS(即，目标电压电平T_VSS的VSS)。
因此，第一转换器510可通过根据VSS的目标电压电平T_VSS改变开关频率(或开关周期Ts)来生成目标电压电平T_VSS的VSS。将参照图6至图8对第一转换器510的开关频率改变操作进行详细描述。
图6是示出包括在图2的直流-直流转换器中的开关频率控制器的实例的图，并且图7和图8分别是示出图6的开关频率控制器的操作的实例的图和表。
参照图2和图6，开关频率控制器540可包括占空比计算器541、开关频率计算器542和开关频率控制信号生成器543。
占空比计算器541可接收输入电压VIN和电力控制信号SWIRE。占空比计算器541可基于SWIRE来确定VSS的目标电压电平T_VSS。
在实施方式中，占空比计算器541可基于VIN和T_VSS来计算目标占空比TD。例如，占空比计算器541可通过使用上面的等式1来计算目标占空比TD。
开关频率计算器542可基于与T_VSS对应的目标占空比TD来计算针对最小导通时间的校正开关频率SF。例如，开关频率计算器542可使用下面的等式2来计算校正开关频率SF，以使得与对应于校正开关频率SF的开关周期(图5中的Ts)和目标占空比TD的乘积对应的开关导通时间等于最小导通时间。
[等式2]
Figure BDA0003299684490000141
在等式2中，Ts表示与校正开关频率SF对应的开关周期，Min表示最小导通时间，并且TD表示目标占空比。
开关频率控制信号生成器543可基于由开关频率计算器542计算的校正开关频率SF来生成用于改变第一转换器510的开关频率的开关频率控制信号FCS。
图7示出了当显示装置(图1中的1000)在正常模式下被驱动时具有与第一转换器510的驱动开关频率(或第一频率)对应的开关周期Ts的开关脉冲SP1、以及当显示装置(图1中的1000)在省电模式下被驱动时具有与校正开关频率SF(或第二频率)对应的开关周期Ts'的开关脉冲SP2。
在正常模式下，第一转换器510可通过根据开关脉冲SP1的开关周期Ts以第一频率执行开关操作来生成VSS。VSS的电压电平可根据开关脉冲SP1的占空比D1(或开关导通时间SWT1)确定。另一方面，正常模式下的开关频率(第一频率)可根据显示装置(图1中的1000)的设计进行预设，并且例如，第一频率可设置为约1.45MHz。
在省电模式下，第一转换器510可基于VSS的目标电压电平T_VSS来计算目标占空比TD(或占空比D2)，并且可计算校正开关频率SF(或第二频率)。与校正开关频率SF对应的开关周期Ts'可大于与第一频率对应的开关周期Ts(Ts<Ts')。因此，即使当负VSS的目标电压电平T_VSS大时，即，即使当占空比D2小时，也可充分确保开关导通时间SWT2。例如，开关导通时间SWT2可等于最小导通时间MOT。因此，第一转换器510可稳定地操作。
进一步参照图8，图8示出了与VSS的目标电压电平T_VSS对应的校正开关频率SF。如图8中所示，随着VSS的目标电压电平T_VSS增加(或绝对值减小)，计算的校正开关频率SF可减小。例如，随着VSS的目标电压电平T_VSS从约-0.8V增加到约-0.1V，计算的校正开关频率SF可从约1.45MHz减小到约217kHz。
另一方面，第一转换器510可以第一频率驱动，直到根据第一频率可改变的最大的目标电压电平T_VSS。例如，当VSS的目标电压电平T_VSS为从约-4.0V到约-0.8V时，第一转换器510可以约1.45MHz(第一频率)驱动。
图9是示出图2的直流-直流转换器的操作的实例的波形图。图9示出了根据显示装置(图1中的1000)的驱动模式的VSS和VDD的电压电平以及根据VSS的目标电压电平的校正开关频率SF。
参照图1、图2、图6和图9，在正常模式下，显示装置1000可不改变VSS和VDD的电压电平。例如，VSS的电压电平可为约-4V，并且VDD的电压电平可为约4V。在正常模式下，直流-直流转换器500(或第一转换器510)的开关频率(或第一频率)可设置为约1.45MHz。
在省电模式下，显示装置1000可改变VSS的电压电平。例如，显示装置1000可使用直流-直流转换器500来将VSS的电压电平从约-4V增加到约-0.1V。
在实施方式中，直流-直流转换器500可在以第一频率驱动第一转换器510的同时增加VSS的电压电平，直到根据第一频率可改变的最大的目标电压电平T_VSS。例如，第一转换器510可在以约1.45MHz的开关频率执行开关操作的同时，生成从约-4V至约-0.8V的范围的VSS。
在实施方式中，直流-直流转换器500可基于输入电压VIN的电压电平和VSS的目标电压电平T_VSS来计算目标占空比TD，可基于目标占空比TD来计算校正开关频率SF，并且可以校正开关频率SF驱动第一转换器510以生成目标电压电平T_VSS的VSS。例如，第一转换器510可在以约1.45MHz至约0.2MHz的开关频率(或校正开关频率SF)执行开关操作的同时，生成约-0.8V至约-0.1V的VSS。
如上面参照图1至图9所描述的，根据本发明概念的实施方式的显示装置1000(或直流-直流转换器500)可根据校正开关频率SF来驱动第一转换器510以确保最小导通时间MOT并且稳定地生成目标电压电平T_VSS的VSS。
图10是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图。除了开关频率控制器540_1以外，图10的直流-直流转换器500_1可与图2的直流-直流转换器500实质上相同。
参照图10，开关频率控制器540_1可直接从第一转换器510的第一输出端子感测第一电源电压VSS的目标电压电平T_VSS，而不是如图2的开关频率控制器540那样基于SWIRE来确定VSS的目标电压电平T_VSS。
图11是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图，图12是示出包括在图11的直流-直流转换器中的开关频率控制器的实例的图，并且图13是用于描述图12的开关频率控制器的操作的实例的表。除了开关频率控制器540_2和电流传感器550以外，图11的直流-直流转换器500_2可与图2的直流-直流转换器500实质上相同。
参照图11，电流传感器550可感测第一转换器510的电感器电流。例如，电流传感器550可实现为与电流限制电路结合的电流镜电路等，以感测和限制第一转换器510的电感器电流。电流传感器550可感测第一转换器510的电感器电流并且可根据温度、电感器的分布等来控制第一转换器510以防止过电流流过电感器。另一方面，为了解释的简洁，在图11中仅示出了用于感测第一转换器510的电感器电流的电流传感器550，但是直流-直流转换器500_2还可包括用于感测和限制第二转换器520的电感器电流的电流传感器。
另一方面，第一转换器510的最小导通时间可占据用于电流传感器550的电感器电流感测和电流限制操作的时间的大部分。例如，当最小导通时间设置为100ns时，用于电流传感器550的电感器电流感测和电流限制操作的时间可对应于最小导通时间的约一半。
另一方面，当第一转换器510的开关频率低(例如，低于基准频率)时，由于过电流不流过电感器，因此电流传感器550的电感器电流感测和电流限制操作可能没有用。在这种情况下，开关频率控制器540_2可通过关断电流传感器550的操作来减小最小导通时间。
具体地，当基于VSS的目标电压电平T_VSS计算的校正开关频率SF低于基准频率时，开关频率控制器540_2可控制第一转换器510以基准频率进行开关和驱动，并且关断电流传感器550的操作。
参照图12，开关频率控制器540_2可包括占空比计算器541、开关频率计算器542、开关频率控制信号生成器543_2、存储器544和电流传感器控制器545。占空比计算器541和开关频率计算器542可分别与上面参照图6描述的占空比计算器541和开关频率计算器542实质上相同。
存储器544可将基准频率RF的值提供给开关频率控制信号生成器543_2和电流传感器控制器545。
当从开关频率计算器542提供的校正开关频率SF低于基准频率RF时，开关频率控制信号生成器543_2可生成开关频率控制信号FCS，以使得第一转换器510以基准频率RF进行开关和驱动。如以上参照图1所描述的，基准频率RF可是指输出纹波不出现的第一转换器510的最低开关频率，并且可为通过实验等预设的值。由于第一转换器510的开关频率通过开关频率控制信号生成器543_2限制为基准频率RF，因此第一转换器510可在不生成输出纹波的情况下稳定地生成VSS。
当从开关频率计算器542提供的校正开关频率SF低于基准频率RF时，电流传感器控制器545可生成用于关断电流传感器550的电流传感器控制信号CSCS。在这种情况下，由于电流传感器550通过电流传感器控制信号CSCS关断，因此可减小最小导通时间。因此，即使当第一转换器510以基准频率RF执行开关操作时，第一转换器510也可生成目标电压电平T_VSS的VSS。具体地，即使当第一转换器510根据大的目标电压电平T_VSS的VSS来减小占空比时，最小导通时间也因电流传感器550的关断而减小，并且与目标电压电平T_VSS对应的开关导通时间设置为大于或等于最小导通时间。因此，第一转换器510可稳定地生成VSS。
例如，进一步参照图13，第一转换器510根据约-0.2V或更高的目标电压电平T_VSS以500kHz的基准频率执行开关操作，并且关断电流传感器550的操作，从而稳定地生成与目标电压电平T_VSS对应的VSS。
图14是示出根据示例性实施方式的显示装置的框图，图15是示出根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器的框图，并且图16是示出图15的直流-直流转换器的操作的实例的波形图。
参照图14至图16，显示装置1000_1的电源600_1可感测通过输出端子输出到直流-直流转换器500_3的输入电压VIN的波动(通常因噪声导致)，并且生成频率改变控制信号TDMA。电源600_1可将频率改变控制信号TDMA提供给直流-直流转换器500_3。
直流-直流转换器500_3的开关频率控制器540_3可在省电模式下基于频率改变控制信号TDMA将第一转换器510的开关频率设置为第一频率。
例如，如图16中所示，随着在省电模式下第一电源电压VSS的目标电压电平T_VSS从约-0.8V增加到约-0.1V，开关频率控制器540_3可将第一转换器510的开关频率从约1.45MHz(第一频率)减小到约0.2MHz(第二频率)。然而，即使在省电模式下，当由电源600_1检测到输入电压VIN的波动时，为了防止因第一转换器510的开关频率改变操作而引起的输出纹波，开关频率控制器540_3可基于从电源600_1提供的频率改变控制信号TDMA生成开关频率控制信号FCS，以使得第一转换器510以1.45MHz(第一频率)驱动。
因此，在省电模式下，第一转换器510可生成具有与第一频率对应的最大的目标电压电平T_VSS(例如，约-0.8V)的VSS。
根据本发明概念的实施方式的直流-直流转换器和具有直流-直流转换器的显示装置可基于与目标电压电平对应的针对最小导通时间而优化的开关频率来执行开关操作。相应地，直流-直流转换器可稳定地改变电源电压的电压电平并且确保最小导通时间。然而，应注意，本发明概念的益处不限于上述那些益处。
上面的详细描述旨在示出和描述本发明概念的代表性实例。虽然已参照示例实施方式具体地示出和描述了本文中描述的发明概念，但是在不背离如由所附权利要求及其等同物限定的所要求保护的主题的精神和范围的情况下可在其中作出形式和细节上的各种改变。

Claims (15)

1.一种直流-直流转换器，包括：
第一转换器，所述第一转换器配置成将输入电压转换为第一电源电压；
占空比控制器，所述占空比控制器配置成生成用于控制所述第一转换器的开关脉冲的占空比的占空比控制信号；
开关频率控制器，所述开关频率控制器配置成生成用于控制与所述开关脉冲的开关频率对应的所述第一转换器的驱动频率的开关频率控制信号；以及
电流传感器，所述电流传感器配置成感测流过所述第一转换器的电流，
其中，
所述第一转换器在第一模式下基于所述开关频率控制信号以第一频率的所述开关频率来驱动，并且基于所述占空比控制信号生成第一电平的所述第一电源电压，
所述第一转换器在第二模式下基于所述开关频率控制信号以与所述第一频率不同的第二频率的所述开关频率来驱动，并且基于所述占空比控制信号生成与所述第一电平不同的第二电平的所述第一电源电压，以及
所述开关频率控制器确定是否关断所述电流传感器。
2.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其中，所述第二频率低于所述第一频率，并且
所述第一电平低于所述第二电平。
3.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其中，所述占空比控制器通过降低所述占空比来增加所述第一电源电压的电压电平。
4.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其中，所述开关频率控制器基于所述输入电压的电压电平和与所述第二电平对应的目标电压电平来计算目标占空比，基于所述目标占空比来计算与所述第二频率对应的校正开关频率，并且基于所述校正开关频率来生成所述开关频率控制信号。
5.如权利要求4所述的直流-直流转换器，其中，所述开关频率控制器包括：
占空比计算器，所述占空比计算器基于所述输入电压的所述电压电平和所述目标电压电平来计算所述目标占空比；
开关频率计算器，所述开关频率计算器基于所述目标占空比和所述第一转换器的最小导通时间来计算所述校正开关频率；以及
开关频率控制信号生成器，所述开关频率控制信号生成器基于所述校正开关频率来生成所述开关频率控制信号。
6.如权利要求5所述的直流-直流转换器，其中，所述开关频率计算器计算所述校正开关频率，以使得与针对所述校正开关频率的开关周期和所述目标占空比的乘积对应的开关导通时间等于所述最小导通时间。
7.如权利要求4所述的直流-直流转换器，其中，当所述校正开关频率低于基准频率时，所述开关频率控制器生成所述开关频率控制信号，用于以所述基准频率的所述开关频率驱动所述第一转换器。
8.如权利要求7所述的直流-直流转换器，其中，当所述校正开关频率低于所述基准频率时，所述开关频率控制器关断所述电流传感器。
9.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其中，所述第一转换器包括：
第一电感器，所述第一电感器连接在第一节点与接地之间以生成第一电感器电流；
第一晶体管，所述第一晶体管连接在所述第一节点与供给有所述输入电压的第一输入端子之间；
第二晶体管，所述第二晶体管连接在所述第一节点与输出所述第一电源电压的第一输出端子之间；以及
第一开关控制器，所述第一开关控制器控制所述第一晶体管和所述第二晶体管。
10.如权利要求9所述的直流-直流转换器，其中，所述第一开关控制器基于所述占空比控制信号来控制所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每个的开关导通时间。
11.如权利要求9所述的直流-直流转换器，其中，所述第一开关控制器基于所述开关频率控制信号来控制所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每个在相同的时间内被导通的次数。
12.如权利要求9所述的直流-直流转换器，其中，所述电流传感器感测所述第一电感器电流。
13.如权利要求1所述的直流-直流转换器，还包括：
第二转换器，所述第二转换器将所述输入电压转换为第二电源电压，
其中，所述第二转换器包括：
第二电感器，所述第二电感器连接在供给有所述输入电压的第二输入端子与第二节点之间以生成第二电感器电流；
第三晶体管，所述第三晶体管连接在所述第二节点与接地之间；
第四晶体管，所述第四晶体管连接在所述第二节点与输出所述第二电源电压的第二输出端子之间；以及
第二开关控制器，所述第二开关控制器控制所述第三晶体管和所述第四晶体管。
14.一种显示装置，包括：
显示面板，所述显示面板包括多个像素并且在第一模式和第二模式中的一种模式下显示图像；
数据驱动器，所述数据驱动器配置成将数据信号提供给所述显示面板；以及
直流-直流转换器，所述直流-直流转换器将电源电压供给到所述显示面板，
其中，所述直流-直流转换器包括：
转换器，所述转换器配置成转换输入电压以生成所述电源电压；
占空比控制器，所述占空比控制器配置成生成用于通过改变所述转换器的开关脉冲的占空比来控制所述电源电压的电压电平的占空比控制信号；
开关频率控制器，所述开关频率控制器配置成生成用于控制与所述开关脉冲的开关频率对应的所述转换器的驱动频率的开关频率控制信号；以及
电流传感器，所述电流传感器感测和限制流过所述转换器的电流，
其中，所述转换器在所述第一模式下基于所述开关频率控制信号以第一频率的所述开关频率来驱动，并且基于所述占空比控制信号生成第一电平的所述电源电压，
所述转换器在所述第二模式下基于所述开关频率控制信号以与所述第一频率不同的第二频率的所述开关频率来驱动，并且基于所述占空比控制信号生成与所述第一电平不同的第二电平的所述电源电压，以及
所述开关频率控制器确定是否关断所述电流传感器。
15.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述数据驱动器生成电力控制信号并且将所述电力控制信号提供给所述开关频率控制器，以及
所述开关频率控制器基于所述电力控制信号来计算与所述第二电平对应的目标电压电平，基于所述输入电压的电压电平和所述目标电压电平来计算目标占空比，基于所述目标占空比来计算与所述第二频率对应的校正开关频率，并且基于所述校正开关频率来生成所述开关频率控制信号。
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