CN1259766C - 电源装置及使用该电源装置的液晶显示装置 - Google Patents

电源装置及使用该电源装置的液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

涉及本发明的电源装置包括：连接在两个不同电势之间的开关元件；输出平滑化部分，用来使从所述开关元件的端子输出的电压变得平滑，并且产生为负载而提供的输出电压；驱动部分，用来驱动和控制所述开关元件；以及输出电流传感部分，用来监测流经所述负载的电流，所述输出电流传感部分设在所述输出平滑化部分之后的一级中。所述电源装置以这样的方式构造：当从输入电压产生所期望的输出电压时，所述驱动部分通过结合由所述输出电流传感部分所获得的监测结果来驱动和控制所述开关元件。根据该结构，即使有负载突变，也可以产生稳定的输出电压。

Description

电源装置及使用该电源装置的液晶显示装置
技术领域
本发明总体涉及一种电源装置，所述电源装置需要对波动负载作出更快的响应，并且从输入电压中产生所期望的输出电压，所述电源装置应用于诸如这样的特定应用中：用于液晶显示器和大液晶显示电视的电源，以及机载电源等。
背景技术
典型的传统直流/直流(DC/DC)转换器以这样的方式构成：即它具有误差信号放大器，用来放大参考电压与根据输出电压而改变的监测电压之间的差值，以及通过使用所述误差信号放大器输出的电压来控制和驱动输出晶体管。
通过使用如上述构造的DC/DC转换器，即使负载波动至某个程度，也能确定地产生稳定的输出电压，因为输出电压被反馈回来，以便使输出电压等于预定电压。
然而，在如上述构造的DC/DC转换器中，当出现负载突变时，从误差信号放大器输出的输出信号不能跟随所述突变，输出电压可能会大程度地波动(参考图3)，因为误差信号放大器在具有如上所述构造的DC/DC转换器中被构造为且用作积分器。虽然如果使用具有大电容的输出电容器，可以控制输出电压使其不波动，但是存在成本和安装面积的问题，因为具有这样结构的输出电容器较昂贵。
在传统的电源装置中，有这样一种电源装置，在该电源装置中，监测输出电压和流经输出晶体管的开关电流，以及监测输出电容器的充放电流，并且根据监测过程所获得的结果驱动和控制输出晶体管(参考日本专利申请公开No.2001-112250和日本专利申请公开No.2000-299981)。显然，可以将输出电压的改变保持在一定水平，因为在如上述被构造的这种电源装置中即使误差信号放大器不能跟随负载的波动，也可以根据通过监测开关电流和充放电流而获得的结果来直接驱动和控制输出晶体管。然而，被监测的项局限于流经输出晶体管的开关电流和输出电容器的充放电流。结果，有可能与上述情况相同输出电压变化程度不小，这是因为由于实际流经负载的输出电流没有被监测，因此不能驱动和控制输出晶体管以便跟随负载的波动。
具体地，在包括液晶显示器(以下称LCD)的液晶显示装置中，当供至数据信号产生部分的电力变得不稳定时，数据不能被充分地写到像素晶体管，其中所述数据信号产生部分产生数据信号到LCD(施加在形成LCD的像素晶体管源线上的电压信号)。结果，因为这样，有可能像素质量变差，出现例如对比度低和亮度降低等问题，因此对于在这种应用中使用的电源装置，需要能更快的响应负载的波动。
发明内容
在上述问题的启示下，本发明的目的是提供一种低成本的电源装置，即使有负载的突然波动，所述电源装置也能产生稳定的输出电压。本发明的另一个目的是提供一种液晶显示装置，其能以高质量显示图像，并且通过减少不足数据不充分(insufficient data)写入像素晶体管的可能性而将诸如低对比度和对比度降低等问题减少。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，与本发明相关的电源装置包括：连接在两个不同电势之间的开关元件；输出平滑化部分，用来使从所述开关元件的端子输出的电压变得平滑，并且产生为负载而提供的输出电压；驱动部分，用来驱动和控制所述开关元件；以及输出电流传感部分，用来监测流经所述负载的输出电流，以产生根据输出电流变化的通过监测所得的电压，所述输出电流传感部分设在所述输出平滑化部分之后的一级中。所述电源装置以这种方式构造：当从输入电压产生所期望的输出电压时，所述驱动部分根据输出电流传感部分所产生的通过监测所得的电压来驱动和控制所述开关元件。其中，所述驱动部分包括：误差信号放大器，用来放大根据输出电压而变化的第一监测电压与预定参考电压之间的电压差，以便产生误差电压；比较器，其通过比较根据流经所述开关元件的驱动电流而变化的第二监测电压和所述误差电压来产生比较信号；驱动信号产生部分，用来根据所述比较信号产生驱动所述开关元件的驱动信号；以及偏置部分，其根据所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压为所述第二监测电压被输入到所述比较器之前的第二监测电压，或为所述误差电压被输出到所述比较器之前的误差电压提供偏置量。其中，所述偏置部分包括：放大器，用于放大所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压；以及根据所述放大器的输出电压而为所述第二监测电压或所述误差电压提供偏置电压的可变直流电压电源。
根据本发明的另一方面，提供一种液晶显示装置，包括：液晶显示器；数据信号产生部分，用来产生用于所述液晶显示器的数据信号；以及电源装置，用来为所述数据信号产生部分提供电力。所述电源装置包括：连接在两个不同电势之间的开关元件；输出平滑化部分，用来使从所述开关元件的端子输出的电压变得平滑，并且产生为负载而提供的输出电压；驱动部分，用来驱动和控制所述开关元件；以及输出电流传感部分，用来监测流经所述负载的输出电流，以产生根据输出电流变化的通过监测所得的电压，所述输出电流传感部分设在所述输出平滑化部分之后的一级中。其中，当从输入电压产生所期望的输出电压时，所述驱动部分根据输出电流传感部分所产生的通过监测所得的电压驱动和控制所述开关元件。其中，所述驱动部分包括：误差信号放大器，用来放大根据输出电压而变化的第一监测电压与预定参考电压之间的电压差，以便产生误差电压；比较器，其通过比较根据流经所述开关元件的驱动电流而变化的第二监测电压和所述误差电压来产生比较信号；驱动信号产生部分，用来根据所述比较信号产生驱动所述开关元件的驱动信号；以及偏置部分，其根据所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压为所述第二监测电压被输入到所述比较器之前的第二监测电压，或为所述误差电压被输出到所述比较器之前的误差电压提供偏置量。其中，所述偏置部分包括：放大器，用于放大所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压；以及根据所述放大器的输出电压而为所述第二监测电压或所述误差电压提供偏置电压的可变直流电压电源。
附图简述
参照附图，结合优选实施例，通过以下的描述，本发明的这个和其他方面目的和特征将变得更加清楚，其中：
图1是示出实施本发明的DC/DC转换器的关键部分的电路图；
图2是示出实施本发明的DC/DC转换器的输出控制操作的示意性简图；
图3是示出传统DC/DC转换器的输出控制操作的示意性简图。
具体实施方式
图1是实施本发明的DC/DC转换器的电路简图。如图所示，实施本发明的DC/DC转换器具有N通道场效应晶体管Q1，其作为开关元件，并且连接在具有不同电势(在输入电压Vi与地电势之间)的两个点之间，该DC/DC转换器是增幅型(booster-type)DC/DC转换器，用来从晶体管Q1的漏极获得所期望的输出电压Vo。晶体管Q1在峰值电流模式控制系统中受控，所述峰值电流模式控制系统基于流经输出电感器L1的电感器电流IL实施所述控制。
晶体管Q1的漏极经过几μH的输出电感器L1连接到电源线(输入电压Vi)，并且连接到反向电流防止二极管(reverse-current preventingdiode)D1，即肖特基二极管的阳极。反向电流防止二极管D1的阴极经过具有0.1欧姆或更小电阻值的传感电阻器Rs连接到输出端To，同时经过具有大约10μF电容值的输出电容器Co连接到地。
输出端To通过电阻器R1和R2连接到地。电阻器R1与R2之间的节点连接到误差信号放大器A1的反相输出端(-)。非反相输出端(+)连接到直流电压电源E1的正极端。直流电压电源E1的负极端连接到地。误差信号放大器A1的输出端连接到加法器ADD的一个输入端，并且通过相位补偿电容器C1连接到它自身的反相输入端(-)。加法器ADD的另一个输入端连接到斜度补偿电路(slope compensation circuit)SLOPE的输出端。加法器ADD的输出端连接到比较器CMP的反相端(-)。
晶体管Q1的源极经过电阻器R3连接到地，同时经过可变直流电压电源E2连接到比较器CMP的非反相端(+)。比较器CMP的输出端连接到复位优先型RS锁存器LC的复位端R。置位端(S)连接到时钟端，通过所述时钟端输入频率在200千赫兹-1兆赫兹间的时钟信号。RS锁存器LC的输出端(Q)经过缓存器BUF连接到晶体管Q1的栅极。
传感电阻器Rs的一侧(输入侧)连接到互导放大器(gm amplifier)A2的反相端(-)。传感电阻器Rs的另一侧(输出侧)连接到互导放大器A2的非反相端(+)。互导放大器A2的输出端连接到可变直流电压电源E2的电压控制端。具体地，可变直流电压电源E2产生的电压被控制，以便根据传感电阻器Rs两端的电压Vs而变化，其中所述传感电阻器Rs两端的电压根据输出电流Io而变化。
下面将描述如上构造的DC/DC转换器的功能。误差信号放大器A1通过放大施加在其非反相端(+)上的参考电压Va(由直流电压电源E1产生的电压)与施加在其反相端(-)上的第一监测电压Vb(输出电压Vo的分压)之间的电压差来产生误差电压Vc。结果，输出电压Vo越低于目标电压，误差电压Vc的电平变得越高。
比较器CMP通过比较将被施加到其反相输入端(-)的经修正的误差电压Vc’(误差电压Vc与斜度补偿电压的和)和将被施加到其非反相输入端(+)的经修正的第二监测电压Vd’(电阻器R3两端的第二监测电压Vd与可变直流电压电源E2产生的电压的和，其中所述第二监测电压Vd根据电感器电流IL而变化)而产生将被送至RS锁存器LC的复位信号Ve。结果，当输入一个端子的经修正的误差电压Vc’比经修正的第二监测电压Vd’高出预定的阈值时，复位信号Ve转换至低电平，否则转换至高电平。
当上述复位信号Ve保持在低电平时，晶体管Q1的开一关状态受控，以便晶体管Q1根据将被施加到RS锁存器LS置位端(S)上的时钟信号CLK被转换。相反地，当复位信号Ve保持在高电平时，晶体管Q1保持关断状态，它的转换操作停止，不响应时钟信号CLK。
这样，在使用峰值电流模式控制系统的DC/DC转换器中，根据输出电压Vo和电感器电流IL的监测结果驱动和控制晶体管Q1。
此外，为了监测输出电流Io，实施本发明的DC/DC转换器在通向负载的电源线中具有传感电阻器Rs，其中所述传感电阻器Rs设置在输出平滑化部分(包括L1、D1和Co)之后的一级中，而所述输出平滑化部分用于使出现在晶体管Q1端子处的电压变平滑。DC/DC转换器中用于驱动和控制晶体管Q1的驱动部分也被构造为：在比较器CMP接收电压之前，根据传感电阻器Rs监测结果的偏置电压为第二监测电压Vd而设。具体地说，传感电阻器Rs两端的电压Vs变得越大，由互导放大器A2为第二监测电压Vd而设的偏置电压(由可变直流电压电源E2产生的电压)就越小。
图2是示出实施本发明的DC/DC转换器的输出控制操作的示意性简图。图中所示为负载急剧变化时的输出电流Io、输出电压Vo、将被输入到比较器CMP的经修正的第一监测电压Vc’和经修正的第二监测电压Vd’以及电感器电流IL。请注意，在图中，实线示出实施本发明时的波形，而虚线示出实施传统技术时的波形，以供参考。
如可从图中看出的一样，即使误差信号放大器A1的输出不能跟随负载的突变，实施本发明的DC/DC转换器也能直接根据监测实际流经负载的输出电流Io而获得的结果来驱动和控制晶体管Q1。因此，可以突然出现急剧上升的电感器电流IL，从而有效地抑制输出电压Vo的波动。例如，输出电压Vo的压降可以从传统的200mV降至80mV，响应时间可以从传统的10μs数量级加快到1μs数量级。根据实施本发明的DC/DC转换器，可以避免使用大电容输出电容器，从而防止成本不必要地增加，以及防止外部输出电容器变大。
具体地，当实施本发明的电源装置被用作为包括有LCD的液晶显示装置中的数据信号产生部分提供电力的装置时，可以减少数据不充分写到像素晶体管的可能性，从而以高质量显示图像，同时减少诸如低对比度和亮度降低等问题。
此外，虽然上述实施例涉及使用峰值电流模式控制系统的增幅型DC/DC转换器的例子，但是本发明不局限于该例子，一般可以应用在这样的电源装置：即所述电源装置包括从输入电压产生所期望的输出电压的步降型(step-down type)和多相型(multi-phase type)电源装置。虽然例子只示出将肖特基二极管用作反向电流防止二极管D1，但是也可以使用普通的二极管或增加开关电路以便去除二极管。
此外，虽然上述实施例涉及具有这样结构的例子：即在用于驱动和控制晶体管Q1的驱动部分中，在比较器CMP接收电压之前，根据通过传感电阻器Rs获得的监测结果而得出的偏置电压为第二监测电压Vd而设，但是本发明不局限于该例子，可以应用这样的结构：即在比较器CMP接收电压之前，根据通过传感电阻器Rs获得的监测结果而得出的偏置电压为误差电压Vc而设。
如上所述，涉及本发明的电源装置包括：连接在两个不同电势之间的开关元件；输出平滑化部分，用于使从开关元件的端子输出的电压变得平滑，并且产生为负载而设的输出电压；用于驱动和控制开关元件的驱动部分；其中，当从输入电压产生了所期望的输出电压时，用于监测流经负载的电流的输出电流传感部分设在输出平滑化部分之后的一级中，并且驱动部分通过结合由输出电流传感部分所获得的监测结果来驱动开关元件。
更具体地说，如上述构造的电源装置具有驱动部分，所述驱动部分包括：误差信号放大器，用于放大根据输出电压变化的第一监测电压与预定参考电压之间的电压差，以便产生误差电压；比较器，其通过比较根据流经开关元件的驱动电流而改变的第二监测电压和误差电压来产生比较信号；驱动信号产生部分，用于产生根据比较信号驱动开关元件的驱动信号；以及偏置部分，用于根据输出电流传感部分监测的结果为第二监测电压被输入比较器之前的第二监测电压，或者为误差电压被输入比较器之前的误差电压提供偏移量。
通过该结构，可以提供一种低成本的电源装置，即使负载突然波动，所述电源装置也能产生稳定的输出电压。
涉及本发明的液晶显示装置具有如上所述构造的电源装置，作为将电力供置数据信号产生部分的装置，其中所述液晶显示装置包括液晶显示器和为液晶显示器产生数据信号的数据信号产生部分。根据该结构，可以减少数据不充分写到像素晶体管上的可能性，从而提供一种能以高质量显示图像的液晶显示装置，同时减少诸如低对比度和亮度降低等问题。

Claims (4)

1.一种电源装置，包括：
连接在两个不同电势之间的开关元件；
输出平滑化部分，用来使从所述开关元件的端子输出的电压变得平滑，并且产生为负载而提供的输出电压；
驱动部分，用来驱动和控制所述开关元件；以及
输出电流传感部分，用来监测流经所述负载的输出电流，以产生根据输出电流变化的通过监测所得的电压，所述输出电流传感部分设在所述输出平滑化部分之后的一级中，
其中，所述驱动部分包括：
误差信号放大器，用来放大根据输出电压而变化的第一监测电压与预定参考电压之间的电压差，以便产生误差电压；
比较器，其通过比较根据流经所述开关元件的驱动电流而变化的第二监测电压和所述误差电压来产生比较信号；
驱动信号产生部分，用来根据所述比较信号产生驱动所述开关元件的驱动信号；以及
偏置部分，其根据所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压为所述第二监测电压被输入到所述比较器之前的第二监测电压，或为所述误差电压被输出到所述比较器之前的误差电压提供偏置量；
其中，所述偏置部分包括：
放大器，用于放大所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压；以及
根据所述放大器的输出电压而为所述第二监测电压或所述误差电压提供偏置电压的可变直流电压电源；
其中，当从输入电压产生所期望的输出电压时，所述驱动部分根据输出电流传感部分所产生的通过监测所得的电压驱动和控制所述开关元件。
2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述驱动信号产生部分包括复位优先型RS锁存器电路，所述复位优先型RS锁存器电路具有用于接收所述比较信号的复位端、用于接收时钟信号的置位端以及用于输出所述驱动信号的输出端。
3.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述输出电流传感部分包括传感电阻器。
4.一种液晶显示装置，包括：
液晶显示器；
数据信号产生部分，用来产生用于所述液晶显示器的数据信号；以及
电源装置，用来为所述数据信号产生部分提供电力，所述电源装置包括：
连接在两个不同电势之间的开关元件；
输出平滑化部分，用来使从所述开关元件的端子输出的电压变得平滑，并且产生为负载而提供的输出电压；
驱动部分，用来驱动和控制所述开关元件；以及
输出电流传感部分，用来监测流经所述负载的输出电流，以产生根据输出电流变化的通过监测所得的电压，所述输出电流传感部分设在所述输出平滑化部分之后的一级中，
其中，当从输入电压产生所期望的输出电压时，所述驱动部分根据输出电流传感部分所产生的通过监测所得的电压驱动和控制所述开关元件；
其中，所述驱动部分包括：
误差信号放大器，用来放大根据输出电压而变化的第一监测电压与预定参考电压之间的电压差，以便产生误差电压；
比较器，其通过比较根据流经所述开关元件的驱动电流而变化的第二监测电压和所述误差电压来产生比较信号；
驱动信号产生部分，用来根据所述比较信号产生驱动所述开关元件的驱动信号；以及
偏置部分，其根据所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压为所述第二监测电压被输入到所述比较器之前的第二监测电压，或为所述误差电压被输出到所述比较器之前的误差电压提供偏置量；
其中，所述偏置部分包括：
放大器，用于放大所述输出电流传感部分产生的通过监测所得的电压；以及
根据所述放大器的输出电压而为所述第二监测电压或所述误差电压提供偏置电压的可变直流电压电源。
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